В одной из прошлых публикаций мы рассказывали о типах современных стегоконтейнеров и алгоритмах встраивания в них данных. Однако стеганография существовала за тысячи лет до появления первого компьютера. Еще античные авторы описывают разнообразные примеры такой защиты информации, причем стегоконтейнеры тогда умудрялись клепать едва ли не из воздуха.
В блог Бастиона снова заглянула кандидат исторических наук, старший научный сотрудник Московского музея криптографии Анастасия Ашаева. Она рассказала о том, какой путь прошла стеганография с древнейших времен до современности, какие стегоконтейнеры использовались в разные исторические эпохи. Отдельное внимание эксперт уделила конкретным кейсам применения стегоконтейнеров. Передаем ей слово.
Что такое стеганография и чем она отличается от криптографии?
Само слово «стеганография» происходит от греческих στεγανός (скрытый) и γράφω (пишу). В древности этот метод так и называли — тайнопись.
В двух словах, это способ сохранить в тайне не только содержание послания, но и сам факт его существования и передачи. Главный принцип подобного подхода — «спрятать у всех на виду».
Стеганография испокон веков применяется и в целях конспирации, и просто для хранения и передачи информации, и для забавы (вспомним хотя бы различные «пасхалки» в фильмах, книгах и компьютерных играх).
Основное отличие такого метода от криптографии — в отсутствии преобразования информации, будь то цифры, буквы или любой иной формат.
От Геродота до интернета
Первым упомянул стеганографию еще «отец истории» Геродот. Применение тайнописи описывается и в работах Полибия. Древнегреческий полководец Эней Тактик (IV в. до н. э.) вовсе посвятил таким методам несколько разделов своего трактата «О перенесении осады», о котором расскажем подробнее ниже. Всё же стеганография долгое время оставалась скорее искусством, чем наукой, и никаких фундаментальных работ по ней не выходило.
Настоящий стеганографический бум произошел уже в эпоху Возрождения. Пока Леонардо да Винчи создавал свою Джоконду и другие бессмертные творения, немецкий аббат, гуманист и ученый Иоганн Тритемий закладывал научную базу стеганографии. Его одноименный восьмитомный трактат и сегодня остается самым обширным трудом в этой сфере.
В свою очередь, итальянский ученый Джероламо Кардано разработал несколько новых способов сокрытия информации, которые использовались на протяжении веков и до сих пор встречаются в СМИ и популярной культуре. Изобретение Кардано можно увидеть даже в заставке бессмертного советского сериала про Шерлока Холмса и доктора Ватсона, но не будем сильно забегать вперед.
Следующим переломным моментом оказалось изобретение и развитие фотографии. Так, в период между Первой и Второй мировыми войнами секретные сообщения стали прятать в микроточках в фото. Такую технологию широко применяли все ведущие разведки мира.
Последняя стеганографическая революция произошла с появлением компьютеров, когда информацию начали скрывать в цифровых объектах. Сегодня упор делается в основном на цифровую и сетевую стеганографию.
Примерная периодизация развития стеганографии
Древнейший период: античность — XV в. н. э. Отсутствие серьезной научной и теоретической базы стеганографии. Применение методов и контейнеров, появившихся еще в античности.
Классический дотехнологический период: XV в. н. э. — конец XIX в. Появление первых обобщающих работ по стеганографии, изобретение новых стеганографических методов и инструментов.
Технологический доцифровой (аналоговый) период: конец XIX в. — середина XX в. Сообщения скрывают в фотографиях, кинопленках, радиопередачах и других аналоговых носителях.
Цифровой период: середина XX в. — современность. Сокрытие информации в цифровых носителях. Цифровая и сетевая стеганография.
Типы стеганографических контейнеров
Если театр начинается с вешалки, то стеганография — с выбора подходящего контейнера. Многие из них настолько необычны и хитроумны, что изготовить такое смогут не только лишь все. В идеале спрятанную информацию не должны обнаружить, даже если сам контейнер вдруг попадет не в те руки.
Прежде чем переходить к конкретным историческим кейсам, попробуем разложить по полочкам типы стегоконтейнеров.
Физические контейнеры
Это может быть любой предмет (вплоть до человеческого тела), скрывающий тайную информацию. Некоторые физические стегоконтейнеры и сами являются частью вселенной послания: например, невидимые чернила.
Как правило, передаваемые в таких вместилищах сведения кратки, конкретны и лишены двойных толкований. Это сугубо утилитарные сообщения из серии «на вас нападут на рассвете» или «явка провалена».
Перечислим основные типы физических контейнеров от древности до современности. Оговоримся, что общепринятой классификации не существует. Наша типизация тоже условна и не претендует на истину в последней инстанции.
Дотехнологические контейнеры
Изображения: всё — от нацарапанных на стене «граффити» до монументальных полотен великих художников.
Звуковые: речевой или музыкальный сигнал, где таится послание. Например, слова песни передают месседж посвященным людям.
Текстовые: любые тексты, в которые незаметно встраивается секретная информация. Для этого используются небольшие изменения стандартов письма или печати (расстояния между буквами, словами и строками, размеры букв, строк и др.), синонимы вместе со стеганографическими ключами, намеренные орфографические ошибки, чередование полных и неполных предложений и т. д.
Вещественно-бытовые: секретное сообщение прячется в самых разных утилитарных предметах — от одежды до пробок в пивных бочках (как это было при передаче посланий Марии Стюарт).
Технологические аналоговые контейнеры
Фотографии: в частности, послания прятали в уже упомянутых микроточках.
Радиопередачи: например, применялось фазовое кодирование, то есть изменение фазы звуковых элементов при сохранении относительной фазы, чтобы сообщение оставалось неслышимым без специальной обработки.
Другой метод — шпионские радиозакладки, когда числовые станции (numbers stations) передавали последовательности чисел, букв или тонов в коротковолновом диапазоне (обычно 3–30 МГц). Такие передачи начинались с позывных (например, текста или мелодии), далее следовали цифры или буквы, повторяемые несколько раз.
Цифровые контейнеры
Цифровые фото.
Видео: в потоковом или файловом формате; наиболее популярный метод стеганографического сокрытия информации в цифровых фото или видеофайлах — замена наименьшего значащего бита (LSB).
Аудио: в потоковом или файловом формате.
Сетевые протоколы: например, поле ID в пакете протокола TCP, поле TTL в пакете протокола IP.
Файлы любого формата: пустые информационные поля файла, зависит от специфики.
Метаданные всего вышеперечисленного.
Эмодзи и стикеры: да, теперь они тоже используются как стегоконтейнеры, так что будьте внимательны при переписке в мессенджерах.
Социальные контейнеры
Послания можно передавать не только в предметах, но и в действиях. Это всё, что, попросту говоря, «разрывает шаблон»: намеренные искажения, ошибки, отхождения от принятых норм или избыточная информация. Такое сообщение может иметь конкретного адресата (например, послание секретному резиденту) или же являться социальным высказыванием для широких масс.
Наглядный пример подобной стеганографии из современности — использование в социальных сетях определенных фраз или знаков. Для большинства это просто пост про котиков или рассказ о прошедшем отпуске.
Скажем, собеседники в чате договариваются, что заканчивающийся троеточием пост означает отбой, а лишняя запятая или тире — сигнал сбора. Пусть автора сообщения освистают граммар-наци, зато тайный посыл поймут только адресаты.
Или же два человека создают общий плейлист. Порядок песен и добавление конкретного трека в определенный день может означать: «Встреча переносится» или «У меня всё в порядке». И подобных примеров можно привести много.
Обратимся к «отцу истории»
О видах стегоконтейнеров можно говорить долго, но не будем превращать статью в теоретический трактат. Самое время перейти к историческим байкам кейсам применения стеганографии.
Геродот (484–425 гг. до н. э.) в своем opus magnum «История» описывает минимум три таких случая. Если вы вспомните еще примеры, не стесняйтесь написать об этом в комментариях.
Сообщение под воском
В V в. до н. э. Персидская империя Ахеменидов превратилась в настоящего джаггернаута и нацелилась на мировое господство. Ряд государств, включая греческие полисы в Малой Азии, платил дань персам. Однако афиняне и спартанцы отказались покориться и стать данниками. Как говорится, «это Спарта!».
Персидский царь Ксеркс не принимал отказов: он начал копить силы, чтобы обрушиться на дерзких греков. По словам Геродота, Ксеркс заявил следующее.
«Мы так расширим Персидскую империю, чтобы ее границами служило небо, чтобы солнце не смогло бы увидеть ни клочка земли вне наших границ».
Военные приготовления персов заметил изгнанный из родной Эллады Демарат, который нашел пристанище в персидском городе Сузы. Изгнание изгнанием, но Демарат всё же оставался греком и решил во что бы то ни стало предупредить спартанцев об опасности. Только вот все дороги контролировались персами, и любого гонца с письмом неизбежно схватили бы.
Тогда грек пошел на хитрость: взял обычную вощеную дощечку для письма (диптих), какие заменяли людям тетради и блокноты, соскоблил весь воск и нацарапал свое предупреждение прямо по дереву. Затем Демарат снова покрыл дощечку воском, скрыв тайный текст, и отправил ее с гонцом правителю Спарты. Посылка не вызвала подозрений у стражников и благополучно достигла адресатов.
Спартанцы долго не могли понять смысл послания, пока дочь царя Клеомена (и по совместительству жена того самого Леонида Спартанского) Горго не догадалась соскоблить воск. Вот что значит женская интуиция! Клеомен получил предупреждение, но проявил трусость осторожность и не присоединился к объединенному греческому войску.
Всё же Спарте не удалось тихо отсидеться в сторонке. Печальная развязка этой истории произошла на полях Фермопил, когда унаследовавший трон после смерти Клеомена царь Леонид героически пал в бою вместе со своими легендарными тремястами спартанцами. В итоге персы прорвались в центральную Грецию и сожгли Афины.
Подошли к стеганографии с головой
В ходе первой греко-персидской войны тиран Милета по имени Гистией попал в плен к персам, но не упал духом. Он решил тайно передать зятю Аристогону приказ о начале восстания против власти захватчиков. Гистией выбрал самого надежного раба, приказал обрить его налысо и вытатуировать на голове текст сообщения. Далее рабу на несколько месяцев запретили ходить в барбершоп, чтобы волосы отросли снова и спрятали тату. Видимо, всё это время бедняге приходилось даже спать в головном уборе, чтобы ненароком не скомпрометировать сообщение (хотя такие детали Геродот опускает).
Когда надпись скрылась за шевелюрой, раб отправился в Милет с безобидным поручением, без проблем миновал все вражеские заставы и прибыл к Аристогону. Дальше дадим слово Геродоту.
«Раб, прибыв в Милет, сказал Аристагору, что Гистией послал его обрить себе голову. Аристагор догадался, в чем дело, исполнил приказание и прочел письмена, которые советовали ему поднять восстание».
Геродот, «История», книга V.
Итак, задумка Гистиея удалась: его зять поднял восстание, которое вошло в историю как Ионийское (499–493 гг. до н. э.). Вскоре к Милету примкнуло большинство греческих городов-государств восточного и северного побережий Эгейского моря. Восставшие сплотились против персов, создали единое войско и нанесли захватчикам ряд поражений. Греки даже захватили и сожгли Сарды, резиденцию персидского сатрапа Артаферна.
Однако персидский царь Дарий I всё-таки подавил сопротивление греков. В 495 г. до н. э. персы потопили объединенный греческий флот у острова Лада, а в следующем году по итогам долгой тяжелой осады был взят очаг восстания — Милет. Власть персов над греками не рухнула, но покачнулась. Именно Ионийское восстание запустило череду греко-персидских войн, которые спустя 50 лет закончатся подписанием Каллиева мира.
Мышино-лягушачья стеганография
В третьем эпизоде из «Истории» Геродота на первый взгляд нет никакой тайнописи. Однако это, возможно, первый случай применения социальной стеганографии.
В 513 году до н. э. персидский царь Дарий I отправился в поход на скифов. Дарий вторгся в скифские степи с огромным войском и предложил противнику покориться добровольно. Скифы же ответили символически, прислав Дарию вместо письма странные «дары»: птицу, мышь, лягушку и пять стрел. Персидский царь истолковал это в свою пользу: мышь явно олицетворяет землю, лягушка — воду и реки, птица — конницу (быстрая как кони). Выходит, скифы готовы отдать всё это без боя. Стрелы же означают, что они складывают оружие.
Но мудрый советник Дария по имени Гобрий оказался не таким оптимистом и прочитал послание по-другому. Дескать, если персы не улетят птицами в небо, не зароются мышами в землю или не уйдут лягушками в воду, то погибнут от скифских стрел. Как показал исход военной кампании, Гобрий словно в воду глядел.
Тактический взгляд на стегоконтейнеры
О стеганографии и стегоконтейнерах в античности писали не только историки, но и полководцы. Точнее говоря, один полководец — Эней Тактик, живший в 420–350 гг. до н. э. В перерывах между битвами он сменял меч на перо и даже оставил единственный дошедший до нас античный венный трактат «О перенесении осад».
Стеганография как часть военной науки
31-я глава трактата целиком посвящена тайной переписке. По сути, это первое в мировой литературе руководство по стеганографии.
Основная мысль Энея в том, что передача секретных сообщений в условиях осады или войны требует множества параллельных каналов для перестраховки. Например, следует отправлять сразу несколько гонцов разными маршрутами. Для каждого из них лучше придумать свой стегоконтейнер.
Эней проявил себя не только как тактик (недаром его так прозвали), но и как тонкий психолог. Так, он советовал привлекать к доставке корреспонденции женщин, детей или калек, как бы негуманно это ни прозвучало. Ведь стражники и дозорные реже обыскивают таких путников.
Стегоконтейнеры везде
По мнению Энея, стегоконтейнер можно было изготовить из чего угодно. Вот наиболее интересные примеры стеганографических «очумелых ручек» из труда Тактика.
Письма в подошве сандалий. Тонкую оловянную или свинцовую пластину с нацарапанным посланием сворачивали и закладывали под подошву сандалий гонца. Стражники часто проверяли одежду, зато про обувь забывали.
Послания в женских прическах и одежде. Сообщения можно спрятать под повязками на голове женщины или в складках одежды. Иногда послание писали на тонкой ткани, которую вшивали в подкладку платья или повязывали как пояс. Или же скрученные в трубочку тонкие свинцовые пластинки с текстом прятали в серьгах.
Письма в сбруе. Письмо помещали под седло конного гонца или в сбрую. Стражники тщательно обыскивали всадника, но не всегда уделяли внимание лошади.
«Раненый» гонец. Этот трюк требовал от курьера артистических способностей. На гонца накладывали перепачканные повязки, под которыми и прятали всё те же тонкие свинцовые пластинки с текстом. Стражники не желали возиться с окровавленными бинтами и пропускали мнимых «раненых» без досмотра.
Собачьи ошейники. Собака — не только друг человека, но и неплохой стегоконтейнер. Секретное послание зашивали в ошейник, и отправляли четвероного по знакомому маршруту (например, в хозяйский дом). На таких «курьеров» стража обращала еще меньше внимания, чем на детей, раненых или калек.
Человеческое тело (привет от Геродота). Эней описывает случай, как персидский флотоводец Глус умудрился написать себе между пальцами руки «шпаргалку» отчета для царя перед аудиенцией — совсем как на экзамене в вузе.
Точки в книге или документе. Тайное сообщение передавали с помощью едва заметных точек или черточек, поставленных над определенными буквами в строках (например, первая буква третьей строки). Получатель выписывает помеченные буквы по порядку.
Книга-сейф (дощечки с тайным слоем). Как и в вышеописанном кейсе из «Истории» Геродота, Эней предлагает использовать вощеные дощечки для письма. Только здесь складывались вместе два таких диптиха. Сообщение писали на внутренней стороне одной дощечки и плотно прижимали второй, после чего всё это искусно и незаметно связывали. Стегоконтейнер выглядел как один диптих, на котором ничего нет или же написано безобидное послание для отвода глаз.
Пузырь в бутылке с маслом. Изготовление такого замысловатого стегоконтейнера было тем еще квестом. Послание писали чернилами с клеем на высушенном надутом желчном пузыре быка, который затем сдували, засовывали в бутылку, снова надували и наполняли маслом. Края пузыря обрезали, маскировали под горлышко и закупоривали. Стражники видели в бутылке лишь прозрачное масло. Чтобы прочесть послание, требовалось слить содержимое, вытащить пузырь и снова надуть его.
Послание на стреле. Да, это совсем как знаменитой сказке. Послание наматывали на древко стрелы, которой выстреливали в сторону адресата. Главное — не перестараться и не подстрелить получателя.
Стеганографические приспособления. Основой такого «чуда техники» служила игральная кость, дощечка наподобие линейки либо костяной, каменный или деревянный диск диаметром 10–15 см и толщиной 1–2 см. В одном из таких предметов проделывали отверстия, каждое из которых обозначало букву алфавита. Чтобы «написать» послание, через соответствующие литерам дыры продевали нить. Получатель попросту выписывал буквы в том порядке, в каком нить пронизывала этот «дырявый алфавит». Разумеется, литеры на «девайсе» не подписывались, так как это была информация для посвященных.
Социальная стеганография по Тактику. Полководец уделил внимание не только физическим контейнерам. Так, в книге 31 своего трактата он описал интересный случай применения социальной стеганографии.
Приведем краткий фрагмент из труда Энея Тактика с описанием применения социальной стеганографии.
«Сообщение об измене было однажды доставлено предателем в расположенный напротив вражеский лагерь следующим образом. Одному из всадников, отправляющихся из города поживиться за счет противника, зашили под нижнюю каемку панциря письмо. Ему было предписано в случае, если враг каким-либо образом проявит себя, как бы невзначай свалиться с лошади и сдаться в плен, а оказавшись во [вражеском] лагере, отдать письмо кому следовало».
Невидимые чернила античности
Благодаря шпионским книгам и кинематографу многие считают, что такая уловка — это атрибут войны спецслужб последних двух веков. Однако невидимые чернила — ровесники самой стеганографии и Парфенона. В античности ими писали целые секретные послания или же добавляли краткие фрагменты между строк в письмах и книгах.
Один из первых рецептов невидимых чернил описан в сочинении греческого инженера III в. до н. э. Филона Византийского (он же Филон Механик) «Полиоркетика» (Poliorcetica). Автор предложил использовать настой из растолченных «чернильных орешков» (галлов) — патологических наростов на дубовых листьях, богатых дубильной кислотой. Такой настой прозрачен и незаметен на пергаменте. Чтобы проявить текст, требовалось произнести заклинание протереть пергамент губкой, смоченной в растворе медного или железного купороса. Дубильная кислота вступала в химическую реакцию с солями металла, после чего проступали черные или темно-фиолетовые буквы. Этот способ активно применяли для доставки секретных военных донесений через вражескую территорию или из осажденных городов. При обыске у гонца находили лишь пустой пергамент, неважный хозяйственный документ или безобидное личное письмо. Но, как сказал мудрец, «всё не то, чем кажется».
Другой античный рецепт невидимых чернил прост до гениальности: достаточно взять обычное молоко и написать им послание. Молоко тоже не оставляет следов на пергаменте при высыхании. Для прочтения послания достаточно подержать пергамент над свечой или факелом. При нагревании белки темнеют, и невидимый текст становится видимым.
Еще можно посыпать голову пергамент пеплом, частицы которого прилипнут к молочным следам и, опять же, проявят написанное. В частности, знаменитый римский поэт Овидий в своей «Науке любви» рекомендовал тайным возлюбленным так защищать романтическую переписку.
Как видно, концептуально стеганография не сильно изменилась со времен Древней Греции и Рима. Появляются новые инструменты и техники, цифровые стегоконтейнеры вытесняют физические, но основные принципы и цели остаются неизменными.
При этом локомотивом развития тайнописи в античности была военная сфера. Львиная доля известных примеров применения стеганографии этого периода — передача военной корреспонденции и донесений. Для этого применялись самые разные стегоконтейнеры — от подошв сандалий до человеческого тела.
В Средние века и особенно эпоху Ренессанса тайнопись активно проникает и в другие сферы человеческой деятельности: политику, дипломатию, науку, коммерцию и даже повседневное общение. Но об этом мы уже расскажем в следующей публикации.
Список использованной литературы
Finn Brunton, Helen Nissenbaum. Obfuscation: A User's Guide for Privacy and Protest. Cambridge, Massachusetts; London, England: The MIT Press, 2015.
Kahn, D. The history of steganography. In: Anderson, R. (eds) Information Hiding. IH 1996. Lecture Notes in Computer Science, vol 1174. Springer, Berlin, Heidelberg. 1996.
Саймон Сингх. «Книга шифров. Тайная история шифров и их расшифровки. М. 2007.
PURP — Telegram-канал, где кибербезопасность раскрывается с обеих сторон баррикад
t.me/purp_sec — инсайды и инсайты из мира этичного хакинга и бизнес-ориентированной защиты от специалистов Бастиона