信息隱藏技術(shù)及應(yīng)用

◎中國科學(xué)技術(shù)大學(xué) 張衛(wèi)明

◎合肥高維數(shù)據(jù)技術(shù)有限公司 田輝

信息隱藏是將消息嵌入某種載體以實現(xiàn)隱蔽通信、存儲或認(rèn)證的一種技術(shù)。從古希臘戰(zhàn)爭、一戰(zhàn)、二戰(zhàn)到本世紀(jì)的美俄間諜戰(zhàn)，信息隱藏技術(shù)伴隨著人類軍事、政治斗爭的歷史不斷發(fā)展。目前可以實現(xiàn)各種格式消息內(nèi)容隱藏在幾乎所有普通的多媒體文件中，實現(xiàn)數(shù)據(jù)偽裝后本地存儲與網(wǎng)絡(luò)傳輸，最終實現(xiàn)重要數(shù)據(jù)不被第三方關(guān)注的目的。

近年來現(xiàn)代信息隱藏技術(shù)與惡意代碼、僵尸網(wǎng)絡(luò)等工具結(jié)合成為情報獲取和網(wǎng)絡(luò)突防的利器，是典型的“非對稱”技術(shù)。另一方面，隨著大數(shù)據(jù)、云計算的發(fā)展，大眾隱私泄露問題也日益嚴(yán)重。特別是深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)、計算機視覺技術(shù)的發(fā)展使得圖像內(nèi)容隱私保護變得尤為困難。而信息隱藏技術(shù)在多媒體內(nèi)容隱私保護方面可以發(fā)揮獨特作用。

傳統(tǒng)的加密技術(shù)是一種“內(nèi)容安全”技術(shù)。大數(shù)據(jù)時代，依托傳統(tǒng)的加密技術(shù)實現(xiàn)的數(shù)據(jù)安全受到極大挑戰(zhàn)，主要體現(xiàn)在：加密技術(shù)使得加密信息以亂碼的密文形式存在，數(shù)據(jù)匯總后，密文數(shù)據(jù)在整體數(shù)據(jù)比例中占比低于3%，容易引來關(guān)注，從而成為數(shù)據(jù)挖掘的重點。

信息隱藏技術(shù)是一種“行為安全”技術(shù)。大數(shù)據(jù)時代，與加密技術(shù)進(jìn)行互補，實現(xiàn)“內(nèi)容安全”與“行為安全”的完美融合。隨著移動互聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)安全將從傳統(tǒng)的“內(nèi)容安全”向“行為安全”轉(zhuǎn)變，基于信息隱藏技術(shù)應(yīng)用在軍事、大眾等市場將會得到更多的應(yīng)用。圍繞信息隱藏的正向、反向的攻防戰(zhàn)也將展開。

一、正向：基于信息隱藏技術(shù)的“行為安全”

（一）軍事應(yīng)用

現(xiàn)代隱藏技術(shù)是古典隱藏思想與現(xiàn)代媒體和通信技術(shù)的融合。隱藏與加密的區(qū)別在于：加密隱藏了消息內(nèi)容，但泄露了秘密通信過程；而隱藏技術(shù)不僅要隱藏消息內(nèi)容，而且要隱藏通信過程本身。其實，現(xiàn)代隱藏技術(shù)通常與密碼技術(shù)結(jié)合使用，即先加密再隱藏。隱藏和偽裝是軍事斗爭在戰(zhàn)術(shù)和戰(zhàn)略層面都要追求的屬性之一，所以信息隱藏在戰(zhàn)爭中有非常重要的作用。

隱藏技術(shù)在本世紀(jì)最有名的案例就是9·11恐怖襲擊事件。2001年，美國各大媒體，包括CNN、ABC、FOX News等相繼報道本·拉登為首的恐怖組織使用隱寫工具策劃恐怖活動，躲過美情報機構(gòu)的監(jiān)控，這是典型的非對稱戰(zhàn)爭下的非對稱技術(shù)應(yīng)用。另一個著名的例子是2010年的美國間諜戰(zhàn)，當(dāng)時有明確的證據(jù)表明俄方使用了隱藏技術(shù)傳遞情報。

現(xiàn)代隱藏技術(shù)已發(fā)展到很高的水平，通過采用復(fù)雜的編碼技術(shù)，可以對抗機器學(xué)習(xí)在高維空間訓(xùn)練出的檢測算法。隱藏技術(shù)的一個發(fā)展趨勢是從早期單純的隱秘通信，發(fā)展到近幾年跟惡意代碼結(jié)合在一起，來穿過防火墻盜取信息，或者進(jìn)行滲透攻擊。未來的趨勢是進(jìn)一步跟平臺結(jié)合，例如跟社交網(wǎng)絡(luò)結(jié)合，以媒體分享為掩蓋竊取回傳消息，形成一個隱蔽的通信網(wǎng)絡(luò)。這樣一個隱秘的網(wǎng)絡(luò)，除了竊取信息，也有可能被用來做攻擊，從而形成網(wǎng)絡(luò)攻擊武器的發(fā)射平臺。

在“棱鏡門”監(jiān)聽事件曝光后，國家為了保護涉密的重點人群，為他們配備了加密手機，使他們之間在通信聯(lián)絡(luò)時，對通信內(nèi)容進(jìn)行加密。加密手機是更加安全了還是更不安全了呢？用加密手機的初衷是為了防止第三方監(jiān)聽，那能實現(xiàn)初衷嗎？

監(jiān)聽方怎么說？美國安局分辯說沒有監(jiān)聽通話內(nèi)容，只是收集手機通信的元數(shù)據(jù)。元數(shù)據(jù)指通話號碼、時間、位置等背景數(shù)據(jù)。但是前美國中央情報局和國家安全局局長邁克爾·海登曾公開說：“我們可以基于元數(shù)據(jù)殺人。”美國國家安全局前法律總顧問斯圖爾特·貝克爾認(rèn)為，“元數(shù)據(jù)絕對可以告訴你某個人其生活的一切事情。如果你有足夠多的元數(shù)據(jù)，你就不需要數(shù)據(jù)內(nèi)容?！?/p>

因為加密手機僅加密了通信內(nèi)容，而使用加密通信的人太少，在整體人群中占比不足1%，對于監(jiān)聽方來說更加容易被發(fā)現(xiàn)。一旦暴露了通信過程，就會進(jìn)一步暴露同樣使用的加密手機的所有人、組織，進(jìn)而暴露出相關(guān)人的社交關(guān)系，而后者帶來的隱患更嚴(yán)重。

為了對抗監(jiān)聽，可以基于目前最先進(jìn)的隱藏編碼技術(shù)來做隱蔽通信工具。通過信息隱藏技術(shù)把用戶1個或多個重要文件，隱藏在1個或多個普通的載體文件中。如果被攻擊或者竊取，攻擊者或竊取者僅能看到一些普通形式的多媒體文件，不會引起關(guān)注，從而實現(xiàn)數(shù)據(jù)安全。當(dāng)然網(wǎng)絡(luò)安全是相對的，如果攻擊者發(fā)現(xiàn)異常，他需要在普通多媒體文件中提取隱藏內(nèi)容，而這個相對難度更高。再者，如果攻擊者提取出隱藏的重要文件，因為文檔是加密后再隱藏的，所以攻擊者還要面臨解密的問題。所以信息隱藏與加密互補融合，實現(xiàn)了更加多重的安全保障。

（二）大眾需求

信息隱藏技術(shù)不僅在軍事領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景，在大眾的隱私保護、版權(quán)保護、防攻擊等方面也有明確的需求。最容易想到的應(yīng)用是基于水印技術(shù)做版權(quán)保護。但版權(quán)保護并不具備大眾屬性。其實，一個更普遍的應(yīng)用需求是隱私保護。比如智能手機的快速普及，與智能手機強關(guān)聯(lián)的手機云、云盤、網(wǎng)盤大行其道，大眾把個人的圖片音視頻等文件上傳到第三方的云盤上作為備份。2014年icloud好萊塢艷照門事件、2015年SnapChat出現(xiàn)用戶隱私照片泄露事件等都是典型的云存儲安全事件。

2015年是人工智能爆發(fā)的一年，其中有一個標(biāo)志性的事件，就是ImageNet圖像分類挑戰(zhàn)賽，微軟開發(fā)的系統(tǒng)分類圖片的準(zhǔn)確性首次超越了人類視覺。今年，李世石與AlphaGo的人機大戰(zhàn)更是使人工智能成為全社會的關(guān)注焦點。但我們在歡呼人工智能技術(shù)突飛猛進(jìn)的時候，也有人在唱反調(diào)，比如霍金和特斯拉/SpaceX的CEO埃隆·馬斯克，他們因擔(dān)憂人工智能的失控將帶來嚴(yán)重威脅而獲得“阻礙科技進(jìn)步獎——盧德獎”。

霍金與馬斯克的擔(dān)憂離我們并不遙遠(yuǎn)，在當(dāng)下已初露端倪。例如，計算機視覺識別技術(shù)的發(fā)展就可能帶來隱私泄露。俄羅斯的一個攝影師，利用照片和應(yīng)用程序FindFace(能利用面部識別將社交媒體帳戶信息與照片聯(lián)系起來的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò))，展示人們究竟有意無意地在網(wǎng)上泄露了多少信息。不幸的是，他的警告馬上被網(wǎng)友付諸實際，用來挖掘隱私。再比如，我們每天在社交平臺上發(fā)布很多自己的照片，而現(xiàn)在有專業(yè)的營銷公司正在挖掘用戶社交媒體的自拍照，進(jìn)行分析研究，為他的客戶服務(wù)，這無疑會帶來隱私泄露，并在某些情況下（比如涉及兒童信息時）帶來嚴(yán)重后果。

怎么來解決這個問題？人們一方面想讓機器更智能更強大，解決各種難題；另一方面，又必須尋找機器解決不了的問題以保證安全。我們在圖片分享過程中保護隱私，希望干擾機器視覺而不影響人類視覺，但是機器視覺的能力在超越人。一方面我們想保護隱私，但是另一方面我們又想分享。如何挖掘機器智能與人類智能之間的差異，同時保障安全和可用性，這是現(xiàn)在和未來人類不得不面臨的一個深刻問題。

對于圖像內(nèi)容隱私泄露，現(xiàn)在窺探隱私的機器之眼通常是使用深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等模型訓(xùn)練出來的，目前有一種特殊的隱藏技術(shù)可以對抗機器之眼，這種技術(shù)被稱為“Accidental Steganography”。這個技術(shù)按照神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型在圖像中嵌入人眼不可感知的干擾信息，這種信息對人類視覺沒什么影響，但是它對機器可以產(chǎn)生語義級的干擾，讓機器做出錯誤判斷。

二、反向：給大數(shù)據(jù)做CT

伴隨技術(shù)的快速發(fā)展，犯罪分子的犯罪越來越隱蔽。如傳統(tǒng)恐怖組織的暴恐圖片、音視頻最初主要通過直接、拼接等方式傳播，后隨著OCR、視頻分析等技術(shù)的發(fā)展，順利地解決了這些問題。通過分析數(shù)據(jù)的異常行為特征，可以在海量數(shù)據(jù)中發(fā)覺犯罪分子的蛛絲馬跡。 犯罪分子，尤其大型犯罪組織，為了對抗大數(shù)據(jù)分析，開始廣泛使用信息隱藏技術(shù)來掩蓋犯罪行為，逃避打擊。

因為信息隱藏具有極高的隱蔽性，以至于很容易被廣大執(zhí)法機關(guān)忽略，市場上也非常缺乏解決類似問題的工具。通過對國內(nèi)外信息隱藏應(yīng)用及案例的梳理分析，整理出幾個現(xiàn)狀：

（一）全球信息隱藏的應(yīng)用軟件數(shù)量快速增加

全球的信息隱藏技術(shù)應(yīng)用軟件近幾年在快速增加，已經(jīng)從2014年的200余種，快速增長到2017年的400余種，增長率接近100%。通過分析，目前的全球的隱寫軟件70%以上在國內(nèi)可下載；80%以上是基于圖片的信息隱藏工具，其余的以音視頻信息隱藏工具為主，軟件版本涵蓋英語、中文、西班牙語、阿拉伯語等。

（二）信息隱藏成恐怖組織、情報組織、邪教等重要通聯(lián)手段

通過對全球已知的利用信息隱藏犯罪的案例分析看，犯罪組織主要為恐怖組織（如基地組織）、情報組織（如美俄間諜戰(zhàn)）、販毒組織（如哥倫比亞胡安案）等，在國內(nèi)也有典型的案例，如2008年的河南省公安廳破獲的“全能神”邪教案。

大型犯罪組織，尤其跨境犯罪組織為了逃避打擊，通過把內(nèi)部通聯(lián)信息、竊取的情報信息等利用信息隱藏隱藏在普通圖片音視頻等多媒體文件中，利用互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行分享和傳輸。因為利用信息隱藏隱藏后的圖片、音視頻等文件基本不改變原文件的外觀、格式、大小等，所以不會引起關(guān)注，成為大數(shù)據(jù)分析的盲區(qū)，從而導(dǎo)致執(zhí)法人員的在“貓鼠游戲”中處于被動。

（三）基于信息隱藏的泄密是失泄密管理盲區(qū)

失泄密管理是軍隊、安全、保密等部門重點關(guān)注的工作，基本上相關(guān)單位都建設(shè)了失泄密管控與泄密溯源系統(tǒng)。現(xiàn)有的失泄密管控相關(guān)系統(tǒng)主要采取上網(wǎng)行為管控、屏幕截屏、USB封禁等方式避免泄密，但是泄密事件依然層出不窮。通過對已發(fā)生的失泄密案件的分析，發(fā)現(xiàn)近幾年來，80%以上的失泄密是由信息隱藏相關(guān)技術(shù)造成的泄密，以及拍攝屏幕和違規(guī)打印拍照造成泄密。

涉密單位內(nèi)部員工通過把涉密資料隱藏在普通圖片、視頻等多媒體文件中騙過失泄密管控系統(tǒng)實現(xiàn)故意泄密；涉密單位員工在訪問正常的圖片、視頻等文件時，因為文件中隱藏有可執(zhí)行的惡意代碼程序，從而導(dǎo)致病毒入侵，造成無意識泄密。

（四）信息隱藏技術(shù)成為對抗輿情檢測分析的工具

因為信息隱藏的應(yīng)用工具非常普遍，傳銷組織、邪教組織、非法NGO組織等使用信息隱藏利用公開的網(wǎng)站、論壇等進(jìn)行信息通聯(lián)，規(guī)避網(wǎng)信部門的輿情監(jiān)測分析。如犯罪組織通過某大型論壇發(fā)布一個求購帖，并附上一張與帖子內(nèi)容相符的普通圖片。因為是正常帖子，所以不會引起網(wǎng)站管理方、輿情監(jiān)測部門的關(guān)注。但真實情況是，隨帖的普通圖片中隱藏有特殊信息。犯罪組織的成員因為都能公開訪問該求購帖并安裝有相應(yīng)的隱寫應(yīng)用，從而實現(xiàn)了內(nèi)部信息的通聯(lián)。

（五）信息隱藏技術(shù)成為網(wǎng)絡(luò)滲透、攻擊的新手段

2015年12月25日，烏克蘭電力系統(tǒng)遭遇攻擊，造成3個州大面積停電。這是一起協(xié)同網(wǎng)絡(luò)攻擊的案例，事后復(fù)盤，發(fā)現(xiàn)了基于圖片隱藏可執(zhí)行程序的攻擊。

近幾年，惡意代碼與圖片結(jié)合進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)滲透和攻擊成為新趨勢。雖然各主流的安全廠商均發(fā)布了態(tài)勢感知、入侵檢測等產(chǎn)品，但是因為沒有關(guān)注到基于信息隱藏的攻擊，從而造成了盲區(qū)。

（六）信息隱藏技術(shù)成為數(shù)字取證的盲區(qū)

計算機取證、網(wǎng)絡(luò)取證、多媒體取證等已經(jīng)非常成熟，幫助司法機關(guān)提供了可靠的證據(jù)。但是目前幾乎所有的取證技術(shù)都沒有關(guān)注基于信息隱藏技術(shù)的取證問題，信息隱藏取證成為目前數(shù)字取證的盲區(qū)。

國內(nèi)目前缺乏針對信息隱藏的檢測取證應(yīng)用，這讓以軍隊、國安為代表的用戶在反恐維穩(wěn)中容易出現(xiàn)被動。以軍隊、國安為代表的用戶亟需解決信息隱藏檢測取證的難題，爭取在“貓鼠游戲”中獲得主動權(quán)。

三、總結(jié)

大數(shù)據(jù)分析時代，數(shù)據(jù)安全由 “內(nèi)容安全”正在向 “行為安全”過渡，前者由傳統(tǒng)的加密技術(shù)實現(xiàn)，后者由信息隱藏技術(shù)實現(xiàn)，兩者又互為補充。而所有的技術(shù)都是“雙刃劍”，隱藏技術(shù)也可能被恐怖組織、非法NGO、跨國情報組織、邪教等使用，進(jìn)行通聯(lián)，這為國家安全、社會穩(wěn)定帶來了巨大隱患。

大數(shù)據(jù)是國家的戰(zhàn)略資源，而隱蔽通道上的數(shù)據(jù)是關(guān)系國家安全的戰(zhàn)略資源，因而國家相關(guān)部門、研究機構(gòu)需要加大信息隱藏正向和反向技術(shù)及應(yīng)用的投入，搶奪隱蔽網(wǎng)絡(luò)空間的控制權(quán)。