Steganograafia failidest mööda: peidame andmeid otse sektoritesse

Lühike sissejuhatus

Steganograafia, kui keegi ei mäleta, on teabe varjamine mingites konteinerites. Näiteks piltides (arutatud siit ja siit). Samuti saab andmeid varjata failisüsteemi metaandmetes (sellest on kirjutatud siit), ja isegi TCP protokolli metaandmetes. Kahjuks on kõigil neil meetoditel üks puudus: et teavet kontainerisse märkamatult "sisse puutuda", on vaja keerulisi algoritme, mis arvestavad konteineri sisemise struktuuriga. Ja konteineri manipulatsioonide taluvuse osas tekivad probleemid: näiteks, kui natuke pilti redigeerida, kaob peidetud teave.

Kas on võimalik kuidagi hakkama saada ilma keeruliste algoritmide ja õrnade andmemanipulatsioonideta ning samal ajal tagada konteineri töövõime ja peidetud andmete nõuetekohane säilimine? Ütlen ette — jah, on võimalik! Ja isegi utiliiti pakun.

Verised detailid meetodist

Peamine idee on lihtne kui murtud puulöök: kõvakettal on alasid, kuhu operatsioonisüsteem kunagi ei kirjuta (või kirjutab harva). Et neid alasid ei peaks keeruliste algoritmidega otsima, kasutame redundantsust — see tähendab, et dubleerime oma peidetud teabe väga palju kordi kõigi kõvaketta sektorite peale. Seejärel saab kogu selle ilu peale luua vajalikud partitsioonid, formaateerida failisüsteeme, kirjutada faile ja paigaldada OS-e — osa salajastest andmetest jääb siiski alles ja seda saab välja võtta, ning korduv dubleerimine aitab meil koostada algse terviku tükkidest.

Selle meetodi eelis on ilmselge: me ei sõltu failivormingust ega isegi kasutatavast failisüsteemi tüübist.

Puudused on samuti ilmsed:

• Salajasi andmeid saab muuta ainult kõvaketta täieliku taastamisega ja seejärel nähtava sisu uuesti loomisega. Samuti ei tohi kasutada tarkvara, mis taastab ketta pildist: see taastab ka eelnevad salajased andmed.
• Mida rohkem on salajasi andmeid, seda suurem on tõenäosus osa teabe kaotamiseks.
• Andmete väljavõtmine kettalt võib võtta palju aega. Mõnest minutist kuni mitme päevani (kaasaegsed kettad on suured).

Nüüd liigume detailide juurde.

On selge, et kui lihtsalt hajutada salajased andmed kogu kettale, siis need on nähtavad ainult relvastamata pilgule. Kui relvastada pilku näiteks kettaredaktoriga, siis ilmuvad andmed täielikult nähtavale. Seetõttu oleks hea andmed krüpteerida, et need ei paistaks silma. Krüpteerime lihtsalt, aga maitsekalt: kasutame aes256-cbc algoritmi. Krüpteerimise võtme küsime kasutajalt, las ta mõtleb välja hea parooli.

Järgmine küsimus on, kuidas eristada „õigeid“ andmeid riknenud andmetest. Siin aitab meid kontrollsumma, ja mitte lihtsalt, vaid SHA1. Miks mitte? Git'i jaoks on see piisavalt hea, seega sobib ka meile. Otsustatud: varustame iga salvestatud teabe fragment kontrollsummaga, ja kui pärast dekrüpteerimist see klapib — tähendab, et dekrüpteerimine õnnestus.

Veel on kindlasti vajalik fragmenti number ja salajaste andmete kogupikkus. Fragmenti number — et jälgida, millised tükid on juba dekrüpteeritud ja millised on veel alles. Kogupikkus tuleb meele kasuks viimasel fragmendil töötlemisel, et mitte kirjutada liigseid andmeid (teisisõnu padding). Ja kuna meil igal juhul on pealkirja lisamine teel, siis lisame sinna salajase faili nime. See on vajalik pärast dekrüpteerimist, et ei peaks mõtlema, kuidas seda avada.

Testime meetodit praktikas

Kontrollimiseks võtame kõige levinuma kandja — mälupulga. Mul on vanem 1 GB mälupulk, mis sobib katsetamiseks. Kui teil, nagu minul, tekkis mõte mitte vaeva näha füüsiliste kandjate ja katsetada failiga — ketaspildiga, siis ütlen kohe: see ei õnnestu. Ketaste vormindamisel loob Linux selle faili uuesti, ja kõik kasutamata sektorid täidetakse nullidega.

Kahjuks pidime Linuxi masina jaoks kasutama rõdul vedelevat Raspberry Pi 3 meteoroloogiapostit. Seal on mälu napp, seega ei hakka me suuri faile peitma. Piirdume maksimaalse suurusega 10 megabaiti. Liialt väikesi faile pole mõtet peita: utiliit kirjutab andmed kettale klastrite kaupa, igaühe suurus on 4 KB. Seetõttu piirame alates allapoole faili suuruseks 3 KB — see mahub ühte sellesse klastrisse.

Hakkame mälupulkadega mängima etappide kaupa, kontrollides iga etapi järel, kas varjatud teave on loetav:

1. Kiire FAT16 vormindamine 16 kB klastriga. Just seda pakub Windows 7 USB-mäluseadmest, millel ei ole failisüsteemi.
2. USB-mäluseadmest on täidetud 50% igasuguse prügi.
3. USB-mäluseadmest on täidetud 100% igasuguse prügi.
4. „Pikk“ FAT16 vormindamine (kõigi andmete üle kirjutamine).

Esimesed kaks katset lõppesid oodatud täieliku võiduga: utiliit suudeti edukalt taastada 10 megabaiti salajasi andmeid USB-mäluseadmest. Kuid pärast seda, kui mälupulk oli faili täis laaditud, toimus rike:

Kokku lugenud klastrid: 250752, dekrüpteeritud: 158
VIGA: ei saa kirjutada lõpetamata secretFile'i

Kuidas näeme, suudeti edukalt dekrüpteerida vaid 158 klastrit (632 kilobaiti toorandmeid, mis annab 636424 baiti kasulikku koormust). On selge, et 10 megabaiti siit ei saa, ja muidugi on nende klastrite seas kindlasti duplikaate. Isegi 1 megabait ei ole sellisel viisil enam taastatav. Kuid võime garanteerida, et 3 kilobaiti salajasi andmeid me taastame USB-mäluseadmest isegi pärast selle vormindamist ja üle täitmist. Kuid katseid näitavad, et sellisest mälust on täiesti võimalik taastada 120 kilobaitine fail.

Viimane katse näitas kahjuks, et mälupulk on täielikult üle kirjutatud:

$ sudo .\/steganodisk -p password \/dev\/sda
Seadme suurus: 250752 klastrit
250700 99%
Kokku lugemise klastrid: 250752, dekrüpteeritud: 0
VIGA: ei saa kirjutada lõpetamata secretFile'i


Ühtegi klastri ei jäänud… Kahjuks, kuid mitte traagiliselt! Proovime enne vormindamist luua USB-mäluseadmest jagunemise ja seejärel selle sisse failisüsteemi. Üldiselt tuli see tootmisest just sellise vormindamisega, seega ei tee me midagi kahtlast.
Ootuspäraselt on USB-mäluseadmest saadaval ruum veidi vähenenud.

Samuti ootuspäraselt ei õnnestunud 10 megabaiti täielikult täidetud kettale varjata. Kuid nüüd on edukalt dekrüpteeritud klastrite arv kasvanud rohkem kui kahekordseks!

Kokku lugenud klastrite arv: 250752, dekrüpteeritud: 405

Megabaiti, kahjuks, ei õnnestu tükkidest kokku koguda, aga 200 kilobaiti - kergesti.

Ja teadaanne viimase, 4. kontrolli kohta on seekord rõõmustav: täielik vormindamine sellisest USB-mäluseadmest ei viinud kogu info hävimiseni! 120 kilobaiti salajasi andmeid mahtus suurepäraselt kasutamata ruumi.

Kokkuvõtte tabel katsetest:

Natuke teooriat: vaba ruumi ja kasutamata sektorite kohta

Kui olete kunagi jaganud kõvaketast osadeks, olete ehk märganud, et kaugel sellest, et saaks kogu vabalahe ketas ära kasutada. Esimene osa algab alati teatud vahega (see on tavaliselt 1 megabait või 2048 sektorit). Viimase osaga jääb samuti sageli natuke kasutamata „otsi“ tühjade sektoritega. Ja vahel jääb osade vahele ka vahe, kuigi harva.

Teisisõnu, kettal on sektoreid, millele ei pääse ligi tavalise ketta kasutamise ajal, aga andmeid saab neisse sektoritesse kirjutada! See tähendab, et neid saab ka lugeda. Arvestades, et on olemas ka partitsioonide tabel ja laadimiskood, mis asuvad just tühjas piirkonnas ketta alguses.

Jätame hetkeks osad kõrvale ja vaatame ketast kõrgelt, nii öelda, linnulennult. Meie ketasel on tühi osa. Loome sinna failisüsteemi. Kas võime öelda, et mõni sektor kettal jäi kirjutamata?

Ja-jaa — trummipõrin! Vastus on peaaegu alati — jah! Sest enamikul juhtudel seisneb failisüsteemi loomine selles, et kettale salvestatakse vaid mõned teenuseteabe plokid, samas kui muu sisu ei muutu.

Ja veel — puhtalt empiiriliselt — võib oletada, et failisüsteem ei pruugi alati kasutada kogu ettenähtud ruumi viimase sektorini. Näiteks FAT16 failisüsteem, mille klastrite suurus on 64 kilobaiti, ei suuda ilmselgelt täielikult ära kasutada osa, mille suurus ei ole 64 kilobaiti. Sellise osa lõpus peab jääma „otsi“ mõnest sektorist, mis ei ole kasutatav kasutajaandmete salvestamiseks. Siiski, seda oletust ei õnnestunud eksperimentaalselt kinnitada.

Seega, et maksimeerida ruumi, mis on saadaval steganogrammile, tuleb kasutada suurema klastrite suurusega failisüsteemi. Samuti on võimalik luua osa, isegi kui see ei ole vajalik (näiteks mälupulgale). Tühi osa või jaotamata alade jätmine ei ole soovitatav — see tõmbab huvi tekitavate kodanike tähelepanu.

Eksperimentide tööriist

Tööriista lähtekoodiga saab tutvuda siin

Kogumiseks on vajalik Qt versioon 5.0 või kõrgem ning OpenSSL. Kui midagi ei kokkulepita — on võimalik, et tuleb muuta steganodisk.pro faili.

Klastri suurust saab muuta näiteks 4 Kb pealt 512 baitile (failis secretfile.h). Sellega kaasnevad suuremad kulud teenindusteabe jaoks: päis ja kontrollsummad võtavad fikseeritud 68 baiti.

Tööriista tuleb loomulikult käivitada kasutaja root õigustega, kuid ettevaatlikult. Enne antud faili või seadme uuesti kirjutamist ei esitatakse mingeid küsimusi!

Naudi.

Allikas: habr.com