Steganografia ja kryptografia

Kryptografia ja steganografia ovat toisiaan täydentäviä aloja, joilla on eri tavoitteet. Kryptografia muuntaa viestin niin, ettei sen sisältöä voi ymmärtää ilman avainta, mutta salaisen viestin olemassaolo on ilmeistä. Steganografia piilottaa itse viestinnän olemassaolon viattomalta näyttävän kantoaineen sisään, joten tarkkailija ei tiedä salaisen viestin olevan siellä lainkaan.

Turvallisimmassa salaisessa viestinnässä yhdistetään molemmat tekniikat: ensin viesti salataan niin, ettei sitä voi lukea, vaikka piilotettu data havaittaisiin, ja sen jälkeen salateksti upotetaan kantoaineeseen steganografian avulla. Piilotetun datan löytävä hyökkääjä näkee vain satunnaiselta näyttäviä tavuja. Tätä kerroksellista lähestymistapaa käytetään sekä laillisissa yksityisyystyökaluissa että valtioiden tiedusteluoperaatioissa.

Steganografialla on tietokoneita edeltävä rikas historia. Sitruunamehusta tai maidosta valmistettua näkymätöntä mustetta käytettiin kirjoittamaan viattomien kirjeiden rivien väliin. Nollasalauksissa viestit piilotettiin tavalliselta vaikuttavan tekstin jokaisen sanan ensimmäiseen kirjaimeen. Saksalaiset vakoojat käyttivät toisessa maailmansodassa mikropisteitä: pisteen kokoisiksi kutistettuja valokuvia, jotka upotettiin painettuihin asiakirjoihin.

Digitaalisella aikakaudella kantoaineena voi toimia mikä tahansa tiedostomuoto, joka sisältää redundanttia tai häviöllistä dataa. Yleisiä digitaalisia kantoaineita ovat rasterikuvat (JPEG, PNG, BMP), äänitiedostot (WAV, MP3), videotiedostot (AVI, MP4) ja jopa verkkopaketit. Kantoaineen valinta vaikuttaa sekä piilotuskapasiteettiin että tilastollisen analyysin avulla havaitsemisen riskiin.

Steganografian perustavanlaatuinen vaatimus on, että kantoainetiedostoa ei voi erottaa saman tiedostomuodon normaalista, muokkaamattomasta versiosta. Kymmenen megatavun kuva, joka sisältää yhtäkkiä viisi megatavua piilotettua dataa, näyttää ihmissilmään identtiseltä, mutta siinä voi olla havaittavia tilastollisia poikkeamia. Tehokkaassa steganografiassa piilotettu hyötykuorma pidetään pienenä suhteessa kantoaineen kokoon.

Steganalyysi on piilotettujen viestien havaitsemisen taito, joka vastaa salausmenetelmien murtamiseen käytettävää kryptanalyysiä. Steg analyytikot etsivät tilastollisia poikkeamia, jotka paljastavat piilotetun datan olemassaolon. Kryptanalyytikot yrittävät palauttaa selväkielisen tekstin salatekstistä. Onnistunut steganalyysi paljastaa, että jotakin on piilotettu, kun taas onnistunut kryptanalyysi paljastaa, mitä tuo jokin sisältää. Molemmat alat edistävät niitä vastustavien alojen kehitystä.

Luonnollisilla kuvilla on ennustettavia tilastollisia ominaisuuksia: pikseliarvot noudattavat tasaisia jakaumia, vierekkäiset pikselit korreloivat ja kohinakuviot vastaavat kameran kennon ominaisuuksia. Steganografinen upotus häiritsee näitä ominaisuuksia. Khiin neliö -testi, RS-analyysi ja näyteparianalyysi ovat tekniikoita, joilla mitataan poikkeamia odotetuista tilastoista mahdollisen steganografisen sisällön havaitsemiseksi.

Yhdysvalloissa vuonna 2010 pidätettyjen venäläisten tiedusteluagenttien havaittiin käyttävän steganografiaa viestien upottamiseen verkkosivustoille julkisesti lähetettyihin kuviin. Kuvat näyttivät tavallisilta valokuvilta, mutta sisälsivät ohjeita ja tiedustelutietoja. Tämä tosielämän tapaus osoitti, että nykyajan vastustajat yhdistävät steganografiaa salaukseen ja verkkosteganografiaan kerroksellisen salaisen viestinnän toteuttamiseksi.

Kantoaineeseen piilotettavan datan määrä on rajallinen, ja siihen vaikuttavat kantoaineen koko sekä käytetty steganografinen tekniikka. Tyypillinen LSB-tekniikka värikuvassa mahdollistaa noin yhden bitin piilottamisen pikselin jokaiseen värikanavaan eli noin kolme bittiä pikseliä kohden. Kapasiteettikynnyksen ylittäminen heikentää kuvan laatua huomattavasti tai luo tilastollisia tunnusmerkkejä, jotka steganalyysityökalut voivat havaita.

Vakoilun lisäksi steganografialla on laillisia käyttötarkoituksia. Vesileimauksella kuviin ja ääneen upotetaan omistajuustietoja tekijänoikeuksien suojaamiseksi. Sormenjälkitekniikalla upotetaan yksilöllisiä tunnisteita vuotojen lähteen jäljittämistä varten. Verkkoprotokollien salaiset kanavat voivat ohittaa sisältösuodattimia sensuroiduissa verkoissa. Tutkijat perehtyvät steganografiaan myös kehittääkseen parempia havaitsemistyökaluja ja ymmärtääkseen salaisen viestinnän rajoja.

Steganografia itsessään ei ole useimmilla lainkäyttöalueilla laitonta, mutta sen käyttäminen rikollisen toiminnan salaamiseen tai tuomioistuinten laillisesti määräämän valvonnan kiertämiseen herättää eettisiä ja oikeudellisia kysymyksiä. Joissakin maissa sisältösuodattimet pyrkivät havaitsemaan ja estämään steganografisia kanavia. Aktivistien sensuurin kiertämiseen käyttämillä tekniikoilla rikolliset voivat salata viestintää lainvalvontaviranomaisilta.

Steganografia piilottaa viestinnän olemassaolon, kun taas kryptografia piilottaa merkityksen. Yhdessä ne tarjoavat kerroksellista suojausta. Historiallisia tekniikoita ovat näkymätön muste, nollasalaukset ja mikropisteet. Digitaalisia kantoaineita ovat kuvat, ääni ja video. Kantoaineen on näytettävä tilastollisesti normaalilta. Steganalyysi havaitsee piilotettua dataa tilastollisten poikkeamien avulla. Kantoaineen kapasiteettia rajoittaa viime kädessä sen koko.