Литвиненко А.В. Методы и средства защиты информации

Подождите немного. Документ загружается.

Сокрытие информации в звуковой среде 471

На третьем этапе осуществляется преобразование графической структуры GS в ви-

зуальную информационную среду

WS. В общем случае в качестве такой среды может

использоваться, например, любая мультимедийная или программная среда.

Четвертый этап представляет собой совокупность методов и соответствующих

процедур, с помощью которых формируется сюжет из визуальных образов с внедрен-

ными в них тайными сообщениями.

В рамках данного подхода визуальный образ состоит из графических элементов, ко-

торые идентифицируются с элементами GS. Данные элементы представляют собой по-

меченные вершины, помеченные или непомеченные ребра и другие элементы, иденти-

фицирующие компоненты из

CH. Необходимым этапом функционирования такой сте-

госистемы является формирование некоторого сюжета для фрагмента информационной

среды из отдельных графических образов.

Таким образом, вся цепочка преобразований, которая реализуется стегосистемой на

уровне отдельных этапов преобразования, может быть записана в виде:

S⇒CH⇒GS⇒WS⇒SJ, где SJ — описание сюжета, которое составляется из отдель-

ных графических образов. Следует отметить, что рассмотренный подход применим как

для преобразования изображения с целью размещения в нем скрываемого сообщения,

так и для генерирования визуального изображения по секретному сообщению.

Сокрытие информации в звуковой среде

Особое развитие нашли методы цифровой стеганографии в аудиосреде. С их помо-

щью обеспечивается пересылка больших объемов скрытых данных в звуковых сообще-

ниях, которые транслируются по телевизионной, радио или телефонной сети. Современ-

ные средства телекоммуникации позволяют передавать звуковые сигналы не только в

реальном времени, но и в цифровом формате через любую сеть

передачи данных. Из-

вестно, что слуховой аппарат человека функционирует в широком динамическом диапа-

зоне; он очень чувствителен к случайным аддитивным помехам, способен различать от-

носительную фазу, совсем нечувствителен к абсолютной фазе. Эти особенности слухо-

вого аппарата позволяют удачно использовать стеганографические методы в аудиосреде.

Стеганографические методы защиты данных в звуковой среде

Метод наименьших значащих битов применяется при цифровом представлении

аудиосигнала и пригоден для использования при любых скоростях связи. При преобра-

зовании звукового сигнала в цифровую форму всегда присутствует шум дискретизации,

который не вносит существенных искажений. “Шумовым” битам соответствуют млад-

шие биты цифрового представления сигнала, которые можно заменить скрываемыми

данными. Например, если звуковой

сигнал представлен в 16-битовом виде, то изменение

четырех младших битов не приведет к заметным на слух искажениям. В качестве сте-

гоключа обычно используется указатель местоположения битов, в которых содержатся

скрываемые данные.

472 Глава 20. Стеганография

Методы широкополосного кодирования используют те же принципы, что методы

сокрытия данных в изображениях. Их суть заключается в незначительной одновремен-

ной модификации целого ряда определенных битов контейнера при сокрытии одного

бита информации. Существует несколько разновидностей метода. В наиболее распро-

страненном варианте исходный сигнал модулируется высокоскоростной псевдослучай-

ной последовательностью

w(t), которая определена на области значений {-1, 1}. Вслед-

ствие этого для передачи результата необходима большая (иногда более чем в 100 раз)

полоса пропускания. Обычно последовательности

w(t) выбирают ортогональными к

сигналу контейнера. Результирующий стегосигнал

s(t) представляет собой суммарный

сигнал контейнера

c(t) и скрываемых данных d(t):

s(t) = v(t) + α×d(t)×w(t),

где коэффициент затухания α предназначен для выбора оптимального уровня шума, ко-

торый вносится вставляемыми данными.

Для извлечения скрытых данных

d(t) на принимающей стороне необходимо иметь

туже самую псевдослучайную импульсную последовательностью

w(t), обеспечив при

этом ее синхронизацию со стегосигналом:

s(t)×w(t) = v(t)×w(t) + α×d(t). В связи с

этим данную псевдослучайную битовую последовательность обычно используют в каче-

стве стегоключа.

Метод сокрытия в эхо-сигнале. Скрывать данные можно также путем внедрения

эха в звуковой сигнал. Известно, что при небольших временных сдвигах эхо-сигнал

практически неразличим на слух. Поэтому, если ввести определенные временные за-

держки (например,

для единичного бита данных и Δ

— для нулевого), величина ко-

торых не превышает порог обнаруживаемости, то, разбивая исходный звуковой сигнал

v(t) на сегменты, в каждый из них можно ввести соответствующий эхо-сигнал, в зави-

симости от скрываемого бита:

c(t) = v(t) + αv(t – Δ).

В базовой схеме предусмотрено сокрытие в аудиосигнале одного бита, но сигнал

можно разбить случайным образом на

l отрезков и в каждый их них вставить по биту.

Для выделения эхо-сигнала и восстановления скрытых данных применяется автокорре-

ляционный анализ. В качестве стегоключа здесь обычно используются значения величин

и Δ

с учетом выбранных границ для отрезков.

Фазовые методы сокрытия применяются как для аналогового, так и для цифрового

сигнала. Они используют тот факт, что плавное изменение фазы на слух определить

нельзя. В таких методах защищаемые данные кодируются либо определенным значени-

ем фазы, либо изменением фаз в спектре. Если разбить звуковой сигнал

на сегменты, то

данные обычно скрывают только в первом сегменте при соблюдении двух условий:

• сохранность относительных фаз между последовательными сегментами;

• результирующий фазовый спектр стегосигнала должен быть гладким, поскольку рез-

кие скачки фазы являются демаскирующим фактором.

Сокрытие информации в звуковой среде 473

Рассмотрим сокрытие данных путем сдвига фазы. Сигнал контейнера с разбивается

на

N коротких сегментов c

(n) длиной l(m), и с помощью БПФ строиться матрица фаз

(k) и амплитудный спектр A

(k):

(k) = arctan

Im[F{c

}(k)]

Re[F{c

}(k)]

и A

(k) = Re[F{c

}(k)]

Im[F{c

}(k)]

В связи с тем, что фазовые сдвиги между двумя соседними сегментами могут быть

легко обнаружены, в стегосигнале должны быть сохранены разности фаз. Поэтому сек-

ретное сообщение встраивается только в фазу первого сегмента:

—

(k) =

⎩

⎨

⎧

π/2, если m

= 0

–π/2, если m

= 1

Кроме того, создается новая матрица фаз:

—

(k) =

—

(k) + [

—

(k) –

—

(k) ]

. . .

—

(k) =

—

N–1

(k) + [

—

(k) –

—

N–1

(k) ]

После этого с помощью ОБПФ создается стегосигнал с использованием новой мат-

рицы фаз и амплитудного спектра

(k). Таким образом, с изменением начальной фазы

(k) фазы всех последующих сегментов будут изменены на соответствующую величи-

ну. При извлечении скрытого значения получатель секретной информации, зная длину

последовательности

с(m), сможет вычислить БПФ и обнаружить фазы ϕ

(k).

Музыкальные стегосистемы

Музыкальная форма звуковой среды занимает большую часть информационного про-

странства Internet. Помимо этого она широко используется в радиосетях общего назна-

чения и распространяется на электронных носителях информации, которые, в связи с

развитием компьютерной техники, получили широкое распространение. В связи с этим

использование музыкальной среды для сокрытия информационных сообщений пред-

ставляется достаточно

перспективным. Для сокрытия данных помимо методов, описан-

ных выше, можно применять методы, основанные на модификации тех параметров му-

зыкальной среды, которые в теории музыки можно описать качественно. Музыкальная

среда имеет свое текстовое отображение в виде нот и других знаков, которые позволяют

достаточно адекватно отображать музыкальное произведение и его внутреннюю струк-

туру такими элементами, как ноты, гаммы, периоды, такты, каденции, аккорды, мотивы,

модуляции, тональности, различные виды развития, секвенции и пр. Построения музы-

кальных фрагментов подчиняются синтаксическим правилам, которые можно описать,

что позволяет строить логические взаимоотношения и, соответственно, описание струк-

тур музыкальных произведений.

Музыкальные стегосистемы обеспечивают сокрытие информации в музыкальной

среде по аналогии

с импровизацией музыкальных произведений. По существу импрови-

зация представляет собой такое изменение музыкального произведения или его фраг-

474 Глава 20. Стеганография

ментов, которое сохраняет основные темы первоначального произведения в виде мело-

дий, но при этом расширяет образ музыкальной темы другими, дополняющими основ-

ной образ чертами, которых не было в основном музыкальном произведении. Основное

отличие музыкальной стеганографии от импровизации состоит в том, что целью являет-

ся не расширение образов базового музыкального произведения, а

внесение изменений,

которые сохраняют мелодию основного произведения, соответствуют всем правилам

построения данного произведения и при этом кодируют скрываемое сообщение, не ис-

кажая главной темы произведения.

Фрагмент музыкального произведения может быть описан в виде некоторой логической

структуры. Аналогом слова текстового предложения в музыкальном произведении будет

один такт мелодии, а аналогом предложения

в музыке будем считать фрагменты, разде-

ляемые цензурами. Как правило, музыкальное произведение состоит из ряда фраз, кото-

рые состоят из тактов. Пусть имеется фрагмент мелодии, который представляет слово

текста в виде соотношения

β(i, j) + … + β(i + k, j + r) = x

(t), а также фрагмент мело-

дии, записанный в виде соотношения

α (η, ξ) + … + α (η + e, ξ + q) = x

(m). Внедре-

ние текста в музыкальное произведение осуществляется отдельными предложениями,

каждое из которых может сопоставляться с отдельной мелодией.

На первом этапе работы стегосистемы анализируется количество мелодий (количест-

во ее модификаций) в рамках музыкального произведения в сопоставлении с количест-

вом предложений сообщения. На втором этапе осуществляется анализ допустимости

расширения некоторого предложения музыкального

произведения предложениями тек-

ста сообщения. Этот анализ проводится на основе исследования логических формул тек-

ста предложения

L(t) и музыкального предложения L(m). На следующем этапе, в слу-

чае выбора соответствующей пары

L(m) и L(t), осуществляется анализ преемственно-

сти фраз мелодий, отдельных слов текста и слов мелодии, что соответствует

согласованию пар на уровне описания

(t) и x

(m). После положительного решения за-

дач перечисленных уровней формируется нотное отображение расширенного музыкаль-

ного произведения с внедренным в него скрываемым сообщением. На основании нотно-

го отображения расширения осуществляется его музыкальная реализация с помощью

современных компьютерных систем, представляющих собой программно-аппаратные

синтезаторы звука.

Дальнейшая звуковая обработка музыкальных записей, обработанных стегосистемой,

не обязательна.

Поскольку основная область применения музыкальных стегосистем — это

среда Internet, в которой музыкальные записи размещаются в цифровом формате на Web-

страницах, то достаточно, чтобы расширенное музыкальное произведение воспринималось

посторонними лицами не как шум, а как некоторая музыка, которая обладает мелодией

или совокупностью мелодий, допускающих ту или иную тематическую интерпретацию.

Литература

Методы и средства защиты информации

1. Андрианов В.И., Бородин В.А., Соколов А.В. “Шпионские штучки” и устройства

для защиты объектов и информации. Справочное пособие. — С.-Пб.: Лань, 1996. — 272

с.

2. Анин Б.Ю., Петрович А.И. Радиошпионаж. — М.: Международные отношения,

1996. — 448 с. Предпринимательство и безопасность/Под ред. д.ю.н. Ю.Б. Долгополова.

В 2-х кн. —

М.: Издательство “Универсум”, 1991.

3. Барабаш А.В., Шанкин г.п. История криптографии. Ч.l. — М.: Гелиос АРВ, 2002.

— 240 с.

4. Батурин Ю.М., Жодзишский Н.М. Компьютерная преступность и компьютерная

безопасность. — М.: Юрид. лит., 1991. — 160 с.

5. Безопасность связи в каналах телекоммуникаций. — М.: 1992, — 124 с.

6. Бендат Дж., Тирсол А. Прикладной анализ случайных данных: Пер. с

англ. — М.:

Мир, 1989. — 540 с.

7. Бизнес и безопасность. 1996–2003 гг., №№ 1–6.

8. Болдырев А.И., Василевский И.В., Сталенков С.Е. Методические рекомендации по

поиску и нейтрализации средств негласного съема информации. Практическое пособие.

— М.: НЕЛК, 2001. — 138 с.

9. Вартанесян В.А. Радиоэлектронная разведка. — М.: Воениздат, 1975. — 255 с.

10. Введение в криптографию/Под общей ред. В.

В. Ященко. — С-Пб.: Питер, 2001.

— 288 с.

11. Вербицький О.В. Вступ до криптології. — Львів: Видавництво науково-технічної

літератури, 1998. — 248 с.

12. Вєртузаев М.С., Юрченко О.М. Захист інформації в комп'ютерних системах від

несанкціонованого доступу: Навч. посiбник/За ред. С.Г. Лаптєва. — К.: Видавництво

Європейського університету, 2001. — 201 с.

13. Всемирная история шпионажа

/Авт.-сост. М.И. Ушаков. — М.: Олимп; ООО

“Фирма «Издательство АСТ»”, 2000. — 496 с.

14. Гавриш В.А. Практическое пособие по защите коммерческой тайны. — Симферо-

поль: Таврида, 1994. — 112 с.

15. Герасименко В.А. Защита информации в автоматизированных системах обработ-

ки данных. В 2-х кн. — М.: Энергоатомиздат, 1994.

16. Герасименко В.А., Малюк А.А. Основы

защиты информации. — М.: МГИФИ,

1997. — 538 с.

17. Грушо А.А., Тимонина Е.Е. Теоретические основы защиты информации. — М.:

Яхтсмен, 1996. — 67 с.

18. Гурвич И.С. Защита ЭВМ от внешних помех. — М.: Энергия, 1975. — 158 с.

19. Домарев В.В. Безопасность информационных технологий. Методология создания

систем защиты. — К.: ООО “ДС”, 2001. — 688 с.

476 Глава 20. Литература

20. Домарев В.В. Защита информации и безопасность компыотерных систем. — К.:

Издательство ДиаСофт, 1999. — 480 с.

21. Дориченко С.А., Ященко В.В. 25 этюдов о шифрах. — М.: ТЕИС, 1994. — 69 с.

22. Жельников В. Криптография от папируса до компьютера. — М.: ABF, 1996. —

336 с.

23. Зарубежная радиоэлектроника. Специальный выпуск. 1989, N2 12.

24. Захист інформації. 1999–2003 гг., №№ 1–4.

25. Защита информации “Конфидент”. 1995–2003 гг., №№ 1–6.

26. Защита программного обеспечения. Пер. с англ./Д. Гроувер, Р. Сатер, Дж. Фипс и

др.; Под ред. Д. Гроувера. — М.: Мир, 1992. — 285 с.

27. Зегжда Д.П., Ивашко А.М. Основы безопасности информационных систем. — М.:

Горячая линия — Телеком, 2000. — 452 с.

28. Зегэнда Д.П. и др. Защита информации в компьютерных системах/Под ред. проф.

Э.М. Шмакова. — С.- Пб.: СПб ГТУ, 1992. — 100 с.

29. Изделие “УИП-88”. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. СШКИ

468 222.001 ТО. Барсуков В.С., Дворянкин С.В., Шеремет А.И. Серия “Технолоrия элек-

тронных коммуникаций”. Том 20.

30. Каторин Ю.Ф., Куренков Е.В., Лысов А.В., Остапенко А.Н. Большая энциклопе-

дия

промышленного шпионажа. — С.-Пб.: ООО “Издательство Полигон”, 2000. — 896 с.

31. Князев А.Д. Элементы теории и практики обеспечения электромагнитной со-

вместимости радиоэлектронных средств. — М.: Радио и связь, 1984. — 336 с.

32. Коржик В.И., Кушнир Д.В. Теоретические основы информационной безопасности те-

лекоммуникационных систем. — С.-Пб.: СПбГУТ, 2000. — 134 с.

33. Куликов Е.И., Трифонов АЛ. Оценка

параметров сигналов на фоне помех. — М.:

Сов. радио, 1978. — 296 с.

34. Лагутин В.С. Петряков А.В. Утечка и защита информации в телефонных каналах.

— М.: Энерrоатомиздат, 1996. — 304 с.

35. Ли У. Техника подвижных систем связи: Пер. с англ. — М.: Радио и связь, 1985.

— 392 с.

36. Мельников В.В. Защита информации в компьютерных системах. —

М.: Финансы

и статистика; Электронинформ, 1997. — 368 с.

37. Михайлов А.С. Измерение параметров ЭМС РЭС. — М.: Связь, 1980. — 216 с.

38. Омельченко В.А. Распознавание сигналов по спектру в условиях априорной не-

одиородиости. Харьков: Издательство Харьковского университета, 1979. — 100 с.

39. Организация и coвpeмeнные методы защиты информации/Под общ. ред. С.А.

Диева, A.Г. Шаваева. —

М.: Коцерн “Банковский Деловой Центр”, 1998. — 472 с.

40. Петраков А.В. Основы практической защиты информации. — М.: Радио и связь,

1999. — 368 с.

41. Петряков А.В., Лагутин В.С. Защита абонентского телетрафика. — М.: Радио и

связь, 2001. — 504 с.

42. Полмар Н., Аллен Т.Б. Энциклопедия шпионажа/Пер. сангл. В. Смирнова. — М.:

КРОН-ПРЕСС, 1999. — 816 с.

Методы и средства защиты информации 477

43. Помехозащищенность радиосистем со сложными сигналами/Г.И. Тузов, В.А. Си-

вов, В.И. Прытков и др. Под ред. Г.И. Тузова. — М.: Радио и связь, 1985. — 264 с.

44. Расторгуев С.П., Дмитриевский Н.Н. Искусство защиты и “раздевания” программ.

— М.: Совмаркет, 1991. — 60 с.

45. Романец Ю.В., Тимофеев П.А., Шаньгин В

.Ф. Защита информации в компьютер-

ных системах и сетях/Под ред. В.Ф. Шаньгина; 2-е изд., перераб. и доп. — М.: Радио и

связь, 2001. — 376 с.

46. Росоловський В.М., Анкудович Г.Г., Катерноза К.О., Шевченко М.Ю. Основи

інформаційної безпеки автоматизованої інформаційної системи державної податкової

служби України: Навч. посiбник/За

ред. М.Я. Азарова. — Ірпінь: Академія ДПС Ук-

раїни, 2003. — 466 с.

47. Соловьев Э.Я. Коммерческая тайна и ее защита. — М.: ИВФ Антал, 1996. — 64 с.

48. Спесивцев А.В., Вегнер В.А., Крутяков А.Ю., Серегин В.В., Сидоров В.А. За-

щита информации в персональных ЭВМ. — М.: Радио и связь, 1992. —190 с.

49. Специальная

техника. 1998–2003 гг., №№ 1–6.

50. Стенг Д., Мун С. Секреты безопасности сетей/Пер. с англ. под ред. А.А. Чекатко-

ва. — К.: Диалектика, 1995. — 544 с.

51. Сунь-Цзы. Трактат о военном искусстве/Сунь-Цзы, У-Цзы; Пер. с кит., предисл. и

коммент. Н.И. Конрада. — М.: ООО “Издательство АСТ”; С.-Пб.: Terra Fantastica, 2002.

— 558 с.

52.

Теория и методы оценки электромагнитной совместимости радиоэлектронных

средств/Ю.Я. Феоктистов, В.В. Матасов, Л.И. Башурин, В.И. Селезнев; Под ред. Ю.А.

Феоктистова. — М.: Радио и связь, 1998. – 216 С.

53. Теплов Н.Л. Теория передачи сигналов по электрическим каналам связи. — М.:

Воениздат, 1976. — 420 с.

54. Хант Ч., Зартарьян В. Разведка на службе

вашего предприятия. — К.: Укрзакор-

донвизасервис, 1992. — 158 с.

55. Харкевич А.А. Борьба с помехами. — М.: Наука, 1965. — 274 с.

56. Хорев А.А. Защита информации от утечки по техническим каналам. Ч.1. Техни-

ческие каналы утечки информации. Учебное пособие. — М.: Гостехкомиссия России,

1998. — 320 с.

57. Хорев А.А. Способы и средства защиты информации. — М.: МО РФ, 2000. — 316

с.

58. Хорошко В.А., Шелест М.Е. Введение в компьютерную стеганографию. — К.:

НАУ, 2002. — 140 с.

59. Хорошко В.О., Азаров О.Д., Шелест М.Е., Яремчук Ю.Е. Основи комп’ютерної

стеганографії: Навч. посібник. — Вінниця: ВДТУ, 2003. — 143 с.

60. Шаповалов П.П. Практическое руководство по поиску устройств съема и переда-

чи информации. — М.:

АО “Щит”, 2000. — 52 с.

61. Щербаков А. Построение программных средств защиты от копирования. Практи-

ческие рекомендации. — М.: Издательство Эдэль, 1992. — 80 с.

478 Глава 20. Литература

62. Щербаков А. Разрушающие программные воздействия. — М.: Издательство

Эдэль, 1993. — 64 с.

63. Энциклопедия промышленного шпионажа/Ю.Ф. Каторин, Е.В. Куренков, А.В.

Лысов, А.Н. Остапенко; Под общ. ред. Е.В. Куренкова. — С.-Пб.: ООО "Издательство

Полигон", 1999. — 512 с.

64. Ярочкин В.И. Безопасность информационных систем. — М.: Ось-86, 1996. — 320

с.

65. Ярочкин В.И. Коммерческая

информация фирмы. — М.: Ось-89. — 96 с.

66. Ярочкин В.И. Технические каналы утечки информации. — М.: ИПКИР, 1994. —

112 с.