סטגנוגרפיה לפי קבצים: הסתרת נתונים ישירות במגזרים

הקדמה קטנה

סטגנוגרפיה, אם מישהו לא זוכר, מסתירה מידע במיכלים מסוימים. לדוגמה, בתמונות (דנו כאן и כאן). אתה יכול גם להסתיר נתונים בטבלאות שירות של מערכת הקבצים (על זה נכתב כאן), ואפילו במנות שירות פרוטוקול TCP. לרוע המזל, לכל השיטות הללו יש חיסרון אחד: על מנת "להכניס" מידע באופן בלתי מורגש למיכל, אתה צריך אלגוריתמים ערמומיים שלוקחים בחשבון את המוזרויות של המבנה הפנימי של המכולה. ומתעוררות בעיות עם ההתנגדות של המיכל למניפולציה: לדוגמה, אם אתה עורך מעט את התמונה, מידע נסתר יאבד.

האם אפשר איכשהו להסתדר בלי אלגוריתמים ערמומיים ומניפולציות עדינות עם נתונים, ועדיין להבטיח את הפונקציונליות של הקונטיינר ורמת אבטחה מקובלת של נתונים מוסתרים? במבט קדימה, אני אגיד - כן, אתה יכול! אני אפילו אציע כלי שירות.

פרטים מחורבנים של השיטה

הרעיון הבסיסי הוא פשוט כמו מכה במצח: יש אזורים בדיסק שמערכת ההפעלה אף פעם לא כותבת אליהם (או כותבת במקרים נדירים). כדי למנוע את הצורך בחיפוש אחר אזורים אלו באמצעות אלגוריתמים ערמומיים, נשתמש ביתירות – כלומר נשכפל את המידע הנסתר שלנו פעמים רבות על פני כל מגזרי הדיסק. לאחר מכן, ממש על כל הפאר הזה, אתה יכול ליצור את המחיצות הדרושות, לפרמט מערכות קבצים, לכתוב קבצים ולהתקין מערכת הפעלה - בכל זאת, חלק מהנתונים הסודיים יישמרו וניתן לאחזר אותם, ושכפול חוזר יעזור לנו הרכיבו את השלם המקורי מהחתיכות.

היתרון של שיטה זו ברור: אנחנו לא תלויים בפורמט הקובץ, ואפילו לא בסוג מערכת הקבצים שבה נעשה שימוש.

החסרונות הם גם, לדעתי, ברורים:

• ניתן לשנות נתונים סודיים רק על ידי כתיבה מחדש מלאה של הדיסק כולו, ולאחר מכן יצירה מחדש של התוכן הגלוי למשתמש. עם זאת, לא ניתן להשתמש בתוכנה שיוצרת מחדש את הדיסק מתמונה: היא גם תיצור מחדש את הנתונים הסודיים הקודמים.
• ככל שנפח הנתונים הסודיים גדול יותר, כך גדלה הסבירות לאיבוד מידע מסוים.
• אחזור נתונים מהדיסק עשוי להימשך זמן רב. ממספר דקות עד מספר ימים (דיסקים מודרניים גדולים).

עכשיו בואו נעבור לפרטים.

ברור שאם פשוט תמרחו נתונים סודיים על כל הדיסק, הם יהיו מוסתרים רק מעין בלתי מזוינת. אם תצייד את מבטך, נניח, בעורך דיסקים, הנתונים יופיעו במלוא הדרו. לכן, זה יהיה רעיון טוב להצפין את הנתונים כך שהם לא יופיעו. אנו נצפין בפשטות, אך בטוב טעם: באמצעות האלגוריתם aes256-cbc. נבקש מהמשתמש את מפתח ההצפנה וניתן לו להמציא סיסמה טובה.

השאלה הבאה היא כיצד אנו יכולים להבחין בין נתונים "טובים" לנתונים רעים. כאן יעזור לנו סכום בדיקה, אבל לא פשוט, אלא SHA1. ומה? זה מספיק טוב עבור git, אז זה יתאים גם לנו. הוחלט: אנו מספקים לכל פיסת מידע מאוחסנת סכום בדיקה, ואם לאחר הפענוח הוא תואם, זה אומר שהפענוח הצליח.

תצטרך גם את מספר הפרגמנט ואת האורך הכולל של הנתונים הסודיים. מספר השבר נועד לעקוב אחר החתיכות שכבר פענחנו ואילו נותרו. האורך הכולל יהיה שימושי עבורנו בעת עיבוד הפרגמנט האחרון, כדי לא לכתוב נתונים מיותרים (כלומר, ריפוד). ובכן, מכיוון שעדיין יש לנו כותרת, נוסיף שם את שם הקובץ הסודי. זה יהיה שימושי לאחר הפענוח, כדי לא לנחש איך לפתוח אותו.

בדיקת השיטה הלכה למעשה

כדי לבדוק, ניקח את המדיום הנפוץ ביותר - כונן הבזק. מצאתי ישן עם קיבולת של 1 GB, שמתאים למדי לניסויים. אם אתה, כמוני, הגעת לרעיון של לא להתעסק במדיה פיזית, אלא לבדוק אותה על קובץ - תמונת דיסק, אז אני אגיד מיד: זה לא יעבוד. כאשר מפרמטים "דיסק" כזה, לינוקס יוצרת שוב את הקובץ, וכל הסקטורים שאינם בשימוש יתמלאו באפסים.

בתור מכונה עם לינוקס, לצערי, נאלצתי להשתמש בתחנת מזג אוויר ב-Raspberry Pi 3 השוכבת במרפסת. אין שם הרבה זיכרון, אז לא נסתיר קבצים גדולים. אנו מגבילים את עצמנו לגודל מקסימלי של 10 מגה בייט. אין גם טעם להסתיר קבצים קטנים מדי: השירות כותב נתונים לדיסק באשכולות של 4 KB. לכן, להלן נגביל את עצמנו לקובץ של 3 kb - הוא מתאים לאשכול אחד כזה.

נלעג לכונן ההבזק בשלבים, ונבדוק לאחר כל שלב האם המידע החבוי קריא:

1. עיצוב מהיר בפורמט FAT16 עם גודל אשכול של 16 KB. זה מה ש-Windows 7 מציע לעשות עם כונן הבזק שאין לו מערכת קבצים.
2. מילוי כונן הבזק בכל מיני זבל ב-50%.
3. מילוי כונן הבזק בכל מיני זבל ב-100%.
4. עיצוב "ארוך" בפורמט FAT16 (החלפת הכל).

שני המבחנים הראשונים, כצפוי, הסתיימו בניצחון מוחלט: כלי השירות הצליח לחלץ בהצלחה 10 מגה-בייט של נתונים סודיים מכונן הבזק. אבל לאחר שכונן ההבזק התמלא עד אפס מקום בקבצים, אירע כשל:

Total clusters read: 250752, decrypted: 158
ERROR: cannot write incomplete secretFile

כפי שניתן לראות, רק 158 אשכולות פוענחו בהצלחה (632 קילובייט של נתונים גולמיים, מה שנותן 636424 בתים של מטען). ברור שאין דרך להשיג כאן 10 מגה, ובכל זאת בין האשכולות הללו יש כפילויות ברורות. אתה אפילו לא יכול לשחזר 1 מגה בייט בדרך זו. אבל אנחנו יכולים להבטיח שנשחזר 3 קילובייט של נתונים סודיים מכונן הבזק גם לאחר שהוא יפורמט ונכתב עד קיבולת. עם זאת, ניסויים מראים שאפשר בהחלט לחלץ קובץ באורך 120 קילובייט מכונן הבזק כזה.

הבדיקה האחרונה, למרבה הצער, הראתה שכל כונן ההבזק הוחלף:

$ sudo ./steganodisk -p password /dev/sda
Device size: 250752 clusters
250700 99%
Total clusters read: 250752, decrypted: 0
ERROR: cannot write incomplete secretFile


אף מקבץ אחד לא שרד... עצוב, אבל לא טרגי! לפני הפרמוט, בואו ננסה ליצור מחיצה בכונן הבזק, וכבר בתוכו מערכת קבצים. אגב, זה הגיע מהמפעל בדיוק עם העיצוב הזה, אז אנחנו לא עושים שום דבר חשוד.
זה די צפוי שהשטח הפנוי בכונן ההבזק ירד מעט.

זה גם די צפוי שלא ניתן היה להסתיר 10 מגה בדיסק מלא לחלוטין. אבל כעת מספר האשכולות שפוענחו בהצלחה הוכפל ביותר!

Total clusters read: 250752, decrypted: 405

למרבה הצער, אי אפשר להרכיב מגה-בייט מחתיכות, אבל מאתיים קילובייט זה קל.

ובכן, החדשות על הבדיקה האחרונה, הרביעית, הפעם משמחות: פירמוט מלא של כונן הבזק כזה לא הוביל להשמדת כל המידע! 4 קילובייט של נתונים סודיים מתאימים בצורה מושלמת לחלל לא בשימוש.

טבלת סיכום מבחן:

קצת תיאוריה: על שטח פנוי ומגזרים לא בשימוש

אם אי פעם חילקתם את הכונן הקשיח למחיצות, אולי שמתם לב שלא תמיד ניתן להקצות את כל השטח הפנוי בדיסק. הקטע הראשון תמיד מתחיל עם הזחה כלשהי (בדרך כלל 1 מגה-בייט, או 2048 סקטורים). מאחורי הסעיף האחרון, קורה גם שנשאר "זנב" קטן של סקטורים שאינם בשימוש. ולפעמים יש פערים בין הסעיפים, אם כי לעיתים רחוקות.

במילים אחרות, ישנם סקטורים בדיסק שלא ניתן לגשת אליהם במהלך עבודה רגילה עם הדיסק, אך ניתן לכתוב נתונים לסקטורים אלו! וזה אומר שגם לקרוא אותו. מותאם לעובדה שיש גם טבלת מחיצות וקוד טוען אתחול, הממוקמים באזור הריק בתחילת הדיסק.

בואו ניקח קצת הפסקה מהקטעים ונסתכל על הדיסק ממעוף הציפור, כביכול. כאן יש לנו מחיצה ריקה בדיסק. בואו ניצור בו מערכת קבצים. האם נוכל לומר שחלק מהסקטורים בדיסק נשארים לא נמחקים?

E-e-e - רול תופים! התשובה כמעט תמיד תהיה כן! ואכן, ברוב המקרים, יצירת מערכת קבצים מסתכמת בכתיבת רק כמה בלוקים של מידע שירות לדיסק, אחרת תוכן המחיצה אינו משתנה.

וגם - אמפירית גרידא - אנו יכולים להניח שמערכת הקבצים לא תמיד יכולה לתפוס את כל השטח שהוקצה לה עד למגזר האחרון. לדוגמה, מערכת קבצים FAT16 עם גודל אשכול של 64 קילובייט כמובן לא יכולה לתפוס לחלוטין מחיצה בגודל לא כפולה של 64 קילובייט. בסוף קטע כזה יצטרך להיות "זנב" של מספר סקטורים שאינו נגיש לאחסון נתוני משתמש. עם זאת, לא ניתן לאשש הנחה זו בניסוי.

לכן, כדי למקסם את השטח הזמין עבור הסטגנוגרמה, עליך להשתמש במערכת קבצים עם גודל אשכול גדול יותר. אתה יכול גם ליצור מחיצה, גם אם זה לא הכרחי (בכונן הבזק, למשל). אין צורך ליצור קטעים ריקים או להשאיר שטחים לא מוקצים - זה ימשוך את תשומת הלב של אזרחים מתעניינים.

כלי עזר לניסויים

אתה יכול לגעת בקוד המקור של כלי השירות כאן

כדי לבנות, תצטרך Qt גרסה 5.0 ומעלה ו-OpenSSL. אם משהו לא עובד, ייתכן שיהיה עליך לערוך את הקובץ steganodisk.pro.

אתה יכול לשנות את גודל האשכול מ-4 KB ל-, נניח, 512 בתים (ב- secretfile.h). במקביל, עלות מידע השירות תגדל: הכותרת והצ'ק-sum תופסים 68 בתים קבועים.

אתה צריך להפעיל את כלי השירות, כמובן, עם זכויות משתמש שורש, ובזהירות. לא ישאלו שאלות לפני החלפת הקובץ או המכשיר שצוינו!

תהנה.

מקור: www.habr.com