隐写技巧——PNG文件中的LSB隐写
0x00 前言
上篇对PNG的文件格式进行了分析，介绍了如何在不影响PNG文件的正常浏览下将payload以辅助数据块tEXt的格式插入到PNG文件中。这次将要介绍一个在图像数据块IDAT下隐藏payload的技巧——LSB隐写
0x01 简介
IDAT数据块
- 储存图像像数数据
- 在数据流中可包含多个连续顺序的图像数据块
- 采用LZ77算法的派生算法进行压缩
- 可以用zlib解压缩
zlib解压缩的python实现代码如下:
#! /usr/bin/env python
import zlib
import binascii
IDAT = "789C5D91011280400802BF04FFFF5C75294B5537738A21A27D1E49CFD17DB3937A92E7E603880A6D485100901FB0410153350DE83112EA2D51C54CE2E585B15A2FC78E8872F51C6FC1881882F93D372DEF78E665B0C36C529622A0A45588138833A170A2071DDCD18219DB8C0D465D8B6989719645ED9C11C36AE3ABDAEFCFC0ACF023E77C17C7897667".decode('hex')
result = binascii.hexlify(zlib.decompress(IDAT))
print result
LSB隐写
- LSB全称least significant bit，最低有效位
- PNG文件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
- 人类的眼睛可以区分约1000万种不同的颜色
- 这意味着人类的眼睛无法区分余下的颜色大约有6777216种
- LSB隐写就是修改RGB颜色分量的最低二进制位（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
0x02 Python实现
关于LSB隐写在github上值得学习的项目：
https://github.com/RobinDavid/LSB-Steganography
https://github.com/cyberinc/cloacked-pixel
下面对cloacked-pixel进行测试
测试图片：
源文件下载地址:
http://www.easyicon.net/language.en/1119182-Enderman_Png_icon.html
1、 加密
运行：
python lsb.py hide big.png 1.txt 123456
参数说明：
hide：表示加密模式
big.png：待加密的png图片
1.txt：存放payload
123456：加密的密码
运行后生成图片big.png-stego.png
如图
分析一下加密图片big.png-stego.png的格式，使用上篇文章介绍的check.cpp
下载地址:
https://github.com/3gstudent/PNG-Steganography/blob/master/check.cpp
加密前后对比如图
cloacked-pixel在加密的过程中会删除其他数据块，只保留关键数据块IDAT
使用HexEditorNeo查看加密图片也能印证我们的判断，如图
注:
当然也可以通过阅读源码进行分析
2、 解密
运行：
python lsb.py extract big.png-stego.png 3.txt 123456
参数说明：
extract：表示解密模式
big.png-stego.png：待解密的png图片
3.txt：存放导出的payload
123456：解密密码
如图，成功解密获得payload
3、 分析
运行：
python lsb.py analyse big.png-stego.png
参数说明：
analyse：表示分析模式
big.png-stego.png ：待分析的png图片
运行后会对图像进行分析，将其分割成块，标记每个块的最低有效位
如图
这是加密前后分析对比图
肉眼几乎无法分辨图片的差别，因为payload越短，分析图的差别就越小，这里我们可以借助软件帮助分析
工具名称：Stegsolve
下载地址：
http://www.caesum.com/handbook/Stegsolve.jar
环境搭建：
安装jdk，配置java环境
使用Stegsolve打开a.png,选择Analyse-Image Combiner，选择b.png
进行异或对比(XOR),如图，检测到细微的差异
0x03 C++实现
Grant Curell分享了通过c++实现的方法，值得学习，所以在此对其介绍并进行测试
文章地址：
http://www.codeproject.com/Articles/581298/PNG-Image-Steganography-with-libpng
作者：
Grant Curell
代码下载链接：
http://www.codeproject.com/KB/security/581298/PNG_stego.zip
测试环境：
Win7 X64
vs2012
1、 直接编译会报错
项目zlib可直接编译成功
编译项目libpng，错误如下：
fatal error C1083: Cannot open include file: 'zlib.h': No such file or directory
解决方法：
需要对项目添加include目录
右键-Property-VC++ Directories
选择Include Directories
如图
添加zlib-1.2.3，输入：
..\..\..\zlib-1.2.3;
如图
再次编译，报错如下：
fatal error LNK1181: cannot open input file 'zlib.lib'
解决方法：
需要对项目添加lib目录
选择Library Directories
添加zlib.lib，输入：
..\..\..\LIB Debug;
如图，编译成功
Tips：
在Include Directories和Library Directories中也可以直接指定绝对路径(如C:\test\cloacked-pixel-master\PNG_stego\zlib-1.2.3)，本例使用..\表示的是相对路径
编译项目PNG_encode_decode，发生同样的编译错误
解决方法：
Include Directories下添加zlib-1.2.3和libpng-1.2.37-src，输入：
../zlib-1.2.3;../libpng-1.2.37-src;
Library Directories下添加libpng.lib，输入：
..\LIB Debug;
如图，最终编译成功
注：
三个项目工程存在前后的调用关系，所以编译顺序为zlib-libpng-PNG_encode_decode
2、 加密测试
待加密文件：big.png
payload文件：1.txt
输出加密文件：bigen.png
项目PNG_encode_decode中的main.cpp修改如下：
#include "PNG_file.h"
void main() {
PNG_file link = PNG_file("big.png");
link.encode("1.txt");
link.outputPNG("bigen.png");
}
运行后生成bigen.png，如图
对比加密前后的文件，大小存在差异，如图
原理上LSB隐写不会改变文件大小，查找原因
使用check.cpp解析数据块目录，发现加密后多了数个tTXt段
如图
使用HexEditorNeo查看加密图片细节，如图
加密后的图片包含了原图片的一些信息，造成了图片大小不同
3、 去掉多余信息
方法a:
使用HexEditorNeo直接删除多余信息
方法b：
使用compress.cpp
下载地址：
https://github.com/3gstudent/PNG-Steganography/blob/master/compress.cpp
生成去掉多余tTXt段的加密图片bigensimple.png，如图
bigensimple.png同原图片大小相同，如图
4、 解密测试
项目PNG_encode_decode中的main.cpp修改如下：
#include "PNG_file.h"
void main() {
PNG_file link = PNG_file("bigensimple.png");
link.decode("2.txt");
}
运行后生成2.txt，获得存储加密后的payload
(5) 分析
对于LSB隐写，可使用Stegsolve辅助分析
打开加密图片后，选择Analyse-DataExtract
Bit Planes 选中Reg、Green、Blue的第0位
Bit Order选中LSB First
Bit Plane Order选中RGB
可以看到加密形式的payload，如图
注：
当然可以通过阅读程序源码找到图片的加密数据，本例只是给出对图片分析的一些参考思路
0x04 小结
本文分别介绍如何通过Python和C++实现对PNG文件的LSB隐写，参照文中的分析思路也可对常见的LSB隐写数据进行提取分析。
注：
修改好的PNG_stego工程已上传至github：
https://github.com/3gstudent/PNG_stego-test
更多学习资料：
https://github.com/fgrimme/Matroschka
https://waronpants.net/article/png-steganography/
https://waronpants.net/pngsteg/trunk/steg.c
http://www1.chapman.edu/~nabav100/ImgStegano/
http://www.libpng.org/pub/png/libpng-1.2.5-manual.html#section-3.1