§1.7. Звук и спектр

Прятать информацию можно не только в тексте и изображениях. Давайте рассмотрим ещё один способ передать информацию — через аудио. На первый взгляд, сокрытие информации в изображениях и в звуке не сильно отличается: можно прятать данные как в метаданных аудиозаписи, так и в деталях звука — так, чтобы на слух разница была незаметна.

Как и изображения, аудио можно хранить и передавать с потерями и без. Аналог BMP в аудио называется WAV — он так же хранит звуковую дорожку без сжатия. Для сжатия звука без потерь применяются форматы FLAC, ALAC и другие — они используются редко. Чаще применяют форматы с потерями. Самый популярный из них — MP3, но есть и другие — например, Ogg Vorbis и Opus.

В форматах без сжатия мы можем немного изменять байты для добавления скрытой информации — в точности так, как в изображениях. Точно так же стеганография возможна и в метаданных, только вместо модели камеры и координат съемки в аудио есть такие поля, как «исполнитель» и «жанр». Однако информацию можно скрывать и иными способами — в частности, выдерживающими сжатие с потерями.

Спектры, шум и музыка

Известный пример передачи данных через звук — это старые аналоговые модемы, которые применяли ещё с 1960-х годов. Такие устройства передают информацию через так называемый частотный спектр. Проще говоря, мы используем в качестве сигналов громкость низкого басового звука и высокого писка в сообщениях модемов. На диаграмме частот звука модема можно увидеть сразу много частотных «линий передачи». Этот способ передачи информации неплохо переносит любое сжатие и даже сильные помехи в телефонных линиях.

Передавать так информацию можно и скрытно, в музыке и записях голоса. Некоторые исполнители оставляют секретные изображения в своих треках, которые видно на спектрограммах. Например, британский музыкант Афекс Твин написал целую композицию, построенную вокруг красивой спектрограммы. Вот её название:

В конце записи можно увидеть лицо музыканта.

Мы тоже можем сделать звук с изображением в спектрограмме. Попробуйте загрузить разные картинки в генератор такого звука снизу и послушать трёхсекундное аудио. Звук не особо приятный, правда?

Кстати, сейчас вы видите в нём известную картинку, которую уже много лет исследователи используют для экспериментов с изображениями. Взята она была в 1970-х годах с разворота журнала Playboy.

Скрываем секреты

Давайте посмотрим на спектр результата из этого генератора. Для этого воспользуемся аудиоредактором Audacity. Откроем его и загрузим туда полученный файл.

Чуть уменьшим масштаб, сделаем дорожку пошире — и вот она, наша картинка.

Мы добились результата, но это не похоже на стеганографию: любой человек поймёт, что в этом звуке что-то сокрыто. Как можно по-настоящему засекретить такую картинку? Мы можем хранить информацию не во всём спектре, а внутри части спектра другого звука. Разные частоты соответствуют разным музыкальным инструментам и исполнителям, и характерны для разных стилей музыки. Поэтому можно найти такой диапазон, чтобы скрытое сообщение не привлекло внимание. Послушайте отрывок композиции снизу. Как вы думаете, скрыто ли там что-то?

Оригинал: П. Уотерман, М. Сток, М. Эйткен. Broadcast Music Inc.

Давайте откроем этот файл в Audacity и посмотрим на его спектрограмму. Чтобы увидеть сообщение целиком, откроем Spectrogram Settings из того же меню и установим минимальную частоту (Min Frequency) на 4000 Гц, а максимальную — на 14000 Гц. Тем самым мы отбросили достаточно много частот — но, что удивительно, не сильно повлияли на звучание. Попробуйте поиграть с настройками эквалайзера вашего плеера и посмотреть, как изменятся композиции, которые вы слушаете. Эквалайзер делает то же, что и мы сейчас: усиливает или ослабляет частоты в звуковой дорожке.

Продвинутые варианты такой техники используются, чтобы оставлять внутри звуковой дорожки информацию об её источнике и отслеживать таким образом утечки — появление новых альбомов в интернете до их официального релиза. В таком случае почти невозможно обнаружить маркировку, если не знать точно алгоритм скрытия.

Кино

В видео информацию прятать даже проще, чем в звуке или картинках по-отдельности. В реальной жизни это тоже используется для защиты от пиратства. Метки, встраиваемые в фильмы, используются для отслеживания кинотеатров, из которых лента попала в открытый доступ. Изначально на физических кинолентах оставляли маленькие точки. Расположение этих точек различалось для каждой копии, что и позволяло находить нарушителей.

Сейчас киноленты используются гораздо реже, а технологии защиты фильмов ушли далеко вперёд. Как правило, такие метки сохраняются даже при записи фильма на видеокамеру, и при этом они остаются абсолютно незаметными для зрителя. Эти приёмы сложнее — они используют комбинацию стеганографии в изображении и звуке одновременно. Когда вы в следующий раз пойдёте в кинотеатр, вы, скорее всего, будете смотреть фильм именно с такими метками. Не пытайтесь что-то заметить — лучше наслаждайтесь фильмом.

Подобными метками пользуются и авторы популярных онлайн-видео, чтобы обезопасить себя от воровства контента. Например, можно наложить почти полностью прозрачный логотип автора на каждый кадр. Даже если желающий воспользоваться роликом без спроса обнаружит такой логотип, удалить его из видео будет весьма непросто.

Выводы

  1. Для аудиофайлов применимы те же способы стеганографии, что и для изображений: передавать сообщения можно в метаданных и в младших битах несжатого звука.

  2. Чтобы не потерять данные при сжатии, можно использовать частотный спектр звука. Используя лишь часть спектра, данные можно скрыть. При прослушивании это почти незаметно, однако прочитать сообщение можно на спектрограмме.

  3. В видео способов ещё больше, включая комбинированные: информация передаётся и через картинку, и через аудио. Стеганография в видео применяется для отслеживания копирования.

Задача А. Во все поля ⟶