Криптографические и стеганографические методы защиты информации
Криптографические методы защиты информации: алгоритмы замены, перестановки, гаммирования. Алгоритмы, основанные на сложных математических преобразованиях. Комбинированные методы шифрования. Стеганографические методы защиты (классический и цифровой).
| Рубрика | Программирование, компьютеры и кибернетика |
| Вид | курсовая работа |
| Язык | русский |
| Дата добавления | 27.11.2014 |
| Размер файла | 106,9 K |
Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже
Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.
Размещено на http://www.allbest.ru/
СОДЕРЖАНИЕ
- Введение
- 1. Криптографические методы защиты информации
- 1.1 Алгоритмы замены(подстановки)
- 1.2 Алгоритм перестановки
- 1.3 Алгоритм гаммирования
- 1.4 Алгоритмы, основанные на сложных математических преобразованиях
- 1.5 Комбинированные методы шифрования
- 2. Стеганографические методы защиты информации
- 2.1 Методы классической стеганографии
- 2.2 Методы цифровой стеганографии
2.3 Методы компьютерной стеганографии
- Заключение
- Список использованных источников
ВВЕДЕНИЕ
То, что информация имеет ценность, люди осознали очень давно - недаром переписка сильных мира сего издавна была объектом пристального внимания их недругов и друзей. Тогда-то и возникла задача защиты этой переписки от чрезмерно любопытных глаз.
Древние пытались использовать для решения этой задачи самые разнообразные методы, и одним из них была тайнопись - умение составлять сообщения таким образом, чтобы его смысл был недоступен никому,кроме посвященных в тайну. Есть свидетельства тому, что искусство тайнописи зародилось еще в доантичные времена.
На протяжении всей своей многовековой истории, вплоть до совсем недавнего времени, это искусство служило немногим, в основном верхушке общества, не выходя за пределы резиденций глав государств, посольств и - конечно же - разведывательных миссий. И лишь несколько десятилетий назад все изменилось коренным образом - информация приобрела самостоятельную коммерческую ценность и стала широко распространенным, почти обычным товаром. Ее производят, хранят, транспортируют, продают и покупают, а значит - воруют и подделывают - и, следовательно, ее необходимо защищать.
Современное общество все в большей степени становится информационно-обусловленным, успех любого вида деятельности все сильней зависит от обладания определенными сведениями и от отсутствия их у конкурентов. И чем сильней проявляется указанный эффект, тем больше потенциальные убытки от злоупотреблений в информационной сфере, и тем больше потребность в защите информации.
Задачей криптографии является скрытие информации, содержащейся в сообщении, за счет его шифрования, а стеганография (пер. с греч, "тайнопись") - это наука о скрытой передаче информации путём сохранения в тайне самого факта передачи.
Главная задача сделать так, чтобы человек не подозревал, что внутри передаваемой информации, внешне не представляющей абсолютно никакой ценности, содержится секретная информация. Тем самым стеганография позволяет передавать важную информацию через открытые каналы, скрывая сам факт её передачи. В отличие от криптографии, которая скрывает содержимое секретного сообщения, стеганография скрывает само его существование. Стеганографию обычно используют совместно с методами криптографии, таким образом, дополняя её.
Большинство из нас постоянно используют шифрование, хотя и не всегда знают об этом. Если у вас установлена операционная система Microsoft, то знайте, что Windows хранит о вас (как минимум) следующую секретную информацию:
* пароли для доступа к сетевым ресурсам (домен, принтер, компьютеры в сети и т.п.);
* пароли для доступа в Интернет с помощью DialUр;
* кэш паролей (в браузере есть такая функция -- кэшировать пароли, и Windows сохраняет все когда-либо вводимые вами в Интернете пароли);
* сертификаты для доступа к сетевым ресурсам и зашифрованным данным на самом компьютере.
Целью данной работы является исследование основных способов сокрытия информации.
Задачи работы:
1)описать основные методы криптографии;
2) описать основные методы стеганографии;
криптографический гаммирование преобразование шифрование
1. КРИПТОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
1.1 Алгоритмы замены(подстановки)
В этом наиболее простом методе символы шифруемого текста заменяются другими символами, взятыми из одного- (одно- или моноалфавитная подстановка) или нескольких (много- или полиалфавитная подстановка) алфавита.
Самой простой разновидностью является прямая (простая) замена, когда буквы шифруемого сообщения заменяются другими буквами того же самого или некоторого другого алфавита. Таблица замены может иметь следующий вид(таблица 1.1):
Таблица 1.1 Таблица простой замены
|
Исходные символы шифруемого текста |
a |
b |
c |
d |
e |
f |
g |
h |
i |
j |
k |
l |
m |
n |
o |
р |
q |
r |
s |
t |
u |
v |
w |
x |
y |
z |
|
|
Заменяющие символы |
s |
р |
x |
l |
r |
z |
i |
m |
a |
y |
e |
d |
w |
t |
b |
g |
v |
n |
j |
o |
c |
f |
h |
q |
u |
k |
Используя эту таблицу, зашифруем текст: In this book the reader will find a comprehensive survey... Получим следующее зашифрованное сообщение: At omiyрbbeomrnrsirnfaddzail s xbwgnrmrtjafrjcnfru...Однако такой шифр имеет низкую стойкость, так как зашифрованный текст имеет те же статистические характеристики, что и исходный. Например, текст на английском языке содержит символы со следующими частотами появления (в порядке убывания): Е -- 0,13 , Т -- 0,105 , А -- 0,081 , О -- 0,079 и т.д. В зашифрованном тексте наибольшие частоты появления в порядке убывания имеют буквы R -- 0,12 , O -- 0,09 , A и N по 0,07.
Естественно предположить, что символом R зашифрована буква Е, символом О -- буква Т и т.д. Это действительно соответствует таблице замены. Дальнейшая расшифровка не составляет труда.
Если бы объем зашифрованного текста был намного больше, чем в рассмотренном примере, то частоты появления букв в зашифрованном тексте были бы еще ближе к частотам появления букв в английском алфавите и расшифровка была бы еще проще. Поэтому простую замену используют редко и лишь в тех случаях, когда шифруемый текст короток.
1.2 Алгоритм перестановки
Этот метод заключается в том, что символы шифруемого текста переставляются по определенным правилам внутри шифруемого блока символов. Рассмотрим некоторые разновидности этого метода, которые могут быть использованы в автоматизированных системах.
Самая простая перестановка -- написать исходный текст задом наперед и одновременно разбить шифрограмму на пятерки букв. Например, из фразы
ПУСТЬ БУДЕТ ТАК, КАК МЫ ХОТЕЛИ.
получится такой шифротекст:
ИЛЕТО ХЫМКА ККАТТ ЕДУБЪ ТСУП
В последней группе (пятерке) не хватает одной буквы. Значит, прежде чем шифровать исходное выражение, следует его дополнить незначащей буквой (например, О ) до числа, кратного пяти:
ПУСТЬ-БУДЕТ-ТАККА-КМЫХО-ТЕЛИО.
Тогда шифрограмма, несмотря на столь незначительные изменения, будет выглядеть по-другому:
ОИЛЕТ ОХЫМК АККАТ ТЕДУБ ЬТСУП
Кажется, ничего сложного, но при расшифровке проявляются серьезные неудобства.
Во время Гражданской войны в США в ходу был такой шифр: исходную фразу писали в несколько строк. Например, по пятнадцать букв в каждой (с заполнением последней строки незначащими буквами).
П У С Т Ь Б У Д Е Т Т А К К А
К М Ы Х О Т Е Л И К Л М Н О П
После этого вертикальные столбцы по порядку писали в строку с разбивкой на пятерки букв:
ПКУМС ЫТХЬО БТУЕД ЛЕИТК ТЛАМК НКОАП
Если строки укоротить, а количество строк увеличить, то получится прямоугольник-решетка, в который можно записывать исходный текст. Но тут уже потребуется предварительная договоренность между адресатом и отправителем посланий, поскольку сама решетка может быть различной длины-высоты, записывать к нее можно по строкам, по столбцам, по спирали туда или по спирали обратно, можно писать и по диагоналями, а для шифрования можно брать тоже различные направления. В общем, здесь масса вариантов.
1.3 Алгоритм гаммирования
Суть этого метода состоит в том, что символы шифруемого текста последовательно складываются с символами некоторой специальной последовательности, которая называется гаммой. Иногда такой метод представляют как наложение гаммы на исходный текст, поэтому он получил название «гаммирование».Процедуру наложения гаммы на исходный текст можно осуществить двумя способами. При первом способе символы исходного текста и гаммы заменяются цифровыми эквивалентами, которые затем складываются по модулю k, где k -- число символов в алфавите, т.е.Ri= ( Si+ G ) mod (k-1),
Таблица 1.2 Пример шифрования гаммированием
|
Шифруемый текст |
Б |
У |
Д |
Ь … |
|
|
010010 |
100000 |
110010 |
100000 |
||
|
Знаки гаммы |
7 |
1 |
8 |
2 … |
|
|
000111 |
000001 |
001000 |
000010 |
||
|
Шифрованный текст |
010101 |
1000001 |
111010 |
100010 |
где Ri, Si, G -- символы соответственно зашифрованного, исходного текста и гаммы.
При втором методе символы исходного текста и гаммы представляются в виде двоичного кода, затем соответствующие разряды складываются по модулю 2. Вместо
сложения по модулю 2 при гаммировании можно использовать и другие логические операции, например преобразование по правил логической эквивалентности и неэквивалентности .
Такая замена равносильна введению еще одного ключа, который является выбор правила формирования символов зашифрованного сообщения из символов исходного текста и гаммы.
Стойкость шифрования методом гаммирования определяется главным образом свойством гаммы -- длительностью периода и равномерностью статистических характеристик. Последнее свойство обеспечивает отсутствие закономерностей в появлении различных символов в пределах периода.
Обычно разделяют две разновидности гаммирования -- с конечной и бесконечной гаммами. При хороших статистических свойствах гаммы стойкость шифрования определяется только длинной периода гаммы. При этом, если длина периода гаммы превышает длину шифруемого текста, то такой шифр теоретически является абсолютно стойким, т.е. его нельзя вскрыть при помощи статистической обработки зашифрованного текста. Это, однако, не означает, что дешифрование такого текста вообще невозможно: при наличии некоторой дополнительной информации исходный текст может быть частично или полностью восстановлен даже при использовании бесконечной гаммы.
В качестве гаммы может быть использована любая последовательность случайных символов, например, последовательность цифр числа и т.п. При шифровании с помощью, например, аппаратного шифратора последовательность гаммы может формироваться с помощью датчика псевдослучайных чисел (ПСЧ). В настоящее время разработано несколько алгоритмов работы таких датчиков, которые обеспечивают удовлетворительные характеристики гаммы.
1.4 Алгоритмы, основанные на сложных математических преобразованиях
Алгоритм RSA
Алгоритм RSA (по первым буквам фамилий его создателей Rivest-Shamir-Adleman) основан на свойствах простых чисел (причем очень больших). Простыми называются такие числа, которые не имеют делителей, кроме самих себя и единицы. А взаимно простыми называются числа, не имеющие общих делителей, кроме 1.
Для начала выберем два очень больших простых числа (большие исходные числа нужны для построения больших криптостойких ключей. Например, Unix-программа ssh-keygen по умолчанию генерирует ключи длиной 1024 бита).Определим параметр n как результат перемножения р и q. Выберем большое случайное число и назовем его d, причем оно должно быть взаимно простым с результатом умножения (р -1)*(q -1). Отыщем такое число e, для которого верно соотношение
(e*d) mod ((р -1) *(q -1)) = 1
(mod -- остаток от деления, т. е. если e, умноженное на d, поделить на ((р -1) *(q -1)), то в остатке получим 1).
Открытым ключом является пара чисел e и n, а закрытым -- d и n. При шифровании исходный текст рассматривается как числовой ряд, и над каждым его числом мы совершаем операцию
C(i)= ( M(i)e ) modn.
В результате получается последовательность C(i), которая и составит криптотекст. Декодирование информации происходит по формуле
M(i) = ( C(i)d ) modn.
Таим образом, расшифровка предполагает знание секретного ключа.
Установим р=3, q=7. Тогда n=р*q=21. Выбираем d как 5. Из формулы (e*5) mod 12=1 вычисляем e=17. Открытый ключ 17, 21, секретный -- 5, 21.
Зашифруем последовательность «2345»:
C(2)= 217 mod 21 =11
C(3)= 317mod 21= 12
C(4)= 417 mod 21= 16
C(5)= 517mod 21= 17
Криптотекст -- 11 12 16 17.
Проверим расшифровкой:
M(2)= 115mod 21= 2
M(3)= 125mod 21= 3
M(4)= 165mod 21= 4
M(5)= 175mod 21= 5
Как видим, результат совпал.
Криптосистема RSA широко применяется в Интернете. Когда вы подсоединяетесь к защищенному серверу по протоколу SSL, устанавливаете на свой ПК сертификат WebMoney либо подключаетесь к удаленному серверу с помощью Oрen SSH или SecureShell, то все эти программы применяют шифрование открытым ключом с использованием идей алгоритма RSA. Действительно ли эта система так надежна?
С момента своего создания RSA постоянно подвергалась атакам типа Brute-forceattack (атака методом грубой силы, т. е. перебором). В 1978 г. авторы алгоритма опубликовали статью, где привели строку, зашифрованную только что изобретенным ими методом. Первому, кто расшифрует сообщение, было назначено вознаграждение в размере 100 долл., но для этого требовалось разложить на два сомножителя 129-значное число. Это был первый конкурс на взлом RSA. Задачу решили только через 17 лет после публикации статьи.
Криптостойкость RSA основывается на том предположении, что исключительно трудно, если вообще реально, определить закрытый ключ из открытого. Для этого требовалось решить задачу о существовании делителей огромного целого числа. До сих пор ее аналитическими методами никто не решил, и алгоритм RSA можно взломать лишь путем полного перебора. Строго говоря, утверждение, что задача разложения на множители сложна и что взлом системы RSA труден, также не доказано.
Компания RSA (httр://www.rsa.ru) регулярно проводит конкурсы на взлом собственных (и не только собственных) шифров. Предыдущие конкурсы выиграла организация Distributed.net (httр://www.distributed. net/), являющаяся Интернет-сообществом добровольцев.
Участники Distributed.net загружают к себе на ПК небольшую программу-клиент, которая подсоединяется к центральному серверу и получает кусочек данных для вычислений. Затем все данные загружаются на центральный сервер, и клиент получает следующий блок исходной информации. И так происходит до тех пор, пока все комбинации не будут перебраны. Пользователи, участники системы, объединяются в команды, а на сайте ведется рейтинг как команд, так и стран. Например, участвующей в конкурсе по взлому RC5-64 (блочный шифр компании RSA, использующий ключ длиной 64 бита) организации Distributed.net удалось осуществить взлом через пять лет (1757 дней) работы. За это время в проекте участвовали 327 856 пользователей и было перебрано 15 268 315 356 922 380 288 вариантов ключа. Выяснилось, что была (не без юмора) зашифрована фраза «something sarebetter leftunread» («некоторые вещи лучше оставлять непрочтенными»). Общие рекомендации по шифру RC5-64 таковы: алгоритм достаточно стоек для повседневных нужд, но шифровать им данные, остающиеся секретными на протяжении более пяти лет, не рекомендуется».
1.5 Комбинированные методы шифрования
Одним из важнейших требований, предъявляемых к системе шифрования, является ее высокая стойкость. Однако повышение стойкости любого метода шифрования приводит, как правило, к существенному усложнению самого процесса шифрования и увеличению затрат ресурсов (времени, аппаратных средств, уменьшению пропускной способности и т.п.).
Достаточно эффективным средством повышения стойкости шифрования является комбинированное использование нескольких различных способов шифрования, т.е. последовательное шифрование исходного текста с помощью двух или более методов.
Как показали исследования, стойкость комбинированного шифрования не ниже произведения стойкостей используемых способов.
Вообще говоря, комбинировать можно любые методы шифрования и в любом количестве, однако на практике наибольшее распространение получили следующие комбинации:
1) подстановка + гаммирование;
2) перестановка + гаммирование;
3) гаммирование + гаммирование;
4) паодстановка + перестановка;
Типичным примером комбинированного шифра является национальный стандарт США криптографического закрытия данных (DES).
Криптографический стандарт DES
В 1973 г. Национальное бюро стандартов США начало разработку программы по созданию стандарта шифрования данных на ЭВМ. Был объявлен конкурс среди фирм разработчиков США, который выиграла фирма IBM, представившая в 1974 году алгоритм шифрования, известный под названием DES(DataEncryptionStandart).
В этом алгоритме входные 64-битовые векторы, называемые блоками открытого текста, Преобразуются в выходные 64-битовые векторы, называемые блоками шифротекста, с помощью двоичного 56-битового ключа К. Число различных ключей DES-алгоритма равно 256>7*1016.
Алгоритм реализуется в течение 16 аналогичных циклов шифрования, где на I-ом цикле используется цикловой ключ Ki , представляющий собой алгоритмически вырабатываемую выборку 48 битов из 56 битов ключа Ki, I=1,2,…,16.
Алгоритм обеспечивает высокую стойкость, однако недавние результаты показали, что современная технология позволяет создать вычислительное устройство стоимостью около 1 млн. долларов США, способное вскрыть секретный ключ с помощью полного перебора в среднем за 3,5 часа.
Из-за небольшого размера ключа было принято решение использовать DES-алгоритм для закрытия коммерческой(несекретной) информации. Практическая реализация перебора всех ключей в данных условиях экономически не целесообразна, так как затраты на реализацию перебора не соответствуют ценности информации, закрываемой шифром.
DES-алгоритм явился первым примером широкого производства и внедрения технических средств в области защиты информации. Национальное бюро стандартов США проводит проверку аппаратных реализаций DES-алгоритма, предложенных фирмами-разработчиками, на специальном тестирующем стенде. Только после положительных результатов проверки производитель получает от Национального бюро стандартов сертификат на право реализации своего продукта. К настоящему времени аттестовано несколько десятков изделий, выполненных на различной элементарной базе.
Достигнута высокая скорость шифрования. Она составляет в лучших изделиях 45 Мбит/с. Цена некоторых аппаратных изделий ниже 100 долларов США.
Основные области применения DES-алгоритма:
1) хранение данных на компьютерах (шифрование файлов, паролей);
2) аутентификация сообщений (имея сообщение и контрольную группу, несложно убедиться в подлинности сообщения;
3) электронная система платежей (при операциях с широкой клиентурой и между банками);
4) Электронный обмен коммерческой информацией( обмен данными между покупателями, продавцом и банкиром защищен от изменений и перехвата.
Позднее появилась модификация DESa -- TripleDes («тройной DES» -- так как трижды шифрует информацию «обычным» DESом) свободен от основного недостатка прежнего варианта -- короткого ключа; он здесь в два раза длиннее. Но зато, как оказалось, TripleDES унаследовал другие слабые стороны своего предшественника: отсутствие возможности для параллельных вычислений при шифровании и низкую скорость.
ГОСТ 28147-89
В 1989 году в СССР был разработан блочный шифр для использования в качестве государственного стандарта шифрования данных. Разработка была принята и зарегистрирована как ГОСТ 28147-89. Алгоритм был введен в действие в 1990 году. И хотя масштабы применения этого алгоритма шифрования до сих пор уточняются, начало его внедрения, в частности в банковской системе , уже положено. Алгоритм несколько медлителен, но обладает весьма высокой стойкостью.
В общих чертах ГОСТ 28147 аналогичен DES. Блок-схема алгоритма ГОСТ отличается от блок-схемы DES-алгоритма лишь отсутствием начальной перестановки и число циклов шифрования (32 в ГОСТ против 16 в DES-алгоритме).
Ключ алгоритма ГОСТ -- это массив, состоящий из 32-мерных векторов X1, X2,…X8. Цикловой ключ i-го цикла Ki равен Xs, где ряду значений i от 1 до 32 соответствует следующий ряд значений s:
1,2,3,4,5,6,7,8,1,2,3,4,5,6,7,8,1,2,3,4,5,6,7,8,8,7,6,5,4,3,2,1.
В шифре ГОСТ используется 256-битовый ключ и объем ключевого пространства составляет 2256. Ни на одной из существующих в настоящее время или предполагаемых к реализации в недалеком будущем компьютерной системе общего применения нельзя подобрать ключ за время, меньшее многих сотен лет. Российский стандарт проектировался с большим запасом, по стойкости он на много порядков превосходит американский стандарт DES с его реальным размером ключа в 56 бит о и объемом ключевого пространства всего 256( и неудивительно: его ключ длиной 32 байта (256 бит) вчетверо больше ключа DES. Необходимое же на перебор всех ключей время при этом возрастает не в четыре раза, а в 25632-8=25624, что выливается уже в астрономические цифры), чего явно недостаточно. В этой связи DES может представлять скорее исследовательский или научный, чем практический интерес.
2. СТЕГАНОГРАФИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ
В конце 90-х годов выделилось несколько направлений стеганографии:
· Классическая стеганография
· Цифровая стеганография
· Компьютерная стеганография
2.1 Методы классической стеганографии
Методы стеганографии которые позволяют только скрыто передавать данные называются методами классической стеганографии.
Среди классических методов можно выделить следующие:
· манипуляции с носителем информации (контейнером);
· симпатические чернила;
· литературные приемы;
· семаграммы.
Манипуляция с носителем информации.
В Древней Греции тексты писались на дощечках, покрытых воском. Во избежание попадания сообщения к противнику, соскабливали воск с дощечек, писали сообщение прямо на поверхности дерева и снова покрывали дощечку воском. После этого на воске писали отвлеченные послания и отсылали их с помощью курьеров.
В Древнем Китае письма писали на полосках щелка. Поэтому для сокрытия сообщений, полоски с текстом письма сворачивались в шарики, покрывались воском и затем глотались посыльными.
Симпатические чернила.
Симпатические (невидимые) чернила - это специальные жидкости или химические препараты, используемые для сокрытия существования записей. О подобной жидкости, изготовленной из молочая писал ещё Плиний Старший в "Естественной истории" в I веке нашей эры, в дальнейшем они применялись вплоть до конца Второй мировой войны, после чего от них почти полностью отказались, сменив их на микроточки, хотя и сейчас они иногда используются. Известная легенда про то, как Ленин, сидя в тюрьме, писал сообщения молоком из чернильницы, сделанной из хлебного мякиша тоже из этой области (чтобы прочесть такое сообщение, бумагу надо нагреть).
Такие чернила бывают двух видов: симпатические и органические. Первые представляют собой химические растворы, которые становятся невидимыми при высыхании и проявляются при добавлении к ним некоторых реагентов. Органическая же группа представлена легкодоступными веществами, такими как уксус, лимон, молоко. Они становятся видимыми, если их осторожно нагреть, ими обычно пишут между строк или на чистом листе бумаги. Во время Первой мировой войны шпионы рисовали символ, обозначавший, к примеру, тип вооружения, невидимыми чернилами, давали им высохнуть, а затем наклеивали поверх него смоченную только по краям марку, что является хорошим примером технической и физической стеганографии.
В целях обнаружения тайных сообщений, написанных с помощью симпатических чернил, американские цензоры во время Второй мировой войны "полосовали" письма, чтобы выявить наличие в них невидимых чернил.
Литературные приемы.
Хорошо известны различного рода литературные приемы, предназначенные для сокрытия тайной информации во внешне безобидных посланиях. Существует несколько таких приемов.
Пустышечный шифр, во внешне обычном сообщении, читаются только слова или буквы записанные в определенных позициях. Например, читаются каждое пятое слово или первая буква каждого слова, в то время как все остальные буквы или слова служат в качестве "пустышек" для сокрытия значимого текста.
Акростих - сообщение состоящее из первых букв строк стихотворений. Также возможно, что текст читается не по первым, а по последним или средним буквам стихотворной строки.
Другой литературный прием аллюзия. Знаменитая фраза, которую передали по радио - "В Сантьяго идет дождь", означала сигнал к началу военного переворота в Чили.
Семаграммы.
Семаграмма - тайное сообщение, в котором шифробозначениями являются любые символы, кроме букв и цифр. Например, эти сообщения могут быть переданы для чтения по азбуке Морзе в виде рисунка, содержащего точки и тире, кардиограммы или графика технологического процесса, в которых пики вверх означают - точки, пики вниз - тире и т.п.
2.2 Методы цифровой стеганографии
Цифровая стеганография как наука родилась буквально в последние годы. Она включает в себя следующие направления:
1) встраивание информации с целью ее скрытой передачи;
2) встраивание цифровых водяных знаков (ЦВЗ);
3) встраивание идентификационных номеров;
4) встраивание заголовков.
Встраивание водяных знаков.
ЦВЗ (цифровые водяные знаки) могут применяться, в основном, для защиты от копирования и несанкционированного использования. В связи с бурным развитием технологий мультимедиа остро встал вопрос защиты авторских прав и интеллектуальной собственности, представленной в цифровом виде. Примерами могут являться фотографии, аудио и видеозаписи и т.д. Преимущества, которые дают представление и передача сообщений в цифровом виде, могут оказаться перечеркнутыми легкостью, с которой возможно их воровство или модификация. Поэтому разрабатываются различные меры защиты информации, организационного и технического характера. Один из наиболее эффективных технических средств защиты мультимедийной информации и заключается во встраивании в защищаемый объект невидимых меток - ЦВЗ. Разработки в этой области ведут крупнейшие фирмы во всем мире. Так как методы ЦВЗ начали разрабатываться совершенно недавно, то здесь имеется много неясных проблем, требующих своего разрешения.
Название этот метод получил от всем известного способа защиты ценных бумаг, в том числе и денег, от подделки. В отличие от обычных водяных знаков ЦВЗ могут быть не только видимыми, но и (как правило) невидимыми. Невидимые ЦВЗ анализируются специальным декодером, который выносит решение об их корректности. ЦВЗ могут содержать некоторый аутентичный код, информацию о собственнике, либо какую-нибудь управляющую информацию. Наиболее подходящими объектами защиты при помощи ЦВЗ являются неподвижные изображения, файлы аудио и видеоданных.
Встраивание идентификационных номеров.
Технология встраивания идентификационных номеров производителей имеет много общего с технологией ЦВЗ. Отличие заключается в том, что в первом случае каждая защищенная копия имеет свой уникальный встраиваемый номер (отсюда и название - дословно "отпечатки пальцев"). Этот идентификационный номер позволяет производителю отслеживать дальнейшую судьбу своего детища: не занялся ли кто-нибудь из покупателей незаконным тиражированием. Если да, то "отпечатки пальцев" быстро укажут на виновного.
Встраивание заголовков.
Встраивание заголовков (невидимое) может применяться, например, для подписи медицинских снимков, нанесения легенды на карту и т.д. Целью является хранение разнородно представленной информации в едином целом. Это, пожалуй, единственное приложение стеганографии, где в явном виде отсутствует потенциальный нарушитель.
2.3 Методы компьютерной стеганографии
Подавляющее большинство методов компьютерной стеганографии (КС) базируется на двух ключевых принципах:
· файлы, которые не требуют абсолютной точности (например, файлы с изображением, звуковой информацией и т.д.), могут быть видоизменены (конечно, до определенной степени) без потери своей функциональности.
· органы чувств человека неспособны надежно различать незначительные изменения в модифицированных таким образом файлах и/или отсутствует специальный инструментарий, который был бы способен выполнять данную задачу.
В основе базовых подходов к реализации методов КС в рамках той или иной информационной среды лежит выделение малозначительных фрагментов этой среды и замена существующей в них информации информацией, которую необходимо скрыть. Поскольку в КС рассматриваются среды, поддерживаемые средствами вычислительной техники и компьютерных сетей, то вся информационная среда в результате может быть представлена в цифровом виде.
Таким образом, незначительные для кадра информационной среды фрагменты относительно того или иного алгоритма или методики заменяются фрагментами скрываемой информации. Под кадром информационной среды в данном случае подразумевается определенная его часть, выделенная по характерным признакам. Такими признаками зачастую являются семантические характеристики выделяемой части информационной среды. Например, кадром может быть избрано какое-нибудь отдельное изображение, звуковой файл, Web-страница и т.д.
Для существующих методов компьютерной стеганографии вводят следующую классификацию (см. рисунок 2.1).
Рисунок 2.1 - Классификация методов компьютерной стеганографии
По способу выбора контейнера различают суррогатные (или так называемые эрзац-методы), селективные и конструирующие методы стеганографии.
В суррогатных (безальтернативных) методах стеганографии полностью отсутствует возможность выбора контейнера, и для скрытия сообщения избирается первый попавшийся контейнер - эрзац-контейнер, который в большинстве случаев не оптимален для скрытия сообщения заданного формата.
В селективных методах КС предусматривается, что скрытое сообщение должно воспроизводить специальные статистические характеристики шума контейнера. Для этого генерируют большое количество альтернативных контейнеров с последующим выбором наиболее оптимального из них для конкретного сообщения. Особым случаем такого подхода является вычисление некоторой хэш-функции для каждого контейнера. При этом для скрытия сообщения выбирается тот контейнер, хэш-функция которого совпадает со значением кэш-функции сообщения (то есть стеганограммой является избранный контейнер).
В конструирующих методах стеганографии контейнер генерируется самой стегосистемой. При этом существует несколько вариантов реализации. Так, например, шум контейнера может имитироваться скрытым сообщением. Это реализуется с помощью процедур, которые не только кодируют скрываемое сообщение под шум, но и сохраняют модель изначального шума. В предельном случае по модели шума может строиться целое сообщение.
По способу доступа к скрываемой информации различают методы для потоковых (беспрерывных) контейнеров и методы для фиксированных (ограниченной длины) контейнеров.
По способу организации контейнеры, подобно помехоустойчивым кодам, могут быть систематическими и несистематическими.
В первых можно указать конкретные места стеганограммы, где находятся информационные биты собственно контейнера, а где - шумовые биты, предназначенные для скрытия информации (как, например, в широко распространенном методе наименее значащего бита).
В случае несистематической организации контейнера такое разделение невозможно. В этом случае для выделения скрытой информации необходимо обрабатывать содержимое всей стеганограммы.
По используемому принципу скрытия методы компьютерной стеганографии делятся на два основных класса: методы непосредственной замены и спектральные методы. Если первые, используя избыток информационной среды в пространственной (для изображения) или временной (для звука) области, заключаются в замене малозначительной части контейнера битами секретного сообщения, то другие для скрытия данных используют спектральные представления элементов среды, в которую встраиваются скрываемые данные (например, в разные коэффициенты массивов дискретно-косинусных преобразований, преобразований Фурье, Карунена-Лоева, Адамара, Хаара и т.д.).
Основным направлением компьютерной стеганографии является использование свойств именно избыточности контейнера-оригинала, но при этом следует принимать во внимание то, что в результате скрытия информации происходит искажение некоторых статистических свойств контейнера или, же нарушение его структуры. Это необходимо учитывать для уменьшения демаскирующих признаков.
В особую группу можно выделить методы, которые используют специальные свойства форматов представления файлов:
· зарезервированные для расширения поля файлов, которые зачастую заполняются нулями и не учитываются программой;
· специальное форматирование данных (сдвиг слов, предложений, абзацев или выбор определенных позиций символов);
· использование незадействованных участков на магнитных и оптических носителях;
· удаление файловых заголовков-идентификаторов и т.д.
В основном для таких методов характерны низкая степень скрытности, низкая пропускная способность и слабая производительность.
По назначению различают стеганометоды собственно для скрытой передачи (или скрытого хранения) данных и методы для скрытия данных в цифровых объектах с целью защиты авторских прав на них.
По типам контейнера выделяют стеганографические методы с контейнерами в виде текста, аудиофайла, изображения и видео.
Метод замены наименее значащего бита.
Метод замены наименее значащего бита (НЗБ, LSB - Least Significant Bit) наиболее распространен среди методов замены в пространственной области.
Младший значащий бит изображения несет в себе меньше всего информации. Известно, что человек в большинстве случаев не способен заметить изменений в этом бите. Фактически, НЗБ - это шум, поэтому его можно использовать для встраивания информации путем замены менее значащих битов пикселей изображения битами секретного сообщения. При этом для изображения в градациях серого (каждый пиксель изображения кодируется одним байтом) объем встроенных данных может составлять 1/8 от общего объема контейнера. Если же модифицировать два младших бита (что также практически незаметно), то данную пропускную способность можно увеличить еще вдвое.
Популярность данного метода обусловлена его простотой и тем, что он позволяет скрывать в относительно небольших файлах большие объемы информации (пропускная способность создаваемого скрытого канала связи составляет при этом от 12,5 до 30%). Метод зачастую работает с растровыми изображениями, представленными в формате без компрессии (например, BMP и GIF).
Метод НЗБ имеет низкую стеганографическую стойкость к атакам пассивного и активного нарушителей. Основной его недостаток - высокая чувствительность к малейшим искажениям контейнера. Для ослабления этой чувствительности часто дополнительно применяют помехоустойчивое кодирование.
Метод псевдослучайного интервала.
В рассмотренном выше простейшем случае выполняется замена НЗБ всех последовательно размещенных пикселей изображения. Другой подход - метод случайного интервала, заключается в случайном распределении битов секретного сообщения по контейнеру, в результате чего расстояние между двумя встроенными битами определяется псевдослучайно. Эта методика особенно эффективна в случае, когда битовая длина секретного сообщения существенно меньше количества пикселей изображения.
Интервал между двумя последовательными встраиваниями битов сообщения может являться, например, функцией координат предыдущего модифицированного пикселя.
Методы сокрытия данных в пространственной области.
Алгоритмы, описанные в данном в данном разделе, встраивают скрываемые данные в области первичного изображения. Их преимущество заключается в том, что для встраивания ненужно выполнять вычислительно сложные и длительные преобразования изображений.
Цветное изображение C будем представлять через дискретную функцию, которая определяет вектор цвета c (x,y) для каждого пикселя изображения (x,y), где значение цвета задает трехкомпонентный вектор в цветовом пространстве. Наиболее распространенный способ передачи цвета - это модель RGB, в которой основные цвета - красный, зеленый и синий, а любой другой цвет может быть представлен в виде взвешенной суммы основных цветов.
Вектор цвета c (x,y) в RGB-пространстве представляет интенсивность основных цветов. Сообщения встраиваются за счет манипуляций цветовыми составляющими {R (x,y), G (x,y), B (x,y) } или непосредственно яркостью л (x,y) О {0, 1, 2,…, LC}.
Общий принцип этих методов заключается в замене избыточной, малозначимой части изображения битами секретного сообщения. Для извлечения сообщения необходимо знать алгоритм, по которому размещалась в контейнере скрытая информация.
ЗАКЛЮЧЕНИЕ
Итак, в этой работе был сделан обзор наиболее распространенных в настоящее время методов защиты информации и способов ее реализации. Выбор для конкретных систем должен быть основан на глубоком анализе слабых и сильных сторон тех или иных методов защиты. Обоснованный выбор той или иной системы защиты в общем-то должен опираться на какие-то критерии эффективности.
В развивающемся мире высоких технологий задача сохранения информации обладателя в секрете остается первостепенной. Опираясь на поставленные задачи удалось раскрыть основные методы и направления стеганографии и криптографии.
Хотелось бы отметить, что в настоящее время информационная безопасность является мировой проблемой, и ежедневно на предприятиях происходят утечки информации, однако такие методы скрытия информации, как стеганография и криптография дают возможность защитить информацию даже в таких непредвиденных случаях, поэтому нельзя недооценивать данный метод, как средство защиты важных сведений.
СПИСОКИСПОЛЬЗОВАННЫХИСТОЧНИКОВ
1. Партыка Т.Л., Попов И.И. Информационная безопасность. Учебное пособие для студентов учреждений среднего профессионального образования.-- М.: ФОРУМ: ИНФРА-М, 2004.
2. Крысин А.В. Информационная безопасность. Практическое руководство -- М.: СПАРРК, К.:ВЕК+,2003.
3. Тарасюк М.В. Защищенные информационные технологии. Проектирование и применение -- М.: СОЛОН-Пресс, 2004.
4. Лукашов И. В. Криптография? Железно! //Журнал «Мир ПК». 2003. № 3.
5. Панасенко С.П., Защита информации в компьютерных сетях // Журнал «Мир ПК» 2002 № 2.
6. Бунин О. Занимательное шифрование // Журнал «Мир ПК» 2003 №7.
7. Панасенко С. П., Ракитин В.В. Аппаратные шифраторы // Журнал «Мир ПК». 2002. № 8.
8. Панасенко С. П. Чтобы понять язык криптографов // Журнал «Мир ПК». 2002. № 5.
9. Панасенко С. П. Чтобы понять язык криптографов // Журнал «Мир ПК». 2002. № 6 .
Размещено на Allbest.ru
...Подобные документы
Криптография и шифрование. Симметричные и асимметричные криптосистемы. Основные современные методы шифрования. Алгоритмы шифрования: замены (подстановки), перестановки, гаммирования. Комбинированные методы шифрования. Программные шифраторы.
реферат [57,7 K], добавлен 24.05.2005История возникновения и развития шифрования от древних времен и до наших дней. Анализ современных проблем обеспечения секретности и целостности передаваемых или хранимых данных, наиболее часто используемые криптографические методы защиты информации.
контрольная работа [961,5 K], добавлен 23.04.2013Основные методы криптографической защиты информации. Система шифрования Цезаря числовым ключом. Алгоритмы двойных перестановок и магические квадраты. Схема шифрования Эль Гамаля. Метод одиночной перестановки по ключу. Криптосистема шифрования данных RSA.
лабораторная работа [24,3 K], добавлен 20.02.2014Виды умышленных угроз безопасности информации. Методы и средства защиты информации. Методы и средства обеспечения безопасности информации. Криптографические методы защиты информации. Комплексные средства защиты.
реферат [21,2 K], добавлен 17.01.2004Проблемы защиты информации в информационных и телекоммуникационных сетях. Изучение угроз информации и способов их воздействия на объекты защиты информации. Концепции информационной безопасности предприятия. Криптографические методы защиты информации.
дипломная работа [255,5 K], добавлен 08.03.2013Сущность проблемы и задачи защиты информации в информационных и телекоммуникационных сетях. Угрозы информации, способы их воздействия на объекты. Концепция информационной безопасности предприятия. Криптографические методы и средства защиты информации.
курсовая работа [350,4 K], добавлен 10.06.2014Развитие новых информационных технологий и всеобщая компьютеризация. Информационная безопасность. Классификация умышленных угроз безопасности информации. Методы и средства защиты информации. Криптографические методы защиты информации.
курсовая работа [25,9 K], добавлен 17.03.2004Основные способы криптографии, история ее развития. Принцип шифрования заменой символов, полиалфавитной подстановкой и методом перестановки. Симметричный алгоритм шифрования (DES). Открытое распределение ключей. Шифры Ривеста-Шамира-Алдемана и Эль Гамаля.
реферат [39,3 K], добавлен 22.11.2013Криптографические методы обеспечения конфиденциальности, невозможности прочтения информации посторонним. Современные методы шифрования информации как обратимого преобразования открытого текста в шифрованный на основе секретного алгоритма или ключа.
презентация [514,3 K], добавлен 06.02.2016Понятие и сущность стеганографии, использование свойств формата файла-контейнера. Классификация методов стеганографии. Компьютерные вирусы и стеганография, гарантированное уничтожение информации. Методы воздействия на средства защиты информации.
контрольная работа [80,2 K], добавлен 02.01.2018История криптографии и ее основные задачи. Основные понятия криптографии (конфиденциальность, целостность, аутентификация, цифровая подпись). Криптографические средства защиты (криптосистемы и принципы ее работы, распространение ключей, алгоритмы).
курсовая работа [55,7 K], добавлен 08.03.2008Классификация информации по значимости. Категории конфиденциальности и целостности защищаемой информации. Понятие информационной безопасности, источники информационных угроз. Направления защиты информации. Программные криптографические методы защиты.
курсовая работа [1,1 M], добавлен 21.04.2015Рассмотрение основных понятий криптографии: конфиденциальности, целостности, аутентификации и цифровой подписи. Описание криптографических средств защиты (криптосистемы, принципы работы криптосистемы, распространение ключей, алгоритмы шифрования).
дипломная работа [802,2 K], добавлен 08.06.2013Современные физические и законодательные методы защиты информации. Внедрение системы безопасности. Управление доступом. Основные направления использования криптографических методов. Использование шифрования, кодирования и иного преобразования информации.
реферат [17,4 K], добавлен 16.05.2015Организация системы защиты информации во всех ее сферах. Разработка, производство, реализация, эксплуатация средств защиты, подготовка соответствующих кадров. Криптографические средства защиты. Основные принципы инженерно-технической защиты информации.
курсовая работа [37,5 K], добавлен 15.02.2011Краткая история развития криптографических методов защиты информации. Сущность шифрования и криптографии с симметричными ключами. Описание аналитических и аддитивных методов шифрования. Методы криптографии с открытыми ключами и цифровые сертификаты.
курсовая работа [1,2 M], добавлен 28.12.2014Способы и средства защиты информации от несанкционированного доступа. Особенности защиты информации в компьютерных сетях. Криптографическая защита и электронная цифровая подпись. Методы защиты информации от компьютерных вирусов и от хакерских атак.
реферат [30,8 K], добавлен 23.10.2011Комплексный подход в обеспечении информационной безопасности. Анализ процессов разработки, производства, реализации, эксплуатации средств защиты. Криптографические средства защиты информации. Основные принципы инженерно-технической защиты информации.
курсовая работа [725,1 K], добавлен 11.04.2016Понятие информационной безопасности, понятие и классификация, виды угроз. Характеристика средств и методов защиты информации от случайных угроз, от угроз несанкционированного вмешательства. Криптографические методы защиты информации и межсетевые экраны.
курсовая работа [2,4 M], добавлен 30.10.2009Понятие компьютерной преступности. Основные понятия защиты информации и информационной безопасности. Классификация возможных угроз информации. Предпосылки появления угроз. Способы и методы защиты информационных ресурсов. Типы антивирусных программ.
курсовая работа [269,7 K], добавлен 28.05.2013