Криптография и стенография. Стеганографические методы защиты информации. Двоичная тайнопись(по материалам открытой печати)

Приоритеты и основные направления внешней политики Российской Федерации.

Процесс глобализации и основные тенденции развития международных отношений.

Неолиберальный, Реалистический, Либеральный, Неореалистический

v Формирование многополюсного мира. После развала Советского Союза исчезло разделение мира на два основных центра. Появляются новые центры силы, в том числе и в Азии. Происходит деидеологизация международных отношений – борьба капитализма с социалистическим лагерем прекращается (по крайней мере, открытого противоборства не наблюдается);

v Глобализация международных отношений. Этот процесс обусловлен взаимопроникновением национальных экономик и культур. Страны взаимодействуют в различных сферах, и изменение в одной из них может влиять на состояние других. Это проявляется не только в сотрудничестве стран, но и в создании влиятельных международных экономических и политических организаций, устанавливающих единые правила поведения для стран-участников.

v Обострение глобальных проблем. Наряду с техническим прогрессом появились проблемы, которые условно можно разделить на политические, экономические, экологические и социальные. Такие проблемы, как международный терроризм, сохранение окружающей среды, невозможно решить каждой стране самостоятельно. Появились новые общие проблемы в социальной сфере. К ним относятся тяжелые заболевания, вредные пристрастия и т.д. Также остро стоит проблема разрыва в уровне жизни населения различных стран мира. Растет уровень преступности.

v Усиление различий между той частью мира, которая живет благополучно, и той частью, где ситуация нестабильна. Большая часть населения Земли проживает в зоне нестабильности. Это страны Африки, Латинской Америки, Азии и часть стран, образовавшихся после распада СССР. Продолжительность жизни людей в таких странах ниже среднемировой, экономика развита слабо, а политическая ситуация значительно отличается от демократии в странах Западной Европы, Канады, Японии и др.

v Демократизация.

v Десуверенизация современных государств – государства теряют свой суверенитет и становятся фактически зависимыми от воли других стран либо появляются так называемые «несостоявшиеся» государства - те государства, которые не обрели своей национальной основы в силу территориальных или культурно-цивилизационных проблем (например, Приднестровье, Нагорный Карабах и др.)

v усиление роли нетрадиционных акторов международных отношений

1. Установление доверительных отношений со странами Запада и Востока. Т.е. для стран Западной Европы Россия будет поставлять нефть, газ, хим. продукты, пиломатериалы. Для стран Ближнего Востока, Южной и Ю-В Азии Россия может стать промышленным, культурным партнёром.
2. Защита прав 25 млн. русских, оказавшихся иммигрантами в новых суверенных государствах.
3. Решение глобальных проблем современности.

Но самое важное условие обретения достойного статуса в международных отношениях, это укрепление целостности Российской Федерации, а также развитие экономики.

Внешняя политика в настоящее время должна быть сориентирована на то, чтобы избежать изоляции, включиться в мировое сообщество в качестве суверенной, уважающей себя державы. Россия должна занять достойное место в системе международных отношений, основанных на равенстве сторон, взаимном уважении, взаимовыгодном сотрудничестве.

Профессор Факультета глобальных процессов

Доктор культурологии В.И.Бажуков

Способы решения задачи тайной передачи информации:

1. Создать абсолютно надежный, недоступный для других канал связи между абонентами.

2. Использовать общедоступный канал связи, но скрыть сам факт передачи информации.

3. Использовать общедоступный канал связи, но передавать по нему нужную информацию в преобразованном виде, таком, что восстановить ее мог бы только адресат.

Решением второй задачи занимается стеганография, а третьей криптография.

Криптография – это наука поиска и исследования математических методов преобразования (шифрования) информации с целью ее защиты от незаконных пользователей.

Открытый текст – информация в исходном виде.

Шифрованный текст – информация, подвергнутая действию алгоритма шифрования.

Алгоритм – метод, используемый для преобразования открытого текста в шифрованный текст.

Ключ – входные данные, посредством которых с помощью алгоритма происходит преобразование открытого текста в шифрованный или обратно.

Шифрование – процесс преобразования открытого текста в шифр.

Дешифрование – процесс преобразования шифра в открытый текст.

Криптография - это наука о способах преобразования информации с целью ее защиты от незаконных пользователей.

Криптограф – лицо, занимающееся криптографией.

Криптоанализ – искусство анализа криптографических алгоритмов на предмет наличия уязвимостей.

Криптоаналитик – лицо, использующее криптоанализ для определения и использования уязвимостей в криптографических алгоритмах.

Задачи криптографии: обеспечить: конфиденциальность, целостность, аутентификацию, невозможность отказа от авторства.

Шифры перестановки используют перестановку фрагментов открытого текста местами.

Шифры замены используют преобразования, при которых фрагменты открытого текста заменяются некоторыми символами или группами символов в шифртексте.

По связи между ключами шифрования и дешифрования шифрования шифры замены подразделяют на: симметричные (одноключевые системы, использующие для шифрования и дешифрования текста один и тот же секретный ключ) и асимметричные (двухключевые системы, использующие различные ключи для шифрования и дешифрования текста).

По возможности изменения криптографического алгоритма в процессе шифрования шифры замены подразделяют на: одноалфавитные (каждая шифрвеличина заменяется шифробозначением по неизменному алгоритму) и многоалфавитные (каждая шифрвеличина может заменяться шифробозначениями по нескольким алгоритмам).

По минимальному размеру фрагмента открытого текста шифры замены подразделяют на: потоковые шифры (за один раз обрабатывается один символ) и блочные шифры (за один раз обрабатывается блок символов фиксированной длины).

По количеству возможных замен фрагментов открытого текста шифры замены подразделяют на: однозначные (каждая шифрвеличина может быть заменена только на одно шифробозначение) и многозначные (каждая шифрвеличина может быть заменена на одно из нескольких шифробозначений).

По количестве возможных вариантов открытого текста, получаемых по шифртексту, шифры замены подразделяют на: равнозначные (из шифртекста получается один вариант открытого текста) и разнозначные (из шифртекста получается несколько вариантов открытого текста).

Композиционные шифры представляют собой последовательное применение нескольких процедур шифрования разных типов.

Криптограмма (шифр - текст) - шифрованное сообщение, т.е. защищаемая информация, к которой был применен процесс шифрования.

Стеганография - это наука, изучающая такие методы организации передачи секретных сообщении, которые скрывают сам факт передачи информации (маскировка информации).

Сообщение - секретная информация, наличие которой в контейнере необходимо скрыть.

Контейнер - любая информация, предназначенная для сокрытия тайных сообщений.

Ключ - секретный ключ, необходимый для сокрытия информации.

Направления приложения стеганографии:

1. сокрытие данных (сообщений). Сокрытие внедряемых данных, которые в большинстве случаев имеют большой объем, предъявляет серьезные требования к контейнеру: размер контейнера в несколько раз должен превышать размер встраиваемых данных;

2. цифровые водяные знаки используются для защиты авторских или имущественных прав на цифровые изображения, фотографии или другие оцифрованные произведения искусства. Основными требованиями, которые предъявляются к таким встроенным данным, являются надежность и устойчивость к искажениям.

3. заголовки используются в основном для маркирования изображений в больших электронных хранилищах (библиотеках) цифровых изображений, аудио- и видеофайлов. В данном случае стеганографические методы используются не только для внедрения идентифицирующего заголовка, но и иных индивидуальных признаков файла. Заголовки должны вносить незначительные искажения и быть устойчивы к основным геометрическим преобразованиям.

Стеганографические методы защиты информации:

1. Предполагают небольшую модификацию изображений (Image Domain). Методы Image Domain - иногда их еще называют Bit Wise Method - обычно используют побитную модификацию, например, изменение наименьшего по значению бита (least significant bit, LSB). Эти методы относят к числу простых, они легче поддаются декодированию и допускают потерю информации при тех или иных преобразованиях файла-носителя, например, при сжатии. Из трех наиболее популярных алгоритмов сжатия изображений - Windows Bitmap (BMP), Graphic Interchange Format (GIF) и Joint Photographic Experts Group (JPEG) - чаще используют BMP и GIF, отличающиеся меньшими потерями. Самыми распространенными инструментами, реализующими методы группы Image Domain, являются Hide and Seek, Mandelsteg, Steganos, StegoDos, S-TOOLS и White Noise Storm.

2. Используют трансформацию изображений (Transform Domain). В методах группы Transform Domain используют тригонометрические преобразования (discrete cosine transformation, DCT) или наложения наподобие ряби, незаметной для глаза (wavelet transformation). Эти методы более устойчивы, вложенная информация не теряется ни при каких преобразованиях, поэтому их чаще всего применяют при создании цифровых водяных знаков. Обычно при этом используются файлы формата JPEG; к числу наиболее популярных инструментов относятся Jpeg-Jsteg, JPHide, Outguess, PictureMarc и SysCop.

В настоящее время методы компьютерной стеганографии развиваются по двум основным направлениям:

Методы, основанные на использовании специальных свойств компьютерных форматов;

Методы, основанные на избыточности аудио и визуальной информации.

Атаки на стегосистемы:

Атака по известному заполненному контейнеру - у взломщика имеется одно или несколько стегосообщений. В случае нескольких стегосообщений считается, что запись скрытой информации проводилось отправителем одинаковым способом. Задача взломщика заключается в обнаружении факта наличия стегоканала, а также доступа к нему или определения ключа. Имея ключ, можно раскрыть другие стегосообщения.

Атака по известной математической модели контейнера - взломщик определяет отличие подозрительного послания от известной ему модели. К примеру, пусть биты внутри отсчета изображения коррелированны. Тогда отсутствие корреляции может служить сигналом о наличии скрытого сообщения. При этом задача внедряющего сообщение состоит в том, чтобы не нарушить статистических закономерностей в контейнере.

Атака на основе известного пустого контейнера - если злоумышленнику известен пустой контейнер, то сравнивая его с предполагаемым стего можно установить наличие стего канала. Несмотря на кажущуюся простоту метода0 существует теоретическое обоснование эффективности этого метода. Особый интерес представляет случай, когда контейнер нам известен с некоторой погрешностью (такое возможно при добавлении к нему шума).

Последние годы стеганография являлась причиной многих дискуссий, в частности предполагалось, что террористы могли использовать ее в терактах 11 сентября. Но так как доказательств этому не нашлось, интерес к стеганографии как к эффективному средству сокрытия данных продолжает расти. Конечно же, наряду с шифрованием, стеганография является одним из основных методов сохранения конфиденциальной информации. Эта статья является кратким введением в стеганографию и отвечает на вопросы: что такое стеганография, как ее можно использовать, и ее значение для безопасности информации.

F5 была разработана Андреасом Вестфилдом (Andreas Westfield) и работает как DOS-клиент. Также была разработана «парочка» GUI: первая утилита - "Frontend", созданная Кристианом Воном (Christian Wohne), и вторая - "Stegano", чьим автором является Томас Бьель (Thomas Biel). Мы испытывали F5, beta version 12. Оказалось, очень легко закодировать сообщение в формате JPEG, даже когда релиз немецкий. Пользователь очень легко может это сделать, следуя инструкциям мастера, указывая путь к картинке(мы использовали простой текстовый файл, созданный в блокноте), вводя ключевое слово. Как вы можете сами убедиться, сложно сказать по двум следующим картинкам, содержат ли они вложенное сообщение, или нет.

Рис.1 Без сообщения

Рис.2 с вложенным файлом

Конечно же, вложенный файл был очень маленьким(состоял всего из одной строки "This is a test. This is only a test."), так что не слишком много пикселей пришлось заменить, что бы спрятать сообщение. А что будет, если мы попытаемся спрятать больший документ? F5 работает только с текстовыми файлами. При попытке спрятать более объемный «вордовский» файл, то хоть программа и восприняла его, но восстановить не сумела. Тем не менее, большие файлы похоже тоже можно, как и маленькие, вкладывать в изображения.

SecurEngine не выглядит, как профессиональная утилита, которая способна спрятать текст в изображении. Когда мы спрятали свое маленькое сообщение в большем текстовом файле, то обнаружили лишний символ («я»)в конце зашифрованного файла. Такого символа не было в оригинале. SecurEngine позволяет пользователям лишь спрятать изображение и (или) зашифровать. Пробное предложение было закодировано и декодировано без всяких проблем. SecurEngine также включает в себя инструменты для более надежного уничтожения файлов.

Утилита MP3Stego, которая позволяет прятать данные в файлах формата MP3, сработала очень хорошо. Процесс шифрования происходит таким образом: вы шифруете файл(текстовый, например), как.WAV файл, который затем преобразовывается в формат MP3. Единственная проблемка, которая возникла – чтобы зашифровать данные большого размера, необходимо иметь пропорциональный к количеству данных файл. Например, маленькое сообщение, которое мы использовали в предыдущих опытах оказалось слишком большим для WAV-файла(размер WAV-файла составлял 121КВ, а текстового файла – 36 байт). Для завершения опыта пришлось сократить текстовый файл до 5 байт – только слово «test». Мы нашли соответствующий файл размером 627 КВ. Конечный MP3 файл занял 57КВ.

Steganos Suite – это коммерческий пакет, объединивший множество утилит. В дополнение к изящной деструктивной функции трассировки (для Интернета) и утилиты для уничтожения файлов, программа так же обладает так называемым файловым менеджером, что позволяет пользователям шифровать и скрывать файлы на своем винчестере. Пользователь выделяет папку или файл, которые следует сокрыть и файл – «носильщик» информации - обязательно графический или музыкальный. Программа также позволяет самим пользователям создавать файлы при помощи микрофона или сканера. Если у вас нет подходящего файла, встроенный файловый менеджер умеет искать нужный файл на вашем винчестере. Эта утилита, в отличие от тех, которые мы тестировали, способна работать с разными файловыми форматами(dll, dib). Так что, если вам необходим качественный продукт для шифрования информации, то вам придется выложить деньги за коммерческий пакет.

Стеганография и безопасность

Как ранее упоминалось, стеганография является эффективным методом сокрытия данных и защиты их от несанкционированного или не желаемого просмотра. Но все же это лишь один из способов защиты информации. Возможно, лучше было бы использовать стеганографию совместно с другими методами сокрытия данных, что сделало бы возможным многоуровневую безопасность. Далее приведены некоторые из альтернативных методов сокрытия данных.

Шифрование -– процесс преобразования информации посредством ряда математический операций. Результатом шифрования является зашифрованный текст. Зашифрованные данные могут быть прочитаны лишь при условии наличия необходимого ключа. Шифрование не прячет данные, но усложняет их чтения.

Скрытые директории (Windows) - Windows предлагает возможность скрытия файлов. Использовать эту возможность очень легко: просто в свойствах папки или файла проставить атрибут «скрытый» и надеяться, что никто не отобразит все типы файлов в эксплорере.

Скрытые директории (Unix) – на платформах Unix в существующих директория, содержащих множество файлов, как, на пример, /dev или создав свою директорию, в названии которой использовав три точки,(обычно используют оду или две).

Скрытые каналы – Некоторые утилиты используются для передачи ценных данных, которые внешне выглядят как обыкновенный сетевой трафик. Одна из таких утилит – Loki – способна скрывать данные в ICMP трафике.

Защита от стеганографии

К сожалению, все методы, о которых ми говорили, могут так же использоваться с целью незаконных, несанкционированных или не желательных действий. Возможность определения или предупреждения утечки информации не является тривиальной задачей. Если кто-то решил для сокрытия данных использовать стеганографию, то единственным способом обнаружения является активное наблюдения за специальными файлами и удача. Иногда активные меры безопасности могут дать ответ на поставленные вопрос – жесткие политики на установку несанкционированного программного обеспечения.

Использование уже имеющихся утилит для контроля над сетевым трафиком так же может оказаться полезным. Системы обнаружения вторжения могут помочь администратору в определении нормального трафика и, таким образом, увидеть аномалии, например, при передаче больших картинок по сети. Если администратор подготовлен к такому виду аномальной активности, это может помочь в дальнейшем расследовании. Находящиеся на каждой машине системы обнаружения вторжения так же могут помочь в обнаружении аномального скопления изображений и(или) видеофайлов.

В исследовании, проведенным Стефаном Хетцлем на его сайте, идет речь о двух методах стеганографии, которые, в свою очередь, являются средствами обнаружения ее. Это – визуальная и статистическая атака. «Идея статистической атаки – сравнение частоты распределения цветов для возможного носителя скрытой информации и теоретически ожидаемая частота распределения цветов для файла–носителя скрытой информации». Это возможно не самый быстрый метод защиты, но если возникаю подозрения на счет такого рода деятельности, то этот метод может быть самым эффективным. Специально для JPEG-файлов существует утилита , которая способна определять следы стеганографии в этих файлах. Родственная утилита к , с называнием Stegbreak способна расшифровывать и находить возможную информацию в подозрительном файле.

Заключение

Стеганография – один из самых увлекательных и эффективных методов сокрытия данных, которые использовались за всю историю человечества. Методы, способны разоблачить хитрые тактики злоумышленников несовершенны, но радует то, что такие методы существуют. Есть очень много причин, по которым следует использовать стеганографию (подписи, пароли, ключи), но главная – это легкость в обращении и сложность при обнаружении. Чем больше вы знаете о методах стеганографии, тем больше у вас шансов не попасть впросак.

Стеганография (от греч. στεγανός - скрытый и греч. γράφω - пишу, буквально «тайнопись») - это наука о скрытой передаче информации путём сохранения в тайне самого факта передачи.

В отличие от криптографии, которая скрывает содержимое секретного сообщения, стеганография скрывает само его существование. Стеганографию обычно используют совместно с методами криптографии, таким образом, дополняя её.

Классификация стеганографических методов защиты информации

В конце 90-х годов ХХ века сформировалось несколько направлений стеганографии:

• Классическая стеганография
• Компьютерная стеганография
• Цифровая стеганография

Классическая стеганография

Стеганография в Древнем мире

Существует версия, что древние шумеры одними из первых использовали стеганографию, так как было найдено множество глиняных клинописных табличек, в которых одна запись покрывалась слоем глины, а на втором слое писалась другая. Однако противники этой версии считают, что это было вовсе не попыткой скрытия информации, а всего лишь практической потребностью.

В трудах древнегреческого историка Геродота встречается описание еще двух методов сокрытия информации: на обритую голову раба записывалось необходимое сообщение, а когда его волосы отрастали, он отправлялся к адресату, который вновь брил его голову и считывал доставленное сообщение. Второй способ заключался в следующем: сообщение наносилось на деревянную дощечку, а потом она покрывалась воском, и, тем самым, не вызывала никаких подозрений. Потом воск соскабливался, и сообщение становилось видимым.

Симпатические чернила

Одним из наиболее распространенных методов классической стеганографии является использование симпатических (невидимых) чернил. Текст, записанный такими чернилами, проявляется только при определенных условиях (нагрев, освещение, химический проявитель и т. д.) Изобретенные еще в I веке н.э. Филоном Александрийским, они продолжали использоваться как в средневековье, так и в новейшее время, например, в письмах русских революционеров из тюрем. В советской школьной программе в курсе литературы изучался рассказ о том, как Владимир Ленин писал молоком на бумаге между строк, см. Рассказы о Ленине. Молоко проявлялось при нагреве над пламенем.

Существуют также чернила с химически нестабильным пигментом. Написанное этими чернилами выглядит как написанное обычной ручкой, но через определенное время нестабильный пигмент разлагается, и от текста не остается и следа. Хотя при использовании обычной шариковой ручки текст можно восстановить по деформации бумаги, этот недостаток можно устранить с помощью мягкого пишущего узла, наподобие фломастера.

Другие стеганографические методы

Во время Второй мировой войны активно использовались микроточки - микроскопические фотоснимки, вклеиваемые в текст писем, телеграмм.

Также существует ряд альтернативных методов сокрытия информации:

• запись на боковой стороне колоды карт, расположенных в условленном порядке;
• запись внутри вареного яйца;
• «жаргонные шифры», где слова имеют другое обусловленное значение;
• трафареты, которые, будучи положенными на текст, оставляют видимыми только значащие буквы;
• узелки на нитках и т. д.

В настоящее время под стеганографией чаще всего понимают скрытие информации в текстовых, графических либо аудиофайлах путём использования специального программного обеспечения.

Компьютерная стеганография

Компьютерная стеганография - направление классической стеганографии, основанное на особенностях компьютерной платформы. Примеры: стеганографическая файловая система StegFS для Linux, сокрытие данных путём записи информации в неиспользуемых областях форматов файлов, подмена символов в названиях файлов, текстовая стеганография и т.п. Ещё одним примером реализации компьютерной стеганографии в совокупности с криптографией может служить приложение TrueCrypt, в котором реализована технология т.н. «скрытых зашифрованных томов».

Цифровая стеганография

Цифровая стеганография - направление классической стеганографии, основанное на сокрытии или внедрении дополнительной информации в цифровые объекты. Как правило, данные объекты являются мультимедиа-объектами (изображения, видео- или аудио-файлы, текстуры 3D-объектов), внесение изменений в которые вызывает лишь незначительные искажения, находящиеся ниже порога чувствительности среднестатистического человека, что не приводит к заметным изменениям этих объектов.

Реализация цифровой стеганографии средствами ОС Linux Ubuntu

Во все без исключения дистрибутивы ОС Linux Ubuntu включено приложение steghide, позволяющее скрывать текстовые файлы в графических файлах.

Предположим, что нам требуется «спрятать» текстовый файл с цитатой из Библии: «Предусмотрительный видит бедствие и укрывается, а неопытные идут вперёд и наказываются» в файл с фотографией тигра (см. справа).

Создадим в домашней директории текущего пользователя директорию, в которую сохраним оба файла — текстовый и графический:

Mkdir ~/steg

Выполним переход в созданную директорию:

Wget http://сайт/wp-content/uploads/2014/10/bible..jpg

Если приложение steghide еще не инсталлировано в системе, следует выполнить установку:

Sudo apt-get install steghide

Для того, чтобы встроить текстовый файл bible.txt в графический файл tiger.jpg, следует выполнить следующую команду в терминале:

Steghide embed -ef bible.txt -cf tiger.jpg -sf tiger_with_text.jpg

В ходе выполнения последней команды пользователю дважды будет выведен запрос на ввод пароля, которым перед тем, как текстовый файл будет встроен графический, сам текстовый файл также будет зашифрован криптографическими методами (блочным шифром), что сделает невозможным практически извлечение файла лицами, для которых текстовая информация не предназначена. Сам процесс встраивания будет выглядеть в терминале следующим образом:

Результатом выполнения команды станет файл tiger_with_text.jpg, отличающийся от исходного тем, что в отличие от оригинального он содержит в себе скрытый текст (см. изображение справа). Обратите внимание, полученный файл с фотографией тигра со встроенным текстом внешне ничем не отличается от оригинальной фотографии тигра.

Рассмотрим команду встраивания текстового файла подробнее. Опция embed указывает приложению steghide о том, что пользователь хочет выполнить встраивание текстового файла в графический. Опция -ef указывает на текстовый файл, который необходимо встроить в графический; опция -cf указывает на графический файл, в который будет встроен текстовый файл, опция -sf указывает на имя графического файла, в который будет сохранен результат работы приложения, т.е. графический файл со встроенным зашифрованным текстом.

Теперь рассмотрим процесс извлечения текстового файла из фотографии с тигром. Удалите текстовый файл и убедитесь, что текстового файла нет в директории ~/steg:

Rm -rf ~/steg/bible.txt ll ~/steg

Для извлечения текстового файла из графического выполните команду:

В ходе выполнения команды пользователь должен ввести пароль для дешифрования текстового файла. В результате в директории ~/steg будет создан текстовый файл bible.txt, содержащий текстовую информацию, извлеченную из графического файла.

Рассмотрим опции в последней команде подробнее. Опция extract указывает приложению steghide на то, что пользователь хочет выполнить извлечение текста из графического файла; опция -sf указывает на графический файл, содержащий скрытую текстовую информацию; опция -xf указывает на имя текстового файла, в который будет записана извлеченная из фотографии текстовая информация.

Можете также попробовать загрузить файл со встроенной текстовой информацией отсюда:

Wget http://сайт/wp-content/uploads/2014/10/tiger_with_text.jpg

и, используя пароль: 123456, извлечь текстовую информацию из фотографии:

Steghide extract -sf tiger_with_text.jpg -xf bible.txt

Полученные таким образом графические файлы со встроенной текстовой информацией можно передавать, используя любые открытые каналы связи, например, через сообщения по электронной почте или посредством других сервисов в Интернете.

УДК 004.056.5

Стеганографический способ скрытия информации на основе последовательностей особенных точек изображения

научный руководитель канд. физ.-мат. наук

Стерлитамакская государственная педагогическая академия им. Зайнаб Биишевой

В настоящее время, наряду с широким использованием цифровых форматов мультимедиа и существующими проблемами управления цифровыми ресурсами, становятся все более актуальными исследования в области стеганографии . Решение задачи сокрытия информации также является важной проблематикой в условиях развитой инфраструктуры сетевого общения пользователей глобальных компьютерных сетей, с развитием которых стало возможным быстро и экономически выгодно передавать электронные документы в различные уголки планеты. При этом значительные объемы передаваемых материалов часто сопровождаются незаконным копированием и распространением. Как следствие, это заставляет искать способы сокрытия авторской информации в различных текстовых, графических, аудио, видео, и других типах файлов.

На сегодняшний день существует довольно много программных продуктов, применяемых для целей стеганографии и реализующих методы внедрения конфиденциальных данных в различные типы файлов.

Классическая задача стеганографии состоит в организации передачи секретного сообщения таким образом, чтобы как содержание сообщения, так и сам факт его передачи были скрыты ото всех, кроме заинтересованных лиц. Для решения такой задачи используется некоторое сообщение, называемое контейнером (стего-контейнером), в которое встраивается требуемое для передачи секретное сообщение. При этом разработчики стеганографических методов должны организовать прозрачность передаваемых конфиденциальных данных: изменение определенного числа информационных бит в контейнере не должно привести к особым потерям его качества (должны отсутствовать артефакты визуализации встраивания). В качестве контейнеров наиболее часто выступают файлы, содержащие цифровые фотографии, текст, музыку, видео. Так, например, при использовании в качестве контейнера графических файлов для сторонних наблюдателей процесс передачи сообщений будет восприниматься как обычный обмен цифровыми графическими файлами. Следует при этом помнить о важности соблюдения одного условия: никто не должен иметь доступ одновременно к исходному файлу, выбранному в качестве контейнера, и к файлу, содержащему скрытое сообщение, т. к. в таком случае простое сравнение файлов сразу же выявит наличие сообщения.

Как было отмечено выше, в компьютерной стеганографии в качестве контейнера может выступать практически любой файловый формат, однако наиболее распространенным типом носителя являются файлы изображения формата BMP. Это объясняется тем, что для целей стеганографии наиболее предпочтительны файлы форматов, в которых используются методы сжатия без потерь (такие виды сжатия типичны для изображений формата BMP, TIFF, PNG, TGA, и др.). Также положительной стороной в пользу выбора формата BMP выступает высокое качество изображения и простота формата.

Стоит отметить, что при работе с форматами файлов, использующих сжатие с потерями, таким как JPEG, обычно все равно выполняют преобразование потока данных JPEG в поток данных BMP . С позиции стеганографии файлы данного формата позволяют скрывать сравнительно большие объемы информации.

В данной работе в качестве контейнера рассматривается 24-битовое растровое изображение в системе цветности RGB. Каждая цветовая комбинация тона (пикселя) представляет собой комбинацию значений яркости трех составляющих цветов – красного (R), зеленого (G) и синего (B), которые занимают каждый по 1 байту (итого по 3 байта на точку). Таким образом, яркость каждой составляющей записывается 8-битным числом и может изменяться в диапазоне от 0 до 255 (комбинация (0, 0, 0) соответствует черному цвету, комбинация (255, 255, 255) – белому). Использование BMP-файлов в настоящей работе обусловлено только лишь простотой их программной обработки , – все полученные результаты с легкостью могут быть перенесены на случай изображений в файлах других форматов.

Самым распространенным на сегодня методом стеганографического скрытия является метод замены наименее значимых бит (LSB). Идея метода заключается в замене от одного до четырех младших битов в байтах цветового представления точек исходного изображения битами скрываемого сообщения. Также известен ряд работ, посвященных вопросам синтеза систем стеганографии, позволяющих увеличить объем скрываемой информации в несколько раз по сравнению с методом LSB.

Традиционно LSB-методы реализуются по следующей схеме: передаваемое сообщение шифруется с использованием секретного ключа, после чего биты зашифрованного сообщения записываются на место младших бит цветовых составляющих изображения. В простейшем случае запись осуществляется последовательно в каждую составляющую цвета точки, но может также производиться и в некотором другом порядке, задаваемом на основе того же секретного ключа. Визуально, в таком изображении не будет заметно никаких искажений (глаз человека, скорее всего, не заметит отличий даже в случае, если имеется исходный файл для сравнения). Однако компьютерные методы стегоанализа смогут определить наличие встроенного сообщения (например, метод стегоанализа, предложенный и относящийся к классу универсальных методов ). Поэтому в ряде работ предлагаются варианты LSB-методов, более устойчивых к стегоанализу. Таковым является, например, метод, учитывающий статистику младших бит изображения .

В данной работе предлагается метод, использующий распределение в изображении некоторых особенных точек (отсутствующих в исходном изображении оттенков).

На первом этапе необходимо подготовить контейнер к приему скрытого сообщения – в исходном файле изображения, составляющие (оттенки) трех цветов, имеющие значения 255, изменяются на 254. На этом же этапе скрываемое сообщение переводится в двоичную последовательность.

На втором этапе проводится анализ файла-контейнера на наличие точек, удовлетворяющих следующему условию: во всем изображении два оттенка цвета точек (например, синий (B) и зеленый (G)) совпадают, а третий оттенок (в данном случае красный (R) – обозначим его числовое значение через X) таков, что во всем изображении нет точек, для которых значение этого оттенка равно X+1, X-1, или X-2. Среди всех найденных таким образом точек выбирается последовательность точек, имеющая максимальную длину. Такая последовательность и используется для хранения скрытого сообщения: к значению X третьего оттенка прибавляется соответствующее значение из двоичного представления сообщения. При этом первые три байта сообщения содержат информацию о длине сообщения. Первая точка из найденной последовательности должна быть оставлена без изменений.

Очевидно, что для каждого потенциального файла-контейнера распределение точек, удовлетворяющих отмеченному выше требованию по оттенкам, вполне случайно. В связи с этим данный метод не вносит существенных отклонений в статистику распределения младших бит изображения, и должен быть вполне устойчив к методам стегоанализа.

После добавления сообщения в файл-контейнер исходный пустой контейнер уже не требуется и может быть удален. Таким образом, данный метод позволяет использовать для передачи (и последующего восстановления) скрытого сообщения только один файл. Восстановление сообщения основывается на поиске во всем изображении точек, два оттенка цвета которых совпадают, а третий оттенок таков, что во всем изображении нет точек, для которых значение этого оттенка равно X-1 или X-2.

При таком способе сокрытия информации максимальный ее объем, который может быть размещен в файле-контейнере, целиком зависит от файла изображения: какое-то изображение позволит сохранить больше информации – какое-то меньше (или вообще не позволит). Кроме того, само расположение скрытого сообщения в файле-контейнере будет также зависеть от конкретного изображения.

Очевидно, что, если известен метод, использовавшийся для помещения информации в контейнер, то на его основе легко получить скрытое сообщение. Это является недостатком не только описанного здесь метода, но и любого другого. Именно поэтому нужно предусмотреть такое изменение метода, чтобы, даже зная алгоритм его реализации, невозможно было извлечь скрытое сообщение (извлечь сообщение должен только тот, кому оно адресовано). Для этого перед встраиванием в контейнер, в целях повышения безопасности и компактности, секретное сообщение обычно сжимается и шифруется. Для сжатия могут быть использованы различные алгоритмы, например алгоритмы семейства LZ или BWT. Кроме этого, при встраивании сообщения в контейнер можно использовать дополнительный секретный ключ, который будет определять порядок внедрения сообщения.

Описанный метод, конечно же, допускает всевозможные его модификации. Например, для увеличения емкости контейнера можно использовать не только последовательность точек максимальной длины, но и все другие последовательности точек, удовлетворяющие указанному выше условию. Наряду с использованием секретного ключа это позволит повысить стойкость алгоритма к стегоанализу.

Список литературы

1. , Основы стегоанализа.// Защита информации. Конфидент. – СПб.: 2000, № 3. – С. 38-41.

2. , Цифровая стеганография. – М.: Солон-Пресс, 2002. – 272 с.

3. , Фионов стегосистемы на базе растровых изображений с учетом статистики младших бит // Вестник СибГУТИ. – 2009. № 1. – С. 67-84.

4. , Компьютерная стеганография. Теория и практика. – К.: МК-Пресс, 2006. – 288 с.

5. Жилкин графических данных на основе методов сжатия // Вестник СибГУТИ. – 2008. № 2. – С. 62–66.

6. Кувшинов и алгоритмы сокрытия больших объемов данных на основе стеганографии / Диссертация на соискание ученой степени кандидата технических наук. – Санкт-Петербург. 2010. – 116 с.

Я думаю каждый хоть раз слышал о стеганографии. Стеганография (τεγανός - скрытый + γράφω - пишу, дословно «скрытопись») - это междисциплинарная наука и искусство передавать сокрытые данные, внутри других, не сокрытых данных. Скрываемые данные обычно называют стегосообщением , а данные, внутри которых находится стегосообщение называют контейнером .

Стеганографических способов бесчисленное множество. На момент написания данной статьи в США уже опубликовано не менее 95 патентов по стеганографии , а в России не менее 29 патентов . Более всего мне понравился патент Kursh К. и Lav R. Varchney «Продовольственной стеганографии» («Food steganography» , PDF)

Картинка из «пищевого» патента для привлечения внимания:

Тем не менее, прочитав приличное количество статей и работ, посвященных стеганографии, я захотел систематизировать свои идеи и знания в данной области. Данная статья сугубо теоретическая и я хотел бы обсудить следующие вопросы:

1. Цели стеганографии - на самом деле их три, а не одна.
2. Практическое применение стеганографии - я насчитал 15.
3. Место стеганографии в XXI веке - я считаю, что с технической точки зрения современный мир уже подготовлен, но «социально» стеганография пока «запаздывает».

Я постарался обобщить мои исследования по данному вопросу. (Это значит, что текста много)
Надеюсь на разумную критику и советы со стороны хабросообщества.

Цели стеганографии

Как я уже говорил, в стеганографии существуют три цели.

Цифровые отпечатки (ЦО) (Digital Fingerprint)

Таким образом, при извлечении ЦО третья сторона (т.е. противник) может преследовать две цели:

1. извлечение ЦО из контейнера («слабая цель» );
2. подмена одного ЦО другим ЦО («сильная цель» ).

В качестве примера ЦО можно привести продажу электронных книг (например в формате *.PDF). При оплате книги и отправки её получателю можно в *.pdf вкраплять информацию о e-mail; IP; данных, введенные пользователем и т.д. Конечно это не отпечатки пальцев и не анализ по ДНК, но, согласитесь, это лучше, чем ничего. Возможно в России, по причине иной культуры и иного, исторически сложившегося, отношения к исключительному праву данное применение стеганографии неактуально; но, например, в Японии, где за скачивание torrent-файлов могут посадить, применение стеганографических ЦО более вероятно.

Стеганографические водяные знаки (СВЗ) (Stego Watermarking)

Фотография Сталина с iPhone"ом, сделанная Д.В. Скляровым (с корректным СВЗ)

Скрытая передача данных (СПД)

В современных русскоязычных работах, посвященных стеганографии, часто используется термин ЦВЗ (Цифровые водяные знаки) . Под этим термином подразумевают то СВЗ, то ЦО. (А иногда СВЗ и ЦО одновременно, да еще в одной статье!) Тем не менее при реализации ЦО и СВЗ возникающие проблемы и задачи принципиально различные! Действительно, СВЗ на всех копиях электронного документа одинаков, а ЦО на всех копиях документов различен. По этой причине, например, атака сговором принципиально невозможна в СВЗ! Хотя бы по этой причине следует различать СВЗ и ЦО. Всех, кто собирается работать в области стеганографии, настоятельно советую не употреблять термин ЦВЗ в своей речи.

Данная, казалось бы очевидная мысль, до сих пор у многих вызывает недоумение. Аналогичную точку зрения о необходимости различать СВЗ и ЦО высказывали такие небезызвестные в узких кругах «стеганографы» , как Кашен (Cachin), Петикола (Petitcolas), Каценбейзер (Katzenbeisser).

Для каждой из этих трех целей следует разрабатывать свои собственные критерии стойкости стеганографической системы и формальные информационно-теоретические модели для их достижения, т.к. смысл применения стеганографии различен. Про фундаментальное отличие СВЗ и ЦО написано выше. Но может быть имеет смысл объединить СПД с ЦО или с СВЗ? Нет! Дело в том, что смыслом СПД является сама скрытая передача данных , а ЦО и СВЗ предназначены для защиты самого контейнера . Более того, сам факт наличия ЦО или СВЗ может не быть тайным, в отличие от большинства задач для СПД. В частности, по этой причине говорить о возможности построения совершенной стегосистемы (по Кашену) для реализации ЦО или СВЗ для большинства практических задач не имеет никакого практического смысла.

4. Защита исключительного права (ЦО)

В качестве другого примера, как я уже писал ранее, можно привести интернет-продажу информационных ресурсов. Это могут быть книги, фильмы, музыка и т.д. Каждая копия должна содержать ЦО для идентификации личности (хотя бы косвенной) или специальную метку для проверки лицензионная это копия или не лицензионная.

Данную цель попыталась воплотить в 2007-2011 годах компания amazon.com . Цитата из статьи :

Если по-русски: скачанный файл будет содержать уникальный идентификатор покупки, дату/время покупки и др. информацию (...).

Скачать в лоб данные композиции не получилось (амазон ругается и говорит, что может их продать только на территории США). Пришлось попросить американских знакомых и через некоторое время у меня на руках была одна и та же песня, но скачанная независимо двумя разными людьми с разных аккаунтов в амазоне. По виду файлы были абсолютно одинаковы, размер совпадал до байта.

Но т.к. амазон писал, что включает в каждый мп3 идентификатор загрузки и еще кое-какие данные решил проверить два имеющихся файла побитово и сразу нашел различия.

5. Защита авторского права (СВЗ)

6. Защита подлинности документов (СВЗ)

7. Индивидуальный отпечаток в СЭДО (ЦО)

8. Водяной знак в DLP системах (СВЗ)

Для того, чтобы извлечь метку необходим стегоключ. Стегоключ, разумеется, держится в тайне. DLP-система, перед одобрением или отказом выдать документ вовне, проверяет наличие или отсутствие водяного знака. Если знак присутствует, то система не разрешает отправлять документ вовне системы.

9. Скрытая передача управляющего сигнала (СПД)

Я думаю никто не поспорит, что в военной сфере данная задача невероятно актуальна. Данная задача может быть актуальной и для преступных организаций. Соответственно, правоохранительные органы должны быть вооружены определенной теорией по данному вопросу и способствовать развитию программ, алгоритмов и систем по противодействию данного применения стеганографии.

10. Стеганографические botnet-сети (СПД)

11. Подтверждение достоверности переданной информации(ЦО).

Данная проблема имеет множество классических решений, в том числе криптографических. Использование стеганографии является ещё одним способом решить данную проблему.

12. Funkspiel («Радиоигра») (СПД)

Определение Funkspiel"я

Радиоигра (калька с нем. Funkspiel - «радиоигра» или «радиоспектакль») - в практике разведки XX века использование средств радиосвязи для дезинформации разведывательных органов противника. Для радиоигры часто используют захваченного контрразведкой и перевербованного разведчика-радиста или двойного агента. Радиоигра позволяет имитировать деятельность уничтоженной или никогда не существовавшей разведсети (и таким образом снижать активность противника по заброске новых разведчиков), передавать противнику дезинформацию, получать сведения о намерениях его разведывательных органов и достигать других разведывательных и контрразведывательных целей.

Возможность провала и последующей радиоигры учитывалась при планировании разведывательных операций. Заранее оговаривались различные признаки в радиограмме, по наличию или отсутствию которых можно было бы понять, что радист работает под контролем противника.

Стегосообщение в данном случае содержит данные, сообщающие о том, стоит ли воспринимать информацию контейнера всерьез. Это так же может быть какая-либо хеш-функция или просто наперед установленная последовательность бит. Так же это может быть хеш-функция от времени начала передачи (В этом случае для исключения проблемы рассинхронизации времени у отправителя и получателя время следует брать с точностью до минут или даже часов, а не с точностью до секунд или миллисекунд).

Если стегосообщение не прошло проверку, то контейнер должен быть проигнорирован получателем, вне зависимости от его содержимого. В данном случае стеганография может быть использована для дезинформации противника. К примеру контейнер может представлять собой криптографическое сообщение. В этом случае отправитель, желая в вести в заблуждение противника, шифрует данные неким известным противнику скомпроментированным криптографическим ключом, а стегосообщение используется с целью, чтобы получатель не воспринял ложный контейнер.

Предположим, что противник имеет возможность разрушить ЦО. В этом случае funkspiel может быть использован против интересов отправителя. Получатель, не обнаружив метку, не будет игнорировать полученный контейнер. Возможно в некоторых практических решениях разумно funkspiel использовать совместно с подтверждением достоверности . В этом случае любая информация, не содержащая метку достоверности - игнорируется; и соответственно для радиоигры следует просто не вкраплять метку в сообщение.

13. Неотчуждаемость информации (СВЗ)

Отрывок про использование стеганографии в медицине. из книги ""Information Hiding Techniques for Steganography and Digital Watermarking""

The healthcare industry and especially medical imaging systems may benefit from information hiding techniques. They use standards such as DICOM (digital imaging and communications in medicine) which separates image data from the caption, such as the name of the patient, the date, and the physician. Sometimes the link between image and patient is lost, thus, embedding the name of the patient in the image could be a useful safety measure. It is still an open question whether such marking would have any effect on the accuracy of the diagnosis but recent studies by Cosman et al. revealing that lossy compression has little effect, let us believe that this might be feasible. Another emerging technique related to the healthcare industry is hiding messages in DNA sequences. This could be used to protect intellectual property in medicine, molecular biology or genetics.

Аналогичные рассуждения можно сделать по поводу современной астрономии. Приведем цитату отечественного астронома Владимира Георгиевича Сурдина (ссылка на видео):

Я завидую тем, кто сейчас входит в науку. Последние 20 лет мы [астрономы] в общем-то топтались на месте. Но сейчас ситуация изменилась. В мире построено несколько телескопов совершенно уникального свойства. Они видят почти все небо и огромные объемы информации получают каждую ночь. Вот достаточно сказать, что за предыдущие 200 лет астрономы открыли несколько тысяч объектов. (...) Это за 200 лет! Сегодня каждую ночь мы открываем триста новых объектов солнечной системы! Это больше, чем человек ручкой смог записать бы в каталог. [за сутки]

Подумать только, каждую ночь 300 новых объектов. Понятно, что это различные мелкие космические астеройды, а не открытие новых планет, но все же… Действительно, возможно было бы разумно вкраплять информацию о времени съемки, месте съемки и иные данные непосредственно в изображение? Тогда при обмене снимков между астрономами, ученые всегда могли бы понять, где, когда и при каких обстоятельствах был сделан тот или иной снимок. Можно даже вкраплять информацию без ключа, считая, что противника нет. Т.е. использовать стеганографию только ради «неотчуждения» самих снимков от дополнительной информации, надеясь на честность пользователей; возможно, это было бы гораздо более удобно, чем сопровождать каждый снимок информацией.

Из мира компьютерных игр можно привести WoW . Если сделать скриншот игры, содержащий имя пользователя, время снятия скриншота (с точностью до минуты и IP) адрес сервера.

14. Стеганографическое отвлечение (?)

Грубо говоря, стеганографическое отвлечение чем-то напоминает DoS и DDoS атаки. Вы отвлекаете внимание противника от контейнеров, которые действительно содержат что-то ценное.

15. Стеганографическое отслеживание (СПД)

Почему бы не перенять опыт «реальных коллег» в наш виртуальных мир? Таким образом стеганографическое отслеживание напоминает чем-то вроде honeypot"а .

Прогноз о будущем стеганографии в первой четверти XXI века

Тезис. Я считаю, что мир технически готов к стеганографии, но в «культурном» плане современное информационное общество пока ещё не дозрело. Я думаю, что в ближайшее время (2015-2025 годах) произойдет то, что возможно в будущем назовут "стеганографической революцией "… Может быть это немного заносчивое утверждение, но я попытаюсь обосновать свою точку зрения четырьмя положениями.

Первое . В данный момент не существует единой теории стеганографии. Совершенно секретная стегосистема (по Кашену) конечно лучше, чем ничего, но на мой взгляд это черно-белая фотография хвоста сферического виртуального коня в вакууме… Миттельхользер попытался немного улучшить результаты Кристиана Кашена, но пока это очень пространная теория.

Отсутствие единой теории - важный тормоз. Математически доказано, что шифр Вернама (=«одноразовый блокнот») взломать невозможно, по этой причине связь между В.В. Путиным и Баракой Обамой осуществляется именно с помощью этого алгоритма. Существует определенная теория, создающая и изучающая абстрактные (математические) криптографические объекты (Bent-функции, LFSR, циклы Фейстейля, SP-сеты и т.д.). В стеганографии существует зоопарк терминов и моделей, но большинство из них необоснованны, изучены не полностью или притянуты за уши.

Тем не менее определенные сдвиги в данном направлении уже есть. Уже осуществляются скромные попытки использовать стеганографию если не как основное или даже единственное решение, то как вспомогательный инструмент. Огромный сдвиг в теории произошел за последние пятнадцать лет (2000-2015), но думаю об этом можно написать отдельный пост, в двух словах сказать трудно.

Второе . Стеганография - наука междисциплинарная ! Это первое, что должен уяснить любой начинающий «стеганограф». Если криптография может абстрагироваться от оборудования и решать исключительно задачи в мире дискретной математике, то специалист по стеганографии обязан изучать среду. Хотя конечно и в построении криптосистем существует ряд проблем, например атака по побочным каналам; но это не вина качества шифра. Я думаю, что стеганография будет развиваться в соответствии с развитием изучения среды, в которой передаются скрытые сообщения. Таким образом разумно ожидать появления «химической стеганографии», «стеганографии в изображениях», «стеганографии в кодах, исправляющих ошибки», «продовольственной стеганографии» и т.д.

Начиная примерно с 2008 года это уже все осознали. Стеганографией стали интересоваться не только математики-криптографы, но и лингвисты, филологи, химики. Думаю это позитивный сдвиг, говорящий о многом.

Третее . Современный виртуальный мир перенасыщен текстами, картинками котиков, видеороликами и прочая и прочая… На одном сайте YouTube ежеминутно загружается более 100 часов видео! Вы только подумайте, ежеминутно ! Вот сколько минут вы читаете этот пространный опус?.. А теперь умножьте это число на 100! Вот столько часов различного видео на одном только YouTube появилось за это время!!! Вы можете себе это представить? А ведь это огромная «почва» для сокрытия данных! То есть «технически» мир давным давно готов к стеганографии. И я, если честно, глубоко уверен, что стеганография и противодействие стеганографии в ближайшем будущем станет такой же актуальной проблемой, как проблема BigData Colossus …

Данная информация перестала быть секретной, если мне не изменяет память, только в 2000-х годах. В качестве другого исторического примера можно привести алгоритм RSA, который был изобретен в конце ВМВ британскими криптографами. Но, по понятным причинам, военные засекретили первый в мире алгоритм асимметричного шифрования и пальма первенства досталась Диффи, Хелману, а затем Ривесту, Шамиру и Адлеману.

К чему я это? Дело в том, что в информационной безопасности все изобретается минимум два раза: один раз «в закрытую», а второй раз «в открытую»; а в некоторых случаях даже больше, чем два раза. Это нормально. Думаю тоже ждет и стеганографию (ели уже не постигло).

В современной западной литературе почему-то «исчезли» (т.е. перестали публиковаться) многие ученые, которые в 1998-2008 годах предлагали весьма интересные идеи. (например Питер Вайнер, Мишель Элиа). Примерно аналогичная ситуация была перед изобретением атомного оружия… Кто знает, может быть уже изобретены совершенные стегосистемы и они успешно используются ГРУ и/или АНБ? А мы, дочитывая этот пост и глядя на наручные часы высчитываем, сколько ещё часов мурлыкающих котиков закачали миллионы пользователей на YouTube и есть ли среди них котики с перепиской террористов; команд для botnet-сети или чертежи РТ-2ПМ2, зашифрованные шифром Вернама.