Larsil2009's Blog

Datorarkeologi, hemliga meddelanden.

Jag tror att rätt många barn som nyligen har lärt sig läsa har gjort sina egna hemliga alfabet där det vanliga latinska/nordiska alfabetet ersätts med ”hemliga tecken” så att meddelandet blir oläsligt. Alternativt kan man använda Cesars kryptering där man tänker sig alfabetet som två ringar där man förskjuter den ena med ett visst antal steg. Om vi antar att vårt vanliga alfabet är den första ringen och vi vrider kryptoalfabetsringen tillbaka ett steg så får vi ett kryptoalfabet där

Vanlig text    Krypterad text
a          --> b
b          --> c
osv.

Ett hemligt meddelande av denna typ är naturligtvis urenkelt att lösa. Med dator kan vi naturligtvis enkelt och snabbt testa alla kombinationer men också för hand går det snabbt att titta på tex. fördelningen av de vanligaste bokstäverna i det gissade språket i meddelandet vilket ger information om hur alfabetet skall förskjutas. Ett barns hemliga alfabet är likaså väldigt enkelt att läsa om vi har en vettig längd på meddelandet. Vi kan ur ordlängd etc. gissa bokstäver och rätt enkelt få fram det hemliga alfabetet.

Enkla substitutionsskiffer dvs. förskjutning av bokstäverna i alfabetet eller hemliga symboler i stället för det normala alfabetet är så enkla att lösa att man kan säga att ett meddelande som kodats på detta sätt egentligen endast visar att meddelandet inte är tänkt att läsas rakt upp och ner.

En intressant detalj är Stanley Kubricks film ”Ett rymdäventyr 2001” där skeppets tänkande dator heter ”HAL”. Av en slump 😉 så är HAL ordet IBM förskjutet en bokstav i riktning mot A d.v.s. IBM har kodats met ett Caesarskiffer försjutet endast ett steg i riktning mot A. Om man vill göra en textfil besvärlig att läsa men helt utan risk att man tappar lösenordet till texten så kan man koda en text med Unixverktyget rot13 som alltså förskjuter alfabetet med 13 steg. Säkerheten är lika med noll men det går inte att se vad texten innehåller bara genom att skumma av den med ögat.

Steganografi

Steganografi är tekniken att gömma ett meddelande tex inom ett skenbart oskyldigt meddelande. Antag att en medeltida krigsherre börjar ha slut på krutet och skickar ett meddelande till den egna kungen där han ber om 1500 kaggar fläsk, 20 kärror bröd … och på slutet konstaterar han krigståget måste avbrytas om han inte snabbt får mera mjöl, smör och salt … där den hemliga betydelsen kunde vara ‘mjöl=kol’, ‘smör=svavel’ och ‘salt=salpeter’ (de tre ingredienserna i svartkrut).

Under antiken kunde en kung t.ex. skicka en slav med ett hemligt meddelande så att håret rakades av huvudet på slaven varefter meddelandet skrevs på skalpen. Då håret hade vuxit ut skickades slaven till mottagaren som rakade av håret igen och läste meddelandet. Andra alternativ kunde vara att lägga in ett meddelande i ett bakat bröd … alternativen är många.

Vi såg i föregående inlägg hur man kan generera morsekod med hjälp av ett dataprogram. Ett kort meddelande, några ord, går på kanske 20 sekunder och ljudfilens längd är ungefär en miljon tecken. Antag att jag, den hemliga agenten, vill skicka en femsidig rapport till min uppdragsgivare utan att väcka uppmärksamhet. Jag kan då ta i bruk mitt morseprogram och regelbundet under en tid skicka t.ex. hälsningar till olika personer med morse. Meddelandet byts med någon dags mellanrum och fienden tittar på varje meddelande … men hittar inget.

Jag har redan tidigare, med tanke på användning för steganografi, modifierat både ljudfilerna och pauserna jag använder för att bygga upp meddelandena så att det finns brus i signalerna t.ex. med toppvärdet ungefär 8- bitar av den 16 bitars amplitud ljudfilen tillåter. Bruset ligger då på ungefär 0.5% vilket inte är speciellt störande.

Antag att jag vill skicka min rapport som innehåller 10000 tecken inbakad i morsesignalen. Min text består av tecken som alla ryms i en byte (8 bitar) som i sin tur ryms inom bottenbruset i min morsesignal. Jag behöver nu endast via någon annan kanal meddela min uppdragsgivare att ”Kom ihåg att gratulera den brittiska drottningen då hon fyller 100 år”. Hundra i detta meddelande betyder att jag byter ut vart hundrade talvärde i bruset i meddelandet mot en bokstav. Bruset kommer att öka marginellt men inte så att man enkelt hör skillnaden. Jag måste då skriva ett morsemeddelande som producerar en morse wav-fil med längden större än en miljon talvärden … enkelt.

Jag lägger ut den mixade morsefilen på den vanliga platsen för min morsehobby och min uppdragsgivare laddar ner filen och kör ett program som plockar ut vart hundrade talvärde i wav-filen och dumpar resultatet i en textfil som är min återskapade rapport.

Jag har alltså dolt en textrapport på 10000 tecken i ett oskyldigt morsemeddelande som gick på kanske 20-30 bokstäver. Notera att den sända dolda texten naturligtvis i sig kan vara krypterad innan den läggs till bruset i morsekoden. Det är naturligtvis självklart att texten inte behöver läggas in med 100 teckens intervall utan jag kan använda en slumptalsgenerator som genererar en lämplig slumptalssekvens som säger hur långt avståndet är mellan det hemliga dokumentets bokstäver. Det är också sannolikt att jag endast vill lägga in text i bruset i pauser inte i den reguljära sinusvågen jag använder som ljud eftersom det kan verka misstänkt in enstaka sampel ligger mycket nära noll då sinusvågen ligger nära ett. Jag kan hoppa över områden där jag har en morseton. Både jag och min uppdragsgivare måste naturligtvis kunna generera samma sekvens. Det är självklart att det enkelt går att gömma stora mängder text i en ljudfil som ovan men också självklart att det krävs en del funderande över hur man bäst döljer att det ligger ett meddelande inbakat i filen.

Bilden visar ljusrött brus med amplituden 0.125 (signalen har amplituden 1.0). Om vi antar att ljudfilen är kodad som 16-bitars PCM så kan vi lägga in data med ett största värde 8192 utan att vårt hemliga meddelande sticker ut på något sätt.

Digitalbilder innehåller också enorma mängder data. En modern digitalkamera producerar bilder vars storlek är tiotals megabyte d.v.s. tiotals gånger större än morseljudfilen. Varje bildpunkt innehåller information om tre olika färger och varje färg kodas i en eller flera byte. Det är självklart att jag kan koda information, om jag så vill i pixlar i bilden t.ex. så att jag modifierar färgdata så att jag modifierar en färg så att om färgens värde är ”jämnt” d.v.s. 2, 4, 6 … 254 så skall färgen tolkas som en etta d.v.s. en bit med värdet = 1. På motsvarande sätt kan jag koda en nolla så att jag modifierar ett färgvärde till ”udda” som då tolkas som en bit=0. Förändringarna jag behöver göra är extremt små och sannolikt odetekterbara speciellt som mitt meddelande matar in varierande bitar. Slutresultatet är en bild som ser helt normal ut men i vilken jag kan koda in mängder av dolda data. Olika typer av steganografiska metoder används idag till att koda in t.e.x. copyright information i bilden vilket gör att det i efterhand går att bevisa vem som ägde rättigheterna till bilden.

Notera att det inte är självklart att ovan beskrivna kodningar överlever packning. Om jag konverterar min morse ljudfil till mp3 formatet så kommer filen att packas ihop betydligt. En mp3 kodning är inte förlustfri vilket betyder att om jag packar upp filen tillbaka till wav så har sannolikt mitt hemliga meddelande också förstörts. Samma princip gäller bilder. Enkla hemliga kodningar kan förstöras av packning till något icke förlustfritt format.

En motståndare som försöker hitta mina dolda meddelanden skulle sannolikt bli mycket misstänksam om jag ibland skulle skicka mp3 morsemeddelanden och andra gånger wav meddelanden. Lösningen skulle naturligtvis vara att alltid skicka wav-filer som är opackade.