Стеганографические методы защиты информации. Примеры применения стеганографии
У кого из вас, уважаемые читатели, нет секретов? А кому хоть раз в жизни не приходилось доверить кому-либо нечто важное, взяв с него слово сохранить тайну? Думаю, вы со мной согласитесь: защита информации - дело, касающееся всех и каждого.
Стеганография в далеком и недалеком прошлом
роблема обеспечения конфиденциальности хранимых и пересылаемых данных в современном информационном мире стала особенно острой. Если имеется информация, доступ к которой должен быть ограничен, каждый знающий человек первым делом посоветует ее зашифровать. Тогда, даже получив саму шифровку, злоумышленник не сможет получить доступ к ее содержимому. Эти данные можно более или менее безопасно хранить и пересылать по общедоступным каналам связи. Такой способ защиты информации, называемый криптографической защитой, широко используется как в компьютерной, так и в других сферах жизни человеческого общества.
А что делать, если нужно не просто закрыть доступ к секретной информации, но и скрыть сам факт наличия какого бы то ни было секрета? Проблема эта не такая уж абстрактная, как может кому-то показаться на первый взгляд. Допустим, вы отправляете с рабочего места письма личного характера, а вся исходящая почта просматривается руководством. Конечно, такие письма можно зашифровать, но это, скорее всего, вызовет еще больший интерес у начальника: уж не передаете ли вы служебные тайны? В общем, задача эта весьма деликатная, и тут должна помочь стеганография.
Слово это в переводе с греческого буквально означает «тайнопись». Первые приемы стеганографии, как полагают историки, появились еще в Древнем Египте и затем использовались везде, где существовала письменность.
Что же представляла собой стеганография в докомпьютерную эру? Классифицировать все методы сокрытия информации практически невозможно - они многочисленны и разнообразны. Чтобы стало понятно, что весь спектр этих методов объединяется лишь одним - целью их применения, приведем несколько исторических примеров.
В античности, когда для письма использовались вощеные таблички, секретную информацию можно было написать непосредственно на подложке, потом нанести воск, а на нем написать какой-то безобидный текст. Попади такая табличка к врагам, они не догадались бы, что там имеются какие-то секреты. В средние века, да и позднее, большой популярностью пользовались особые чернила, не видимые постороннему глазу. Написанное с их помощью послание можно было прочесть лишь после особой обработки бумаги. Помните известный рассказ об умном Ленине и глупом жандарме? Так вот Владимир Ильич использовал как раз такой стеганографический инструмент - молочные чернила, которые после высыхания становились практически невидимыми, а при нагревании проявлялись четкими коричневыми буквами. Кроме таких незамысловатых способов, изобретались и сложные составы, для проявления которых нужно было провести химическую реакцию.
Нередко для передачи важных данных использовался посторонний текст (книга, заметка в газете, безобидное письмо о погоде и пр.), буквы и знаки которого кодировали конфиденциальную информацию. И здесь простор для фантазии просто огромен: скрытый текст может считываться по первым буквам слов (принцип акростиха) или определяться по заранее оговоренному правилу. После изобретения общепринятых кодов (например, азбуки Морзе) стало возможным распознавать секретный текст по длинам слов: 4-5 букв - тире, 5-6 букв - точка, 7 и более - пробел, меньше 4 букв - игнорируются). В рукописном тексте значение могли иметь особенности начертания букв - размеры, завитки и т.д. Всего и не перечислишь.
С появлением фотографии стали доступны новые способы - например в ничего не значащие снимки добавлялись микроточки. Подобные методы секретных сообщений активно использовались во время Второй мировой войны.
Широкое распространение вычислительной техники открыло новые горизонты для изобретателей методов тайнописи. С одной стороны, были адаптированы и доработаны некоторые из старых методов, а с другой - разработаны новые алгоритмы, применимые только в сфере компьютерных технологий.
Современные подходы к стеганографии
еред тем как начать обзор существующих сегодня подходов к компьютерной тайнописи, договоримся об основных понятиях. В стеганографии всегда наличествуют две составляющие - то, что нужно скрыть, и то, где мы будем это скрывать. Первую составляющую мы будем называть сообщением, или стеганограммой, а вторую - контейнером. Сообщением может являться текст либо, в общем случае, произвольный файл, а в качестве контейнера обычно используются текстовые или мультимедийные (аудио-, видео-, графические) файлы, а также носители информации (внешние или встроенные).
В зависимости от типа контейнера компьютерные стеганографические алгоритмы удобно разделить на три основные группы.
1. Применение в качестве контейнера текстовых файлов предполагает использование докомпьютерных методов или вариаций на их тему. Если скрывается текстовое сообщение, то без современных технологий можно вообще обойтись - вполне подойдет традиционный акростих или что-то вроде невидимых чернил (белые буквы на белом фоне). Используются также специальные шрифты, в которых одна и та же буква может иметь несколько слегка различающихся начертаний.
Фантазия разработчика может пригодиться в случае необходимости спрятать в тексте двоичные данные. Если в качестве стеганограммы выступает произвольный файл, он рассматривается в виде последовательности одиночных битов или короткой серии битов (группы по два-три бита). Для их кодирования используют пробелы (один пробел - 0, два - 1) или непечатаемые символы (например, нулевой символ). Для решения данной задачи вполне может подойти приведенный выше пример с азбукой Морзе: тогда для кодирования коротких серий битов будут использоваться длины слов или их первые буквы.
Все методы этой группы при своей очевидной простоте имеют один очень серьезный недостаток - скрытое сообщение может легко обнаружить даже непрофессионал, поэтому применять их имеет смысл лишь тогда, когда использовать нетекстовую информацию в качестве контейнера не представляется возможным.
2. Сокрытие данных в неиспользуемых областях носителей, в отличие от предыдущей группы алгоритмов, является ноу-хау периода вычислительной техники. Эти методы основаны на особенностях файловых систем. Во-первых, файлы всегда занимают целое число кластеров, поэтому между двумя файлами обычно остается свободное пространство, которое и используется для размещения сообщения. Во-вторых, для передачи информации можно использовать нулевую дорожку диска. Существует также возможность удалить заголовочную запись файла с носителя, а файловая система будет считать свободным место, занимаемое этим файлом.
Слабой стороной всех перечисленных методик является все та же простота обнаружения, поскольку места закладки сообщения очевидны. Кроме того, последний способ требует пересылки заголовочной части файла отдельно от носителя, что вовсе не повышает уровень секретности. Использование алгоритмов этой группы для организации секретного обмена информацией предполагает применение внешних накопителей, обычно имеющих небольшую емкость, что налагает значительные ограничения на размер скрываемых данных. Поэтому разумнее будет выбирать носители информации в качестве контейнера только в том случае, когда планируется засекретить хранимые, а не передаваемые данные.
3. Третий, и наиболее распространенный класс контейнеров - мультимедийные файлы (мы будем говорить в основном о графических файлах, но все сказанное справедливо и в отношении аудио- и видеоданных). Традиционно большие объемы таких файлов-контейнеров позволяют упаковывать в них значительные по размеру сообщения, а разнообразные, постоянно совершенствующиеся форматы и стандарты обусловили появление множества стеганографических алгоритмов. Но как бы ни был широк спектр этих методов, практически все они базируются на каком-либо из двух принципиальных подходов.
3.1. В простых некоммерческих программах для стеганографии в качестве контейнера нередко используют области графических файлов, изменение которых не влияет на изображение. Скрываемая информация может размещаться и после окончания данных изображения, и между отдельными картинками одного файла (например, анимированного GIF), и в полях-комментариях, которые игнорируются при прорисовке. Такие стеганограммы легко детектируются, поэтому обычно они рассчитаны на то, что специально их никто искать не будет.
3.2. Метод наименее значащих битов (Least Significant Bit, LSB) наиболее распространен в электронной стеганографии. Он основан на ограниченных возможностях человеческих органов чувств, в силу чего люди не способны различать незначительные вариации цветов или звуков. Для простоты описания покажем принцип работы этого метода на примере 24-битного растрового RGB-изображения. Одна точка изображения в этом формате кодируется тремя байтами, каждый из которых отвечает за интенсивность одного из трех составляющих цветов (рис. 1).
В результате смешения цветов из красного (R), зеленого (G) и синего (B) каналов пиксел получает нужный оттенок. Чтобы нагляднее увидеть принцип действия метода LSB, распишем каждый из трех байтов в битовом виде (рис. 2). Младшие разряды (на рисунке они расположены справа) в меньшей степени влияют на итоговое изображение, чем старшие. Из этого можно сделать вывод, что замена одного или двух младших, наименее значащих битов, на другие произвольные биты настолько незначительно исказит оттенок пиксела, что зритель просто не заметит изменения.
Допустим, нам нужно скрыть в данной точке изображения шесть бит: 101100. Для этого разобьем их на три пары (рис. 3) и заместим ими по два младших бита в каждом канале (рис. 4).
В результате мы получим новый оттенок, очень похожий на исходный. Эти цвета трудно различить даже на большой по площади заливке, хотя разница будет заметна по одной отдельной точке (рис. 5). Как показывает практика, замена двух младших битов не воспринимается человеческим глазом. В случае необходимости можно занять и три разряда, что весьма незначительно скажется на качестве картинки.
Рис. 5. Слева оригинальный цвет, справа цвет после модификации
Давайте теперь подсчитаем полезный объем такого RGB-контейнера. Занимая два бита из восьми на каждый канал, мы будем иметь возможность спрятать три байта полезной информации на каждые четыре пиксела изображения, что соответствует 25% объема картинки. Таким образом, имея файл изображения размером 200 Кбайт, мы можем скрыть в нем до 50 Кбайт произвольных данных так, что невооруженному глазу эти изменения не будут заметны.
Модификацией метода LSB являются алгоритмы стеганографии, разработанные для компрессированных мультимедиаданных. В частности, довольно популярен у разработчиков стеганографического программного обеспечения алгоритм сокрытия данных в изображениях формата JPEG. Поскольку преобразование картинки в JPEG происходит с потерей информации, закладывать стеганограмму в исходное изображение не имеет смысла, так как потом ее невозможно будет восстановить. Выход нашелся в самом алгоритме сжатия - не вдаваясь в подробности спецификации JPEG, скажем, что сжатие проходит здесь в три этапа: дискретно-косинусоидальное преобразование (ДКП), квантование и вторичное сжатие (кодирование Хаффмана), а третья стадия проходит без потери данных, поэтому в качестве контейнера используются коэффициенты ДКП после квантования, то есть пользовательской информацией замещаются младшие разряды этих коэффициентов. Такие возможности предоставляются практически всеми схемами сжатия с потерей информации, включая аудио- и видеоформаты.
Чем же объясняется лидерство метода LSB среди стеганографических алгоритмов? Во-первых, мультимедиаконтейнеры не вызывают подозрений: можно без проблем отправить другу свою фотографию или симпатичный пейзаж. Во-вторых, младшие биты оцифрованных изображений, звука или видео могут иметь различное распределение в зависимости от применявшихся параметров аналого-цифрового преобразования, от дополнительной компьютерной обработки и от прочих факторов. Эта особенность делает метод наименее значащих битов наиболее защищенным от обнаружения вложения. Наконец, в-третьих, реализации LSB для большинства стандартов файлов-контейнеров не требуют значительных затрат времени и сил - идея указанного метода проста, как все гениальное.
Обнаружение стеганограмм
ринцип действий, направленных на обнаружение стеганограмм, в общем виде не представляет собой ничего сложного. Для начала нужно найти все места возможных закладок инородной информации, которые допускает формат файла-контейнера. Далее требуется извлечь данные из этих мест и проанализировать их свойства на соответствие стандартным значениям. Для решения первой задачи достаточно внимательно изучить спецификации используемых форматов файлов, а вторая обычно решается методами статистического анализа. Например, если необходимо спрятать некий текстовый фрагмент, то такое послание будет содержать только символьную информацию: 52 знака латиницы, 66 знаков кириллицы, знаки препинания и некоторые служебные символы. Статистические характеристики такого сообщения будут резко отличаться от характеристик случайной последовательности байтов, которую должны напоминать младшие биты RGB-картинки, собранные вместе (для метода LSB).
Повышение надежности сокрытия данных и пресечение такового
сходя из способов анализа потенциальных контейнеров на предмет наличия в них тайных вложений, можно сформулировать несколько советов по повышению надежности сокрытия данных. Прежде всего нужно сделать трудным поиск участков файла-контейнера, содержащих фрагменты стеганограммы. Это вполне возможно реализовать с помощью метода LSB. С этой целью биты сообщения упаковываются не во все байты изображения подряд, а с пропусками, что усложняет анализ. В более серьезном варианте адреса байтов, содержащих вложение, будут рассчитываться некой функцией, которая в качестве аргумента будет получать, скажем, пароль пользователя.
Затем нужно приблизить статистические свойства сообщения к тому, что аналитик рассчитывает найти в неискаженном файле-контейнере. Если вы собираетесь использовать текстовые поля комментариев для передачи бинарных данных, то имеет смысл применить кодирование Base64 или аналогичное, чтобы двоичная последовательность была записана символьными знаками. Это хотя и не обманет профессионала, но позволит обойти некоторые программные фильтры.
Для метода наименее значащих битов требуется действовать наоборот - сделать сообщение максимально похожим на случайный набор битов. Для этого можно сжать стеганограмму одним из алгоритмов архивации, что сгладит статистические характеристики вложения, а кроме того, сделает его более компактным, чтобы упаковать в контейнер той же емкости больше пользовательских данных. Архивы очень напоминают равновероятные последовательности, но все же имеют свой служебный формат (заголовки, маркеры и пр.), поэтому для окончательного придания сообщению свойств случайного потока рекомендуется использовать алгоритм шифрования. При этом можно применить тот же пароль, что использовался для расчета адресов несущих байтов. Помимо повышения надежности стеганографического алгоритма, шифрование создает как бы второй рубеж защиты: даже если злоумышленник обнаружит ваши данные, он все равно не сможет расшифровать их, не зная пароля.
Относительно использования метода LSB можно дать еще несколько простых советов, которые позволят вам обойти стеганографический контроль:
Не следует использовать для хранения сообщения более трех битов каждого байта контейнера, а лучше ограничиться двумя, разбив большое сообщение на несколько мелких или подобрав более емкий файл-носитель. Кроме того, не стоит забивать контейнер пользовательскими данными «под завязку» - чем меньше будет доля важной информации в общем объеме передаваемого файла, тем сложнее обнаружить факт закладки. На практике обычно рекомендуют скрывать сообщения так, чтобы их размер составлял не более 10% размера контейнера;
Не рекомендуется использовать в стеганографических целях искусственно созданные изображения или фотографии, на которых присутствуют значительные участки однотонной заливки (например, голубое небо). Большое количество мелких пестрых деталей, наоборот, повысит надежность сокрытия;
Неудачным контейнером для вашего сообщения будут общедоступные, широко известные мультимедийные файлы, поскольку простое сравнение вашего файла с оригиналом сразу обнаружит стеганограмму. Для этих целей лучше использовать собственноручно сделанное цифровое изображение - с помощью цифрового фотоаппарата или сканера.
Стеганография предоставляет различные по сложности и надежности инструменты для тех, кто хочет сохранить свою переписку в тайне - можно воспользоваться одной из десятков готовых бесплатных или коммерческих программ, а можно реализовать описанные выше алгоритмы самостоятельно (такие решения подчас оказываются надежнее широко распространенных). А что же делать сотрудникам отделов информационной безопасности предприятий, в задачу которых как раз и входит пресечение тайной переписки сотрудников с целью предотвращения утечки конфиденциальной информации из компании? Для начала нужно попытать счастья (вдруг подготовка злоумышленника окажется слабоватой) и проверить самые доступные хранилища: поля-комментарии и поля расширений различных форматов файлов, чтобы убедиться, что в переписке не встречаются вложения с необоснованно большим объемом. Текстовые сообщения должны быть значимы, а бессмысленные фразы типа «наскоро актер тащит арбуз шестой армии» сразу должны привлекать внимание - они могут автоматически генерироваться специальными стеганографическими программами по словарям. Стеганограммы, упакованные методом LSB, обнаружить сложно, особенно если этот метод применяется грамотно. Выход из положения подсказывает сам принцип, легший в основу алгоритма наименее значащих битов: если изменение младших разрядов каждого байта мультимедиафайла не отражается на качестве изображения или звука, то можно со спокойной совестью заменить эти разряды нулевыми битами. Безобидную картинку мы таким образом не испортим, но несанкционированную передачу данных обязательно пресечем.
Примеры применения стеганографии
тобы теория стеганографии не показалась вам умозрительной, не имеющей никакого отношения к практике, приведем пример ее применения. Для демонстрации мы использовали одну из десятков бесплатных и условно-бесплатных программ, предоставляющих сервис стеганографического сокрытия информации и доступных для загрузки в Интернет. В качестве контейнера, согласно описанным выше правилам, была выбрана фотография в формате BMP 24-bit размером около 1 Мбайт, подобранная в личном фотоальбоме автора этой статьи по принципу отсутствия крупных однотонных заливок и наличия мелких деталей. Сообщением послужил случайный бинарный файл (некая динамическая библиотека) размером чуть более 100 Кбайт, что составило как раз примерно 10% от размера контейнера. Перед тем как вложение было упаковано в файл изображения, оно было автоматически зашифровано при помощи указанной программы с использованием алгоритма Blowfish. Итак, все требования безопасности соблюдены, и две картинки, в одной из которых десятая часть информации замещена произвольными данными, практически неразличимы - убедитесь сами (рис. 6).
Рис. 6. Справа исходное изображение; слева изображение с вложением
Кроме тайной пересылки и хранения информации, стеганография имеет еще одну область применения - это защита авторских прав. Поскольку к изображению, аудио- или видеофайлу можно добавить какое-либо сообщение таким образом, чтобы это не испортило впечатления от просмотра/прослушивания, и поскольку такое вложение практически невозможно обнаружить и изъять, то это сообщение можно использовать в качестве авторской подписи. Подобные «водяные знаки» помогут доказать, что, например, сделанная вами фотография была незаконно использована для оформления некоего известного Web-сайта. В настоящее время существует ряд программ, реализующих электронную подпись мультимедиаданных методами стеганографии, а также сканирующих Интернет с целью обнаружения работ, используемых без разрешения.
Вместо заключения
юбое замечательное изобретение в истории человечества - от колеса до пороха, от письменности до расщепления атома - использовалось как во благо, так и во вред обществу, и стеганография здесь не является исключением. Раньше эта область знаний была доступна лишь немногим, но с приходом «виртуальной эпохи», когда персональные компьютеры стоят почти на каждом столе, стеганография становится массовым товаром. И задача лояльного сотрудника - спрятаться от подозрительного взгляда начальника, а цель хорошего начальника - не позволить нечестному работнику продать секреты фирмы конкурентам. А наша с вами задача - помнить о многовековой истории стеганографии, знать ее методы и уметь применять их на благо себе и окружающим.
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 EditorМинус 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
Приоритеты и основные направления внешней политики Российской Федерации.
Процесс глобализации и основные тенденции развития международных отношений.
Неолиберальный, Реалистический, Либеральный, Неореалистический
v Формирование многополюсного мира. После развала Советского Союза исчезло разделение мира на два основных центра. Появляются новые центры силы, в том числе и в Азии. Происходит деидеологизация международных отношений – борьба капитализма с социалистическим лагерем прекращается (по крайней мере, открытого противоборства не наблюдается);
v Глобализация международных отношений. Этот процесс обусловлен взаимопроникновением национальных экономик и культур. Страны взаимодействуют в различных сферах, и изменение в одной из них может влиять на состояние других. Это проявляется не только в сотрудничестве стран, но и в создании влиятельных международных экономических и политических организаций, устанавливающих единые правила поведения для стран-участников.
v Обострение глобальных проблем. Наряду с техническим прогрессом появились проблемы, которые условно можно разделить на политические, экономические, экологические и социальные. Такие проблемы, как международный терроризм, сохранение окружающей среды, невозможно решить каждой стране самостоятельно. Появились новые общие проблемы в социальной сфере. К ним относятся тяжелые заболевания, вредные пристрастия и т.д. Также остро стоит проблема разрыва в уровне жизни населения различных стран мира. Растет уровень преступности.
v Усиление различий между той частью мира, которая живет благополучно, и той частью, где ситуация нестабильна. Большая часть населения Земли проживает в зоне нестабильности. Это страны Африки, Латинской Америки, Азии и часть стран, образовавшихся после распада СССР. Продолжительность жизни людей в таких странах ниже среднемировой, экономика развита слабо, а политическая ситуация значительно отличается от демократии в странах Западной Европы, Канады, Японии и др.
v Демократизация.
v Десуверенизация современных государств – государства теряют свой суверенитет и становятся фактически зависимыми от воли других стран либо появляются так называемые «несостоявшиеся» государства - те государства, которые не обрели своей национальной основы в силу территориальных или культурно-цивилизационных проблем (например, Приднестровье, Нагорный Карабах и др.)
v усиление роли нетрадиционных акторов международных отношений
1. Установление доверительных отношений со странами Запада и Востока. Т.е. для стран Западной Европы Россия будет поставлять нефть, газ, хим. продукты, пиломатериалы. Для стран Ближнего Востока, Южной и Ю-В Азии Россия может стать промышленным, культурным партнёром.
2. Защита прав 25 млн. русских, оказавшихся иммигрантами в новых суверенных государствах.
3. Решение глобальных проблем современности.
Но самое важное условие обретения достойного статуса в международных отношениях, это укрепление целостности Российской Федерации, а также развитие экономики.
Внешняя политика в настоящее время должна быть сориентирована на то, чтобы избежать изоляции, включиться в мировое сообщество в качестве суверенной, уважающей себя державы. Россия должна занять достойное место в системе международных отношений, основанных на равенстве сторон, взаимном уважении, взаимовыгодном сотрудничестве.
Профессор Факультета глобальных процессов
Доктор культурологии В.И.Бажуков
Способы решения задачи тайной передачи информации:
1. Создать абсолютно надежный, недоступный для других канал связи между абонентами.
2. Использовать общедоступный канал связи, но скрыть сам факт передачи информации.
3. Использовать общедоступный канал связи, но передавать по нему нужную информацию в преобразованном виде, таком, что восстановить ее мог бы только адресат.
Решением второй задачи занимается стеганография, а третьей криптография.
Криптография – это наука поиска и исследования математических методов преобразования (шифрования) информации с целью ее защиты от незаконных пользователей.
Открытый текст – информация в исходном виде.
Шифрованный текст – информация, подвергнутая действию алгоритма шифрования.
Алгоритм – метод, используемый для преобразования открытого текста в шифрованный текст.
Ключ – входные данные, посредством которых с помощью алгоритма происходит преобразование открытого текста в шифрованный или обратно.
Шифрование – процесс преобразования открытого текста в шифр.
Дешифрование – процесс преобразования шифра в открытый текст.
Криптография - это наука о способах преобразования информации с целью ее защиты от незаконных пользователей.
Криптограф – лицо, занимающееся криптографией.
Криптоанализ – искусство анализа криптографических алгоритмов на предмет наличия уязвимостей.
Криптоаналитик – лицо, использующее криптоанализ для определения и использования уязвимостей в криптографических алгоритмах.
Задачи криптографии: обеспечить: конфиденциальность, целостность, аутентификацию, невозможность отказа от авторства.
Шифры перестановки используют перестановку фрагментов открытого текста местами.
Шифры замены используют преобразования, при которых фрагменты открытого текста заменяются некоторыми символами или группами символов в шифртексте.
По связи между ключами шифрования и дешифрования шифрования шифры замены подразделяют на: симметричные (одноключевые системы, использующие для шифрования и дешифрования текста один и тот же секретный ключ) и асимметричные (двухключевые системы, использующие различные ключи для шифрования и дешифрования текста).
По возможности изменения криптографического алгоритма в процессе шифрования шифры замены подразделяют на: одноалфавитные (каждая шифрвеличина заменяется шифробозначением по неизменному алгоритму) и многоалфавитные (каждая шифрвеличина может заменяться шифробозначениями по нескольким алгоритмам).
По минимальному размеру фрагмента открытого текста шифры замены подразделяют на: потоковые шифры (за один раз обрабатывается один символ) и блочные шифры (за один раз обрабатывается блок символов фиксированной длины).
По количеству возможных замен фрагментов открытого текста шифры замены подразделяют на: однозначные (каждая шифрвеличина может быть заменена только на одно шифробозначение) и многозначные (каждая шифрвеличина может быть заменена на одно из нескольких шифробозначений).
По количестве возможных вариантов открытого текста, получаемых по шифртексту, шифры замены подразделяют на: равнозначные (из шифртекста получается один вариант открытого текста) и разнозначные (из шифртекста получается несколько вариантов открытого текста).
Композиционные шифры представляют собой последовательное применение нескольких процедур шифрования разных типов.
Криптограмма (шифр - текст) - шифрованное сообщение, т.е. защищаемая информация, к которой был применен процесс шифрования.
Стеганография - это наука, изучающая такие методы организации передачи секретных сообщении, которые скрывают сам факт передачи информации (маскировка информации).
Сообщение - секретная информация, наличие которой в контейнере необходимо скрыть.
Контейнер - любая информация, предназначенная для сокрытия тайных сообщений.
Ключ - секретный ключ, необходимый для сокрытия информации.
Направления приложения стеганографии:
1. сокрытие данных (сообщений). Сокрытие внедряемых данных, которые в большинстве случаев имеют большой объем, предъявляет серьезные требования к контейнеру: размер контейнера в несколько раз должен превышать размер встраиваемых данных;
2. цифровые водяные знаки используются для защиты авторских или имущественных прав на цифровые изображения, фотографии или другие оцифрованные произведения искусства. Основными требованиями, которые предъявляются к таким встроенным данным, являются надежность и устойчивость к искажениям.
3. заголовки используются в основном для маркирования изображений в больших электронных хранилищах (библиотеках) цифровых изображений, аудио- и видеофайлов. В данном случае стеганографические методы используются не только для внедрения идентифицирующего заголовка, но и иных индивидуальных признаков файла. Заголовки должны вносить незначительные искажения и быть устойчивы к основным геометрическим преобразованиям.
Стеганографические методы защиты информации:
1. Предполагают небольшую модификацию изображений (Image Domain). Методы Image Domain - иногда их еще называют Bit Wise Method - обычно используют побитную модификацию, например, изменение наименьшего по значению бита (least significant bit, LSB). Эти методы относят к числу простых, они легче поддаются декодированию и допускают потерю информации при тех или иных преобразованиях файла-носителя, например, при сжатии. Из трех наиболее популярных алгоритмов сжатия изображений - Windows Bitmap (BMP), Graphic Interchange Format (GIF) и Joint Photographic Experts Group (JPEG) - чаще используют BMP и GIF, отличающиеся меньшими потерями. Самыми распространенными инструментами, реализующими методы группы Image Domain, являются Hide and Seek, Mandelsteg, Steganos, StegoDos, S-TOOLS и White Noise Storm.
2. Используют трансформацию изображений (Transform Domain). В методах группы Transform Domain используют тригонометрические преобразования (discrete cosine transformation, DCT) или наложения наподобие ряби, незаметной для глаза (wavelet transformation). Эти методы более устойчивы, вложенная информация не теряется ни при каких преобразованиях, поэтому их чаще всего применяют при создании цифровых водяных знаков. Обычно при этом используются файлы формата JPEG; к числу наиболее популярных инструментов относятся Jpeg-Jsteg, JPHide, Outguess, PictureMarc и SysCop.
В настоящее время методы компьютерной стеганографии развиваются по двум основным направлениям:
Методы, основанные на использовании специальных свойств компьютерных форматов;
Методы, основанные на избыточности аудио и визуальной информации.
Атаки на стегосистемы:
Атака по известному заполненному контейнеру - у взломщика имеется одно или несколько стегосообщений. В случае нескольких стегосообщений считается, что запись скрытой информации проводилось отправителем одинаковым способом. Задача взломщика заключается в обнаружении факта наличия стегоканала, а также доступа к нему или определения ключа. Имея ключ, можно раскрыть другие стегосообщения.
Атака по известной математической модели контейнера - взломщик определяет отличие подозрительного послания от известной ему модели. К примеру, пусть биты внутри отсчета изображения коррелированны. Тогда отсутствие корреляции может служить сигналом о наличии скрытого сообщения. При этом задача внедряющего сообщение состоит в том, чтобы не нарушить статистических закономерностей в контейнере.
Атака на основе известного пустого контейнера - если злоумышленнику известен пустой контейнер, то сравнивая его с предполагаемым стего можно установить наличие стего канала. Несмотря на кажущуюся простоту метода0 существует теоретическое обоснование эффективности этого метода. Особый интерес представляет случай, когда контейнер нам известен с некоторой погрешностью (такое возможно при добавлении к нему шума).
Подавляющее большинство методов компьютерной стеганографии (КС) базируется на двух ключевых принципах:
- · файлы, которые не требуют абсолютной точности (например, файлы с изображением, звуковой информацией и т.д.), могут быть видоизменены (конечно, до определенной степени) без потери своей функциональности.
- · органы чувств человека неспособны надежно различать незначительные изменения в модифицированных таким образом файлах и/или отсутствует специальный инструментарий, который был бы способен выполнять данную задачу.
В основе базовых подходов к реализации методов КС в рамках той или иной информационной среды лежит выделение малозначительных фрагментов этой среды и замена существующей в них информации информацией, которую необходимо скрыть. Поскольку в КС рассматриваются среды, поддерживаемые средствами вычислительной техники и компьютерных сетей, то вся информационная среда в результате может быть представлена в цифровом виде.
Таким образом, незначительные для кадра информационной среды фрагменты относительно того или иного алгоритма или методики заменяются фрагментами скрываемой информации. Под кадром информационной среды в данном случае подразумевается определенная его часть, выделенная по характерным признакам. Такими признаками зачастую являются семантические характеристики выделяемой части информационной среды. Например, кадром может быть избрано какое-нибудь отдельное изображение, звуковой файл, Web-страница и т.д.
Для существующих методов компьютерной стеганографии вводят следующую классификацию (см. рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 - Классификация методов компьютерной стеганографии
По способу выбора контейнера различают суррогатные (или так называемые эрзац-методы), селективные и конструирующие методы стеганографии.
В суррогатных (безальтернативных) методах стеганографии полностью отсутствует возможность выбора контейнера, и для скрытия сообщения избирается первый попавшийся контейнер - эрзац-контейнер, который в большинстве случаев не оптимален для скрытия сообщения заданного формата.
В селективных методах КС предусматривается, что скрытое сообщение должно воспроизводить специальные статистические характеристики шума контейнера. Для этого генерируют большое количество альтернативных контейнеров с последующим выбором наиболее оптимального из них для конкретного сообщения. Особым случаем такого подхода является вычисление некоторой хэш-функции для каждого контейнера. При этом для скрытия сообщения выбирается тот контейнер, хэш-функция которого совпадает со значением кэш-функции сообщения (то есть стеганограммой является избранный контейнер).
В конструирующих методах стеганографии контейнер генерируется самой стегосистемой. При этом существует несколько вариантов реализации. Так, например, шум контейнера может имитироваться скрытым сообщением. Это реализуется с помощью процедур, которые не только кодируют скрываемое сообщение под шум, но и сохраняют модель изначального шума. В предельном случае по модели шума может строиться целое сообщение.
По способу доступа к скрываемой информации различают методы для потоковых (беспрерывных) контейнеров и методы для фиксированных (ограниченной длины) контейнеров.
По способу организации контейнеры, подобно помехоустойчивым кодам, могут быть систематическими и несистематическими.
В первых можно указать конкретные места стеганограммы, где находятся информационные биты собственно контейнера, а где - шумовые биты, предназначенные для скрытия информации (как, например, в широко распространенном методе наименее значащего бита).
В случае несистематической организации контейнера такое разделение невозможно. В этом случае для выделения скрытой информации необходимо обрабатывать содержимое всей стеганограммы.
По используемому принципу скрытия методы компьютерной стеганографии делятся на два основных класса: методы непосредственной замены и спектральные методы. Если первые, используя избыток информационной среды в пространственной (для изображения) или временной (для звука) области, заключаются в замене малозначительной части контейнера битами секретного сообщения, то другие для скрытия данных используют спектральные представления элементов среды, в которую встраиваются скрываемые данные (например, в разные коэффициенты массивов дискретно-косинусных преобразований, преобразований Фурье, Карунена-Лоева, Адамара, Хаара и т.д.).
Основным направлением компьютерной стеганографии является использование свойств именно избыточности контейнера-оригинала, но при этом следует принимать во внимание то, что в результате скрытия информации происходит искажение некоторых статистических свойств контейнера или, же нарушение его структуры. Это необходимо учитывать для уменьшения демаскирующих признаков.
В особую группу можно выделить методы, которые используют специальные свойства форматов представления файлов:
- · зарезервированные для расширения поля файлов, которые зачастую заполняются нулями и не учитываются программой;
- · специальное форматирование данных (сдвиг слов, предложений, абзацев или выбор определенных позиций символов);
- · использование незадействованных участков на магнитных и оптических носителях;
- · удаление файловых заголовков-идентификаторов и т.д.
В основном для таких методов характерны низкая степень скрытности, низкая пропускная способность и слабая производительность.
По назначению различают стеганометоды собственно для скрытой передачи (или скрытого хранения) данных и методы для скрытия данных в цифровых объектах с целью защиты авторских прав на них.
По типам контейнера выделяют стеганографические методы с контейнерами в виде текста, аудиофайла, изображения и видео.
Метод замены наименее значащего бита.
Метод замены наименее значащего бита (НЗБ, LSB - Least Significant Bit) наиболее распространен среди методов замены в пространственной области.
Младший значащий бит изображения несет в себе меньше всего информации. Известно, что человек в большинстве случаев не способен заметить изменений в этом бите. Фактически, НЗБ - это шум, поэтому его можно использовать для встраивания информации путем замены менее значащих битов пикселей изображения битами секретного сообщения. При этом для изображения в градациях серого (каждый пиксель изображения кодируется одним байтом) объем встроенных данных может составлять 1/8 от общего объема контейнера. Если же модифицировать два младших бита (что также практически незаметно), то данную пропускную способность можно увеличить еще вдвое.
Популярность данного метода обусловлена его простотой и тем, что он позволяет скрывать в относительно небольших файлах большие объемы информации (пропускная способность создаваемого скрытого канала связи составляет при этом от 12,5 до 30%). Метод зачастую работает с растровыми изображениями, представленными в формате без компрессии (например, BMP и GIF).
Метод НЗБ имеет низкую стеганографическую стойкость к атакам пассивного и активного нарушителей. Основной его недостаток - высокая чувствительность к малейшим искажениям контейнера. Для ослабления этой чувствительности часто дополнительно применяют помехоустойчивое кодирование.
Метод псевдослучайного интервала.
В рассмотренном выше простейшем случае выполняется замена НЗБ всех последовательно размещенных пикселей изображения. Другой подход - метод случайного интервала, заключается в случайном распределении битов секретного сообщения по контейнеру, в результате чего расстояние между двумя встроенными битами определяется псевдослучайно. Эта методика особенно эффективна в случае, когда битовая длина секретного сообщения существенно меньше количества пикселей изображения.
Интервал между двумя последовательными встраиваниями битов сообщения может являться, например, функцией координат предыдущего модифицированного пикселя.
Методы сокрытия данных в пространственной области.
Алгоритмы, описанные в данном в данном разделе, встраивают скрываемые данные в области первичного изображения. Их преимущество заключается в том, что для встраивания ненужно выполнять вычислительно сложные и длительные преобразования изображений.
Цветное изображение C будем представлять через дискретную функцию, которая определяет вектор цвета c (x,y) для каждого пикселя изображения (x,y), где значение цвета задает трехкомпонентный вектор в цветовом пространстве. Наиболее распространенный способ передачи цвета - это модель RGB, в которой основные цвета - красный, зеленый и синий, а любой другой цвет может быть представлен в виде взвешенной суммы основных цветов.
Вектор цвета c (x,y) в RGB-пространстве представляет интенсивность основных цветов. Сообщения встраиваются за счет манипуляций цветовыми составляющими {R (x,y), G (x,y), B (x,y) } или непосредственно яркостью л (x,y) О {0, 1, 2,…, LC}.
Общий принцип этих методов заключается в замене избыточной, малозначимой части изображения битами секретного сообщения. Для извлечения сообщения необходимо знать алгоритм, по которому размещалась в контейнере скрытая информация.
Если вы думаете, что техники тайнописи применяют только шпионы – вы немного заблуждаетесь. Техники скрытой передачи или хранения информации могут применяться повсеместно для вполне мирных целей. В данной статье я хочу рассказать о стеганографии (τεγανός [скрытый] + γράφω [пишу], дословно «скрытопись», «тайнопись»).
В самом начале необходимо провести черту между двумя понятиями: стенографией и стеганографией. Первое из них, стенография (στενός [узкий, тесный] + γράφω [пишу]) – это совокупность способов быстрой записи устной речи и не имеет ничего общего с утаиванием и скрытием от третьих глаз информации. Слова созвучные, но не стоит путать стенографию со стеганографией.
«Кто владеет информацией, тот владеет миром» сказал Натан Ротшильд, но люди за долго до его рождения задумывались над проблемой: когда вы получили информацию, необходимо её сохранить, в большинстве случаев не просто сохранить, а сохранить в тайне. Современная наука о защите информации говорит о двух путях хранения информации в тайне: использовать криптографию или использовать стеганографию (лучше это делать совместно). Криптография – наука о методах преобразования информации в вид, невозможный для прочтения третьими лицами. То есть при передаче секретного сообщения некто, перехватив письмо, будет знать, что в нём что-то написано, но для него это будет набор несвязных символов, лишённых смысла, так как ему неизвестен метод их перестановки (или замены), чтобы получить сообщение. Стеганография – наука о методах преобразования информации в вид, при котором сам факт её существования становится секретом. Для понимания данного определения необходимо обратиться к историческим примерам применения стеганографии.
История стеганографии
Как только люди научились фиксировать свои мысли письменно, появилась надобность сохранять их в тайне. Исторически сложилось, что стеганография появилась задолго до криптографии.
В истории существует пример, когда Демерат хотел послать союзникам в Спарту сообщение об угрозе нападения Ксерксов. В Древней Греции послания писались острыми палочками на дощечках, покрытых воском. Воск с таблички был снят, сообщение нацарапали на самой дощечке, потом покрыли воском и написали по воску «легальное» письмо.
Другое находчивое решение принадлежит тирану Гистею, который в V-м веке до н. э., находясь под надзором царя Дария в Сузах, должен был послать секретное сообщение своему родственнику в анатолийский город Милет. Тайное сообщение вытатуировали на обритой голове раба, затем дождались, пока волосы отрастут вновь, скрыв своим объёмом сообщение, и отправили раба гонцом в Милет, где волосы были сбриты, а сообщение попало в руки адресата.
Упоминание о методах, описанных выше, встречается в трактате Геродота «История», относящегося к 440 году до н. э.
Ближе к нашему времени появилось упоминание о Вожде мирового пролетариата В. И. Ленине (Ульянове), который, находясь в ссылке, писал письма товарищам по партии. Межу строк он молоком вписывал тайные сообщения однопартийцам: при нагревании письма текст, написанный молоком, проявлялся. Данный пример является наиболее известным применением симпатических (невидимых) чернил.
Появлявшиеся преимущества в связи с развитием техники всё больше использовались в стеганографии. Например, во время второй мировой войны немцами применялись «микроточки» (микрофотографии размером с типографскую точку), которые при увеличении давали чёткое изображение печатной страницы стандартного размера. Такие «микроточки» внедрялись в дипломатические письма и не вызывали подозрений.
Что такое стеганосистема?
Скрытый канал передачи данных между отправителем и получателем, организованный при помощи метода (или методов) стеганографии, называется стеганоканалом. По стеганоканалу передаются так называемые заполненные стеганоконтейнеры.
Стеганоконтейнер – это тот «легальный» носитель информации, в котором скрывается секретный текст. Соответственно, «легальный» носитель информации сам по себе – это пустой контейнер, когда в него встраивают стеганографическое сообщение, он становится заполненным. В исторических примерах стеганоконтейнерами были: восковая табличка, голова раба, письма Ленина, дипломатические письма.
Понятно, что заполненный стеганоконтейнер должен быть визуально неотличим от пустого контейнера.
На современном этапе информационных технологий можно выделить два типа стеганоконтейнеров: потоковые (непрерывная радиотрансляция, сетевой трафик и так далее) и фиксированной длинны (фотография, аудиозапись, электронный документ и так далее).
В итоге совокупность всех возможных стеганоконтейнеров (пустых и заполненных), скрываемых сообщений и методов встраивания (извлечения) секретных сообщений образуют стеганосистему.
Цели стеганографии
Начиная разговор о месте приложения стеганографии к реальной человеческой жизни, надо начать с целей, преследуемых стеганографией. Рассмотрим глобально, к каким финальным результатам стремятся специалисты, используя стеганографию.
Цифровые отпечатки (Digital Fingerprinting) подразумевают наличие различных стеганографических меток-сообщений для каждой копии контейнера. Например, при продаже электронной книги в неё может быть встроена информация о покупателе: имя, e-mail, ip- адрес и прочая информация. В последствии при возникновении спорной ситуации («Уважаемый, а не изволили ли Вы получить сие издание незаконным образом?») цифровой отпечаток может быть использован для доказательства исключительного права владения («Не могу согласиться с вами, сударь! Извольте ознакомиться с доказательствами»).
Рисунок 1: Сталин с iPhon-ом
Стеганографические водяные знаки (Digital Watermarking ) подразумевают наличие одинаковых меток для каждой копии контейнера. Например, во время фотографирования на профессиональную камеру в изображение встраивается информация о фотографе: имя, время фотографирования, модель камеры, геотеги и так далее. В последствии при возникновении спорной ситуации («А не изволили ли Вы незаконным образом присвоить себе авторское право на изображение молодой красавицы?») стеганографический водяной знак может быть использован для доказательства права авторства («Прошу прощения, но вот данные о моём фотографическом аппарате и снимок сделан в моём поместье»).
Интересен факт доказательства Дмитрием Скляровым (доцент кафедры информационной безопасности МГТУ им. Баумана) «подлинности» фотографии И. В. Сталина с iPhon- ом в руке. Для того, чтобы это проделать, Дмитрий изучил стеганографический алгоритм фотокамеры, а затем произвел атаку: подделал водяной знак таким образом, что фотография стала «настоящей».
Скрытая передача данных – классическая цель стеганографии. Заключается она в передаче данных таким образом, чтобы противник не догадался о самом факте существования скрытого сообщения. Примером достижения этой цели являются все вышеописанные исторические примеры.
Три перечисленные цели нельзя объединять и смешивать, так как методы их достижения (задачи и проблемы, возникающие в ходе реализации) будут разниться во всем, кроме того, что это все «стеганография». Скрытая передача данных совсем не одно и то же, что цифровые отпечатки и стеганографические водяные знаки. Смыслом скрытой передачи является сама передача данных, а смысл цифрового отпечатка и стеганографического водяного знака – защита контейнера, их содержащего. Факт наличия цифрового отпечатка или стеганографического водяного знака может не являться тайной (как в случае водяных знаков на денежных купюрах), а в случае скрытой передачи данных потеря секретности наличия информации означает провал операции.
Классификация методов стеганографии
Методы стеганографии можно разделить на три больших класса: классические методы, компьютерные и цифровые.
Термин «классическая стеганография » покрывает все «некомпьютерные» методы стеганографии: симпатические чернила, микрофотоснимки и другие методы, придуманные людьми с изворотливым умом.
Компьютерная стеганография использует особенности вычислительной платформы и специальные свой свойства компьютерных форматов данных.
Цифровая стеганография старается внедрить дополнительную информацию в цифровые аудио-/фото-/видеообъекты, используя некоторую избыточность информации. Имеется в виду, что любой цифровой объект имеет в себе заведомо много больше информации, чем воспринимают наши органы чувств (глаза, уши). Когда стеганографический алгоритм пренебрегает 1/1000 долей чёткости картинки, чтобы разместить на фотографии скрытое сообщение, наш глаз этого попросту не может заметить.
Существует ряд других, мене глобальных, классификаций, например, по типу используемого контейнера: аудиоконтейнеры, графические контейнеры, текстовые контейнеры, видеоконтейнеры, сетевые контейнеры, временные и так далее. Из любопытства познакомимся с некоторыми из них.
Текстовые контейнеры
Стеганография, использующая текстовые контейнеры, может использовать особенности компьютерного представления текстов (компьютерная стеганография), а может использовать особенности языка (лингвистическая стеганография). Примером компьютерной стеганографии будет чередование по некоторому заранее обговорённому правилу латинских/кириллических символов со схожим написанием (е, а, с, В, Т, etc ). Лингвистические методы стеганографии могут допускать осознанные орфографические ошибки, чередование полных/неполных предложений, замену синонимичных слов.
Приведу простой пример, достойный урока информатики в школе. Пусть необходимо спрятать букву «А» в тексте «steganography». В двоичном виде букву «А» можно рассматривать как «01000001». Сопоставим двоичное представление скрытого сообщения (буквы «А») контейнеру (тексту «steganography») и запишем буквы, соответствующие единицам, прописью: sTeganoGraphy. Используя такой метод можно спрятать текст длинной в сообщение 8 символов.
Особенности файловой и операционной системы
За хранение информации на машинных носителях отвечает файловая система, которая задаёт структуру носителя и правила размещения фалов на нём. Файловая система FAT32 компании Microsoft при хранении файла всегда занимает целое число кластеров. Например, если при разметке диска был указан кластер размером в 4 Кбайта и размер файла всего 1,8 Кбайта, то оставшиеся 2,2 Кбайта останутся пустыми и не будут заполнены файловой системой при размещении следующего файла. Что значит «пустыми»? Это значит, что можно записать в это пространство скрытые данные, которые система не увидит. Но надо быть аккуратным, так как файловая система в погоне за более экономичным использованием пространства может «спутать вам карты».
Рисунок 2: Прячем файл в картинкуДругую особенность, уже операционной системы, можно использовать, чтобы спрятать файлы под видом обычной картинки. В Unix-подобных операционных системах это можно сделать легко: командой «cat» читаем последовательно картинку (например, pic.png) и файл архива (ar.7z), перенаправив основной поток в новый файл (например, final.png). В итоге мы получаем изображение, которое графическими редакторами открывается как изображение, а менеджерами архивов как архив.
Метод наименее значащих битов
Метод наименее значащих битов (Least Significant Bit, LSB) считается наиболее популярным для цифровой стеганографии. Как уже говорилось, цифровая стеганография основывается на ограниченности способностей органов чувств человека и, как следствие, неспособности распознать незначительные вариации звука/цвета.
Рисунок 3: «Значимость» битов цвета
Для простоты объяснения рассмотрим графический контейнер – изображение в формате BMP.В данном формате для описания каждой точки (пикселя) используются 3 байта, обозначающие в какой пропорции необходимо смешивать красный, зелёный и голубой цвета (цветовая схема RGB). Если произвести замену старших бит в этих байтах, цветовые изменения в картинке будут бросаться в глаза. Младшие же биты дают куда более незначительный вклад в изображение. Если использовать по одному младшему биту в каждом цвете для записи скрываемого сообщения, то распознать изменения человеческий глаз будет не способен.
Рисунок 4: Кодирование цветовой палитры RGB
Таким образом, в графическом изображении размером 117 Кбайт (200 на 200 пикселей) возможно спрятать, как минимум, 14 Кбайт скрытой информации.
Была описана самая простая вариация метода LSB, которая имеет множество недостатков. Скрытое сообщение легко разрушить, сжимая или отображая изображение. При таком подходе не обеспечивается секретность встраивания сообщения: точно известно местоположение информационных битов (каждый крайний с конца бит). Для преодоления второго недостатка можно встраивать сообщение не во все пиксели изображения, а выбирать их при помощи генератора псевдопростых чисел (инициализированного ключом стеганосистемы). Стоит заметить, что пропускная способность при этом уменьшится.
Сетевая стеганография
Можно произвести более тонкое разделением методов сетевой стеганографии в зависимости от объекта воздействия стеганографического преобразования: модификация сетевых пакетов (кадров, сегментов – здесь и далее), модификация структуры передачи и гибридные системы.
При модификации пакетов может изменяться либо сама полезная нагрузка пакета (данные), либо особые поля пакета (зарезервированные протоколом сетевой передачи, но не используемые в данный момент), либо и то и другое. Например, в заголовке пакета IPv4 поле контрольной суммы (16 бит) не является обязательным для использования (если поле не используется, в него записывается 0).
При модификации структуры отправки сетевых пакетов для передачи скрытого сообщения может применяться реорганизация порядка пакетов (незначительное перемешивание пакетов некоторым условным образом не нарушит работу сетевого приложения, так как такая ситуация может произойти случайно в обычном сетевом трафике), намеренная потеря некоторых пакетов по некоторому правилу (опять же, маскируясь под соединение не очень высокого качества) и некоторые другие методы, включая гибридные.
В качестве примера метода стеганографии, который модифицирует структуру передачи пакетов, рассмотрим пример так называемой «временной» стеганографии (Covert Timing Channel, CTC ). Существует некоторый цифровой поток, например, видеопоток по протоколу RTSP. Задержки между пакетами будут всегда немного отличаться. Если избранные пакеты искусственно «притормаживать», можно передать скрытое сообщение: «0» – короткая задержка, «1» – длинная задержка.
Рисунок 5: Принцип сетевой временной стеганографии
Атаки на стеганосистемы
В целом атаки на стеганографические системы (стеганоанализ) очень напоминают атаки на криптографию (криптоанализ): похожая терминология, подходы. Поговорим о различиях.
Первый шаг стеганоанализа – субъективная атака . При этой атаке аналитик внимательно рассматривает изображение (слушает аудиозапись), пытаясь определить «на глаз», имеется ли в нём скрытое сообщение. В случае взлома криптосообщения – бесполезный этап, так как наличие зашифрованного сообщения очевидно.
Атака на основе известного пустого контейнера не имеет своего аналога в криптоанализе. Если аналитику удалось добыть в качестве образцов для исследования обе формы «жизни» стеганоконтейнера – пустой и заполненный, то, сравнивая их между собой, он может попытаться распознать алгоритм встраивания информации (в некоторых случаях ключ стеганосистемы ).
Если аналитик уверен, что в купленной электронной книге находится цифровой отпечаток покупателя, то он может купить эту книгу ещё 2, 3, 4 раза, используя разные данные о покупателе. У него будет ряд одних и тех же контейнеров с разной стеганографической меткой. Сравнивая их между собой, аналитик может попытаться, как и в прошлом примере, извлечь алгоритм встраивания информации.
Ряд других методов стеганоанализа является «калькой» с хорошо отработанных методов стеганоанализа.
Практическое применение стеганографии
Рассмотрим более детально задачи, решение которых возможно найти, используя стеганографию.
Незаметная передача информации
В отличие от криптографических методов (которые тайны, но не скрытны) стеганография может применяться как метод передачи информации, не вызывая подозрений. Эта задача составляет «классическое» практическое применение стеганографии, поэтому занимает первое место.
Можно вспомнить про громкие аресты российских разведчиков в конце июня 2010 года – по данным США «шпионы» использовали в том числе стеганографию, чтобы переправлять в Москву разведданные.
Скрытое хранение информации
В данном случае стеганография используется не для передачи, а для хранения какой-либо информации, обнаружение самого факта наличия которой (пускай хоть даже в зашифрованном виде) пользователю нежелательно. Согласитесь, весьма странно, когда тайная полиция, производящая обыск вашего жилища, обнаруживает вдоль и поперёк зашифрованные жёсткие диски? Гораздо меньше подозрений вызовут пара папок с видеофильмами, наработки по учёбе, фотографии с отдыха, пусть даже, коллекция порнографии (не детской!) – мозг уже просчитывает, сколько Мбайт информации можно уместить в этих контейнерах?
Недекларированное хранение информации
Многие информационные ресурсы позволяют хранить данные только определённого типа. А вам уж очень сильно хочется загрузить EXE- файл для хранения на YouTube. Один из путей решения задачи лежит через методы стеганографии.
Индивидуальный отпечаток в СЭДО
В системе электронного документооборота (СЭДО) можно использовать индивидуальный отпечаток внутри *.odt, *.docx и иных документах при работе с ними пользователей. С его помощью можно будет узнать, кто, когда и в каком объёме работал с документом. При этом куча записей о сеансах работы не будет «маячить» в начале документа и отвлекать пользователя.
Водяной знак в DLP системах
Data Leak Prevention, DLP – система обнаружения/предотвращения утечки информации. В отличие от индивидуального отпечатка в СЭДО, в данном применении стеганографии при создании документа, носящего конфиденциальный характер, в него встраивается неизменяемая метка. При попытке отправить документ по электронной почте система проверит наличие метки: если она присутствует, передача будет заблокирована, и администратор безопасности будет уведомлен , например, по SMS.
Скрытая передача управляющего сигнала
Существуют реальные примеры вредоносного программного обеспечения (Stegobot), которые управляют заражённой Botnet- сетью при помощи методов стеганографии. Это необходимо, чтобы трафик между жертвами и сервером не блокировался межсетевыми экранами и не попадался лишний раз на глаза специалистам по информационной безопасности.
Данная задача может возникать у военных. Когда мы отправляем спутнику шифрованную команду, все видят, что мы отдали какой-то приказ. Да, противник не знает содержания команды, но ему может прийти в голову мысль действовать на опережение – всё пропало. При помощи стеганографии команды управления могут быть встроены в поток вполне мирной информации о местоположении и заряде аккумуляторов.
Funkspiel
Funkspiel (нем. «Радиоигра») – излюбленная забава контрразведчиков, когда на связь со «своими» выходит захваченный шпион и под контролем пары крепких мужчин с погонами сообщает в эфир дезинформацию. В случае такого развития событий (захват разведчика), можно использовать стеганосообщение, как признак, говорящий, стоит ли воспринимать всерьёз находящуюся в контейнере информацию (передаваемую «своим»). Если стеганосообщение не прошло проверку, то контейнер должен быть проигнорирован получателем, вне зависимости от его содержимого.
Неотчуждаемость информации
Если сделать скриншот чистой области в игре World of Warcraft , открыть файл в каком-нибудь графическом редакторе, увеличить резкость с максимальной настройкой фильтра и повторить процедуру несколько раз, то заметен явный узор, который многократно повторяется. В данном узоре имеются данные: имя пользователя, который сделал скриншот, время снятия скриншота, координаты в игровом мире (реалм).
Рисунок 6: Стеганографический водяной знак в скриншоте Wow
Перспективы развития/применения
«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.» – пишет @PavelMSTU, предрекая рассвет эпохи повсеместного применения стеганографии.
Однако существует ряд проблем, пока препятствующих такому развитию событий. Первая проблема – отсутствие единой теории стеганографии. Стеганография появилась раньше, но теоретически криптография проработана гораздо лучше: чего стоит одно только наличие абсолютной криптосистемы (шифр Вернама), стеганографии до этого далеко. Стеганография – наука междисциплинарная (как и все науки, дающие плоды в XXI веке ). То есть ей безуспешно заниматься в одиночестве математикам и в одиночестве инженерам, программистам и так далее – необходимо объединять знания.
В остальном же мир перенасыщен текстами, картинками милых котиков, толковыми и бестолковыми видеороликами – потенциальными контейнерами. А может уже давно и не потенциальными, а реальными?