Невидимые чернила

Стеганогра́фия (от греч. στεγανοσ — скрытый и греч. γραφω — 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.

Классификация стеганографии

В конце 90-х годов выделилось несколько направлений стеганографии:

• Классическая стеганография
• Компьютерная стеганография
• Цифровая стеганография

Классическая стеганография

Стеганография в Древнем мире

Существует версия^[1], 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.^[2]

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.)^[3] Изобретенные еще в I веке н. э. Филоном Александрийским^[4], они продолжали использоваться как в средневековье, так и в новейшее время, например, в письмах русских революционеров из тюрем. Известно, что Владимир Ленин писал молоком на бумаге между строк.

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: ^[3]

• 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 файлов, подмена символов в названиях файлов, текстовая стеганография и т. д.

Цифровая стеганография

Цифровая стеганография — направление классической стеганографии, основанное на сокрытии или внедрении дополнительной информации в цифровые объекты, вызывая при этом некоторые искажения этих объектов. Но, как правило, данные объекты являются мультимедиа-объектами (изображения, видео, аудио, текстуры 3D-объектов) и внесение искажений, которые находятся ниже порога чувствительности среднестатистического человека не приводит к заметным изменениям этих объектов. Кроме того в оцифрованных объектах, изначально имеющих аналоговую природу, всегда присутствует шум квантования; далее, при воспроизведении этих объектов появляется дополнительный аналоговый шум и нелинейные искажения аппаратуры, все это способствует большей незаметности сокрытой информации.

Применение цифровой стеганографии

Из рамок цифровой стеганографии вышло наиболее востребованное легальное направление — встраивание цифровых водяных знаков (ЦВЗ) (watermarking), являющееся основой для систем защиты авторских прав и

Полухрупкие и хрупкие ЦВЗ используются в качестве аналоговой ЭЦП, обеспечивая хранение информации о передаваемой подписи и попытках нарушения целостности контейнера (канала передачи данных).

Например, разработки Digimark в виде плагинов к редактору Adobe Photoshop позволяют встроить в само изображение информацию об авторе. К сожалению, такая метка неустойчива, впрочем как и абсолютное их большинство. Программа Stirmark, разработчиком которой является ученый Fabien Petitcolas, с успехом атакует подобные системы, разрушая стеговложения.

Алгоритмы

Все алгоритмы встраивания скрытой информации можно разделить на несколько подгрупп:

• Работающие с самим цифровым сигналом. Например, метод LSB.
• «Впаивание» скрытой информации. В данном случае происходит наложение скрываемого изображения (звука, иногда текста) поверх оригинала. Часто используется для встраивания ЦВЗ.
• Использование особенностей форматов файлов. Сюда можно отнести запись информации в метаданные или в различные другие не используемые зарезервированные поля файла.

По способу встраивания информации стегоалгоритмы можно разделить на линейные (аддитивные), нелинейные и другие. Алгоритмы аддитивного внедрения информации заключаются в линейной модификации исходного изображения, а ее извлечение в декодере производится корреляционными методами. При этом ЦВЗ обычно складывается с изображением-контейнером, либо «вплавляется» (fusion) в него. В нелинейных методах встраивания информации используется скалярное либо векторное квантование. Среди других методов определенный интерес представляют методы, использующие идеи фрактального кодирования изображений. К аддитивным алгоритмам можно отнести:

• А17 (Cox)
• А18 (Barni)
• L18D (Lange)
• А21 (J. Kim).
• А25 (С. Podilchuk).

Метод LSB

LSB (Least Significant Bit, наименьший значащий бит) — суть этого метода заключается в замене последних значащих битов в контейнере (изображения, аудио или видеозаписи) на биты скрываемого сообщения. Разница между пустым и заполненным контейнерами должна быть не ощутима для органов восприятия человека.

Суть метода заключается в следующем: Допустим, имеется 8-битное изображение в градациях серого. 00h (00000000b) обозначает черный цвет, FFh (11111111b) — белый. Всего имеется 256 градаций (2⁸). Также предположим, что сообщение состоит из 1 байта — например, 01101011b. При использовании 2 младших бит в описаниях пикселей, нам потребуется 4 пикселя. Допустим, они черного цвета. Тогда пиксели, содержащие скрытое сообщение, будут выглядеть следующим образом: 00000001 00000010 00000010 00000011. Тогда цвет пикселей изменится: первого — на 1/255, второго и третьего — на 2/255 и четвертого — на 3/255. Такие градации, мало того что незаметны для человека, могут вообще не отобразиться при использовании низкокачественных устройств вывода.

Методы LSB являются неустойчивыми ко всем видам атак и могут быть использованы только при отсутствии шума в канале передачи данных.

Обнаружение LSB-кодированного стего осуществляется по аномальным характеристикам распределения значений диапазона младших битов отсчётов цифрового сигнала.

Все методы LSB являются как правило аддитивными (A17, L18D).

Эхо-методы

Эхо-методы применяются в цифровой аудиостеганографии и используют неравномерные промежутки между эхо-сигналами для кодирования последовательности значений. При наложении ряда ограничений соблюдается условие незаметности для человеческого восприятия.

Эхо-методы устойчивы к амплитудным и частотным атакам, но неустойчивы к атакам по времени.

Метод расширенного спектра

Метод встраивания сообщения, когда специальная случайная последовательность встраивается в контейнер, за тем используя согласованный фильтр, данная последовательность детектируется. Данный метода позволяет встраивать большое количество сообщений в контейнер и они не будут создавать помехи друг другу. Метод заимствован из широкополосной связи.

Интересные факты

• Скандально известный греческий миллионер Аристотель Онассис несколько раз использовал при подписании контрактов ручку с симпатическими чернилами.

• В фильме «Гений» главный герой — персонаж Александра Абдулова — обманывает спецслужбы, подписывая признание симпатическими чернилами.

Ссылки

Программные реализации

• ImageSpyer Александра Мясникова — бесплатная отечественная разработка, известная также как плагин StegoTC[1] для Total Commader. Реализуется вариант алгоритма LSB с возможностью установки произвольного порядка бит в сочетании с 40 симметричными криптографическими алгоритмами.
• spammimic.com превращает данное ему предложение в текст который для всех выглядит как спам.
• StegoMagic 1.0
• Страница Neil F. Johnson’а, с информацией о стеганографии
• Страница на F5 (Стеганография с JPEG)

Статьи

• Обзор программ для поиска скрытых стеганографией материалов
• Основы стегоанализа
• Компьютерная стеганография вчера, сегодня, завтра
• Стеганография
• Методы текстовой стеганографии

См. также

• Симпатические чернила
• Стегоанализ

Список использованной литературы

• Быков С.Ф. Алгоритм сжатия JPEG с позиции компьютерной стеганографии // Защита информации. Конфидент. - СПб.: 2000, № 3.
• Конахович Г. Ф., Пузыренко А. Ю. Компьютерная стеганография. Теория и практика. — К.: «МК-Пресс», 2006. — 288 с, ил. описание
• Грибунин В. Г., Оков И. Н., Туринцев И. В. Цифровая стеганография. — М.: «Солон-Пресс», 2002. — 272 с, ил.

Примечания

1. ↑ Криптология в Древнем мире
2. ↑ Бабаш А. В., Материалы к лекции по теме «Криптография в древние времена»
3. ↑ ^{1 2} Громов В. И., Энциклопедия безопасности
4. ↑ Вокруг Света | Вопрос-Ответ | Для чего нужны симпатические чернила?