 |
Сокрытие информации в рисунках
|
|
|
|
Цель работы
Изучить простейшие принципы скрытой передачи (хранения) информации.
Общие сведения
Стеганография — это наука, изучающая такие методы организации передачи (и хранения) секретных сообщений, которые скрывают сам факт передачи информации.
Криптография превращает открытый текст в нечитаемый набор символов (шифрограмму). Шифрограмма передаётся по открытому каналу связи, и защита информации держится на сложности подбора секретного ключа. Факт передачи криптограммы не скрывается от противника.
Стеганография нацелена на сокрытие факта передачи информации. Сообщение (его называют вложением) помещают (внедряют) в контейнер, вид и потребительские свойства которого практически не меняется из-за сделанного внедрения.
Стеганография чаще всего используется совместно с криптографией.
Скрываемое сообщение помещается внутрь безобидного на вид контейнера таким образом, чтобы постороннему наблюдателю было бы сложно заметить наличие встроенного тайного послания. Контейнерами могут быть чемодан с двойным дном, монета с отворачивающейся крышкой, почтовая марка с микроплёнкой, письмо, написанное симпатическими чернилами (например, хлоридом кобальта).
В настоящее время чаще используются электронные контейнеры, в которых может быть скрыт текст, рисунок (фотография), звук и даже видео.
Все контейнеры можно разделить на контейнеры-оригиналы и контейнеры-результаты. Контейнер-оригинал (или «пустой» контейнер) — это контейнер, который не содержит скрытой информации. Контейнер-результат (или «заполненный» контейнер, стего) — это контейнер, который содержит скрытую информацию. Под ключом понимается секретный элемент, который определяет порядок занесения (внедрения) сообщения в контейнер.
|
|
|
Все контейнеры могут быть разделены на два типа: статические и динамические. Статические контейнеры могут быть использованы как для скрытого хранения информации, так и для её скрытой передачи. Примером может служить цифровая фотография. Динамические контейнеры могут быть использованы только для скрытой передачи информации. В качестве примера можно назвать пакеты, передаваемые по протоколу TCP/IP.
Число разнообразных контейнеров и методов внедрения вложений велико. Многие приёмы сокрытия информации основываются на «обмане» органов чувств человека. При сокрытии информации в графических и видео файлах изменение изображения столь незначительно, что глаз человека не регистрирует это изменение.
При сокрытии информации в текстовых документах умышленно выбирают цвета символов и бумаги одинаковыми (скажем, зелёные). В электронных документах используют невидимые (непечатаемые) символы (пробел, табуляцию).
В звуковых Midi-файлах незначительно изменяют длительности звучания нот и за счёт этого скрывают передаваемое сообщение. При вложении информации в аудио файлы изменения контейнера не должны регистрироваться слухом человека.
Однако такие требования к степени сокрытия информации могут использоваться лишь в простейших случаях. При передаче ценной конфиденциальной информации сделанные вложения не должны обнаруживаться даже с помощью специальных программно-аппаратных средств и профессиональных алгоритмов стегоанализа (например, с помощью статистического анализа контейнеров, спектрального анализа и т.п.).
Упрощённо идею стеганографии иллюстрирует следующий рисунок. Рисунок нужно трактовать так. Добавление скрываемого текста практически не изменяет контейнер. В данном случае контейнером служит графическое изображение. Заметим, что внедрение дополнительной информации в контейнер не изменяет потребительских свойств контейнера (рисунок по-прежнему можно использовать).
|
|
|
Обычно размеры контейнера в несколько раз превышают объем встраиваемых в них сообщений. Колоссальные объёмы HTML-страниц, графических, текстовых, звуковых и видео файлов, хранящихся на серверах Интернета, позволяют практически неконтролируемо и незаметно обмениваться секретной информацией между пользователями, находящимися в разных точках земного шара.
| Среди темных елей гроздьями алели небольшие островки густой рябины – абсолютно фантастические, изумительно яркие. |
Рассмотрим пример скрытой передачи информации в текстовых документах. Следующая фраза на первый взгляд посвящена описанию природы:
Тем не менее, предыдущий текст — это всего лишь контейнер, в котором студентка Виктория Подольская запрятала секретное слово стеганография (нужно читать только первые буквы каждого слова). Подобным образом можно передавать различные скрытые сообщения. Сходная идея используется в акростихах.
Акростих — стихотворение, в котором начальные буквы строк составляют слово или фразу.
В следующем стихотворении поэт Николай Гумилёв поместил имя любимой женщины - Анны Ахматовой.
А нгел лёг у края небосклона.
Н аклонившись, удивлялся безднам.
Н овый мир был синим и беззвёздным.
А д молчал, не слышалось ни стона.
А лой крови робкое биение,
Х рупких рук испуг и содроганье.
М иру снов досталось в обладанье
А нгела святое отраженье.
Т есно в мире! Пусть живёт, мечтая
О любви, о грусти и о тени,
В сумраке предвечном открывая
А збуку своих же откровений.
Скрытно информацию можно передать, используя телестих.
Телестих — особая стихотворная форма, в которой последние буквы каждой строки, при чтении сверху вниз, образуют какое-либо слово. В качестве примера приведём стихотворение И.Чудасова «Колокол».
Произнося чудесный чистый зву к,
Вишу на колокольне. Высок о!
Неоднократно сам звенеть хоте л,
Разлиться песней сердца далек о,
Но мой язык во власти чьих-то ру к.
Вздохнул бы я свободно и легк о,
Когда бы сам, не по заказу, пе л.
Ещё один способ скрытой передачи информации в стихах реализуется с помощью месостихов.
|
|
|
Месостих – стихотворная форма, в которой сообщение скрыто в средней части стихотворения.
Приведём пример такого стихотворения (автор Семён Гонсалес).
Хороший м есостих приятно
Любому ч е ловеку посвятить.
Поэта мес с едж – звучно! внятно!
В нем тень О рфея, Ариадны нить,
В нем ло с к античности, песнь лиры;
Любой эсте т найдёт душе приют.
Слова с и яют, как сапфиры…
Стихи свои х читателей найдут.
Известны исторические примеры, когда для сокрытия факта передачи информации сообщение писали молоком между строк письма (симпатические чернила). После нагревания листка с невидимым текстом над открытым пламенем свечи появлялся текст. В приведённом примере контейнером для передачи скрытого сообщения служило безобидное бытовое письмо с описанием каких-то повседневных подробностей. Но ценная информация была записана между строк и на беглый взгляд цензоров была незаметна.
Хрестоматийным стал пример передачи скрытой информации, использованный в древности. Рабу брили голову, делали татуировку на голове, ждали, когда вырастут волосы, и отправляли раба в назначенное место. В месте приёма информации его опять брили и читали секретное сообщение. Контейнером служила курчавая голова человека. Почта в те времена работала неспешно.
Легче всего проиллюстрировать идею скрытой передачи информации с помощью фотографий и рисунков. В настоящее время практически у каждого взрослого человека имеется фотоаппарат (например, встроенный в сотовый телефон). Число фотографий, ежедневно появляющихся на нашей планете, оценивается миллиардами штук. Фотографии легко использовать для скрытой передачи информации, например, с помощью MMS или электронной почты.
Рассмотрим несколько примеров скрытой передачи информации.
На следующих фотографиях скрыто слово «ФБТО». Эта аббревиатура означает: «Факультет Базового Телекоммуникационного Образования». На первой фотографии изображены 32 студента (средний ряд), которые сидят в определённом порядке (в виде матрицы 8х4). Каждая буква закодирована одним байтом (причём юноши соответствуют логическим единицам, а девушки - нулям).
|
|
|
Первый байт 11010100 (отсчёт сверху вниз, слева направо). Эта комбинация соответствует букве «Ф». Второй байт – 11000001 - буква «Б» и т.д.
Это же слово на второй фотографии скрыто несколько иным способом: единицы – это сидящие студенты, а нули – это пустые места.
Потенциальные возможности сокрытия информации в фотографиях огромные: можно в качестве отличительных признаков использовать наличие или отсутствие головных уборов, цвет одежды, положение рук и т.п.
Информацию можно скрыть, нанеся малозаметные метки на рамке рисунка. При этом логические единицы и нули заменяются точками разных цветов. Следующая фотография содержит портрет велосипедистки, помещённый в рамку. Справа изображён левый верхний угол фотографии в увеличенном масштабе. Здесь хорошо видны внедрённые знаки.
Очевидно, что если противнику известно, где размещена скрытая информация, то извлечение и декодирование сообщения не представляет труда. Усложнить стеганоанализ можно путём предварительного шифрования скрываемого текста.
Ещё один способ повышения криптостойкости скрытого сообщения заключается в том, что окрашиваемые пиксели размещают не линейно (последовательно), а с помощью псевдослучайных чисел. При этом эта последовательность чисел становится секретным ключом, который известен только доверенным лицам на передающей и приёмной сторонах.
Скрыть секретный текст на фотографии можно, разукрасив определённым способом лампочки на ёлочной гирлянде.
Скрыть буквы можно с помощью рисунка, у которого фон выглядит в виде пёстрой мозаики. При этом скрываемые символы располагаются в определённых (заранее оговорённых) местах изображения. На следующем рисунке скрытно передаваемые буквы расположены в углах картинки в виде искажённой матрицы пикселей. Алгоритм искажения символов определяется секретным ключом.
В войсках для маскировки военной техники используют маскирующие сети. Благодаря сетям объекты сложно различить с большой высоты и с большого расстояния. Эту идею можно использовать для сокрытия информации в электронных графических контейнерах.
Одна из возможных реализаций может быть выполнена следующим образом. В графическом редакторе на белом листе пишется секретный текст буквами определённого цвета. Поверх текста наносится сетка хаотической формы, причём цвет сетки должен незначительно отличаться от цвета скрываемых букв (одна из цветовых составляющих R, G, B изменяется на одну единицу).
|
|
|
На приёмной стороне рисунок «проявляют» (извлекают скрытую информацию). Для извлечения скрытого текста в графическом редакторе выполняют заливку сетки белой краской. В результате этого сетка исчезает и проступает секретный текст.
|
|
|
