파일별 스테가노그래피: 섹터에 직접 데이터 숨기기

짧은 소개

누군가 기억하지 못한다면 스테가노그래피는 일부 컨테이너에 정보를 숨기고 있습니다. 예를 들어, 사진에서 (논의됨) 여기에 и 여기에). 파일 시스템의 서비스 테이블에서 데이터를 숨길 수도 있습니다. 여기에), 그리고 심지어 TCP 프로토콜 서비스 패킷에서. 불행히도 이러한 모든 방법에는 한 가지 단점이 있습니다. 정보를 컨테이너에 눈에 띄지 않게 "삽입"하려면 컨테이너 내부 구조의 특성을 고려한 교활한 알고리즘이 필요합니다. 그리고 컨테이너의 조작 저항으로 인해 문제가 발생합니다. 예를 들어 그림을 약간 편집하면 숨겨진 정보가 손실됩니다.

교활한 알고리즘과 미묘한 데이터 조작 없이도 컨테이너의 기능과 숨겨진 데이터에 대한 허용 가능한 수준의 보안을 보장하는 것이 가능합니까? 앞으로는 이렇게 말씀드리겠습니다. 예, 가능합니다! 유틸리티도 제공하겠습니다.

방법에 대한 피비린내 나는 세부 사항

기본 아이디어는 이마에 타격을 가하는 것처럼 간단합니다. 디스크에는 운영 체제가 절대 쓰지 않는(또는 드문 경우지만) 영역이 있습니다. 교묘한 알고리즘을 사용하여 이러한 영역을 검색할 필요를 피하기 위해 중복성을 사용합니다. 즉, 디스크의 모든 섹터에 숨겨진 정보를 여러 번 복제합니다. 그런 다음 이 모든 기능 외에도 필요한 파티션을 생성하고, 파일 시스템을 포맷하고, 파일을 작성하고, OS를 설치할 수 있습니다. 모두 동일하게 비밀 데이터의 일부가 저장되고 검색될 수 있으며 반복적인 복제가 도움이 됩니다. 조각들로부터 원본 전체를 하나로 모으십시오.

이 방법의 장점은 분명합니다. 파일 형식이나 사용되는 파일 시스템 유형에 의존하지 않습니다.

단점도 분명하다고 생각합니다.

• 비밀 데이터는 전체 디스크를 완전히 다시 작성한 다음 사용자에게 표시되는 콘텐츠를 다시 작성해야만 변경할 수 있습니다. 그러나 이미지에서 디스크를 다시 생성하는 소프트웨어는 사용할 수 없습니다. 이전 비밀 데이터도 다시 생성됩니다.
• 비밀 데이터의 양이 많을수록 일부 정보가 손실될 가능성도 커집니다.
• 디스크에서 데이터를 검색하는 데 시간이 오래 걸릴 수 있습니다. 몇 분에서 며칠까지(최신 디스크는 대용량)

이제 구체적인 내용으로 넘어가겠습니다.

단순히 디스크 전체에 비밀 데이터를 칠하면 육안으로만 숨겨질 것이 분명합니다. 예를 들어 디스크 편집기를 사용하면 데이터가 모든 영광으로 나타납니다. 따라서 데이터가 표시되지 않도록 암호화하는 것이 좋습니다. aes256-cbc 알고리즘을 사용하여 간단하지만 세련되게 암호화하겠습니다. 우리는 사용자에게 암호화 키를 요청하고 올바른 비밀번호를 알려줄 것입니다.

다음 질문은 "좋은" 데이터와 나쁜 데이터를 어떻게 구별할 수 있느냐는 것입니다. 여기서 체크섬은 우리에게 도움이 될 것이지만 단순한 것은 아니지만 SHA1입니다. 그리고 뭐? git에도 충분하므로 우리에게도 적합할 것입니다. 결정: 저장된 각 정보에 체크섬을 제공하고, 암호 해독 후 일치하면 암호 해독이 성공한 것입니다.

또한 조각 번호와 비밀 데이터의 전체 길이도 필요합니다. 조각 번호는 우리가 이미 해독한 조각과 남은 조각을 추적하는 것입니다. 전체 길이는 불필요한 데이터(즉, 패딩)를 쓰지 않도록 마지막 조각을 처리할 때 유용합니다. 아직 헤더가 있으므로 거기에 비밀 파일의 이름을 추가하겠습니다. 암호 해독 후 여는 방법을 추측하지 않도록 유용합니다.

실제로 방법 테스트

확인하기 위해 가장 일반적인 매체인 플래시 드라이브를 살펴보겠습니다. 1GB 용량의 오래된 것을 찾았는데, 이는 실험에 매우 적합합니다. 저처럼 물리적 미디어에 신경 쓰지 않고 파일, 즉 디스크 이미지에서 테스트한다는 아이디어를 생각해 냈다면 즉시 작동하지 않을 것이라고 말할 것입니다. 이러한 "디스크"를 포맷할 때 Linux는 파일을 다시 생성하며 사용되지 않은 모든 섹터는 XNUMX으로 채워집니다.

Linux를 사용하는 머신으로서 아쉽게도 발코니에 누워 있는 Raspberry Pi 3의 기상 관측소를 사용해야 했는데 메모리가 많지 않아 대용량 파일을 숨길 수 없습니다. 우리는 최대 크기를 10MB로 제한합니다. 너무 작은 파일을 숨길 필요도 없습니다. 유틸리티는 4KB 클러스터의 디스크에 데이터를 씁니다. 따라서 아래에서는 3kb 파일로 제한하겠습니다. 이는 하나의 클러스터에 맞습니다.

우리는 숨겨진 정보를 읽을 수 있는지 여부를 각 단계 후에 확인하면서 단계적으로 플래시 드라이브를 모의합니다.

1. 클러스터 크기가 16KB인 FAT16 형식으로 빠르게 포맷됩니다. 이는 Windows 7이 파일 시스템이 없는 플래시 드라이브와 관련하여 제공하는 기능입니다.
2. 플래시 드라이브를 모든 종류의 쓰레기로 50% 채웁니다.
3. 플래시 드라이브를 모든 종류의 쓰레기로 100% 채웁니다.
4. FAT16 형식의 "긴" 형식(모든 항목 덮어쓰기)

예상대로 처음 두 테스트는 완전한 승리로 끝났습니다. 유틸리티는 플래시 드라이브에서 10MB의 비밀 데이터를 성공적으로 추출할 수 있었습니다. 그러나 플래시 드라이브의 용량이 파일로 가득 찬 후 오류가 발생했습니다.

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

보시다시피, 158개의 클러스터만 성공적으로 암호 해독되었습니다(632KB의 원시 데이터, 636424바이트의 페이로드 제공). 여기서는 10MB를 얻을 수 있는 방법이 없다는 것이 분명하지만 이러한 클러스터 중에는 분명히 중복된 클러스터가 있습니다. 이 방법으로는 1MB도 복구할 수 없습니다. 하지만 플래시 드라이브를 포맷하고 용량을 모두 기록한 후에도 플래시 드라이브에서 3KB의 비밀 데이터를 복구할 수 있다는 것을 보장할 수 있습니다. 그러나 실험에 따르면 이러한 플래시 드라이브에서 120KB 길이의 파일을 추출하는 것이 가능하다는 것이 밝혀졌습니다.

불행하게도 마지막 테스트에서는 전체 플래시 드라이브를 덮어쓴 것으로 나타났습니다.

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


단 하나의 클러스터도 살아남지 못했습니다... 슬프지만 비극은 아닙니다! 포맷하기 전에 플래시 드라이브에 파티션을 만들고 그 안에 이미 파일 시스템을 만들어 보겠습니다. 그건 그렇고, 공장에서 정확히 이 형식으로 출시되었으므로 우리는 의심스러운 일을 하지 않습니다.
플래시 드라이브의 사용 가능한 공간이 약간 줄어들 것으로 예상됩니다.

또한 완전히 가득 찬 디스크에서는 10MB를 숨길 수 없을 것으로 예상됩니다. 그러나 이제 성공적으로 해독된 클러스터의 수가 두 배 이상 증가했습니다!

Total clusters read: 250752, decrypted: 405

불행하게도 조각들로 XNUMX메가바이트를 모으는 것은 불가능하지만 XNUMX킬로바이트는 쉽습니다.

글쎄, 마지막 네 번째 확인에 대한 뉴스는 이번에는 즐겁습니다. 이러한 플래시 드라이브를 완전히 포맷해도 모든 정보가 파괴되지는 않았습니다! 4KB의 비밀 데이터가 사용되지 않는 공간에 딱 맞습니다.

테스트 요약 테이블:

약간의 이론화: 여유 공간 및 사용되지 않은 섹터에 대해

하드 드라이브를 여러 파티션으로 나눈 적이 있다면 디스크의 여유 공간을 모두 할당하는 것이 항상 가능한 것은 아니라는 점을 알아차렸을 것입니다. 첫 번째 섹션은 항상 약간의 들여쓰기(보통 1MB 또는 2048 섹터)로 시작됩니다. 마지막 섹션 뒤에는 사용되지 않은 섹터의 작은 "꼬리"가 남아 있는 경우도 있습니다. 그리고 드물지만 섹션 사이에 간격이 있는 경우도 있습니다.

즉, 디스크를 사용한 일반적인 작업 중에는 액세스할 수 없는 섹터가 디스크에 있지만 이러한 섹터에 데이터를 쓸 수 있습니다! 그리고 그것은 또한 그것을 읽는 것을 의미합니다. 디스크 시작 부분의 빈 영역에 파티션 테이블과 부트로더 코드도 있다는 사실을 조정했습니다.

잠시 섹션에서 벗어나 조감도에서 디스크를 살펴 보겠습니다. 여기 디스크에 빈 파티션이 있습니다. 그 안에 파일 시스템을 만들어 보겠습니다. 디스크의 일부 섹터가 지워지지 않은 상태로 남아 있다고 말할 수 있습니까?

E-e-e - 드럼 롤! 대답은 거의 항상 '예'입니다! 실제로 대부분의 경우 파일 시스템을 생성하는 작업은 몇 개의 서비스 정보 블록만 디스크에 쓰는 것으로 귀결되며, 그렇지 않은 경우 파티션의 내용은 변경되지 않습니다.

또한 순전히 경험적으로 파일 시스템이 마지막 섹터까지 할당된 모든 공간을 항상 차지할 수는 없다고 가정할 수 있습니다. 예를 들어 클러스터 크기가 16KB인 FAT64 파일 시스템은 64KB의 배수가 아닌 크기의 파티션을 완전히 차지할 수 없습니다. 이러한 섹션의 끝에는 사용자 데이터를 저장하기 위해 액세스할 수 없는 여러 섹터의 "꼬리"가 있어야 합니다. 그러나 이 가정은 실험적으로 확인할 수 없었다.

따라서 스테가노그램에 사용할 수 있는 공간을 최대화하려면 클러스터 크기가 더 큰 파일 시스템을 사용해야 합니다. 필요하지 않은 경우에도 파티션을 생성할 수 있습니다(예: 플래시 드라이브). 빈 구역을 만들거나 할당되지 않은 구역을 남겨둘 필요가 없습니다. 이는 관심 있는 시민의 관심을 끌 것입니다.

실험을 위한 유틸리티

유틸리티의 소스 코드를 터치할 수 있습니다. 여기에

빌드하려면 Qt 버전 5.0 이상과 OpenSSL이 필요합니다. 문제가 해결되지 않으면 steganodisk.pro 파일을 편집해야 할 수도 있습니다.

클러스터 크기를 4KB에서 512바이트(secretfile.h에서)로 변경할 수 있습니다. 동시에 서비스 정보 비용도 증가합니다. 헤더와 체크섬은 고정된 68바이트를 차지합니다.

물론 루트 사용자 권한으로 주의해서 유틸리티를 실행해야 합니다. 지정된 파일이나 장치를 덮어쓰기 전에는 질문이 없습니다!

즐기십시오.

출처 : habr.com