Способы и методы реализации стеганографии. Двоичная тайнопись(по материалам открытой печати)

Цифровая стеганография Грибунин Вадим Геннадьевич

1.1. Цифровая стеганография. Предмет, терминология, области применения

Цифровая стеганография как наука родилась буквально в последние годы. По нашему мнению она включает в себя следующие направления:

1) встраивание информации с целью ее скрытой передачи;

2) встраивание цифровых водяных знаков (ЦВЗ) (watermarking);

3) встраивание идентификационных номеров (fingerprinting);

4) встраивание заголовков (captioning).

ЦВЗ могут применяться, в основном, для защиты от копирования и несанкционированного использования. В связи с бурным развитием технологий мультимедиа остро встал вопрос защиты авторских прав и интеллектуальной собственности, представленной в цифровом виде. Примерами могут являться фотографии, аудио и видеозаписи и т. д. Преимущества, которые дают представление и передача сообщений в цифровом виде, могут оказаться перечеркнутыми легкостью, с которой возможно их воровство или модификация. Поэтому разрабатываются различные меры защиты информации, организационного и технического характера. Один из наиболее эффективных технических средств защиты мультимедийной информации и заключается во встраивании в защищаемый объект невидимых меток - ЦВЗ. Разработки в этой области ведут крупнейшие фирмы во всем мире. Так как методы ЦВЗ начали разрабатываться совершенно недавно (первой статьей на эту тему была, видимо, работа ), то здесь имеется много неясных проблем, требующих своего разрешения.

Название этот метод получил от всем известного способа защиты ценных бумаг, в том числе и денег, от подделки. Термин «digital watermarking» был впервые применен в работе . В отличие от обычных водяных знаков ЦВЗ могут быть не только видимыми, но и (как правило) невидимыми. Невидимые ЦВЗ анализируются специальным декодером, который выносит решение об их корректности. ЦВЗ могут содержать некоторый аутентичный код, информацию о собственнике, либо какую-нибудь управляющую информацию. Наиболее подходящими объектами защиты при помощи ЦВЗ являются неподвижные изображения, файлы аудио и видеоданных.

Технология встраивания идентификационных номеров производителей имеет много общего с технологией ЦВЗ. Отличие заключается в том, что в первом случае каждая защищенная копия имеет свой уникальный встраиваемый номер (отсюда и название - дословно «отпечатки пальцев»). Этот идентификационный номер позволяет производителю отслеживать дальнейшую судьбу своего детища: не занялся ли кто-нибудь из покупателей незаконным тиражированием. Если да, то «отпечатки пальцев» быстро укажут на виновного.

Встраивание заголовков (невидимое) может применяться, например, для подписи медицинских снимков, нанесения легенды на карту и т. д. Целью является хранение разнородно представленной информации в едином целом. Это, пожалуй, единственное приложение стеганографии, где в явном виде отсутствует потенциальный нарушитель.

Так как цифровая стеганография является молодой наукой, то ее терминология не до конца устоялась. Основные понятия стеганографии были согласованы на первой международной конференции по скрытию данных . Тем не менее, даже само понятие «стеганография» трактуется различно. Так, некоторые исследователи понимают под стеганографией только скрытую передачу информации. Другие относят к стеганографии такие приложения как, например, метеорную радиосвязь, радиосвязь с псевдослучайной перестройкой радиочастоты, широкополосную радиосвязь. На наш взгляд, неформальное определение того, что такое цифровая стеганография, могло бы выглядеть следующим образом: «наука о незаметном и надежном скрытии одних битовых последовательностей в других, имеющих аналоговую природу». Под это определение как раз подпадают все четыре вышеприведенных направления скрытия данных, а приложения радиосвязи - нет. Кроме того, в определении содержится два главных требования к стеганографическому преобразованию: незаметность и надежность, или устойчивость к различного рода искажениям. Упоминание об аналоговой природе цифровых данных подчеркивает тот факт, что встраивание информации выполняется в оцифрованные непрерывные сигналы. Таким образом, в рамках цифровой стеганографии не рассматриваются вопросы внедрения данных в заголовки IP-пакетов и файлов различных форматов, в текстовые сообщения.

Как бы ни были различны направления стеганографии, предъявляемые ими требования во многом совпадают, как это будет показано далее. Наиболее существенное отличие постановки задачи скрытой передачи данных от постановки задачи встраивания ЦВЗ состоит в том, что в первом случае нарушитель должен обнаружить скрытое сообщение, тогда как во втором случае о его существовании все знают. Более того, у нарушителя на законных основаниях может иметься устройство обнаружения ЦВЗ (например, в составе DVD-проигрывателя).

Слово «незаметном» в нашем определении цифровой стеганографии подразумевает обязательное включение человека в систему стеганографической передачи данных. Человек здесь может рассматриваться как дополнительный приемник данных, предъявляющий к системе передачи достаточно трудно формализуемые требования.

Задачу встраивания и выделения сообщений из другой информации выполняет стегосистема. Стегосистема состоит из следующих основных элементов, представленных на рис. 1.1:

Рис. 1.1. Структурная схема типичной стегосистемы ЦВЗ

Прекодер - устройство, предназначенное для преобразования скрываемого сообщения к виду, удобному для встраивания в сигнал-контейнер. (Контейнером называется информационная последовательность, в которой прячется сообщение);

Стегокодер - устройство, предназначенное для осуществления вложения скрытого сообщения в другие данные с учетом их модели;

Устройство выделения встроенного сообщения;

Стегодетектор - устройство, предназначенное для определения наличия стегосообщения;

Декодер - устройство, восстанавливающее скрытое сообщение. Этот узел может отсутствовать, как будет пояснено далее.

Как показано на рис. 1.1, в стегосистеме происходит объединение двух типов информации так, чтобы они могли быть различимы двумя принципиально разными детекторами. В качестве одного из детекторов выступает система выделения ЦВЗ, в качестве другого - человек.

Прежде, чем осуществить вложение ЦВЗ в контейнер, ЦВЗ должен быть преобразован к некоторому подходящему виду. Например, если в качестве контейнера выступает изображение, то и последовательность ЦВЗ зачастую представляется как двумерный массив бит. Для того, чтобы повысить устойчивость ЦВЗ к искажениям нередко выполняют его помехоустойчивое кодирование, либо применяют широкополосные сигналы. Первоначальную обработку скрытого сообщения выполняет показанный на рис. 1.1 прекодер. В качестве важнейшей предварительной обработки ЦВЗ (а также и контейнера) назовем вычисление его обобщенного преобразования Фурье. Это позволяет осуществить встраивание ЦВЗ в спектральной области, что значительно повышает его устойчивость к искажениям. Предварительная обработка часто выполняется с использованием ключа K для повышения секретности встраивания. Далее ЦВЗ «вкладывается» в контейнер, например, путем модификации младших значащих бит коэффициентов. Этот процесс возможен благодаря особенностям системы восприятия человека. Хорошо известно, что изображения обладают большой психовизуальной избыточностью. Глаз человека подобен низкочастотному фильтру, пропускающему мелкие детали. Особенно незаметны искажения в высокочастотной области изображений. Эти особенности человеческого зрения используются, например, при разработке алгоритмов сжатия изображений и видео.

Процесс внедрения ЦВЗ также должен учитывать свойства системы восприятия человека. Стеганография использует имеющуюся в сигналах психовизуальную избыточность, но другим, чем при сжатии данных образом. Приведем простой пример. Рассмотрим полутоновое изображение с 256 градациями серого, то есть с удельной скоростью кодирования 8 бит/пиксел. Хорошо известно, что глаз человека не способен заметить изменение младшего значащего бита. Еще в 1989 году был получен патент на способ скрытого вложения информации в изображение путем модификации младшего значащего бита. В данном случае детектор стего анализирует только значение этого бита для каждого пиксела, а глаз человека, напротив, воспринимает только старшие 7 бит. Данный метод прост в реализации и эффективен, но не удовлетворяет некоторым важным требованиям к ЦВЗ, как будет показано далее.

В большинстве стегосистем для внедрения и выделения ЦВЗ используется ключ. Ключ может быть предназначен для узкого круга лиц или же быть общедоступным. Например, ключ должен содержаться во всех DVD-плейерах, чтобы они могли прочесть содержащиеся на дисках ЦВЗ. Иногда по аналогии с криптографией стегосистемы делят на два класса: с открытым ключом и с секретным ключом. На наш взгляд, аналогия неверна, так как понятие открытого ключа в данном случае в корне различно. Правильным выражением было бы «общедоступный ключ», причем ключ встраивания совпадает с ключом выделения. Не существует, насколько известно, стегосистемы, в которой бы при выделении ЦВЗ требовалась другая информация, чем при его вложении. Хотя и не доказана гипотеза о невозможности существования подобной системы. В системе с общедоступным ключом достаточно сложно противостоять возможным атакам со стороны злоумышленников. В самом деле, в данном случае нарушителю точно известен ключ и месторасположение ЦВЗ, а также его значение.

В стегодетекторе происходит обнаружение ЦВЗ в (возможно измененном) защищенном ЦВЗ изображении. Это изменение может быть обусловлено влиянием ошибок в канале связи, операций обработки сигнала, преднамеренных атак нарушителей. Во многих моделях стегосистем сигнал-контейнер рассматривается как аддитивный шум. Тогда задача обнаружения и выделения стегосообщения является классической для теории связи. Однако такой подход не учитывает двух факторов: неслучайного характера сигнала контейнера и требований по сохранению его качества. Эти моменты не встречаются в известной теории обнаружения и выделения сигналов на фоне аддитивного шума. Их учет позволит построить более эффективные стегосистемы.

Различают стегодетекторы, предназначенные для обнаружения факта наличия ЦВЗ и устройства, предназначенные для выделения этого ЦВЗ (стегодекодеры). В первом случае возможны детекторы с жесткими (да/нет) или мягкими решениями. Для вынесения решения о наличии/отсутствии ЦВЗ удобно использовать такие меры, как расстояние по Хэммингу, либо взаимную корреляцию между имеющимся сигналом и оригиналом (при наличии последнего, разумеется). А что делать, если у нас нет исходного сигнала? Тогда в дело вступают более тонкие статистические методы, основанные на построении моделей исследуемого класса сигналов. В последующих главах этот вопрос будет освещен подробнее.

В зависимости от того, какая информация требуется детектору для обнаружения ЦВЗ, стегосистемы ЦВЗ делятся на три класса: открытые, полузакрытые и закрытые системы. Эта классификация приведена в табл.1.1.

		Что требуется детектору		Выход детектора
		Исходный сигнал	Исходный ЦВЗ	Да/Нет	ЦВЗ
Закрытые	Тип I	+	+	+	-
Закрытые	Тип II	+	-	-	+
Полузакрытые		-	+	+	-
Открытые		-	-	-	+

Табл.1.1. Классификация систем встраивания ЦВЗ

Наибольшее применение могут иметь открытые стегосистемы ЦВЗ, которые аналогичны системам скрытой передачи данных. Наибольшую устойчивость по отношению к внешним воздействиям имеют закрытые стегосистемы I типа.

Рассмотрим подробнее понятие контейнера. До стегокодера - это пустой контейнер, после него - заполненный контейнер, или стего. Стего должен быть визуально неотличим от пустого контейнера. Различают два основных типа контейнеров: потоковый и фиксированный.

Потоковый контейнер представляет собой непрерывно следующую последовательность бит. Сообщение вкладывается в него в реальном масштабе времени, так что в кодере неизвестно заранее, хватит ли размеров контейнера для передачи всего сообщения. В один контейнер большого размера может быть встроено и несколько сообщений. Интервалы между встраиваемыми битами определяются генератором псевдослучайной последовательности с равномерным распределением интервалов между отсчетами. Основная трудность заключается в осуществлении синхронизации, определении начала и конца последовательности. Если в данных контейнера имеются биты синхронизации, заголовки пакетов и т. д., то скрываемая информация может идти сразу после них. Трудность обеспечения синхронизации превращается в достоинство с точки зрения обеспечения скрытности передачи. Кроме того, потоковый контейнер имеет большое практическое значение: представьте себе, например, стегоприставку к обычному телефону. Под прикрытием обычного, незначащего телефонного переговора можно было бы передавать другой разговор, данные и т. п., и не зная секретного ключа нельзя было бы не только узнать содержание скрытой передачи, но и сам факт ее существования. Не случайно, что работ, посвященных разработке стегосистем с потоковым контейнером практически не встречается.

У фиксированного контейнера размеры и характеристики заранее известны. Это позволяет осуществлять вложение данных оптимальным в некотором смысле образом. В книге мы будем рассматривать, в основном, фиксированные контейнеры (далее - контейнеры).

Контейнер может быть выбранным, случайным или навязанным. Выбранный контейнер зависит от встраиваемого сообщения, а в предельном случае является его функцией. Этот тип контейнера больше характерен для стеганографии. Навязанный контейнер может появиться в сценарии, когда лицо, предоставляющее контейнер, подозревает о возможной скрытой переписке и желает предотвратить ее. На практике же чаще всего сталкиваются со случайным контейнером.

Встраивание сообщения в контейнер может производиться при помощи ключа, одного или нескольких. Ключ - псевдослучайная последовательность (ПСП) бит, порождаемая генератором, удовлетворяющим определенным требованиям (криптографически безопасный генератор). В качестве основы генератора может использоваться, например, линейный рекуррентный регистр. Тогда адресатам для обеспечения связи может сообщаться начальное заполнение этого регистра. Числа, порождаемые генератором ПСП, могут определять позиции модифицируемых отсчетов в случае фиксированного контейнера или интервалы между ними в случае потокового контейнера. Надо отметить, что метод случайного выбора величины интервала между встраиваемыми битами не особенно хорош. Причин этого две. Во-первых, скрытые данные должны быть распределены по всему изображению. Поэтому, равномерное распределение длин интервалов (от наименьшего до наибольшего) может быть достигнуто лишь приближенно, так как мы должны быть уверены в том, что все сообщение встроено, то есть «поместилось» в контейнер. Во-вторых, длины интервалов между отсчетами шума распределены не по равномерному, а по экспоненциальному закону. Генератор же ПСП с экспоненциально распределенными интервалами сложен в реализации.

Скрываемая информация внедряется в соответствии с ключом в те отсчеты, искажение которых не приводит к существенным искажениям контейнера. Эти биты образуют стегопуть. В зависимости от приложения, под существенным искажением можно понимать искажение, приводящее как к неприемлемости для человека-адресата заполненного контейнера, так и к возможности выявления факта наличия скрытого сообщения после стегоанализа.

ЦВЗ могут быть трех типов: робастные, хрупкие и полухрупкие (semifragile). Под робастностью понимается устойчивость ЦВЗ к различного рода воздействиям на стего. Робастным ЦВЗ посвящено большинство исследований.

Хрупкие ЦВЗ разрушаются при незначительной модификации заполненного контейнера. Они применяются для аутентификации сигналов. Отличие от средств электронной цифровой подписи заключается в том, что хрупкие ЦВЗ все же допускают некоторую модификацию контента. Это важно для защиты мультимедийной информации, так как законный пользователь может, например, пожелать сжать изображение. Другое отличие заключается в том, что хрупкие ЦВЗ должны не только отразить факт модификации контейнера, но также вид и местоположение этого изменения.

Полухрупкие ЦВЗ устойчивы по отношению к одним воздействиям и неустойчивы по отношению к другим. Вообще говоря, все ЦВЗ могут быть отнесены к этому типу. Однако полухрупкие ЦВЗ специально проектируются так, чтобы быть неустойчивыми по отношению к определенного рода операциям. Например, они могут позволять выполнять сжатие изображения, но запрещать вырезку из него или вставку в него фрагмента.

На рис. 1.2 представлена классификация систем цифровой стеганографии.

Стегосистема образует стегоканал, по которому передается заполненный контейнер. Этот канал считается подверженным воздействиям со стороны нарушителей. Следуя Симмонсу , в стеганографии обычно рассматривается такая постановка задачи («проблема заключенных»).

Двое заключенных, Алиса и Боб желают конфиденциально обмениваться сообщениями, несмотря на то, что канал связи между ними контролирует охранник Вилли. Для того, чтобы тайный обмен сообщениями был возможен предполагается, что Алиса и Боб имеют некоторый известный обоим секретный ключ. Действия Вилли могут заключаться не только в попытке обнаружения скрытого канала связи, но и в разрушении передаваемых сообщений, а также их модификации и создании новых, ложных сообщений. Соответственно, можно выделить три типа нарушителей, которым должна противостоять стегосистема: пассивный, активный и злоумышленный нарушители. Подробнее возможные действия нарушителей и защита от них рассмотрены во второй главе. Пока заметим лишь, что пассивный нарушитель может быть лишь в стегосистемах скрытой передачи данных. Для систем ЦВЗ характерны активные и злоумышленные нарушители.

Статья Симмонса , как он сам написал впоследствии , была вызвана желанием привлечь внимание научной общественности к закрытой в то время проблеме, связанной с контролем над ядерным оружием. Согласно Договору ОСВ СССР и США должны были разместить некие датчики на стратегических ракетах друг друга. Эти датчики должны были передавать инфор формацию о том, не подсоединена ли к ним ядерная боеголовка. Проблема, которой занимался Симмонс, заключалась в том, чтобы не допустить передачи како-либо другой информации этими датчиками, например, о местоположении ракет. Определение факта наличия скрытой информации - главная задача стегоанализа.

Рис. 1.2. Классификация систем цифровой стеганографии

Для того, чтобы стегосистема была надежной, необходимо выполнение при ее проектировании ряда требований.

Безопасность системы должна полностью определяться секретностью ключа. Это означает, что нарушитель может полностью знать все алгоритмы работы стегосистемы и статистические характеристики множеств сообщений и контейнеров, и это не даст ему никакой дополнительной информации о наличии или отсутствии сообщения в данном контейнере.

Знание нарушителем факта наличия сообщения в каком-либо контейнере не должно помочь ему при обнаружении сообщений в других контейнерах.

Заполненный контейнер должен быть визуально неотличим от незаполненного. Для удовлетворения этого требования надо, казалось бы, внедрять скрытое сообщение в визуально незначимые области сигнала. Однако, эти же области используют и алгоритмы сжатия. Поэтому, если изображение будет в дальнейшем подвергаться сжатию, то скрытое сообщение может разрушиться. Следовательно, биты должны встраиваться в визуально значимые области, а относительная незаметность может быть достигнута за счет использования специальных методов, например, модуляции с расширением спектра.

Стегосистема ЦВЗ должна иметь низкую вероятность ложного обнаружения скрытого сообщения в сигнале, его не содержащем. В некоторых приложениях такое обнаружение может привести к серьезным последствиям. Например, ложное обнаружение ЦВЗ на DVD-диске может вызвать отказ от его воспроизведения плейером.

Должна обеспечиваться требуемая пропускная способность (это требование актуально, в основном, для стегосистем скрытой передачи информации). В третьей главе мы введем понятие скрытой пропускной способности и рассмотрим пути ее достижения.

Стегосистема должна иметь приемлемую вычислительную сложность реализации. При этом возможна асимметричная по сложности реализации система ЦВЗ, то есть сложный стегокодер и простой стегодекодер.

К ЦВЗ предъявляются следующие требования.

ЦВЗ должен легко (вычислительно) извлекаться законным пользователем.

ЦВЗ должен быть устойчивым либо неустойчивым к преднамеренным и случайным воздействиям (в зависимости о приложения). Если ЦВЗ используется для подтверждения подлинности, то недопустимое изменение контейнера должно приводить к разрушению ЦВЗ (хрупкий ЦВЗ). Если же ЦВЗ содержит идентификационный код, логотип фирмы и т. п., то он должен сохраниться при максимальных искажениях контейнера, конечно, не приводящих к существенным искажениям исходного сигнала. Например, у изображения могут быть отредактированы цветовая гамма или яркость, у аудиозаписи - усилено звучание низких тонов и т. д. Кроме того ЦВЗ должен быть робастным по отношению к аффинным преобразованиям изображения, то есть его поворотам, масштабированию. При этом надо различать устойчивость самого ЦВЗ и способность декодера верно его обнаружить. Скажем, при повороте изображения ЦВЗ не разрушится, а декодер может оказаться неспособным выделить его. Существуют приложения, когда ЦВЗ должен быть устойчивым по отношению к одним преобразованиям и неустойчивым по отношению к другим. Например, может быть разрешено копирование изображения (ксерокс, сканер), но наложен запрет на внесение в него каких-либо изменений.

Должна иметься возможность добавления к стего дополнительных ЦВЗ. Например, на DVD-диске имеется метка о допустимости однократного копирования. После осуществления такого копирования необходимо добавить метку о запрете дальнейшего копирования. Можно было бы, конечно, удалить первый ЦВЗ и записать на его место второй. Однако, это противоречит предположению о трудноудалимости ЦВЗ. Лучшим выходом является добавление еще одного ЦВЗ, после которого первый не будет приниматься во внимание. Однако, наличие нескольких ЦВЗ на одном сообщении может облегчить атаку со стороны нарушителя, если не предпринять специальных мер, как это будет описано в главе 2.

В настоящее время технология ЦВЗ находится в самой начальной стадии своего развития. Как показывает практика, должно пройти лет 10–20 для того, чтобы новый криптографический метод начал широко использоваться в обществе. Наверное, аналогичная ситуация будет наблюдаться и со стеганографией. Одной из проблем, связанных с ЦВЗ, является многообразие требований к ним, в зависимости от приложения. Рассмотрим подробнее основные области применения ЦВЗ.

Вначале рассмотрим проблему пиратства, или неограниченного неавторизованного копирования. Алиса продает свое мультимедийное сообщение Питеру. Хотя информация могла быть зашифрована во время передачи, ничто не помешает Питеру заняться ее копированием после расшифровки. Следовательно, в данном случае требуется дополнительный уровень защиты от копирования, который не может быть обеспечен традиционными методами. Как будет показано далее, существует возможность внедрения ЦВЗ, разрешающего воспроизведение и запрещающего копирование информации.

Важной проблемой является определение подлинности полученной информации, то есть ее аутентификация. Обычно для аутентификации данных используются средства цифровой подписи. Однако, эти средства не совсем подходят для обеспечения аутентификации мультимедийной информации. Дело в том, что сообщение, снабженное электронной цифровой подписью, должно храниться и передаваться абсолютно точно, «бит в бит». Мультимедийная же информация может незначительно искажаться как при хранении (за счет сжатия), так и при передаче (влияние одиночных или пакетных ошибок в канале связи). При этом ее качество остается допустимым для пользователя, но цифровая подпись работать не будет. Получатель не сможет отличить истинное, хотя и несколько искаженное сообщение, от ложного. Кроме того, мультимедийные данные могут быть преобразованы из одного формата в другой. При этом традиционные средства защиты целостности работать также не будут. Можно сказать, что ЦВЗ способны защитить именно содержание аудио-, видеосообщения, а не его цифровое представление в виде последовательности бит. Кроме того, важным недостатком цифровой подписи является то, что ее легко удалить из заверенного ею сообщения, после чего приделать к нему новую подпись. Удаление подписи позволит нарушителю отказаться от авторства, либо ввести в заблуждение законного получателя относительно авторства сообщения. Система ЦВЗ проектируется таким образом, чтобы исключить возможность подобных нарушений.

Как видно из рис. 1.3, применение ЦВЗ не ограничивается приложениями безопасности информации. Основные области использования технологии ЦВЗ могут быть объединены в четыре группы: защита от копирования (использования), скрытая аннотация документов, доказательство аутентичности информации и скрытая связь.

Рис. 1.3. Потенциальные области применения стеганографии

Популярность мультимедиа-технологий вызвало множество исследований, связанных с разработкой алгоритмов ЦВЗ для использования в стандартах MP3, MPEG-4, JPEG2000, защиты DVD дисков от копирования.

Из книги Интерфейс: новые направления в проектировании компьютерных систем автора Раскин Джефф

3.1. Терминология и условные обозначения Мир делится на людей, которые думают, что они правы. Дидр Мак-Грат Содержание (или контент) – это информация, которая находится в компьютере или другом устройстве, предназначенном для обработки информации, и которая является для

Из книги Информационная технология ПРОЦЕСС СОЗДАНИЯ ДОКУМЕНТАЦИИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЯ ПРОГРАММНОГО СРЕДСТВА автора Автор неизвестен

Е.2 Терминология В части терминологии, используемой в документах, необходимо руководствоваться следующими правилами:a) применять общие и нетехнические термины в соответствии с их определениями, установленными в общих словарях;b) создавать глоссарии (словники),

Из книги Метрология, стандартизация и сертификация: конспект лекций автора Демидова Н В

1. Предмет и задачи метрологии С течением мировой истории человеку приходилось измерять различные вещи, взвешивать продукты, отсчитывать время. Для этой цели понадобилось создать целую систему различных измерений, необходимую для вычисления объема, веса, длины, времени

Из книги Метрология, стандартизация и сертификация автора Демидова Н В

1. Предмет и задачи метрологии Под метрологией подразумевается наука об измерениях, о существующих средствах и методах, помогающих соблюсти принцип их единства, а также о способах достижения требуемой точности.Происхождение самого термина «метрология» возводят к двум

Из книги Операторы коммерческого учета на рынках электроэнергии. Технология и организация деятельности автора Осика Лев Константинович

Глава 3 ПРЕДМЕТ КОНКУРЕНТНОЙ ДЕЯТЕЛЬНОСТИ КОММЕРЧЕСКИЙ учет и учетная политика на оптовом и розничном рынках электроэнергииОпределяющим предметом бизнеса ОКУ является коммерческий учет, поэтому необходимо более подробно остановиться на всех аспектах учета,

Из книги Управление качеством автора Шевчук Денис Александрович

1.1. Предмет и задачи курса Одной из основных проблем, стоящих сегодня перед российскими предприятиями, является их успешная адаптация к условиям рыночной экономики. Решение этой проблемы - необходимое условие для их выживания и дальнейшего развития.Современная

Из книги Создаем робота-андроида своими руками автора Ловин Джон

Ограничения области применения Если вы хотите достичь профессионального уровня выполнения автоматизированных действий или «оживления» предметов, то, так сказать, для поддержания марки, точность позиционирования при выполнении движений в каждый момент времени должна

Из книги Феномен науки [Кибернетический подход к эволюции] автора Турчин Валентин Фёдорович

6.11. Физический предмет и логический объект Опыт учит нас, что мир, в котором мы живем, характеризуется определенной устойчивостью, повторяемостью (точно так же, конечно, как непрерывной текучестью, изменяемостью). Допустим, вы видите дерево. Вы отходите от него, и

Из книги Учебник по ТРИЗ автора Гасанов А И

1. Предмет ТРИЗ Гасанов А. И.

Из книги Цифровая стеганография автора Грибунин Вадим Геннадьевич

1.4.1. Стеганография с открытым ключом Стеганография с открытым ключом опирается на достижения криптографии последних 25 лет. Понятие «открытый ключ» означает, что для дешифровки сообщения используется другой ключ, чем при его шифровании. При этом один из ключей делается

Из книги Руководство слесаря по замкам автора Филипс Билл

Из книги Материаловедение. Шпаргалка автора Буслаева Елена Михайловна

1. Предмет материаловедения; современная классификация материалов, основные этапы развития материаловедения Материаловедение изучает состав, структуру, свойства и поведение материалов в зависимости от воздействия окружающей среды. Воздействие бывает тепловым,

Из книги Очень общая метрология автора Ашкинази Леонид Александрович

43. Маркировка, структура, свойства и области применения цветных металлов и их сплавов К цветным металлам относятся медь, алюминий, магний, титан, свинец, цинк и олово, которые обладают ценными свойствами и применяются в промышленности, несмотря на относительно высокую

Из книги автора

48. Виды композиционных материалов. Строение, свойства, области применения Композиционные материалы состоят из двух компонентов, объединенных различными способами в монолит при сохранении их индивидуальных особенностей.Признаки материала:– состав, форма и

Из книги автора

50. Формование и спекание порошков, области применения Спекаемость – это прочность сцепления частиц в результате термической обработки прессованных заготовок.Подготовленные порошки смешивают в шаровых, барабанных мельницах. Заготовки из металлических порошков

Из книги автора

Социологическая и психологическая терминология С точки зрения этой книги физика, техника, социология и психология имеют одинаковый статус - это области приложения метрологии. Но в физике и технике терминология в основной части устоявшаяся и однозначно понимаемая

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:

:~/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.

Давайте предположим, что вы шпион и (как у любого уважающего себя шпиона) у вас на жестком диске имеется много секретной информации. Вам нужно её спрятать так, чтоб никто её не нашел. Причем в случае если вас поймают, то ваш компьютер отдадут на обследование и тот кто будет искать эту информацию будет на 99% уверен, что такая информация на жестком диске есть.

Так какие же способы спрятать информацию есть в нашем распоряжении…

Способ 1 - Банальный

Самый простой способ - это переименовать файл. К примеру у вас есть картинка, которую надо спрятать. Вы просто переименовываете расширение файла и картинка больше не определяется системой как картинка. Но, понятное дело, что это защита от дурака. Если вы, к примеру, переименуете файл JPG в RAR, то такой RAR архив нельзя будет открыть, WinRar поругается на то, что этот архив битый, что вызовет подозрение и более глубокое изучение данного файла.

Способ 2 - Банальный, продвинутый

Ещё один простой способ, но всё же более продвинутый - это склеивание двух разных файлов в один. Простейший пример: добавление RAR архива в конец JPEG изображения. Такое изображение будет без проблем открываться в любой программе для просмотра/редактирования картинок, а также будет открываться и в программе WinRar. Дело в том, что почти все программы для работы с архивами рассчитаны на то, что архив начинается не с начала файла, так как возможно, что архив заключен в самораспаковывающуюся оболочку. Но недостатки данного способа в том, что такое склеивание можно легко заметить. К примеру если картинка имеет размер 200х200 и при этом весит 2 мегабайта, то тут же возникают подозрения. К тому же все форматы (контейнеры) обычно имеют четкую структуру и если вдруг в файле имеется какая то избыточная информация, то это легко обнаружить.

Поэтому нам нужен способ скрытия информации, который не нарушает структуру файла выбранного формата.

Способ 3 - LSB

Как уже писалось ранее, данный способ очень прост в реализации, при этом он не нарушает правила контейнера и файл не хранит избыточную информацию. Но данный способ имеет и не мало минусов. Во-первых он применим лишь к малому количеству контейнеров. К примеру его нельзя применить к формату JPG, MP3 или AVI. А ведь как правило файлы именно этих форматов хранятся сотнями на наших компьютерах и именно там удобнее всего прятать информацию. Лично я сразу заподозрил бы не ладное, найдя на компьютере большую библиотеку картинок в формате BMP. Также этот способ выдает себя с потрохами на изображениях с однородной поверхностью. А попробуйте применить данный метод к MP3 файлу. Изменение всего одного бита раз в 2 и даже более байтов, приведет к неминуемой порче аудио данных.

Для желающих поиграться с этим способом могу предложить плагин для Total Commander"a который позволяет прятать данные в некоторых контейнерах картинок, а также в WAV (при условии, что аудио данные закодированы кодеком PCM).

Также имеются более продвинутые алгоритмы, к примеру алгоритм Коха-Жао, который прячет данные только в картинках. Его отличие в том, что он кодирует один бит информации в блоках 8х8 пикселей. К сожалению, из-за малого количества информации об этом алгоритме в интернете, не могу рассказать о нем что то ещё.

Способ 4 - Мета данные

Очень многие форматы могут хранить определенные мета-данные. Плюс этого способа в том, что он так же не нарушает формат файла, а также работа с этими мета-данными обычно хорошо задокументирована и есть уже готовые библиотеки позволяющие быстро написать программу для хранения своих данных в этих файлах. Почти все медиа-форматы имеют поддержку мета-данных. Однако далеко не всегда там можно хранить данные так, чтоб их не было видно. Так где же можно попробовать хранить секретные данные:

MP3

Только недавно на хабре появился пост Прячем текст в MP3 где описывается реализация на PHP хранении своей информации в тэге ID3v1. Но дело в том, что тэг ID3v1 имеет очень жесткие ограничения и много информации там не сохранить. К тому же в любом нормальном медиа-проигрывателе все ваши данные видны как на ладони. Совсем другое дело тэг ID3v2.4 который позволяет хранить данные гораздо больших размеров, а также позволяет сохранять какие либо не стандартные данные. К примеру некоторые программы хранят там настройки громкости и нормализации для каждого отдельного файла. Медиа-плееры обычно не отображают не известные им параметры.
Раз уж мы говорим об MP3, то стоит упомянуть и про малоизвестный тэг Lyrics3, который был создан для хранения в файле текста песен, а также как расширение тэга ID3v1 (к примеру позволял сохранять более длинное название песни), но выход стандарта тэга ID3v2 так и не дал тэгу Lyrics3 получить широкое распространение. Но как не странно, большое количество MP3 файлов которые сейчас можно найти на просторах интернета, содержат в себе этот тэг (хотя кроме название песни там больше ничего не хранится).

JPEG

У JPEG формата есть поддержка EXIF тэга. Данные в этом тэге хранятся парами ключ=значение. В теории нет никаких проблем добавить туда какой то не стандартный ключ содержащий ваши зашифрованные данные. Программа работающая с этим тэгом, наткнувшись на этот ключ, скорей всего просто проигнорирует его и не отобразит.

AVI

Не многим известно, что файлы формата AVI также имеют поддержку мета-данных, причем хранить там можно много всего. Как и в MP3 и JPEG можно создать какой то свой ключ, который будет просто проигнорирован программами работающими с мета-данными. Могу порекомендовать хорошую программу для просмотра мета-данных AVI файлов: abcAvi Tag Editor

Минус хранения секретных данных в мета-данных файла очевиден, есть множество программ которые отображают абсолютно полностью их содержимое, включая нестандартные и частные значения.

Способ 5

Ну и напоследок хочу рассказать про один замечательный способ хранения секретных данных в MP3 файлах. Реализован он в программе MP3Stego . К сожалению автор данной программы не обновлял проект с 2006 года. Идея заключается в том, что данные сначала шифруются, а затем в сердце процесса кодирования MP3 файла (из WAV) подмешиваются в конечный результат. В итоге получается обычный MP3 файл, без заметных для слуха искажений, однако хранящий в себе закодированные данные.

Теги: Добавить метки

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.