Стеганография

Задача стеганографии состоит в том, чтобы злоумышленник вообще не узнал о факте передачи сообщения.

Можно разными способами скрыть факт передачи сообщения. Однако у всех таких способов есть общая черта. Сообщение, которое нужно передать, встраивается в некоторый не вызывающий подозрений объект. Затем этот объект передается получателю.

В древности люди использовали дощечки, покрытые воском. На дощечке выцарапывалась необходимая информация, затем ее покрывали воском и сверху писали что-то незначащее. Так же использовали головы рабов – рабу сбривали волосы, писали на голове и ждали, когда волосы снова отрастут. Затем раба отправляли к адресату, который сбривал ему волосы и читал послание. Такой способ общения был относительно безопасен, но требовал большого количества времени. Позже стали использовать симпатические чернила. Наверное, каждый из нас писал в детстве молоком или яблочным соком тайные послания, которые можно было прочесть, просто нагрев бумагу. Также существуют способы сокрытия информации в тексте при помощи замены одних слов на другие или внесения незначительных ошибок.

В связи с бурным развитием вычислительной техники в настоящее время все больше применяются средства компьютерной стеганографии. Теперь сообщения встраивают в цифровые сигналы, имеющие аналоговую природу, а именно в речь, изображения, видео, аудио.

Заинтересованность в стеганографии объясняется несколькими факторами: во-первых, в ряде стран мира существуют ограничения на использование средств криптографической защиты, а во-вторых, появилась проблема защиты прав собственности на цифровую информацию. В настоящее время можно выделить три тесно связанных между собой и имеющих одни корни направления приложения стеганографии: сокрытие данных, цифровые водяные знаки и заголовки.

Сокрытие данных предъявляет определенные требования к размеру контейнера. Он должен быть в несколько раз больше размера внедряемых данных. Следовательно, возникают сложности с выбором контейнера, ведь в большинстве случаев объем встраиваемого сообщения большой. Цифровые водяные знаки применяются для защиты авторских прав на цифровые изображения, фотографии или другие оцифрованные произведения искусства. Основные требования - надежность и устойчивость к искажениям.

Для встраивания цифровые водяные знаки используются более сложные методы, чем для встраивания заголовков или просто сообщений, несмотря на небольшой объем встраиваемой информации.

Третье приложение – заголовки. Оно в основном используется для маркировки изображений в больших электронных хранилищах цифровых изображений, аудио- и видеофайлов.

Стеганографические методы в этом случае используются для встраивания идентифицирующего заголовка и иных индивидуальных признаков файла. Внедряемые заголовки имеют небольшой объем, а предъявляемые к ним требования минимальны: заголовки должны вносить незначительные искажения и быть устойчивы к основным преобразованиям.

Кодирование

Кодирование информации – это процесс формирования определенного представления информации. В более узком смысле под термином «кодирование» часто понимают переход от одной формы представления информации к другой, более удобной для хранения, передачи или обработки.

Содержанием процесса кодирование информации является замена исходного смысла сообщения кодами. В качестве кодов могут использоваться сочетания букв, цифр, знаков. При кодировании и обратном преобразовании используются специальные таблицы или словари. В информационных сетях кодирование исходного сообщения программно-аппаратными средствами применяется для повышения достоверности передаваемой информации.

Для примера возьмем кодирование информации для компьютера. Далее будут описываться различные элементы и их кодирование в двоичный код.

Кодирование чисел

Используя n бит, можно записывать двоичные коды чисел от 0 до 2ⁿ-1, всего 2ⁿ чисел.

Кодирование положительных чисел: Для записи положительных чисел в байте заданное число слева дополняют нулями до восьми цифр. Эти нули называют незначимыми.

Кодирование отрицательных чисел: Наибольшее положительное число, которое можно записать в байт, - это 127, поэтому для записи отрицательных чисел используют числа с 128-го по 255-е. В этом случае, чтобы записать отрицательное число, к нему добавляют 256, и полученное число записывают в ячейку.

Кодирование текста

Соответствие между набором букв и числами называется кодировкой символа. Как правило, код символа хранится в одном байте, поэтому коды символов могут принимать значение от 0 до 255. Такие кодировки называют однобайтными. Они позволяют использовать 256 символов. Таблица кодов символов называется ASCII. Таблица ASCII-кодов состоит из двух частей:

Коды от 0 до 127 одинаковы для всех IBM-PC совместимых компьютеров и содержат:

1. коды управляющих символов;

2. коды цифр, арифметических операций, знаков препинания;

3. некоторые специальные символы;

4. коды больших и маленьких латинских букв.

Вторая часть таблицы (коды от 128 до 255) бывает различной в различных компьютерах. Она содержит:

1. коды букв национального алфавита;

2. коды некоторых математических символов;

3. коды символов псевдографики.

Кодирование цветовой информации

Одним байтом можно закодировать 256 различных цветов. Это достаточно для рисованных изображений типа мультфильмов, но недостаточно для полноцветных изображений живой природы. Если для кодирования цвета использовать 2 байта, можно закодировать уже 65536 цветов. А если 3 байта – 16,5 млн. различных цветов. Такой режим позволяет хранить, обрабатывать и передавать изображения, не уступающие по качеству наблюдаемым в живой природе.

Из курса физики известно, что любой цвет можно представить в виде комбинации трех основных цветов: красного, зеленого, синего. Если кодировать цвет точки с помощью 3 байтов, то первый байт выделяется красной составляющей, второй – зеленой, третий – синей. Чем больше значение байта цветовой составляющей, тем ярче этот цвет.

Белый цвет – у точки есть все цветовые составляющие, и они имеют полную яркость. Поэтому белый цвет кодируется так: 255 255 255. (11111111 11111111 11111111)

Черный цвет – отсутствие всех прочих цветов: 0 0 0. (00000000 00000000 00000000)

Серый цвет – промежуточный между черным и белым. В нем есть все цветовые составляющие, но они одинаковы и нейтрализуют друг друга.

Кодирование графической информации

Рисунок разбивают на точки. Чем больше будет точек, и чем мельче они будут, тем точнее будет передача рисунка. Затем, двигаясь по строкам слева направо начиная с верхнего левого угла, последовательно кодируют цвет каждой точки. Для черно-белой картинки достаточно 1 байта для точки, для цветной – до 3-х байт для одной точки.

СЖАТИЕ

Сжатие данных — алгоритмическое преобразование данных, производимое с целью уменьшения занимаемого ими объёма. Применяется для более рационального использования устройств хранения и передачи данных. 

Для сжатия данных используются некоторые априорные сведения о том, какого рода данные сжимаются. Не обладая такими сведениями об источнике, невозможно сделать никаких предположений о преобразовании, которое позволило бы уменьшить объём сообщения. Модель избыточности может быть статической, неизменной для всего сжимаемого сообщения, либо строиться или параметризоваться на этапе сжатия. Методы, позволяющие на основе входных данных изменять модель избыточности информации, называются адаптивными. Неадаптивными являются обычно узкоспециализированные алгоритмы, применяемые для работы с данными, обладающими хорошо определёнными и неизменными характеристиками. Подавляющая часть достаточно универсальных алгоритмов являются в той или иной мере адаптивными.

Все методы сжатия данных делятся на два основных класса:

• Сжатие без потерь

• Сжатие с потерями

При использовании сжатия без потерь возможно полное восстановление исходных данных, сжатие с потерями позволяет восстановить данные с искажениями, обычно несущественными с точки зрения дальнейшего использования восстановленных данных. Сжатие без потерь обычно используется для передачи и хранения текстовых данных, компьютерных программ, реже — для сокращения объёма аудио- и видеоданных, цифровых фотографий и т. п., в случаях, когда искажения недопустимы или нежелательны. Сжатие с потерями, обладающее значительно большей, чем сжатие без потерь, эффективностью, обычно применяется для сокращения объёма аудио- и видеоданных и цифровых фотографий в тех случаях, когда такое сокращение является приоритетным, а полное соответствие исходных и восстановленных данных не требуется.

Сжатие данных без потерь — метод сжатия данных при использовании, которого закодированные данные однозначно могут быть восстановлены с точностью до бита. При этом оригинальные данные полностью восстанавливаются из сжатого состояния. Этот тип сжатия принципиально отличается от сжатия данных с потерями. Для каждого из типов цифровой информации, как правило, существуют свои оптимальные алгоритмы сжатия без потерь.

Сжатие данных без потерь используется во многих приложениях. Например, оно используется во всех файловых архиваторах. Оно также используется как компонент в сжатии с потерями.

Сжатие данных с потерями — метод сжатия данных, при использовании которого распакованные данные отличаются от исходных, но степень отличия не существенна с точки зрения их дальнейшего использования. Этот тип компрессии часто применяется для сжатия аудио- и видеоданных, статических изображений, в Интернете и цифровой телефонии.

ВЫВОД

В заключении можно сказать что более эффективными методами защиты информации являются методы шифрования и стеганографии. Методы кодирования и сжатия можно с натяжками отнести к методам защиты информации. Они скорее служат для удобства использования, передачи и хранения информации нежели для конфиденциальности.

Также хочется упомянуть что некоторые методы, рассмотренные в реферате, могут применяться одновременно. Например, можно зашифровать текст и срыть факт передачи информации.

Стоит отметить еще то что одни из методов шифрования запрещены в некоторых странах и имеет смысл использовать стенографию нежели шифрование. Так как метод стеганографии может оказаться эффективнее метода шифрования.