شنبه , تیر ۲۱ ۱۳۹۹
آخرین خبرها

نهان نگاری اطلاعات و آشنایی با کاربردهای آن
استگانوگرافی، شیوه‌ای جدید و کم هزینه برای تبادل امن پیام بین دو منبع

نهان نگاری اطلاعات یا پنهان نگاری اطلاعات(Steganography) هنر پنهان‌کردن اطلاعات حساس و محرمانه در یک پوشش(رسانه بی‌ارزش مانند یک تصویر دیجیتال یا فایل صوتی) می‌باشد، بدون آن که کسی از وجود اطلاعات در آن پوشش آگاه شود.

نهان نگاری اطلاعات
نهان نگاری اطلاعات

استگانوگرافی از دو کلمه یونانی استگانوس(به معنای پوشاندن) و گرافتوس(به معنای نوشتن) تشکیل شده است. در نهان‌نگاری به دنبال مخفی کردن یک پیام ارزشمند در درون یک شی بی‌ارزش هستیم به گونه‌ای که دیگران از وجود آن مطلع نشوند. هر چه پوشش ما وسیع‌تر و بزرگ‌تر باشد، احتمال لو رفتن پیام مستتر در آن کمتر خواهد شد.

تاریخچه نهان‌نگاری

شاید تصور کنیم که نهان‌نگاری مربوط به دوران معاصر و گسترش فناوری‌های دیجیتالی می‌باشد. امّا پنهان کردن یک پیام در یک پوشش دیگر از گذشته‌های دور وجود داشته است.

تاریخچه نهان نگاری
تاریخچه نهان نگاری

در عصر باستان، رومیان موی سر افراد را می‌تراشیدند و پیام مدنظر خود را بر روی پوست سر آن‌ها خالکوبی می‌کردند و منتظر می‌ماندند تا موی سر آن‌ها بلند شود. سپس آن‌ها را به مقصد مدنظر می‌فرستادند، در مقصد مجدد موی سر آن‌ها تراشیده می‌شد و پیام خوانده می‌شد.

مصریان پیام خود را بر روی چوب می‌نوشتند و سپس چوب را با موم می‌پوشاندند و بدین شکل پیام مخفی می‌شد. در مقصد موم را از روی چوب بر می‌داشتند و پیام را می‌خواندند. در چین از جوهری نامرئی برای نوشتن پیام استفاده می‌کردند، کاغذ زمانی که در عسل مخصوصی فرو می‌رفت نوشته‌های مخفی آن، معلوم می‌شد.

نهان نگاری اطلاعات و تفاوت آن با رمزنگاری

نهان نگاری اطلاعات زیر مجموعه علم اختفا اطلاعات(Data Hiding) می‌باشد که در آن سعی می‌شود تا در یک ارتباط ناامن اطلاعاتی به صورت محرمانه به طرف دیگر برسد. منظور از ارتباط ناامن، ارتباطی است که هرکسی امکان دسترسی به کانال ارتباطی را در آن دارد.

رمزنگاری(Cryptography) نیز بخشی از علم اختفا اطلاعات است. رمزنگاری با نهان‌نگاری تفاوت دارد. در رمزنگاری، مهاجم از وجود پیام بر روی یک کانال ارتباطی خبر دارد ولی چون پیام رمز شده است نمی‌تواند به محتویات آن دسترسی پیدا کند. امّا در نهان نگاری اطلاعات، مهاجم از وجود اطلاعات در یک پوشش(تصویر یا صوت) اطلاعی ندارد.

اجزا یک سیستم نهان نگاری اطلاعات

فرآیند نهان نگاری
فرآیند نهان نگاری

یک سیستم پنهان‌نگاری از ۵ جزء اساسی زیر تشکیل می‌شود:

  1. الگوریتم تعبیه داده در پوشش
  2. پیام مخفی(محرمانه)
  3. شی پوشش(متن، تصویر، صوت یا ویدئو)
  4. کلید رمز مشترک(بین فرستنده و گیرنده)
  5. الگوریتم استخراج داده

هرگاه هر کدام از اجزای فوق توسط یک مهاجم کشف شود سیستم نهان نگاری دیگر امنیت خود را از دست می‌دهد و دیگر قابل اعتماد نخواهد بود. در پنهان‌کاری داده‌ها بسیار مهم است که ارتباط بین دو طرف افشا نشود. اگر این ارتباط لو برود به راحتی می‌توان با انجام محاسبات آماری بر روی رسانه یا پوشش مورد استفاده، به اطلاعات مخفی پی برد یا حداقل جلوی انتقال پیام‌ها را در یک کانال ارتباطی بگیریم.

عملکرد سیستم‌های نهان نگاری اطلاعات

نهان نگاری داده‌ها را با کمک یک پوشش که می‌تواند متن، تصویر، صوت یا ویدئو باشد انجام می‌دهیم. معمولا تصویر یا صوت ظرفیت بهتری برای نهان‌نگاری را در اختیار ما می‌گذارند، به همین دلیل از آن‌ها بیشتر استفاده می‌شود(معمولا در کارهای نظامی و امنیتی از صوت برای مخفی‌سازی اطلاعات استفاده می‌شود).

چگونگی عملکرد سیستم نهان نگاری
چگونگی عملکرد سیستم نهان نگاری

نکته مهم در استگانوگرافی این است که پوشش‌ها باید غیرقابل تشخیص باشند و تزریق اطلاعات محرمانه و مخفی در آن‌ها نباید ظاهر و ماهیّت معمولی آن‌ها را تغییر بدهد. اگر به هر طریقی افشا شود که در یک تصویر یا فایل صوتی، اطلاعات محرمانه‌ای جاسازی(Embed) شده است، اصطلاحا می‌گوییم پوشش لو رفته و امکان نهان‌شکنی و استخراج اطلاعات وجود دارد.

نهان‌شکنی(Steganalysis) شامل روش‌هایی می‌باشد که بوسیله آن‌ها می‌توان رسانه‌هایی که در آن‌ها داده‌های مخفی و مشکوکی قرار گرفته است را شناسایی کرد. در نهان‌شکنی ما با حجم عظیمی از داده‌ها در یک پوشش(تصویر یا صوت) مواجه هستیم.
در ابتدا ما باید بتوانیم اطلاعات مربوط به تصویر یا صوت را از داده‌های محرمانه جدا کنیم. سپس باید با استفاده از روش‌های آماری، پیام محرمانه را از درون داده‌های مخفی شده در تصویر استخراج کنیم.

چگونه می‌توان اطلاعات را در یک تصویر مخفی کرد؟

شاید این سئوال ذهن شما را به خود درگیر کرده باشد که چطور می‌توان در یک عکس دیجیتالی، اطلاعاتی را نهان(مخفی) کرد؟
برای پاسخ به این سئوال باید به سراغ ساختار تصاویر دیجیتالی برویم. یک تصویر دیجیتالی از تعداد زیادی ۰ و ۱ تشکیل می‌شود. هر ۰ یا ۱ نشان‌دهنده یک پیکسل در تصویر می‌باشد. اگر آن پیکسل فعال باشد مقدار ۱ و اگر غیرفعال باشد مقدار ۰ را خواهد داشت(یک عکس دیجیتالی بر روی کامپیوتر ما به صورت مجموعه‌ای از ۰ و۱ ها ذخیره می‌شود).

در تصاویر دیجیتالی، داده‌های کم‌ارزشی وجود دارد که اگر ما داده‌ای غیر از اطلاعات اصلی را به جای آن‌ها ذخیره کنیم، تغییری در تصویر اصلی ما ایجاد نمی‌شود. این بخش‌ها معمولا در حاشیه‌های تصویر و قسمت‌هایی که تغییر رنگ کمی‌ دارند، قرار می‌گیرند و چشم انسان به راحتی نمی‌تواند تغییر شدت رنگ در آن‌ها را درک کند.

در صورت ایجاد در مقادیر چنین داده‌های در تصویر اصلی تغییر قابل ملاحظه‌ای ایجاد نخواهد شد. به همین دلیل است که ما می‌توانیم در یک تصویر داده ذخیره کنیم، بدون آن که کسی متوجه آن شود.

کاربردهای استگانوگرافی

پنهان سازی اطلاعات در تصاویر
پنهان سازی اطلاعات در تصاویر

در استگانوگرافی به گونه‌ای که توسط افراد غیرمجاز قابل تشخیص نباشد پیام محرمانه‌ای را در یک شی(پوشش/رسانه) قرار می‌دهیم. دلایل استفاده از نهان‌نگاری می‌تواند متفاوت باشد. مهمترین این دلایل عبارتند از:

  • هزینه زیاد روش‌های رمزنگاری(محاسباتی و ارتباطی) ما را به سمت استفاده از استگانوگرافی می‌برد.
  • استفاده در کاربردهای نظامی، اطلاعتی، امنیتی و جاسوسی
  • استفاده در کاربردهای تجاری و صنعتی برای انتقال محرمانه اسناد مالی یا قراردادهای تجاری
  • عدم جلب توجه دیگران برای ارسال داده بر روی یک کانال ناامن بدون ترس ازاستراق سمع پیام‌ها
  • ارسال کلید رمزنگاری در روش‌های رمزنگاری متقارن
  • کاربرد گسترده در کشورهایی که حکومت محدودیت‌های زیادی برای انتقال اطلاعات ایجاد می‌کند.
  • استفاده در چاپگرهای مدرن برای واترمارک کردن تصویر یا اسناد تا درصورت نیاز امکان پیگیری تاریخ چاپ و منبع پرینت وجود داشته باشد.

واترمارکتینگ یا استگانوگرافی

در بسیاری از موارد مفهوم نهان‌نگاری با واترمارکینگ اشتباه گرفته می‌شود. باید توجه داشته باشیم که در واترمارکینگ(Watermarking) با گذاشتن اثری خاص بر روی یک سند(متن، تصویر، صوت یا ویدئو) امکان کپی‌شدن آن را می‌گیریم. در واقع واترمارک باید توسط همه دیده شود تا احتمال کپی‌شدن به حداقل برسد، در حالی که در نهان‌نگاری به دنبال این هستیم که کسی متوجه وجود داده‌ها در تصویر نشود.

آینده پنهان نگاری اطلاعات

بر روی یک تصویر عوامل زیادی تاثیر دارند. وجود نویز، فیلتر، تصحیح گاما و تبدیل‌های تصویری می‌تواند تغییرات زیادی را در پوشش و داده‌های مخفی شده در آن ایجاد کند. همانطور که الگوریتم‌های نهان‌نگاری در حال رشد هستند، روش‌های نهان‌شکنی نیز پیشرفت می‌کنند.

نهان نگاری اطلاعات یک دانش نوپا محسوب می‌شود که هنوز نیازمند کارهای تحقیقاتی بسیاری می‌باشد، این در حالی است که کاربردهای نهان‌نگاری در مسائل نظامی و امنیتی موجب می‌شود تا مقالات در این زمینه به راحتی در اختیار محققان قرار نگیرد.

دانلود مقاله‌ای مرتبط با نهان‌نگاری اطلاعات و مباحث امنیتی مرتبط با آن(مقاله لاتین)

درباره‌ی مسعود معاونی

من مسعود معاونی، از سال 93 به عنوان بلاگر در حوزه فناوری اطلاعات مشغول فعالیت هستم. در حال حاضر هم به عنوان مدیر محتوا در سایت خبری آی او تی رسانه مشغول به فعالیت هستم و سعی دارم تا محتواهای متناسب با نیاز کاربران را در حوزه فناوری‌های پیشرفته در اختیار آنان قرار دهم.

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *