Классификация стеганографических методов

Стеганографические технологии

Сегодня стеганографические технологии активно используются для решения следующих основных задач:

· защиты информации с ограниченным доступом от несанкционированного доступа;

· защиты авторских прав на некоторые виды интеллектуальной собственности;

· преодоления систем мониторинга и управления сетевыми ресурсами;

· камуфляжа программного обеспечения;

· создания скрытых каналов утечки чувствительной информации от законного пользователя.

Использование стеганографических систем является наиболее эффективной при решении проблемы защиты информации с ограниченным доступом. Так, например, только одна секунда оцифрованного звука с частотой дискретизации 44100 Гц и уровнем отсчета 8 бит в стереорежиме позволяет скрыть за счет замены младших разрядов на скрываемое сообщение около 10 Кбайт информации. При этом изменение значений отсчетов составляет менее 1%. Такое изменение практически не обнаруживается при прослушивании файла большинством людей.

Кроме скрытой передачи сообщений, стеганография является одним из самых перспективных направлений для аутентификации и маркировки авторской продукции с целью защиты авторских прав на цифровые объекты от пиратского копирования. На компьютерные графические изображения, аудио продукцию, литературные произведения (программы в том числе) наносится специальная метка, которая остается невидимой для глаз, но распознается специальным программным обеспечением. Метка содержит скрытую информацию, подтверждающую авторство. Скрытая информация призвана обеспечить защиту интеллектуальной собственности. В качестве внедряемой информации можно использовать данные об авторе, дату и место создания произведения, номера документов, подтверждающих авторство, дату приоритета и т.п. Такие специальные сведения могут рассматриваться в качестве доказательств при рассмотрении споров об авторстве или для доказательства нелегального копирования.

Как и любые другие инструменты, стеганографические методы требуют к себе бережного отношения, так как они могут быть использованы как с целью защиты, так и в противоправных целях.

Например, в конце 2001 года под пристальным вниманием прессы оказались сведения о том, что один из опаснейших террористов мира Осама бин Ладен и члены его группировки широко используют Internet для передачи сообщений по организации террористических акций. Правительства некоторых стран предпринимают шаги с целью обуздания такой угрозы, пытаясь ввести ограничения на распространение программ, связанных с криптографическими и стеганографическими методами. Однако стеганографические методы успешно применяются для противодействия системам мониторинга и управления сетевыми ресурсами промышленного шпионажа. С их помощью можно противостоять попыткам контроля над информационным пространством при прохождении информации через серверы управления локальных или глобальных вычислительных сетей.

Нередко методы стеганографии используют для камуфлирования программного обеспечения. В тех случаях, когда использование программ незарегистрированными пользователями является нежелательным, оно может быть закамуфлировано под стандартные универсальные программные продукты (например, текстовые редакторы) или скрыто в файлах мультимедиа (например, в звуковом сопровождении компьютерных игр).

И, наконец, стеганографический подход используется при создании скрытого канала утечки чувствительной информации от санкционированных пользователей.

Классификация стеганографических методов

В современной стеганографии, в целом, можно выделить в направления: технологическую стеганографию и информационную стеганографию (рис. 20.1).

Рис. 20.1. Классификация методов стеганографической защиты

К методам технологической стеганографии относятся методы, которые основаны на использовании химических или физических свойств различных материальных носителей информации.

Химические методы стеганографии сводится почти исключительно к применению невидимых чернил, к которым относятся органические жидкости и симпатические химикалии.

К физическим методам можно отнести микроточки, различного вида тайники и методы камуфляжа. В настоящее время физические методы представляют интерес в области исследования различный носителей информации с целью записи на них данных, которые бы не выявлялись обычными методами считывания. Особый интерес имеется к стандартным носителям информации средств вычислительной, аудио и видео техники. Помимо этого, появился целый ряд новых технологий, которые, базируясь на традиционной стеганографии, используют последние достижения микроэлектроники (голограммы, кинеграммы).

К информационной стеганографии можно отнести методы лингвистической и компьютерной стеганографии.

Лингвистические методы стеганографии подразделяются на две основные категории: условное письмо и семаграммы.

Существуют три вида условного письма: жаргонный код, пустышечный шифр и геометрическая система.

В жаргонном коде внешне безобидное слово имеет совершенно другое реальное значение, а текст составляется так, чтобы выглядеть как можно более невинно и правдоподобно. При применении пустышечного шифра в тексте имеют значение лишь некоторые определенные буквы или слова. Пустышечные шифры обычно выглядят еще более искусственно, чем жаргонный код. Третьим видом условного письма является геометрическая форма. При ее применении имеющие значение слова располагаются на странице в определенных местах или в точках пересечения геометрической фигуры заданного размера.

Вторую категорию лингвистических методов составляют семаграммы — тайные сообщения, в которых шифрообозначениями являются любые символы, кроме букв и цифр. Эти сообщения могут быть переданы, например, в рисунке, содержащем точки и тире для чтения по коду Морзе.

Стеганографические методы в их проекции на инструментарий и среду, которая реализуется на основе компьютерной техники и программного обеспечения в рамках отдельных вычислительных или управляющих систем, корпоративных или глобальных вычислительных сетей, составляют предмет изучения сравнительно нового научного направления информационной безопасности — компьютерной стеганографии.

В рамках компьютерной стеганографии рассматриваются вопросы, связанные с сокрытием информации, которая хранится на носителях или передается по сетям телекоммуникаций, с организацией скрытых каналов в компьютерных системах и сетях, а также с технологиями цифровых водяных знаков и отпечатка пальца.

Существуют определенные отличия между технологиями цифровых водяных знаков и отпечатка пальца, с одной стороны, и собственно стеганографическими технологиями сокрытия секретной информации для ее последующей передачи или хранения. Самое главное отличие — это то, что цифровые водяные знаки и отпечатки имеют целью защиту самого цифрового объекта (программы, изображения, музыкального файла и пр.), куда они внедряются, и обеспечивают доказательство прав собственности на данный объект.

При использовании методов компьютерной стеганографии должны учитываться следующие условия:

· противник может иметь полное представление о стеганографической системе и деталях ее реализации. Единственной информацией, которая должна оставаться ему неизвестной, — это ключ, с помощью которого можно установить факт присутствия скрытого сообщения и его содержание;

· если противнику каким-то образом удалось узнать о факте существования скрытого сообщения, то это не должно позволить ему извлечь подобные сообщения из других стеганограмм до тех пор, пока ключ хранится в тайне;

· потенциальный противник должен быть лишен каких-либо технических и иных преимуществ в распознавании или раскрытии содержания тайных сообщений.

В последующих разделах будут обсуждены основные теоретические положения компьютерной стеганографии и рассмотрены некоторые методы сокрытия данных в информационной среде, которая может быть поддержана вычислительными системами и сетями.

Классификация стегосистем

По аналогии с криптографическими системами, в стеганографии различают системы с секретным ключом и системы с открытым ключом.

В стеганографической системе с секретным ключом используется один ключ, который должен быть заранее известен абонентам до начала скрытого обмена секретными сообщениями либо переслан по защищенному каналу.

В стегосистеме с открытым ключом для встраивания и извлечения тайного сообщения используются разные ключи, причем вывести один ключ из другого с помощью вычислений невозможно. Один из ключей (открытый) может передаваться свободно по незащищенному каналу связи, а второй, секретный ключ, — по защищенному каналу. Данная схема хорошо работает при взаимном недоверии отправителя и получателя.

Учитывая все многообразие стеганографических систем, сведем их к следующим типам: безключевым стегосистемам, системам с секретным ключом, системам с открытым ключом и смешанным стегосистемам.

Безключевые стегосистемы

Для функционирования безключевых стегосистем не требуется никаких дополнительных данных в виде стегоключа помимо алгоритма стеганографического преобразования.

Определение 20.1

Совокупность X=<C,М,D,E>, где С — множество возможных контейнеров; М — множество секретных сообщений, |C|³|М|; E: C´M®С и D: C®M — функции сокрытия и извлечения сообщения из контейнера, причем D(E(c,m))=m для любых mÎМ и сÎС, называется безключевой стегосистемой.

Из определения следует, что безопасность безключевых стегосистем основана на секретности используемых стеганографических преобразований E и D. Это противоречит основному принципу Керкхоффса для систем защиты информации. Действительно, если предположить, что противник знает алгоритмы E и D, которые используются для скрытой передачи информации, то он способен извлечь любую скрытую информацию из перехваченных стеганограмм.

Зачастую для повышения безопасности безключевых систем, перед началом процесса стеганографического сокрытия предварительно выполняется шифрование скрываемой информации. Ясно, что такой подход увеличивает защищенность всего процесса связи, поскольку это усложняет обнаружение скрытого сообщения. Однако, “сильные” стеганографические системы, как пра­вило, не нуждаются в предварительном шифровании скрываемых сообщений.