Alice und Bob werden nun rechtmäßig vom Dreibuchstabenamt beobachtet

Wenn man an Verschlüsselung denkt, dann haben viele sowas auf der inneren Leinwand:

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Verdächtiges Verhalten

Die Erfahrung zeigt, dass, wenn sowas gesehen wird, viele und manchmal sogar wir selbst vermuten, dass diejenige die einen solchen String verfasst hat, auch was zu verbergen hat. Ja hat sie! Warum verbirgt sie denn was? Was ist denn das Geheimnis in ihrer Nachricht, das ist doch bestimmt was Böses, da steckt viel kriminelle Energie drin für eine Nachricht eine so starke Verschlüsselung zu benutzen. Bestimmt sind Senderin und Empfänger Teil einer geheimen Verschwörung, Terroristen vielleicht oder Mafiosi. Nur solche Verbrecher brauchen so starke Verschlüsselung. Warum schreibt Alice ihre Nachricht nicht so, dass wir überprüfen können, ob da was Böses drin steckt? Die beiden da, das sind bestimmt auch Verbrecher! Die flüstern bestimmt auch! Und neulich hat sie auch ne Sonnenbrille am Abend getragen! Lass uns die mal lieber beobachten, da sammeln wir besser Metadaten und schauen, mit wem die noch so verkehren und wo die sich so aufhalten und wer das überhaupt ist. Alice und Bob sind jetzt auf der Liste! Bei den beiden passen wir jetzt auf. Diese subversiven Verschlüsseler!

Dudes und Dudinas, ich will doch nur privat mit jemandem schreiben, warum werde ich verdächtig, wenn ich mein Recht auf Privatsphäre auch im öffentlichen, digitalen Raum ausübe? Was ist falsch mit uns. Was geht es uns an, was Alice ihrem Bob schreibt?

Steckte die verschlüsselte Nachricht in einem Briefumschlag, durch den wir nicht schauen können und dürfen, dann wären Alice und Bob nie verdächtigt worden und auch nie auf der Liste gelandet. Was ist also zu tun, lieber ganz auf Privatsphäre verzichten? Das kann es doch auch nicht sein. Oder wieder Briefumschläge benutzen? Und hoffen, dass sie keiner öffnet? Das BND hat schon zur Zeit des Kalten Krieges die Papierpost mitgelesen. Wir brauchen mehr! Aber was? Könnte ich die verschlüsselten Daten nur verschleiern oder verstecken!

Da gab es doch sowas, wie hieß es noch? Irgendwas mit Dinosaurier!? Stegosaurus, neee aber so ähnlich! Ach ja die

Steganografie

Genau! Es war nicht der Dinosaurier, der, also der Stegosaurus, hatte einen Panzer, der ihn bedeckte also schützte. Die Wissenschaft aber heißt Steganografie, das kommt aus dem Griechischen von dem Wort steganos (bedeckt) und graphein (schreiben). Verdecktes Schreiben also.

Und die Idee ist fast so alt wie der Saurier, naja fast. Also in der Antike ging man so vor: Man rasierte Sklaven den Kopf, tätowierte die Nachricht auf die Kopfhaut, wartete bis die Haare nachwuchsen und schickte oder verkaufte den Sklaven dann an den Empfänger. Dieser rasierte dem Sklaven die Haare wieder ab und konnte die Nachricht lesen. Ich möchte nicht darauf eingehen, wie die Nachricht gelöscht wurde. Aber verdächtiger Briefumschlag, kein verschlüsselter Kauderwelsch. Nichts zu sehen hier, weitergehn.

Das Prinzip heute ist dasselbe, nur digital: Man versteckt die Nachricht nicht unter einer Frisur, sondern in einem digitalen Bild.

Konkret: So ein digitales Bild besteht ja aus Millionen von Pixeln, und jeder Pixel hat einen Farbwert. Dieser Farbwert entspricht einer Zahl. Diese Zahl gespeichert in einem binären Code besteht aus sogenannten Bits. Wobei das letzte Bit den kleinen Wert darstellt, oder halt für den gewünschten Farbwert die geringste Bedeutung hat. Dieses Bit nennen wir deshalb das Least Significant Bit (LSB), also das unwichtigste Bit. Wenn man also bei einem Standard RGB 8 Bit Farbwert nur dieses eine letzte fast unbedeutende Bit überschreibt, dann ändert sich der Farbwert um exakt 1 von 256 möglichen Werten. Das menschliche Auge sieht den Unterschied nicht. Null. Nada. Nix.

Aber in diese unsichtbaren letzten Stellen von Millionen von Pixeln passt eine ganze Menge Daten. Alice schickt Bob also ein völlig unverdächtiges Foto von ihrer Katze Mimimi. Hat aber darin im Vorfeld ihre eigentliche Nachricht versteckt. Kein Kryptobabble, kein verdächtiger String, kein Grund für das Dreibuchstabenamt genauer hinzugucken. Nichts zu sehen hier, weitergehn.

Ist eine Katze eine Katze? Wer verdächtigt schon ein Katzenbild?

Das ist die Essenz der Steganografie! Nicht die Nachricht wird unleserlich gemacht, sondern die Existenz der Nachricht wird unsichtbar gemacht. Guck mal wie süß meine Katze ist.

Aber die Sache hat einen Haken

Stehen Alice und Bob schon auf der Liste. Dann werden sie bereits beobachtet. Die Kommunikation abgefangen und analysiert. Und dazu gibt es mächtige Werkzeuge.

Das Problem mit Steganografie ist, dass sobald jemand weiß oder auch nur vermutet, dass ein Bild mehr als nur Bilddaten enthält, kann es überprüft werden.

Angriff 1: Der Nachweis mit statistischem Blick

Natürliche Bilder sind nicht zufällig. Die Farbwerte benachbarter Pixel hängen zusammen, Texturen folgen Mustern, die Verteilung der Bits gehorcht statistischen Gesetzen, die die Natur uns mitgibt. Wenn jetzt jemand hingeht und tausende LSBs mit Nachrichtenbits überschreibt, verändert das diese Verteilung - subtil, aber von einer Maschine messbar.

Ein sogenannter Chi-Quadrat-Test reicht manchmal schon: Ist die Verteilung der niederwertigsten Bits zu gleichmäßig, zu zufällig, dann liegt die Vermutung nahe, dass da was nicht stimmt. Natürliche Bilder haben so etwas nicht. Tools wie zsteg oder StegExpose führen genau solche Tests automatisch durch, und das in Sekunden, auf tausenden Bildern gleichzeitig.

Das Dreibuchstabenamt muss also nicht wissen, was in Mimimi steckt, es reicht zu wissen, dass irgendetwas in Mimimi steckt.

Angriff 2: Wer das Tool kennt, kann den Arbeitsschritt auch rückgängig machen

Die meisten Menschen, die Steganografie einsetzen, benutzen Standardtools. Da gibt es Steghide, OpenStego, DeepSound. Das sind gute Tools. Aber sie sind öffentlich, ihr Code ist bekannt, und sie hinterlassen charakteristische Muster in den Dateien. Spezifische Header, bestimmte Padding-Strukturen, typische Bytefolgen.

Stegano-Analyse-Frameworks haben Datenbanken dieser Fingerprints. Das ist so, als würde jemand seinen Internet-Router mit dem dokumentierten Standard-Admin-Passwort betreiben. Wer den Hersteller und die Dokumentation kennt, hat im Nu vollen Zugriff.

Ein paar Zeilen Code:

from PIL import Image

img = Image.open("mimimi.png")
bits = []
for pixel in img.getdata():
    for channel in pixel[:3]:
        bits.append(channel & 1)  # letztes Bit raus
# → Bits zusammensetzen → Nachricht lesen

Fertig. Kein Aufwand. Kein Supercomputer. Kein Drama.

Was also tun?

Die einzig robuste Antwort ist, Steganografie und Kryptografie zu kombinieren und keine Standardverfahren zu benutzen. Erst die Nachricht verschlüsseln, dann verstecken. Dann kann die Analyse zwar vielleicht noch aufdecken, dass das Bild von der süßen Mimimi kein normales Katzenbild ist, doch ohne Fingerprint in der Datenbank wird es schon schwieriger an den Payload zu kommen und selbst wenn dieser extrahiert werden kann, ist das, was drin steht, immer noch verschlüsselt und geheim.

Darf ich Ihnen stegofile vorstellen? Ein Standalone Browser-Tool, privat, offline-fähig, weil ohne Abhängigkeiten.

Wie der Stegofile-Concealer funktioniert

Alice lädt ein PNG-Bild hoch. Sie tippt ihre Nachricht, oder wählt eine Datei, die sie verstecken will. Dazu gibt sie einen PIN und ein Passwort ein. Das war's.

Wozu ein PIN wenn es doch ein Password gibt? Das ist die erste Verteidigungslinie und eine, die nicht sofort offensichtlich ist. Zum Einen ist der PIN wie das Passwort nicht im Bild gespeichert. Stattdessen wird ein SHA-256-Hash des PINs errechnet und davon die ersten vier Bytes als Magic-Sequence verwendet. Diese Sequence ist also eine Art Fingerabdruck oder Identifier, der ganz am Anfang der eingebetteten Daten sitzt. Diese Identifier nutzen bekannte Tools um zu erkennen, dass ein Bild von ihnen manipuliert wurde und welches Muster benutzt werden muss um die Daten zu extrahieren. Das sind diese Fingerprints, von denen wir sprachen, nur dass unserer immer anders ist und in keiner Datenbank steht. Analyse-Tools können also nicht aufgrund bekannter Identifier erkennen, dass eine Steganografie stattgefunden hat und welches Extraktionspattern benutzt werden soll. Der Extractor-Schritt in unserem Browser-Tool benötigt dann diesen PIN als genau das, als Personal Identification Number. Er fungiert aber im Falle einer Verschlüsselung der Daten als Art 2FA, denn er ist des Weiteren auch der PBKDF2-Salt des AES-GCM-256-Schlüssels. Nur Passwort reicht nicht. Bei nicht passendem PIN sagt das Tool an sich: Keine Daten gefunden. Fertig.

Die eigentliche Verschlüsselung kommt wenn ein Passwort angegeben wird. Die Payload wird dann vor dem Einbetten AES-GCM-256 verschlüsselt. Der Schlüssel wird per PBKDF2 aus PIN und Passwort abgeleitet. Selbst wenn jemand weiß, dass etwas im Bild steckt und die Extraktion gelingt: ohne PIN und Passwort liest er Rauschen.

Stegofile-Concealer unterstützt nur PNG. JPEG ist verlustbehaftet. Eine eventuelle nachträgliche Komprimierung, vielleicht beim Transport, verändert die Pixelwerte und damit ist die eingebettete Payload futsch. PNG ist ein verlustfreies Format. Das Steganogramm (das Trägermedium der Payload), unterscheidet sich vom Original aber für das menschliche Auge nicht wahrnehmbar.

Wie viele Daten kann ich verpacken?

Jeder Pixel hat drei Farbkanäle: Rot, Grün, Blau (RGB) von jedem dieser Farbwerte nutzen wir ein Bit, das LSB. Bei einem typischen 1920x1080-Bild macht das rund 777 KB versteckbarer Daten. Ein Foto von der letzten Party, und darin passt ein komplettes Dokument. Transparenz wird behalten der Alpha-Channel kann aber deshalb nicht zum Verstecken von Daten genutzt werden. Auch ist wichtig zu wissen, dass ausschließlich mit einer Farbtiefe von 8-Bit gearbeitet werden höhere Farbtiefen 16-Bit oder 48-Bit werden runterkonvertiert.

Was Steganografie kann helfen aber absoluten Schutz gibt es nicht

Ehrlichkeit first.

Die Steganografie des Stegofile-Concealer macht keine adaptive Einbettung. Es verteilt die Bits gleichmäßig über alle Pixel, von oben links bis unten rechts. Das bedeutet: ein geübter Stego-Analytiker mit den richtigen Tools kann statistisch erkennen, dass irgendetwas im Bild versteckt ist. Nur nicht was es ist und mit welchem Tool gearbeitet wurde, kann nicht rekonstruiert werden aufgrund der AES-GCM-Verschlüsselung und fehlender bekannter Fingerprints. Es bleibt halt ein Katz-und-Maus-Spiel. Wie immer. Aber mit stegofile-Concealer hat die Maus diesmal eine Tarnkappe an. Wer hochsensible und nicht nachweisbare Kommunikation betreiben möchte, der braucht suche bitte etwas anderes. Das alles kommt ohne Garantie.

Aber für alles andere ist es ein super einfaches absolut privates Werkzeug unter der GNU GENERAL PUBLIC LICENSE Version 3. Free for all.

Peace out Alexander