סטגנוגרפיה של מערכת קבצים

היי הבר.

ברצוני להציג בפניכם פרויקט קטן בנושא סטגנוגרפיה, שנעשה בזמני הפנוי מהלימודים.

עשיתי פרויקט על אחסון נסתר של מידע במערכת הקבצים (בהמשך FS).
זה יכול לשמש כדי לגנוב מידע סודי למטרות חינוכיות.

Linux FS ישן מאוד נבחר כאב טיפוס ext2.

Реализация

שיקולי יישום

אם זה טוב "לפרום" את תקן ext2, אז אתה יכול להחליף שב-FS יש מה שנקרא סופר בלוקים, המספק מידע בסיסי על המערכת. אחרי שנמצאתי חסום מפת סיביות и טבלת אינודה. כמעט מיד נולד הרעיון של הקלטת מידע לתוך בלוקי FS ריקים כרגע. עכשיו היה שווה לחשוב על הגנה מפני מתכנת חמוש עורך hex.

אם אתה מאחסן מידע נסתר ללא הצפנה, אז למרות הטשטוש שלו ב-FS, הוא עדיין יהיה בולט מדי, במיוחד אם המתכנת יודע מה לחפש. לכן, הוחלט להצפין את כל הבלוקים של קובץ המקור. בחרתי בצופן בלוק AES, אבל כפי שאתה מבין, זה לא חשוב.

כדי להפריד את הבלוקים הדרושים מכל השאר בעת הקריאה, הוחלט להוסיף סמן מיוחד לכל בלוק בתחילת הבלוק. אסימון זה הוצפן בהתאם למספר הבלוק בקובץ המקור. הטריק הזה איפשר מיד לא רק למצוא את הבלוקים הדרושים, אלא גם לזהות את הסדר הנכון שלהם.

עקרון הפעלה כללי של המערכת.

אלגוריתם הקלטה

על פריטים:

• תחילה כתוב קצת מידע למערכת קבצי המקור;
• מחק מידע זה (לא בהכרח את כולם);
• הקובץ שיש להסתיר מחולק לבלוקים באורך שווה, הוספת סמן;
• הצפין בלוקים אלה;
• הצב בלוקים מוצפנים בלוקים ריקים של FS.

לאוהבי דיאגרמות בלוקים

להלן תרשים בלוקים של אלגוריתם ההקלטה. האלגוריתם מקבל ארבעה קבצים כקלט:
-תמונה של מערכת קבצים הניתנת לשינוי;
-הקובץ כפוף לסטגנוגרפיה;
-קובץ עם מפתח הצפנה עבור AES;
-תיק עם טוש.

ראוי לציין מיד שלאלגוריתם הזה יש חסרון אחד: לאחר כתיבת הקובץ ל-FS, לא יכול כתוב כל דבר חדש לתוך ה-FS, מכיוון שכל מידע חדש יכול להגיע לבלוקים שהקצנו לקובץ הדחוס שלנו, אם כי זה גם פותח את האפשרות "לכסות את עקבותינו במהירות."

אבל זה די ברור איך אפשר לתקן את זה: יש צורך לשכתב את האלגוריתם לכתיבת בלוקים ב-FS. זוהי משימה מובנת, אך גוזלת זמן רב להפליא.
לצורך הוכחת מושג לא יישמתי את זה.

כתוצאה מכך, השינויים הבאים יבוצעו ב-FS; כך נראה ה-FS לפני הסטגנוגרפיה (קובץ שמע הוקלט בעבר).

וכך נראה ה-FS כשהמידע כבר מכונס.

אלגוריתם קריאה

על פריטים:

• עם הכרת המפתח ושיטת בניית הסמנים, הרכיבו את ה-N הסמנים הראשונים, תוך ערבות ש-N כפול באורך של בלוק מערכת הקבצים גדול מאורך הקובץ הדחוס;
• חפש בלוקים ב-FS החל מסמנים;
• פענח את הבלוקים שהתקבלו והפרד את הסמנים;
• אספו את הבלוקים שהתקבלו בסדר הנכון וקבלו את קובץ המקור.

לאוהבי דיאגרמות בלוקים

להלן תרשים בלוקים של אלגוריתם ההקלטה. האלגוריתם מקבל שלושה קבצים כקלט:
-תמונת מערכת הקבצים;
-קובץ עם מפתח הצפנה עבור AES;
-תיק עם טוש.

לאחר הפעלת התוכנית, מופיע קובץ הקריאה, שהוא הקובץ שחולץ ממערכת הקבצים הסטגנוגרפית; אם המפתח או הסמן צוינו בצורה שגויה, קובץ הקריאה יהיה ריק.
(לאוהבי יופי, אתה יכול להכניס לא רק את הקובץ, אלא "כותרת" המכילה מטא-מידע: שם הקובץ, זכויות, זמן השינוי האחרון וכו')

אוטומציה של הפעלה

מטעמי נוחות, סקריפטים של bash נכתבו כדי להפוך את ההשקה לאוטומטית בלינוקס (נבדק על אובונטו 16.04.3 LTS).
בואו נסתכל על ההשקה צעד אחר צעד.
רשומה:

1. sudo Copy_Flash.sh "DEVICE" - קבל את תמונת ה-FS מ-DEVICE (flash);
2. ./Write.sh "FILE" "KEY" "MARKER" - צור סביבה וירטואלית, הורד את הספריות הדרושות והפעל את סקריפט הכתיבה;
3. sudo ./Write_Flash.sh "DEVICE" - כתוב את ה-FS שהשתנה שוב ל-DEVICE.

קריאה:

1. sudo Copy_Flash.sh "DEVICE" - קבל את תמונת ה-FS מ-DEVICE (flash);
2. ./Read.sh "KEY" 'MARKER" - צור סביבה וירטואלית, הורד את הספריות הדרושות והפעל את החלוץ לקריאה;
3. בספרייה הנוכחית, פתח את הקובץ Read - זהו המידע המכווץ.

מסקנה

שיטה סטגנוגרפיה זו כנראה זקוקה לשיפור, בדיקות נוספות והרחבה למערכות קבצים פופולריות יותר, כגון Fatxnumx, NTFS и ext4.
אך מטרת העבודה הזו הייתה להראות את העיקרון לפיו ניתן לבצע אחסון נסתר של מידע במערכת הקבצים.
בעזרת אלגוריתמים כאלה, אתה יכול לאחסן מידע ללא פחד, ואם, אם אתה יודע את המפתח, אפשר לפרוץ למערכת כזו לא בכוח גס (אלא על ידי אלגוריתם ארוך מאוד), אז בלי לדעת את המפתח, זה המערכת נראית לי יציבה לחלוטין, עם זאת, זה עשוי לשמש סיבה למאמר נפרד.

כל הקוד מיושם בגירסת Python 3.5.2. דוגמא לעבודה מוצג בערוץ היוטיוב שלי. הקוד המלא של הפרויקט פורסם ב- GitHub.
(כן, כן, אני יודע שבגרסת ההפקה צריך לכתוב במשהו "מהיר", למשל C 😉)
ביישום זה, גודל קובץ הקלט עבור סטגנוגרפיה לא יעלה על 1000 kB.

אני רוצה להביע את תודתי למשתמש PavelMSTU לעצות חשובות בתכנון המחקר והמלצות על עיצוב המאמר.

מקור: www.habr.com