CpawCTF-Steganography

CpawCTF勉強会で使用したスライドの公開版です．
都合上，一部画像を取り除いております．ご了承ください．

Transcript

1. ステガノグラフィの呼び声
   黒イワシ@Schwarz_Sardine
   

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2. Introduction
   #0
   CpawCTF勉強会 2
   

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3. Introduction
   • 黒イワシ(@Schwarz_Sardine)
   • CTF歴：2年強くらい
   CpawCTF勉強会 3
   

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4. CpawCTF勉強会 4
   CTFにでてくる
   Steganography
   というジャンル
   

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5. CpawCTF勉強会 5
   Steganography
   とは？
   

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6. CpawCTF勉強会 6
   セキュリティとの関係は？
   

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7. 目次
   #0 Introduction
   #1 ステガノグラフィとは
   #2 Cryptography と Steganography
   #3 ステガノグラフィ技術の歴史
   #4 ステガノグラフィとセキュリティ
   #5 ステガノグラフィとCTF
   #6 まとめ
   参考文献
   CpawCTF勉強会 7
   

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8. ステガノグラフィとは
   #1
   CpawCTF勉強会 8
   

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9. ステガノグラフィとは
   • 秘密の通信をするための技術
   • 通常の情報の中に別の情報を隠す
   CpawCTF勉強会 9
   • 画像
   • 動画
   • 音声
   • 文書
   が主に用いられる．
   

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10. ステガノグラフィとは
    • 情報を隠すための媒体を カバーデータ(Cover Data)
    • 情報が隠されたファイルを ステゴデータ(Stego Data)
    と呼ぶ
    CpawCTF勉強会 10
    Secret
    Cover Data
    Secret Data Stego Data
    

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11. Cryptography と Steganography
    #2
    CpawCTF勉強会 11
    

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12. Cryptography と Steganography
    どちらも秘密の通信に関係する技術であるが，
    その実は全く異なる
    CpawCTF勉強会 12
    

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13. Cryptography
    • クリプトグラフィ（暗号）技術
    – 通信内容を秘匿するために用いられる技術
    – 暗号化方式の頑健さによって解読を困難にする
    CpawCTF勉強会 13
    

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14. Cryptography
    CpawCTF勉強会 14
    Bob
    Alice Encrypted Data
    暗号だ!!!!!
    捕えろ!!!!!
    読めない…
    解読したい…
    !”#$%
    &’()=~
    |@[;:]
    ,./>?*
    

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15. Cryptography
    • クリプトグラフィ（暗号）技術
    – 通信内容を秘匿するために用いられる技術
    – 暗号化方式の頑健さによって解読を困難にする
    – 通信の存在を秘匿することは目的ではない
    – 興味を引き，解読の対象にされやすい
    CpawCTF勉強会 15
    

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16. Steganography
    • ステガノグラフィ技術
    – 通信の存在を秘匿するための技術
    – 存在が不自然でない情報に隠し，興味の対象から外す
    CpawCTF勉強会 16
    

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17. Steganography
    CpawCTF勉強会 17
    Bob
    Alice
    ただの絵か
    異状なし
    興味ないね
    Stego Data
    

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18. Steganography
    • ステガノグラフィ技術
    – 通信の存在を秘匿するための技術
    – 存在が不自然でない情報に隠し，興味の対象から外す
    – 存在や，方式が判明すると弱い
    – 暗号と共存が可能
    CpawCTF勉強会 18
    

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19. ステガノグラフィ技術の歴史
    #3
    CpawCTF勉強会 19
    

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20. ステガノグラフィ技術の歴史
    • アナログ時代
    – 古代
    • 古代ギリシャ
    – 近代
    • Microdot
    • Null Cipher
    • etc.
    • デジタル時代
    – 現代
    • LSB insertion
    • スペクトラム拡散
    • etc.
    CpawCTF勉強会 20
    代表的な手法を紹介
    

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21. ステガノグラフィ技術の歴史
    • アナログ時代
    – 古代
    • 古代ギリシャ
    – 近代
    • Microdot
    • Null Cipher
    • etc.
    • デジタル時代
    – 現代
    • LSB insertion
    • スペクトラム拡散
    • etc.
    CpawCTF勉強会 21
    代表的な手法を紹介
    

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22. 古代ギリシャ#1
    • 頭にメッセージを入墨し，髪で隠す
    CpawCTF勉強会 22
    ① ② ③
    人間の髪をカバーにしたステガノグラフィの例
    

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23. 古代ギリシャ#2
    • 書板の木の部分にメッセージを書き，蝋で隠す
    ＊書板・・・木の枠に張られた蝋に尖った棒で文字を書く筆記具
    CpawCTF勉強会 23
    書板をカバーにしたステガノグラフィの例
    

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24. ステガノグラフィ技術の歴史
    • アナログ時代
    – 古代
    • 古代ギリシャ
    – 近代
    • Microdot
    • Null Cipher
    • etc.
    • デジタル時代
    – 現代
    • LSB insertion
    • スペクトラム拡散
    • etc.
    CpawCTF勉強会 24
    代表的な手法を紹介
    

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25. Microdot
    • 1mmに満たない小さな領域にメッセージを記す
    • 第二次世界大戦などで使用された
    CpawCTF勉強会 25
    Mark IV Microdot Camera
    CIAで使用されていたカメラ．
    マイクロドットフィルムに撮影する．
    作成されたフィルムは指輪や
    Hollow Coin，郵便物などに隠された．
    “Microdot Camera” by Central Intelligence Agency
    https://www.flickr.com/photos/ciagov/5416791934/in/album
    -72157630286533252/
    

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26. Null Cipher
    • 何の変哲もない文章に，メッセージを紛れ込ませる
    • 単語ごとに何文字目かを抜き出して並べる
    CpawCTF勉強会 26
    Apparently neutral's protest is thoroughly discounted
    and ignored. Isman hard hit. Blockade issue affects
    pretext for embargo on by-products, ejecting suets and
    vegetable oils.
    以下は第二次世界大戦中にドイツのスパイによって送られたもの
    Persing sails from NY June I
    

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27. etc.
    • そのほかにも様々な手法が考案されてきた
    – Invisivle Ink (不可視インク)
    – Semagram (記号に意味を持たせる)
    – Newspaper Code (新聞に小孔をあけてマーキング)
    – Jargon Code (単語に別の意味を持たせる)
    – Grilles (穴の開いた紙を文書に重ねる)
    等々
    CpawCTF勉強会 27
    

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28. ステガノグラフィ技術の歴史
    • アナログ時代
    – 古代
    • 古代ギリシャ
    – 近代
    • Microdot
    • Null Cipher
    • etc.
    • デジタル時代
    – 現代
    • LSB insertion
    • スペクトラム拡散
    • etc.
    CpawCTF勉強会 28
    代表的な手法を紹介
    

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29. LSB insertion
    • マルチメディアデータを構成する数ビットのブロック
    を取り出し，その最下位ビット(LSB)を隠したいデータ
    にすり替えてゆく．
    • 画像や音声データに対して行われることが多い．
    • 次スライドより，画像データに適用した例を示す．
    CpawCTF勉強会 29
    

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30. CpawCTF勉強会 30
    8bitグレースケール画像
    拡大図
    ピクセル（画素）
    画像を構成する最小単位．
    この白黒画像例では，色を8bitの
    空間で表すことができるため，
    0（真っ黒）～255（真っ白）の256
    段階の濃さ （階調）で表現できる．
    

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31. CpawCTF勉強会 31
    上位 下位
    8bit グレースケール
    • MSB ( Most Significant Bit ： 最上位ビット )
    • LSB ( Least Significant Bit ： 最下位ビット )
    255 = 1 1 1 1 1 1 1 1
    LSB
    MSB
    Color decimal binary
    

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32. CpawCTF勉強会 32
    255 = 1 1 1 1 1 1 1 1
    LSB
    MSB
    254 = 1 1 1 1 1 1 1 0
    126 = 0 1 1 1 1 1 1 0
    8bit グレースケール
    Color
    大 小
    変化したときの色への影響
    decimal binary
    

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33. CpawCTF勉強会 33
    LSBを変化で起こる色の変化はわずか
    人間の目はわずかな色の変化に疎い
    画像全体でピクセルのLSBを変化させても気づきにくい
    

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34. CpawCTF勉強会 34
    そこで
    

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35. CpawCTF勉強会 35
    カバー画像をビットプレーン*分解し…
    *ビットプレーン・・・ピクセル毎にn 0 ≤ ≤ 7 番目のビットを取り出して2次元的に並べたもの
    下位ビットほど乱雑さが増す
    

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36. CpawCTF勉強会 36
    LSBを隠したい情報と入れ替える
    元のビットプレーン 埋め込む内容の2進数を
    各ピクセルに割り振ったもの
    

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37. CpawCTF勉強会 37
    LSBを隠したい情報と入れ替える
    元のビットプレーン 埋め込む内容の2進数を
    各ピクセルに割り振ったもの
    ランダムに見える パターンが見える
    

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38. CpawCTF勉強会 38
    情報を埋め込んだ画像がこちら
    

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39. CpawCTF勉強会 39
    差はほとんどわからない
    入力画像 ステゴ画像
    

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40. CpawCTF勉強会 40
    ただし…
    • 入力画像が色の変化の無いものである場合，最下位ビット
    を入れ替えることでノイズになり，怪しい．
    • JPEG圧縮など，非可逆的な変換が行われると，埋め込んだ
    情報は失われてしまう！
    

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41. スペクトラム拡散
    • スペクトラム拡散を利用したステガノグラフィに，
    拡散された信号をカバーデータの信号にノイズとし
    て隠す，というものがある．
    ＊スペクトラム拡散
    ・・・ 拡散符号と呼ばれる鍵を用いて，信号を
    より広い帯域に拡散すること．
    CpawCTF勉強会 41
    

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42. スペクトラム拡散
    CpawCTF勉強会 42
    周波数
    振幅
    周波数
    振幅
    埋め込むメッセージ
    1．拡散符号を用いて，埋め込む信号を拡散する．
    拡散することで，広い帯域に
    広がる弱い信号ができる．
    

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43. スペクトラム拡散
    CpawCTF勉強会 43
    周波数
    振幅
    2．拡散したメッセージを，ランダムなノイズに混ぜる
    周波数
    振幅
    ランダムなノイズ
    

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44. スペクトラム拡散
    CpawCTF勉強会 44
    周波数
    振幅
    3．カバーデータの信号に先のノイズを載せる
    周波数
    振幅
    カバーデータの信号
    

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45. スペクトラム拡散
    CpawCTF勉強会 45
    4．受信者は，同じ拡散符号を用いて復調する．
    周波数
    振幅
    周波数
    振幅
    埋め込んだ信号が復調されると同時に，カバーデータや妨害波は
    ノイズに混ざってしまう（逆拡散）ので，埋め込んだ信号を取り出す
    ことができる．
    

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46. etc.
    • 他にも，
    – 画像の周波数領域への埋め込み
    – TCP/IPヘッダを使ったステガノグラフィ
    – ステガノグラフィファイルシステム
    など多くの手法があり，応用もなされている．
    CpawCTF勉強会 46
    

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47. ステガノグラフィとセキュリティ
    #4
    CpawCTF勉強会 47
    

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48. ステガナリシス
    #4-1
    CpawCTF勉強会 48
    

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49. • ステガノグラフィの目的 ⇒ 見つからずに通信
    – テロリズム
    • 9.11同時多発テロ
    – マルウェア
    • 画像や通信のパケットを通じて，環境設定やC&Cサーバからの指
    令を取得する
    – 密売 etc.
    CpawCTF勉強会 49
    ステガノグラフィとセキュリティ
    ― ステガナリシス ―
    

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50. • 犯罪に利用されるステガノグラフィ
    ⇒ いかにして検知するか
    CpawCTF勉強会 50
    ステガナリシス
    Steganalysis
    ステガノグラフィとセキュリティ
    ― ステガナリシス ―
    

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51. • ところが，
    ⇒ ステガノグラフィの手法は多岐にわたる
    ⇒ それらすべてを検出することは難しい
    既存のステガノグラフィ検知ツールは，特定の既知
    の手法に対して有効であるが，埋込方法が不明な
    場合は検出が難しい．
    CpawCTF勉強会 51
    ステガノグラフィとセキュリティ
    ― ステガナリシス ―
    

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52. • （参考） KITステガノグラフィ研究グループの実験
    1. 研究グループによるステガノグラフィ手法[1]を適用した
    画像6枚を含む16枚の画像を用意
    2. 市販の検出ツール[2]を用いてステゴ画像か否かを判定
    3. 判定結果に対し，2, 1, -1, -2いずれかの評価値をつけ，
    合計を求める
    ⇒効果的な検出はできなかった
    CpawCTF勉強会 52
    [1] Qtech Hide & View (http://datahide.org/BPCSj/QtechHV-program-j.html)
    [2] Stego Watch™ (https://www.wetstonetech.com/product/stego-suite/)
    ステガノグラフィとセキュリティ
    ― ステガナリシス ―
    

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53. 電子透かし
    #4-2
    CpawCTF勉強会 53
    Digital Watermark
    

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54. • 電子透かし
    – ステガノグラフィから派生した技術
    – デジタルデータの著作権保護が主な目的
    – ステガノグラフィと合わせて，情報ハイディング技術と
    総称される．
    CpawCTF勉強会 54
    ステガノグラフィとセキュリティ
    ― 電子透かし ―
    情報ハイディング
    情報ハイディング
    ステガノグラフィ
    ステガノグラフィ
    電子透かし
    電子透かし
    

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55. • ステガノグラフィと電子透かしの主な違い
    CpawCTF勉強会 55
    ステガノグラフィとセキュリティ
    ― 電子透かし ―
    ステガノグラフィ 電子透かし
    • 埋め込まれた情報は容易に
    壊れても構わない
    • 重要なのは埋め込んだ内容
    • 埋め込み容量は可能な限り
    大きいほうが望ましい
    • 埋め込んだ情報は壊れては
    ならない
    • 重要なのは透かしを入れた
    先のコンテンツ
    • 埋め込み容量に大容量は
    求められない
    

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56. ステガノグラフィとCTF
    #5
    CpawCTF勉強会 56
    

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57. ステガノグラフィとCTF
    • ステガノグラフィは情報を隠すための技術なので，
    プレイヤーはそこから情報を取り出すのが目標
    （つまりステガナリシスの立場）
    • 数は多くはないものの，各種オフラインCTFでは
    ステガノグラフィの問題が存在する．
    • Miscとされていたり，NetworkやForensicジャンル
    としてステガノグラフィ的な問題が出ることもある．
    CpawCTF勉強会 57
    

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58. ステガノグラフィとCTF
    CTFで用いられるステガノグラフィ技術は多岐に渡るが，
    その一部を以下の2つに分類して紹介する．
    1. 特定のアルゴリズムなどの知識を必要とする問題
    2. ファイルの調査や推測が重要な問題
    CpawCTF勉強会 58
    

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59. ステガノグラフィとCTF
    CTFで用いられるステガノグラフィ技術は多岐に渡るが，
    その一部を以下の2つに分類して紹介する．
    1. 特定のアルゴリズムなどの知識を必要とする問題
    2. ファイルの調査や推測が重要な問題
    CpawCTF勉強会 59
    

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60. ステガノグラフィとCTF
    CpawCTF勉強会 60
    1. 特定のアルゴリズムなどの知識を必要とする問題
    – LSB insertionが代表的
    • Volga CTF 2014 – Stegano 200
    参考Write up >> https://ctfwriteups.wordpress.com/tag/steganography/
    • hackyou CTF - Steg 300
    参考Write up >> http://delogrand.blogspot.jp/2012/10/hackyou-ctf-steg-300.html
    

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61. ステガノグラフィとCTF
    1. 特定のアルゴリズムなどの知識を必要とする問題
    – LSB insertionが代表的
    • Volga CTF 2014 – Stegano 200
    参考Write up >> https://ctfwriteups.wordpress.com/tag/steganography/
    • hackyou CTF - Steg 300
    参考Write up >> http://delogrand.blogspot.jp/2012/10/hackyou-ctf-steg-300.html
    CpawCTF勉強会 61
    

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62. hackyou CTF - Steg 300
    • 画像とヒントが与えられる．
    CpawCTF勉強会 62
    Hint: "Lucy in the Sky with Balls"
    LSB insertionの知識があれば，
    ヒントを見てLSBにFLAGがあるの
    ではないかと気づくことができる．
    

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63. hackyou CTF - Steg 300
    • プログラムを書かずにツールを使う手もある
    http://blog.w3challs.com/index.php?post/2012/10/13/HackYou-CTF-
    Stego100%2C-Stego200%2C-Stego300-Writeups
    • Stegsolve
    – ビットプレーンへ埋め込みがないか確認するのに役立つ
    – ビットプレーンを画像として見る，Asciiにするなどの機能
    CpawCTF勉強会 63
    

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64. CpawCTF勉強会 64
    

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65. ステガノグラフィとCTF
    1. 特定のアルゴリズムなどの知識を必要とする問題
    – ファイルフォーマットなどの特性を利用した裏技的
    ステガノグラフィもある．
    • SECCON 2015 Online CTF - Steganography 1
    参考Write up >> http://iwasi.hatenablog.jp/entry/2015/12/06/190557
    • SECCON 2015 Online CTF - Steganography 2
    参考Write up >> http://iwasi.hatenablog.jp/entry/2015/12/06/190557
    CpawCTF勉強会 65
    

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66. SECCON 2015 Online CTF
    Steganography 2
    • PNG画像を渡されるだけの問題．まずファイルの調
    査が必要．
    – fileコマンド : 本当にPNGなのか
    – stringsコマンド : 平文でFLAGが書かれていないか
    – バイナリエディタで見る : 通常のPNGと違わないか
    CpawCTF勉強会 66
    

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67. SECCON 2015 Online CTF
    Steganography 2
    • PNG画像を渡されるだけの問題．まずファイルの調
    査が必要．
    – fileコマンド
    – stringsコマンド
    – バイナリエディタで見る
    • 画像データの末尾に雰囲気
    の違うデータがあることに気付く
    CpawCTF勉強会 67
    

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68. SECCON 2015 Online CTF
    Steganography 2
    • PNG画像はヘッダに画像サイズが指定されている
    • 画像本来の大きさよりも高さを小さく指定した場合
    はそのぶんが見えなくなる．
    • では，末尾のデータがFLAGで，サイズの指定で
    わざと見切れさせているのでは？
    • ヘッダを書き換え
    • FLAGが出現
    CpawCTF勉強会 68
    

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69. ステガノグラフィとCTF
    CTFで用いられるステガノグラフィ技術は多岐に渡るが，
    その一部を以下の2つに分類して紹介する．
    1. 特定のアルゴリズムなどの知識を必要とする問題
    2. ファイルの調査や推測が重要な問題
    CpawCTF勉強会 69
    

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70. ステガノグラフィとCTF
    2. ファイルの調査や推測が重要な問題
    – ファイルから得られるデータによる推測，発想が必要．
    • ASIS Cyber Security Contest Quals 2014 - White noise
    参考Write up >> https://github.com/ctfs/write-ups-2014/tree/master/asis-ctf-
    quals-2014/white-noise
    • ASIS Cyber Security Contest Quals 2014 - Blocks
    参考Write up >> https://hexpresso.wordpress.com/2014/05/10/asis-ctf-quals-
    2014-stego-100-blocks-write-up/
    • SU-CTF Quals 2014 - Hear With Your Eyes
    参考Write up >> http://delimitry.blogspot.jp/2014/09/su-ctf-quals-2014-write-
    ups.html
    CpawCTF勉強会 70
    

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71. ASIS Cyber Security Contest
    Quals 2014 - Blocks
    • 1枚の画像が渡される…
    CpawCTF勉強会 71
    

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72. ASIS Cyber Security Contest
    Quals 2014 - Blocks
    • アルファチャンネルのLSBプレーンを出力すると，
    以下の画像が手に入る
    CpawCTF勉強会 72
    

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73. ASIS Cyber Security Contest
    Quals 2014 - Blocks
    • どちらも，19*19ドットの四角い領域に見える…
    CpawCTF勉強会 73
    

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74. ASIS Cyber Security Contest
    Quals 2014 - Blocks
    • 試行錯誤
    – 図の黒い部分をANDする？
    – 図の黒い部分をORをとる？
    – 図の黒い部分をXORする？
    – 白黒をバイナリと解釈してAND？
    – 〃 OR？
    – 〃 XOR？
    CpawCTF勉強会 74
    図のままだとダメ
    正解!!!!
    

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75. ステガノグラフィとCTF
    2. ファイルの調査や推測が重要な問題
    – 既存のステガノグラフィツールを用いる問題．
    • CSCamp CTF - stega3.txt
    参考Write up >> http://epsilondelta.hatenablog.jp/entry/2013/11/22/014341
    • Pragyan CTF 2015 - What you see is what you get.
    参考Write up >> https://github.com/ctfs/write-ups-2015/tree/master/pragyan-
    ctf-2015/stegano/what_you_see_is_what_you_get
    CpawCTF勉強会 75
    

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76. まとめ
    #6
    CpawCTF勉強会 76
    

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77. まとめ
    • ステガノグラフィの歴史は長い
    • ステガノグラフィの手法は多く，見破るのはなかなか
    難しい
    • ゆえに，CTFにおけるステガノグラフィでは手法や
    ファイルフォーマットなどの知識を多く持っておく
    必要がある
    CpawCTF勉強会 77
    

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78. 参考文献
    • Kipper G. Investigator’s Guide to Steganography. AUERBACH
    PUBLICATIONS, 2004.
    • ヘロドトス. 歴史（中）. 訳 松平千秋. 岩波文庫, 1972.
    • ヘロドトス. 歴史（下）. 訳 松平千秋. 岩波文庫, 1972.
    • 画像電子学会, 編 電子透かし技術―ディジタルコンテンツの
    セキュリティ. 東京電機大学出版局, 2004.
    • 松井甲子雄 , 岩切宗利. 情報ハイディングの基礎―ユビキタ
    ス社会の情報セキュリティ技術. 森北出版株式会社, 2004.
    • 松井甲子雄. 画像深層暗号―手法と応用. 森北出版株式会
    社, 1993.
    CpawCTF勉強会 78
    

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79. 参考文献
    • TREND MICRO. “不正プログラムに利用されるステガノグラフィ：その目的
    と手法” トレンドマイクロ セキュリティブログ
    http://blog.trendmicro.co.jp/archives/11419, 2015/03/23 閲覧
    • KIT ステガノグラフィ研究グループ. Steganography と Steganalysis
    http://datahide.org/BPCSj/steganalysis-j.html, 2015/03/23 閲覧
    • Central Intelligence Agency. Microdot Camera | Flickr Photo Sharing!
    https://www.flickr.com/photos/ciagov/5416791934/in/album-
    72157630286533252/, 2015/03/25閲覧
    • サーキットデザイ ン. “スペクトラ ム拡散変調・復調について”
    http://www.circuitdesign.jp/jp/technical/modulation/modulation_SS.asp,
    2015/03/26 閲覧
    • Neil F. Johnson and Sushil Jajodia. Steganography: Seeing the Unseen, IEEE
    Computer, February 1998: 26-34.
    CpawCTF勉強会 79
    

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80. 画像
    • Mona_Lisa,_by_Leonardo_da_Vinci,_from_C2RMF_retouched.jpg
    https://upload.wikimedia.org/wikipedia/commons/e/ec/Mona_Lisa%2C_by_Leonardo_da_Vi
    nci%2C_from_C2RMF_retouched.jpg
    (Public domain)
    • Microdot Camera
    https://www.flickr.com/photos/ciagov/5416791934/in/album-72157630286533252/
    by Central Intelligence Agency
    CpawCTF勉強会 80
    

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