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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

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图片引用自http://datagenetics.com/blog/march12012/index.html

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

引用自http://drops.wooyun.org/tips/4862

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：

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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

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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

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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

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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

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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

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这是加密前后分析对比图

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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

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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

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添加zlib-1.2.3，输入：

..\..\..\zlib-1.2.3;

如图

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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

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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

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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

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对比加密前后的文件，大小存在差异，如图

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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

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使用HexEditorNeo查看加密图片细节，如图

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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

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bigensimple.png同原图片大小相同，如图

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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

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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

https://www.w3.org/TR/PNG/

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