Стеганографија по датотеки: криење податоци директно во сектори

Краток предговор

Стеганографијата, ако некој не се сеќава, крие информации во некои контејнери. На пример, на слики (дискутирани тука и тука). Можете исто така да ги скриете податоците во сервисните табели на датотечниот систем (за ова е напишано тука), и дури во пакетите на услуги на протоколот TCP. За жал, сите овие методи имаат еден недостаток: за незабележливо да „вметнете“ информации во контејнер, потребни ви се лукави алгоритми кои ги земаат предвид особеностите на внатрешната структура на контејнерот. И се јавуваат проблеми со отпорноста на контејнерот на манипулации: на пример, ако малку ја уредите сликата, скриените информации се губат.

Дали е можно некако да се направи без лукави алгоритми и суптилни манипулации со податоците, а сепак да се обезбеди функционалност на контејнерот и прифатливо ниво на безбедност на скриените податоци? Гледајќи напред, ќе кажам - да, можеш! Јас дури и ќе понудам алатка.

Крвави детали за методот

Основната идеја е едноставна како удар во челото: има области на дискот на кои оперативниот систем никогаш не пишува (или пишува во ретки случаи). За да ја избегнеме потребата да ги бараме овие области користејќи лукави алгоритми, ќе користиме вишок - односно ќе ги дуплираме нашите скриени информации многу, многу пати низ сите сектори на дискот. Потоа, веднаш над целиот овој раскош, можете да ги креирате потребните партиции, да форматирате датотечни системи, да пишувате датотеки и да инсталирате оперативни системи - сеедно, дел од тајните податоци ќе се зачуваат и ќе можат да се вратат, а повторното дуплирање ќе ни помогне составете ја оригиналната целина од парчињата.

Предноста на овој метод е очигледна: ние не зависиме од форматот на датотеката, па дури и од типот на датотечен систем што се користи.

Недостатоците се исто така, мислам, очигледни:

• Тајните податоци може да се променат само со целосно препишување на целиот диск, проследено со повторно создавање на содржината видлива за корисникот. Сепак, не можете да користите софтвер што го пресоздава дискот од слика: тој исто така ќе ги пресоздаде претходните тајни податоци.
• Колку е поголем обемот на тајните податоци, толку е поголема веројатноста за губење на некои информации.
• Враќањето податоци од дискот може да потрае долго време. Од неколку минути до неколку дена (модерните дискови се големи).

Сега да продолжиме со спецификите.

Јасно е дека ако едноставно ги размачкате тајните податоци по целиот диск, тие ќе бидат скриени само од голо око. Ако го опремите погледот со, да речеме, уредувач на дискови, податоците ќе се појават во сета своја слава. Затоа, би било добра идеја да ги шифрирате податоците за да не се појавуваат. Ќе шифрираме едноставно, но вкусно: користејќи го алгоритмот aes256-cbc. Ќе го побараме корисникот за клучот за шифрирање и ќе му дозволиме да најде добра лозинка.

Следното прашање е како можеме да разликуваме „добри“ од лоши податоци. Овде контролната сума ќе ни помогне, но не едноставна, туку SHA1. И што? Доволно е добар за гит, па ќе ни одговара и нас. Одлучивме: на секоја зачувана информација му даваме контролна сума и ако по дешифрирањето се совпаѓа, тоа значи дека дешифрирањето било успешно.

Ќе ви требаат и бројот на фрагментот и вкупната должина на тајните податоци. Бројот на фрагментот е да следи кои парчиња веќе сме ги дешифрирале, а кои останале. Вкупната должина ќе ни биде корисна при обработката на последниот фрагмент, за да не се пишуваат непотребни податоци (т.е. полнење). Па, бидејќи сè уште имаме заглавие, таму ќе го додадеме името на тајната датотека. Ќе биде корисно по дешифрирањето, за да не се погоди како да се отвори.

Тестирање на методот во пракса

За да провериме, да го земеме најчестиот медиум - флеш-уред. Најдов еден стар со капацитет од 1 GB, кој е сосема погоден за експерименти. Ако вие, како мене, дојдовте до идеја да не се мачите со физички медиуми, туку да ги тестирате на датотека - слика на дискот, тогаш веднаш ќе кажам: нема да работи. Кога форматирате таков „диск“, Линукс повторно ја создава датотеката и сите неискористени сектори ќе бидат исполнети со нули.

Како машина со Linux, за жал, морав да користам метеоролошка станица на Raspberry Pi 3 што лежи на балконот. Нема многу меморија таму, така што нема да криеме големи датотеки. Се ограничуваме на максимална големина од 10 мегабајти. Исто така, нема смисла да се сокријат датотеките што се премногу мали: алатката запишува податоци на дискот во кластери од 4 KB. Затоа, подолу ќе се ограничиме на датотека од 3 kb - таа се вклопува во еден таков кластер.

Ќе го исмеваме флеш-уредот во фази, проверувајќи по секоја фаза дали скриените информации се читливи:

1. Брзо форматирање во формат FAT16 со големина на кластер од 16 KB. Ова го нуди Windows 7 со флеш драјв кој нема датотечен систем.
2. Пополнување на флеш-уредот со секаков вид ѓубре за 50%.
3. Пополнување на флеш-уредот со секаков вид ѓубре за 100%.
4. „Долго“ форматирање во формат FAT16 (презапишување сè).

Првите два теста, како што се очекуваше, завршија со целосна победа: алатката успеа успешно да извлече 10 мегабајти тајни податоци од флеш-уредот. Но, откако флеш-уредот беше исполнет до капацитет со датотеки, се случи дефект:

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

Како што можете да видите, само 158 кластери беа успешно дешифрирани (632 килобајти необработени податоци, што дава 636424 бајти носивост). Јасно е дека тука нема начин да се добијат 10 мегабајти, а сепак меѓу овие кластери има јасно дупликати. На овој начин не можете да вратите ни 1 мегабајт. Но, можеме да гарантираме дека ќе вратиме 3 килобајти тајни податоци од флеш-уредот дури и откако ќе се форматираат и напишат до капацитет. Сепак, експериментите покажуваат дека е сосема можно да се извлече датотека долга 120 килобајти од таков флеш-уред.

Последниот тест, за жал, покажа дека целиот флеш-уред е препишан:

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


Ниту еден кластер не преживеа... Тажно, но не и трагично! Пред форматирање, ајде да се обидеме да создадеме партиција на флеш-уредот, а веќе во него датотечен систем. Иначе од фабрика дојде токму со ова форматирање, па не правиме ништо сомнително.
Сосема се очекува дека достапниот простор на флеш-уредот е малку намален.

Исто така, сосема е очекувано дека 10 мегабајти не може да се сокријат на целосно полн диск. Но, сега бројот на успешно дешифрирани кластери е повеќе од двојно зголемен!

Total clusters read: 250752, decrypted: 405

За жал, невозможно е да се собере мегабајт од парчиња, но двесте килобајти се лесни.

Па, веста за последната, 4-та проверка, овој пат е радосна: целосно форматирање на таков флеш-уред не доведе до уништување на сите информации! 120 килобајти тајни податоци совршено се вклопуваат во неискористениот простор.

Табела за резиме на тестот:

Малку теоретизирање: за слободниот простор и неискористените сектори

Ако некогаш сте го поделиле вашиот хард диск на партиции, можеби сте забележале дека не е секогаш можно да се распредели целиот слободен простор на дискот. Првиот дел секогаш започнува со одредено вовлекување (обично 1 мегабајт, или 2048 сектори). Зад последниот дел, исто така се случува да остане мала „опашка“ на неискористени сектори. И понекогаш има празнини помеѓу деловите, иако ретко.

Со други зборови, има сектори на дискот до кои не може да се пристапи при нормална работа со дискот, но податоците може да се запишат на овие сектори! А тоа значи и читање. Прилагодено за фактот дека има и табела за партиции и код за подигнувачот, кои се наоѓаат во празната област на почетокот на дискот.

Ајде да одмориме малку од секциите и да го погледнеме дискот од птичја перспектива, така да се каже. Овде имаме празна партиција на дискот. Ајде да создадеме датотечен систем во него. Можеме ли да кажеме дека некои сектори на дискот остануваат неизбришани?

Е-е-е - тапан ролна! Одговорот речиси секогаш ќе биде да! Навистина, во повеќето случаи, создавањето датотечен систем се сведува на запишување само неколку блокови на информации за услугата на дискот, а во спротивно содржината на партицијата не се менува.

И, исто така - чисто емпириски - можеме да претпоставиме дека датотечниот систем не може секогаш да го зазема целиот простор што му е доделен до последниот сектор. На пример, датотечен систем FAT16 со големина на кластерот од 64 килобајти очигледно не може целосно да заземе партиција со големина не повеќекратна од 64 килобајти. На крајот од таков дел ќе треба да има „опашка“ од неколку сектори, недостапни за складирање на кориснички податоци. Сепак, оваа претпоставка не можеше да се потврди експериментално.

Значи, за да го максимизирате просторот достапен за стеганограмот, треба да користите датотечен систем со поголема големина на кластерот. Можете исто така да креирате партиција, дури и ако тоа не е потребно (на флеш-уред, на пример). Нема потреба да се создаваат празни делови или да се оставаат нераспределени површини - ова ќе го привлече вниманието на заинтересираните граѓани.

Корисна алатка за експерименти

Можете да го допрете изворниот код на алатката тука

За да изградите, ќе ви треба Qt верзија 5.0 или повисока и OpenSSL. Ако нешто не работи, можеби ќе треба да ја уредите датотеката steganodisk.pro.

Можете да ја промените големината на кластерот од 4 KB на, да речеме, 512 бајти (во secretfile.h). Во исто време, информациите за цената на услугата ќе се зголемат: заглавието и контролната сума зафаќаат фиксни 68 бајти.

Треба да ја извршите алатката, се разбира, со права на кориснички корени и со претпазливост. Нема да се поставуваат прашања пред да се препише наведената датотека или уред!

Уживајте.

Извор: www.habr.com