miércoles, 30 de julio de 2008

Esteganografía: El canal Alpha

En este primer artículo sobre esteganografía veremos como ocultar mensajes dentro de una imagen. Para ello usaremos el lenguaje C y accederemos a imágenes en formato PNG a través de la librería libpng.

Para probar los ejemplos es necesario descargar el programa steg.c que he desarrollado y la imagen de Tux que viene a continuación:

NOTA: Haz clic en la imagen para obtener la original, pues blogspot al redimensionar la imagen se carga su transparencia.




El canal Alpha:

Algunos formatos de imágen como puede ser PNG guardan cada píxel en RGBA. Lo que significa que se guarda información para R (cantidad de color rojo), G (cantidad de color verde), B (cantidad de color azul) y A (opacidad de la imagen).

Representar el color de un píxel mediante un formato RGB es algo ampliamente conocido, así que no entraremos en más detalles. Vamos a centrar nos en la A de RGBA, lo que se conoce como el canal Alpha.

El canal alpha contiene la información referente a la opacidad de la imagen, es decir, cuan transparente es.
En PNG, por ejemplo, se usa un byte en cada píxel para el canal alpha, de manera que, si este tiene valor 0, la imagen es completamente transparente, si tiene valor 255 la imagen no tiene transparencia y para valores entre 0 y 255 el nivel de transparecia cambia gradualmente.

Así pues, si un píxel de cierto color RGB tiene el canal alpha a cero, no se verá. Lo que nos permite ocultar datos en los bytes destinados a R, G y B siempre que sea un píxel transparente.


Acceso a la imagen PNG:

En el programa de ejemplo podemos ver dos funciones "read_png()" y "write_png()". No entraremos en detalle sobre estas dos funciones. Basta decir que la primera carga la imagen en las estructuras de datos de libpng y la segunda escribe el contenido de estas estructuras de datos en una nueva imagen.

Por lo tanto el procedimiento a seguir será leer la imagen, realizar las modificaciones pertinentes y escribir de nuevo la imagen.

Para acceder a los diferentes bytes que componen RGBA lo haremos a traves de las funciones "get_value()" y "set_value()". Mientras que la primera nos permite obtener el valor de R, G, B o A, "set_value()" nos permite modificarlo. Así pues:

- get/set_value(x, y, 0, ...) accede al byte que define R
- get/set_value(x, y, 1, ...) accede al byte que define G
- get/set_value(x, y, 2, ...) accede al byte que define B
- get/set_value(x, y, 3, ...) accede al byte que define A



Ocultando un fichero:

Para ocultar un fichero, el programa tendrá que leer cada byte del fichero a ocultar y escribirlo en un píxel de la imagen PNG donde el canal alpha este a cero. Como ejemplo pego parte de la función "hide_file()":

FILE *f = fopen(msg_file, "r");
if(!f)
error("[hide_file] fopen()");

for(y = 0; y < height; y++)
{
for(x = 0; x < width; x++)
{
if(get_value(x, y, 3)==0)
{
char c1=0;
char c2=0;
char c3=0;

if(!feof(f)) c1 = fgetc(f);
if(!feof(f)) c2 = fgetc(f);
if(!feof(f)) c3  = fgetc(f);

set_value(x, y, 0, c1);
set_value(x, y, 1, c2);
set_value(x, y, 2, c3);
}
}
}

fclose(f);



Extraer el fichero oculto:


De manera similar a cómo hemos ocultado el fichero en el apartado anterior, podemos extraer la información oculta. Veamos un pedazo de "unhide_file()":

FILE *f = fopen(msg_file, "w+");
if(!f)
error("[unhide_file] fopen()");

for(y = 0; y < height; y++)
{
for(x = 0; x < width; x++)
{
if(get_value(x, y, 3)==0)
{
char c1 = get_value(x, y, 0);
char c2 = get_value(x, y, 1);
char c3 = get_value(x, y, 2);

if(c1==0 || c2==0 || c3==0)
{
fclose(f);
return;
}

fprintf(f, "%c%c%c", c1, c2, c3);
set_value(x, y, 0, 0);
set_value(x, y, 1, 0);
set_value(x, y, 2, 0);
}
}
}

fclose(f);






Ejemplo de uso del programa:

Visto el código básico utilizado, podemos empezar a ocultar ficheros. Veamos un ejemplo.

Primero ocultamos un mensaje:

$ gcc steg.c -o steg -lpng
$ echo "Esto es un mensaje de ejemplo" > msg.txt
$ ./steg hide tux.png tux_steg.png msg.txt

Si abrimos la imagen tux_steg.png veremos que nuestros ojos no detectan ninguna modificación.

Ahora obtenemos el mensaje oculto:

$ ./steg unhide tux_steg.png tux_clean.png msg2.txt
$ cat msg2.txt
Esto es un mensaje de ejemplo


Un poco de cifrado:

Actualmente el mensaje esta oculto, pero no es difícil extraerlo, por lo que no estaría mal añadir un poco de cifrado. Lo haremos con la herramienta openssl.

Primero ciframos el archivo:

$ openssl enc -blowfish -in msg.txt -out msg.ciph
enter bf-cbc encryption password:
Verifying - enter bf-cbc encryption password:


A continuación lo codificamos en base64 y lo ocultamos:

$ openssl base64 -in msg.ciph -out msg.cb64
$ ./steg hide tux.png tux_steg.png msg.cb64

En este punto podemos verificar que la imagen con el mensaje oculto no muestra información adicional.


Extraemos el mensaje oculto y lo descodificamos en base64:

$ ./steg unhide tux_steg.png tux_clean.png msg2.cb64
$ openssl base64 -d -in msg2.cb64 -out msg2.ciph


Desciframos el archivo:

$ openssl enc -blowfish -d -in msg2.ciph -out msg2.txt
enter bf-cbc decryption password:

y voilà:

$ cat msg2.txt
Esto es un mensaje de ejemplo


Debilidades del sistema:

Ocultar la información en el canal alpha de la imagen no es precisamente la mejor técnica que se puede usar en esteganografía. De hecho tiene un inconveniente importante: la facilidad con la que se puede saber que hay un mensaje oculto.

Por ejemplo, simplemente poniendo el byte del canal alpha a 255, al visualizar la imagen veríamos las zonas de información con píxeles de diferentes colores.

A continuación dejo un ejemplo de la imagen de Tux, con un fichero oculto y con el canal alpha a 255. En ella vemos la existencia de información oculta en la primera mitad de la imagen.




El mensaje está cifrado, por lo que el atacante no podrá acceder a su contenido. Pero sí podrá detectar el uso de esteganografía, lo que no deja al sistema en muy buen lugar:)


5 comentarios:

Anónimo dijo...

Supongo que habra un límite de tamaño en la ocultación ya que si se acaban los píxeles transparentes no se puede seguir ocultando no?

Muy interesante el post, algo que ver con alguna prueba del torneo blinsec? :P

Daniel Lerch dijo...

Logicamente si el archivo es mayor que la zona transparente de la imagen, no cabrá.

Blindsec nivel 9, si;)

Servant dijo...

muy bueno, gracias amigo

Anónimo dijo...

Muy buen artículo, señor Lerch, pero no consigo descargar su bendito programa (steg.c)...


David.-

Daniel Lerch dijo...

Mil disculpas, he corregido el enlace.