Introduction à la stéganographie

Le contrôle des flux d'information est un problème central pour la sécurité d'un système quel qu'il soit : une entreprise, un État, un particulier ; tous ont des documents à préserver du regard d'autrui. Cela entraîne, par exemple, la volonté de s'assurer de la confidentialité du transfert d'informations, de nos jours pris en charge via des mécanismes cryptographiques. À défaut de savoir exactement ce qui peut arriver à la communication, on peut se prémunir des indiscrétions en chiffrant les données. Cependant, ces mécanismes cryptographiques peuvent ne pas être disponibles, comme c'était encore le cas en France jusqu'à la fin des années 1990, où seule une cryptographie faible pouvait être utilisée sans disposition spéciale. Dans ces conditions, assurer la confidentialité relève d'autres techniques, notamment de la stéganographie.

Étymologiquement, « stéganographie » a pour signification « écriture cachée ». Autrement dit, l'objectif principal est de communiquer sans que cela se voie. Pour cela, il n'y a pas de mystère, il doit déjà exister une communication que la stéganographie va détourner de son utilisation classique afin de pouvoir inclure de l'information additionnelle aussi discrètement que possible. Malheureusement, les algorithmes stéganographiques sont très dépendants de la structure des données dans lesquelles se fait l'insertion : c'est assez logique, les modifications devant être imperceptibles, il faut altérer les données dans les endroits les plus discrets, ce qui dépend fortement du type des données (audio, image…) et de leur format de représentation (JPEG, GIF, MP3…). Donc, contrairement à la cryptographie, nous avons affaire à un ensemble de techniques très variées dépendant des différents formats, même si certaines caractéristiques peuvent perdurer d'un format à l'autre pour un même type de données.

Le premier argument que nous avons mentionné pour motiver l'intérêt d'une étude de la stéganographie lui donne le beau rôle : assurer la confidentialité. Certes, lorsque cette confidentialité sert à dissimuler aux yeux de la justice des actions illégales, ce rôle est déjà moins clairement positif. Mais le réel problème que pose la stéganographie est celui de la fuite d'information : l'objet même de la stéganographie est de dissimuler l'existence du message, ce qui est en contradiction évidente avec toute politique raisonnable de sécurité, un système devant être en mesure de savoir quel type d'information circule (à défaut d'en connaître exactement le contenu) de manière à éviter la divulgation de données sensibles.

C'est précisément à ce problème que les États-Unis et l'Union soviétique ont été confrontés lors d'un traité sur la prolifération des armes nucléaires (SALT 2). Les protagonistes étudiaient un dispositif devant permettre de détecter la présence de missiles dans les silos, sans révéler les emplacements des silos. Parmi les contraintes imposées au système, il devait empêcher une manipulation de l'information à transmettre et également ne pas pouvoir transmettre plus d'information que nécessaire. Gustavus Simmons, qui a participé à l'évaluation du système proposé, explique  comment il était possible d'exploiter une faille du système pour transmettre une dizaine de bits de façon sûre, c'est-à-dire indétectable.

Ce type d'étude constitue la stéganalyse, en d'autres termes la contrepartie de la stéganographie, dont l'objet est la détection de l'utilisation de la stéganographie. L'idéal serait bien entendu de pouvoir empêcher l'utilisation de la stéganographie, mais c'est probablement une tâche trop ambitieuse, et être capable d'identifier la présence de messages cachés est déjà en soi une victoire sur la stéganographie.

Nous aborderons le problème de la dissimulation dans trois catégories de données numériques : les données liées au fonctionnement des systèmes informatiques ; les données échangées par ces systèmes ; et enfin les données multimédias. Le nombre de techniques de dissimulation étant très important, nous avons fait des choix cherchant à concilier, d'une part, l'illustration de la diversité des supports possibles et, d'autre part, les concepts récurrents utilisés en stéganographie. Cependant, l'image ayant toujours été un support de prédilection dans ce domaine, la partie correspondante est un peu plus développée. Nous présenterons ensuite un cadre théorique permettant de définir formellement les attentes sur un système stéganographique. Enfin, pour terminer, nous présenterons les techniques actuellement utilisées pour réduire la détectabilité de la dissimulation, que cela soit en minimisant le nombre de bits modifiés, en assurant que certains bits, déterminés en fonction du document, ne soient pas modifiés, ou encore en prenant en compte une mesure fine de la détectabilité induite par chaque modification potentielle. Ce sera également l'occasion de revenir sur les algorithmes stéganographiques dédiés aux images en illustrant l'usage que ces algorithmes font de ces techniques et les améliorations qui en résultent.

Un glossaire est présenté à la fin de l'article.