ما هي الإخفاءية

الإخفاء المعلوماتي هو ممارسة إخفاء وجود رسالة بحد ذاته عبر إخفائها داخل بيانات تبدو عادية. تأتي الكلمة من اليونانية steganos (المغطى) وgraphein (الكتابة)، أي الكتابة المغطاة.

قد تُخفى رسالة سرية داخل صورة أو ملف صوتي أو مستند أو حركة مرور شبكية. وبالنسبة إلى أي شخص ينظر إليها، يبدو الحامل طبيعيًا تمامًا: صورة عطلة بريئة أو أغنية أو ملف PDF.

يهم الإخفاء المعلوماتي المتخصصين في الأمن من ناحيتين: يجب على المدافعين فهم كيفية استخدام المهاجمين له لتهريب البيانات، كما يجب على المحللين معرفة كيفية اكتشافه.

غالبًا ما يُخلط بين هذين المفهومين، لكنهما يحلان مشكلتين مختلفتين:

• التشفير يخفي معنى الرسالة. يرى المراقب أن سرًا ما موجود، لكنه لا يستطيع قراءته.
• الإخفاء المعلوماتي يخفي وجود الرسالة. لا يعرف المراقب حتى أن هناك سرًا موجودًا.

يحمي التشفير المحتوى، بينما يحمي الإخفاء المعلوماتي حقيقة الاتصال. فالملف المشفّر يلفت الانتباه، إذ يحتوي بوضوح على شيء ما. أما الرسالة المخفية معلوماتيًا فتختبئ في ملف لا يثير شكوك أحد.

يجمع النهج الأقوى بين التقنيتين. شفّروا أولًا، ثم أخفوا:

• يضمن التشفير أنه حتى إذا اكتُشفت البيانات المخفية، فلن يمكن قراءتها.
• يضمن الإخفاء المعلوماتي أن كتلة النص المشفّر لن يُعثر عليها على الأرجح من الأساس.

يساعد التشفير قبل الإخفاء الإخفاء المعلوماتي نفسه أيضًا: فالنص المشفّر ذو إنتروبيا مرتفعة وعشوائي إحصائيًا، ولذلك يمكن أن يمتزج طبيعيًا مع ضوضاء بيانات الوسائط أكثر من النص الصريح المنظم. يُسمى هذا الدفاع متعدد الطبقات الدفاع في العمق.

للإخفاء المعلوماتي مصطلحات دقيقة تستحق التعلم:

• الحمولة البيانات السرية التي يجري إخفاؤها.
• الغطاء (أو الحامل) الملف البريء المستخدم لإخفائها.
• كائن الإخفاء النتيجة: الغطاء مضافًا إليه الحمولة المضمّنة.
• مفتاح الإخفاء سر اختياري يتحكم في موضع تضمين الحمولة أو طريقته.
• التضمين عملية إدراج الحمولة.
• الاستخراج استرداد الحمولة من كائن الإخفاء.

إذًا: يؤدي تضمين الحمولة في الغطاء، باستخدام مفتاح الإخفاء اختياريًا، إلى إنتاج كائن الإخفاء.

يمكن لأي ملف تقريبًا يحتوي على فائض أو ضوضاء أن يكون غطاءً. ومن الحوامل الشائعة:

• الصور الحوامل الأكثر شيوعًا؛ فتغييرات الألوان الطفيفة غير مرئية للعين.
• الصوت تعديلات السعة الصغيرة غير مسموعة.
• الفيديو سعة هائلة عبر إطارات متعددة.
• النصوص والمستندات المسافات البيضاء أو التنسيق أو المحارف عديمة العرض.
• حركة المرور الشبكية حقول الترويسة غير المستخدمة أو توقيت الحزم (قنوات خفية).
• أنظمة الملفات المساحة الفارغة أو وحدات التخزين المخفية.

أفضل الأغطية كبيرة وذات ضوضاء طبيعية، بحيث تختبئ البيانات المضمّنة بين التباينات الموجودة أصلًا.

توازن كل طريقة من طرق الإخفاء المعلوماتي بين ثلاثة أهداف متعارضة تُعرف باسم مثلث الإخفاء المعلوماتي:

• السعة مقدار البيانات التي يمكن إخفاؤها.
• عدم القابلية للملاحظة مدى صعوبة ملاحظة التغييرات.
• المتانة مدى قدرة الحمولة على الصمود أمام التعديل (الضغط وتغيير الحجم).

يؤدي تحسين أحدها عادةً إلى إضعاف آخر. فإخفاء بيانات أكثر (السعة) يجعل التغييرات الإحصائية أسهل في الاكتشاف (أي يقلل عدم القابلية للملاحظة). وغالبًا ما تُضمّن الأساليب المتينة التي تصمد أمام الضغط البيانات بطريقة أوضح. يعتمد التوازن المناسب على الهدف؛ فتهريب البيانات خفية يفضّل عدم القابلية للملاحظة، بينما يفضّل وضع العلامات المائية المتانة.

تلحق أبسط التقنيات الحمولة بعد نهاية ملف صالح. تحتوي صيغ كثيرة (مثل JPEG) على علامة نهاية للملف، لذلك تتجاهل برامج العرض أي شيء بعدها، وتظل الصورة تُعرض بصورة طبيعية.

يمكن اكتشاف ذلك بسهولة، لأن حجم الملف يكون أكبر مما ينبغي، ولأنه يحتوي على بيانات بعد نهايته المنطقية:

يسهل تنفيذ ذلك واكتشافه؛ فهو لا يحقق عدم القابلية للملاحظة الحقيقي، لكنه يوضح مفهوم إخفاء البيانات التي يتجاهلها العارض.

أشهر تقنيات الإخفاء المعلوماتي الحقيقية هي استبدال LSB (البت الأقل أهمية). في الصورة، كل قناة لونية في البكسل عبارة عن رقم (من 0 إلى 255). ويؤدي تغيير البت الأدنى إلى تغيير القيمة بمقدار لا يتجاوز 1، وهو تغيير لا تراه العين البشرية.

من خلال الكتابة فوق LSB في عدد كبير من البكسلات، يمكنكم ترميز رسالة مخفية بت واحد في كل مرة. ويمكن لصورة RGB بدقة مليون بكسل تقريبًا إخفاء 375 KB بهذه الطريقة.

سنتناول LSB بمزيد من التفصيل في الدرس التالي؛ أما الآن، فاستوعبوا المبدأ: أخفوا البيانات في أجزاء من الملف دقيقة جدًا بحيث لا يلاحظها البشر.

الإخفاء ليس ضارًا بطبيعته، وله تطبيقات مشروعة كثيرة:

• العلامات المائية الرقمية تضمين معلومات الملكية في الوسائط لإثبات حقوق الطبع والنشر أو تتبّع التسريبات.
• كشف العبث استخدام علامة مائية هشة تتلف إذا عُدّل الملف.
• تضمين البيانات الوصفية لحمل بيانات الأصالة أو المصدر.
• الخصوصية حماية الاتصالات عندما يكون مجرد فعل التشفير خطرًا بحد ذاته.

وتحديدًا، تعطي العلامات المائية الأولوية لـ المتانة؛ إذ يجب أن تصمد العلامة أمام الضغط والتحرير، وهو عكس أولوية الإخفاء الخفي.

يستخدم المهاجمون الإخفاء أيضًا، وعلى المدافعين توقّع ذلك:

• تهريب البيانات تهريب البيانات المسروقة إلى الخارج داخل صور تمر عبر المرشحات.
• القيادة والتحكم بالبرمجيات الخبيثة إخفاء التعليمات في صور منشورة على مواقع عامة (stegware).
• إيصال الحمولة إخفاء شيفرة خبيثة داخل ملفات تبدو سليمة.
• تجاوز DLP التحايل على أنظمة منع فقدان البيانات التي تبحث عن الأسرار الواضحة.

لأن الإخفاء يخفي وجود البيانات، غالبًا ما تفوّت الأدوات المعتمدة على التواقيع ذلك. ويتطلب كشفه التحليل الإخفائي، الذي سنتناوله لاحقًا في هذه الدورة.

خطأ شائع هو الاعتماد على سرية الأسلوب، أي الأمان عبر الغموض. ووفقًا لـ مبدأ Kerckhoffs، ينبغي أن يظل النظام آمنًا حتى لو عرف المهاجم التقنية.

بالنسبة إلى الإخفاء، يعني ذلك ما يلي:

• لا تفترض أن خوارزمية التضمين سرية؛ فالمحللون يعرفون الأساليب الشائعة.
• يأتي الأمان الحقيقي من مفتاح الإخفاء (الذي يتحكم في موضع التضمين) بالإضافة إلى التشفير للحمولة.
• قد تكون الطريقة عامة؛ أما المفاتيح وحدها فينبغي أن تبقى سرية.

يخفي الإخفاء الوجود، لكنه ليس بديلًا عن التشفير؛ فاجمعوا بينهما.

اختبروا فهمكم للتمييز الأساسي.

لقد تعلمتم أسس إخفاء البيانات على مرأى من الجميع.

• الإخفاء يخفي وجود الرسالة، بينما يخفي معناها علم التشفير؛ فاجمعوا بينهما لتحقيق دفاع متعدد الطبقات.
• المصطلحات الأساسية: الحمولة، الغلاف، كائن الإخفاء، مفتاح الإخفاء، التضمين، والاستخراج.
• يمكن أن تكون الأغلفة صورًا أو صوتًا أو فيديو أو نصًا أو حركة مرور شبكية أو أنظمة ملفات؛ فالملفات الكبيرة كثيرة الضوضاء تخفي البيانات على نحو أفضل.
• توازن كل طريقة بين مثلث السعة / عدم القابلية للملاحظة / المتانة.
• التقنية الحقيقية الكلاسيكية هي استبدال LSB؛ أما الأساليب الأبسط فتُلحق البيانات بعد نهاية الملف.
• تتراوح الاستخدامات من العلامات المائية المشروعة إلى تهريب البيانات وstegware الخبيث؛ لذا اعتمدوا على مفاتيح الإخفاء والتشفير، لا على الغموض.

بعد ذلك، سننتقل عمليًا إلى تضمين البيانات في الصور والصوت.