🥇 GIF मध्ये स्टेगॅनोग्राफी

परिचय

अभिवादन.
फार पूर्वी नाही, जेव्हा मी विद्यापीठात शिकत होतो, तेव्हा “माहिती सुरक्षिततेच्या सॉफ्टवेअर पद्धती” या विषयात एक अभ्यासक्रम होता. असाइनमेंटसाठी आम्हाला GIF फायलींमध्ये संदेश एम्बेड करणारा प्रोग्राम तयार करणे आवश्यक होते. मी जावा मध्ये करायचे ठरवले.

या लेखात मी काही सैद्धांतिक मुद्द्यांचे वर्णन करेन, तसेच हा छोटा कार्यक्रम कसा तयार केला गेला.

सैद्धांतिक भाग

GIF स्वरूप

GIF (ग्राफिक्स इंटरचेंज फॉरमॅट - प्रतिमांची देवाणघेवाण करण्यासाठीचे स्वरूप) हे ग्राफिक प्रतिमा संचयित करण्यासाठीचे स्वरूप आहे, जे 256 रंगांपर्यंतच्या स्वरूपात गुणवत्ता न गमावता संकुचित डेटा संचयित करण्यास सक्षम आहे. हे स्वरूप 1987 मध्ये (GIF87a) CompuServe ने नेटवर्कवर रास्टर प्रतिमा प्रसारित करण्यासाठी विकसित केले होते. 1989 मध्ये, स्वरूप सुधारित करण्यात आले (GIF89a), पारदर्शकतेसाठी समर्थन आणि ॲनिमेशन जोडले गेले.

GIF फाइल्समध्ये ब्लॉक रचना असते. या ब्लॉक्सची नेहमीच एक निश्चित लांबी असते (किंवा ते काही ध्वजांवर अवलंबून असते), त्यामुळे प्रत्येक ब्लॉक कुठे आहे याबद्दल चूक करणे जवळजवळ अशक्य आहे. GIF89a फॉरमॅटमधील सर्वात सोप्या नॉन-ॲनिमेटेड GIF इमेजची रचना:

संरचनेच्या सर्व ब्लॉक्सपैकी, या प्रकरणात आम्हाला जागतिक पॅलेट ब्लॉक आणि पॅलेटसाठी जबाबदार असलेल्या पॅरामीटर्समध्ये स्वारस्य असेल:

CT - जागतिक पॅलेटची उपस्थिती. हा ध्वज सेट केला असल्यास, तार्किक स्क्रीन हँडलनंतर लगेचच ग्लोबल पॅलेट सुरू होणे आवश्यक आहे.
Size - चित्रातील पॅलेट आकार आणि रंगांची संख्या. या पॅरामीटरसाठी मूल्ये:

आकार
रंगांची संख्या
पॅलेट आकार, बाइट्स

7
256
768

6
128
384

5
64
192

4
32
96

3
16
48

2
8
24

1
4
12

0
2
6

एनक्रिप्शन पद्धती

इमेज फाइल्समधील संदेश एनक्रिप्ट करण्यासाठी खालील पद्धती वापरल्या जातील:

LSB (Least Significant bit) पद्धत
पॅलेट जोडण्याची पद्धत

एलएसबी पद्धत - स्टेग्नोग्राफीची एक सामान्य पद्धत. यात कंटेनरमधील शेवटचे महत्त्वपूर्ण बिट्स (आमच्या बाबतीत, जागतिक पॅलेट बाइट्स) लपविलेल्या संदेशाच्या बिट्ससह बदलणे समाविष्ट आहे.

प्रोग्राम या पद्धतीचा भाग म्हणून ग्लोबल पॅलेट बाइट्समधील शेवटचे दोन बिट वापरेल. याचा अर्थ असा की 24-बिट प्रतिमेसाठी, जेथे रंग पॅलेट लाल, निळा आणि हिरव्यासाठी तीन बाइट्स आहे, त्यात संदेश एम्बेड केल्यानंतर, प्रत्येक रंग घटक कमाल 3/255 श्रेणींमध्ये बदलेल. असा बदल, प्रथमतः, मानवी डोळ्यांना अदृश्य किंवा लक्षात घेणे कठीण होईल आणि दुसरे म्हणजे, कमी-गुणवत्तेच्या माहिती आउटपुट उपकरणांवर ते दृश्यमान होणार नाही.

माहितीचे प्रमाण थेट प्रतिमा पॅलेटच्या आकारावर अवलंबून असेल. पॅलेटचा कमाल आकार 256 रंगांचा असल्याने आणि प्रत्येक रंगाच्या घटकामध्ये दोन संदेश बिट्स लिहिल्यास, जास्तीत जास्त संदेश लांबी (प्रतिमेतील कमाल पॅलेटसह) 192 बाइट्स आहे. एकदा संदेश इमेजमध्ये एम्बेड केल्यावर, फाइलचा आकार बदलत नाही.

पॅलेट विस्तार पद्धत, जे फक्त GIF संरचनेसाठी कार्य करते. हे लहान पॅलेटसह प्रतिमांवर सर्वात प्रभावी असेल. त्याचे सार असे आहे की ते पॅलेटचा आकार वाढवते, ज्यामुळे कलर बाइट्सच्या जागी आवश्यक बाइट्स लिहिण्यासाठी अतिरिक्त जागा मिळते. जर आपण विचार केला की पॅलेटचा किमान आकार 2 रंग (6 बाइट) आहे, तर एम्बेडेड संदेशाचा कमाल आकार 256 × 3–6 = 762 बाइट असू शकतो. गैरसोय कमी क्रिप्टोग्राफिक सुरक्षा आहे; संदेश अतिरिक्त एन्क्रिप्शनच्या अधीन नसल्यास एम्बेड केलेला संदेश कोणत्याही मजकूर संपादकाचा वापर करून वाचला जाऊ शकतो.

व्यावहारिक भाग

कार्यक्रम डिझाइन

एनक्रिप्शन आणि डिक्रिप्शन अल्गोरिदम लागू करण्यासाठी सर्व आवश्यक साधने पॅकेजमध्ये समाविष्ट केली जातील com.tsarik.steganography. या पॅकेजमध्ये इंटरफेसचा समावेश आहे Encryptor पद्धतींसह encrypt и decrypt, वर्ग Binary, जे बिट ॲरे, तसेच अपवाद वर्गांसह कार्य करण्याची क्षमता प्रदान करते UnableToEncryptException и UnableToDecryptException, जे इंटरफेस पद्धतींमध्ये वापरले जावे Encryptor अनुक्रमे एन्कोडिंग आणि डीकोडिंग त्रुटींच्या बाबतीत.

मुख्य प्रोग्राम पॅकेज com.tsarik.programs.gifed स्टॅटिक पद्धतीसह रन करण्यायोग्य प्रोग्राम वर्ग समाविष्ट असेल main, तुम्हाला प्रोग्राम चालवण्याची परवानगी देतो; प्रोग्राम पॅरामीटर्स संग्रहित करणारा वर्ग; आणि इतर वर्गांसह पॅकेजेस.

अल्गोरिदमची अंमलबजावणी स्वतः पॅकेजमध्ये सादर केली जाईल com.tsarik.programs.gifed.gif वर्ग GIFEncryptorByLSBMethod и GIFEncryptorByPaletteExtensionMethod. हे दोन्ही वर्ग इंटरफेसची अंमलबजावणी करतील Encryptor.

GIF स्वरूपाच्या संरचनेवर आधारित, आपण प्रतिमा पॅलेटमध्ये संदेश सादर करण्यासाठी एक सामान्य अल्गोरिदम तयार करू शकता:

प्रतिमेतील संदेशाची उपस्थिती निश्चित करण्यासाठी, संदेशाच्या सुरूवातीस बिट्सचा एक विशिष्ट क्रम जोडणे आवश्यक आहे, जे डीकोडर प्रथम वाचतो आणि अचूकता तपासतो. जर ते जुळत नसेल, तर असे मानले जाते की प्रतिमेमध्ये कोणताही लपलेला संदेश नाही. पुढे आपल्याला संदेशाची लांबी निर्दिष्ट करण्याची आवश्यकता आहे. मग मेसेजचाच मजकूर.

संपूर्ण अर्जाचा वर्ग आकृती:

कार्यक्रमाची अंमलबजावणी

संपूर्ण प्रोग्रामची अंमलबजावणी दोन घटकांमध्ये विभागली जाऊ शकते: इंटरफेस एनक्रिप्शन आणि डिक्रिप्शन पद्धतींची अंमलबजावणी Encryptor, वर्गांमध्ये GIFEncryptorByLSBMethod и GIFEncryptorByPaletteExtensionMethod, आणि वापरकर्ता इंटरफेसची अंमलबजावणी.

वर्गाचा विचार करा GIFEncryptorByLSBMethod.

फील्ड firstLSBit и secondLSBit इमेजच्या प्रत्येक बाइटच्या बिट्सची संख्या ज्यामध्ये संदेश प्रविष्ट केला जावा आणि संदेश कोठून वाचला जावा. फील्ड checkSequence एम्बेडेड संदेशाची ओळख सुनिश्चित करण्यासाठी चेक बिट क्रम संग्रहित करते. स्थिर पद्धत getEncryptingFileParameters निर्दिष्ट फाइलचे पॅरामीटर्स आणि संभाव्य संदेशाची वैशिष्ट्ये परत करते.

पद्धत अल्गोरिदम encrypt वर्ग GIFEncryptorByLSBMethod:

आणि त्याचा कोड:

@Override
public void encrypt(File in, File out, String text) throws UnableToEncodeException, NullPointerException, IOException {
	if (in == null) {
		throw new NullPointerException("Input file is null");
	}
	if (out == null) {
		throw new NullPointerException("Output file is null");
	}
	if (text == null) {
		throw new NullPointerException("Text is null");
	}
	
	// read bytes from input file
	byte[] bytes = new byte[(int)in.length()];
	InputStream is = new FileInputStream(in);
	is.read(bytes);
	is.close();
	
	// check format
	if (!(new String(bytes, 0, 6)).equals("GIF89a")) {
		throw new UnableToEncodeException("Input file has wrong GIF format");
	}
	
	// read palette size property from first three bits in the 10-th byte from the file
	byte[] b10 = Binary.toBitArray(bytes[10]);
	byte bsize = Binary.toByte(new byte[] {b10[0], b10[1], b10[2]});
	
	// calculate color count and possible message length
	int bOrigColorCount = (int)Math.pow(2, bsize+1);
	int possibleMessageLength = bOrigColorCount*3/4;
	int possibleTextLength = possibleMessageLength-2;// one byte for check and one byte for message length
	
	if (possibleTextLength < text.length()) {
		throw new UnableToEncodeException("Text is too big");
	}
	
	int n = 13;
	
	// write check sequence
	for (int i = 0; i < checkSequence.length/2; i++) {
		byte[] ba = Binary.toBitArray(bytes[n]);
		ba[firstLSBit] = checkSequence[2*i];
		ba[secondLSBit] = checkSequence[2*i+1];
		bytes[n] = Binary.toByte(ba);
		n++;
	}
	
	// write text length
	byte[] cl = Binary.toBitArray((byte)text.length());
	for (int i = 0; i < cl.length/2; i++) {
		byte[] ba = Binary.toBitArray(bytes[n]);
		ba[firstLSBit] = cl[2*i];
		ba[secondLSBit] = cl[2*i+1];
		bytes[n] = Binary.toByte(ba);
		n++;
	}
	
	// write message
	byte[] textBytes = text.getBytes();
	for (int i = 0; i < textBytes.length; i++) {
		byte[] c = Binary.toBitArray(textBytes[i]);
		for (int ci = 0; ci < c.length/2; ci++) {
			byte[] ba = Binary.toBitArray(bytes[n]);
			ba[firstLSBit] = c[2*ci];
			ba[secondLSBit] = c[2*ci+1];
			bytes[n] = Binary.toByte(ba);
			n++;
		}
	}
	
	// write output file
	OutputStream os = new FileOutputStream(out);
	os.write(bytes);
	os.close();
}

पद्धतीचा अल्गोरिदम आणि स्त्रोत कोड decrypt वर्ग GIFEncryptorByLSBMethod:

@Override
public String decrypt(File in) throws UnableToDecodeException, NullPointerException, IOException {
	if (in == null) {
		throw new NullPointerException("Input file is null");
	}
	
	// read bytes from input file
	byte[] bytes = new byte[(int)in.length()];
	InputStream is = new FileInputStream(in);
	is.read(bytes);
	is.close();
	
	// check format
	if (!(new String(bytes, 0, 6)).equals("GIF89a")) {
		throw new UnableToDecodeException("Input file has wrong GIF format");
	}
	
	// read palette size property from first three bits in the 10-th byte from the file
	byte[] b10 = Binary.toBitArray(bytes[10]);
	byte bsize = Binary.toByte(new byte[] {b10[0], b10[1], b10[2]});
	
	// calculate color count and possible message length
	int bOrigColorCount = (int)Math.pow(2, bsize+1);
	int possibleMessageLength = bOrigColorCount*3/4;
	int possibleTextLength = possibleMessageLength-2;	// one byte for check and one byte for message length
	
	int n = 13;
	
	// read check sequence
	byte[] csBits = new byte[checkSequence.length];
	for (int i = 0; i < 4; i++) {
		byte[] ba = Binary.toBitArray(bytes[n]);
		csBits[2*i] = ba[firstLSBit];
		csBits[2*i+1] = ba[secondLSBit];
		n++;
	}
	byte cs = Binary.toByte(csBits);
	
	if (cs != Binary.toByte(checkSequence)) {
		throw new UnableToDecodeException("There is no encrypted message in the image (Check sequence is incorrect)");
	}
	
	// read text length
	byte[] cl = new byte[8];
	for (int i = 0; i < 4; i++) {
		byte[] ba = Binary.toBitArray(bytes[n]);
		cl[2*i] = ba[firstLSBit];
		cl[2*i+1] = ba[secondLSBit];
		n++;
	}
	byte textLength = Binary.toByte(cl);
	
	if (textLength < 0) {
		throw new UnableToDecodeException("Decoded text length is less than 0");
	}
	if (possibleTextLength < textLength) {
		throw new UnableToDecodeException("There is no messages (Decoded message length (" + textLength + ") is less than Possible message length (" + possibleTextLength + "))");
	}
	
	// read text bits and make text bytes
	byte[] bt = new byte[textLength];
	for (int i = 0; i < bt.length; i++) {
		byte[] bc = new byte[8];
		for (int bci = 0; bci < bc.length/2; bci++) {
			byte[] ba = Binary.toBitArray(bytes[n]);
			bc[2*bci] = ba[firstLSBit];
			bc[2*bci+1] = ba[secondLSBit];
			n++;
		}
		bt[i] = Binary.toByte(bc);
	}
	
	return new String(bt);
}

वर्गाची अंमलबजावणी GIFEncryptorByPaletteExtensionMethod समान असेल, फक्त माहिती जतन/वाचण्याची पद्धत वेगळी आहे.

वर्गात MainFrame आवरण पद्धती वर्णन केल्या आहेत: encryptImage(Encryptor encryptor) и decryptImage(Encryptor encryptor), इंटरफेस पद्धतींच्या परिणामांवर प्रक्रिया करणे Encryptor आणि वापरकर्त्याशी संवाद साधणे, म्हणजे फाइल निवड संवाद उघडणे, त्रुटी संदेश दर्शवणे इ.; तसेच इतर पद्धती: openImage(), वापरकर्त्याला प्रतिमा निवडण्याची परवानगी देऊन, exit(), जे अनुप्रयोगातून बाहेर पडते. या पद्धती पासून म्हणतात Actionच्या संबंधित मेनू आयटम. हा वर्ग अतिरिक्तपणे सहाय्यक पद्धती लागू करतो: createComponents() - फॉर्म घटकांची निर्मिती, loadImageFile(File f) — फाइलमधून एका विशेष घटकामध्ये प्रतिमा लोड करणे. वर्गाची अंमलबजावणी GIFEncryptorByPaletteExtensionMethod वर्ग अंमलबजावणी प्रमाणेच GIFEncryptorByLSBMethod, मुख्य फरक पॅलेटमधून संदेश बाइट्स लिहिल्या आणि वाचल्या जातात.

कार्यक्रम ऑपरेशन

एलबीएस पद्धत

असे म्हणूया की अशी प्रतिमा आहे:

या प्रतिमेमध्ये, पॅलेटमध्ये 256 रंग असतात (जसे पेंट सेव्ह करते). पहिले चार रंग आहेत: पांढरा, काळा, लाल, हिरवा. इतर रंग काळा आहेत. जागतिक पॅलेट बिट क्रम खालीलप्रमाणे असेल:

11111111 11111111 11111111 00000000 00000000 00000000 11111111 00000000 00000000 00000000 11111111 00000000...

संदेश एम्बेड केल्यावर, अधोरेखित बिट्स संदेशातील बिट्ससह बदलले जातील. परिणामी प्रतिमा मूळपेक्षा जवळजवळ वेगळी नाही.

मूळ
एम्बेडेड संदेशासह प्रतिमा

पॅलेट विस्तार पद्धत

जेव्हा तुम्ही ही पद्धत वापरून संदेश असलेली प्रतिमा उघडता तेव्हा तुम्हाला खालील चित्र दिसेल:

हे स्पष्ट आहे की ही पद्धत संपूर्ण हेरगिरी क्रियाकलापांसाठी कार्य करणार नाही आणि संदेशाच्या अतिरिक्त एन्क्रिप्शनची आवश्यकता असू शकते.

ॲनिमेटेड प्रतिमांमध्ये कूटबद्धीकरण/डिक्रिप्शन नियमित स्थिर प्रतिमांप्रमाणेच कार्य करते, परंतु ॲनिमेशन खंडित होत नाही.

वापरलेले स्त्रोत:

डाउनलोड करा:

स्त्रोत: www.habr.com

GIF मध्ये स्टेग्नोग्राफी