Lsb图片隐写

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前言

在刚刚过去的网鼎杯第一场比赛中,做到了一道杂项题是关于lsb隐写的。LSB全称为 least significant bit,是最低有效位的意思。Lsb图片隐写是基于lsb算法的一种图片隐写术,以下统称为lsb隐写,这是一种常见的信息隐藏方法。当然关于图像的隐写的方法有很多,统称为隐写术,以后会写一篇总结这类隐写的文章。这里只把lsb隐写单独拿出来分析,因为lsb隐写很实用,算法简单,能存储的信息量也大,更何况是CTF比赛中的常客。还有一个原因是最近本人做的不少杂项题的坑都踩在了lsb隐写上(是我太菜了,大神莫笑。),所以发誓一定要把这类题搞清楚。
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隐写术简介

先简单的讲讲什么是隐写。由于我们识别声音或图片的能力有限,因此稍微改动信息的某一位是不会影响我们识别声音或图片的。隐写和加密之间的相同点就是,都是需要经过特殊的处理才能获得特定的信息。它们之间的不同点简单的说就是,加密的话会是一些奇怪的字符,或数据。隐写的话,就是信息明明就在眼前,但是你却视而不见。古人的藏头诗也是隐写的一种啦。
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Lsb隐写

其实吧一开始我是想把一大堆算法理论和公式摆上来讲讲lsb隐写是什么,但是想想,这种做法是真的可恶啊,摆明不想让人看嘛。所以我想先从一道例题出发,原理什么的将在这个过程中,细细地讲来。
先来看下面一张图,这道题来自实验吧(原题链接:http://www.shiyanbar.com/ctf/1897),题目名字叫--最低位的轻吻。

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打开看是一张很著名的图片-----胜利之吻。图片是bmp格式。看到题目中有最低位几个字,如果是对隐写类的题目熟悉的话就能一下子想到是lsb隐写。因为lsb隐写就是利用的图像中的最低有效位。最低有效位这个词在前文中出现很多次了,但是到底是什么意思呢?
首先来讲png图片,png图片是一种无损压缩的位图片形格式,也只有在无损压缩或者无压缩的图片(BMP)上实现lsb隐写。如果图像是jpg图片的话,就没法使用lsb隐写了,原因是jpg图片对像数进行了有损压缩,我们修改的信息就可能会在压缩的过程中被破坏。而png图片虽然也有压缩,但却是无损压缩,这样我们修改的信息也就能得到正确的表达,不至于丢失。BMP的图片也是一样的,是没有经过压缩的。BMP图片一般是特别的大的,因为BMP把所有的像数都按原样储存,没有进行压缩。
png图片中的图像像数一般是由RGB三原色(红绿蓝)组成,每一种颜色占用8位,取值范围为0x00~0xFF,即有256种颜色,一共包含了256的3次方的颜色,即16777216种颜色。而人类的眼睛可以区分约1000万种不同的颜色,这就意味着人类的眼睛无法区分余下的颜色大约有6777216种。
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LSB隐写就是修改RGB颜色分量的最低二进制位也就是最低有效位(LSB),而人类的眼睛不会注意到这前后的变化,每个像数可以携带3比特的信息。
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上图我们可以看到,十进制的235表示的是绿色,我们修改了在二进制中的最低位,但是颜色看起来依旧没有变化。我们就可以修改最低位中的信息,实现信息的隐写。我修改最低有效位的信息的算法就叫做lsb加密算法,提取最低有效位信息的算法叫做lsb解密算法。
再放两张图加深下理解:
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回到题目上来,这里我们使用一款功能很强大的lsb隐写分析工具---StegSolve图片通道查看器(下载地址:http://www.caesum.com/handboo...)。
使用过photoshop的朋友应该对图片通道有些概念,一幅完整的图像,红色绿色蓝色三个通道缺一不可。一幅图像,如果关闭了红色通道,那么图像就偏青色。如果关闭了绿色通道,那么图像就偏洋红色。如果关闭了蓝色通道,那么图像就偏黄色。当然还有个Alpha通道,是一个8位的灰度通道,也可以理解为透明度(粗糙的理解)。关于图像通道详细的讲解可以自行百度,这里不再详细说明。
使用stegsolve打开图片,按右方向键查看各通道显示的图像。一般有些题目会在某一个图像通道中直接显示出flag,但是显然这题不行,看来还需要绕些弯,要获取最低位的图片信息。
所以这道题的思路就是将图片转换成0,1 像素点(图像处理问题),这里可以直接使用MATLAB(MATLAB特别适合图像处理,而且语法特别特别简单): 
在命令行窗口输入以下命令:

filename='01.bmp';
imfinfo(filename);
A = imread(filename);
B = logical(bitget(A,1));
imshow(B);
指令详解:
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运行得结果如下。扫描这个二维码,就能直接得到flag,有兴趣的朋友可以自己动手扫一下。
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这里还可以使用其他的编程算法来解,原理都是一样的,但如果不会matlab语法,该怎么办呢。其实这题还有一种解法,因为只是简单的获取最后一位然后画图,但是为啥stegsolve获取不到呢。
我们先来看下图像信息:
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发现是bmp的8位灰度图。猜测是StegSolve解析8位的BMP存在问题?

常见的8位通道RGB图像,3个通道共24位,即一张24位RGB图像里可表现大约1670万种颜色;而16位通道RGB图像,3个通道共48位,2的48次方是多少种颜色。32位深度CMYK(8位×4通道)。
这里的8位、16位、32位指颜色深度(Color Depth)用来度量图像中有多少颜色信息可用于显示或打印像素,其单位是“位(Bit)”,所以颜色深度有时也称为位深度。
常用的颜色深度是1位、8位、24位和32位。1位有两个可能的数值:0或1。较大的颜色深度(每像素信息的位数更多)意味着数字图像具有较多的可用颜色和较精确的颜色表示。

试试转换成png格式呢再看看呢?用画图另存为png格式(不能直接改后缀)。此时发现文件变大,图像信息如下图:
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用StegSolve打开后,在RGB的最后一位看到二维码。(原图在保存的时候显示的类型是256色位图,就是位深度为8,如果保存为24位位图的bmp格式,不转换为png格式,也能用StegSolve找到如上图的二维码。)
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所以我们改变图片位深度,就能得到其中的二维码信息。

Lsb隐写的变形题

经过上面的例子,我们基本上了解了什么是lsb隐写。一般的lsb隐写我们都能使用工具或者编写程序提取到图片的最低有效位信息,从而得到其中的内容。但是出题人的脑洞不局限于此,lsb隐写还有各种扩展的使用方法。下面是网鼎杯第一场中的一道杂项题,也是一道lsb隐写题。不同的是,光提取最低有效位是不能进行解答的。
首先给我们的是一张花花的图是png格式。题目名字是minify,使变小的意思,那应该就是指lsb隐写。
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光凭肉眼是真的什么也看不出,我们借助于工具StegSolve进行分析。
一路翻下去,除了花花的还是花花的,唯一值得怀疑的地方就在red plane 0 这里是纯黑,
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说明这里什么也没有,正常的图片都不会是这样子的,其它通道也都显示正常。所以这个异常给我们什么启示呢?从这里可以真正确定是lsb隐写了。

那我们要从其他的通道比如:blue、alpha、green中找些到信息。整张图片看起来是毫无规则的像素点,那一定想把真正的信息隐藏起来,再用一些毫无规则的像素点干扰我们。我们如果想得到其中的信息,就要去掉这些干扰点。但是到底去掉哪些呢。经过前面的步骤我们知道了信息可能隐藏在plane 0中,所以我们要先把各个通道的plane 0提取出来。Red plane 0因为是空信息,可以不用提取了。我们提取出(File->Save as)Green plane 0、Alpha plane 0、Blue plane 0,把他们各另存为一张图。然后各个图进行比对(Analyse->image Combiner),最后发现Alpha plane 0 和Green plane 0 异或运算下的图出现了flag
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异或对比常常是为了检查两张图片之间的差异,能发现我们肉眼看不到的及细微的差异。
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上图是异或(XOR)对比出一张图片中的区别,所以用这个方法,也能把我们的信息隐藏在其中,但我觉得这并不是一种实用的方法。

后话
CTF中有关隐写术的这类题目真的是考验脑洞了,扩展开讲,还有能有很多很多可以举例的。Lsb隐写还能结合其他的隐写术,不只是能隐藏一些图片,还能把文件写入其中。这类题目这就需要用其他的工具进行文件提取分离,比如binwalk和foremost。当然,万变不离其宗,这里我们只要把原理搞清楚就足够了,剩下的就是解题思路,这就需要开开脑洞了。网上也存在着很多优秀的lsb隐写算法,能够实现更多复杂的操作,有兴趣的朋友可以进一步的去了解。

参考文章:https://www.tuicool.com/artic...

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