Сокрытие информации методом стеганографии

Методы стеганографии позволяют скрыть не только смысл хранящейся или передаваемой информации, но и сам факт хранения или передачи закрытой информации.

Первые следы стеганографических методов теряются в глубокой древности. Например, известен такой способ скрытия письменного сообщения: голову раба брили, на коже головы писали сообщение и после отрастания волос раба отправляли к адресату.

Из детективных произведений хорошо известны различные способы тайнописи между строк обычного, незащищаемого текста: от молока до сложных химических реактивов с последующей обработкой.

Также из детективов известен метод «микроточки»: сообщение записывается с помощью современной техники на очень маленький носитель (микроточку), который пересылается с обычным письмом, например, под маркой или где-нибудь в другом, заранее обусловленном месте.

В компьютерных системах практическое использование стеганографии только начинается, но проведенные исследования показывают ее перспективность. В основе всех методов стеганографии лежит маскирование закрытой информации среди открытых файлов. Обработка мультимедийных файлов в компьютерных системах выявила практически неограниченные возможности перед стеганографией.

В настоящее время можно выделить три тесно связанных между собой направления в стеганографии:

• — сокрытие данных (сообщений);
• — цифровые водяные знаки;
• — заголовки.

Сокрытие данных. В настоящее время наиболее распространенным, но наименее стойким является метод замены наименьших значащих битов или LSB-метод [14, стр.34]. Он заключается в использовании погрешности дискретизации, т. е. прерывности, при оцифровки, которая всегда существует в оцифрованных изображениях или аудиои видеофайлах. Данная погрешность равна наименьшему значащему разряду числа, определяющему величину цветовой составляющей элемента изображения (пикселя). Поэтому модификация младших битов в большинстве случаев не вызывает значительной трансформации изображения и не обнаруживается визуально. При этом, 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. Лидерство метода LSB среди стеганографических алгоритмов объясняется следующими причинами:

• 1. мультимедиаконтейнеры не вызывают подозрений: можно без проблем отправить другу свою фотографию или симпатичный пейзаж;
• 2. 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);
• 3. В-третьих, реализации LSB для большинства стандартов файлов-контейнеров не требуют значительных затрат времени и сил.

Другим популярным методом встраивания сообщений является использование особенностей форматов данных, использующих сжатие с потерей данных (например, JPEG) [15]. Этот метод (в отличии от LSB) более стоек к геометрическим преобразованиям и обнаружению канала передачи, так как имеется возможность в широком диапазоне варьировать качество сжатого изображения, что делает невозможным определение происхождения искажения.

Цифровые и водяные знаки. В современных системах формирования цифровых водяных знаков используется принцип встраивания метки, являющейся узкополосным сигналом, в широком диапазоне частот маркируемого изображения. Указанный метод реализуется при помощи двух различных алгоритмов и их возможных модификаций. В первом случае информация скрывается путем фазовой модуляции информационного сигнала (несущей) с псевдослучайной последовательностью чисел. Во втором — имеющийся диапазон частот делится на несколько каналов и передача производится между этими каналами. Относительно исходного изображения метка является некоторым дополнительным шумом (например, зернистость картинки или помехи музыки), но так как шум в сигнале присутствует всегда, его незначительное возрастание за счет внедрения метки не дает заметных на глаз искажений. Кроме того, метка рассеивается по всему исходному изображению, в результате чего становится более устойчивой к вырезанию.

Сокрытие внедряемых данных, которые в большинстве случаев имеют большой объем, предъявляет серьезные требования к контейнеру: размер контейнера в несколько раз должен превышать размер встраиваемых данных.

Цифровые водяные знаки используются для защиты авторских или имущественных прав на цифровые изображения, фотографии или другие оцифрованные произведения искусства. Основными требованиями, которые предъявляются к таким встроенным данным, являются надежность и устойчивость к искажениям.

Цифровые водяные знаки имеют небольшой объем, однако, с учетом указанных выше требований, для их встраивания используются более сложные методы, чем для встраивания просто сообщений или заголовков.

Заголовки используются в основном для маркирования изображений в больших электронных хранилищах (библиотеках) цифровых изображений, аудиои видеофайлов.

В данном случае стеганографические методы используются не только для внедрения идентифицирующего заголовка, но и иных индивидуальных признаков файла.

Внедряемые заголовки имеют небольшой объем, а предъявляемые к ним требования минимальны: заголовки должны вносить незначительные искажения и быть устойчивы к основным геометрическим преобразованиям.

Но у всех трех направлениях стеганографии имеется ограничение. Для большинства современных методов, используемых для сокрытия сообщения в цифровых контейнерах, имеет место следующая зависимость надежности системы от объема встраиваемых данных (см. рис. 2.7):

Рис. 2.7. Зависимость надежности стегоконтейнера от размера сообщения.

Данная зависимость показывает, что при увеличении объема встраиваемых данных снижается надежность системы (при неизменности размера контейнера). Таким образом, используемый в стегосистеме контейнер накладывает ограничения на размер встраиваемых данных.

Стеганография может использоваться для разных целей, к примеру:

• 1) Законные цели включают водяные знаки на изображениях в целях защиты прав собственности.
• 2) Цифровые подписи, известные как fingerprinting (отпечатки), указывают в основном, на объекты, защищенные законом об авторском праве, являются обычными для стеганографии, так как содержатся в файлах, являясь частью их, и потому сложно обнаружимыми обыкновенным человеком.
• 3) Также стеганография может быть использована для добавления заметок на онлайновые изображения (как стикеры для бумаг).
• 4) Может использоваться для сохранения ценной информации, в целях защиты данных от возможного саботажа, кражи или несанкционированного просмотра.
• 5) Так же стеганография может быть также использована для незаконных целей. Например, при попытке украсть информацию, существует возможность скрыть ее в другом файле, или файлах и послать ее в виде невинного письма или файла. Более того, люди, чье хобби — коллекционирование порнографии, и что еще хуже, на своем винчестере, могут использовать стеганографию для сокрытия доказательств. И как говорилось ранее, она может использоваться в целях террористов как средство скрытого общения. Применение стеганографии может быть как законным, так и незаконным.