Оглавление

Введение

Настоящее пособие, по существу, развивает первичные материалы раздела «Обнаружение и распознавание сигналов», посвященного стеганографическим методам сокрытия сообщений. Совместно с опубликованными в 2011 году работами студентов, посвященным конкретным исследованиям с использованием среды MathCad, эти материалы могут быть полезными для студентов, принявших решение выполнить домашнее задание по выбору. Методическое пособие, как часть учебной дисциплины по дисциплине «Обнаруженние и распознавание сигналов» в виде электронного учебного издания (ЭУИ), подготовлено на основе Государственного образовательного стандарта Российской Федерации по образованию студентов технических вузов, а также в соответствии с учебными планами МГТУ им. Н.Э. Баумана. Пособие содержит основные положения соответствующего раздела учебного курса по основным положениям и тенденциям развития стеганографии.

Новизну предлагаемого учебного издания составляют вопросы, специфика которых недостаточно освещается в известных публикациях. Темы раздела учебного курса дополнены ссылками и непосредственно приведенными методическими материалами. К числу таких материалов относятся, в частности, листинги программ в среде MathCad, результаты выполнения которых иллюстрируют отдельные теоретические положения. Учитывается еще и то, что публикации в рассматриваемой предметной области весьма разрознены и единственное отечественное издание, систематизирующее сведения по стеганографии, в практической области уже не совсем актуально. Речь идет о книге: Грибунин В.Г., Оков И.Н., Туринцев И.В. Цифровая Стеганография. М.: СОЛОН-Пресс, 2002. – 272с.

Методической особенностью публикации является то, что оно содержит ссылки на некоторые положения, содержащиеся в «Электронной энциклопедии» кафедры ИУ-8, активно используемой студентами в процессе самостоятельной работы при подготовке к практическим занятиям, выполнении домашних заданий и проектов, а также при подготовке к зачетам и экзаменам. Материалы данного издания позволяют более наглядно представить изучаемый материал, приблизить его к практическим вопросам.

Рекомендовано преподавателям, аспирантам и студентам технических факультетов и НУК МГТУ им. Н. Э. Баумана для учебного процесса и при подготовке к текущим занятиям, зачетам, экзаменам, для обсуждения на семинарских занятиях, в курсовых, дипломных и диссертационных работах, а также для самостоятельной внеаудиторной работы.

Раздел 1. Стеганография: Основные положения

УЧЕБНЫЕ ЦЕЛИ РАЗДЕЛА 1.

1) Раскрыть понятие стеганографии.

2) Определить основную терминологию.

3) Провести краткий исторический обзор.

4) Провести классификацию методов и средств стеганографии.

Тема 1. Стеганография: Принятая терминология, исторический обзор и классификация методов и средств.

Вопросы для самостоятельного изучения и обсуждения на семинаре.

1. 
   Исторически сложившиеся методы сокрытия данных.
   
2. 
   Отличие и сходство стеганографии с криптографией.
   
3. 
   Теоретические положения с учетом принятой терминологии.
   

Литература для изучения темы.

1. 
   Грибунин В.Г., Оков И.Н., Туринцев И.В. Цифровая Стеганография. М.: СОЛОН-Пресс, 2002. – 272с
   
2. 
   Rotation scale and translation invariant spread spectrum digital image watermarking. IEEE Int. Conf. on Image Processing, 1998. P. 4.
   
3. 
   Pereira S., Joseph J., Deguillaume F. Template Based recovery of Fourier-Based Watermarks Using log-polar and Log-log Maps. IEEE Int. Conf on Multimedia Computing and Systems, 1999. P. 5.
   

1.1 Историческая справка. Принятая терминология

Скрыть сообщение можно разными способами, например, зашифровать. Правда, в этом случае противник знает, что вы передаете некоторое секретное сообщение, но не может его прочитать (криптография). Во многих случаях достаточно и самого факта передачи для получения сведений о каком-то событии, особенно если рассматривать и сопоставлять все факты вместе - на этом основана разведка по материалам из открытых источников. Другой способ состоит в том, чтобы скрыть не только сообщение, но и сам факт его передачи. Такой способ скрытия данных и сообщений называется стеганографией.

Исторически стеганография предшествовала появлению криптографии. Этимология слова «стеганография» уходит в далекое прошлое. В переводе с греческого «стеганография» означает «тайнопись». Стеганография, так же как когда-то и криптография, превращается постепенно из технического искусства в отдельную область научных исследований и постепенно приобретает статус самостоятельной прикладной науки, изучающей способы и методы сокрытия секретных сообщений.

В 1996 году, на первом открытом симпозиуме в Кембридже, официально посвященном проблематике сокрытия данных, были подведены итоги терминологическим дискуссиям. Обсуждением руководил сподвижник стеганографии в Массачусетском институте технологии Росс Андерсон (Ross Anderson), известный своими научными результатами и в криптографии. Результат обсуждения был зафиксирован Биргитом Пфитцманом. С этого момента опубликованный в трудах симпозиума набор терминов можно считать устоявшимся, по крайней мере, в западной литературе.

Русская стеганографическая терминология на данный момент не имеет подобного кембриджскому документу. Учитывая, что после появления большого количества разнородных открытых материалов по криптографии в криптографическую терминологию было внесено много путаницы, и она еще долго будет испытывать трудности из-за неточного определения многих терминов, к вопросу о стеганографической терминологии следует подходить чрезвычайно деликатно.

Как видно, терминология и математические модели стеганографии во многом сходны с понятиями и моделями, знакомыми нам из криптографии, однако они имеют иную смысловую окраску. В стеганографических системах сегодня часто используются методы криптографического преобразования данных, поэтому важно верно определять смысл соответствующих терминов исходя из контекста.

Одним из таких «скользких» терминов является понятие секретной компоненты стеганографической системы — ключа, который является параметром как стеганографических, так и криптографических систем.

Однако в разных системах термин «ключ» имеет различный смысл. Поэтому в случае, когда в стеганографической системе присутствуют еще и криптографические преобразования, важно различать используемые ключи по их предназначению и способу использования.

Стеганография изучает способы сокрытия данных и сообщений. Поэтому она является одним из направлений достаточно широкой области исследований, в которой изучаются способы сокрытия данных (information hiding).

Строго говоря, стеганография изучает способы, с помощью которых производится сокрытие самого факта передачи информации. Чтобы более точно понять очертить данное направление, попробуем описать разные подходы к сокрытию информации.

Проще всего возможные способы сокрытия информации рассмотреть на примере абстрактной модели канала скрытой передачи сообщений. Пусть имеется некоторый канал связи для передачи скрываемых данных, включающий отправителя, получателя и использующий конкретный способ передачи. Способ передачи должен быть выбран с учетом имеющейся ситуации, оговорен заранее и фиксирован. Отправитель и получатель также должны договориться о едином способе представления информации в виде сообщений, так как в противном случае получатель не сможет понять ни одного полученного сообщения. Информация скрывается от третьего лица, которого будем называть противником. В зависимости от конкретного приложения противником может быть также не один человек, а группа лиц. Противник может ставить перед собой различные цели, в том числе:

1. 
   обнаружение факта передачи скрытых данных и сообщений,
   
2. 
   ознакомление со скрываемыми данными,
   
3. 
   уничтожение скрытых данных,
   
4. 
   подделка (искажение) передаваемых сообщений,
   
5. 
   навязывание ложных данных.
   

В зависимости от ситуации и возможностей противника возможны различные постановки задач и методы их решения. Перечислим некоторые возможные подходы к сокрытию передаваемой информации, упорядочив их по степени возрастания возможностей противника.

1) Попытаться скрыть сам факт передачи и, в частности,

1. 
   скрыть канал связи,
   
2. 
   скрыть отправителя,
   
3. 
   скрыть получателя,
   
4. 
   скрыть способ передачи,
   
5. 
   скрыть способ представления информации в виде сообщений.
   

2) Попытаться в открытом канале связи создать трудности для перехвата передаваемых сообщений, например, путем использования современных трудно доступных для противника технологий (микроточки, сверхскоростной способ передачи, использование скачков частоты, скремблирование и т.д.)

3) Попытаться в открытом канале связи, доступном для перехвата, спрятать скрытые данные в передаваемых открытых сообщениях так, чтобы они не могли быть обнаружены без специальных средств, например, химических, оптических и т.п.

4) Попытаться в открытом канале связи, доступном для перехвата, спрятать скрытое сообщение в протоколе, т.е. в порядке выбора и последовательности передачи открытых сообщений.

5) В открытом канале связи, доступном для перехвата и обнаружения наличия скрытых сообщений, попытаться затруднить возможность противника по обнаружению скрытых данных в передаваемых сообщениях, в частности, путем использования особенностей человеческого восприятия.

6) В открытом канале связи, доступном для перехвата и обнаружения противником наличия скрытых сообщений, попытаться затруднить возможность противника по ознакомлению с содержанием скрытых данных в передаваемых сообщениях, например, путем использования:

6. 
   кодов,
   
7. 
   шифрования сообщений.
   

7) В открытом канале связи, доступном для перехвата, обнаружения наличия и ознакомления с содержанием крытой информации, попытаться затруднить возможность противника по пониманию смысла передаваемых сообщениях путем использования таких методов, как:

8. 
   дезинформация,
   
9. 
   многозначное толкование.
   

Данный перечень, как и всякая классификация, далеко не исчерпывает всех возможных подходов к сокрытию данных. Он как бы фиксирует уровни, на которых решается задача обеспечения надежности сокрытия.