Безопасность -> Защита информации -> Скрытая передача информации

Скрытая передача и хранение конфиденциальной информации в Интернете и сотовой связи

Во многих случаях, наряду с шифрованием конфиденциальной информации, возникает потребность сделать незаметным сам факт передачи или хранения данных. Актуальность задачи напрямую связана с ростом конкурентной борьбы, промышленным шпионажем, возрастающим контролем государственных структур над электронными средствами связи, проникновением хакеров в базы данных.

Одним из наиболее эффективных способов противодействия такому вмешательству является сокрытие данных (стеганография) в массиве цифрового изображения. Изображение в этом случае будет представлять собой контейнер (носитель) для передачи или хранения секретных данных. При этом, доступ для просмотра изображения может быть отрытым и не вызывать подозрений. Для хранения данных, в этом случае, могут использоваться не только центры данных (Data Center), но и обычные HTTP серверы. Передаваемое сообщение предварительно шифруется и преобразуется в бинарную последовательность. На следующем этапе бинарная последовательность встраивается в массив данных изображения. Размерность встраиваемых данных зависит от способа встраивания, объема и яркостных характеристик изображения-контейнера.

Попытки несанкционированного преобразования изображения-контейнера приводят к потере скрытых данных. Совместное использование стенаграфического подхода и криптосистемы обеспечивает практически непреодолимый барьер взлому. Стойкость шифра к взлому определяется исключительно стойкостью (длинною) секретного ключа.

Способ битовых плоскостей

Наиболее простым способом является встраивание данных в битовые плоскости изображения. Алгоритм встраивания основывается на свойствах визуального восприятия, и выполняется таким образом, чтобы внедряемые биты оставались бы незаметными при визуальном рассмотрении цифрового изображения. Объем Q встраиваемых данных можно подсчитать по формуле: Q=P*W*H/B символов, где P - число битовых плоскостей, используемых для встраивания, W и H - ширина и высота изображения в пикселах, соответственно, В - число бит на символ. Основное преимущество способа - простота реализации. Основной недостаток этого способа обусловлен ограниченным количеством битовых плоскостей и как следствие, детерминированностью встраивания. Последнее обстоятельство можно компенсировать путем перемешивания битовых плоскостей в зависимости от значений яркости изображения-контейнера.

       
Рис. 1.              Рис. 2.

На рис. 1 и рис. 2 представлены примеры встраивания данных в битовые плоскости. В первом случае, для встраивания используется только одна плоскость нулевого разряда, а во втором - битовые плоскости четырех младших разрядов. Из сравнения изображений видно, что чем больше битовых плоскостей заминают встраиваемые данные, тем выше степень искажений, видимых глазу. Применение текстурных изображений, в качестве контейнеров, позволяет минимизировать визуальные искажения.

Использование структуры графических файлов

Второй способ основывается на использовании внутренней структуры графических форматов. Структура графического формата представляет собой некоторую иерархию функциональных и информационных сегментов (полей) цифрового изображения. Именно в эти поля и встраиваются секретные данные. Объем встраиваемых данных не связан с размерностью изображения-контейнера. Основное достоинство способа состоит в том, что в качестве контейнера могут использоваться практически любые структурированные данные, включая аудио файлы (например, mp3), формат PDF, ZIP и др. При этом, применение форматов, допускающих сжатие не приводит к потере скрытых данных. Основной недостаток второго способа обусловлен тем, что встраиваемые данные и видеоданные изображения-контейнера существуют независимо друг от друга, что может сказаться на степени защищенности.

Голографический подход

Еще один способ основан на принципах цифровой голографии. В изображение-контейнер страиваются не непосредственно секретные данные, а их голограмма. Этот способ создает условную зависимость между видеоданными контейнера и встраиваемыми секретными данными и обладает наилучшей защищенностью к взлому. Применение голографического подхода, позволяет осуществлять встраивание срытых данных в обычные фотографии на бумажной или пластиковой основе. Для обнаружения и восстановления секретных данных требуется знание параметров создания голограммы. Основной недостаток этого способа связан с ограниченным объемом встраиваемых данных.

      
Рис. 3a.              Рис. 3б.
      
Рис. 4а.              Рис. 4б.

Наиболее целесообразно применять этот способ для сокрытия небольших изображений, восстановление которых допускает некоторую потерю (подобно JPEG) качества: образцы подписей, образцы отпечатков пальцев и т.п. На рис. 3б представлен контейнер со встроенным факсимильным образцом подписи, а на рис. 3а показан результат восстановления. Аналогичный вариант для сокрытия дактилоскопического отпечатка иллюстрируется рис. 4б и рис. 4a. На рис. 3a и рис. 4a, восстановленные образцы имеют зеркальное отображение, что обусловлено появлением вещественного и мнимого изображения при восстановлении голограммы.

Автор: Михаил Смирнов