Картинка из «пищевого» патента для привлечения внимания:
Тем не менее, прочитав приличное количество статей и работ, посвященных стеганографии, я захотел систематиезировать свои идеи и знания в данной области. Данная статья сугубо [b]теоретическая и я хотел бы обсудить следующие вопросы:
Я постарался обобщить мои исследования по данному вопросу. (Это значит, что текста много)
Надеюсь на разумную критику и советы со стороны хабросообщества.
Как я уже говорил, в стеганографии существуют три цели.
Таким образом, при извлечении ЦО третья сторона (т.е. противник) может преследовать две цели:
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 с торрентов могут посадить, применение стеганографических ЦО более вероятно.
В современных русcкоязычных работах, посвященных стеганографии, часто используется термин [b]ЦВЗ (Цифровые водяные знаки). Под этим термином подразумевают то СВЗ, то ЦО. (А иногда СВЗ и ЦО одновременно, да ещё 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 для реализации ЦО или СВЗ для большинства практических задач не имеет никакого практического смысла.
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 . 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.
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.
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.
Данная проблема имеет множество классических решений, в том числе криптографических. Использование стеганографии является ещё одним способом решить данную проблему.
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.
The healthcare industry and especially medical imaging systems may benefit from information hiding techniques. They use standards such as (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 ():
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 . Если сделать скриншот игры, содержащий имя пользователя, время снятия скриншота (с точностью до минуты и IP) адрес сервера.
Грубо говоря, стеганографическое отвлечение чем-то напоминает DoS и DDoS атаки. Вы отвлекаете внимание противника от контейнеров, которые действительно содержат что-то ценное.
Почему бы не перенять опыт «реальных коллег» в наш виртуальных мир? Таким образом стеганографическое отслеживание напоминает чем-то вроде .
[b]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.
[b]Первое. В данный момент не существует единой теории стеганографии. 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 (=«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.
[b]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.
[b]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, [b]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 в 1938 году. Летом 1939 года в Кабатском лесу (недалеко от Варшавы) поляки подарили англичанам свои разработки и эвакуировали криптоаналитиков и инженеров. В Британии поляков возглавил Алан Тьюринг и на основе Бомбы была создана машина 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.
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.
В конце 90-х годов ХХ века сформировалось несколько направлений стеганографии:
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.
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.
Во время Второй мировой войны активно использовались микроточки - микроскопические фотоснимки, вклеиваемые в текст писем, телеграмм.
Также существует ряд альтернативных методов сокрытия информации:
В настоящее время под стеганографией чаще всего понимают скрытие информации в текстовых, графических либо аудиофайлах путём использования специального программного обеспечения.
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 - 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.
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:
:~/steg$ steghide embed -ef bible.txt -cf tiger.jpg -sf tiger_with_text.jpg Enter passphrase: Re-Enter passphrase: embedding "bible.txt" in "tiger.jpg"... done writing stego file "tiger_with_text.jpg"... done :~/steg$
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.
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.
21.1. Общие сведения
Как отмечалось ранее, разработкой средств и методов сокрытия факта передачи сообщения занимается стеганография (греч. στεγανός - скрытый и γράφω - пишу; буквально «тайнопись»). Наиболее эффективно ее применение совместно с криптографическими методами. Обычно стеганографию делят на два направления: классическую и компьютерную.
21.2. Классическая стеганография
Среди классических методов можно выделить следующие:
Манипуляции с носителем информации.
Первые следы применения стеганографических методов теряются в глубокой древности. 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 третьей и седьмой книгах «Истории» древнегреческого ученого Геродота встречается описание еще двух методов сокрытия информации :
В V веке до н.э. греческий тиран Гистий, находясь под надзором персидского царя Дария в Сузах, должен был послать секретное сообщение своему родственнику в анатолийский город Милет. Он побрил наголо своего раба и вытатуировал послание на его голове. Когда волосы снова отросли, раба отправили в путь;
В Древней Греции тексты писались на дощечках, покрытых воском. В 480 г. до н.э. персидская армия под предводительством Ксеркса I двигалась на греческие города-государства. Узнав, что Ксеркс готов к выступлению, греческий царь Демарат, сосланный в Персию, предупредил об этом спартанцев. Он соскоблил воск с двух деревянных дощечек для письма, написал все, что ему стало известно о намерениях персов, а затем снова покрыл дощечки воском. Эти на вид чистые дощечки были без проблем доставлены в Лакедемон (Спарта). Горго, жена царя Леонида, внимательно осмотрела дощечки и обнаружила скрытое послание. То, что она прочитала, принесло ей и радость, и горе. Ее супруг, Леонид, со своими людьми поспешил форсированным маршем к решающему рубежу обороны на пути наступающих персов. Этим местом был проход, называвшийся Фермопилы. Из-за предателей, знавших тайный путь, Леонид и его 300 воинов-спартанцев погибли, но они три дня удерживали свои позиции, дав время городам-государствам подготовиться к сражению и снискав славу героев.
Эней Тактик в своих исторических трактатах (IV в. до н.э.) описывал способ тайной передачи посланий, когда в пергаменте над или под написанными буквами прокалывали крошечные отверстия. Этим способом пользовались в Англии до появления телеграфа с целью избежать больших расходов на почтовую пересылку. Отправка писем на дальние расстояния стоила крайне дорого, старые же газеты с наклеенной маркой можно было пересылать по стране взад и вперед. Многие из тех, кто не в состоянии был позволить себе оплатить почтовые расходы, ставили в газетах точки над буквами; таким образом, они писали письма, которые затем доставлялись бесплатно. Получатель просто последовательно выписывал все отмеченные таким образом буквы, и в результате получалось адресованное ему сообщение.
К 1000 г. н.э. китайские военачальники записывали важные сообщения на очень тонкой бумаге или шелке. Затем такое послание плотно скатывалось и покрывалось воском. Когда воск остывал, курьер прятал письмо в своей одежде, проглатывал или пользовался как тайником одним из отверстий собственного тела.
Классический пример физического сокрытия информации - курительная трубка, столь любимая секретными агентами. Сообщение пряталось в полости стенок чаши и прикрывалось внутренней (поворотной) частью чаши, при этом можно было, набив трубку табаком, курить ее. В случае опасности шпиону достаточно было слегка повернуть внутреннюю часть чаши, чтобы бумага с записанным на ней сообщением упала в горящий табак.
Приведем интересный химический способ записи секретных сообщений внутри вареного яйца. Берется смесь квасцов, чернил и уксуса, записывается ею на скорлупе послание, выдерживается в крепком рассоле или уксусе, чтобы стравить с поверхности следы, и варится яйцо вкрутую. В результате текст сообщения оказывается под скорлупой сверху белка.
Симпатические (невидимые) чернила – чернила, записи которыми являются изначально невидимыми и становятся видимыми только при определенных условиях (нагрев, освещение, химический проявитель и т. д.) .
Невидимыми чернилами пользовались еще во времена Римской империи. В I в. н.э. римский писатель Плиний Старший в своей «Естественной истории» описывал применение для тайнописи жидкости, изготовленной из молочая. Греческий военный ученый Филон Византийский писал о жидкости из чернильных орешков, благодаря которой написанное сообщение было невидимым. Арабские ученые в начале XV в. упоминали о некоторых смесях из растений, произраставших в их регионе; то же относилось к таким писателям эпохи Возрождена как Леон Баттиста Альберти и Джованни Порта. Французский сатирик Франсуа Рабле в романе «Гаргантюа и Пантагрюэль» (1532 г.) с юмором рассуждал о тайнописи. Среди прочих остроумных комментариев о жизни он описывал способ приготовления невидимых чернил из таких веществ, как сок белого лука, нашатырь и квасцы .
Примером может служить любопытный исторический эпизод: восставшими дворянами в Бордо был арестован францисканский монах Берто, являвшийся агентом кардинала Мазарини. Восставшие разрешили Берто написать письмо знакомому священнику в город Блэй. Однако в конце этого письма религиозного содержания, монах сделал приписку, на которую никто не обратил внимание: "Посылаю Вам глазную мазь; натрите ею глаза и Вы будете лучше видеть". Так он сумел переслать не только скрытое сообщение, но и указал способ его обнаружения. В результате монах Берто был спасен .
Во время гражданской войны между южанами и северянами два агента северян Сэмюэль Вудхулл и Роберт Тоунсенд передавали информацию Джорджу Вашингтону, используя специальные чернила.
Различные симпатические чернила использовали и русские революционеры в начале XX века, что нашло отражение в советской литературе. Куканов в своей повести "У истоков грядущего" описывает применение молока в качестве чернил для написания тайных сообщений. Впрочем, царская охранка тоже знала об этом методе (в архиве хранится документ, в котором описан способ использования симпатических чернил и приведен текст перехваченного тайного сообщения революционеров).
Симпатические чернила бывают, как правило, двух видов: химические и органические. Первые представляют собой химические растворы, которые делаются невидимыми при высыхании. Скрытые слова становятся видимыми при добавлении к ним других химических препаратов, называемых реагентами. Органическая группа представлен, в большинстве случаев легкодоступными веществами, такими, как лук, лимон, молоко и уксус. Они обычно становятся видимыми, если их осторожно нагреть .
В качестве симпатических чернил могут использоваться различные вещества .
Таблица 21.1. Симпатические чернила и их проявители
| Чернила | Проявитель |
| Лимонная кислота (пищевая) | Бензилоранж |
| Воск | CaCO 3 или зубной порошок |
| Яблочный сок | Нагрев |
| Молоко | Нагрев |
| Сок лука | Нагрев |
| Сок брюквы | Нагрев |
| Пирамидон (в спиртовом растворе) | Нагрев |
| Вяжущие средства для дезинфекции рта и глотки | Нагрев |
| Квасцы | Нагрев |
| Слюна | Очень слабый водный раствор чернил |
| Фенолфталеин | Разбавленная щелочь |
| Стиральный порошок | Свет лампы ультрафиолета |
| Крахмал | Йодная настойка |
| Аспирин | Соли железа |
В целях обнаружения тайных сообщений, написанных с помощью симпатических чернил, американские цензоры во время Второй мировой войны "полосовали" письма, чтобы выявить наличие в них невидимых чернил. Лаборант водил по письму несколькими щетками, закрепленными в одном держателе и смоченными в растворах различных проявителей. Эти проявители обладали различными свойствами и реагировали даже на выделения человека, так что после обработки на бумаге появлялись отпечатки пальцев и капли пота .
Письма также проходили проверку в инфракрасных и ультрафиолетовых лучах. Текст, написанный крахмалом и невидимый при дневном или электрическом свете, начинал светиться под воздействием ультрафиолета. Инфракрасные лучи помогали различать цвета, неотличимые при обычном освещении. Например, зеленые надписи на зеленой почтовой марке.
Проблемы, в которых местные отделения не могли разобраться своими силами, передавались в лабораторию отдела безопасности. Одна из таких проблем заключалась в том, что немецкие агенты расслаивали лист бумаги пополам, писали текст невидимыми чернилами на внутренней поверхности, а половинки затем вновь соединяли между собой. Поскольку чернила оказывались внутри листа, никакой реагент, нанесенный на его внешнюю поверхность, не мог их проявить. Эта уловка была обнаружена лишь после того, как один немецкий агент использовал для своего письма слишком много чернил и их избыток просочился сквозь бумагу.
В 2011 г. Мануэль Паласиос (Manuel Palacios) из университета Тафтса и Джордж Уайтсайдс (George Whitesides) из Гарварда попробовали спрятать сообщение в массиве, состоящем из семи штаммов 1 бактерий Escherichia coli (E. coli). Технику в шутку назвали SPAM (Steganography by Printed Arrays of Microbes), что можно перевести как стеганография при помощи печатных массивов микробов .
Учёные создали семь штаммов бактерий, каждый из которых производит свой белок, флуоресцирующий при определённом свете (подробности – в статье в журнале PNAS). Колонии бактерий наносятся на подложку в виде рядов точек. Каждая пара точек (цветов) является кодом для буквы, цифры или символа. Семь цветов дают 49 комбинаций, авторы работы использовали их для кодирования 26 букв и 23 других символов (таких как, цифры, @ или $). Например, две жёлтых точки обозначают букву "t", а комбинация оранжевой и зелёной – "d". Получатель, зная коды дешифровки, легко прочтёт посланное сообщение – свечение заметно невооружённым глазом.
Рис 21.1. Пример "проявленного" послания
Чтобы создать сообщение, биологи наносят штаммы E.coli, устойчивые к определенному антибиотику, на подложку с агаром (средой, питательной для бактерий). Затем поверх подложки кладут лист из нитроцеллюлозы – колонии отпечатываются на нём. Для проявки сообщения, получатель должен будет поместить нитроцеллюлозный листок в чашку с "проявочной" агаровой средой, запускающее работу нужных генов и свечение штаммов. В состав "проявочной" агаровой среды входит правильный антибиотик, который убивает все микроорганизмы, кроме тех, что кодируют сообщение (так как они устойчивы к действию лекарства). В результате при проявке он получит нужный код.
Сейчас британские и американские исследователи пробуют подобным образом зашифровать сообщения при помощи дрожжей и спороносных бактерий, а в дальнейшем "покушаются" и на растения. "Было бы здорово спрятать информацию в форме листьев или рисунке корневой системы. Чем больше черт, тем больший объём данных можно зашифровать" - говорит Паласиос.
Микронадписи и микроточки.
Страсть к изготовлению микроизображений насчитывает долгую историю . Это и надписи на амулетах (самая ранняя из таких находок – амулет, найденный при раскопках южной стены Иерусалимского храма, относится к началу VIII века до нашей эры), и микротексты , вписанные или впечатанные в страницы различных фолиантов (вне всякого сомнения, самым характерным примером микронадписей является Псалтырь Св. Иеронима, написанный монахом Иоахином Большим в 1481 г. в Роттенберге для библиотеки папы Сикста IV. Внизу второй страницы в круг диаметром 12 мм вписаны первые 14 стихов Евангелия от Иоанна. Этот текст содержит 168 слов из 744 букв. По расчетам каждая буква занимает площадь не более 0,15 кв.мм.) и специальные подарочные издания . Как правило, прочитать, а тем более, нанести такие надписи без применения увеличительных приборов невозможно. Нельзя исключать, что человек начал использовать оптические приборы значительно раньше знаменитого изобретения Левенгука. Во всяком случае, из греческих источников следует, что древним был известен способ использования маленьких стеклянных сосудов, наполненных водой, в качестве увеличительных приспособлений.
Уже в XVIII веке в Англии и Франции были созданы специальные механические устройства для выполнения микронадписей. Одно из самых совершенных таких устройств, Peter’s Machine for Microscopic Writing (1862 г.), хранится в музее Оксфордского университета. Оно позволяло выполнять надписи с высотой символов всего в 2,5 микрона 2 !
Рис 21.2. Peter’s Machine for Microscopic Writing
Признанным пионером микрофотографии считается английский фотограф-энтузиаст Джон Б.Дэнсер. Похоже, именно он сделал первую микро-фоторепродукцию. В 1839 г., установив на камеру Даггера объектив от микроскопа с фокусным расстоянием 38 мм, он получил микро-даггеротип бумажного оригинала в масштабе 160: 1. В 1856 г. ему удалось получить несколько удачных микроизображений, в том числе портретов членов королевской семьи, которые были подарены королеве Виктории.
В 1867 г. парижский фотограф Рене Дагрон (фр. Dagron) разработал свой метод микрофильмирования, который был использован во времена франко-прусской войны (в 1870 г.).
В ходе неудачной военной компании 1870 г. войска Наполеона III потерпели поражение под Седаном. 2 – 4 сентября Париж был окружен объединенными германо-прусскими войсками, началась пятимесячная осада французской столицы, где была провозглашена 3-я Республика. Все связи с внешним миром были прерваны. Предпринимались отчаянные попытки использования самых разнообразных способов общения вплоть до "голубиной почты". Но грузоподъемность такого перевозчика авиапочты не очень велика. Вот тут-то и пригодился опыт Дагрона в микрофотографии.
12 ноября 1870 г. Дагрон и несколько его помощников вместе со своим оборудованием погрузились на два наполненных водородом воздушных шара, символично названных "Ньепс" и "Даггер" в честь изобретателей фотографии. После безумной гонки над головами немецких улан, пытавшихся посадить или сбить смелых воздухоплавателей, тем все же удалось достигнуть города Тура.
Прибыв на место, Дагрон развернул свою фотолабораторию и организовал микрофильмирование почты и других материалов, предполагавшихся к пересылке "голубиной почтой". Письма и сообщения выполнялись на прозрачных листах, разделенных на 12 секций размером 80 х 110 мм. Они копировались по частям контактным способом на фотографические пластинки, которые после химической обработки повторно переснимались с большим уменьшением с помощью специальной репродукционной камеры. В результате получались микроизображения размером не более 1 мм!
Полученные изображения вырезались и монтировались вместе с другими сообщениями на кусочке коллоидной пленки и подготавливались для отправки голубиной почтой в Париж. За 5 месяцев осады французской столицы Дагрону удалось скопировать на микропленку 470 листов, содержавших 2.5 миллиона сообщений. Как утверждают, один голубь мог нести от 36 до 54 тысяч сообщений, отснятых на 18 тончайших пленок.
Первым создателем "настоящей" микроточки историки справедливо считают Эммануила Голдберга, который в 1925 г. не только собрал оригинальную оптическую схему для её фотографирования, но и подробно описал все этапы создания фото с высоким разрешением .
Рис 21.3. Оптическая схема Голдберга для изготовления микроточки
Из английских и американских архивов следует, что немецкая разведка АБВЕР перед Второй мировой войной самым активным образом использовала микроточки для связи с агентурой в Северной и Латинской Америке. По словам Гувера, первое предупреждение о существовании микроточек ФБР получило в январе 1940 г. Но обнаружили такую микроточку лишь в августе 1941 г., когда некий техник-фотолаборант случайно заметил отблеск света на конверте, изъятом у попавшего под подозрение немецкого агента. Причиной отблеска послужила микроточка, замаскированная под точку в конце предложения .
Западные историки микрофотографии также утверждают, что и советская разведка использовала микроточки еще до начала войны. После окончания войны в 1945 г. микроточки широко применялись советскими агентами, действовавшими по всему миру. Одним из таких агентов был Рудольф Абель. Он использовал данный метод в 1950-х гг., занимаясь шпионской деятельностью в районе Нью-Йорка .
Микроточки обладали способностью передавать большие объемы информации (сотни страниц и чертежей в одной точке) и обычно вклеивались в письмо или книгу. Микроточки прятали в украшениях, монетах, батарейках, предметах обихода, помещали в надрезанный край открытки с последующим аккуратным заклеиванием надреза.
Рис 21.4. Надрезание края конверта для тайника микроточки
В 2001 г. в Австралии была разработана технология нанесения микроточек, содержащих Персональный идентификационный номер (ПИН), на важнейшие детали изделия (обычно - автомобиля). Такие, изготовленные с помощью лазера прозрачные микроточки наклеиваются в неприметных местах непосредственно на сборочном конвейере. Увидеть их можно только при освещении ультрафиолетовым светом. Этот процесс, дешёвый и эффективный, затрудняет угонщикам автомобилей легальную продажу украденной и разобранной машины в виде "запчастей" .
Производители цветных принтеров добавляли в них функцию печати т.к. называемых "желтых точек".
Рис 21.5. Желтые точки
Эти точки, едва видны невооруженным глазом, печатались на каждой странице и содержали в себе информацию о серийном номере принтера, а также дате и времени печати. Подтверждено использование данного метода в принтерах, выпускаемых под торговыми марками Brother, Canon, Dell, Epson, Hewlett-Packard, IBM, Konica, Kyocera, Lanier, Lexmark, NRG, Panasonic, Ricoh, Savin, Toshiba, Xerox. Введение данной меры, согласно комментариям производителей, являлось частью сотрудничества с правительством и консорциумом банков, направленного на борьбу с фальшивомонетниками.
В заключение следует отметить, что использование микроточек для передачи секретных сообщений описал еще греческий ученый Эней Тактик в сочинении "Об обороне укреплённых мест". Суть предложенного им так называемого "книжного шифра" заключалась в прокалывании малозаметные дырок в книге или в другом документе над буквами секретного сообщения. Во время Первой мировой войны германские шпионы использовали аналогичный шифр, заменив дырки на точки, наносимые симпатическими чернилами на буквы газетного текста.
Экзотическим способом хранения и передачи информации является использование для этих целей ДНК-молекул . В клетках животных и растений ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) находится в ядре клетки в составе хромосом, а также в некоторых клеточных органоидах (митохондриях и пластидах). В клетках бактерий молекула ДНК прикреплена изнутри к клеточной мембране. У них и у низших эукариот (например, дрожжей) встречаются небольшие автономные молекулы ДНК, называемые плазмидами. Кроме того, ДНК-молекулы могут образовывать геном некоторых вирусов .
В 1998г. бразильский художник Эдуардо Кац перевёл фразу из Книги Бытия (лат. Genesis) в код Морзе, который, в свою очередь, представил в виде последовательности ДНК. Цитата из Бытия, ради эксперимента, была чуть подсокращена и модифицирована: «И да владычествует человек над рыбами морскими и над птицами небесными, и над всякой живностью, движущейся по земле» (Let man have dominion over the fish of the sea, and over the fowl of the air, and over every living thing that moves upon the earth). Синтезированный ген Кац клонировал в плазмиды, которые затем встроил в клетки бактерии E. Coli.
Рис 21.6. Инсталляция Genesis
(слева - цитата в виде ДНК; в центре - проекция чашки Петри с бактериями; справа - цитата на английском языке)
ДНК-молекулы являются компактным и надежным носителем информации. Группа ученых Гарварда подсчитала, что память из структур ДНК весом всего 4 грамма теоретически может хранить всю информацию, которую производит все человечество современности за один год. В пользу надежности говорит тот факт, что информация из ДНК может быть считана спустя сотни тысяч и даже миллионы лет. "ДНК можно хранить в далеко не идеальных условиях - к примеру, в мертвых животных. При этом она сохранится, и через 400 тыс. лет мы всё еще способны ее считать, - рассказывает руководитель исследований профессор Джордж Чёрч (George Church) из Гарвардской медицинской школы (США). - Запись в ДНК будет храниться куда дольше, чем на диске Blu-rау" .
Для кодирования информации ученые из Гарварда использовали специальный струйный принтер, который помещает короткие фрагменты химически синтезированной ДНК на поверхность крошечного стеклянного чипа. Имитируя двоичный код, исследователи использовали A (аденин) и C (цитозин) в качестве 0, а G (гуанин) и T (тимин) – в качестве 1. Генетический код использовали, чтобы записать содержимое книги Дж. Чёрча "Регенезис. Как синтетическая биология заново придумает природу и нас" ("Regenesis: How Synthetic Biology Will Reinvent Nature And Ourselves"), состоящей из 53 тыс. слов и 11 изображений (≈ 300 страниц). 70 млрд. копий книги были "напечатаны" на ДНК-чипе, примерно равным ногтю мизинца.
Надежность и компактность ДНК-молекул делает их весьма перспективным объектом для применения в стеганографических целях. Ведь носителем секретной информации может являться человек, растение, бактерии и вирусы (причем как живые, так и мертвые). Поиск секретной информации в теле взрослого человека, в котором ≈ 3,5 * 10 16 молекул ДНК, на современном уровне развития науки и техники нереален.
Литературные приемы.
Хорошо известны различного рода литературные приемы, предназначенные для сокрытия тайной информации во внешне безобидных посланиях.
Чтобы перекрыть максимальное число стеганографических каналов связи, американская цензура категорически запретила отправление по почте целого ряда сообщений. Были отменены шахматные партии по переписке. Из писем вымарывались кроссворды, так как у цензоров не хватало времени решать их, чтобы проверить, не содержат ли они тайные послания. Из почтовых отправлений изымались газетные вырезки, потому что они могли содержать секретный текст. Не разрешалось пересылать по почте табели успеваемости учащихся. Одно письмо с инструкциями по вязанию было задержано до тех пор, пока цензор не связал по ним свитер, чтобы проверить, не содержат ли они какой-либо скрытой информации. В каждом цензурном отделении имелся запас марок: цензоры снимали подозрительные марки и заменяли их другими того же достоинства, но с иным номером и рисунком. Чистая бумага, которую жители США часто посылали своим родственникам, проживавшим в странах, где не хватало бумаги, также заменялась из соответствующих запасов, чтобы исключить применение симпатических чернил. Конфисковывались даже детские рисунки, которые родители слали дедушкам и бабушкам, так как среди этих рисунков могли попасться закодированные карты или схемы.
Один из сотрудников нью-йоркского отделения цензуры обратил внимание на письмо из Германии, в котором говорилось, что Гертруда добилась выдающихся успехов в плавании, и перечислялись ее победные результаты. Сотрудник проконсультировался со знакомым любителем плавания, и тот ответил, что подобных результатов человек достичь не в состоянии. В ходе дальнейшего расследования было установлено, что в действительности речь шла о скорости нового американского истребителя, характеристики которого разболтал хвастливый работник военного министерства.
Телеграммы с заказами на цветы ("Вручите субботу моей жене три белые орхидеи") предоставляли настолько удобную возможность для передачи секретной информации, что цензоры запретили указывать в них названия цветов и день вручения.
Служба цензуры отменила телефонные и телеграфные заказы на исполнение по радио тех или иных музыкальных произведений, а выполнение заявок, присланных по почте, велела задерживать на неопределенное время. Эти меры должны были исключить возможность передачи сообщения для подводных лодок противника с помощью модной песенки. Аналогичные меры были приняты в отношении передачи радиостанциями объявлений личного характера.
Изучением методов скрытия информации в тексте занимается энигматология – "учение о тайне" (греч. αίνιγμα – загадка). Текст, содержащий "тайное сообщение" – энигмаграмма . Энигмализирование - извлечение тайного смысла из текста.
Семаграммы .
Семаграмма (греч. sema – знак и gramma – написанный, нарисованный) - тайное сообщение, в котором шифробозначениями являются любые символы, кроме букв и цифр .
Элементами замены шифртекста или кодового текста могут быть: точки на костяшках домино; предметы на фотографии, расположенные таким образом, чтобы передать заранее оговоренный смысл; вышитые на платье узоры, представляющие собой закодированное послание; картина, на которой длинные и короткие ветки деревьев представляют точки и тире азбуки Морзе. Однажды в нью-йоркском цензорном отделении перевели все стрелки в предназначенной для отправки партии часов, опасаясь, что их положение может заключать в себе какое-то сообщение [ , ].
Во время Второй мировой войны был зарегистрирован случай, когда немецкие агенты в Англии послали в Германию свое донесение под видом связанного свитера. Он якобы предназначался для заключенного, но вместо этого попал к контрразведчикам. Когда свитер распустили, оказалось, что его шерстяные нитки были сплошь в узелках. Пряжу расправили, а узлы сопоставили с алфавитом, написанным вертикально на стене. Базисной линией был выбран пол, а алфавит располагался перпендикулярно к нему. Вначале на полу под алфавитом крепился конец пряжи, при этом первый узел оказывался рядом с одной из букв. Затем, прижав к полу первый узел, определяли, с какой буквой совместится второй узел, и т.д. Таким образом, шифрование (точнее кодировка) были выполнены по аналогии с . В какой-то момент узлы «поведали» о строящихся и уже готовых к спуску на воду военных кораблях союзников .
1 Штамм (от нем. Stamm - «основа») - чистая культура вирусов, бактерий, других микроорганизмов или культура клеток, изолированная в определённое время и в определённом месте.
2 Микрон (микрометр, мкм) - 10 -6 м. Толщина человеческого волоса - 80-110 мкм.
21.3. Компьютерная стеганография
Развитие компьютерной технологии и средств коммуникации придали новый импульс развитию и совершенствованию стеганографии. Сегодня каждый может воспользоваться теми преимуществами, которые дает стеганография как в области скрытой передачи информации, что особенно полезно в странах, где существует запрет на стойкие средства криптографии, так и в области защиты авторских прав. В настоящее время методы компьютерной стеганографии активно используются для решения следующих задач.
1. Защита конфиденциальной информации от несанкционированного доступа. Это область использования компьютерной стеганографии является наиболее эффективной при решении проблем защиты конфиденциальной информации. Так, например, объем секретного сообщения в звуковых и графических файлах может составлять до 25 - 30 % от размера файла. Причем аудиовизуальные изменения таковы, что не обнаруживаются при прослушивании и просмотре файлов большинством людей, даже если факт сокрытия известен.
2. Преодоление систем мониторинга и управления сетевыми ресурсами. Стеганографические методы позволяют противостоять попыткам контроля над информационным пространством при прохождении информации через серверы управления локальных и глобальных вычислительных сетей.
3. Камуфлирование программного обеспечения. Применяется в тех случаях, когда использование ПО незарегистрированными пользователями является нежелательным. ПО может быть закамуфлировано под стандартные универсальные программные продукты (например, текстовые редакторы) или скрыто в файлах мультимедиа и использоваться только лицами, имеющими на это права.
4. Защита авторских прав. Одним из наиболее перспективных направлений компьютерной стеганографии является технология использования цифровых водяных знаков ЦВЗ (digital watermarking) – в данном случае, создание невидимых глазу знаков защиты авторских прав на графические и аудио файлы. Такие ЦВЗ, помещенные в файл, могут быть распознаны специальными программами, которые извлекут из файла много полезной информации: когда создан файл, кто владеет авторскими правами, как вступить в контакт с автором и т.д. При том повальном воровстве, которое происходит в Интернете, польза от такой технологии очевидна.
Сегодня на рынке существует довольно много фирм, предлагающих продукты для создания и детектирования водяных знаков. Один из лидеров - фирма Digimarc. Ее продуктами, если верить предоставленной самой фирмой информации, пользуются более миллиона официальных клиентов: дизайнеры, художники, онлайновые галереи, журнал Playboy. Специальные поисковые агенты сканируют ресурсы Интернет, просматривая картинки на наличие ЦВЗ, и сообщают владельцам о фактах использования их собственности.
Несмотря на все заверения создателей соответствующих продуктов, ЦВЗ оказались нестойкими. Они могут перенести многое - изменение яркости и контраста, использование спецэффектов, даже печать и последующее сканирование, но они не могут перенести воздействие специальных программ-стирателей, которые появились в Интернете.
Наиболее известные методы компьютерной стеганографии и их характеристика приведены в следующей таблице.
Таблица 21.2. Методы компьютерной стеганографии и их характеристика
| Стеганографические методы | Краткая характеристика методов | Примечания |
| 1. Методы, основанные на использовании специальных свойств носителей данных | ||
| 1.1. Скрытие информации в неиспользуемых местах дисков | 1. Используются дорожки, доступные для чтения, но не воспринимаемые ОС (например, в резервную область жесткого диска). 2. Запись в неиспользуемые места оптических дисков (CD, DVD, Blue-ray и т.д.) |
1. Низкая степень скрытности. |
| 1.2. Нанесение дополнительных дорожек на гибкие магнитные диски (вышли из употребления) | Т.к. ширина дорожки в несколько раз меньше расстояния между дорожками (для гибких магнитных дисков), то на диск можно нанести дополнительные дорожки и записать туда информацию, не доступную ОС. | Возможна передача больших объемов информации. |
| 1.3. Специальное форматирование дисков | Форматирование диска под размер секторов отличный от принятого в ОС. | 1. Наличие программ как форматирующих подобным образом диски, так и читающих любое форматирование. 2. Возможна передача больших объемов информации. |
| 2. Методы, основанные на использовании специальных свойств форматов данных | ||
| 2.1. Методы использования полей данных, зарезервированных для расширения | Поля расширения имеются во многих мультимедийных форматах. Они заполняются нулевой информацией и не учитываются программой. | 1. Низкая степень скрытности. |
| 2.2. Методы специального форматирования в текстовых документах | 1. Использование смещения символов, слов, предложений или абзацев в тексте (можно обеспечить вставкой дополнительных пробелов). 2. Выбор определенных позиций символов (например, акростих). 3. Использование дополнительных возможностей форматирования текстов (например, использование в MS Word: скрытого текста; специальных шрифтов; символов определенного шрифта, размера или цвета; белого цвета для символов и фона; одного пробела между словами для кодирования "0" и двух – для кодирования "1" и т.д.). |
2. Передача небольших объемов информации. 3. Низкая степень скрытности. |
| 2.3. Методы специального форматирования текстов при печати | 1. Печать специальными шрифтами, символами определенного шрифта, размера или цвета. 2. Внесение малозаметных искажений информации при печати (Был использован при печати контрактов с клиентами в одной из московских компаний. Эта тайнопись выглядела как обычные незначительные дефекты печати и обеспечивала определенную степень подтверждения подлинности документа). |
1. Слабая производительность методов. 2. Передача небольших объемов информации. |
| 2.4. Скрытие информации в свободных областях диска | 1. Использование свободной части последнего кластера файла. 2. Использование свободных кластеров без записи в таблицы размещения файлов информации о том, что в этих кластерах содержится информация. |
1. Низкая степень скрытности. 2. Возможна передача больших объемов информации. |
| 2.5. Использование особенностей файловой системы | 1. Использование скрытых файлов. 2. Использование потоков в NTFS. |
1. Низкая степень скрытности. 2. Возможна передача больших объемов информации. |
| 3. Методы, основанные на использовании избыточности аудио- и видеоинформации | ||
| 3.1. Методы использования избыточности мультимедийных форматов | Младшие разряды байт, несущие информацию об интенсивности света и звука содержат очень мало полезной информации. Их заполнение практически не влияет на качество восприятия. | 1. За счет введения дополнительной информации искажаются статистические характеристики цифровых потоков. 2. Для снижения компрометирующих признаков требуется коррекция статистических характеристик. 3. Возможна передача больших объемов информации. |
Использование потоков в NTFS.
Любой файл в NTFS может содержать несколько потоков ("файлов"). Каждый файл NTFS содержит стандартный (default) или безымянный (unnamed) поток данных (data stream). Именно этот поток видит перед собой пользователь, открывающий файл в текстовом редакторе. И именно размер этого потока отображается в качестве размера файла. Альтернативный поток данных (alternate data stream) – файл, встраиваемый в другой. Ему может даваться любое имя и его размер не влияет на размер файла.
В частности, информация о файле с вкладки "Сводка" окна "Свойства" храниться в альтернативном потоке "♣SummaryInformation"
Рис 21.8. Свойства файла
Работа с потоками командами DOS.
Копирование файла "СовСек.txt" в альтернативный поток "ss" файла "НеСек.txt".
type СовСек.txt > НеСек.txt:ss
После копирования размер файла "НеСек.txt" не меняется.
Шутка . Таким образом, в файл размером 0 байт, можно записать несколько Гбайт мусора в потоки, заняв почти все место на диске, но файл по-прежнему будет иметь размер 0 байт.
Восстановление текстового файла из потока.
more < НеСек.txt:ss > СовСек.txt
Для выявления файлов, обладающих альтернативными потоками можно воспользоваться утилитой Streams (http://technet.microsoft.com/ru-ru/sysinternals , с исходным текстом утилиты на С).
Рис 21.9. Отображение потоков утилитой Streams
Кроме легкого обнаружения, другим существенным недостатком является возможность использования данного способа только на дисках с NTFS. При копировании файлов на диски с другой файловой системой альтернативные потоки теряются.
Использование избыточности аудио- и видеофайлов.
Из всех приведенных в табл. 21.2 методов, этот является наиболее перспективным. Существуют различные его модификации, самый простой из которых LSB (Least Significant Bit, наименьший значащий бит). Суть этого метода заключается в замене последних значащих битов в контейнере (изображения, аудио или видеозаписи) на биты скрываемого сообщения. Допустим, имеется 8-битное изображение в градациях серого (0 (00000000 2) обозначает черный цвет, 255 (11111111 2) – белый). Всего имеется 256 градаций. Также предположим, что сообщение состоит из 1 байта – например, (01101011 2). При использовании 2 младших бит в описании пикселей, нам потребуется 4 пикселя. Допустим, они черного цвета. Тогда пиксели, содержащие скрытое сообщение, будут выглядеть следующим образом: (00000001 00000010 00000010 00000011 2). Тогда цвет пикселей изменится: первого - на 1/256, второго и третьего - на 2/256 и четвертого - на 3/256. Такие искажения исходного изображения, как правило, незаметны для человеческого зрения. Для разноцветных изображений искажения еще менее заметны, тем более, что в них биты исходного изображения могут совпадать с битами секретного сообщения.
Одной из лучших программ в своем классе является SecretBMP (http://www.bordak.fatal.ru/secretbmp/). В примере при скрытии файла give-me-too.zip (570 404 байта) в файле etr500.bmp (1 229 852 байта) размер результирующего файла 5.bmp стал 1 229 850 байта, а качество рисунка осталось неизменным для глаза.
Рис 21.9. Окно программы SecretBMP
(слева – исходный файл-контейнер, справа – файл со вставленной секретной информацией)
Вопросы для самопроверки
Возможность скрывать одни данные внутри других может позволить злоумышленнику скрытно украсть массу конфиденциальной информации.
Проблема сокрытия данных волнует человечество с древних времен. Для защиты информации обычно используют шифры. Надежность их может быть разной, но к тому моменту, когда врагу все же удастся его взломать, информация будет уже старой.
В эпоху цифровых технологий положение несколько изменилось: вычислительные возможности компьютеров непрерывно увеличиваются, а, кроме того, появилось огромное количество каналов связи, по которым можно передавать информацию. При этом красть данные стало значительно легче.
Если раньше не совсем честному работнику, чтобы вынести какой-нибудь секретный чертеж или документ, нужно было скрывать бумажную копию, то в эпоху цифровых технологий выносить секреты стало намного легче. Зашифрованный файл можно отослать по сети, а можно скинуть на съемный носитель, флешку и скрытно вынести в кармашке.
В первом случае все относительно просто, есть очень много решений по контролю трафика. Для борьбы с копированием на флешки тоже существуют средства предотвращения вторжений DLP (Data Leak Prevention). Вообще большая часть DLP-решений контролирует все каналы утечки данных на компьютере, как сетевые, так и периферию. Так что правильно настроенная система предотвращения утечек данных может не только создать злоумышленнику проблемы при хищении информации, но и даст возможность администраторам контролировать все его действия, тем самым выявляя, какими секретами он интересуется и какие средства и способы применяет для кражи информации.
Следующим очевидным шагом в этом «соревновании брони и снаряда» должно было бы стать выносимой информации с дальнейшей передачей по каналам, описанным выше. Но сама попытка передать наружу файл, который невозможно прочитать, должна вызывать у безопасников серьезные подозрения и блокироваться соответствующим программным обеспечением. Но можно попробовать скрыть зашифрованные данные внутри другого контента. Вот мы и плавно подошли к главной теме данной статьи — стеганографии.
Статья в Википедии говорит нам, что стеганография (буквально переводится с греческого как «тайнопись») -это наука о скрытой передаче информации путем сохранения в тайне самого факта передачи. В отличие от криптографии, которая скрывает содержимое секретного сообщения, скрывает сам факт его существования. Хотя обычно эти две технологии используют совместно.
Стеганографию используют для всевозможных целей. Нередко ее используют не для воровства, а для борьбы с похитителями. Например, при защите авторского права, когда в документе прячут некую скрытую закладку, позволяющую определять того, кому принадлежит данная копия файла. В случае если такая метка будет затем обнаружена где-либо на торрентах, правообладатели смогут найти, кто именно его выложил, и предъявить ему соответствующие претензии.
Но в статье я буду описывать использование стеганографии именно как средства хищения данных. Начнем с рассмотрения некоторых теоретических вопросов. Сразу оговорюсь, что, рассказывая о технических способах реализации стеганографии, буду затрагивать только цифровой стеганографии, то есть сокрытия информации внутри других цифровых данных. При этом не стану касаться способов, основанных на использовании различными файловыми системами зарезервированных разделов жесткого или гибкого диска, или методик, связанных с особенностями функционирования всевозможных аппаратных платформ и операционных систем. В данной статье нас будут интересовать только файлы различных форматов и возможности в них.
Прежде всего предлагаю рассмотреть основные алгоритмы, которые используются для стеганографии.
Методы типа LSB (Least Significiant Bit, наименьший значащий бит) и аналогичные. Их суть заключается в замене последних значащих битов в контейнере (изображения, аудио или видеозаписи) на биты скрываемого сообщения. Возьмем в качестве примера графический файл. Наглядно это выглядит следующим образом: мы меняем младшие биты в коде цвета пикселя на картинке. Если считать, что код цвета имеет 32-битное значение, то замена 0 на 1 или наоборот не приведет к сколько-нибудь существенному искажению картинки, ощутимому для органов восприятия человека. А между тем в этих битах для большой картинки можно что-то спрятать.
Рассмотрим небольшой пример. Допустим, имеется 8-битное изображение в градациях серого. 00h (00000000Ь) обозначает черный цвет, FFh (11111111Ь) — белый. Всего имеется 256 градаций (). Также предположим, что сообщение состоит из 1 байта — например, 01101011Ь. При использовании двух младших бит в описаниях пикселей нам потребуется 4 пикселя. Допустим, они черного цвета. Тогда пиксели, содержащие скрытое сообщение, будут выглядеть следующим образом: 00000001 00000010 00000010 00000011. Тогда цвет пикселей изменится: первого — на 1/255, второго и третьего — на 2/255 и четвертого — на 3/255. Такие градации, мало того, что незаметны для человека, могут вообще не отобразиться при использовании низкокачественных устройств вывода.
Стоит отметить, что методы LSB являются неустойчивыми к разного рода «шуму». Например, в случае если на передаваемый контент накладываются какие-либо «мусорные» биты, это искажает как исходный контент, так и (что для нас особенно важно) скрытое сообщение. Иногда оно даже становится нечитаемым. Аналогичная методика используется и для других форматов.
Еще один метод заключается в так называемом впаивании скрытой информации. В данном случае происходит наложение скрываемого изображения (звука, иногда текста) поверх оригинала. Простейший пример — надпись белым цветом на белом же фоне в PDF-документе. Злоумышленники обычно не используют данный метод по причине относительной простоты обнаружения автоматическими методами. Однако данный метод зачастую применяется при создании «водяных знаков» для защиты авторства контента. В этом случае данные знаки, как правило, не скрываются.
И третий метод — использование особенностей форматов файлов. К примеру, это может быть запись информации в метаданные, используемые данным форматом файла, или в различные другие, не используемые зарезервированные поля. Например, это может быть документ Microsoft Word, внутри которого будет спрятана информация, никак не отображаемая при открытии данного документа.
Еще один способ сокрытия информации применим только к аудиофайлам — это эхо-метод. Он использует неравномерные промежутки между эхо-сигналами для кодирования последовательности значений. В общем случае возможно создание условий, при которых данные сигналы будут незаметны для человеческого восприятия. Эхо-сигнал характеризуется тремя параметрами: начальной амплитудой, степенью затухания и задержкой. При достижении некоего порога между сигналом и эхом они смешиваются. В этой точке человеческое ухо не может уже отличить эти два сигнала. Для обозначения логического нуля и единицы используется две различных задержки. Они обе должны быть меньше, чем порог чувствительности уха слушателя к получаемому эху.
Однако на практике этот метод тоже не слишком надежен, так как не всегда можно точно определить, когда был передан ноль, а когда единица, и в результате велика вероятность искажения скрытых данных.
Другой вариант использования стеганографии в аудиофайлах — фазовое кодирование (phase coding). Происходит замена исходного звукового элемента на относительную фазу, которая и является секретным сообщением. Фаза подряд идущих элементов должна быть добавлена таким образом, чтобы сохранить относительную фазу между исходными элементами, в противном случае возникнет искажение, заметное для человеческого уха.
На сегодняшний день фазовое кодирование является одним из самых эффективных методов скрытия информации.
На этом, я думаю, с теорией можно закончить и надо перейти к практическим аспектам реализации стеганографии. Я не буду описывать коммерческие решения, а ограничусь рассказом о небольших бесплатных утилитах, которые злоумышленник может легко использовать, даже не имея административных прав в системе.
В качестве файла для хранения данных я использовал изображение 1680х1050, сохраненное в различных форматах: ВМР, PNG, JPEG. Скрываемым документом выступал текстовый файл размером порядка 40 Кб. Все описанные программы справились с поставленной задачей: текстовый файл был успешно сохранен и затем извлечен из исходного файла. При этом сколько-нибудь заметных искажений картинки обнаружено не было. Представленные далее утилиты можно скачать с сайта.
Утилита для сокрытия информации в графических файлах с использованием криптографии. При этом поддерживается около 30 алгоритмов шифрования и 25 хеш-функций для шифрования контейнера. Скрывает объем, равный числу пикселей изображения. Опционально доступна компрессия скрываемых данных.
ImageSpyer G2 Утилита совместима с Windows 8. В качестве исходных графических файлов могут использоваться форматы ВМР, JPEG, WMF, EMF, TIFF.
Скачать бесплатно ImageSpyer G2, вы можете по .
Стеганографический архиваторный плагин (wcx) для Total Comander позволяет скрывать данные в любом изображении, при этом поддерживаются форматы ВМР, TIFF и PNG.
Скачать бесплатно StegoTC G2, вы можете по .
Интерфейс этой программы, как и следует из названия, выполнен в красном стиле. Эта простая в использовании утилита предназначена для сокрытия любых данных в JPEG в изображении (фото, картинка) с помощью авторского стеганографического метода. Использует открытые алгоритмы шифрования, поточный шифр AMPRNG и Cartman II DDP4 в режиме хеш-функции, LZMA-компрессию.
RedJPEG Профессиональная расширенная версия RedJPEG ХТ дополнена маскировкой факта внедрения и усиленной процедурой инициализации поточного шифра на основе характеристик изображения. Включены х86 и х86-64 сборки.
Также имеется RedJPEG ХТ for ТС WCX плагин Total Comanderг, обладающий аналогичным функционалом.
Скачать бесплатно RedJPEG, вы можете по .
Эту программу, можно назвать наиболее мощным стеганографическим решением. Она поддерживает более сотни различных симметричных и асимметричных криптоалгоритмов. Включает в себя поддержку собственной системы плагинов, предназначенной для блочных шифров (BlockAPI), текстовую, аудио и графическую стеганографию (включая реальную стеганографию JPEG), мощный генератор паролей и систему уничтожения информации и ключей.
DarkCryptTC и Проект «Заря» Список поддерживаемых форматов действительно впечатляет: *.txt, *.html, *.xml, *.docx, *. odt, *.bmp, *jpg, *.tiff, *.png, *.jp2, *.psd, tga, *.mng, *.wav, *.ехе, *.dll.
Набор программ для стеганографии не слишком большой, но он вполне достаточен для того, чтобы эффективно скрывать информацию в файлах различных форматов.
Скачать бесплатно DarkCryptTC, вы можете по .
Также, на нашем сайте представлены и другие материалы касающиеся Стеганографии. Для поиска всех программ и книг, сделайте поиск по слову «Стеганография»
Для тех, кто хорошо знаком с программированием, в частности, с Visual Studio и С#, могу порекомендовать также довольно интересный , в котором можно найти исходные тексты стеганографических утилит для различных форматов данных: для работы с графическими форматами и для сокрытия информации, например, в ZIP-архивах. Общий принцип такого преобразования заключается в использовании заголовков архивируемых файлов. Фрагмент исходного кода для работы с ZIP-архивами выглядит следующим образом:
private void ZipFiles(string destinationFileName, ↵
string password)
{
FileStream outputFileStream = ↵
new FileStream(destinationFileName, ↵
FileMode.Create);
ZipOutputStream zipStream = ↵
new ZipOutputStream(outputFileStream);
bool isCrypted = false;
if (password != null && password.Length > 0)
{ //encrypt the zip file, if password is given
zipStream.Password = password;
isCrypted = true;
}
foreach(ListViewItem viewItem in lvAll.Items)
{
inputStream = new FileStream(viewItem.Text, ↵ FileMode.Open);
zipEntry = new ICSharpCode.SharpZipLib.Zip.ZipEntry(↵ Path.GetFileName(viewItem.Text));
zipEntry.IsVisible = viewItem.Checked;
zipEntry.IsCrypted = isCrypted;
zipEntry.CompressionMethod = ↵ CompressionMethod.Deflated;
zipStream.PutNextEntry(zipEntry);
CopyStream(inputStream, zipStream);
inputStream.Close();
zipStream.CloseEntry();
}
zipStream.Finish();
zipStream.Close();
}
На указанном сайте можно найти множество примеров исходных кодов любой сложности, так что изучение практических реализаций для желающих не составит большого труда.
