Технологии стеганографии в ситемах инфокоммуникаций. (Лекция 1) презентация

Технологии стеганографии в ситемах инфокоммуникаций Лектор: к.т.н., доц. Небаева Ксения Андреевна E-mail: oklaba@mail.ru

Лекция 1. Вводная. СТЕГАНОГРАФИЯ (В широком смысле). Англоязычный термин"Скрытие информации" (Information hiding (IH)). Определение. IH - это семейство методов, при помощи которых некоторое дополнительное сведение погружается в основное (покрывающее сообщение (ПС)) при сохранении хорошего качества ПС. Две основные части IH: 1. Собственно стеганография (стеганография). 2. Цифровые "водяные знаки" (ЦВЗ). Задачи стеганографии: Погрузить дополнительное сообщение в ПС так, чтобы сам факт его присутствия в нем нельзя было бы обнаружить нелегитимным пользователям. Задача ЦВЗ: Погрузить дополнительные сведения (обычно идентификационный код автора) в ПС так, чтобы его нельзя было бы удалить, не ухудшив существенно качество ПС. (Факт такого вложения может и обнаруживаться нелегитимными пользователями.)

Типичные ПС: - неподвижное изображение - подвижное изображение (видео) - аудио файлы - речь - печатный смысловой текст - графические представления текста и схем - интернет - протоколы - программы для компьютеров. Вкладываемая информация: - изображение - текстовые сообщения и данные - речевые сообщения. Замечание. Как правило, все вкладываемые сообщения предварительно шифруются с использованием ключей шифрования. Принцип Кирхгоффа для IH: Предполагается, что нелегитимным пользователям известно о IH-системе все, кроме стегоключа. Нелегитимный пользователь, который пытается нарушить выполнение задачи IH, называется атакующим (или злоумышленником), а его действия атакой на стегосистему.

Часть I. Стегосистемы. Отличие стеганографии (СГ) от криптографии (КР): КР делает невозможным понимание содержание сообщения, сохраняя при этом возможность обнаружить факт ее использования (шумоподобные сигналы). СГ утаивает сам факт погружения дополнительной информации в "невинное" сообщение. Цели использования СГ: 1. Альтернатива криптографии при ее запрещении или ограничении уровня стойкости. 2. Скрытие пользователей нуждающихся в хранении и передаче секретной информации. 3. Передача секретной информации через транзитных пользователей. 4. Передача секретных сигналов и команд определенным пользователям сети интернет. 5. Отслеживание распространителей информации.

Различные постановки задач и методы их решения Некоторые возможные подходы к сокрытию передаваемой информации 1) Попытаться скрыть сам факт передачи и, в частности, скрыть канал связи, скрыть отправителя, скрыть получателя, скрыть способ передачи, скрыть способ представления информации в виде сообщений. 2) Попытаться в открытом канале связи создать трудности для перехвата передаваемых сообщений, 3) Попытаться в открытом канале связи, доступном для перехвата, спрятать скрытые данные в передаваемых открытых сообщениях так, чтобы они не могли быть обнаружены без специальных средств, например, химических, оптических и т.п. 4) Попытаться в открытом канале связи, доступном для перехвата, спрятать скрытое сообщение в протоколе, т.е. в порядке выбора и последовательности передачи открытых сообщений. 5) В открытом канале связи, доступном для перехвата и обнаружения наличия скрытых сообщений, попытаться затруднить возможность противника по обнаружению скрытых данных в передаваемых со­общениях, в частности, путем использования особенностей человеческого восприятия. 6) В открытом канале связи, доступном для перехвата и обнаружения противником наличия скрытых сообщений, попытаться затруднить возможность противника по ознакомлению с содержанием скрытых данных в передаваемых сообщениях, например, путем использования: кодов, шифрования сообщений. 7) В открытом канале связи, доступном для перехвата, обнаружения наличия и ознакомления с содержанием крытой информации, попытаться затруднить возможность противника по пониманию смысла передаваемых сообщениях путем использования таких методов, как: дезинформация, многозначное толкование.

Основные атаки на СГ: - обнаружение стегосигналов - нахождение объема секретного вложения - чтение стегосообщения - удаление стегосигнала без значительного ухудшения качества ПС и даже при необнаружении СГ. Пример: Случайное изменение положений стрелок в партии наручных часов, прибывшей на американскую таможню во время 2-ой Мировой Войны. Возможные преобразования стегосигналов: - естественные преобразования (фильтрация, сжатие, масштабирование. передача по каналам с шумом); - преднамеренные (атаки). Критерии эффективности СГ: - вероятность пропуска стегосигнала - вероятность ложного обнаружения стегосигнала - вероятность ошибки бита при извлечении легитимными пользователями вложенного сообщения - качество ПС после вложения (отношение сигнал/шум или более сложные, в том числе экспертные, оценки) - скорость вложения (число бит вложенного сообщения на один отсчет ПС).

Определение. СГ называется робастной, если секретное сообщение устойчиво выделяется при всех естественных или преднамеренных преобразованиях СГ, которые не искажают существенно ПС. Основная классификация СГ: а) Для легитимных пользователей: - с известным ПС на легитимном декодере (информированный декодер) - с неизвестным ПС на легальном декодере ("слепой" декодер) - с использованием ПС в легальном кодере (информированный кодер). б) Для "атакующих": - с известной стеганограммой (выполняется всегда) - с известным сообщением - с выбранным сообщением - с известным (или выбранным ПС) - для каналов с шумом. Основная концепция в разработке СГ: Найти "шумовые компоненты" (области) в ПС и заменить их на зашифрованное (т.е. шумоподобное) секретное сообщение. Основная проблема при разработке СГ: Статистика таких сложных ПС как звук, изображение и смысловой текст известна не полностью и весьма сложна. Поэтому существует опасность, что атакующий знает ее лучше, чем разработчик СГ.

Краткий исторический обзор СГ (примеры использования). 1. История с бритьем раба (обрить, сделать на голове татуировку секретного сообщения, отрастить волосы и направить через территорию противника к своим, а там снова обрить и прочитать сообщение). 2. Египетские надписи, содержащие скрытую информацию (для посвященных). 3. Индийская Кама-сутра, где под номером 45 значится секретное письмо. 4. Скрытый смысл в Библии. " ... И сказал им вам дано знать тайны Царства Божия, а тем внешним все бывает в притчах. Так что они своими глазами смотрят, и не видят, своими ушами слышат и не разумеют, да не обратятся и прощены будут им грехи". (Евангелие от Матфея) 5. Симпатические чернила. 6. Язык жестов (карточные шулера). 7. Расположение предметов (ошибка пастора Шлага, потерянное письмо в повести Э.По). Основные особенности современной СГ: Это цифровая стеганография, когда все ПС представляются в цифровой форме, а вложение и извлечение секретной информации производится на компьютерах.