Стеганографические методы вложения информации в субтитры мультимедиа-контейнеров формата ASF, AVI и Matroska

Постановка задачи

Большое число пользователей персональных компьютеров применяют стеганографические методы сокрытия информации. Объекты, в которые осуществляют внедрение скрытой информации, называют контейнерами. Основными электронными контейнерами являются: текстовые документы, файлы с изображениями (например, фотографии), аудио- и видеозаписи, Web-страницы. Скрытно передавать информацию можно с помощью мессенджеров (например ICQ), чатов и сотовых телефонов (внедряя сообщение в SMS или MMS) и т.д.

Один из ярких примеров применения стеганографии был широко освещен в прессе в июне 2009 г., и впоследствии привлек внимание президента РФ Д. Медведева. На государственном сайте, публикующем информацию о тендерах, был применен метод замены букв кириллицы на сходные по написанию латинские буквы. Замена была сделана для того, чтобы информацию не могли найти «ненужные» заказчики.

Стеганография обеспечивает сокрытие факта передачи (или хранения) информации. Дополнительная защита передаваемой информации обеспечивается шифрованием вложения методами криптографии. Зашифрование и расшифрование информации осуществляется с помощью криптосистемы, о параметрах которой должны заранее договориться адресат и отправитель. Основные принципы криптографии (и стеганографии) предусматривают, что противнику известны алгоритм внедрения сообщения в контейнер и метод шифрования. Это так называемое правило Керк-хоффа [1].

Многие мультимедиа файлы, размещенные в Интернете, имеют своих владельцев. Использование стеганографических методов внедрения информации, позволяет решить актуальную проблему: сохранение авторства на созданную мультимедийную продукцию (например, права на фильм).

Мультимедийные файлы обладают большой избыточностью, поэтому позволяют организовать скрытый канал связи с достаточной пропускной способностью. Можно выделить несколько методов сокрытия информации в текстовых документах (например, в субтитрах). В таблице 1 перечислены некоторые из них [2].

Таблица 1

Метод	Описание
Изменение интервала между предложениями	Метод позволяет вставить в текст сообщение, имеюще е двоичный формат, путем размещения одного или двух пробелов после каждого символа завершения предложения. При этом одинарным пробелом может кодироваться логический ноль, а двойным пробелом – логическая единица
Изменение количества пробелов в конце тестовых строк	Метод заключается в добавлении пробелов в конце каждой строки. Кодировка может быть осуществлена так же, как в предыдущем методе
Изменение количества пробелов между словами	Метод позволяет скрывать данные в свободных местах текста
Синтаксический метод	Метод позволяет скрывать сообщения с помощью намеренно сделанных в предложении ошибок
Семантический метод	Метод позволяет скрывать сообщение с применением схожих по начертанию шрифтов текста
Метод кернинга	Метод использует для сокрытия информации кернинг (изменение расстояний между соседними буквами)

Первый метод сокрытия информации в субтитрах

В данной статье рассматриваются методы сокрытия информации в субтитрах видеофильма.Первыми широко применяемыми стандартами кодирования видео были MPEG1 и MPEG2.Стандарт MPEG1 применялся для записи на дисках формата VideoCD (устаревший на данный момент времени).Стандарт MPEG2использовался для записи на диски DVD. В перечисленных форматах субтитры встраиваются в видеопоток,что усложняет доступ пользователя к редактированию субтитров.Поскольку эти форматы разрабатывались для обеспечения совместимости с аппаратнымисредствамипросмотра(например,DVD-кинотеатр или игровая приставка Sony PlayStation),то работа со встроенными в них субтитрами на программном уровне существенно ограничена.По этой причине в данной статье мы не будем рассматривать их в качестве контейнеров для сокрытия информации.

Кроме перечисленных стандартов можно отметить следующие форматы: ASF,AVI и Matroska.В них применяется ряд видео кодеков, популярнейшими из которых являются представители семейс- тва стандарта MPEG-4. Они позволяют помимо так называемых hard субтитров (те которые встроены в само видео) подключать и soft субтитры (они хранятся в отдельном файле).

Таблица 2

Символ	Десятичное значение	Двоичное значение
С	209	11010001
е	229	11100101
к	234	11101010
р	240	11110000
е	229	11100101
т	242	11110010

Рассмотренный метод сокрытия информации в суб-титрахосновываетсяна добавленииневидимыхсимво-лов после сообщений,выводимых на экран.На рис.1 изображен файл со скрытой информацией,а на рис.2 показан кадр из фильма с указанным вложением.

После текста, отображенного на экране, содержится скрытый текст, закодированный невидимыми на экране символами. Для усложнения обнаружения скрытого канала связи вложения можно размещать через определенное число субтитров.

Вы буд е те

00:00:30

■00:00:3 6, 607'41

Он ■ поможет ■ Вам ■ вЧТ путешествии ■ вглубь ■ Европы . '31

□ О:ОО:26,У42 --

■00:00:29,4УОШ

Вы ■ будете ■ слушать ■ мои ■ голос . '41

Рис. 1. Слева – файл субтитров со скрытой информацией. Справа – тот же файл, но с отображением спецсимволов, которые переносят скрытую информацию

Рис. 2. Отображение видеофайла со скрытой информацией

Секретным ключом является порядковый номер субтитра, после которого находится скрытая информация. Таким способом в одном фильме можно передать текст объемом до 1 0 Кбайт. Передача большего объема скрытой информации не рекомендуется, так как это может вызвать подозрение третьей стороны.

У рассмотренного метода есть недостаток – некоторые программы воспроизведения субтитров (например, BSPlayer) отображают и непечатаемые (невидимые) символы. В результате этого происходит искажение изображаемого на экране текста субтитров.

Этот недостаток устраняется путем побитного вложения скрываемого сообщения. Для этого после каждого выводимого на экран сообщения помещается всего один невидимый символ, который если и будет воспроизведен, то не воспринимается зрителем как искажение текста. Для повышения криптостойкости скрываемая информация размещается не после каждого субтитра.

Извлечение скрытой таким образом информации происходит с помощью секретного ключа. Каждый субтитр, выводимый на экран, имеет свой порядковый номер. Это позволяет составить ключ, указывающий положение отдельного бита скрываемого сообщения. Например, после каждого пятого субтитра помещается один неотображаемый на экране символ (табуляция или пробел).

Расчет числа передаваемых восьмибитовых символов в одном фильме производится по фор-n муле: c =---, где с - количество скрытно пе-

8 • к редаваемых символов, n – число субтитров в фильме, k – ключ. Пусть ключ задан числом 4, это значит, что после каждого четвертого субтитра находится один скрываемый бит. Недостатком этого метода является резкое сокращение объема скрытого текста. В среднем субтитры полуторачасового фильма содержат 1000 сообщений. Указанный в примере ключ, позволяет скрыть 1000 / 4 = 250 бит, что в восьмибитовой кодировке CP-1251 соответствует примерно 31 символу.

Второй метод сокрытия информациив субтитрах

В файле субтитров время показа текста записывается в формате: часы, минуты, секунды, миллисекунды. Изменение момента демонстрации субтитров в пределах от 1 до 9 мС не будет заметным для зрителя. Это объясняется психофизическими особенностями людей. При этом появляется возможность скрыть необходимую информацию.

Пример. Пусть ключ равен 5. Это значит, что после считывания трех десятичных чисел следующие пять чисел не содержат скрытой информации. В соответствии с кодовой таблицей СР-1251 символы открытого текста принимают значения от 0 до 255. При этом каждый символ кодируется всегда тремя десятичными числами. Старшие неиспользуемые разряды заполняются нулями.

Рис. 3. Вложение информации во временные метки субтитров

Рис..4. Программа FoxTeaSamara

Зашифруем слово «Секрет». На рис. 3в первом и втором субтитрах три цифры, расположенные в тысячных долях секунды (2, 0 и 9), образуют число 209. С помощью этого числа скрыт символ «С». В пятом и шестом субтитрах скрыт символ «е» и т.д. через каждые пять значений.

Расчет числа передаваемых восьмибитовых

,                    2 • n символов проводится по формуле: c =----, где

3 + к с – количество скрытно передаваемых символов, n – число субтитров в фильме, k – ключ. В среднем за полуторачасовой фильм отображается 1 000 текстовых сообщений. В них содержится 2000 значений тысячной доли секунды. Для вложения сообщений можно использовать время начала и конца показа сообщения. Так как один символ кодируется тремя десятичными цифрами, то в фильме можно скрыть более 600 символов. Применение ключа уменьшает объем скрываемой информации. Так при шифровании с помощью ключа равного 7, файл субтитров может содержать 200 скрытых символов. Увеличение размера передаваемого сообщения в субтитрах и снижение риска его дешифрации можно осуществить применением криптографического мето-

Рис..5. Субтитры со скрытым сообщением

да шифрования с помощью словаря [3]. Для этого составляется словарь соответствия слов и числовых значений. Такой словарь должен быть у доверенных лиц как на передающей, так и на принимающей стороне. С помощью словаря во временных метках можно скрыть не один символ, а целое слово или даже фразу. Так же можно шифровать сообщения и мето-дом,основанном на невидимых символах.От-личие будет состоять в том, что зашифрованными числами будут не значения из таблицы кодировки,а числа из словаря.

Для сокрытия информации в субтитрах была написана программа FoxTeaSamara, которая реализует метод сокрытия информации в младших разрядах временных меток. Программа составлена на языке C# и может применяться как инструмент цифровой подписи.

Третий метод внедрения сообщения в субтитры

В данном методе сокрытия сообщений используют имеющиеся пустые строки в файле с субтитрами формата *.srt. Пустые строки в таких файлах располагаются перед номерами реплик. В эти пустые строки записывается трехразрядный десятичный код скрываемой буквы (символа). Для скрытого внедрения информации используются символы табуляции, пробела и неразрывного пробела. Символ табуляции применяется для кодирования числа сотен, пробел - для кодирования числа десят-ков,а неразрывной пробел – числа единиц.

Например, чтобы закодировать число 234 нужно внедрить два символа табуляции, три пробела и четыре неразрывных пробела.

Извлечение вложения осуществляется следующим образом:

• -    находят строку с вложением;

• -    подсчитывают число символов каждого вида;

• -    определяют код вложенного символа;

• -    устанавливают значение вложенного символа.

На рис. 5 показаны места внедрения информации в субтитрах (они выделены овалами).

Для сокрытия информации в субтитрах с помощью третьего рассмотренного метода была написана программа DragonSamara. Программа составлена на языке Delphi.

Выводы

Стеганографические методы защиты информации увеличивают криптостойкость сообщений. Кроме того, стеганографические методы дают возможность защищать авторские права.В статье рассмотрена возможность скрытного вложения информации в субтитры фильма (например, можно записать фамилию автора фильма или название фирмы,которой принадлежат авторские права).