Как прячут секретные данные в JPEG-картинках?

Базовый принцип работы JPEG

Когда мы сохраняем фото в формате JPEG, компьютер делает три главные вещи:

1. Разбивает картинку на блоки 8×8 пикселей
   Каждый блок обрабатывается отдельно.
2. Превращает цвета в частотные коэффициенты (DCT)
   Это как разложить музыку на ноты разной высоты:
   Низкие частоты = основные цвета и формы
   Высокие частоты = мелкие детали и шум
3. Сжимает данные
   Давай представим, что твоя фотография — это огромный торт, который нужно упаковать в маленькую коробку.

1. Упрощение чисел (квантование)

• Это как если бы мы взяли торт и разрезали его на кусочки, а потом сказали: "Вот эти крошечные кусочки сахара наверху не так важны — выбросим их, всё равно никто не заметит".
• Компьютер делает то же самое с цифрами в фото: убирает мелкие детали, которые глаз почти не видит. Картинка становится чуть менее чёткой, но зато занимает меньше места.

2. Замена повторений короткими кодами (RLE + Хаффман)
Теперь представим, что в коробке с тортом:

• RLE (кодирование повторов) — это когда мы видим 5 одинаковых конфет подряд и пишем "5×конфета" вместо "конфета, конфета, конфета, конфета, конфета"
• Алгоритм Хаффмана — это как секретный язык, где:
  Частые слова (например, "клубника") получают короткие коды (например, "К")
  Редкие слова ("ананас") — длинные коды ("А123")

Пример:
Было: "клубника, клубника, клубника, крем, клубника, ананас"
Стало: "3×К, крем, К, А123" — получилось короче, но смысл тот же!

Почему это работает в JPEG?

1. После упрощения (квантования) в фото появляется МНОГО одинаковых чисел (особенно нулей)
2. Компьютер заменяет:
   Цепочки нулей на "5 нулей" (RLE)
   Частые числа на короткие коды (Хаффман)

Результат: фото занимает в 10-20 раз меньше места, а выглядит почти так же!

Как прячут секретные сообщения?

Способ A: LSB (Least Significant Bit) — "Последний бит"

Как работает:

1. Каждый блок 8×8 пикселей превращается в числа (коэффициенты DCT).
2. У каждого числа есть двоичная запись (например, 13 = 1101).
3. Меняем последнюю цифру в этом двоичном коде:
   Было: 1101 (13)
   Стало: 1100 (12) — если хотим записать 0
   Или оставляем 1101 (13) — если хотим записать 1.

Почему незаметно:

• Разница между 12 и 13 в цвете пикселя настолько мала, что глаз не видит изменений.
• В одном блоке таких чисел десятки — можно спрятать целое сообщение!

Пример:
Сообщение: 010 (3 бита).
Коэффициенты блока: 12, 15, 9.
Меняем последние биты:

• 12 (1100) → 1100 (0)
• 15 (1111) → 1110 (1)
• 9 (1001) → 1000 (0)

Итог: в картинке теперь зашифровано 010.

Способ B: Метод F5 — "Умное встраивание"

Проблема LSB:
Если менять много чисел, статистика блока меняется, и это можно обнаружить.

Решение F5:

1. Использует код Хэмминга (математический трюк для исправления ошибок).
   Позволяет встроить 1 бит, изменив только 1 число в блоке.
   Остальные числа корректируются автоматически.
2. Пример:
   Хотим спрятать бит 1 в блоке из 7 чисел.
   F5 выберет одно число, изменит его, а остальные подстроит так, чтобы:
   Сообщение сохранилось.
   Статистика блока почти не изменилась.

Плюсы:

• Скрывает данные лучше, чем LSB.
• Даже если кто-то попытается найти изменения, картинка выглядит естественно.

Способ C: Адаптивные методы — "Прячем в шуме"

Идея:
Не все части картинки одинаково подходят для скрытия данных.

Где лучше прятать:

1. Шумные области (листва, волосы, песок):
   Здесь много мелких деталей, и изменение чисел не заметно.
2. Текстуры (ткань, кирпичная стена):
   Разнообразие цветов и форм маскирует изменения.

Где хуже:

1. Гладкие области (небо, одноцветные стены):
   Даже маленькое изменение создаёт видимые артефакты (например, пятно).

Как компьютер выбирает места:

1. Анализирует фото и находит "шумные" блоки.
2. Прячет данные только в них, избегая гладких участков.

Пример:

• На фото пляжа:
  Прячем данные в песке и волнах.
  Не трогаем небо и гладкую воду.

Где используется стеганография в JPEG?

Легальное применение

1. Цифровые водяные знаки (DRM)
   Как: Встраивание невидимых меток в фото/видео.
   Зачем:
   Доказательство авторства (например, для фотографов).
   Защита от копирования (фильмы, музыка).
   Пример:
   Когда студия выпускает фильм, она может добавить скрытый код, чтобы отслеживать пиратские копии.
2. Медицинские данные
   Как: В рентгеновских снимках или МРТ прячут информацию о пациенте.
   Зачем:
   Конфиденциальность (чтобы данные не попали в чужие руки).
   Удобство (всё в одном файле).
3. Военные и спецслужбы
   Как: Передача координат или шифров через "обычные" фото.
   Зачем:
   Чтобы враг не догадался, что в картинке есть сообщение.
   Реальный случай:
   В 2010-х террористы использовали стеганографию в фото на форумах для передачи команд.
4. Банковская безопасность
   Как: В QR-кодах или сканах документов прячут дополнительные данные.
   Зачем:
   Проверка подлинности (например, чтобы отличить настоящую банкноту от подделки).

Нелегальное применение

1. Передача вирусов
   Как: Вредоносный код прячут в пикселях картинки.
   Зачем:
   Обход антивирусов (они не проверяют фото на скрытые программы).
   Пример:
   Вирус Duqu 2.0 (2015) заражал компьютеры через JPEG-файлы.
2. Кибершпионаж
   Как: Шпионы отправляют секретные данные через соцсети (например, "невинные" фото котиков).
   Зачем:
   Чтобы никто не заподозрил передачу информации.
   Реальный случай:
   В 2017 хакеры группы APT29 использовали стеганографию в Twitter для кражи данных.
3. Тёмный интернет (DarkNet)
   Как: Преступники обмениваются инструкциями через фото на форумах.
   Зачем:
   Чтобы полиция не могла отследить сообщения.
4. Обход цензуры
   Как: В странах с жёстким интернет-контролем (например, Китай) люди прячут тексты в картинках.
   Зачем:
   Чтобы обойти блокировку запрещённых тем.

Как борются с нелегальным использованием?

1. Стегоанализ
   Специальные программы (например, StegExpose) ищут аномалии в JPEG-файлах.
2. Искусственный интеллект
   Нейросети учатся находить даже самые скрытые изменения.
3. Запрет на подозрительные файлы
   Некоторые почтовые сервисы (Gmail, Outlook) блокируют JPEG с вложенными данными.

Стеганография — это как нож:

• Можно резать хлеб (защищать авторские права).
• Можно навредить (распространять вирусы).

Технология не запрещена, но её нелегальное использование карается законом.

➜ Важно: Если нашли подозрительное фото — проверьте его через AperiSolve или StegOnline.