PNG图片数据隐写 - 边窗

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Twitter上有人发出一张png图片,保存后修改后缀为zip,便是一个zip压缩包,解压后是一个Python项目,即tweetable-polyglot-png,可以发推的变形png文件,绕过twitter对图片的处理。图片隐写很常见,比如早年间通过copy命令将文本拷贝在图片里,但这样的png图片隐写,可以保证数据恢复的完整性、易用性。在需要隐蔽的数据传输场景下,是绝佳的传输方式。比如《Hackers hide credit card data from compromised stores in JPG file》中,攻击者盗取Magento电商系统中的支付卡信息,就是将数据写入了图片文件,再通过图片获取数据,避免数据传输被监测到。

PNG(Portable Network Graphics,便携式网络图形),是一种无损压缩的位图图片格式,最初始开发的目的是为了替代GIF格式的图片,GIF图片因为专利问题而无法使用(专利已在2003年失效)。相比JPEG、GIF等压缩图片,PNG图片支持无损压缩和透明度,但同等复杂度的图片,PNG也会相比JPEG、GIF格式的图片体积大,因此在GIF压缩算法专利失效后,网站中的图片会使用体积相对较小的GIF格式图片,而PNG因为支持真彩色,因此图片清晰度比GIF要好。

PNG是一种位图格式,结构由一个文件署名(Signature)和数据块(Chunk)构成,数据块分关键数据块(IHDR、PLTE、IDAT、IEND)和辅助数据块两种。

文件头是8个字节:

89避免被识别为文本的标识符
50 4E 47PNG字符串
0D 0ACLRF换行符
1ADOS系统中文件结束符
0ALF换行符

数据块由四个部分组成:

Length4字节,数据块长度
Chunk Type4字节,数据块类型
Chunk Data可变长度,数据块内容
CRC4字节,循环冗余校验码,Chunk Type和Chunk Data使用CRC32的校验值

关键数据块类型如下:

IHDR(文件头数据块)

必须作为第一个数据块,用13个字节表示图像数据的基本信息。

Width4字节,图片宽度,以像素为单位
Height4字节,图片高度,以像素为单位
Bit Depth1字节,图像深度
Color Type1字节,颜色类型
Compression Method1字节,压缩算法
Filter Method1字节,滤波方法
Interlace Method1字节,扫描方法

PLTE(调色板)

包含了索引色图像(indexed color image)的相关数据,如果存在,要放在图像数据块(IDAT)之前。调色板实际上是一个彩色索引表,表的项目数范围是 1~256,每个项有 3 个字节分别用来储存RGB 三个值,所以调色板数据块最大字节数为 768。必须在IHDR数据块之后。

IDAT

存储实际的图片数据,一个图片数据流可能包含多个连续顺序的IDAT数据块,数据内容是经过压缩的图片数据。IDAT数据块不是必要的,也可以同时存在多个,但是它们必须是连续排列的。如果存在,必须在IHDR和PLTE数据块之后。

IEND

00 00 00 00 49 45 4E 44 AE 42 60 82,表示 PNG 文件结束,必须放在最后面,且 Chunk Data 为空。

zip文件作为压缩文件格式之一,其后缀不是必须的,诸如.JAR、.WAR、.DOCX、.XLSX、.PPTX、.ODT、.ODS、.ODP等后缀文件也是zip文件。zip文件结构由记录、中央目录和中央目录结束三部分构成:

Local File Header

文件偏移描述
04字节,文件标识,0x04034b50
42字节,解压文件所需的最低pkware版本
62字节,通用bit标识位
82字节,压缩方式
102字节,文件最后修改时间
122字节,文件最后修改日期
144字节,CRC-32校验码
184字节,压缩后大小
224字节,压缩前大小
262字节,文件名长度
282字节,额外区域长度
30可变字节n,文件名
30+n可变字节m,额外区域

Central Directory Header

文件偏移描述
04字节,中央目录头标识,0x02014b50
42字节,版本作者
62字节,版本信息
82字节,通用bit标识位
102字节,压缩方法
122字节,文件最后修改时间
142字节,文件最后修改日期
164字节,CRC-32校验码
204字节,压缩后大小
244字节,压缩前大小
282字节,文件名长度
302字节,额外区域长度
322字节,文件注释长度
342字节,文件开始的磁盘数(zip文件在DOS系统中支持分割存储,磁盘指软盘,现已不用)
362字节,内部文件属性
384字节,外部文件属性
424字节,Local File Header的相对偏移
46可变字节n,文件名
46+n可变字节m,额外区域
46+n+m文件注释

End of Central Directory Record

文件偏移描述
04字节,中央目录结束标识,0x06054b50
42字节,磁盘数量
62字节,中央目录开始的磁盘
82字节,当前硬盘中央目录数量
102字节,中央目录记录总数
124字节,中央目录大小
164字节,中央目录开始的文件偏移
202字节,注释长度
22可变字节n,注释内容

因为IDAT不是必须,且是连续的数据块,因此在做PNG文件的隐写时,可以把隐写的数据通过IDAT写入。以文章开头将zip压缩包写入png图片并绕过twitter系统图片处理为例:

图片上传twitter后,为了节省存储大小,会被twitter做图片二次压缩或格式转换,只有长/宽小于900像素的png图片可以保证不被做格式转换:

如果只是简单的将zip或rar文件置于png文件中,实现修改后缀即可解压的效果,同样使用Windows下的copy命令即可。

copy /b for_you.png + hide_png.rar call_me.png

如果将上面的图片上传twitter,经过处理后的图片虽然格式不变,但会被清除掉IEND数据块后面附加的文件,导致隐藏文件丢失。

如果将IEND数据块换到附加的zip文件后,上传图片时会提示“你上传的一些图片失败”。所以符合png文件格式是必须的,但实际上,并不需要处理zip文件的中央目录和中央目录结束的偏移,只需要将隐藏的数据附加到png中IDAT数据块并计算CRC32即可。

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