Принципы построения компьютерной стеганографии

Стеганография занимает свою нишу в обеспечении безопасности: она не заменяет, а дополняет криптографию, защищая информацию от злоумышленников. Сокрытие сообщения методами стеганографии значительно снижает вероятность обнаружения самого факта передачи сообщения. А если это сообщение к тому же зашифровано, то оно имеет еще один, дополнительный, уровень защиты.

Стеганография бывает полезна, когда необходимо не просто передать секретное сообщение, а секретно передать секретное сообщение, то есть скрыть сам факт передачи секретного сообщения. Такой способ ведения тайной коммуникации, однако, имеет ряд недостатков:

• трудно обосновать его стойкость – вдруг злоумышленникам станет известен способ «подмешивания» секретных данных к «болванке» – массиву открытых данных;

• при его использовании объем передаваемых или хранимых данных может увеличиваться, что отрицательно сказывается на производительности систем их обработки.

В зависимости от способа засекречивания передаваемых сообщений, а именно прячется ли секретное сообщение или оно просто делается недоступным для всех, кроме получателя, можно выделить два класса засекречивания данных – стеганографию и шифрование.

Если рассматривать информацию отдельно от ее материального представления, а именно так мы и будем ее рассматривать, то возникает вопрос – где же информацию можно спрятать? Ответ однозначен: только в еще большем массиве информации – как иголку в стоге сена. В этом и заключается принцип действия стеганографии, т.е. стеганография предполагает, что передаваемый текст «растворяется» в сообщении большего размера с совершенно «посторонним» смыслом. Но если взять и извлечь из него некоторые символы по определенному закону, например, – каждый второй, третий, и т.д., то получим вполне конкретное тайное сообщение.

Компьютерная стеганография (стеганографические программные продукты) базируется на двух основных принципах:

• файлы, содержащие оцифрованное изображение или звук, могут быть до некоторой степени видоизменены без потери своей функциональности, в отличие от других типов данных, требующих абсолютной точности;

• органы чувств человека не способны различить незначительные изменения в цвете изображения или в качестве звука.

Например, мы отправляем нашему корреспонденту по электронной почте файл с растровой черно-белой картинкой, в котором наименее значащий бит в коде яркости каждой точки изображения будет элементом нашего тайного сообщения. Получатель письма извлечет все такие биты и составит из них «истинное» сообщение. Картинка, присутствующая здесь только для отвода глаз, так и останется для непосвященных простой картинкой.

Сообщение, которое необходимо передать отправителю, с помощью специального программного обеспечения встраивается в контейнер. Контейнер – любая информация, предназначенная для сокрытия тайных сообщений. Данные контейнера должны быть достаточно шумными, чтобы небольшое изменение в их беспорядочности не могло быть заметным. Биты контейнера, хотя и являются шумом сточки зрения точности измерений, могут иметь некоторые специальные статистические характеристики. Предполагается, что кодирование тайного сообщения должно воспроизводить характеристики шума контейнера.

В настоящее время можно выделить три, тесно связанных между собой и имеющих одни корни, направления приложения стеганографии:

• сокрытие данных (сообщений);

• цифровые водяные знаки;

• заголовки.

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, аудио- и видео файлов. 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.

Каждое из перечисленных выше приложений требует определенного соотношения между устойчивостью встроенного сообщения к внешним воздействиям (в том числе и стегоанализу) и размером самого встраиваемого сообщения.

В связи с возрастанием роли глобальных компьютерных сетей становится все более важным значение стеганографии. Анализ информационных источников компьютерной сети Internet позволяет сделать вывод, что в настоящее время стеганографические системы активно используются для решения следующих основных задач:

• защита конфиденциальной информации от несанкционированного доступа;

• преодоление систем мониторинга и управления сетевыми ресурсами;

• камуфлирования программного обеспечения;

• защита авторского права на некоторые виды интеллектуальной собственности.