Bir görüntüdeki şifreli mesaj: SnapSeal kodeğinin içi

Sır ile taşıyıcıyı ayırmak

SnapSeal görüntü, dosya veya metnin özgün baytlarını metaverileriyle birlikte şifreler, ardından oluşan zarfı bir kapak görüntüsünün piksellerine yerleştirir. Alıcının korumalı dosyaya ve parolaya ihtiyacı vardır; özgün kapağa veya sunucuya gerek yoktur.

Gizliliği kriptografi sağlar; steganografi ise veriye bir taşıyıcı sunar. İkisi de yerleşik tekniklerdir. Buradaki mühendislik işi, aralarındaki sınırları açıkça belirlemektir. Örnekteki görsel ve test parolası bilerek herkese açık tutulmuştur.

1. original_bytes + metadata
2. Argon2id → AES-GCM
3. header + ciphertext + tag
4. RGB → PNG

original.pngcover.webpprotected.png

En düşük iki bit nasıl kullanılıyor?

Her RGB pikselinde 8 bitlik üç kanal bulunur. Bu örnekte kodlayıcı kanalları soldan sağa okur, alfa kanalını atlar, üstteki altı biti korur ve en düşük iki biti değiştirir. Böylece dört kanal bir bayt taşıyabilir.

Vurgulanan bitlerin değişimini görmek için kaydırıcıyı hareket ettirin. Yalnızca bu düşük bit yazma işlemi, bir kanalın değerini en fazla 3 değiştirir. İsteğe bağlı JPEG taşıyıcısı ve diğer görsel düzenlemeler kapağı daha fazla değiştirebilir.

def embed_byte(channels: bytes, value: int) -> bytes:
    if len(channels) != 4 or not 0 <= value <= 255:
        raise ValueError("Expected four channels and one byte")
    pairs = [(value >> shift) & 3 for shift in (6, 4, 2, 0)]
    return bytes((c & 0xFC) | pair
                 for c, pair in zip(channels, pairs, strict=True))

def read_byte(channels: bytes) -> int:
    value = 0
    for channel in channels:
        value = (value << 2) | (channel & 3)
    return value

cover = bytes([170, 181, 94, 203])
stored = embed_byte(cover, 0xD3)
assert stored == bytes([171, 181, 92, 203])
assert read_byte(stored) == 0xD3

Kaç bayt sığar?

Üç kanalın her birinde iki bit kullanıldığında piksel başına altı bit elde edilir. 1024×1024 boyutundaki bir kapakta, 16 baytlık piksel paketi başlığından önce 786.432 baytlık yer vardır; başlıktan sonra 786.416 bayt kalır. Kapak görseli için ayrılan pikseller bu kapasiteyi azaltır.

Sabit bir işaret paket düzenini belirtir; uzunluk alanı da zarfın nerede bittiğini gösterir. Paket ve şifreleme sürümleri birbirinden bağımsızdır: Bir PNG2 paketi v3 şifreleme zarfı taşıyabilir.

C = floor(W × H × 3 × 2 / 8) − 16
C(1024, 1024) = 786,416 bytes

Anahtar türetme ve zarfın doğrulanması

SnapSeal’in v3 profili, UTF-8 paroladan ve rastgele üretilen 16 baytlık tuzdan 32 baytlık bir anahtar türetmek için Argon2id v1.3 kullanır. İşlem 64 MiB bellek, üç geçiş ve tek şerit kullanır. Okuyucu, KDF’yi çalıştırmadan önce iş yükü parametrelerinin desteklenen sabit değerlere uyduğunu doğrulamalıdır.

AES-256-GCM özgün baytları ve metaverileri şifreler. 16 baytlık etiketi, şifreli metnin yanı sıra herkese açık 48 baytlık başlığı da doğrular. Kimlik doğrulama başarısız olursa okuyucu açık metni kesinlikle sunmamalıdır.

from argon2.low_level import Type, hash_secret_raw
from cryptography.hazmat.primitives.ciphers.aead import AESGCM

def decrypt_v3(envelope: bytes, password: str) -> bytes:
    if not 70 <= len(envelope) <= 50 * 1024 * 1024 + 4096:
        raise ValueError("Invalid envelope size")
    header = envelope[:48]
    if header[:12] != b"SNAPSEAL\x03\x01\x13\x01":
        raise ValueError("Expected the v3 Argon2id profile")
    memory = int.from_bytes(header[12:16], "big")
    passes = int.from_bytes(header[16:20], "big")
    if (memory, passes) != (65536, 3):
        raise ValueError("Unsupported work factors")
    secret = password.encode("utf-8")
    if not 1 <= len(password) <= 256 or len(secret) > 1024:
        raise ValueError("Invalid password length")
    key = hash_secret_raw(
        secret, header[20:36], time_cost=passes,
        memory_cost=memory, parallelism=1, hash_len=32,
        type=Type.ID, version=19,
    )
    return AESGCM(key).decrypt(
        header[36:48], envelope[48:], header,
    )

plaintext = uint32_be(metadata_length) + metadata_json + original_bytes
envelope  = header + AESGCM(key).encrypt(nonce, plaintext, header)

Mesajı taşıyan PNG değil, pikseller

Veri PNG metaverisinde değil, çözülmüş RGB değerlerindedir. İki PNG’nin dosya baytları farklı olsa bile çözülmüş RGB değerleri değişmemişse düşük bitlerdeki mesaj aynı kalır. Buna karşılık ekran görüntüsü almak, pikselleri düzenlemek veya boyutu değiştirmek, görüntü hâlâ tanınabilir olsa bile veriyi bozabilir.

Kaynak sıkıştırması açıkça seçilmediği sürece özgün baytlar ve metaveriler aynen geri yüklenir. Dosya adı şifrelidir; ancak zarf doldurulmadığında yaklaşık boyut yine de anlaşılır.

PNG bytes A ≠ PNG bytes B
RGB(A) = RGB(B), α(A) = α(B) = 255
→ envelope(A) = envelope(B)

Sıkıştırmaya karşı ikinci yol: JPEG kurtarma

“Sıkıştırmaya karşı koruma”, boyutları değişmemiş JPEG görüntülerinden veriyi kurtarmaya yönelik bir girişimdir; başarısı garanti değildir. Aynı şifreli zarfın bir kopyası PNG’nin düşük RGB bitlerinde bulunur. İsteğe bağlı ikinci kopya ise görüntünün frekans katsayılarına yerleştirilir.

Yöntem sıkıştırmayı engellemez ve biçimi tespit edilemez kılmaz.

RGB → Y → DCT(8×8)
q = round(coefficient / JPEG_quantizer)
coefficient′ = q × JPEG_quantizer

from math import floor

def put_bit(coefficient: float, bit: int, step: int = 24) -> int:
    cell = floor((coefficient / step - bit) / 2 + 0.5)
    return step * (2 * cell + bit)

def read_bit(coefficient: float, step: int = 24) -> int:
    return floor(coefficient / step + 0.5) % 2

stored = put_bit(70, 1)              # 72
assert read_bit(stored + 11) == 1    # 83: same cell
assert read_bit(stored + 13) == 0    # 85: crossed the boundary

223 + 32 = 255 bytes
t = (255 − 223) / 2 = 16 byte errors
A₀ B₀ C₀ A₁ B₁ C₁ … → A, B, C
repair → CRC → AES-GCM → original_bytes

exact(PNG) ∧ exact(Q60) ∧ exact(Q85 → Q60)
max(corrected_bytes_per_codeword) ≤ 12 < 16
automatic: envelope_length ≤ 280_000

Biçimin açıkta bıraktıkları

Sabit işaretler biçimin tespit edilmesini sağlar. Kapak görseli herkese açıktır ve bir görsel olarak kimliği doğrulanmaz; üst bitlerinin değiştirilmesi gömülü mesajı sağlam bırakabilir. Hata düzeltme ve CRC, taşıma sırasında oluşan hasarla ilgilenir; AES-GCM ise korunan içeriği doğrular.

Bir saldırgan yine de parolaları çevrimdışı deneyebilir. Argon2id her denemenin maliyetini artırır, ancak zayıf bir parolayı kurtaramaz. Parola kurtarma yolu yoktur; burada bağımsız bir güvenlik denetimi yapıldığı da iddia edilmiyor.

Uygulama olmadan okumak

Bu tasarım, yeni bir şifreleme yöntemi icat etmek yerine yerleşik algoritmaları, sınırları açık bir biçimi ve bağımsız bir okuyucuyu bir araya getiriyor. Python 3.12+ okuyucu, JPEG kurtarma kopyası içerenler dâhil özgün PNG’leri, boyutu sınırlandırılmış ve tek PNG içeren SnapSeal ZIP’lerini ve ham v3 zarflarını destekler. Dönüştürülmüş JPEG dosyaları için TypeScript kodeği gerekir.

Burada anlatılan uygulama açık kaynaklı v3 sürümüdür; daha önce kullanıma sunulmuş eski okuyucular dosyalarını reddedebilir. Listelenen bağımlılıkları bir sanal ortama kurun. Tam kaynak kod ve isteğe bağlı indirmeler, örneklerin ardından geliyor.

python -m pip install -r requirements.txt

from getpass import getpass
from pathlib import Path
from decode_snapseal import decode_path

result = decode_path(
    Path("protected.png"),
    getpass("Password: "),
)

output = Path("restored")
output.mkdir(exist_ok=True)
with (output / result.filename).open("xb") as target:
    target.write(result.data)