ステガノグラフィとは

ステガノグラフィーとは、普通に見えるデータの中にメッセージを隠し、その存在自体を隠す手法です。この言葉は、ギリシャ語のsteganos（覆われた）とgraphein（書く）に由来し、「覆われた書き物」を意味します。

秘密の情報は、画像、音声ファイル、文書、ネットワークトラフィックなどに隠すことができます。見る人には、媒体はまったく普通に見えます。無害な休暇の写真、曲、PDFなどです。

セキュリティの実務担当者にとって、ステガノグラフィーは2つの点で重要です。攻撃者がデータを密かに持ち出すためにどのように使うかを理解する必要があり、アナリストはそれを検出する方法を知る必要があります。

この2つはよく混同されますが、解決する問題は異なります。

• 暗号技術はメッセージの意味を隠します。観察者は秘密が存在することはわかりますが、その内容を読むことはできません。
• ステガノグラフィーはメッセージの存在を隠します。観察者は、秘密が存在することさえ知りません。

暗号技術は内容を保護し、ステガノグラフィーは通信が行われている事実を保護します。暗号化ファイルは、明らかに何かを含んでいるため、注意を引きます。一方、ステガノグラフィーによるメッセージは、誰も疑わないファイルの中に隠れます。

最も強力な方法は、両方を組み合わせることです。まず暗号化し、その後に隠します。

• 暗号化によって、隠されたデータが発見されても、読み取れないようにできます。
• ステガノグラフィーによって、暗号化されたデータ塊自体が発見されにくくなります。

隠す前に暗号化すると、ステガノグラフィー自体にも役立ちます。暗号文はエントロピーが高く統計的にランダムなため、構造化された平文よりもメディアデータのノイズに自然に溶け込ませやすくなります。この多層的な防御を多層防御と呼びます。

ステガノグラフィーには、覚えておく価値のある正確な用語があります。

• ペイロード 隠される秘密データです。
• カバー（またはキャリア） ペイロードを隠すために使う無害なファイルです。
• ステゴオブジェクト 結果として生成される、カバーと埋め込まれたペイロードを合わせたものです。
• ステゴキー ペイロードをどこに、またはどのように埋め込むかを制御する、任意の秘密情報です。
• 埋め込み ペイロードを挿入する行為です。
• 抽出 ステゴオブジェクトからペイロードを取り出すことです。

ペイロードをカバーに埋め込み、必要に応じてステゴキーを使うことで、ステゴオブジェクトが生成されます。

冗長性やノイズがあるほとんどすべてのファイルを、カバーとして利用できます。一般的な媒体には次のようなものがあります。

• 画像 最も一般的な媒体で、小さな色の変化は目には見えません。
• 音声 小さな振幅の変化は聞き取れません。
• 動画 多くのフレームにわたって大容量を確保できます。
• テキストと文書 空白、書式、またはゼロ幅文字を利用できます。
• ネットワークトラフィック 未使用のヘッダーフィールドやパケットのタイミングを利用できます（隠れチャネル）。
• ファイルシステム 空き領域や隠しボリュームを利用できます。

大きく、自然なノイズを多く含むカバーほど、既存の変化の中に埋め込んだデータを隠しやすくなります。

すべてのステガノグラフィー手法は、相反する3つの目標、つまりステガノグラフィーの三角形のバランスを取ります。

• 容量 どれだけのデータを隠せるか。
• 不可視性 変更をどれだけ検出されにくくできるか。
• 堅牢性 ペイロードが変更（圧縮やサイズ変更）にどれだけ耐えられるか。

通常、1つを改善すると別の要素が弱くなります。より多くのデータを隠すと（容量）、統計的な変化が検出されやすくなり、不可視性が低下します。圧縮に耐える堅牢な手法では、より目立つ形で埋め込むことがよくあります。適切なバランスは目的によって異なります。秘匿性の高い情報持ち出しでは不可視性が重視され、電子透かしでは堅牢性が重視されます。

最も粗雑な手法は、有効なファイルの末尾の後にペイロードを追加することです。JPEGなど多くの形式にはファイル末尾を示すマーカーがあるため、ビューアーはその後にあるものを無視します。画像は通常どおり表示されます。

ファイルが本来のサイズより大きく、論理的な末尾より後にデータが含まれているため、簡単に見つけられます。

これは実行も検出も簡単で、真の不可視性はありません。しかし、ビューアーが無視する場所にデータを隠すという概念を示しています。

最も有名な本格的なステガノグラフィー手法は、LSB（最下位ビット）置換です。画像では、各ピクセルの色チャンネルが0から255までの数値です。最下位ビットを変更すると値は最大1しか変化しないため、人間の目には見えません。

多数のピクセルのLSBを上書きすることで、隠しメッセージを1ビットずつエンコードします。1メガピクセルのRGB画像なら、この方法でおよそ375 KBを隠せます。

LSBについては次のレッスンで詳しく扱います。ここでは、ファイルのうち人間には気づかれにくい部分にデータを隠すという原理を理解してください。

ステガノグラフィは本質的に悪意あるものではなく、正当な用途が数多くあります。

• 電子透かしメディアに所有権情報を埋め込み、著作権の証明や情報漏えいの追跡に利用します。
• 改ざん検知ファイルが変更されると壊れる、脆弱な透かしを利用します。
• メタデータの埋め込み真正性や出所に関するデータを保持します。
• プライバシー暗号化しているという事実自体が危険になり得る状況で、通信を保護します。

特に電子透かしでは堅牢性が重視されます。透かしは圧縮や編集に耐える必要があり、これは密かにデータを隠す場合とは逆の優先順位です。

攻撃者もステガノグラフィを利用するため、防御側はその可能性を想定する必要があります。

• データ流出フィルターを通過する画像の中に、盗み出したデータを忍ばせます。
• マルウェアのコマンドアンドコントロール公開サイトに投稿した画像の中に命令を隠します（stegware）。
• ペイロードの配布無害に見えるファイルの中に悪意あるコードを隠します。
• DLPの回避明白な秘密情報を探すデータ損失防止システムを迂回します。

ステガノグラフィは存在そのものを隠すため、シグネチャベースのツールでは見逃すことがよくあります。検知にはステガナリシスが必要であり、この後のコースで扱います。

よくある誤りは、手法の秘密性、つまり security by obscurity に依存することです。カークホフスの原理に従えば、攻撃者が技術を知っていてもシステムは安全であり続ける必要があります。

ステガノグラフィでは、これは次のことを意味します。

• 埋め込みアルゴリズムを秘密だと想定してはいけません。分析者は一般的な手法を知っています。
• 本当の安全性は、配置を制御するステゴキーと、ペイロードの暗号化によって実現します。
• 手法は公開されていても構いません。秘密にすべきなのはキーだけです。

ステガノグラフィは存在を隠しますが、暗号化の代わりにはなりません。両方を組み合わせてください。

基本的な違いを理解できているか確認しましょう。

データを一見すると分からない形で隠すための基礎を学びました。

• ステガノグラフィはメッセージの存在を隠すのに対し、暗号技術はその意味を隠します。多層防御のために両方を組み合わせます。
• 重要な用語は、ペイロード、カバー、ステゴオブジェクト、ステゴキー、埋め込み、抽出です。
• カバーには画像、音声、動画、テキスト、ネットワークトラフィック、ファイルシステムなどを使えます。大きくノイズの多いファイルほどデータを隠すのに適しています。
• すべての手法は、容量／不可知覚性／堅牢性の三角形のバランスを取ります。
• 代表的な本来の手法はLSB置換です。より粗雑な手法では、ファイルの末尾より後ろにデータを追加します。
• 用途は正当な電子透かしから悪意あるデータ流出やstegwareまで多岐にわたります。隠蔽に頼らず、ステゴキーと暗号化を使用します。

次は、画像と音声へのデータ埋め込みを実際に行います。