En los cifrados de sustitución tradicionales, cada letra del texto plano era sustituída por un simbolo diferente. El problema de este tipo de criptosistema lo vimos en detalle en Criptoanálisis: Análisis de frecuencias.

Al sustituir cada letra por un símbolo diferente, la frecuencia de las letras del texto original se mantiene en el criptograma. Des esta manera, conociendo la frecuencia en la que aparecen las letras en la lengua origen, podemos obtener algunas pistas que nos permitiran resolver el criptograma.

Los cifrados de sustitución homofónica suponen una vuelta de tuerca más a los cifrados de sustitución tradicionals. El objetivo de este sistema consiste en disminuir el efecto de las frecuencias en el criptograma resultante. Así pues, si sabemos que las letra A es la letra más frecuente, podemos sustituir esta letra por símbolos diferentes.

Veamos un ejemplo:

Texto Plano:
ESTO ES UN CRIPTOGRAMA DE EJEMPLO

Frecuencias:
E: 4, S: 2, T:2, O:3, U:1, N:1, C:1, R: 2, I: 1, P: 2:, G: 1, A: 2, M: 2, J: 1, D: 1, L: 1.

Como vemos en el texto plano, las frecuencias habituales son 1 y 2. Destaca pues la E con frecuencia 4 y la O con frecuencia 3.

Así pues, en el momento de asignar sustitutos a cada una de las letras del texto plano, asignaremos más de un sustituto a nuestras letras más frecuentes. Por ejemplo, usaremos E: A,I y O: X, Y. Para las demás letras usaremos un solo símbolo como en un sistema de sustitución tradicional.

Criptrogama:
ABCXIBDEFGHJCYKGLMLNIAOIMJlX

Si ahora estudiamos la frecuencia de las letras solo obtendremos frecuencias de 1 y 2 letras, lo que nos ofrecerá pocas pistas del texto plano original.

Lógicamente, este tipo de criptosistemas es más seguro cuantas más sustituciones se usan para cada letra. El objetivo siempre será tergiversar la distribución de frecuencias del lenguaje original.

Cuando se realizan varias sustituciones por letra nos encontramos con que es necesario disponer de más símbolos que los que proporciona el abecedario. Podemos usar caracteres como @, #, ¿, ?, etc. Aunque normalmente lo más práctico suele ser usar números.

A continuación dejo una utilidad de Simon Singh que permite cifrar/descifrar sistemas homofónicos mediante números: Homophonic Cipher

UKALNOIYUAURMXURQYVAVAGWNEAGUQYVEAGUAMVGVATXUYQVADXUAKV AMWURMWVAKNHYVAVIYWY.

VKIUYQAUWREQUWR

LEG VR AHW CW SBEDBWPWOHER VX IRW OWBBVBW VRQBV CEX HRDVRHVBEX AV XEJQFWBV HRQVRQWRAE OBVWB PVKEBVX SBEDBWPWX W SBIVZW AV HAHEQWX G VC IRHTVBXE, HRQVRQWRAE SBEAIOHB PWGEBVX HAHEQWX. SEB WLEBW, VC IRHTVBXE VXQW DWRWAE.

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 importe: la facilidad con la que se puede saber que hay un mensaje oculto.
Esto no significa que el sistema sea inseguro, pues si la información está cifrada no se podrá acceder a ella sin la clave. Pero es fàcil detectar que una imagen tiene 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.

NE XEGQUWE HR NEB WHREB OAPHEXRPLENRB HR NE CWRPCWE BQP RBRPCWENXRPLR BRPCWNNEB G, ZQU URSNE SRPRUEN ZARHRP BRU RVZURBEHEB RP AP NRPSAEIR CQXZURPBWDNR ZEUE LQHQB.

Hasta ahora en este blog se ha hablado principalmente de temas relacionados con la seguridad, siempre en el contexto de la informática. Hoy, despues de que por enésima vez entren a robar en mi nueva casa, todavía en construcción, he decidido abrir un apartado de seguridad física.

Nada se sobre este tema, aunque tengo previsto aprender durante los próximos meses. Pues voy a instalar todo tipo de sensores, actuadores, alarmas y demás cachibaches, integrándolos con el proyecto OpenDomo, que dirijo desde hace algun tiempo.

Empezaré en breve con un artículo sobre los sensores magnéticos y la (poca!?) seguridad que ofrecen.


Con esto, queda inaugurada la sección de Seguridad Física. Espero vuestros, siempre interesantes, comentarios.

El 1 de Julio Blind Security empezaba el I Torneo de Seguridad Informática BlindSec.

Despues de varias intentonas y de encallarme considerablemente en los niveles 9 y 10 he superado el bsgame#1 entre los 10 primeros, lo que me hace ganador de una bonita camiseta ;)

A todo el que le guste romperse el coco con retos informáticos y quiera aprender, le recomiendo encarecidamente que lo intente, dado que el reto continuará abierto.

A mi me ha servido, entre otras cosas, como perfecta excusa para entrar en el terreno de la esteganografía. De hecho, tan pronto como el torneo sea superado (10 finalistas) publicaré un artículo sobre el tema a partir de algunos programas que desarrollé para pasar el nivel 9.