- •Методы и средства защиты информации
- •Российская разведка
- •Радиоразведка во время Второй мировой войны
- •Разведка конца ХХ века
- •Советские спецслужбы
- •КГБ СССР
- •ГРУ ГШ ВС СССР
- •Спецслужбы США
- •РУМО (DIA)
- •НУВКР (NRO)
- •НАГК (NIMA)
- •Спецслужбы Израиля
- •Моссад
- •Аман
- •Спецслужбы Великобритании
- •MI5 (Security Service)
- •ЦПС (GCHQ)
- •Спецслужбы ФРГ
- •Спецслужбы Франции
- •ДГСЕ (DGSE)
- •Роль средств технической разведки в XXI веке
- •Сигнал и его описание
- •Сигналы с помехами
- •Излучатели электромагнитных колебаний
- •Низкочастотные излучатели
- •Высокочастотные излучатели
- •Оптические излучатели
- •Образование радиоканалов утечки информации
- •Оценка электромагнитных полей
- •Аналитическое представление электромагнитной обстановки
- •Обнаружение сигналов в условиях воздействия непреднамеренных помех
- •Оценка параметров сигналов в условиях воздействия непреднамеренных помех
- •Физическая природа, среда распространения и способ перехвата
- •Заходовые методы
- •Перехват акустической информации с помощью радиопередающих средств
- •Перехват акустической информации с помощью ИК передатчиков
- •Закладки, использующие в качестве канала передачи акустической информации сеть 220 В и телефонные линии
- •Диктофоны
- •Проводные микрофоны
- •“Телефонное ухо”
- •Беззаходовые методы
- •Аппаратура, использующая микрофонный эффект телефонных аппаратов
- •Аппаратура ВЧ навязывания
- •Стетоскопы
- •Лазерные стетоскопы
- •Направленные акустические микрофоны (НАМ)
- •Физические преобразователи
- •Характеристики физических преобразователей
- •Виды акустоэлектрических преобразователей
- •Индуктивные преобразователи
- •Микрофонный эффект электромеханического звонка телефонного аппарата
- •Микрофонный эффект громкоговорителей
- •Микрофонный эффект вторичных электрочасов
- •Паразитные связи и наводки
- •Паразитные емкостные связи
- •Паразитные индуктивные связи
- •Паразитные электромагнитные связи
- •Паразитные электромеханические связи
- •Паразитные обратные связи через источники питания
- •Утечка информации по цепям заземления
- •Радиационные и химические методы получения информации
- •Классификация каналов и линий связи
- •Взаимные влияния в линиях связи
- •Виды и природа каналов утечки информации при эксплуатации ЭВМ
- •Анализ возможности утечки информации через ПЭМИ
- •Способы обеспечения ЗИ от утечки через ПЭМИ
- •Механизм возникновения ПЭМИ средств цифровой электронной техники
- •Техническая реализация устройств маскировки
- •Устройство обнаружения радиомикрофонов
- •Обнаружение записывающих устройств (диктофонов)
- •Физические принципы
- •Спектральный анализ
- •Распознавание событий
- •Многоканальная фильтрация
- •Оценка уровня ПЭМИ
- •Метод оценочных расчетов
- •Метод принудительной активизации
- •Метод эквивалентного приемника
- •Методы измерения уровня ПЭМИ
- •Ближняя зона
- •Дальняя зона
- •Промежуточная зона
- •Средства проникновения
- •Устройства прослушивания помещений
- •Радиозакладки
- •Устройства для прослушивания телефонных линий
- •Методы и средства подключения
- •Методы и средства удаленного получения информации
- •Дистанционный направленный микрофон
- •Системы скрытого видеонаблюдения
- •Акустический контроль помещений через средства телефонной связи
- •Перехват электромагнитных излучений
- •Классификация
- •Локальный доступ
- •Удаленный доступ
- •Сбор информации
- •Сканирование
- •Идентификация доступных ресурсов
- •Получение доступа
- •Расширение полномочий
- •Исследование системы и внедрение
- •Сокрытие следов
- •Создание тайных каналов
- •Блокирование
- •Помехи
- •Намеренное силовое воздействие по сетям питания
- •Технические средства для НСВ по сети питания
- •Вирусные методы разрушения информации
- •Разрушающие программные средства
- •Негативное воздействие закладки на программу
- •Сохранение фрагментов информации
- •Перехват вывода на экран
- •Перехват ввода с клавиатуры
- •Перехват и обработка файловых операций
- •Разрушение программы защиты и схем контроля
- •Показатели оценки информации как ресурса
- •Классификация методов и средств ЗИ
- •Семантические схемы
- •Некоторые подходы к решению проблемы ЗИ
- •Общая схема проведения работ по ЗИ
- •Классификация технических средств защиты
- •Технические средства защиты территории и объектов
- •Акустические средства защиты
- •Особенности защиты от радиозакладок
- •Защита от встроенных и узконаправленных микрофонов
- •Защита линий связи
- •Методы и средства защиты телефонных линий
- •Пассивная защита
- •Приборы для постановки активной заградительной помехи
- •Методы контроля проводных линий
- •Защита факсимильных и телефонных аппаратов, концентраторов
- •Экранирование помещений
- •Защита от намеренного силового воздействия
- •Защита от НСВ по цепям питания
- •Защита от НСВ по коммуникационным каналам
- •Основные принципы построения систем защиты информации в АС
- •Программные средства защиты информации
- •Программы внешней защиты
- •Программы внутренней защиты
- •Простое опознавание пользователя
- •Усложненная процедура опознавания
- •Методы особого надежного опознавания
- •Методы опознавания АС и ее элементов пользователем
- •Проблемы регулирования использования ресурсов
- •Программы защиты программ
- •Защита от копирования
- •Программы ядра системы безопасности
- •Программы контроля
- •Основные понятия
- •Немного истории
- •Классификация криптографических методов
- •Требования к криптографическим методам защиты информации
- •Математика разделения секрета
- •Разделение секрета для произвольных структур доступа
- •Определение 18.1
- •Линейное разделение секрета
- •Идеальное разделение секрета и матроиды
- •Определение 18.3
- •Секретность и имитостойкость
- •Проблема секретности
- •Проблема имитостойкости
- •Безусловная и теоретическая стойкость
- •Анализ основных криптографических методов ЗИ
- •Шифрование методом подстановки (замены)
- •Шифрование методом перестановки
- •Шифрование простой перестановкой
- •Усложненный метод перестановки по таблицам
- •Усложненный метод перестановок по маршрутам
- •Шифрование с помощью аналитических преобразований
- •Шифрование методом гаммирования
- •Комбинированные методы шифрования
- •Кодирование
- •Шифрование с открытым ключом
- •Цифровая подпись
- •Криптографическая система RSA
- •Необходимые сведения из элементарной теории чисел
- •Алгоритм RSA
- •Цифровая (электронная) подпись на основе криптосистемы RSA
- •Стандарт шифрования данных DES
- •Принцип работы блочного шифра
- •Процедура формирования подключей
- •Механизм действия S-блоков
- •Другие режимы использования алгоритма шифрования DES
- •Стандарт криптографического преобразования данных ГОСТ 28147-89
- •Аналоговые скремблеры
- •Аналоговое скремблирование
- •Цифровое скремблирование
- •Критерии оценки систем закрытия речи
- •Классификация стеганографических методов
- •Классификация стегосистем
- •Безключевые стегосистемы
- •Определение 20.1
- •Стегосистемы с секретным ключом
- •Определение 20.2
- •Стегосистемы с открытым ключом
- •Определение 20.3
- •Смешанные стегосистемы
- •Классификация методов сокрытия информации
- •Текстовые стеганографы
- •Методы искажения формата текстового документа
- •Синтаксические методы
- •Семантические методы
- •Методы генерации стеганограмм
- •Определение 20.4
- •Сокрытие данных в изображении и видео
- •Методы замены
- •Методы сокрытия в частотной области изображения
- •Широкополосные методы
- •Статистические методы
- •Методы искажения
- •Структурные методы
- •Сокрытие информации в звуковой среде
- •Стеганографические методы защиты данных в звуковой среде
- •Музыкальные стегосистемы
Сокрытие данных в изображении и видео 463
при автоматизированном мониторинге сетей телекоммуникации, но обмануть с их помощью человека-цензора все же очень сложно. В связи с этим наибольшее развитие получили стеганографические методы защиты для других информационных сред.
Сокрытие данных в изображении и видео
Развитие мультимедийных средств сопровождается большим потоком графической информации в вычислительных сетях. При генерации изображения, как правило, используются значительное количество элементарных графических примитивов, что представляет особый интерес для стеганографических методов защиты. Визуальная среда (цифровые изображения и видео) обладают большой избыточностью различной природы:
•кодовой избыточностью, возникающей при неоптимальном описании изображения;
•межпиксельной избыточностью, которая обусловлена наличием сильной корреляционной зависимостью между пикселями реального изображения;
•психовизуальной зависимостью, возникающей из-за того, что орган зрения человека не адаптирован для точного восприятия изображения пиксель за пикселем и воспринимает каждый участок с различной чувствительностью.
Информационным видеопотокам, которые состоят из последовательности отдельных кадров изображения, помимо указанных выше, присуща также избыточность, обусловленная информационной, технической, временной и функциональной (смысловой) зависимостью между кадрами.
В последнее время создано достаточное количество методов сокрытия информации в цифровых изображениях и видео, что позволило провести их систематизацию и выделить следующие группы:
•методы замены во временной (пространственной) области;
•методы сокрытия в частотной области изображения;
•широкополосные методы;
•статистические методы;
•методы искажения;
•структурные методы.
Рассмотрим некоторые особенности, которые характерны для каждой из выделенных групп стеганометодов.
Методы замены
Общий принцип данных методов заключается в замене избыточной, малозначимой части изображения битами секретного сообщения. Для извлечения сообщения необходимо знать место, где была размещена скрываемая информация.
Наиболее распространенным методом этого класса является метод замены наи-
меньшего значащего бита (НЗБ).
464 Глава 20. Стеганография
Популярность метода НЗБ обусловлена его простотой и тем, что он позволяет скрывать в относительно небольших файлах довольно большие объемы информации. Данный метод обычно работает с растровыми изображениями, которые представлены в формате без сжатия (например, GIF и BMP). Основным его недостатком является сильная чувствительность к малейшим искажениям контейнера. Для ослабления этой чувствительности часто применяют помехоустойчивое кодирование.
Суть метода НЗБ заключается в замене наименее значащих битов пикселей изображения битами секретного сообщения. В простейшем случае проводится замена НЗБ всех последовательно расположенных пикселей изображения. Однако, так как длина секретного сообщения обычно меньше количества пикселей изображения, то после его внедрения в контейнере будут присутствовать две области с различными статистическими свойствами (область, в которой незначащие биты были изменены, и область, в которой они не менялись). Это может быть легко обнаружено с помощью статистических тестов. Для создания эквивалентного изменения вероятности всего контейнера секретное сообщение обычно дополняют случайными битами так, чтобы его длина в битах была равна количеству пикселей в исходном изображении.
Другой подход, метод случайного интервала, заключается в случайном распределении битов секретного сообщения по контейнеру, в результате чего расстояние между двумя встроенными битами определяется псевдослучайно. Эта методика наиболее эффективна при использовании потоковых контейнеров (видео).
Для контейнеров произвольного доступа (изображений) может использоваться ме-
тод псевдослучайной перестановки.
Его суть заключается в том, что генератор псевдослучайных чисел производит последовательность индексов j1, ..., jl(m) и сохраняет k-й бит сообщения в пикселе с индексом jk. Однако в этом случае один индекс может появиться в последовательности более одного раза, т.е. может произойти “пересечение” — искажение уже встроенного бита. Если число битов сообщения намного меньше размера изображения, то вероятность пересечения незначительна, и поврежденные биты могут быть восстановлены с помощью корректирующих кодов. Вероятность, по крайней мере, одного пересечения оценивается как
|
l(m)[l(m) – 1] |
|
p ≈ 1 – exp – |
2l(c) |
, при условии, что l(m)<< l(c). |
При увеличении l(m) и l(c)=const данная вероятность стремится к единице. Для предотвращения пересечений необходимо сохранять все индексы использованных элементов ji и перед сокрытием нового пикселя проводить проверку его на повторяемость.
Еще один подход в реализации метода замены (метод блочного сокрытия) состоит в следующем. Исходное изображение-контейнер разбивается на l(m) непересекающихся блоков Ii произвольной конфигурации и для каждого из них вычисляется бит четности p(Ii):
p(I) = ∑НЗБ(cj) mod 2
j I
Сокрытие данных в изображении и видео 465
В каждом блоке проводится сокрытие одного секретного бита mi. Если бит четности p(Ii) блока Ii не совпадает с секретным битом mi, то происходит инвертирование одного из НЗБ блока Ii, в результате чего p(Ii) = mi. Выбор блока может производиться случайно с использованием стегоключа. Хотя этот метод обладает такой же устойчивостью к искажениям, как и все предыдущие, он имеет ряд преимуществ. Прежде всего, имеется возможность изменять значения такого пикселя в блоке, для которого статистика контейнера изменится минимально. Кроме того, влияние последствий встраивания секретных данных в контейнер можно уменьшить за счет увеличения размера блока.
Методы замены палитры. Для сокрытия данных можно также воспользоваться палитрой цветов, которая присутствует в формате изображения.
Палитра из N цветов определяется как список пар индексов (i, ci), который определяет соответствие между индексом i и его вектором цветности ci. В изображении каждому пикселю присваивается индекс в палитре. Так как цвета в палитре не всегда упорядочены, то скрываемую информацию можно кодировать последовательностью хранения цветов в палитре. Существует N! различных способов перестановки N-цветной палитры, что вполне достаточно для сокрытия небольшого сообщения. Однако методы сокрытия, в основе которых лежит порядок формирования палитры, также неустойчивы: любая атака, связанная с изменениями палитры, уничтожает секретное сообщение.
Зачастую соседние цвета в палитре не обязательно являются схожими, поэтому некоторые стеганометоды перед сокрытием данных проводят упорядочивание палитры так, что смежные цвета становятся подобными. Например, значения цвета может быть упорядочено по расстоянию d в RGB-пространстве, где d = R2 + G2 + B2. Так как орган зрения человека более чувствителен к изменениям яркости цвета, то намного лучше сортировать содержимое палитры по значениям яркости сигнала. После сортировки палитры можно изменять НЗБ индексов цвета без особого искажения изображения.
Некоторые стеганометоды предусматривают уменьшение общего количества значений цветов (до N/2) путем “размывания” изображения. При этом элементы палитры дублируются так, чтобы значения цветов для них различались незначительно. В итоге каждое значение цвета размытого изображения соответствует двум элементам палитры, которые выбираются в соответствии с битом секретного сообщения.
К методам замены можно также отнести метод квантования изображений. Данный метод основан на межпиксельной зависимости, которую можно описать некоторой функцией Q. В простейшем случае, можно рассчитать разность ei между смежными
пикселями xi и xi+1 и задать ее в качестве параметра для функции Q: i = Q(xi – xi – 1), где i — дискретная аппроксимация разности сигналов xi – xi – 1. Так как i является це-
лым числом, а реальная разность xi – xi – 1 — вещественным, то появляется ошибка квантования δi = i – ei. Для сильно коррелированных сигналов эта ошибка близка к нулю: δi ≈ 0. В данном методе сокрытие информации проводится путем корректирования раз-
ностного сигнала |
|
i. Стегоключ представляет собой таблицу, |
которая каждому возмож- |
|||||||||||
ному значению |
i ставит в соответствие определенный бит, например: |
|
|
|||||||||||
|
i |
|
–4 |
–3 |
–2 |
–1 |
0 |
1 |
2 |
|
3 |
|
4 |
|
|
|
|
0 |
1 |
0 |
1 |
1 |
1 |
0 |
|
0 |
|
1 |
|
466 Глава 20. Стеганография
Для сокрытия i-го бита сообщения вычисляется i. Если i не соответствует секретному биту, который необходимо скрыть, то его значение i заменяется ближайшим j, для которого это условие выполняется. Извлечение секретного сообщения проводится в соответствии с разностью между i и стегоключом.
Методы сокрытия в частотной области изображения
Как уже отмечалось, стеганографические методы замены неустойчивы к любым искажениям, а применение операции сжатия с потерями приводит к полному уничтожению всей секретной информации, скрытой методом НЗБ в изображении. Более устойчивыми к различным искажениям, в том числе сжатию, являются методы, которые используют для сокрытия данных не временную область, а частотную.
Существуют несколько способов представления изображения в частотной области. Например, с использованием дискретного косинусного преобразования (ДКП), быстрого преобразования Фурье или вейвлет-преобразования. Данные преобразования могут применяться как ко всему изображению, так и к некоторым его частям. При цифровой обработке изображения часто используется двумерная версия дискретного косинусного преобразования:
|
2 |
|
N–1 |
πu(2x + 1) |
πu(2y + 1) |
|
||||
|
|
C(u) C(v) ∑ ∑S(x,y)cos |
|
|||||||
S(u, v) = |
|
|
|
|
|
cos |
|
|
, |
|
|
N |
N–1 |
|
2N |
|
|
2N |
|
|
|
|
x=0y=0 |
|
||||||||
|
2 |
|
N–1 |
|
πu(2x + 1) |
|
|
πu(2y + 1) |
|
|
S(x, y) = |
N |
x=0∑ ∑C(u) C(v) S(u,v)cos |
2N |
cos |
2N |
, |
||||
|
|
N–1 |
|
|
|
|
|
|
|
y=0
где C(u)=1/ 2, если u=0 и C(u)=1 в противном случае.
Один из наиболее популярных методов сокрытия секретной информации в частотной области изображения основан на относительном изменении величин коэффициентов ДКП. Для этого изображение разбивается на блоки размером 8×8 пикселей. Каждый блок предназначен для сокрытия одного бита секретного сообщения. Процесс сокрытия начинается со случайного выбора блока bi, предназначенного для кодирования i-го бита сообщения. Для выбранного блока изображения bi проводится ДКП: Bi = D{bi}. При организации секретного канала абоненты должны предварительно договориться о конкретных двух коэффициентах ДКП, которые будут использоваться для сокрытия секретных данных. Обозначим их как (u1, v1) и (u2, v2). Эти два коэффициента должны соответствовать косинус-функциям со средними частотами, что обеспечит сохранность информации в существенных областях сигнала, которая не будет уничтожаться при JPEG-сжатии. Так как коэффициенты ДКП-средних являются подобными, то процесс сокрытия не внесет заметных изменений в изображение.
Если для блока выполняется условие Bi(u1, v1) > Bi(u2,v2), то считается, что блок кодирует значение 1, в противном случае — 0. На этапе встраивания информации выбранные коэффициенты меняют между собой значения, если их относительный размер не соответствует кодируемому биту. На шаге квантования JPEG-сжатие может воздействовать на относительные размеры коэффициентов, поэтому, прибавляя случайные зна-