Steganographie

Beispiele 

• zeitraubendes Verfahren aus der Antike: einem Sklaven wurde der Kopf geschoren und eine Nachricht auf die Kopfhaut tätowiert. Sobald die Haare wieder nachgewachsen waren, wurde der Sklave zum Empfänger geschickt

• Wachstafeln waren von der Antike bis ins Mittelalter weit verbreitet und ist eine in der Regel hochrechteckige Schreibtafel aus Holz, die ein- oder beidseitig mit Wachs beschichtet ist. Die Schrift wurde mit einem Griffel (Stilus) in die Wachsfläche eingekratzt. Um eine Nachricht zu verstecken, wurde die geheime Botschaft entweder in das Holz darunter geritzt oder mit Tinte draufgeschriebe und dann wurde das Wachs wieder darüber gegossen und mit einer unverdächtigen Botschaft versehen. 

• unsichtbare Geheimtinte (bspw. Zitronensaft)

• doppelter Boden in Paketen oder Briefumschlägen 

• Mikropunkt: wurde vor allem im 2. Weltkrieg von den Nationalsozialisten verwenden, die in Mikropunkten (i-Punkte oder Satzzeichen) Briefe oder Lagepläne versteckten. D.h. die Nachricht wurde unglaublich stark verkleinert und dann im Punkt versteckt. 

• Maskierte Geheimschrift: Jargon-Code: eine Art Geheimsprache. Bestimmte Floskeln, Wörter oder Zeichen wird eine besondere Bedeutung zugewiesen, diese muss vorher zwischen den Partnern vereinbart werden. Einige Ausdrücke solchen Geheimsprachen haben als jargon auch schon Einzug in die Alltagssprache gehalten, bspw: "Kohle" -> Geld, "Stoff" -> Drogen, "Ratte" -> Verräter, "Loch" -> Gefängnis. 

• Cardan-Gitter: Das etwa im 16. Jahrhundert von dem italienischen Mathematiker Gerolamo Cardano erdachte und nach ihm benannte „Cardan-Gitter“ spielte in der frühen Neuzeit eine bedeutende Rolle bei der Verschlüsselung von Botschaften. Aus einem Karton werden Fenster ausgeschnitten. Diese Schablone legt man auf einen Text. Der unwichtige Teil der Botschaft wird damit ausgeblendet.💡 Obwohl der Fensterkarton als kryptographischer Schlüssel angesehen werden kann, wird das Cardan-Gitter zu den steganographischen Verfahren gezählt, da das Verbergen der Existenz einer Geheimbotschaft im Vordergrund steht.

Bilder in Bilder verstecken 

🤔 Wie versteckt man ein Bild in einem anderen Bild? Vielleicht erinnerst du dich an das RGB-Farbmodell. Die Farbe eines jeden Bild-Pixels wird durch ihren Grün-, Rot- und Blauanteil bestimmt. Dabei wird jeder Farbanteil mit einer Zahl zwischen 0 und 255 festgelegt, z.B. (67, 200, 105) oder binär geschrieben (01000011, 11001000, 01101001).

Werden in dieser RGB-Binärdarstellung die hintersten (kleinsten) Bit geändert, so ändern die Farbanteile kaum. Werden jedoch die vordersten (grössten) Bit geändert, so ändern die Farbanteile stark. Im obigen Beispiel wurden nur die letzten beiden Bit im Trägerbild (Baum) verändert. Trotzdem sieht der Baum immer noch aus wie ein Foto von einem Baum. Für das Geheimbild sind die vordersten Bit die wichtigsten. Diese Bits bestimmen grob die Grösse der Farbanteile. Das oben gezeigte Katzenbild besteht nur den beiden vordersten Bits – die Katze wirkt etwas grobkörnig, ist aber als Katze zu erkennen.

💡 Die Idee besteht nun darin, im Trägerbild für jedes Pixel und für jeden Farbanteil die hintersten beiden Bits zu ersetzen, und zwar durch die vordersten beiden Bit der Farbanteile des entsprechenden Pixels des Geheimbilds. Dies ist nachfolgend für ein Pixel gezeigt. Mit den vordersten beiden Farbanteilbit des „Original Katzenbilds“ werden die beiden hintersten Farbanteilbit des „Original Baumbilds“ überschrieben und so das „Zusammengesetzte Bild“ erzeugt.

🤔 Wie bekommen wir das versteckte Bild wieder raus?

💡 Im „Zusammengesetzen Bild“ sind die beiden hintersten Rotanteilbit 01 und somit müssen die beiden vordersten Rotanteilbit im zu rekonstruierenden Katzenbild ebenfalls 01 sein. Wie lauten aber die anderen sechs Rotanteilbit im zu rekonstruierenden Katzenbild? Diese kennen wir nicht, diese müssen wir „erfinden“. Wählen wir für diese sechs Bit 000000 bei allen Pixeln und allen Farbanteilen, so erhalten wir ein zu dunkles Bild. Wählen wir überall 111111, so erhalten wir ein zu helles Bild. Die Wahl 011111 ergibt ein mittelhelles Bild, jedoch mit schlechtem Kontrast (wir wählen dieses). Es gibt jedoch auch Verfahren, bei denen die sechs Bit für jeden Farbanteil eines jeden Pixels so bestimmt werden, dass ein „natürlicher“ Kontrast entsteht, darauf gehen wir hier aber nicht näher ein. 

Am Ende erhalten wir so das etwas verpixelte, aber erkennbare rekonstruierte Bild.

⚠️ Fassen wir nun alles zusammen und zeigen am Geheimwort abc auf, wie dieses in einem Trägertext versteckt werden kann.

1. Der Geheimtext wird binär in UTF-8 codiert: abc ➜ 01100001 01100010 01100011

2. Jede 1 wird als ZWJ und jede 0 wird als ZWNJ geschrieben: 01100001 01100010 01100011 ➜
   ZWNJ ZWJ ZWJ ZWNJ ZWNJ ZWNJ ZWNJ ZWJ ZWNJ ZWJ ZWJ ZWNJ ZWNJ ZWNJ ZWJ ZWNJ ZWNJ ZWJ ZWJ ZWNJ ZWNJ ZWNJ ZWJ ZWJ

🤔 Das ist schön und gut, aber wie füge ich das in WhatsApp oder Threema ein? Ich habe ja keine ZWJ- und ZWNJ-Tasten…

Um uns diese Arbeit abzunehmen, nutzen wir dafür eine einfache App. 

Wie sicher/unsichtbar ist Steganographie

Bei der Steganografie ist die Information für jeden, der das Verfahren kennt, lesbar. Anders ist es bei der Kryptografie, wo ein Geheimschlüssel die (grundsätzlich sichtbare) Information schützt.

Kerckhoffs’ Prinzip besagt, dass die Sicherheit eines Systems nicht von der Geheimhaltung der Algorithmen abhängen darf, sondern nur von der Geheimhaltung eines Schlüssels.

Ist in der Kryptographie ein Schlüssel bekannt, so muss lediglich dieser geändert werden. Ist in der Steganographie ein Verfahren bekannt, so muss ein anderes Verfahren gewählt werden.

Ein steganografisches Verfahren ist daher nur dann sicher, wenn nach Anwendung des Verfahrens auf ein Medium dritte Personen keinerlei Rückschlüsse ziehen können, ob in einem vorliegenden Medium nicht offensichtliche Informationen verborgen sind.

Ein technisch gutes Beispiel für ein steganographisches Verfahren ist das Verstecken einer Adresse in einer Wettervorhersage wie im Abschnitt „Geheimtreffen, siehe Wetterbericht 🌦️“. Das Verstecken eines Geheimtextes in einem auffälligen Text wie: „Bob adelt den Esel Xaver am Mittag per Lichtschwert eingenhändig.“ wäre ein „bad example“ - ein schlechtes Beispiel.

Insbesondere bei elektronischen Medien muss noch etwas Weiteres beachtet werden, der Platzbedarf für die Geheimbotschaft. Im Kapitel „Versteckte Botschaften in Chat und Instant Messaging“ wird eine Geheimbotschaft aufwändig codiert, um diese unsichtbar in einem normalen Text verstecken zu können. D.h. die Geheimbotschaft belegt viel Speicherplatz. 🤔 Es kann schon verdächtig wirken, wenn eine E-Mail mit dem Text „Hallo!“ mehrere Kilobytes gross ist…

Kurzfragen 

1. Bob empfängt von Alice folgende Nachricht: "Der Strauss ist sicher auf seinem Planeten gelandet." Bob zählt die Buchstaben aller Wörter der Nachricht und erhält dadurch den Code für ein geheimes Schliessfach: 3 7 3 6 3 6 8 8. Handelt es sich hierbei um ein Verfahren der Steganografie oder Kryptografie? Erkläre warum. 

2. Führe das Verfahren der versteckten Bilder für den RGB-Wert eines Pixels durch. Zwei Bits des "geheimen Bildes" sollte im "Trägerbild" versteckt werden. Erzeuge danach das "rekonstruierte Bild" aus dem zusammengesetzten Bild. Fülle dazu jeweils die Farben mit 011111 auf. 

Geheimes Bild 10101111 11011001 01011110

Trägerbild 10000001 10010101 11111101

zusammengesetztes Bild ?

rekonstruiertes Bild ?

3.  Alice, Bob und Charlie möchten sich verschlüsselte Nachrichten schicken. 

   1. Bob möchte an Alice eine verschlüsselte Nachricht mit dem symmetrsichen vErfahren schicken. Mit welchem Schlüsssel verschlüsselt Bob die Nachricht?

   2. Alice möchte an Bob eine verschlüsselte Nachricht mit einem Public Key Verfahren schicken. Mit welchem Schlüssel entschlüsselt Bob die Nachricht?

4. Alice möchte Bob eine verschlüsselte Nachricht verschicken. Es wird ein Public Key Verfahren verwendet. Dummerweise verschlüsselt Alice die Nachricht mit ihrem eigenne öffentlichen Schlüssel. Welchen Schlüssel hätte sie verwenden sollen? Was ist jetzt das Problem und wieso? Ist die Nachricht für einen Angreifer entschlüsselbar? Begründe. 

5. Beschreibe die Funktionsweise einer Cäsar-Verschlüsselung. Wie viele unterschiedliche Schlüssel gibt es?