Principiile steganografiei digitale și aplicarea lor utilizând fișiere grafice

Introducere

Cuvîntul Steganografie vine din limba greacă unde steganos înseamnă ascuns şi graph scris. Am putea spune că steganografia este ştiinţa de a scrie mesaje ascunse astfel încît existenţa lor să fie cunoscută numai de destinatar şi expeditor.

În domeniul tehnologiilor informaţionale, steganografia reprezintă metoda de a ascunde mesaje (fişiere) în alte fişiere mai mari şi anume în imagini de tip jpg, bmp, în fişiere audio (mp3 sau wav) sau chiar video (avi) fără a exista posibilitatea de a afla de existenta mesajelor.

Steganografia nu trebuie confundata cu criptografia. Acesta din urma face ca un mesaj să devină indescifrabil, dar existenta lui este vizibilă, pe când steganografia ascunde existenţa mesajului şi nu mesajul.

Tot de steganografie este legat şi conceptul de Watermarking şi anume înglobarea informaţiilor de copyright într-un fişier audio sau imagine astfel încât fişierul să conţină info despre autor şi copyright fără ca cineva să ştie despre existenţa lor şi să le poate şterge/modifică. Mesajul este ascuns în interiorul fişierului acoperitor în "clar" astfel încât oricine bănuieşte existenta mesajului îl poate recupera. Majoritatea programelor de steganografie realizează comprimarea, criptarea şi abia apoi ascunderea mesajului. Astfel folosind strong criptography, atât existenţa mesajului este ascunsa cat şi mesajul în sine. Steganografia şi criptografia nu se exclud, fiecare are alt scop. Există momente cînd un mesaj criptat trezeşte suspiciune şi atunci steganografia reprezinta soluţia.

Există foarte mulţi algoritmi de steganografie, foarte cunoscut fiind algoritmul care modifică LSB (least segnificant bit). Dacă vom schimba pentru fiecare byte, bitul cel mai puţin semnificativ al fiecărui pixel cu un bit care compune mesajul pe care vrem să-l ascundem, atunci efectul asupra fiecărui pixel este atât de mic încît imaginea modificată rămîne practic aproape identica cu originalul. În realitate ochiul uman nu poate sesiza vreo diferenţă între imaginea modificată (în care se ascunde mesajul) şi cea originală.

Interesant este ca LSB este 1 sau 0, deci avem sanse de 50% ca nici măcar să nu fie nevoie să modificam bitul cel mai puţin semnificativ. Acelaşi principiu se poate aplica şi fişierelor audio (wav, mp3) sau video doar ca în loc să se modifice pixeli se modifică frecvenţele audio. Diferenţele trec complet neobservate de urechea umana. Făcînd un calcul simplu pentru fiecare 8 biţi ai lui "cover-file", un bit este informaţia care compune mesajul ascuns, deci 12,5% din imagine reprezintă mesajul ascuns. Astfel într-un fişier jpg de 500KB putem ascunde un alt fişier de 62,5KB. În practica informaţia ascunsă reprezintă între 5% şi maxim 10% din cover-file. Bineînteles că există şi contra-măsuri şi atacuri împotriva steganografiei. Steganaliza este ştiinţa care se ocupa cu spargerea algoritmilor de steganografie şi descoperirea fişierelor care ascund alte mesaje secrete (la fel cum criptanaliza se ocupa cu spargera algoritmilor de criptare).

1. Introducere în steganografia digitală

1.1 Definiţia steganografiei digitale

Steganografia reprezintă modalitatea de ascundere a unui mesaj în alt mesaj. În mod clasic, un mesaj plaintext (text simplu) sau cyphertext (text cifrat) este inclus într-o fotografie digitală. Pentru un observator neavizat este doar o fotografie; ea poate ascunde însă informaţii suplimentare foarte importante.

Ca urmare a apariţiei tot mai multor dificultăţi la nivel guvernamental sau local, asigurarea securitătii datelor se îndreaptă în prezent către steganografie, noul venit în ierarhia de securitate, adăugand un nivel nou în cadrul sistemelor de protecţie a datelor. Deşi metodele steganografice au fost folosite de mult timp, ele şi-au găsit abia recent un loc aparte în domeniul comunicaţiilor digitale. Instrumentele moderne folosite în steganografie sunt situate deja în domeniul software, avînd un grad de diversificare destul de mare, ceea ce permite includerea informaţiei în locuri ca: nume de fişiere, spaţiu neutilizat de pe disc, transmisii efectuate pe reţea, coduri executabile.

1.2 Metode de codificare şi identificare

Trecerea de la sistemele analogice la cele digitale pentru stocarea şi transferul datelor a oferit pe de o parte o modalitate mai rapidă, ieftină şi foarte eficientă de lucru cu o cantitate mare de date, dar pe de altă parte a avut un efect negativ la nivel de securitate a transmisiei datelor.

1.3 Metode utilizate în steganografie

Prima ar fi stripping-ul. Aceasta reprezintă una dintre cele mai simple tehnici folosite în steganografie. Aceasta presupune modificarea oricărui titlu al textului urmărit, în scopul de a introduce elementele noi de informaţie. Deşi în teorie poate reprezentă o soluţie bună, în practică stripping-ul pune două probleme: îndepărtarea titlului nu constituie o modificare atît de importantă încat să poată pună probleme serioase la o analiză statistică sau structurală a mesajului rămas; mesajul şi depozitul de plasare al acestuia sunt identice, ceea ce usurează foarte mult detecţia.

O altă metodă este tehnica LSB. Aceasta este cea mai comună tehnică de steganografie, fiind utilizată în general în fişiere în care unii biti sunt mult mai susceptibili la alterare decît alţii. Ca urmare, fişierele audio sau video reprezintă ţintele preferate pentru această tehnică. Prin LSB sunt schimbati doar cei mai putin semnificativi biţi din mediul respectiv.

Tehnica LSB este folosită în mod obişnuit pentru a ascunde informaţie în imaginile grafice. Cele mai simple formate (bmp, pcx, gif) exprimă culorile ca biti, care apoi vor descrie pixelii dintr-o imagine.

Substituţia reprezintă o altă metodă de ascundere a datelor, dar, spre deosebire de varianta LSB, substituţia acţionează prin modificarea datelor la nivel logic şi nu la cel al biţilor. Schemele de substituţie reprezintă mesajul ca pe o parte integrantă a depozitului de date, într-un mod care să convingă observatorul că totul este normal. Spre deosebire de celelalte tehnici, în acest proces rolul observatorului este foarte important.

Schemele de substituţie utilizează în mod normal fişiere text ASCII, documente HTML sau coduri de programare pentru a ascunde datele în interiorul lor. Metodele clasice utilizate se bazează pe: punctuaţie incorectă, greşeli de ortografie, spaţii goale prezente la sfîrşitul liniilor, spaţierea suplimentară a cuvintelor, sau pur şi simplu litere nou introduse, în functie de continuţul textului.