Стеганография

Классификация стеганографии

В конце 90-х годов выделилось несколько направлений стеганографии:

• Классическая стеганография
• Компьютерная стеганография
• Цифровая стеганография

Классическая стеганография

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 ещё 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

• запись на боковой стороне колоды карт, расположенных в условленном порядке;
• запись внутри варёного 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 .

Стеганографические модели

Стеганографические модели - используются для общего описания стеганографических систем.

Основные понятия

В 1983 году Симмонс предложил т. н. «проблему заключенных». Её суть состоит в том, что есть человек на свободе (Алиса), в заключении (Боб) и охранник Вилли. Алиса хочет передавать сообщения Бобу без вмешательства охранника. В этой модели сделаны некоторые допущения: предполагается, что перед заключением Алиса и Боб договариваются о кодовом символе, который отделит одну часть текста письма от другой, в которой скрыто сообщение. Вилли же имеет право читать и изменять сообщения. В 1996 году на конференции Information Hiding: First Information Workshop была принята единая терминология:

• Стеганографическая система (стегосистема) - объединение методов и средств используемых для создания скрытого канала для передачи информации . При построении такой системы условились о том, что: 1) враг представляет работу стеганографической системы. Неизвестным для противника является ключ с помощью которого можно узнать о факте существования и содержания тайного сообщения. 2) При обнаружении противником наличия скрытого сообщения он не должен смочь извлечь сообщение до тех пор пока он не будет владеть ключом . 3) Противник не имеет технических и прочих преимуществ.
• Сообщение - это термин , используемый для общего названия передаваемой скрытой информации, будь то лист с надписями молоком, голова раба или цифровой файл.
• Контейнер - так называется любая информация , используемая для сокрытия тайного сообщения. Пустой контейнер - контейнер, не содержащий секретного послания. Заполненный контейнер (стегоконтейнер) - контейнер, содержащий секретное послание.
• Стеганографический канал (стегоканал) - канал передачи стегоконтейнера.
• Ключ (стегоключ) - секретный ключ , нужный для сокрытия стегоконтейнера. Ключи в стегосистемах бывают двух типов: секретные и открытые. Если стегосистема использует секретный ключ, то он должен быть создан или до начала обмена сообщениями, или передан по защищённому каналу. Стегосистема, использующая открытый ключ , должна быть устроена таким образом, чтобы было невозможно получить из него закрытый ключ . В этом случае открытый ключ мы можем передавать по незащищённому каналу.

Компьютерная стеганография

Компьютерная стеганография - направление классической стеганографии, основанное на особенностях компьютерной платформы. Примеры - стеганографическая файловая система StegFS для Linux , скрытие данных в неиспользуемых областях форматов файлов , подмена символов в названиях файлов , текстовая стеганография и т. д. Приведём некоторые примеры:

• Использование зарезервированных полей компьютерных форматов файлов - суть метода состоит в том, что часть поля расширений , не заполненная информацией о расширении, по умолчанию заполняется нулями. Соответственно мы можем использовать эту «нулевую» часть для записи своих данных. Недостатком этого метода является низкая степень скрытности и малый объём передаваемой информации.
• Метод скрытия информации в неиспользуемых местах гибких дисков - при использовании этого метода информация записывается в неиспользуемые части диска , к примеру, на нулевую дорожку. Недостатки: маленькая производительность, передача небольших по объёму сообщений.
• Метод использования особых свойств полей форматов, которые не отображаются на экране - этот метод основан на специальных «невидимых» полях для получения сносок, указателей. К примеру, написание чёрным шрифтом на чёрном фоне. Недостатки: маленькая производительность, небольшой объём передаваемой информации.
• Использование особенностей файловых систем - при хранении на жестком диске файл всегда (не считая некоторых ФС, например, ReiserFS) занимает целое число кластеров (минимальных адресуемых объёмов информации). К примеру, в ранее широко используемой файловой системе FAT32 (использовалась в Windows98 / /) стандартный размер кластера - 4 Кб . Соответственно для хранения 1 Кб информации на диске выделяется 4 Кб информации, из которых 1Кб нужен для хранения сохраняемого файла, а остальные 3 ни на что не используются - соответственно их можно использовать для хранения информации. Недостаток данного метода: лёгкость обнаружения.

Цифровая стеганография

Изображение дерева со скрытым с помощью цифровой стеганографии в нём другим изображением. Изображение спрятано с помощью удаления всех, кроме двух младших битов с каждого цветового компонента и последующей нормализации.

Изображение кота, извлеченное из изображения дерева, расположенного выше

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.

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 её извлечение в декодере производится корелляционными 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 чёрный цвет, FFh (11111111b) - белый. Всего имеется 256 градаций (). Также предположим, что сообщение состоит из 1 байта - например, 01101011b. При использовании 2 младших бит в описаниях пикселей, нам потребуется 4 пикселя. Допустим, они чёрного 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 четвёртого - 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).

Другие методы скрытия информации в графических файлах ориентированы на форматы файлов с потерей, к примеру, JPEG. В отличие от LSB они более устойчивы к геометрическим преобразованиям. Это получается за счёт варьирования в широком диапазоне качества изображения, что приводит к невозможности определения источника изображения.

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 характеризуется тремя параметрами: начальной амплитудой, степенью затухания, задержкой. При достижении некоего порога между сигналом и эхом они смешиваются. В этой точке человеческое ухо не может уже отличить эти два сигнала. Наличие этой точки сложно определить, и она зависит от качества исходной записи, слушателя. Чаще всего используется задержка около 1/1000, что вполне приемлемо для большинства записей и слушателей. Для обозначения логического нуля и единицы используется две различных задержки. Они обе должны быть меньше, чем порог чувствительности уха слушателя к получаемому эху.

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

Фазовое кодирование

Фазовое кодирование (phase coding, фазовое кодирование) - так же применяется в цифровой аудиостеганографии. Происходит замена исходного звукового элемента на относительную фазу , которая и является секретным сообщением. Фаза подряд идущих элементов должна быть добавлена таким образом, чтобы сохранить относительную фазу между исходными элементами. Фазовое кодирование является одним из самых эффективных методов скрытия информации.

Метод расширенного спектра

Метод встраивания сообщения заключается в том, что специальная случайная последовательность встраивается в контейнер, затем, используя согласованный фильтр, данная последовательность детектируется. Данный метод позволяет встраивать большое количество сообщений в контейнер, и они не будут создавать помехи друг другу. Метод заимствован из широкополосной связи.

Атаки на стегосистемы

Под атакой на стегосистему понимается попытка обнаружить, извлечь, изменить скрытое стеганографическое сообщение. Такие атаки называются стегоанализом по аналогии с криптоанализом для криптографии. Способность стеганографической системы противостоять атакам называется стеганографической стойкостью . Наиболее простая атака - субъективная. Внимательно рассматривается изображение, прослушивается звукозапись в попытках найти признаки существования в нём скрытого сообщения. Такая атака имеет успех лишь для совсем незащищенных стегосистем. Обычно это первый этап при вскрытии стегосистемы. Выделяются следующие типы атак.

• Атака по известному заполненному контейнеру;
• Атака по известному встроенному сообщению;
• Атака на основе выбранного скрытого сообщения;
• Адаптивная атака на основе выбранного скрытого сообщения;
• Атака на основе выбранного заполненного контейнера;
• Атака на основе известного пустого контейнера;
• Атака на основе выбранного пустого контейнера;
• Атака по известной математической модели контейнера.

Рассмотрим некоторые из них:

Атака по известному заполненному контейнеру - у взломщика имеется одно или несколько стего. В случае нескольких стего 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 стегоканала . Несмотря на кажущуюся простоту метода, существует теоретическое обоснование эффективности этого метода. Особый интерес представляет случай, когда контейнер нам известен с некоторой погрешностью (такое возможно при добавлении к нему шума).

Стеганография и цифровые водяные знаки

Для повышения устойчивости к искажениям часто применяют помехоустойчивое кодирование или используют широкополосные сигналы. Начальную обработку скрытого сообщения делает прекодер . Важная предварительная обработка ЦВЗ - вычисление его обобщенного Фурье-преобразования . Это повышает помехоустойчивость. Первичную обработку часто производят с использованием ключа - для повышения секретности. Потом водяной знак «укладывается» в контейнер (например, путем изменения младших значащих бит). Здесь используются особенности восприятия изображений человеком. Широко известно, что изображения имеют огромную психовизуальную избыточность. Глаза человека подобны низкочастотному фильтру, который пропускает мелкие элементы изображения. Наименее заметны искажения в высокочастотной области изображений. Внедрение ЦВЗ также должно учитывать свойства восприятия человека.

Во многих стегосистемах для записи и считывания ЦВЗ используется ключ. Он может предназначаться для ограниченного круга пользователей или же быть секретным. Например, ключ нужен в DVD -плейерах для возможности прочтения ими содержащихся на дисках ЦВЗ. Как известно, не существует таких стегосистем, в которых бы при считывании водяного знака требовалась другая информация, нежели при его записи. В стегодетекторе происходит обнаружение ЦВЗ в защищённом им файле, который, возможно, мог быть изменён. Эти изменения могут быть связаны с воздействиями ошибок в канале связи, либо преднамеренными помехами. В большинстве моделей стегосистем сигнал-контейнер можно рассмотреть как аддитивный шум. При этом задача обнаружения и считывания стегосообщения уже не представляет сложности, но не учитывает двух факторов: неслучайности сигнала контейнера и запросов по сохранению его качества. Учет этих параметров позволит строить более качественные стегосистемы. Для обнаружения факта существования водяного знака и его считывания используются специальные устройства - стегодетекторы. Для вынесения решения о наличии или отсутствии водяного знака используют, к примеру, расстояние по Хэммингу , взаимокорреляцию между полученным сигналом и его оригиналом. В случае отсутствия исходного сигнала в дело вступают более изощренные статистические методы, которые основаны на построении моделей исследуемого класса сигналов.

Применение стеганографии

В современных принтерах

Стеганография используется в некоторых современных принтерах. При печати на каждую страницу добавляются маленькие точки, содержащие информацию о времени и дате печати, а также серийный номер принтера.

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 DRM (Digital rights management) систем. Методы этого направления настроены на встраивание скрытых маркеров, устойчивых к различным преобразованиям контейнера (атакам).

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

Предполагаемое использование террористами

Пример, показывающий то, как террористы могут использовать аватары для передачи скрытых сообщений. Эта картинка содержит в себе сообщение «Босс сказал, что мы должны взорвать мост в полночь.», зашифрованное с помощью http://mozaiq.org/encrypt с использованием сочетания символов «växjö» в качестве пароля.

Слухи о использовании стеганографии террористами появились с момента публикации в газете USA Today 5 февраля 2001 года двух статей - «Террористы прячут инструкции онлайн» и «Террористические группы прячутся за веб-шифрованием». 10 июля 2002 года в той же газете появилась статья «Боевики окутывают веб с помощью ссылок на джихад». В этой статье была опубликована информация о том, что террористы использовали фотографии на сайте eBay для передачи скрытых сообщений. Многие средства массовой информации перепечатывали данные сообщения, особенно после терактов 11 сентября , хотя подтверждения данной информации получено не было. Статьи в USA Today написал иностранный корреспондент Джек Келли, который был уволен в 2004 году после того, как выяснилось, что данная информация была сфабрикована. 30 октября 2001 года газета The New York Times опубликовала статью «Замаскированные сообщения террористов могут скрываться в киберпространстве». В статье было высказано предположение о том, что Аль-Каида использовала стеганографию для скрытия сообщений в изображениях, а затем передавала их по электронной почте и Usenet в целях подготовки терактов 11 сентября . В пособии по обучению террориста «Технологичный муджахид, учебное пособие для джихада » присутствует глава, посвященная использованию стеганографии.

Предполагаемое использование спецслужбами

• 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 милицию , написав признание симпатическими чернилами.

Ссылки

Программные реализации

• OpenPuff: Двойная стеганография, Bmp , Jpeg , Png , Tga , Pcx , Aiff , Mp3 , Next, Wav , 3gp , Mp4 , Mpeg I , MPEG II , Vob , Flv , Pdf , Swf

Статьи

• Обзор программ для поиска скрытых стеганографией материалов

Прочее

• Стеганография (рус.) Иоганна Тритемия

21.1. Общие сведения

Как отмечалось ранее, разработкой средств и методов сокрытия факта передачи сообщения занимается стеганография (греч. στεγανός - скрытый и γράφω - пишу; буквально «тайнопись»). Наиболее эффективно ее применение совместно с криптографическими методами. Обычно стеганографию делят на два направления: классическую и компьютерную.

21.2. Классическая стеганография

Среди классических методов можно выделить следующие:

Манипуляции с носителем информации.

Первые следы применения стеганографических методов теряются в глубокой древности. Существует версия, что древние шумеры одними из первых использовали стеганографию, так как было найдено множество глиняных клинописных табличек, в которых одна запись покрывалась слоем глины, а на втором слое писалась другая. Однако противники этой версии считают, что это было вовсе не попыткой скрытия информации, а всего лишь практической потребностью.

В третьей и седьмой книгах «Истории» древнегреческого ученого Геродота встречается описание еще двух методов сокрытия информации :

В V веке до н.э. греческий тиран Гистий, находясь под надзором персидского царя Дария в Сузах, должен был послать секретное сообщение своему родственнику в анатолийский город Милет. Он побрил наголо своего раба и вытатуировал послание на его голове. Когда волосы снова отросли, раба отправили в путь;

В Древней Греции тексты писались на дощечках, покрытых воском. В 480 г. до н.э. персидская армия под предводительством Ксеркса I двигалась на греческие города-государства. Узнав, что Ксеркс готов к выступлению, греческий царь Демарат, сосланный в Персию, предупредил об этом спартанцев. Он соскоблил воск с двух деревянных дощечек для письма, написал все, что ему стало известно о намерениях персов, а затем снова покрыл дощечки воском. Эти на вид чистые дощечки были без проблем доставлены в Лакедемон (Спарта). Горго, жена царя Леонида, внимательно осмотрела дощечки и обнаружила скрытое послание. То, что она прочитала, принесло ей и радость, и горе. Ее супруг, Леонид, со своими людьми поспешил форсированным маршем к решающему рубежу обороны на пути наступающих персов. Этим местом был проход, называвшийся Фермопилы. Из-за предателей, знавших тайный путь, Леонид и его 300 воинов-спартанцев погибли, но они три дня удерживали свои позиции, дав время городам-государствам подготовиться к сражению и снискав славу героев.

Эней Тактик в своих исторических трактатах (IV в. до н.э.) описывал способ тайной передачи посланий, когда в пергаменте над или под написанными буквами прокалывали крошечные отверстия. Этим способом пользовались в Англии до появления телеграфа с целью избежать больших расходов на почтовую пересылку. Отправка писем на дальние расстояния стоила крайне дорого, старые же газеты с наклеенной маркой можно было пересылать по стране взад и вперед. Многие из тех, кто не в состоянии был позволить себе оплатить почтовые расходы, ставили в газетах точки над буквами; таким образом, они писали письма, которые затем доставлялись бесплатно. Получатель просто последовательно выписывал все отмеченные таким образом буквы, и в результате получалось адресованное ему сообщение.

К 1000 г. н.э. китайские военачальники записывали важные сообщения на очень тонкой бумаге или шелке. Затем такое послание плотно скатывалось и покрывалось воском. Когда воск остывал, курьер прятал письмо в своей одежде, проглатывал или пользовался как тайником одним из отверстий собственного тела.

Классический пример физического сокрытия информации - курительная трубка, столь любимая секретными агентами. Сообщение пряталось в полости стенок чаши и прикрывалось внутренней (поворотной) частью чаши, при этом можно было, набив трубку табаком, курить ее. В случае опасности шпиону достаточно было слегка повернуть внутреннюю часть чаши, чтобы бумага с записанным на ней сообщением упала в горящий табак.

Приведем интересный химический способ записи секретных сообщений внутри вареного яйца. Берется смесь квасцов, чернил и уксуса, записывается ею на скорлупе послание, выдерживается в крепком рассоле или уксусе, чтобы стравить с поверхности следы, и варится яйцо вкрутую. В результате текст сообщения оказывается под скорлупой сверху белка.

Симпатические (невидимые) чернила – чернила, записи которыми являются изначально невидимыми и становятся видимыми только при определенных условиях (нагрев, освещение, химический проявитель и т. д.) .

Невидимыми чернилами пользовались еще во времена Римской империи. В I в. н.э. римский писатель Плиний Старший в своей «Естественной истории» описывал применение для тайнописи жидкости, изготовленной из молочая. Греческий военный ученый Филон Византийский писал о жидкости из чернильных орешков, благодаря которой написанное сообщение было невидимым. Арабские ученые в начале XV в. упоминали о некоторых смесях из растений, произраставших в их регионе; то же относилось к таким писателям эпохи Возрождена как Леон Баттиста Альберти и Джованни Порта. Французский сатирик Франсуа Рабле в романе «Гаргантюа и Пантагрюэль» (1532 г.) с юмором рассуждал о тайнописи. Среди прочих остроумных комментариев о жизни он описывал способ приготовления невидимых чернил из таких веществ, как сок белого лука, нашатырь и квасцы .

Примером может служить любопытный исторический эпизод: восставшими дворянами в Бордо был арестован францисканский монах Берто, являвшийся агентом кардинала Мазарини. Восставшие разрешили Берто написать письмо знакомому священнику в город Блэй. Однако в конце этого письма религиозного содержания, монах сделал приписку, на которую никто не обратил внимание: "Посылаю Вам глазную мазь; натрите ею глаза и Вы будете лучше видеть". Так он сумел переслать не только скрытое сообщение, но и указал способ его обнаружения. В результате монах Берто был спасен .

Во время гражданской войны между южанами и северянами два агента северян Сэмюэль Вудхулл и Роберт Тоунсенд передавали информацию Джорджу Вашингтону, используя специальные чернила.

Различные симпатические чернила использовали и русские революционеры в начале XX века, что нашло отражение в советской литературе. Куканов в своей повести "У истоков грядущего" описывает применение молока в качестве чернил для написания тайных сообщений. Впрочем, царская охранка тоже знала об этом методе (в архиве хранится документ, в котором описан способ использования симпатических чернил и приведен текст перехваченного тайного сообщения революционеров).

Симпатические чернила бывают, как правило, двух видов: химические и органические. Первые представляют собой химические растворы, которые делаются невидимыми при высыхании. Скрытые слова становятся видимыми при добавлении к ним других химических препаратов, называемых реагентами. Органическая группа представлен, в большинстве случаев легкодоступными веществами, такими, как лук, лимон, молоко и уксус. Они обычно становятся видимыми, если их осторожно нагреть .

В качестве симпатических чернил могут использоваться различные вещества .

Таблица 21.1. Симпатические чернила и их проявители

Чернила	Проявитель
Лимонная кислота (пищевая)	Бензилоранж
Воск	CaCO 3 или зубной порошок
Яблочный сок	Нагрев
Молоко	Нагрев
Сок лука	Нагрев
Сок брюквы	Нагрев
Пирамидон (в спиртовом растворе)	Нагрев
Вяжущие средства для дезинфекции рта и глотки	Нагрев
Квасцы	Нагрев
Слюна	Очень слабый водный раствор чернил
Фенолфталеин	Разбавленная щелочь
Стиральный порошок	Свет лампы ультрафиолета
Крахмал	Йодная настойка
Аспирин	Соли железа

В целях обнаружения тайных сообщений, написанных с помощью симпатических чернил, американские цензоры во время Второй мировой войны "полосовали" письма, чтобы выявить наличие в них невидимых чернил. Лаборант водил по письму несколькими щетками, закрепленными в одном держателе и смоченными в растворах различных проявителей. Эти проявители обладали различными свойствами и реагировали даже на выделения человека, так что после обработки на бумаге появлялись отпечатки пальцев и капли пота .

Письма также проходили проверку в инфракрасных и ультрафиолетовых лучах. Текст, написанный крахмалом и невидимый при дневном или электрическом свете, начинал светиться под воздействием ультрафиолета. Инфракрасные лучи помогали различать цвета, неотличимые при обычном освещении. Например, зеленые надписи на зеленой почтовой марке.

Проблемы, в которых местные отделения не могли разобраться своими силами, передавались в лабораторию отдела безопасности. Одна из таких проблем заключалась в том, что немецкие агенты расслаивали лист бумаги пополам, писали текст невидимыми чернилами на внутренней поверхности, а половинки затем вновь соединяли между собой. Поскольку чернила оказывались внутри листа, никакой реагент, нанесенный на его внешнюю поверхность, не мог их проявить. Эта уловка была обнаружена лишь после того, как один немецкий агент использовал для своего письма слишком много чернил и их избыток просочился сквозь бумагу.

В 2011 г. Мануэль Паласиос (Manuel Palacios) из университета Тафтса и Джордж Уайтсайдс (George Whitesides) из Гарварда попробовали спрятать сообщение в массиве, состоящем из семи штаммов 1 бактерий Escherichia coli (E. coli). Технику в шутку назвали SPAM (Steganography by Printed Arrays of Microbes), что можно перевести как стеганография при помощи печатных массивов микробов .

Учёные создали семь штаммов бактерий, каждый из которых производит свой белок, флуоресцирующий при определённом свете (подробности – в статье в журнале PNAS). Колонии бактерий наносятся на подложку в виде рядов точек. Каждая пара точек (цветов) является кодом для буквы, цифры или символа. Семь цветов дают 49 комбинаций, авторы работы использовали их для кодирования 26 букв и 23 других символов (таких как, цифры, @ или $). Например, две жёлтых точки обозначают букву "t", а комбинация оранжевой и зелёной – "d". Получатель, зная коды дешифровки, легко прочтёт посланное сообщение – свечение заметно невооружённым глазом.

Рис 21.1. Пример "проявленного" послания

Чтобы создать сообщение, биологи наносят штаммы E.coli, устойчивые к определенному антибиотику, на подложку с агаром (средой, питательной для бактерий). Затем поверх подложки кладут лист из нитроцеллюлозы – колонии отпечатываются на нём. Для проявки сообщения, получатель должен будет поместить нитроцеллюлозный листок в чашку с "проявочной" агаровой средой, запускающее работу нужных генов и свечение штаммов. В состав "проявочной" агаровой среды входит правильный антибиотик, который убивает все микроорганизмы, кроме тех, что кодируют сообщение (так как они устойчивы к действию лекарства). В результате при проявке он получит нужный код.

Сейчас британские и американские исследователи пробуют подобным образом зашифровать сообщения при помощи дрожжей и спороносных бактерий, а в дальнейшем "покушаются" и на растения. "Было бы здорово спрятать информацию в форме листьев или рисунке корневой системы. Чем больше черт, тем больший объём данных можно зашифровать" - говорит Паласиос.

Микронадписи и микроточки.

Страсть к изготовлению микроизображений насчитывает долгую историю . Это и надписи на амулетах (самая ранняя из таких находок – амулет, найденный при раскопках южной стены Иерусалимского храма, относится к началу VIII века до нашей эры), и микротексты , вписанные или впечатанные в страницы различных фолиантов (вне всякого сомнения, самым характерным примером микронадписей является Псалтырь Св. Иеронима, написанный монахом Иоахином Большим в 1481 г. в Роттенберге для библиотеки папы Сикста IV. Внизу второй страницы в круг диаметром 12 мм вписаны первые 14 стихов Евангелия от Иоанна. Этот текст содержит 168 слов из 744 букв. По расчетам каждая буква занимает площадь не более 0,15 кв.мм.) и специальные подарочные издания . Как правило, прочитать, а тем более, нанести такие надписи без применения увеличительных приборов невозможно. Нельзя исключать, что человек начал использовать оптические приборы значительно раньше знаменитого изобретения Левенгука. Во всяком случае, из греческих источников следует, что древним был известен способ использования маленьких стеклянных сосудов, наполненных водой, в качестве увеличительных приспособлений.

Уже в XVIII веке в Англии и Франции были созданы специальные механические устройства для выполнения микронадписей. Одно из самых совершенных таких устройств, Peter’s Machine for Microscopic Writing (1862 г.), хранится в музее Оксфордского университета. Оно позволяло выполнять надписи с высотой символов всего в 2,5 микрона 2 !

Рис 21.2. Peter’s Machine for Microscopic Writing

Признанным пионером микрофотографии считается английский фотограф-энтузиаст Джон Б.Дэнсер. Похоже, именно он сделал первую микро-фоторепродукцию. В 1839 г., установив на камеру Даггера объектив от микроскопа с фокусным расстоянием 38 мм, он получил микро-даггеротип бумажного оригинала в масштабе 160: 1. В 1856 г. ему удалось получить несколько удачных микроизображений, в том числе портретов членов королевской семьи, которые были подарены королеве Виктории.

В 1867 г. парижский фотограф Рене Дагрон (фр. Dagron) разработал свой метод микрофильмирования, который был использован во времена франко-прусской войны (в 1870 г.).

В ходе неудачной военной компании 1870 г. войска Наполеона III потерпели поражение под Седаном. 2 – 4 сентября Париж был окружен объединенными германо-прусскими войсками, началась пятимесячная осада французской столицы, где была провозглашена 3-я Республика. Все связи с внешним миром были прерваны. Предпринимались отчаянные попытки использования самых разнообразных способов общения вплоть до "голубиной почты". Но грузоподъемность такого перевозчика авиапочты не очень велика. Вот тут-то и пригодился опыт Дагрона в микрофотографии.

12 ноября 1870 г. Дагрон и несколько его помощников вместе со своим оборудованием погрузились на два наполненных водородом воздушных шара, символично названных "Ньепс" и "Даггер" в честь изобретателей фотографии. После безумной гонки над головами немецких улан, пытавшихся посадить или сбить смелых воздухоплавателей, тем все же удалось достигнуть города Тура.

Прибыв на место, Дагрон развернул свою фотолабораторию и организовал микрофильмирование почты и других материалов, предполагавшихся к пересылке "голубиной почтой". Письма и сообщения выполнялись на прозрачных листах, разделенных на 12 секций размером 80 х 110 мм. Они копировались по частям контактным способом на фотографические пластинки, которые после химической обработки повторно переснимались с большим уменьшением с помощью специальной репродукционной камеры. В результате получались микроизображения размером не более 1 мм!

Полученные изображения вырезались и монтировались вместе с другими сообщениями на кусочке коллоидной пленки и подготавливались для отправки голубиной почтой в Париж. За 5 месяцев осады французской столицы Дагрону удалось скопировать на микропленку 470 листов, содержавших 2.5 миллиона сообщений. Как утверждают, один голубь мог нести от 36 до 54 тысяч сообщений, отснятых на 18 тончайших пленок.

Первым создателем "настоящей" микроточки историки справедливо считают Эммануила Голдберга, который в 1925 г. не только собрал оригинальную оптическую схему для её фотографирования, но и подробно описал все этапы создания фото с высоким разрешением .

Рис 21.3. Оптическая схема Голдберга для изготовления микроточки

Из английских и американских архивов следует, что немецкая разведка АБВЕР перед Второй мировой войной самым активным образом использовала микроточки для связи с агентурой в Северной и Латинской Америке. По словам Гувера, первое предупреждение о существовании микроточек ФБР получило в январе 1940 г. Но обнаружили такую микроточку лишь в августе 1941 г., когда некий техник-фотолаборант случайно заметил отблеск света на конверте, изъятом у попавшего под подозрение немецкого агента. Причиной отблеска послужила микроточка, замаскированная под точку в конце предложения .

Западные историки микрофотографии также утверждают, что и советская разведка использовала микроточки еще до начала войны. После окончания войны в 1945 г. микроточки широко применялись советскими агентами, действовавшими по всему миру. Одним из таких агентов был Рудольф Абель. Он использовал данный метод в 1950-х гг., занимаясь шпионской деятельностью в районе Нью-Йорка .

Микроточки обладали способностью передавать большие объемы информации (сотни страниц и чертежей в одной точке) и обычно вклеивались в письмо или книгу. Микроточки прятали в украшениях, монетах, батарейках, предметах обихода, помещали в надрезанный край открытки с последующим аккуратным заклеиванием надреза.

Рис 21.4. Надрезание края конверта для тайника микроточки

В 2001 г. в Австралии была разработана технология нанесения микроточек, содержащих Персональный идентификационный номер (ПИН), на важнейшие детали изделия (обычно - автомобиля). Такие, изготовленные с помощью лазера прозрачные микроточки наклеиваются в неприметных местах непосредственно на сборочном конвейере. Увидеть их можно только при освещении ультрафиолетовым светом. Этот процесс, дешёвый и эффективный, затрудняет угонщикам автомобилей легальную продажу украденной и разобранной машины в виде "запчастей" .

Производители цветных принтеров добавляли в них функцию печати т.к. называемых "желтых точек".

Рис 21.5. Желтые точки

Эти точки, едва видны невооруженным глазом, печатались на каждой странице и содержали в себе информацию о серийном номере принтера, а также дате и времени печати. Подтверждено использование данного метода в принтерах, выпускаемых под торговыми марками Brother, Canon, Dell, Epson, Hewlett-Packard, IBM, Konica, Kyocera, Lanier, Lexmark, NRG, Panasonic, Ricoh, Savin, Toshiba, Xerox. Введение данной меры, согласно комментариям производителей, являлось частью сотрудничества с правительством и консорциумом банков, направленного на борьбу с фальшивомонетниками.

В заключение следует отметить, что использование микроточек для передачи секретных сообщений описал еще греческий ученый Эней Тактик в сочинении "Об обороне укреплённых мест". Суть предложенного им так называемого "книжного шифра" заключалась в прокалывании малозаметные дырок в книге или в другом документе над буквами секретного сообщения. Во время Первой мировой войны германские шпионы использовали аналогичный шифр, заменив дырки на точки, наносимые симпатическими чернилами на буквы газетного текста.

Экзотическим способом хранения и передачи информации является использование для этих целей ДНК-молекул . В клетках животных и растений ДНК (дезоксирибонуклеиновая кислота) находится в ядре клетки в составе хромосом, а также в некоторых клеточных органоидах (митохондриях и пластидах). В клетках бактерий молекула ДНК прикреплена изнутри к клеточной мембране. У них и у низших эукариот (например, дрожжей) встречаются небольшие автономные молекулы ДНК, называемые плазмидами. Кроме того, ДНК-молекулы могут образовывать геном некоторых вирусов .

В 1998г. бразильский художник Эдуардо Кац перевёл фразу из Книги Бытия (лат. Genesis) в код Морзе, который, в свою очередь, представил в виде последовательности ДНК. Цитата из Бытия, ради эксперимента, была чуть подсокращена и модифицирована: «И да владычествует человек над рыбами морскими и над птицами небесными, и над всякой живностью, движущейся по земле» (Let man have dominion over the fish of the sea, and over the fowl of the air, and over every living thing that moves upon the earth). Синтезированный ген Кац клонировал в плазмиды, которые затем встроил в клетки бактерии E. Coli.

Рис 21.6. Инсталляция Genesis

(слева - цитата в виде ДНК; в центре - проекция чашки Петри с бактериями; справа - цитата на английском языке)

ДНК-молекулы являются компактным и надежным носителем информации. Группа ученых Гарварда подсчитала, что память из структур ДНК весом всего 4 грамма теоретически может хранить всю информацию, которую производит все человечество современности за один год. В пользу надежности говорит тот факт, что информация из ДНК может быть считана спустя сотни тысяч и даже миллионы лет. "ДНК можно хранить в далеко не идеальных условиях - к примеру, в мертвых животных. При этом она сохранится, и через 400 тыс. лет мы всё еще способны ее считать, - рассказывает руководитель исследований профессор Джордж Чёрч (George Church) из Гарвардской медицинской школы (США). - Запись в ДНК будет храниться куда дольше, чем на диске Blu-rау" .

Для кодирования информации ученые из Гарварда использовали специальный струйный принтер, который помещает короткие фрагменты химически синтезированной ДНК на поверхность крошечного стеклянного чипа. Имитируя двоичный код, исследователи использовали A (аденин) и C (цитозин) в качестве 0, а G (гуанин) и T (тимин) – в качестве 1. Генетический код использовали, чтобы записать содержимое книги Дж. Чёрча "Регенезис. Как синтетическая биология заново придумает природу и нас" ("Regenesis: How Synthetic Biology Will Reinvent Nature And Ourselves"), состоящей из 53 тыс. слов и 11 изображений (≈ 300 страниц). 70 млрд. копий книги были "напечатаны" на ДНК-чипе, примерно равным ногтю мизинца.

Надежность и компактность ДНК-молекул делает их весьма перспективным объектом для применения в стеганографических целях. Ведь носителем секретной информации может являться человек, растение, бактерии и вирусы (причем как живые, так и мертвые). Поиск секретной информации в теле взрослого человека, в котором ≈ 3,5 * 10 16 молекул ДНК, на современном уровне развития науки и техники нереален.

Литературные приемы.

Хорошо известны различного рода литературные приемы, предназначенные для сокрытия тайной информации во внешне безобидных посланиях.

Чтобы перекрыть максимальное число стеганографических каналов связи, американская цензура категорически запретила отправление по почте целого ряда сообщений. Были отменены шахматные партии по переписке. Из писем вымарывались кроссворды, так как у цензоров не хватало времени решать их, чтобы проверить, не содержат ли они тайные послания. Из почтовых отправлений изымались газетные вырезки, потому что они могли содержать секретный текст. Не разрешалось пересылать по почте табели успеваемости учащихся. Одно письмо с инструкциями по вязанию было задержано до тех пор, пока цензор не связал по ним свитер, чтобы проверить, не содержат ли они какой-либо скрытой информации. В каждом цензурном отделении имелся запас марок: цензоры снимали подозрительные марки и заменяли их другими того же достоинства, но с иным номером и рисунком. Чистая бумага, которую жители США часто посылали своим родственникам, проживавшим в странах, где не хватало бумаги, также заменялась из соответствующих запасов, чтобы исключить применение симпатических чернил. Конфисковывались даже детские рисунки, которые родители слали дедушкам и бабушкам, так как среди этих рисунков могли попасться закодированные карты или схемы.

Один из сотрудников нью-йоркского отделения цензуры обратил внимание на письмо из Германии, в котором говорилось, что Гертруда добилась выдающихся успехов в плавании, и перечислялись ее победные результаты. Сотрудник проконсультировался со знакомым любителем плавания, и тот ответил, что подобных результатов человек достичь не в состоянии. В ходе дальнейшего расследования было установлено, что в действительности речь шла о скорости нового американского истребителя, характеристики которого разболтал хвастливый работник военного министерства.

Телеграммы с заказами на цветы ("Вручите субботу моей жене три белые орхидеи") предоставляли настолько удобную возможность для передачи секретной информации, что цензоры запретили указывать в них названия цветов и день вручения.

Служба цензуры отменила телефонные и телеграфные заказы на исполнение по радио тех или иных музыкальных произведений, а выполнение заявок, присланных по почте, велела задерживать на неопределенное время. Эти меры должны были исключить возможность передачи сообщения для подводных лодок противника с помощью модной песенки. Аналогичные меры были приняты в отношении передачи радиостанциями объявлений личного характера.

Изучением методов скрытия информации в тексте занимается энигматология – "учение о тайне" (греч. αίνιγμα – загадка). Текст, содержащий "тайное сообщение" – энигмаграмма . Энигмализирование - извлечение тайного смысла из текста.

Семаграммы .

Семаграмма (греч. sema – знак и gramma – написанный, нарисованный) - тайное сообщение, в котором шифробозначениями являются любые символы, кроме букв и цифр .

Элементами замены шифртекста или кодового текста могут быть: точки на костяшках домино; предметы на фотографии, расположенные таким образом, чтобы передать заранее оговоренный смысл; вышитые на платье узоры, представляющие собой закодированное послание; картина, на которой длинные и короткие ветки деревьев представляют точки и тире азбуки Морзе. Однажды в нью-йоркском цензорном отделении перевели все стрелки в предназначенной для отправки партии часов, опасаясь, что их положение может заключать в себе какое-то сообщение [ , ].

Во время Второй мировой войны был зарегистрирован случай, когда немецкие агенты в Англии послали в Германию свое донесение под видом связанного свитера. Он якобы предназначался для заключенного, но вместо этого попал к контрразведчикам. Когда свитер распустили, оказалось, что его шерстяные нитки были сплошь в узелках. Пряжу расправили, а узлы сопоставили с алфавитом, написанным вертикально на стене. Базисной линией был выбран пол, а алфавит располагался перпендикулярно к нему. Вначале на полу под алфавитом крепился конец пряжи, при этом первый узел оказывался рядом с одной из букв. Затем, прижав к полу первый узел, определяли, с какой буквой совместится второй узел, и т.д. Таким образом, шифрование (точнее кодировка) были выполнены по аналогии с . В какой-то момент узлы «поведали» о строящихся и уже готовых к спуску на воду военных кораблях союзников .

1 Штамм (от нем. Stamm - «основа») - чистая культура вирусов, бактерий, других микроорганизмов или культура клеток, изолированная в определённое время и в определённом месте.

2 Микрон (микрометр, мкм) - 10 -6 м. Толщина человеческого волоса - 80-110 мкм.

21.3. Компьютерная стеганография

Развитие компьютерной технологии и средств коммуникации придали новый импульс развитию и совершенствованию стеганографии. Сегодня каждый может воспользоваться теми преимуществами, которые дает стеганография как в области скрытой передачи информации, что особенно полезно в странах, где существует запрет на стойкие средства криптографии, так и в области защиты авторских прав. В настоящее время методы компьютерной стеганографии активно используются для решения следующих задач.

1. Защита конфиденциальной информации от несанкционированного доступа. Это область использования компьютерной стеганографии является наиболее эффективной при решении проблем защиты конфиденциальной информации. Так, например, объем секретного сообщения в звуковых и графических файлах может составлять до 25 - 30 % от размера файла. Причем аудиовизуальные изменения таковы, что не обнаруживаются при прослушивании и просмотре файлов большинством людей, даже если факт сокрытия известен.

2. Преодоление систем мониторинга и управления сетевыми ресурсами. Стеганографические методы позволяют противостоять попыткам контроля над информационным пространством при прохождении информации через серверы управления локальных и глобальных вычислительных сетей.

3. Камуфлирование программного обеспечения. Применяется в тех случаях, когда использование ПО незарегистрированными пользователями является нежелательным. ПО может быть закамуфлировано под стандартные универсальные программные продукты (например, текстовые редакторы) или скрыто в файлах мультимедиа и использоваться только лицами, имеющими на это права.

4. Защита авторских прав. Одним из наиболее перспективных направлений компьютерной стеганографии является технология использования цифровых водяных знаков ЦВЗ (digital watermarking) – в данном случае, создание невидимых глазу знаков защиты авторских прав на графические и аудио файлы. Такие ЦВЗ, помещенные в файл, могут быть распознаны специальными программами, которые извлекут из файла много полезной информации: когда создан файл, кто владеет авторскими правами, как вступить в контакт с автором и т.д. При том повальном воровстве, которое происходит в Интернете, польза от такой технологии очевидна.

Сегодня на рынке существует довольно много фирм, предлагающих продукты для создания и детектирования водяных знаков. Один из лидеров - фирма Digimarc. Ее продуктами, если верить предоставленной самой фирмой информации, пользуются более миллиона официальных клиентов: дизайнеры, художники, онлайновые галереи, журнал Playboy. Специальные поисковые агенты сканируют ресурсы Интернет, просматривая картинки на наличие ЦВЗ, и сообщают владельцам о фактах использования их собственности.

Несмотря на все заверения создателей соответствующих продуктов, ЦВЗ оказались нестойкими. Они могут перенести многое - изменение яркости и контраста, использование спецэффектов, даже печать и последующее сканирование, но они не могут перенести воздействие специальных программ-стирателей, которые появились в Интернете.

Наиболее известные методы компьютерной стеганографии и их характеристика приведены в следующей таблице.

Таблица 21.2. Методы компьютерной стеганографии и их характеристика

Стеганографические методы	Краткая характеристика методов	Примечания
1. Методы, основанные на использовании специальных свойств носителей данных
1.1. Скрытие информации в неиспользуемых местах дисков	1. Используются дорожки, доступные для чтения, но не воспринимаемые ОС (например, в резервную область жесткого диска). 2. Запись в неиспользуемые места оптических дисков (CD, DVD, Blue-ray и т.д.)	1. Низкая степень скрытности.
1.2. Нанесение дополнительных дорожек на гибкие магнитные диски (вышли из употребления)	Т.к. ширина дорожки в несколько раз меньше расстояния между дорожками (для гибких магнитных дисков), то на диск можно нанести дополнительные дорожки и записать туда информацию, не доступную ОС.	Возможна передача больших объемов информации.
1.3. Специальное форматирование дисков	Форматирование диска под размер секторов отличный от принятого в ОС.	1. Наличие программ как форматирующих подобным образом диски, так и читающих любое форматирование. 2. Возможна передача больших объемов информации.
2. Методы, основанные на использовании специальных свойств форматов данных
2.1. Методы использования полей данных, зарезервированных для расширения	Поля расширения имеются во многих мультимедийных форматах. Они заполняются нулевой информацией и не учитываются программой.	1. Низкая степень скрытности.
2.2. Методы специального форматирования в текстовых документах	1. Использование смещения символов, слов, предложений или абзацев в тексте (можно обеспечить вставкой дополнительных пробелов). 2. Выбор определенных позиций символов (например, акростих). 3. Использование дополнительных возможностей форматирования текстов (например, использование в MS Word: скрытого текста; специальных шрифтов; символов определенного шрифта, размера или цвета; белого цвета для символов и фона; одного пробела между словами для кодирования "0" и двух – для кодирования "1" и т.д.).	2. Передача небольших объемов информации. 3. Низкая степень скрытности.
2.3. Методы специального форматирования текстов при печати	1. Печать специальными шрифтами, символами определенного шрифта, размера или цвета. 2. Внесение малозаметных искажений информации при печати (Был использован при печати контрактов с клиентами в одной из московских компаний. Эта тайнопись выглядела как обычные незначительные дефекты печати и обеспечивала определенную степень подтверждения подлинности документа).	1. Слабая производительность методов. 2. Передача небольших объемов информации.
2.4. Скрытие информации в свободных областях диска	1. Использование свободной части последнего кластера файла. 2. Использование свободных кластеров без записи в таблицы размещения файлов информации о том, что в этих кластерах содержится информация.	1. Низкая степень скрытности. 2. Возможна передача больших объемов информации.
2.5. Использование особенностей файловой системы	1. Использование скрытых файлов. 2. Использование потоков в NTFS.	1. Низкая степень скрытности. 2. Возможна передача больших объемов информации.
3. Методы, основанные на использовании избыточности аудио- и видеоинформации
3.1. Методы использования избыточности мультимедийных форматов	Младшие разряды байт, несущие информацию об интенсивности света и звука содержат очень мало полезной информации. Их заполнение практически не влияет на качество восприятия.	1. За счет введения дополнительной информации искажаются статистические характеристики цифровых потоков. 2. Для снижения компрометирующих признаков требуется коррекция статистических характеристик. 3. Возможна передача больших объемов информации.

Использование потоков в NTFS.

Любой файл в NTFS может содержать несколько потоков ("файлов"). Каждый файл NTFS содержит стандартный (default) или безымянный (unnamed) поток данных (data stream). Именно этот поток видит перед собой пользователь, открывающий файл в текстовом редакторе. И именно размер этого потока отображается в качестве размера файла. Альтернативный поток данных (alternate data stream) – файл, встраиваемый в другой. Ему может даваться любое имя и его размер не влияет на размер файла.

В частности, информация о файле с вкладки "Сводка" окна "Свойства" храниться в альтернативном потоке "♣SummaryInformation"

Рис 21.8. Свойства файла

Работа с потоками командами DOS.

Копирование файла "СовСек.txt" в альтернативный поток "ss" файла "НеСек.txt".

type СовСек.txt > НеСек.txt:ss

После копирования размер файла "НеСек.txt" не меняется.

Шутка . Таким образом, в файл размером 0 байт, можно записать несколько Гбайт мусора в потоки, заняв почти все место на диске, но файл по-прежнему будет иметь размер 0 байт.

Восстановление текстового файла из потока.

more < НеСек.txt:ss > СовСек.txt

Для выявления файлов, обладающих альтернативными потоками можно воспользоваться утилитой Streams (http://technet.microsoft.com/ru-ru/sysinternals , с исходным текстом утилиты на С).

Рис 21.9. Отображение потоков утилитой Streams

Кроме легкого обнаружения, другим существенным недостатком является возможность использования данного способа только на дисках с NTFS. При копировании файлов на диски с другой файловой системой альтернативные потоки теряются.

Использование избыточности аудио- и видеофайлов.

Из всех приведенных в табл. 21.2 методов, этот является наиболее перспективным. Существуют различные его модификации, самый простой из которых LSB (Least Significant Bit, наименьший значащий бит). Суть этого метода заключается в замене последних значащих битов в контейнере (изображения, аудио или видеозаписи) на биты скрываемого сообщения. Допустим, имеется 8-битное изображение в градациях серого (0 (00000000 2) обозначает черный цвет, 255 (11111111 2) – белый). Всего имеется 256 градаций. Также предположим, что сообщение состоит из 1 байта – например, (01101011 2). При использовании 2 младших бит в описании пикселей, нам потребуется 4 пикселя. Допустим, они черного цвета. Тогда пиксели, содержащие скрытое сообщение, будут выглядеть следующим образом: (00000001 00000010 00000010 00000011 2). Тогда цвет пикселей изменится: первого - на 1/256, второго и третьего - на 2/256 и четвертого - на 3/256. Такие искажения исходного изображения, как правило, незаметны для человеческого зрения. Для разноцветных изображений искажения еще менее заметны, тем более, что в них биты исходного изображения могут совпадать с битами секретного сообщения.

Одной из лучших программ в своем классе является SecretBMP (http://www.bordak.fatal.ru/secretbmp/). В примере при скрытии файла give-me-too.zip (570 404 байта) в файле etr500.bmp (1 229 852 байта) размер результирующего файла 5.bmp стал 1 229 850 байта, а качество рисунка осталось неизменным для глаза.

Рис 21.9. Окно программы SecretBMP
(слева – исходный файл-контейнер, справа – файл со вставленной секретной информацией)

Вопросы для самопроверки

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.

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.

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	+	+	+	-
	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