隐写技巧——利用JPEG文件格式隐藏payload

关注 2017-01-03 15:12:20 查看数 6261 ,评论数 0 专题

0x00 前言

继续对图片隐写技巧的学习,这次是对JPEG文件格式的学习和理解。同PNG文件的格式对比,JPEG文件相对简单,读取其中隐藏payload的方式大同小异,两者区别在于文件格式不同,可供利用的细节存在差异。

本文相关工具:

  • 16进制编辑器:Hex Editor
  • 隐写检测:Stegdetect
下载地址: https://github.com/abeluck/stegdetect
  • 编辑Exit信息:MagicEXIF
下载地址: http://www.magicexif.com/
  • 分析JPEG图片格式:JPEGsnoop
下载地址: http://www.impulseadventure.com/photo/jpeg-snoop.html

0x01 相关概念

JPEG文件

JPEG是Joint Photographic Experts Group(联合图像专家组)的缩写
  1. 支持有陨压缩
  2. 不支持透明
  3. 不支持动画
  4. 非矢量

JPEG同JPG的区别

  1. JPEG既可作为扩展名,又能代表文件格式
  2. JPG是JPEG的简写,代表扩展名
  3. JPEG和JPG基本上是没有区别的,它们的格式也是通用的

色彩模型

采用YCrCb色彩模型,更适合图形压缩,而不是RGB
  • Y表示亮度
  • Cr表示红色分量
  • Cb表示蓝色分量
人眼对图片上的亮度Y的变化远比色度C的变化敏感. 如果每个点保存一个8bit的亮度值Y, 每2x2个点保存一个CrCb值, 图象在肉眼中的感觉不会起太大的变化,而且节省一半的空间
  • RGB模型4个点需要4x3=12字节
  • YCrCb模型4个点需要4+2=6字节

[R G B] -> [Y Cb Cr] 转换:

Y = 0.299R + 0.587G + 0.114*B
Cb = - 0.1687R - 0.3313G + 0.5 *B + 128
Cr = 0.5 R - 0.4187G - 0.0813*B + 128

[Y,Cb,Cr] -> [R,G,B] 转换:

R = Y + 1.402 *(Cr-128)
G = Y - 0.34414(Cb-128) - 0.71414(Cr-128)
B = Y + 1.772 *(Cb-128)

文件格式

JPEG文件大体上可以分成两个部分:标记码和压缩数据 标记码: 由两个字节构成,第一个字节是固定值0xFF,后一个字节则根据不同意义有不同数值 在每个标记码之前可以添加数目不限的无意义的0xFF填充,连续的多个0xFF可以被理解为一个0xFF,并表示一个标记码的开始 常见的标记码:
  • SOI 0xD8 图像开始
  • APP0 0xE0 应用程序保留标记0
  • APPn 0xE1 - 0xEF 应用程序保留标记n(n=1~15)
  • DQT 0xDB 量化表(Define Quantization Table)
  • SOF0 0xC0 帧开始(Start Of Frame)
  • DHT 0xC4 定义Huffman表(Define Huffman Table)
  • DRI 0XDD 定义差分编码累计复位的间隔(Define Restart Interval)
  • SOS 0xDA 扫描开始(Start Of Scan)
  • EOI 0xD9 图像结束
压缩数据: 前两个字节保存整个段的长度,包括这两个字节 注: 这个长度的表示方法按照高位在前,低位在后,与PNG文件的长度表示方法不同 例如长度是0x12AB,存储顺序为0x12,0xAB

Exif信息

Exif文件是JPEG文件的一种,遵从JPEG标准,只是在文件头信息中增加了拍摄信息和索引图 用相机拍出来的jpeg都会有这个信息 储存在APP1(0xFFE1)数据区中 接下来两字节保存APP1数据区(即Exif数据区)的大小 接着为Exif Header,固定结构:0x457869660000 后面为Exif的数据
  • 查看Exif信息的工具:exiftool
下载地址: https://github.com/alchemy-fr/exiftool
  • 编辑Exit信息的工具:MagicEXIF
下载地址: http://www.magicexif.com/ 添加操作如图 3-1

0x02 常见隐写方法

  • DCT加密
  • LSB加密
  • DCT LSB
  • Average DCT
  • High Capacity DCT
  • High Capacity DCT - Algorithm
以上隐写方法引用自: https://www.blackhat.com/docs/asia-14/materials/Ortiz/Asia-14-Ortiz-Advanced-JPEG-Steganography-And-Detection.pdf 目前已经有很多开源的工具能够实现以上高级的隐写方法

常见隐写工具:

  • JSteg
  • JPHide
  • OutGuess
  • Invisible Secrets
  • F5
  • appendX
  • Camouflage
当然,对应的隐写检测工具也出现了很久 比如:Stegdetect 下载地址: https://github.com/abeluck/stegdetect

0x03 利用JPEG文件格式隐藏Payload

接下来介绍在学习文件格式后产生的一些隐藏思路:

1、直接在尾部添加数据

4-1 如图,不会影响图片的正常浏览

2、插入自定义COM注释

COM注释为0xff和0xfe 插入数据0x11111111 长度为0x04 总长度为0x06 完整的十六进制格式为0xffff000611111111 插入位置为DHT前面,如图 4-2 插入后如图,不影响图片的正常查看 4-3 将ff改为fe,如图,同样不影响图片的正常查看 4-4

3、插入可被忽略的标记码

原理同上,标志码换成可被忽略的特殊值 例如:
  • 00
  • 01 *TEM
  • d0 *RST0
  • dc DNL
  • ef APP15
经测试以上标识码均不影响图片的正常查看

4、修改DQT

DQT: Define Quantization Table 标识码为0xdb 接下来两字节表示长度 接下来一字节表示QT设置信息 前4bit为QT号 后4bit为QT精度,0=8bit,否则为16bit 最后是QT信息,长度为64的整数倍 查看测试图片的DQT信息,如图 4-5 长度为0x43,十进制为67 00表示QT号为0,精度为8bit 接着64字节为QT信息字节 注: 此处DQT格式参考自http://www.opennet.ru/docs/formats/jpeg.txt 尝试将这64字节替换,如图 4-6 前后对比如图,能够发现图片的变化 4-7 如果仅仅是调整其中部分字节,改为payload,那么能有多大区别呢,对比如图 4-8 依次类推,可供修改的位置还有很多

0x04 检测和识别

对于以上的隐藏方法,借助jpeg图片格式分析工具就能发现其中的痕迹 比如JPEGsnoop 下载地址: http://www.impulseadventure.com/photo/jpeg-snoop.html 支持如下文件的格式分析:
  • .JPG - JPEG Still Photo
  • .THM - Thumbnail for RAW Photo / Movie Files
  • .AVI* - AVI Movies
  • .DNG - Digital Negative RAW Photo
  • .PSD - Adobe Photoshop files
  • .CRW, .CR2, .NEF, .ORF, .PEF - RAW Photo
  • .MOV* - QuickTime Movies, QTVR (Virtual Reality / 360 Panoramic)
  • .PDF - Adobe PDF Documents
实际测试: 如下图,发现了图片中添加的COM注释 5-1 如下图,通过查看DQT的数据识别添加的payload,0x11对应的十进制为17 5-2 同样,JPEGsnoop能够解析jpeg图片的EXIF信息,如下图 5-3 注: 为便于测试,截图中的以下数值通过MagicEXIF软件手动添加:
EXIF Make/Model: OK [test] [???]
 EXIF Makernotes: NONE
 EXIF Software: OK [MagicEXIF Metadata Codec 1.02]

0x05 补充

相比于png文件,由于jpeg文件没有对图像数据的校验位,所以在jpeg文件中添加payload简单了很多 下载JPEG图片解析并执行payload的方法不再介绍 (可参照https://3gstudent.github.io/3gstudent.github.io/%E9%9A%90%E5%86%99%E6%8A%80%E5%B7%A7-%E5%88%A9%E7%94%A8PNG%E6%96%87%E4%BB%B6%E6%A0%BC%E5%BC%8F%E9%9A%90%E8%97%8FPayload/)

0x06 小结

本文对JPEG的格式进行介绍,着重分析如何根据JPEG的文件格式,利用特定标志码隐藏payload,这种方式虽然不会影响图片的正常浏览,但是借助于格式分析软件仍能够发现其中的细节。介绍JPEG格式的官方文档里面待学习的内容还有很多,认识越深,可供研究的技巧将会更多。  

*作者:3gstudent,MottoIN整理发布

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