Главная

Python и стеганография

2018-06-10 в 18:40, admin, рубрики: python, информационная безопасность, МГТУ имени Баумана, Стеганография, хакатон, шифрование

Не так давно в моём учебном заведении прошёл пилотный Хакатон для студентов. Тематика заданий была связана с информационной безопасностью, в том числе шифрованием данных.

Python и стеганография - 1

Одним из колоритнейших заданий стал TASK-10: стеганография.
Дадим определение.

Стеганография — это способ передачи или хранения информации с учётом сохранения в тайне самого факта такой передачи (хранения).

Иными словами, если криптография скрывает саму информацию, то стеганография скрывает факт ее передачи.

Python и стеганография - 2

К сожалению, мы с командой не успели сделать это задание вовремя, и я решил выполнить его уже после мероприятия.

Самым очевидным решением на тот момент казалось:

Перевести шифруемый текст в наборы битов.
Сделать тоже самое с изображением.
Поместить текст в случайное место изображения и сохранить как картинку.

Вот небольшой код преобразования текста в наборы битов и обратно.

def text_to_binary(event): 
    return [int(format(ord(elem),'b')) for elem in event] 
def binary_to_text(event): 
    return [chr(int(str(elem),2)) for elem in event]

Однако, рассказав о своих мыслях более опытным коллегам я был послан учить матчасть.

Начать нужно с того, что байты файла с картинкой напрямую редактировать не выйдет, если это не bmp.

{% — случайный кодер %}

Прочитав немного о цветовых моделях, я решил отказаться от разложения картинки до 1 и 0 в пользу модификаций самих пикселей в RGB палитре. Для данных манипуляций мной была выбрана библиотека Pillow, вот тут неплохая статья о ней.

Итак, у нас есть изображение. В изображении есть пиксели. Пиксели образованы из основных цветов — красного, зелёного и синего.

Каждый из цветов закодирован числом от 0 до 255.

Python и стеганография - 3

А ещё у нас есть ASCII символы, которые закодированы также.

Давайте попробуем зашифровать в эту картинку немного текста.

Картинка:

Python и стеганография - 4

Немного текста:

C makes it easy to shoot yourself in the foot; C++ makes it harder, but when you do, it blows away your whole leg

Подключим необходимые библиотеки.

from PIL import Image, ImageDraw 
from random import randint

Затем объявим функцию и поместим в ней все объекты, которые нам пригодятся.

def stega_encrypt(): 
    keys = [] 
    img = Image.open(input("path to image: ")) 
    draw = ImageDraw.Draw(img)
    width = img.size[0] 
    height = img.size[1] 
    pix = img.load() 
    f = open('keys.txt','w')

Дальше — интереснее. Самая главная задача — придумать способ, по средством которого станет возможным шифровать сообщения. Мною был предложен такой способ:

Берем символ, переводим его в число ASCII
Создаём кортеж со случайными значениями координат
Собираем зелёный и синий оттенки из пикселя по координатам
Заменяем красный оттенок на номер символа по ASCII

for elem in ([ord(elem) for elem in input("text here: ")]): 
    key = (randint(1,width-10),randint(1,height-10)) 
    g, b = pix[key][1:3] 
    draw.point(key, (elem,g , b)) 
    f.write(str(key)+'n')

Cохраняем ключи и изображение.

print('keys were written to the keys.txt file') 
img.save("newimage.png", "PNG") 
f.close()

код

Пробуем выполнить скрипт.

В результате мы получили тоже самое изображение, но в формате png и с несколькими изменёнными пикселями.

Python и стеганография - 5

Теперь осталось всё это как-то расшифровать.

Пишем скрипт для расшифровки!

Подключаем всё, что нужно.

from PIL import Image 
from re import findall

Объявляем функцию для расшифровки, а также несколько объектов.

def stega_decrypt(): 
    a = [] 
    keys = [] 
    img = Image.open(input("path to image: ")) 
    pix = img.load() 
    f = open(input('path to keys: '),'r') 
    y = str([line.strip() for line in f])

Основной алгоритм расшифровки:

for i in range(len(findall(r'((d+),',y))): 
    keys.append((int(findall(r'((d+),',y)[i]),int(findall(r',s(d+))',y)[i]))) 
for key in keys: 
    a.append(pix[tuple(key)][0]) 
return ''.join([chr(elem) for elem in a])

Указанные регулярные выражения нужны для считывания кортежей из текстового файла.

Последнее действие — вывод на экран зашифрованного сообщения.

print("you message: ", stega_decrypt())

код

А теперь попробуем получить наше сообщение.

Python и стеганография - 6

Что и требовалось доказать, всё работает!

Главный недостаток: видимость битых пикселей изображения в случае шифрования большого количества символов. Однако, этот недостаток отлично исправляется высоким разрешением.

Ссылки:

Автор: Николай Дмитриевич

Источник