Компьютерная стеганография

Как известно, цель криптографии (шифрования) состоит в сокрытии содержания секретных сообщений. Стеганография идет принципиально дальше. Ее задача — скрыть от непосвященных сам факт существования сообщений. Такие скрытые сообщения могут включаться в различные внешне безобидные данные, вместе с ними храниться и передаваться без всяких подозрений со стороны. Если разработчики криптографичес­ких алгоритмов исходят из предположения, что потенциальный противник будет де­лать что угодно для дешифровки сообщения, то разработчик стеганографического ал­горитма озабочен тем, как не дать противнику обнаружить существование самого сообщения, содержащего тайну.

Стеганография имеет многовековую историю и по возрасту существенно старше криптографии. Само слово «стеганография» в переводе с греческого буквально озна­чает «тайнопись» (steganos — секрет, тайна; graphy — запись). В основе искусства скрытого письма лежит попытка скрыть само существование секретного сообщения, а потому его приемы заслуживают самого широкого употребления. Для тайнописи мо­гут быть использованы: «подкладочное письмо», когда запись сокрыта какой-либо за­щитной оболочкой, «хоббийное кодирование», с использованием кроссвордов, музы­кальных нот и шахматных партий, «жаргонные шифры», в которых вроде бы невинные слова имеют совершенно другой смысл. К ней относится огромное множество секрет­ных средств связи и передачи информации, таких, как невидимые чернила, микрофо­тоснимки (микроточки), условное расположение знаков, незначительные различия в написании рукописных символов, маленькие проколы определенных напечатанных сим­волов и множество других способов по скрытию истинно­го смысла тайного сообщения в открытой переписке, тай­ные каналы и средства связи на плавающих частотах, и т. д. Хорошо известны различные способы скрытого пись­ма между строк обычного не защищаемого письма: от при­менения молока до использования сложных химических реакций с последующей обработкой при чтении.

Первые следы стеганографических методов передачи информации теряются в глубокой древности. История сте­ганографии — это история развития самого человечества. Рассмотрим кратко, как происходило становление стега­нографии.

Местом зарождения стеганографии многие называют Египет, хотя первыми «стеганографическими сообщениями» можно назвать и наскальные рисунки древних людей.

Первое упоминание в литературе о стеганографических методах приписывается Геродоту, который еще в 474 году до н.э. описал случай с тираном Гистием. После­дний, запертый указом персидского царя Дария в Сузах, захотел пообщаться с одним из своих родственников за пределами Суз. Чтобы его послание не попало в чужие руки, Гистий поступил очень остроумно — он обрил голову раба, вытатуировал пись­мо на коже головы, подождал, пока снова отрастут волосы, и отправил невольника в Милет под благовидным предлогом. Там раба снова побрили и прочитали послание. Для нашего времени этот способ, конечно, весьма сомнительный — и ждать пока во­лосы отрастут долго, и гонец получается одноразовый (больше одного письма на го­лове не вытатуируешь, а свести татуировку и сегодня проблема, не то, что в V веке до н.э.) — но важен принцип.

Геродотом описан еще один, чуть менее известный и немного менее зрелищный случай, который относят к тем же временам. Как утверждает Геродот, Демарт переда­вал послания, придерживаясь тех же правил, что и Гистий, т.е. скрывал сам факт пере­дачи сообщения. Другое дело, что Демарту хватило сообразительности немного уско­рить процесс подготовки посланий — он соскабливал с восковых дощечек воск, царапал свои секретные послания прямо на дереве, а позже покрывал дощечки воском заново.

В Китае письма писали на полосках щелка. Поэтому для сокрытия сообщений по­лоски с текстом письма сворачивались в шарики, покрывались воском и затем глота­лись посыльными. Как эти послания доставали, мы описывать не будем.

Темное средневековье породило не только инквизицию: усиление слежки привело к развитию как криптографии, так и стеганографии. Именно в средние века впервые было применено совместное использование шифров и стеганографических методов.

В XV веке монах Тритемиус (1462—1516), занимавшийся криптографией и стега­нографией, описал много различных методов скрытой передачи сообщений. Позднее, в 1499 году, эти записи были объединены в книгу «Steganographia», которую в насто­ящее время знающие латынь могут прочитать в сети Internet.

XVII — XVIII века известны как эра «черных кабинетов» — специальных государ­ственных органов по перехвату, перлюстрации и дешифрованию переписки. В штат «черных кабинетов», помимо криптографов и дешифровалыциков, входили и другие специалисты, в том числе и химики. Наличие специалистов-химиков было необходи­мо из-за активного использования так называемых невидимых чернил. Примером мо­жет служить любопытный исторический эпизод: восставшими дворянами в Бордо был арестован францисканский монах Берто, являвшийся агентом кардинала Мазарини. Восставшие разрешили Берто написать письмо знакомому священнику в город Блэй. Однако в конце этого письма религиозного содержания монах сделал приписку, на которую никто не обратил внимание: «Посылаю Вам глазную мазь; натрите ею глаза и Вы будете лучше видеть». Так он сумел переслать не только скрытое сообщение, но и указал способ его обнаружения. В результате монах Берто был спасен.

Стеганографические методы активно использовались американцами в годы граж­данской войны между южанами и северянами. Так, в 1779 году два агента северян Сэмюэль Вудхулл и Роберт Тоунсенд передавали информацию Джорджу Вашингто­ну, используя специальные чернила.

Еще древние римляне писали между строк невидимыми чернилами, в качестве ко­торых использовались фруктовые соки, моча, молоко и некоторые другие натураль­ные вещества. Их опыт не был забыт. Различные симпатические чернила использова­ли и русские революционеры в начале XX века. Симпатические чернила или, с успехом выполняющее их роль, обычное молоко — один из самых распространенных стегано-графических методов. Большинство читателей, очевидно, помнит рассказы о Ленине, писавшем свои труды в местах не столь отдаленных. Многие книги были написаны им молоком между строк. Чернильницей Ильичу служил хлебный мякиш — при малей­шем подозрительном звуке будущий вождь мирового пролетариата мигом съедал свои стеганографические приспособления. Позднее исписанные молоком листы передава­лись на волю, а там нагревались над лампой и переписывались товарищами по партии. Впрочем, царская охранка тоже знала об этом методе (в ее архиве хранится документ, в котором описан способ использования симпатических чернил и приведен текст пе­рехваченного тайного сообщения революционеров).

К середине 20-го века стеганография достигла значительных успехов, чему не мало поспособствовали Первая и Вторая мировые войны. Особенных успехов добились нем­цы, которые во время Второй мировой войны широко применяли «микроточки», пред­ставлявшие из себя микрофотографии размером с обычную типографскую точку. При увеличении «микроточка» давала четкое изображение печатной страницы стандарт­ного размера. Такая точка или несколько точек вклеивались в обыкновенное письмо, и, помимо сложности обнаружения, обладали способностью передавать большие объе­мы информации, включая чертежи и рисунки.

Сам метод был придуман намного раньше, почти сразу после изобретения принци­па фотографической печати. Микроточки появились сразу же после изобретения Дагером фотографического процесса, и впервые в военном деле были использованы во времена франко-прусской войны (в 1870 году), но широкого применения до Второй мировой войны этот метод не имел. Но во время Второй мировой войны этот метод претерпел второе рождение и успех его был весьма заметным. Американцы, впечатленные достижениями своего противника в стеганографии, после войны запретили даже такие относительно невинные операции, как пересылку посредством почты запи­сей шахматных партий, инструкций по вязанию (!) и даже детских рисунков, как наи­более простых с точки зрения стеганографа объектов для встраивания шпионских со­общений. Сегодня, конечно, подобные запреты неактуальны: любой шпион может послать e-mail, предварительно зашифровав его с помощью DES, к примеру.

Тем не менее, на практике, стеганография давно и широко использовалась развед­ками всех стран. Успех разведчика, да и сама его жизнь, зависят от умения остаться незамеченным. Поэтому шифр — это язык разведчиков всех стран. Именно они обыч­но вынуждены вести свои разговоры «шепотом». Они используют коды, имеющие вид обычных открытых текстов, невидимые чернила, послания микроскопически малых размеров, т.е. Стеганографические методы, которые скрывают сам факт отправки ка­кого-либо сообщения.

После нападения Японии Соединенные Штаты создали орган цензуры, насчитыва­ющий около 15 тысяч сотрудников, которые проверяли ежедневно до миллиона пи­сем, прослушивали бесчисленное множество телефонных разговоров, просматривали кинофильмы, газеты, журналы.

Чтобы перекрыть максимальное число стеганографических каналов связи, аме­риканская цензура категорически запретила отправление по почте целого ряда со­общений. Были отменены шахматные матчи по переписке. Из писем вымарывались кроссворды, т. к. у цензоров не хватало времени решать их, чтобы проверить, не содержат ли они тайные послания. Не разрешалось посылать по почте табели успе­ваемости учащихся, вырезки из газет, детские рисунки, инструкции по вязанию и шитью. Одно письмо с инструкциями по вязанию было задержано до тех пор, пока цензор не связал по ним свитер, чтобы проверить, не содержат ли они какой-либо скрытой информации.

Распространение стеганографии во время войны и тотальная шпиономания вызва­ли появление многих цензурных ограничений, которые сегодня могут вызвать лишь улыбку. Запрещалось посылать телеграммы с указанием доставить определенный сорт цветов к определенной дате, а впоследствии американским и английским правитель­ствами были запрещены вообще все международные телеграммы, касающиеся достав­ки и заказа цветов. Как обстояли дела с международной почтой в СССР, рассказывать, думаю, не надо.

Ориентирующими примерами данных методик (оставив в стороне возможности, даваемые электроникой) могут служить:

– запись наколом букв в конкретном месте некой книги или газеты (концы слов отмечаются при этом наколом между буквами);

– сообщение каких-то данных (набор товаров, оптовые цены) в определенном по­рядке;

– письмо посредством узелков, где каждая из букв кодируется размером в санти­метрах (А-1 см, Б-2 см...) или в диаметрах мизинца и отмечается отдельным узелком на нитке или на обвязывающем сверток шпагате; читают текст, наматы­вая нитку на палец;

– запись на боковой поверхности колоды карт, подобранных в конкретном поряд­ке (колода после этого тасуется);

– записи на оборотной стороне этикеток флаконов, банок или бутылок; G текст под наклеенной почтовой маркой;

– запись на внутренней поверхности спичечной коробки, которая для этого разла­мывается, а после склеивается по новой;

– запись внутри вареного яйца (берут смесь квасцов, чернил и уксуса, записывают ею то, что необходимо на скорлупе обычного яйца, которое потом выдерживают в крепком рассоле или уксусе, чтобы стравить следы с его поверхности; яйцо затем варят вкрутую, причем весь текст оказывается сверху белка под скорлупой);

– использование «испорченной» пишущей машинки, в которой некоторые буквы ставятся выше или ниже строки (учитывают здесь порядок и число этих букв, а также промежутки их появления; в коде возможен вариант азбуки Морзе); Q записи от руки нот в нотной тетради (ноты имеют здесь значение по азбуке Мор­зе или иному коду);

– записи в виде кардиограммы или же графика некого технологического процесса (здесь, при использовании азбуки Морзе, пики повыше означают, скажем, точ­ки, а те, что ниже, — тире, черточки между зубцами сообщают о разделе между буквами, разрывы линии фиксируют конец слова);

– записи лишь в вертикальных столбцах цельно заполненного кроссворда (гори­зонтальные строки при этом заполняются произвольно, само же сообщение может быть либо прямым, либо кодированным);

– записи по трафарету, при этом на лист почтовой бумаги накладывают трафарет с вырезанными в нем окошками, следуя по которым и вписывают истинное со­общение; все остальное пространство здесь тщательно заполняется «пустым» содержанием, так, впрочем, чтобы слова подлинной информации четко входили в текст ясного маскировочного послания;

– шифр «Аве Мария», в кодовом варианте которого каждому слову, а порой и фразе, ставятся в соответствие несколько слов явной религиозной тематики, так что пере­даваемое сообщение выглядит как специфический текст духовного содержания.

Развитие компьютерной технологии и средств коммуникации сделали бесполезны­ми подобные ограничения. Сегодня каждый может воспользоваться теми преимуще­ствами, которые дает стеганография как в области скрытой передачи информации, что особенно полезно в странах, где существует запрет на стойкие средства криптогра­фии, так и в области защиты авторских прав.

Сильным толчком к развитию стеганографии послужило то, что в большинстве стран на криптографию накладываются определенные ограничения: так, например, требуется передача ключей от используемых систем шифрования государству. Обяза­тельна также регистрация и лицензирование криптографических систем независимо от того, являются они аппаратными или программными средствами. Стеганография — это тот метод, который не попадает под действие указанных ограничений, являясь при этом эффективным способом сокрытия данных.

Возродилась старая идея использования микроточки, выполняемая теперь с помо­щью компьютера. Кто заподозрит, что в электронном документе, отправленном, ска­жем, через Internet, одна из точек вовсе не точка, а скрытое сообщение? А вот получа­тель документа с помощью специальных программных средств как бы увеличит компьютерную микроточку и сможет прочесть скрытую информацию.

Скрытие сообщений с помощью микроточек эффективно, если противник не знает, как именно это сделано. Поэтому разработка программного обеспечения для автоматическо­го «наклеивания» и «увеличения» микроточек выполняется по индивидуальным заказам.

В марте 2000 года 17-летняя американская школьница Вивиана Риска создала ал­горитм, который может «прятать» сообщение в генную последовательность молекулы ДНК. На конкурсе молодых ученых компании Intel Science Talent Search (этот смотр молодых талантов называют «Нобелевской премией для молодежи») она продемонст­рировала технологию внедрения компьютерных сообщений в генную последователь­ность молекулы ДНК. Пробным сообщением, шифровку которого девушка продемон­стрировала жюри конкурса, была фраза «Вторжение 6-го июля: Нормандия».

Еще одной областью использования стеганографии является защита авторского права от пиратства. На компьютерные графические изображения наносится специаль­ная метка, которая остается невидимой для глаз, но распознается специальным про­граммным обеспечением. Такое программное обеспечение уже используется в компь­ютерных версиях некоторых журналов. Данное направление стеганографии предназначено не только для обработки изображений, но и для файлов с аудио- и ви­деоинформацией и призвано обеспечить защиту интеллектуальной собственности.

За время своего существования человечество изобрело большое число способов секретного письма, многие из них были известны еще в древности. Как мы уже гово­рили, в некоторых способах тайного письма используются физические особенности носителей информации. Это очень интересная тема, однако она является предметом изучения физики и химии, и никакого отношения к теории информации не имеет. Для массового практического применения гораздо больший интерес представляют методы защиты данных, которые опираются исключительно на свойства самих данных и никак не связаны с особенностями их физического представления. Образно говоря, при ис­пользовании методов данного типа барьер между собственно сообщением и злоумыш­ленником, желающим его прочитать или исказить, возводится исключительно из са­мой информации. Речь в дальнейшем пойдет только о таких способах защиты. Мы остановимся на рассмотрении современного и сравнительно нового направления этой сферы человеческой деятельности — компьютерной стеганографии.

Дата добавления: 2014-01-07