3.16. Основи стеганографії

3.16.1. Основні поняття й методи стеганографічного захисту інформації

За останні роки широкого розвитку набули методи стеганографії [3].

Стеганографія являє собою сукупність методів, що ґрунтуються на різних принципах, які забезпечують приховування самого факту існування секретної інформації в тому або іншому середовищі, а також засобів реалізації цих методів. До неї можна віднести величезну безліч секретних засобів зв'язку, таких як невидиме чорнило, мікрофотознімки, умовне розташування знаків, таємні (сховані) канали, засоби зв'язку із плаваючими частотами, голографія тощо.

У цей час розвиваються методи комп'ютерної стеганографії – самостійного наукового напрямку інформаційної безпеки, що вивчає проблеми створення компонентів прихованої інформації у відкритому інформаційному середовищі, що може бути сформована обчислювальними системами й мережами.

3.16.2. Порівняльна характеристика стеганографічного захисту інформації

У сучасній стеганографії, в цілому, можна виділити напрямки: технологічну стеганографію й інформаційну стеганографію.

До методів технологічної стеганографії належать методи, які засновані на використанні хімічних або фізичних властивостей різних матеріальних носіїв інформації.

Хімічні методи стеганографії полягають у застосуванні невидимого чорнила, за які можуть бути прийняті органічні рідини й симпатичні хімікалії.

До фізичних методів можна віднести мікрокрапки, різного виду схованки й методи камуфляжу. У цей час фізичні методи становлять інтерес в області дослідження різних носіїв інформації з метою запису на них даних, які б не виявлялися звичайними методами зчитування. Особливий інтерес є до стандартних носіїв інформації засобів обчислювальної, аудіо- й відеотехніки. Крім цього, з'явився цілий ряд нових технологій, які, базуючись на традиційній стеганографії, використовують останні досягнення мікроелектроніки (голограми, кінеграми).

До інформаційної стеганографії можна віднести методи лінгвістичної й комп'ютерної стеганографії.

Лінгвістичні методи стеганографії діляться на дві основні категорії: умовний лист і семаграми.

Другу категорію лінгвістичних методів становлять семаграми — таємні повідомлення, у яких шифропозначеннями є будь-які символи, крім букв і цифр. Ці повідомлення можуть бути передані, наприклад, у малюнку, що містить крапки й тире для читання за кодом Морзе.

3.16.3. Приховування інформації в аудіоданих

Особливий розвиток знайшли методи цифрової стеганографії в аудіосередовищі. З їхньою допомогою забезпечується пересилка великих об'ємів прихованих даних в звукових повідомленнях, які транслюються по телевізійній, радіо або телефонній мережі. Сучасні засоби телекомунікації дозволяють передавати звукові сигнали не тільки в реальному часі, але і в цифровому форматі через будь-яку мережу передачі даних. Відомо, що слуховий апарат людини функціонує в широкому динамічному діапазоні; він дуже чутливий до випадкових адитивних перешкод, здатний розрізняти відносну фазу, зовсім нечутливий до абсолютної фази. Ці особливості слухового апарату дозволяють вдало використовувати стеганографічні методи в аудіосередовищі.

Стеганографічні методи захисту даних в звуковому середовищі

Метод найменших значимих бітів застосовується при цифровому представленні аудіосигналу і придатний для використання при будь-яких швидкостях зв'язку. При перетворенні звукового сигналу в цифрову форму завжди присутній шум дискретизації, який не вносить істотних спотворень. "Шумовим" бітам відповідають молодші біти цифрового представлення сигналу, які можна замінити приховуваними даними. Наприклад, якщо звуковий сигнал представлений в 16-бітовому вигляді, то зміна чотирьох молодших бітів не призведе до помітних на слух спотворень. Як стегоключ, звичайно використовується покажчик місцеположення бітів, в яких містяться приховувані дані.

Методи широкосмугового кодування використовує ті ж принципи, що методи заховання даних в зображеннях. Їхня суть полягає в незначній одночасній модифікації цілого ряду певних бітів контейнера при захованні одного біта інформації. Існують декілька різновидів методу. В найпоширенішому варіанті початковий сигнал модулюється високошвидкісною псевдовипадковою послідовністю w(t), яка визначена на області значень {-1, 1}. Внаслідок цього для передачі результату необхідна велика (іноді більш ніж в 100 раз) смуга пропускання. Звичайно послідовності w(t) вибирають ортогональними до сигналу контейнера. Результуючий стегосигнал s(t) представляє собою сумарний сигнал контейнера c(t) і приховуваних даних d(t):

s(t) = v(t) + d(t)w(t),

де коефіцієнт загасання  призначений для вибору оптимального рівня шуму, який вноситься даними, що вставляються.

Для отримання прихованих даних d(t) на приймаючій стороні необхідно мати ту ж саму псевдовипадкову імпульсну послідовність w(t), забезпечивши при цьому її синхронізацію із стегосигналом: s(t)w(t) = v(t)w(t) + d(t). У зв'язку з цим дану псевдовипадкову бітову послідовність звичайно використовують як стегоключ.

Метод приховування в сигналі. Приховувати дані можна також в звуковий сигнал. Відомо, що при невеликих тимчасових зсувах сигнал практично непомітний на слух. Тому, якщо ввести певні тимчасові затримки (наприклад, ai для одиничного біта даних і До — для нульового), величина яких не перевищує поріг виявлення, то, розбиваючи початковий звуковий сигнал v(t) на сегменти, в кожний з них можна ввести відповідний сигнал, залежно від приховуваного біта:

c(t) = v(t) + v(t - ).

В базовій схемі передбачено заховання в аудіосигналі одного біта, але сигнал можна розбити випадковим чином на 1 відрізків і в кожний з них вставити по біту. Для виділення сигналу і відновлення прихованих даних застосовується автокореляційний аналіз. Як стегоключ, тут звичайно використовуються значення величин Л0 і А] з урахуванням вибраних меж для відрізків.

Фазові методи приховування застосовуються як для аналогового, так і для цифрового сигналу. Вони використовують той факт, що плавну зміну фази на слух визначити не можна. В таких методах дані, що захищаються, кодуються або певним значенням фази, або зміною фаз в спектрі. Якщо розбити звуковий сигнал на сегменти, то дані звичайно приховують тільки в першому сегменті при дотриманні двох умов:

• збереження відносних фаз між послідовними сегментами;

• результуючий фазовий спектр стегосигналу повинен бути гладким, оскільки різкі стрибки фази є демаскуючим чинником.

Стеганографічні методи захисту даних в звуковому середовищі показані на рис. 3.14.

Рис. 3.14. Стеганографічні методи захисту даних в звуковому середовищі