F (m, b, k) = b m, k, F -1 (b m, k) = m, където m ∈ M, b, b m ∈ B, k∈K

Стеганографска система Наречен ( Ж, Ж -1, М, Б, К) набор от съобщения, контейнери и трансформации, свързващи ги [Motuz].

Методи за компютърна стеганография

Имайте предвид, че въпреки факта, че криптографските методи са известни от древни времена, компютърната стеганография е сравнително нова област на науката. В момента компютърната стеганография е в етап на развитие.

Теоретичната база и методите на стеганографията тепърва се формират, няма общоприета класификация на методите, няма критерии за оценка на надеждността на методите и механизмите на стеганографските системи, правят се първите опити за сравняване на характеристиките на методите, за например в [Барсуков, 54].

Но днес експертите признават, че „... въз основа на компютърната стеганография, която е една от технологиите за информационна сигурност на 21-ви век, е възможно да се разработят нови, по-ефективни нетрадиционни методи за осигуряване на информационна сигурност“ [Барсуков, 54, стр. 71].

Анализът на използваните в практиката методи на компютърна стеганография дава възможност да се откроят следното основни класове .

1. Методи, базирани на наличието на свободни зони при представяне/съхранение на данни.

2. Методи, базирани на излишък на представяне/съхранение на данни.

3. Методи, базирани на използването на специално разработени формати за представяне/съхранение на данни.

Нека подчертаем, че методите за въвеждане на скрита информация в обектите зависят преди всичко от предназначението и вида на обекта, както и от формата, в който се представят данните. Тоест, за всеки формат на представяне на компютърни данни могат да бъдат предложени собствени стеганографски методи.

Нека се спрем на стеганографските методи, които често се използват в практиката.

Широко известен метод за вграждане на скрита информация в най-малките битове цифрови данни ... Методът се основава на факта, че модифицирането на най-малко значимите битове от данни, представени в цифров вид, от гледна точка на човешките сетивни органи, не води до промяна във функционалността и дори до качеството на изображението или звука . Имайте предвид, че информацията, скрита в последните битове на цифровото съдържание, не е устойчива на шум, тоест се губи по време на изкривяване или компресиране със загуби.

На практика също се използват широколентови сигнали и елементи от теорията на шума ... Информацията се скрива чрез фазова модулация на информационния сигнал (носител) с псевдослучайна последователност от числа. Използва се друг алгоритъм: наличният честотен диапазон се разделя на няколко канала и предаването се извършва между тези канали.

Достатъчно развита методи, използвани за криптография в текстови файлове.

· Скрити шрифтове. Този метод се основава на въвеждането на фини изкривявания, които носят семантично натоварване в очертанията на буквите.

· Цветни ефекти. Например за символите на скритото съобщение се използва бяло на бял фон.

· „Нулев шифър“. Този метод се основава на избора на специфични позиции на знаци (понякога се използват известни отмествания на думи/изречение/абзац).

· Обобщение на акростиха. Методът се крие във факта, че според определен закон се генерира смислен текст, който крие някакво послание.

· Невидими кодове. Скритите символи на съобщението са кодирани с определен брой допълнителни интервали между думите или броя на празните редове.

Разработено от методи за въвеждане на скрита информация и за файлове във формат HTML:

· в края на всеки ред се добавя определен брой интервали, кодиращи скритата информация;

· скритото съобщение се поставя в специален файл, от който се отстранява заглавката и такава заглавка се съхранява от получателя (скритото съобщение обикновено се криптира допълнително);

· прикачете допълнителни страници, на които е поставена скрита информация;

· запишете скрита информация в мета тагове (тези команди са предназначени да докладват информация за html -документ за търсачките и не се виждат, когато страницата се показва на екрана);

· записване на скрита информация в тагове с идентификатори, неизвестни на програмите на браузъра;

· прилагайте цветни ефекти.

Обърнете специално внимание на методи, използвани за инжектиране на скрита информация в изпълними файлове .

Повечето от използваните методи се основават на наличието на свободни области в изпълними файлове: напълно или частично свободни сектори (блокове) на файла; структури на заглавки на файлове във формати EXE, NE - изпълним и PE - изпълним съдържат запазени полета; има празнини между сегменти от изпълним код и други. Имайте предвид, че именно тези методи на компютърна стеганография традиционно се използват от авторите на компютърни вируси за вмъкване на вирусни тела в изпълними файлове. Имайте предвид, че за да премахне информацията, скрита по този начин, натрапникът просто трябва да „нулира“ всички налични свободни зони.

Сред методите и технологиите, които използват стеганографска защита на информацията, технологиите за защита на авторското право върху мултимедийни продукти изглеждат най-развити.

Технологиите и системите за защита на авторските права, предлагани на софтуерния пазар, използват методи на цифрова стеганография . Системите за защита на авторските права придружават идентифицирането на информационни обекти, които са цифрово съдържание: графични файлове, аудио и видео файлове.

Най-известната технология в областта на защитата на правата на автора върху графична информация е технологиятаЦифров воден марк (цифров воден знак) компания Digimarc Corporation (www.digimarc.com ). Специален софтуерен продукт PictureMarc (ключова част от технологията) ви позволява да вградите цифров идентификатор (таг) на създателя в изображението. За да получи собствен идентификатор, потребителят трябва да се регистрира в сервизния център на компанията Digimarc (MarcCentre ). Когато е вграден в изображение, цифров знак се кодира от стойността на яркостта на пиксела, която определя устойчивостта на марката по време на различни трансформации на графичния файл (редактиране, намаляване / увеличаване на изображението, конвертиране в друг формат, компресиране). Освен това вграденият по този начин цифров знак не се губи дори след отпечатване и последващо сканиране. Цифровият знак обаче не може нито да бъде променен, нито премахнат от маркираното изображение. С помощта на програмата се чете цифров знакПрочетете Марк ... Специален софтуерен продукт MarcSpider разглежда наличните изображения чрезинтернет , и съобщава за незаконна употреба.

В момента на софтуерния пазар се предлагат много системи и технологии, които работят на принцип, подобен на цифровия воден знак. Всички те преобразуват идентификационния код на производителя на медиите в невидим цифров етикет и го вграждат в защитения обект. Тези системи обикновено се наричат ​​системи за цифрови водни знаци. Технологии, представени на пазара PixelTag (произведен от MIT Media Lab); EIKONAMARK (производство Алфа Тек ООД); TigerMark (от NEC ) и много други.

Някои технологии използват термина „пръстов отпечатък“ вместо термина „воден знак“. Технология, представена на пазараФБР (бинарни изображения с пръстови отпечатъци) от Signum Technologies (www.generation.net / ~ pitas / sign.html ). Сервизните програми, използващи тази технология, също позволяват вграждане, идентифициране и четене на пръстов отпечатък от цифрови данни.

Заслужава да се отбележи и възможностите на интегрирана електронна система за управление на авторските права. Cryptolope (от IBM ) въз основа на технологията Java.

На практика се използва и специален протокол за защита на мултимедия. MMP (Протокол за защита на мултимедия ), предназначен за защита срещу пиратство при продажба на дигитализирани данни чрезинтернет или други канали.

Трябва обаче да се отбележи, че има програми, които премахват цифрови знаци от файлове, съдържащи изображения. Най-известните са две от тях: UnZign и StirMark , които са обявени като инструмент за тестване на издръжливостта на тагове, вградени в системи за цифрови водни знаци. Използването на тези програми показва, че днес „водните знаци на всички производители се унищожават без забележимо влошаване на качеството на изображението“ [Николенко, 56].

В момента стеганографските продукти стават широко разпространени, които ви позволяват да маскирате цели файлове в други файлове - файлове с контейнери. Файловете на контейнера обикновено са графични или звукови файлове, понякога текстови файлове (във формат TXT и HTML ). Този клас програми включва добре познати програми S - Tools, Steganos, Contraband, Hide 4 PGP и други.

Стеганографските (недокументирани) вложки са широко известниВеликденски яйца (www.eeggs.com ) в компютърни програми. Разработчиците на софтуер внедряват независими модули в своите програми, извикани от определена (често доста сложна) комбинация от клавиши или последователност от действия. Такива програми, наречени тайни, след активиране демонстрират различни видове шеги и забавни анимации. Често тайната програма показва списък на разработчиците на софтуер, а понякога дори и техните снимки. Ето защо, в някои публикации, технологиятаВеликденски яйца принадлежат към технологиите за SCH Информация за авторски права за компютърни програми.

[ Таблица с инструменти за стеганография и цифрови водни знаци// www. jjtc com / Стеганография / инструментална матрица. htm] инструменти, базирани на стеганографски методи и технологии за цифрови водни знаци, е обявен само един инструмент - S - Поща от софтуер за сигурностРазвитие (SSD) ООД ., който вгражда скрита информация в EXE и DLL файлове.

Резюме

Анализът на тенденциите в развитието на технологиите, използвани за гарантиране на сигурността на информацията като цяло и по-специално за защита на авторското право в областта на софтуера, показва, че използването на компютърна стеганография, заедно с методите, традиционно използвани за защита на софтуерни продукти, увеличава силата на защитните механизми.

Анализът на стеганографските методи за защита на информацията, технологиите и стеганографските средства за защита на интелектуалната собственост на софтуерния пазар, както и проблемите, свързани с приложението на тези методи, ни позволява да направим следните изводи.

По-голямата част от методите за компютърна стеганография (CS) се основават на два ключови принципа:

• · Файлове, които не изискват абсолютна точност (например файлове с изображения, звукова информация и т.н.), могат да бъдат модифицирани (разбира се, до известна степен), без да губят своята функционалност.
• · Човешките сетива не са в състояние надеждно да разграничат дребните промени във файловете, модифицирани по този начин и/или няма специален инструментариум, който да може да изпълни тази задача.

Основните подходи за прилагане на CS методите в рамките на определена информационна среда се основават на подбора на незначителни фрагменти от тази среда и замяната на съществуващата в тях информация с информация, която трябва да бъде скрита. Тъй като CS разглежда среди, поддържани от компютърни технологии и компютърни мрежи, цялата информационна среда в резултат може да бъде представена в цифров вид.

По този начин фрагменти, които са незначителни за рамката на информационната среда по отношение на един или друг алгоритъм или техника, се заменят с фрагменти от скрита информация. В този случай под рамка от информационната среда се разбира определена част от нея, отличаваща се със своите характерни особености. Такива характеристики често са семантичните характеристики на избраната част от информационната среда. Например, като рамка може да бъде избрано едно изображение, звуков файл, уеб страница и т.н.

За съществуващите методи на компютърна стеганография се въвежда следната класификация (виж фигура 2.1).

Фигура 2.1 - Класификация на методите за компютърна стеганография

По метода на избор на контейнер се разграничават сурогатни (или така наречените ерзац методи), селективни и конструктивни стеганографски методи.

При сурогатните (без алтернативни) методи на стеганографията изобщо няма възможност за избор на контейнер и първият попаднал контейнер се избира, за да скрие съобщение - ерзац контейнер, който в повечето случаи не е оптимален за скриване на съобщение от даден формат.

Селективните CS методи предвиждат, че скритото съобщение трябва да възпроизвежда специалните статистически характеристики на шума на контейнера. За това се генерира голям брой алтернативни контейнери с последващ избор на най-оптималния за конкретно съобщение. Специален случай на този подход е изчисляването на някаква хеш функция за всеки контейнер. В този случай, за да се скрие съобщението, се избира контейнерът, чиято хеш функция съответства на стойността на функцията за кеширане на съобщенията (тоест избраният контейнер е стеганограмата).

В методите за изграждане на стеганографията контейнерът се генерира от самата стегосистема. Има обаче няколко варианта за изпълнение. Така например шумът на контейнер може да бъде симулиран чрез скрито съобщение. Това се прави с помощта на процедури, които не само кодират скритото съобщение в шум, но и запазват оригиналния модел на шума. В граничния случай цялото съобщение може да бъде конструирано от модела на шума.

По начина на достъп до скритата информация има методи за стрийминг (непрекъснати) контейнери и методи за фиксирани (с ограничена дължина) контейнери.

По начин на организация контейнерите, подобно на кодовете против заглушаване, могат да бъдат систематични и несистематични.

В първия можете да посочите конкретните места на стеганограмата, където се намират информационните битове на самия контейнер и къде са шумовите битове, предназначени да скрият информация (както например при широко разпространения метод на най-малкия бит ).

В случай на несистемна организация на контейнера, такова разделяне е невъзможно. В този случай, за да се подчертае скритата информация, е необходимо да се обработи съдържанието на цялата стеганограма.

Според използвания принцип на прикриване, методите на компютърна стеганография се разделят на два основни класа: методи за директно заместване и спектрални методи. Докато първите, използвайки излишъка от информационна среда в пространствен (за изображения) или времеви (за звук) домейни, се състоят в замяна на незначителна част от контейнера с битове от тайно съобщение, други използват спектрални представяния на елементите на средата, в която са вградени скритите данни за скриване на данни (например в различни коефициенти на масиви от дискретно-косинусни трансформации, трансформации на Фурие, Карунен-Лоев, Адамард, Хаар и др.).

Основната посока на компютърната стеганография е да се използват свойствата на излишъка на оригиналния контейнер, но трябва да се има предвид, че в резултат на скриването на информация някои статистически свойства на контейнера се изкривяват или в същото време неговите структурата е нарушена. Това трябва да се вземе предвид, за да се намалят демаскиращите знаци.

Методите, които използват специални свойства на форматите за представяне на файлове, могат да бъдат разграничени в специална група:

• · Файлови полета, запазени за разширяване, които често се пълнят с нули и не се вземат предвид от програмата;
• · Специално форматиране на данните (изместване на думи, изречения, абзаци или избор на определени позиции на знаци);
• · Използване на неизползвани зони върху магнитни и оптични носители;
• · Премахване на заглавки-идентификатори на файлове и др.

По принцип тези методи се характеризират с ниска степен на секретност, ниска пропускателна способност и лоша производителност.

Според предназначението се разграничават методите на stegan за скрит трансфер (или скрито съхранение) на данни и методи за скриване на данни в цифрови обекти с цел защита на авторските права върху тях.

По видове контейнери стеганографските методи се разграничават с контейнери под формата на текст, аудио файл, изображение и видео.

Метод за смяна на най-малко значими битове.

Методът на заместване с най-малък бит (най-малко значим бит) е най-често срещаният сред методите за заместване на пространствени домейни.

Най-малкият бит от изображението носи най-малко информация. Известно е, че в повечето случаи човек не е в състояние да забележи промени в този бит. Всъщност NZB е шум, така че може да се използва за вграждане на информация, като се заменят по-малко значимите битове на пикселите на изображението с битовете на тайното съобщение. Освен това, за изображение в сива скала (всеки пиксел на изображението е кодиран с един байт), обемът на вградените данни може да бъде 1/8 от общия обем на контейнера. Ако модифицирате двата най-малко значими бита (което също е почти незабележимо), тогава тази честотна лента може да се удвои още повече.

Популярността на този метод се дължи на неговата простота и факта, че ви позволява да скриете големи количества информация в относително малки файлове (пропускателната способност на създадения скрит комуникационен канал е от 12,5 до 30%). Методът често работи с растерни изображения в некомпресирани формати (като BMP и GIF).

Методът NZB има ниска стеганографска устойчивост на атаки от пасивни и активни нарушители. Основният му недостатък е високата му чувствителност към най-малкото изкривяване на контейнера. За да се отслаби тази чувствителност, често се използва допълнително кодиране за коригиране на шума.

Метод на псевдослучаен интервал.

В най-простия случай, разгледан по-горе, NZB на всички последователно поставени пиксели на изображението се заменя. Друг подход, методът на произволно разстояние, се състои в произволно разпределение на битовете на секретното съобщение в контейнера, в резултат на което разстоянието между двата вградени бита се определя псевдослучайно. Тази техника е особено ефективна, когато битовата дължина на тайното съобщение е значително по-малка от броя на пикселите в изображението.

Интервалът между две последователни вграждания на битове на съобщението може да бъде например функция на координатите на предишния модифициран пиксел.

Методи за скриване на данни в пространствен домейн.

Алгоритмите, описани в този раздел в този раздел, вграждат скрити данни в областта на основното изображение. Предимството им е, че изчислително сложните и отнемащи време трансформации на изображения не са необходими за вграждане.

Ще представим цветното изображение C чрез дискретна функция, която дефинира цветния вектор c (x, y) за всеки пиксел от изображението (x, y), където стойността на цвета определя трикомпонентен вектор в цветовото пространство. Най-често срещаният начин за представяне на цвета е RGB моделът, при който основните цветове са червен, зелен и син, а всеки друг цвят може да бъде представен като претеглена сума от основните цветове.

Цветният вектор c (x, y) в RGB пространството представлява интензитета на основните цветове. Съобщенията се вграждат чрез манипулиране на цветовите компоненти (R (x, y), G (x, y), B (x, y)) или директно чрез яркостта l (x, y) О (0, 1, 2, . .., LC) ...

Общият принцип на тези методи е да заменят излишната, незначителна част от изображението с битовете от тайното съобщение. За да извлечете съобщение, трябва да знаете алгоритъма, по който скритата информация е била поставена в контейнера.

Дигитална стеганография Вадим Грибунин

1.1. Дигитална стеганография. Предмет, терминология, области на приложение

Дигиталната стеганография като наука се роди буквално през последните години. Според нас той включва следните области:

1) вграждане на информация с цел скритото й предаване;

2) вграждане на цифрови водни знаци (CWZ) (воден знак);

3) вграждане на идентификационни номера (пръстови отпечатъци);

4) вграждане на заглавия (подписи).

CEH може да се използва главно за защита срещу копиране и неоторизирана употреба. Във връзка с бързото развитие на мултимедийните технологии възникна въпросът за защита на авторските права и интелектуалната собственост, представени в цифров вид. Примерите включват снимки, аудио и видео записи и т.н. Предимствата от представянето и предаването на съобщения в цифрова форма могат да бъдат отменени от лекотата, с която те могат да бъдат откраднати или модифицирани. Поради това се разработват различни мерки за защита на информацията от организационен и технически характер. Едно от най-ефективните технически средства за защита на мултимедийната информация се състои във вграждане на невидими етикети - цифрови водни знаци - в защитения обект. Развитието в тази област се извършва от най-големите компании по света. Тъй като методите на CEH започнаха да се разработват съвсем наскоро (първата статия по тази тема очевидно беше работа), има много неясни проблеми, които изискват тяхното решение.

Този метод получи името си от добре познатия метод за защита на ценни книжа, включително пари, от фалшифициране. Терминът "цифров воден знак" е използван за първи път в работата. За разлика от обикновените водни знаци, CEH могат да бъдат не само видими, но и (като правило) невидими. Невидимите цифрови водни знаци се анализират от специален декодер, който взема решение за тяхната коректност. CEH може да съдържа някакъв автентичен код, информация за собственика или някакъв вид контролна информация. Най-подходящите обекти за защита с помощта на цифрово водоснабдяване са неподвижни изображения, аудио и видео файлове с данни.

Технологията за вграждане на идентификационни номера на производителите има много общо с технологията на CEH. Разликата е, че в първия случай всяко защитено копие има свой собствен уникален вграден номер (оттук и името – буквално „пръстови отпечатъци“). Този идентификационен номер позволява на производителя да проследи по-нататъшната съдба на своето дете: дали някой от купувачите се е занимавал с незаконно копиране. Ако е така, пръстовите отпечатъци бързо ще насочат към виновника.

Вграждането на заглавки (невидими) може да се използва например за заснемане на медицински изображения, начертаване на легенда върху карта и т.н. Целта е да се съхранява хетерогенно представена информация в едно цяло. Това е може би единственото приложение за стеганография, където потенциален натрапник явно отсъства.

Тъй като дигиталната стеганография е млада наука, нейната терминология не е напълно установена. Основните концепции на стеганографията бяха договорени на първата международна конференция за скриване на данни. Независимо от това, дори самото понятие "стеганография" се тълкува различно. Така че някои изследователи разбират под стеганография само скрития трансфер на информация. Други се отнасят до приложенията за стеганография като например метеорологични радиокомуникации, радиокомуникации със скачащи радиочестоти и широколентови радиокомуникации. Според нас неформалната дефиниция на това какво е цифрова стеганография може да изглежда така: „науката за невидимо и надеждно скриване на някои битови последователности в други от аналогов характер“. И четирите от горните области на скриване на данни попадат в тази дефиниция, но радио приложенията не. В допълнение, определението съдържа две основни изисквания за стеганографска трансформация: невидимост и надеждност или устойчивост на различни видове изкривявания. Позоваването на аналоговия характер на цифровите данни подчертава факта, че вграждането на информация се извършва в цифровизирани непрекъснати сигнали. По този начин в рамките на цифровата стеганография не се разглеждат въпросите за въвеждане на данни в заглавията на IP пакети и файлове от различни формати, в текстови съобщения.

Колкото и различни да са посоките на стеганографията, техните изисквания са до голяма степен еднакви, както ще бъде показано по-долу. Най-съществената разлика между формулирането на проблема за скрито предаване на данни и формулирането на проблема за вграждането на цифровия воден знак е, че в първия случай натрапникът трябва да открие скрито съобщение, докато във втория случай всички знаят за съществуването му. Освен това нарушителят може законно да има устройство за откриване на CEH (например като част от DVD плейър).

Думата "невидим" в нашата дефиниция за цифрова стеганография предполага задължителното включване на човек в системата за предаване на стеганографски данни. Човек тук може да се разглежда като допълнителен приемник на данни, който предявява изисквания към предавателната система, които са доста трудни за формализиране.

Задачата за вграждане и отделяне на съобщения от друга информация се изпълнява от стегосистемата. Стегосистемата се състои от следните основни елементи, показани на фиг. 1.1:

Ориз. 1.1. Блокова схема на типична стегосистема на Централната изложбена зала

Прекодерът е устройство, предназначено да преобразува скрито съобщение във форма, удобна за вграждане в сигнален контейнер. (Контейнерът е информационна последователност, в която е скрито съобщение);

Stegocoder - устройство, предназначено за вграждане на скрито съобщение в други данни, като се вземе предвид моделът им;

Вградено устройство за подчертаване на съобщения;

Stegodetector - устройство, предназначено да открие наличието на стегосексуално съобщение;

Декодерът е устройство, което възстановява скрито съобщение. Този възел може да липсва, както ще бъде обяснено по-късно.

Както е показано на фиг. 1.1, стегосистемата комбинира два вида информация, така че да могат да бъдат разграничени от два фундаментално различни детектора. Единият от детекторите е системата за отделяне на CVZ, а другият е човек.

Преди да вградите цифров воден център в контейнер, цифровият воден център трябва да бъде преобразуван в някаква подходяща форма. Например, ако изображението се използва като контейнер, тогава поредица от цифрови водни знаци често се представя като двуизмерен масив от битове. За да се повиши устойчивостта на цифровия воден знак към изкривявания, често се извършва неговото шумоустойчиво кодиране или се използват широколентови сигнали. Първоначалната обработка на скритото съобщение се извършва от показаното на фиг. 1.1 прекодер. Като най-важна предварителна обработка на цифровия воден център (както и на контейнера) ще наречем изчисляването на неговата обобщена трансформация на Фурие. Това прави възможно вграждането на цифровия воден център в спектралната област, което значително повишава неговата устойчивост на изкривяване. Предварителната обработка често се извършва с помощта на ключ Кза увеличаване на секретността на вграждането. Освен това цифровият воден знак е "вграден" в контейнера, например чрез модифициране на най-малките битове от коефициентите. Този процес е възможен поради особеностите на системата на човешкото възприятие. Добре известно е, че изображенията имат голяма психо-визуална излишество. Човешкото око е като нискочестотен филтър, който позволява на фините детайли да преминават. Изкривяването е особено невидимо във високочестотната област на изображенията. Тези характеристики на човешкото зрение се използват например при разработването на алгоритми за компресиране на изображения и видеоклипове.

Процесът на внедряване на CEH трябва също да отчита свойствата на системата на човешкото възприятие. Стеганографията използва психо-визуалната излишество в сигналите, но по различен начин от компресирането на данни. Да вземем един прост пример. Помислете за изображение с 256 сива скала на сивото със специфична скорост на кодиране от 8 бита/пиксел. Добре известно е, че човешкото око не е в състояние да забележи промяната в най-малкия бит. Още през 1989 г. беше получен патент за метод за скрито вграждане на информация в изображение чрез модифициране на най-малкия бит. В този случай стего детекторът анализира само стойността на този бит за всеки пиксел, докато човешкото око, напротив, възприема само горните 7 бита. Този метод е лесен за изпълнение и ефективен, но не отговаря на някои важни изисквания за дигитален воден център, както ще бъде показано по-долу.

В повечето стегосистеми се използва ключ за внедряването и разпределението на CEH. Ключът може да бъде предназначен за тесен кръг от хора или да бъде публично достъпен. Например, ключът трябва да се съдържа във всички DVD плейъри, за да могат да четат CDH дисковете. Понякога, по аналогия с криптографията, стегосистемите се разделят на два класа: с публичен ключ и с таен ключ. Според нас аналогията е неправилна, тъй като концепцията за публичен ключ в този случай е коренно различна. Правилният израз би бил "публичен ключ", като ключът за вграждане е същият като ключа за разпределение. Доколкото знаем, няма стегосистема, в която при разпределяне на цифров воден знак да се изисква друга информация, освен когато е вложена. Въпреки че хипотезата за невъзможността за съществуване на такава система не е доказана. В система с публичен ключ е доста трудно да се устои на възможни атаки от натрапници. Всъщност в този случай натрапникът знае точно ключа и местоположението на CEH, както и неговото значение.

Стегодетекторът открива цифровия воден знак в (евентуално промененото) защитено изображение на цифров воден знак. Тази промяна може да се дължи на влиянието на грешки в комуникационния канал, операции по обработка на сигнали, умишлени атаки от нарушители. В много модели на стегосистеми контейнерът за сигнал се счита за адитивен шум. Тогава проблемът с откриването и извличането на стег съобщение е класически за теорията на комуникацията. Този подход обаче не отчита два фактора: неслучайния характер на сигнала на контейнера и изискванията за поддържане на неговото качество. Тези моменти не се срещат в добре познатата теория за откриване и извличане на сигнал на фона на адитивен шум. Отчитането им ще направи възможно изграждането на по-ефективни стегосистеми.

Има стегодетектори, предназначени да откриват наличието на цифров воден знак и устройства, предназначени да изолират този цифров воден знак (стегодекодери). В първия случай са възможни детектори с твърди (да/не) или меки решения. Удобно е да се използват мерки като разстояние на Хаминг или взаимна корелация между съществуващия сигнал и оригинала (ако последният присъства, разбира се), за да се вземе решение за наличието/отсъствието на цифрова водна зона. Ами ако нямаме оригиналния сигнал? Тогава влизат в действие по-фини статистически методи, базирани на конструирането на модели на изследвания клас сигнали. В следващите глави този въпрос ще бъде разгледан по-подробно.

В зависимост от това каква информация се изисква от детектора за откриване на цифровия воден знак, стегосистемите на цифровия воден знак се разделят на три класа: отворени, полузатворени и затворени системи. Тази класификация е показана в таблица 1.1.

Таблица 1.1. Класификация на системите за вграждане на CVZ

Най-голямо приложение могат да имат отворените стегосистеми на цифровия воден център, които са подобни на системите за скрито предаване на данни. Затворените стегосистеми от тип I имат най-голяма устойчивост на външни влияния.

Нека разгледаме по-отблизо концепцията за контейнер. Преди стегокодерът е празен контейнер, след него е напълнен контейнер или стего. Тя трябва да бъде визуално неразличима от празен контейнер. Има два основни типа контейнери: стрийминг и фиксирани.

Контейнерът за поточно предаване е непрекъсната последователност от битове. Съобщението е вградено в него в реално време, така че енкодерът не знае предварително дали контейнерът е достатъчно голям, за да пренесе цялото съобщение. Няколко съобщения могат да бъдат вградени в един голям контейнер. Разстоянието между вградените битове се определя от генератор на псевдослучайни последователности с равномерно разпределени интервали между пробите. Основната трудност се крие в изпълнението на синхронизация, определяне на началото и края на последователността. Ако данните в контейнера съдържат битове за синхронизация, заглавки на пакети и т.н., тогава скритата информация може да отиде веднага след тях. Трудността да се осигури синхронизация се превръща в предимство по отношение на гарантирането на секретност на предаването. Освен това контейнерът за стрийминг е от голямо практическо значение: представете си, например, стего прикачен файл към обикновен телефон. Под прикритието на обикновен, незначителен телефонен разговор би било възможно да се прехвърли друг разговор, данни и т.н., като без да се знае секретният ключ би било невъзможно не само да се разбере съдържанието на скрито предаване, но и самия факт на съществуването му. Не е случайно, че практически няма произведения, посветени на разработването на стегосистеми със стрийминг контейнер.

За фиксиран контейнер размерите и характеристиките са известни предварително. Това позволява данните да бъдат вложени по начин, който е оптимален по начин. В книгата ще разгледаме основно фиксирани контейнери (наричани по-долу контейнери).

Контейнерът може да бъде избран, произволен или наложен. Избраният контейнер зависи от вграденото съобщение, а в краен случай е неговата функция. Този тип контейнер е по-характерен за стеганографията. Наложен контейнер може да се появи в сценарий, когато лицето, предоставящо контейнера, подозира възможна скрита кореспонденция и желае да я предотврати. На практика обаче най-често се натъкват на произволен контейнер.

Вграждането на съобщение в контейнер може да се извърши с помощта на ключ, един или повече. Ключ - псевдослучайна последователност (PSP) от битове, генерирани от генератор, който отговаря на определени изисквания (криптографски защитен генератор). Генераторът може да се базира например на линеен рекуррент регистър. Тогава адресатите за комуникация могат да бъдат информирани за първоначалното попълване на този регистър. Числата, генерирани от PSP генератора, могат да определят позициите на модифицираните проби в случай на фиксиран контейнер или интервалите между тях в случай на поточно контейнер. Трябва да се отбележи, че методът за произволен избор на размера на интервала между вградените битове не е особено добър. Има две причини за това. Първо, скритите данни трябва да бъдат разпределени в цялото изображение. Следователно, равномерно разпределение на дължините на интервалите (от най-малкия до най-големия) може да се постигне само приблизително, тъй като трябва да сме сигурни, че цялото съобщение е вградено, тоест "вместено" в контейнера. Второ, дължините на интервалите между шумовите проби са разпределени не равномерно, а експоненциално. Експоненциално разпределен генератор на честотна лента на паметта е труден за изпълнение.

Скритата информация е вградена в съответствие с ключа в тези показания, чието изкривяване не води до значителни изкривявания на контейнера. Тези части образуват пешеходна пътека. В зависимост от приложението, значително изкривяване може да се разбира като изкривяване, което води както до неприемливостта на напълнения контейнер за лицето-адресат, така и до възможността за разкриване на факта за наличие на скрито съобщение след стеганализ.

CEH може да бъде от три вида: здрав, крехък и полукрехък. Под устойчивост се разбира устойчивостта на CEH към различни видове влияния върху стегото. Повечето от проучванията са посветени на здравата CEH.

Чупливите CEH се унищожават с малка модификация на напълнения контейнер. Те се използват за удостоверяване на сигнали. Разликата от електронните цифрови подписи е, че крехките CEH все още позволяват известна модификация на съдържанието. Това е важно за защита на мултимедийната информация, тъй като законен потребител може например да иска да компресира изображение. Друга разлика е, че крехкият CEH трябва не само да отразява факта на модификация на контейнера, но и вида и местоположението на тази промяна.

Полукрехките CEH са устойчиви на някои влияния и нестабилни на други. Най-общо казано, всички CEH могат да бъдат отнесени към този тип. Въпреки това, полукрехките CEH са специално проектирани да бъдат нестабилни по отношение на определени видове операции. Например, те могат да ви позволят да компресирате изображение, но да забранят изрязването от него или поставянето на фрагмент в него.

На фиг. 1.2 представя класификацията на цифровите стеганографски системи.

Стегосистемата образува стего канал, през който се предава напълненият контейнер. Този канал се счита за податлив на натрапници. След Симънс, стеганографията обикновено се занимава с тази проблемна настройка („проблемът на затворника“).

Двама затворници, Алис и Боб, искат да обменят съобщения в доверие, въпреки факта, че комуникационният канал между тях се контролира от пазача Уили. За да бъде възможно изпращането на тайни съобщения, се предполага, че Алис и Боб имат таен ключ, известен и на двамата. Действията на Уили може да се състоят не само в опит за откриване на скрит комуникационен канал, но и в унищожаване на предаваните съобщения, както и тяхното модифициране и създаване на нови, фалшиви съобщения. Съответно, има три типа нарушители, на които стегосистемата трябва да устои: пасивни, активни и злонамерени нарушители. Възможните действия на нарушителите и защитата срещу тях са разгледани по-подробно във втора глава. Засега ще отбележим само, че пасивен натрапник може да бъде само в стегосистеми за скрито предаване на данни. Активните и злонамерени натрапници са характерни за CEH системите.

Статията на Симънс, както самият той пише по-късно, е предизвикана от желанието да привлече вниманието на научната общност към затворения тогава въпрос за контрола върху ядрените оръжия. Според Договора за СОЛ СССР и САЩ е трябвало да поставят някои сензори върху стратегическите ракети на другия. Тези сензори е трябвало да предават информация за това дали към тях е свързана ядрена бойна глава. Проблемът, с който се справи Симънс, беше да предотврати предаването на всякаква друга информация от тези сензори, като например местоположението на ракетите. Определянето на наличието на скрита информация е основната задача на стеганализа.

Ориз. 1.2. Класификация на цифровите стеганографски системи

За да бъде стегосистемата надеждна, е необходимо да се изпълнят редица изисквания при нейното проектиране.

Сигурността на системата трябва да се определя изцяло от поверителността на ключа. Това означава, че натрапникът може напълно да познава всички алгоритми на стегосистемата и статистическите характеристики на наборите от съобщения и контейнери и това няма да му даде никаква допълнителна информация за наличието или отсъствието на съобщение в даден контейнер.

Знанието на натрапника за наличието на съобщение в който и да е контейнер не трябва да му помага, когато открие съобщения в други контейнери.

Напълненият контейнер трябва да бъде визуално неразличим от празен контейнер. За да се отговори на това изискване, изглежда необходимо да се вгради скрито съобщение във визуално незначителни области на сигнала. Същите тези области обаче се използват от алгоритмите за компресия. Следователно, ако изображението бъде допълнително компресирано, скритото съобщение може да бъде унищожено. Следователно, битовете трябва да бъдат вградени във визуално значими области и относителна невидимост може да бъде постигната чрез използването на специални техники като модулация с разширен спектър.

Стегосистемата с цифров воден център трябва да има малка вероятност от фалшиво откриване на скрито съобщение в сигнал, който не го съдържа. В някои приложения това откриване може да има сериозни последици. Например, фалшиво откриване на цифров воден знак на DVD може да накара плейъра да откаже да го възпроизведе.

Трябва да се осигури необходимата честотна лента (това изискване е приложимо главно за стегосистеми за таен трансфер на информация). В трета глава ще представим концепцията за латентна честотна лента и ще разгледаме начините за постигането й.

Стегосистемата трябва да има приемлива изчислителна сложност на изпълнение. В този случай е възможна асиметрична по отношение на сложността на внедряването на системата за цифрови водни знаци, тоест сложен стего кодер и обикновен стего декодер.

Следните изисквания са наложени на CEH.

CEH трябва да бъде лесно (изчислително) извличане от легитимен потребител.

CEH трябва да бъде стабилен или нестабилен към преднамерени и случайни влияния (в зависимост от приложението). Ако CEH се използва за потвърждаване на автентичността, тогава неприемлива промяна в контейнера трябва да доведе до унищожаване на CEH (крехък CEH). Ако цифровият воден център съдържа идентификационен код, фирмено лого и т.н., тогава той трябва да бъде запазен с максимално изкривяване на контейнера, разбира се, без да води до значителни изкривявания на оригиналния сигнал. Например, цветовата гама или яркостта могат да бъдат редактирани за изображение, за аудиозапис, звукът на ниските тонове може да бъде подобрен и т.н. В допълнение, цифровият воден център трябва да бъде здрав по отношение на афинни трансформации на изображението, тоест неговото въртене, мащабиране. В този случай е необходимо да се прави разлика между стабилността на самия DVZ и способността на декодера да го открие правилно. Например, когато изображението се завърти, цифровият воден знак няма да бъде унищожен и декодерът може да не е в състояние да го избере. Има приложения, когато CEH трябва да е стабилен по отношение на някои трансформации и нестабилен по отношение на други. Например, копирането на изображение (копирна машина, скенер) може да бъде разрешено, но е наложена забрана за извършване на каквито и да е промени в него.

Трябва да е възможно добавянето на допълнителни цифрови водни знаци към това стего. Например, DVD има етикет за еднократно копиране. След такова копиране е необходимо да се добави знак за забрана на по-нататъшно копиране. Би било възможно, разбира се, първият CEH да бъде премахнат и заменен с втория. Това обаче противоречи на предположението, че CEH е трудно да се премахне. Най-доброто решение е да добавите още един CEH, след което първият няма да бъде взет под внимание. Въпреки това, наличието на няколко цифрови водни знака върху едно съобщение може да улесни атаката от натрапник, ако не се вземат специални мерки, както е описано в глава 2.

В момента технологията CEH е в много ранен етап на своето развитие. Както показва практиката, трябва да отнеме 10–20 години, за да започне да се използва широко в обществото нов криптографски метод. Вероятно подобна ситуация ще се наблюдава и при стеганографията. Един от проблемите, свързани с CEH, е разнообразието от изисквания към тях, в зависимост от приложението. Нека разгледаме по-подробно основните области на приложение на CEH.

Първо, помислете за проблема с пиратството или неограниченото неразрешено копиране. Алис продава своето мултимедийно съобщение на Питър. Въпреки че информацията може да е била криптирана по време на предаването, нищо не пречи на Питър да я копира след декриптиране. Следователно в този случай е необходимо допълнително ниво на защита от копиране, което не може да бъде постигнато с традиционни методи. Както ще бъде показано по-долу, има възможност за въвеждане на цифров воден знак, който позволява възпроизвеждане и забранява копирането на информация.

Важен проблем е определянето на автентичността на получената информация, тоест нейната автентичност. Обикновено цифровите подписи се използват за удостоверяване на данни. Тези инструменти обаче не са напълно подходящи за предоставяне на мултимедийна автентификация. Факт е, че едно съобщение, снабдено с електронен цифров подпис, трябва да се съхранява и предава абсолютно точно, „бит по бит”. Мултимедийната информация може да бъде леко изкривена както по време на съхранение (поради компресия), така и по време на предаване (ефектът от единични или пакетни грешки в комуникационния канал). В същото време качеството му остава приемливо за потребителя, но цифровият подпис няма да работи. Получателят няма да може да различи истинско, макар и донякъде изкривено съобщение от фалшиво. В допълнение, мултимедийните данни могат да бъдат конвертирани от един формат в друг. В същото време традиционните средства за защита на целостта също няма да работят. Можем да кажем, че цифровите водни знаци са способни да защитават съдържанието на аудио и видео съобщенията, а не цифровото му представяне под формата на поредица от битове. В допълнение, важен недостатък на цифровия подпис е, че е лесно да го премахнете от съобщение, заверено от него, и след това да прикачите нов подпис към него. Премахването на подписа ще позволи на нарушителя да отхвърли авторството или да подведе законния получател относно авторството на съобщението. Системата на CEH е проектирана по такъв начин, че да изключи възможността за подобни нарушения.

Както се вижда от фиг. 1.3, използването на CEH не се ограничава до приложения за информационна сигурност. Основните области на използване на технологията CEH могат да бъдат групирани в четири групи: защита срещу копиране (използване), скрита анотация на документи, доказателство за автентичност на информацията и скрита комуникация.

Ориз. 1.3. Потенциални приложения на стеганографията

Популярността на мултимедийните технологии предизвика много изследвания, свързани с разработването на DVR алгоритми за използване в стандарти MP3, MPEG-4, JPEG2000, защита на DVD дискове от копиране.

3.1. Терминология и условности Светът е разделен на хора, които смятат, че са прави. Съдържанието (или съдържанието) на Didr McGrath е информация, която се намира на компютър или друго устройство, предназначено да обработва информация и което е за