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Trabajo Práctico Especial realizado para la materia "72.44 - Criptografía y Seguridad" - 1Q2023

72.04 - Criptografía y Seguridad

Trabajo Práctico de Implementación: "Secreto Compartido con Esteganografía"

Integrantes:

Nombre	Legajo
De Simone, Franco	61100
Dizenhaus, Manuel	61101
Negro, Juan Manuel	61225
Sambartolomeo, Mauro Daniel	61279

Introducción

Este trabajo se centra en la criptografía visual, mediante la implementación de un algoritmo de Secreto Compartido para esconder un secreto en sombras, utilizando esteganografía.

Se trabajó con la implementación del paper “(k,n) secret image sharing scheme capable of cheating detection” escrito por Yan-Xiao Liu, Quin-Dong Sun y Ching-Nung Yang de la Universidad de Tecnología de Xi’an (China).

El paper utiliza el Esquema de Shamir como algoritmo de secreto compartido, que propone un esquema (k,n), siendo n el número total de sombras y k el número mínimo de sombras necesarias para recuperar el secreto.

Junto a la utilización de esteganografía para ocultar la información, describe cómo se puede distribuir una imagen secreta en otras imágenes, que funcionarán de sombras para el esquema de secreto compartido.

A su vez, describe cómo recuperar una imagen secreta a partir de estas sombras, mediante el método interpolador de Lagrange (parte de los fundamentos del Esquema de Shamir).

Implementación

Para este trabajo, se realizó el desarrollo en el lenguaje C version c23, y formateado con CLang.

Requerimientos

Los requerimientos necesarios para correr este proyecto son:

• make
• gcc o clang

Compilación

Para compilar el programa, alcanza con posicionarse en el directorio raíz del proyecto, y correr el comando:

make all

Esto generará el ejecutable shared_secret_steganography dentro de la carpeta target.

Ejecución

El programa presenta dos modos de ejecición distintas:

• Distribuir una imagen secreta en sombras
• Recuperar una imagen secreta a partir de las sombras

Distribuir una imagen secreta en sombras:

Este modo de ejecución se realiza de la siguiente manera:

./target/shared_secret_steganography d <nombre-imagen.bmp> k <directorio donde se encuentran las imágenes a utilizar como sombras>

El programa leerá la imagen a esconder y generará n sombras, donde n es la cantidad de imágenes que se encuentren en el directorio especificado. Cada una de estas sombras tendrá un tamaño de $(k-1)^{-1}$ veces el tamaño de la imagen secreta, y se guardará ocultada en la imagen correspondiente.

Este método de ocultamiento se realiza mediante el método de esteganografía LSB (Least Significant Bit), donde se modifican los X bits menos significativos de cada byte. En particular, se utiliza LSB4 para valores de k iguales a 3 o 4, y LSB2 para valores entre 5 y 8. De esta forma garantizamos que siempre se pueda ocultar cada sombra en la imagen portadora correspondiente.

Por último, se añade un número de sombra en la sección adicional del formato .bmp de cada imagen portadora, para poder identificar qué sombra se encuentra en cada imagen. Esto se hace en el offset 0x06 del archivo, un espacio reservado de 2 bytes para la aplicación creadora de la imagen, por lo que lo utilizamos para guardar el número de sombra.

Recuperar una imagen secreta a partir de las sombras:

Este modo de ejecución se realiza de la siguiente manera:

./target/shared_secret_steganography r <nombre-imagen.bmp> k <directorio donde se encuentran las imágenes a utilizar como sombras>

El programa leerá el directorio de imágenes portadoras y tomará los primeros k archivos que encuentre, ignorando directorios y archivos que no sean .bmp. Luego, generará los polinomios descriptos en el paper y evaluará el caso de cheating, donde fallará si se detecta alguna sombra inválida. Luego, se reconstruirá la imagen secreta a partir de las sombras, y se guardará en el nombre de imagen especificado.

Aclaraciones:

• La carpeta con las imágenes que se utilizarán como sombras deben tener exactamente n imagenes de extension .bmp, con n mayor o igual a k, pues se utilizarán todas las imágenes para construir portadoras.
• La longitud máxima de los paths otorgados para identificar imágenes o directorios es de 4096 caracteres.
• Las imágenes utilizadas deben tener formato .bmp. De no ser así, el programa no podrá esconder ni recuperar las imágenes.
• Tanto al distribuir la imagen secreta como al recuperarla, se ignorará todo lo que no sea un archivo .bmp en el directorio especificado, incluyendo subdirectorios y archivos de otros formatos.