К.т.н. Чунарьова А.В., Потапенко Є.О.

Національний авіаційний університет (НАУ), Україна

СИСТЕМА СТЕГАНОГРАФІЧНОГО ЗАХИСТУ ІНФОРМАЦІЇ

Вступ. В зв’язку з бурхливим розвитком інформаційних технологій, на даний час, гостро постала проблема захисту інформації від несанкціонованого доступу. Вирішення даної проблеми відбувається по двох основних напрямках: криптографія та стеганографія. Якщо, криптографія займається приховуванням самого змісту повідомлення за рахунок використання різного роду шифрів, то основною метою стеганографії є приховування самого факту існування та передачі повідомлення.

Аналіз останніх досліджень та постановка проблеми. Незважаючи на велику кількість конференцій та публікацій термінологія в даній області є не зовсім сформованою. Так, для опису стеганосистеми, до недавнього часу використовувалась модель яка була запропонована Сіммонсом в 1983 році, і називалась «проблема ув’язнених» [1-2]. І лише у 1996 році, на першій міжнародній конференції по приховуванню інформації були узгоджені основні поняття в даній області. Тим не менш, навіть для такого поняття, як стеганографічна система не існує чіткого визначення навіть до сьогодні.

Метою даної роботи є усунення деяких розбіжностей в трактуванні поняття стеганосистеми, проведення узагальненого аналізу системи стеганографічного захисту інформації та на основі проведенного аналізу сучасних стеганосистем висунення основних вимог.

Стеганографічна система або як її ще називають стеганосистема – це сукупність засобів та методів, які використовуються з метою формування скритого каналу передачі інформації. Основною задачею створення та використання є не обмеження доступу до відкритої інформації яка передається по відкритим каналам а гарантування того, що інформація залишиться непошкодженою або не модифікованою і можливість послідуючого відновлення[3]. Тобто забезпечуються властивості інформації за рахунок використання сганографічних систем, а саме конфіденційності та цілісності. Під час побудови системи стеганографічного захисту інформації повинні бути враховані наступні вимоги[4-5]:

- стеганосистема повинна мати прийнятну обчислювальну складність реалізації враховуючи програмне та апаратне забезпечення;

- система повинна забезпечувати необхідну пропускну спроможність;

- методи, що виокристовуються в стегосистемі повинні забезпечувати цілісність та автентичність інформації користувача інформаційної системи;

- секретний ключ має зберігатися надійно;

- порушник не повинен мати ніяких технічних чи інших переваг в розпізнаванні або по крайній мірі розкриттю змісту прихованого повідомлення.

Далі більш детально розглянемо побудову та основні особливості функціонування вузлів стеганосистеми. В загальному випадку стеганографічна система може бути розглянута так, як це показано на рис. 1.

Рис. 1. Узагальнена модель стеганографічної системи

В якості однієї з найважливіших попередніх обробок повідомлення (а також і контейнера) можна назвати обчислення його узагальненого перетворення Фур'є. Це дозволяє здійснити вбудовування даних в спектральній області, що значно підвищує їх стійкість до спотворень. Слід зазначити, що для збільшення секретності вбудовування, попередня обробка досить часто виконується з використанням ключа.

Упаковка повідомлення в контейнер (з урахуванням формату даних, що представляють контейнер) виконується за допомогою стеганокодера [4]. Вкладення відбувається, наприклад, шляхом модифікації найменших значущих бітів контейнера. Взагалі, саме алгоритм внесення елементів повідомлення в контейнер визначає методи стеганографії, які в свою чергу поділяються на певні групи, наприклад, залежно від того, файл якого формату був обраний як контейнер.

У більшості стеганосистем для упаковки та вилучення повідомлень використовується ключ, який зумовлює секретний алгоритм, котрий визначає порядок внесення повідомлення в контейнер. За аналогією з криптографією, тип ключа обумовлює існування двох типів стеганосистем [4]:

• з секретним ключем - використовується один ключ, який визначається до початку обміну стеганограмою або передається захищеним каналом;

• з відкритим ключем - для упаковки і розпаковування повідомлення використовуються різні ключі, які відрізняються таким чином, що з допомогою обчислень неможливо отримати один ключ з іншого, тому один з ключів (відкритий) може вільно передаватися по незахищеному каналу.

В якості секретного алгоритму може бути використаний генератор псевдовипадкової послідовності бітів. Якісний генератор псевдовипадковою послідовності, орієнтований на використання в системах захисту інформації, повинен відповідати певним вимогам. Ось деякі з них[3,5].

- криптографічна стійкість - відсутність у порушника можливості передбачити наступний біт на основі відомих йому попередніх біт з ймовірністю від 0,5. На практиці криптографічна стійкість оцінюється статистичними методами;

- статистичні властивості - генератор псевдовипадкової послідовності за своїми статистичними властивостями не повинен істотно відрізнятися від істинно випадкової послідовності;

- період формованої послідовності;

- ефективна апаратно-програмна реалізація.

Криптографічний стійкий генератор псевдовипадкової послідовності повинен відповідати наступним вимогам:

- жоден статистичний тест не визначає в генераторі псевдовипадкової послідовності ніяких закономірностей, іншими словами, не відрізняє цю послідовність від істинно випадкової;

- при ініціалізації випадковими значеннями генератор породжує статистично незалежні псевдовипадкові послідовності.

Числа, що породжуються генератором псевдовипадкової послідовності, можуть визначати позиції модифікованих відліків у разі фіксованого контейнера або інтервали між ними у разі потокового контейнера.

Слід зазначити, що метод випадкового вибору величини інтервалу між вбудованими бітами не є достатньо ефективним з двох причин.

По-перше, приховані дані повинні бути розподілені по всьому контейнеру, тому рівномірний розподіл довжини інтервалів (від найменшого до найбільшого) може бути досягнуто лише приблизно, оскільки повинна існувати впевненість в тому, що всі повідомлення вбудовано (тобто, вмістилося в контейнер).

По-друге, довжина інтервалів між відліками шуму (у багатьох моделях сигнал-контейнер розглядається як адитивний шум) розподілена не за рівномірним, а за експоненціальним законом. Генератор псевдовипадкової послідовності з експоненціальним розподілом інтервалів складний у реалізації.

Прихована інформація заноситься відповідно до ключа в ту послідовність біт, модифікація яких не призводить до суттєвих спотворень контейнера. Ці біти утворюють так званий стеганошлях.

Стеганографічний канал - канал передачі контейнера-результату (взагалі, існування каналу як, власне кажучи, і одержувача - найбільш узагальнений випадок, оскільки заповнений контейнер може, наприклад, зберігатися у "відправника", який поставив перед собою мету обмежити неавторизований доступ до певної інформації[4]. В даному випадку відправник виступає в ролі одержувача). Під час перебування в стеганографічному каналі контейнер, що містить приховане повідомленні, може піддаватися атакам умисним або випадковим перешкодам.

У стеганодетекторі визначається наявність в контейнері (можливо вже зміненому) прихованих даних. Ця зміна може бути обумовлено впливом помилок в каналі зв'язку, операціями обробки сигналу, навмисних атак порушників. Як вже зазначалося вище, у багатьох моделях стеганосистем сигнал-контейнер розглядається як адитивний шум. Тоді завдання виявлення і виділення стеганоповідомлення є класичною для теорії зв'язку. Але такий підхід не враховує двох факторів: невипадкового характеру контейнера та вимог щодо збереження його якостей. Ці моменти не зустрічаються у відомій теорії виявлення і виділення сигналів на фоні адитивного шуму. Очевидно, що їх облік дозволить побудувати більш ефективні стеганосистеми.

Розрізняють стеганодетектори, призначені тільки для виявлення факту наявності вбудованого повідомлення, і пристрої, призначені для виділення цього повідомлення з контейнера, - стеганодекодери.

Отже, в стеганосистемі відбувається об'єднання двох типів інформації таким чином, щоб вони по-різному сприймалися принципово різними детекторами. В якості одного з детекторів виступає система виділення прихованого повідомлення, в якості іншого - людина.

Алгоритм вбудовування повідомлення в найпростішому випадку складається з двох основних етапів [3]:

1. Вбудовування в стеганокодері секретного повідомлення в контейнер-оригінал.

2. Виявлення (виділення) в стеганодетекторі (декодері) прихованого зашифрованого повідомлення з контейнера-результату.

В процесі передачі звук, зображення або будь-яка інша інформація, яка використовується як контейнер, може піддаватися різним трансформаціям (у тому числі з використанням алгоритмів з втратою даних): зміна обсягу, перетворення в інший формат тощо. Тому для збереження цілісності вбудованого повідомлення може знадобитися використання коду з виправленням помилок (завадостійке кодування).

Висновки. У даній роботі була розглянута структурна схема стеганографічної системи, аналіз основних її компонентів, та основні вимоги які ставляться до стегосистеми з метою забезпечення безпеки інформації в процесі її передачі та зберігання. Аналізуючи отримані результати залишається відкритим питання про удосконалення стеганографічної системи. Подальші дослідження у даному напрямку будуть проводитись у сфері розробки нових моделей стеганографічного захисту інформації.

Література

1. Артёхин В.В. Стеганография // Журнал “Защита информации. Конфидент”. 1996. — №4, — С.47-50.

2. Конахович Г.Ф. Компьютерная стеганография. Теория и практика / Г.Ф. Конахович, А.Ю Пузыренко –К.: МК-Пресс, 2006. – 249 с.

3. Грибунин В.Г. Цифровая стеганография / В.Г. Грибунин, И.Н. Оков, И.В. Туринцев; – M : СОЛОН-Пресс,2002. – 261 с.

4. Хорошко B.O.. Азаров О.Д., Шелест М.Є.. Ярсмчук Ю.Є. Основи комп'ютерної стеганографії : Навчальний посібник для студентів і аспірантів. — Вінниця: ВДТУ, 2003, — 143 с.

5. Грибунин В.Г. Критерии оценки надежности паролей. — М.: РУСКАРД, 2003. (http://www. ruscard.org/').