Док2.md 13 KB
Что такое стеганография?
Стеганография — это способ спрятать информацию внутри другой информации или физического объекта так, чтобы её нельзя было обнаружить.
За последние годы стеганография прошла путь от простых методов сокрытия информации до сложных алгоритмов, использующих особенности человеческого восприятия. В прошлой статье я разобрал основы стеганографии и методы атак на стегосисистемы, а сегодня расскажу о семи ключевых способах встраивания секретных данных в видеопоток.
Мы детально рассмотрим технические особенности каждого метода: от классической замены наименее значащего бита до современного алгоритма Куттера-Джордана-Боссена.
В статье я представлю математический аппарат для оценки эффективности различных методов, включая формулы расчета пропускной способности и критерии оценки стойкости к атакам. Также поговорим о том, как выбрать оптимальный метод под конкретные задачи.
Материал будет полезен разработчикам систем защиты информации, специалистам по обработке цифровых сигналов и всем, кто интересуется современными методами сокрытия данных в мультимедийном контенте. Видеофайлы особенно интересны для стеганографии из-за своей многослойной структуры. Представьте себе видео как многоэтажный дом: на каждом этаже можно спрятать секретную информацию.
В основе видео последовательность кадров — отдельных изображений, которые сменяют друг друга с определенной частотой. К ним добавляется звуковая дорожка, привязанная к временной шкале. Такая структура открывает широкие возможности для сокрытия данных: секретное сообщение можно внедрить как в отдельные кадры, так и в аудиопоток.
Особый интерес представляет работа с видеопотоком в реальном времени. В отличие от записанного видео, здесь появляется дополнительное пространство для маневра — метаданные потока.
Выбор конкретного места для встраивания информации зависит от технического метода, который мы планируем использовать. Давайте подробно рассмотрим каждый метод.
- Метод замены наименее значащего бита (LSB) Метод замены в пространственной области можно сравнить с искусством прятать послание между строк. Представьте, что каждый пиксель изображения (кадра) — это контейнер с информацией. Мы находим пиксели, которые несут минимум важных данных, и аккуратно встраиваем в них наше сообщение. Технически это выглядит как естественный шум в цифровом канале, что делает изменения практически незаметными для человеческого глаза.
Этот метод завоевал популярность благодаря двум ключевым преимуществам: простоте реализации и высокой эффективности. В один файл можно встроить до 20% от размера исходного изображения без значительных потерь качества. Особенно хорошо метод работает с форматами без сжатия, такими как BMP и GIF, где каждый пиксель хранится без компрессии.
2.Метод псевдослучайного интервала Представьте, что вы прячете секретное сообщение в огромной библиотеке: вместо того чтобы размещать страницы последовательно, вы распределяете их по разным шкафам в случайном порядке. Именно так работает метод случайного распределения в стеганографии. Система размещает биты секретного сообщения по всему изображению-контейнеру, используя специальный алгоритм псевдослучайного распределения.
Эффективность метода особенно заметна, когда размер скрываемого сообщения значительно меньше объема изображения-контейнера. При этом расстояние между встраиваемыми битами не остается постоянным — оно вычисляется на основе координат предыдущего измененного пикселя. Такой подход значительно усложняет обнаружение скрытого сообщения, поскольку закономерности его размещения неочевидны даже при тщательном анализе.
3.Метод квантования изображения Этот способ сокрытия сообщений строится на межпиксельных зависимостях, то есть основан на математическом анализе отношений между соседними пикселями изображения.
Функция{\Theta}(тета), анализирует разницу \varepsilon_i между соседними пикселями ci и c{i+1}. Функция преобразует эту разницу в дискретную величину ∆_i, что математически выражается формулой \Delta_i = \Theta(ci - c{i+1}). При таком преобразовании неизбежно возникает погрешность квантования δ_i = ∆_i - ε_i, поскольку мы переводим действительное число в целое. Однако для сильно коррелированных сигналов эта погрешность практически незаметна (δ_i ≈ 0).
Процесс сокрытия информации напоминает тонкую настройку музыкального инструмента. Мы используем специальную таблицу — стеганоключ, где каждому значению ∆_i соответствует определенный бит. При внедрении i-го бита сообщения система анализирует текущую разницу ∆_i. Если соответствующий ей бит b_i не совпадает с битом, который мы хотим скрыть, происходит корректировка: ∆_i заменяется ближайшим подходящим значением ∆_j. После этого система аккуратно подстраивает значения исходных пикселей для соответствия новой разности.
Извлечение скрытого сообщения происходит элегантно: система вычисляет разницу ∆_i между пикселями и определяет соответствующий ей бит b_i по той же таблице стеганоключа.
4.Метод Куттера-Джордана-Боссена В 1998 году группа исследователей — Мартин Куттер, Фредерик Джордан и Франк Боссен — совершила прорыв в области цифровой стеганографии. Они разработали метод, который использует особенности человеческого зрения для сокрытия информации в цифровых изображениях. В основе их подхода лежит глубокое понимание физиологии зрительного восприятия и архитектуры RGB-кодирования цветных изображений.
Исследователи обнаружили, что синий цветовой канал идеально подходит для встраивания скрытых данных. Этот выбор не случаен: человеческий глаз различает синие оттенки значительно хуже, чем красные или зеленые. Такая особенность нашего зрения, сформировавшаяся в ходе эволюции, позволяет вносить изменения в синий канал изображения без заметного влияния на его визуальное восприятие.
5.LSB-метод на аудиодорожке потокового видео У человеческого уха тоже есть свои слепые или, точнее говоря, глухие зоны. Эта особенность позволяет незаметно модифицировать звуковой сигнал: замена пикового значения амплитуды со 50 на 51 или 50,5 дБ остается незаметной для слушателя. Непрерывно меняя значение амплитуды, можно закодировать 1 бит информации. При дискретизации, например, 2 кГц (что немного по современным меркам) получится передать 2 кБ секретного сообщения за одну секунду звучания аудиофайла. Кстати, подобный прием уже используется для сжатия аудио в формате MP3.
6.Метод квантования аудиодорожки в потоковом видео Это еще один способ встраивания секретной информации в аудиофайлы. Он основан на сравнении двух аудиодорожек: эталонной, содержащей оригинальный сигнал, и модифицированной, в которой скрывается секретное сообщение.
Этот метод концептуально связан с техникой квантования, но имеет существенные технические особенности. При внедрении сообщения используются специфические значения амплитуд для определенных частот, как в таблице ниже. Частотные характеристики выступают в роли стеганографического ключа, обеспечивая дополнительный уровень защиты скрытой информации.
После извлечения информации адресат получит значение 10110100. То есть был передан байт информации при плотности сообщения 2 кГц, как рассматривалось ранее. Выходит, с помощью этого метода удается передать 1 килобайт информации за 4 секунды звучания двух дорожек одновременно.
Источники: 1) https://www.anti-malware.ru/analytics/Threats_Analysis/Steganography-Cyber-Attacks 2) https://habr.com/ru/companies/bastion/articles/882522/