Steganografia tecnica: nascondere i messaggi segreti all’interno dei modelli stampati in 3D

Se non hai mai sentito il termine steganografia, unisciti al club. È la pratica di nascondere un file, un messaggio, un’immagine o un video all’interno di un altro … molto James Bond, se me lo chiedi. La tua missione, se scegli di accettarla, è quella di continuare a leggere.

Quattro ricercatori ucraini hanno spiegato la steganografia come “metodo di trasmissione del messaggio informativo codificato in un caso in cui il fatto della sua esistenza è soppresso” nel loro documento ” Nascondersi delle informazioni usando le tecnologie di stampa 3D “. Sostituisce i dati non importanti con informazioni riservate e li nasconde in modo che nessuno sospetti che il messaggio segreto incorporato sia nascosto lì.

In origine, questa pratica veniva utilizzata per nascondere le informazioni nei file del computer, che sono un tipo di contenitore. Ma c’è un nuovo tipo di steganografia che nasconde i messaggi in contenitori creati artificialmente; la ridondanza è causata dalle caratteristiche tecniche di trasferimento, elaborazione e / o archiviazione dei dati.

Fig. 1: Schema di steganocodifica di un messaggio informativo in un frammento di un modello al computer di oggetto fisico.

Questi ricercatori hanno utilizzato la stampa 3D per nascondere i dati in oggetti solidi. Mi ricorda un po ‘il metodo di Fabrisonic di incorporare e unire strati di fogli di metallo insieme allo stato solido con la sua tecnologia UAM, ma sicuramente non è lo stesso. Il metodo di steganografia tecnica del team di ricerca trasforma effettivamente i messaggi informativi in ​​un modello 3D, che viene quindi inserito in un modello 3D di un contenitore che verrà stampato in 3D.

“L’aspetto dell’oggetto solido risultante, le sue proprietà operative ed estetiche non cambiano durante il processo di incorporamento del messaggio informativo”, hanno spiegato i ricercatori. “Inoltre, non è possibile eliminare o distorcere questo messaggio nascosto senza distruggere o danneggiare in modo significativo il prodotto.”

L’idea è quella di incorporare i dati in un modello 3D digitale attraverso dati chiave segreti e il modello viene quindi stampato all’interno di un oggetto solido, come una figura o un giocattolo. Il messaggio viene effettivamente convertito in una forma binaria e ogni bit di dati diventa un pezzo interno del modello stampato in 3D.

Fig. 2: Esempio di codifica steganografica mediante OpenSCAD. Codice sorgente (L) e modello 3D del messaggio (R).

I ricercatori hanno usato OpenSCAD per la codifica automatica e nell’immagine sopra è possibile vedere come ogni carattere del messaggio è stato convertito usando il codice ASCII. Il codice sorgente è stato creato utilizzando un software speciale e quindi inserito nel campo di lavoro di OpenSCAD. Quindi, tutti i modelli fisici di bit 3 x 3 x mm sono stati inseriti in un contenitore 11 x 3 x 10 mm, che è stato successivamente stampato in 3D su un Flashforge Creator Dual.

“Pertanto, a seguito della codifica steganografica, il messaggio informativo diventa prima una matrice binaria tridimensionale, che si trasforma in un modello computerizzato di oggetto fisico. Il modello al computer della matrice binaria è posizionato al centro del modello base del contenitore, in modo che i suoi bordi non si estendano oltre il corpo esterno “, ha spiegato il team.

Fig. 3: Posizionamento del modello 3D del messaggio al centro del modello del contenitore esterno.

Nel software 3D, la matrice al centro del modello può essere posizionata in più modi:

tutti i cubi riempiti devono essere riempiti con colori o materiali diversi
tutti i cubi riempiti devono essere lasciati vuoti
Riempire i cubi rende più facile nascondere il messaggio, ma più difficile da leggere. Il secondo metodo riduce il peso dell’oggetto stampato in 3D che nasconde le informazioni, che è un omaggio morto – un’analisi dettagliata mostrerebbe che c’era un messaggio segreto all’interno.

Fig. 4: Creazione dell’oggetto contenitore solido con messaggio incorporato sul 68 ° strato di stampa.

Fig. 5: Stampa 3D e prodotto finito con messaggio integrato.

In teoria, per estrarre i dati incorporati, l’oggetto solido stampato in 3D verrebbe scansionato e i dati delle chiavi segrete decodificherebbero i dati dello scanner. Tuttavia, non è stato ancora trovato un modo affidabile per estrarre dati da oggetti stampati in 3D. Ciò è dovuto principalmente al fatto che l’oggetto può essere stampato con metodi diversi e su materiali che hanno una varietà di proprietà. Le procedure di scansione devono tenerne conto se i dati nascosti devono essere recuperati senza danni.

Una possibilità è uno scanner laser, che utilizza un flusso polarizzato, strettamente diretto di flusso di radiazione “coerente, monocromatico”, che “diminuisce a causa dell’assorbimento nel mezzo in un numero prestabilito di volte”. Il team ha condotto un esperimento per vedere se erano in grado di leggere il messaggio nascosto all’interno del modello stampato in 3D senza danneggiare nessuno dei due, sottoponendo l’oggetto a “irradiazione laser a fuoco ristretto” in diverse direzioni e angolazioni; ciò, in teoria, li aiuterebbe ad accertare la sua struttura interna.

Fig. 6: Schema semplificato di irradiazione dell’oggetto stampato (L) e risultato atteso dell’estrazione dei dati (R).

“In questo caso, il set di dati iniziale è il valore dell’intensità della radiazione, che diminuisce con l’assorbimento”, hanno spiegato.

“Lo schema di irradiazione del prodotto finito può essere presentato in forma semplificata nella Figura 6 a sinistra (durante la codifica di bit di informazioni con cubi vuoti e pieni). Il valore condizionale indicato del risultato della misurazione mostrato alla fine delle frecce. Questa è una diminuzione dell’intensità della radiazione (proporzionale allo spessore dell’oggetto solido). “

Esistono solo due risultati possibili da queste misurazioni e uno di questi non corrisponde al risultato previsto. Di seguito è riportata una spiegazione semplificata: la forma della scala consente di modificare rapidamente lo spessore dell’oggetto contenente il messaggio.

Fig. 7: Modello fisico semplificato di dati informativi.

Sei valori corrispondono in modo condizionale a queste sequenze di bit di informazioni:

senza riempimento: (00000)
riempimento singolo / primo passaggio: (10000)
due otturazioni / secondo passaggio: (11000)
tre otturazioni / terzo passaggio: (11100)
quattro otturazioni / quarto passaggio: (11110)
cinque otturazioni / quinta fase: (11111)

Fig. 8: Lo schema di installazione del laboratorio. 1 – solida scala in plastica; 2 – fotoresistenza e microcontrollore che leggono i dati; 3 – laser; 4 – raggio laser.

I materiali hanno il proprio indice di assorbimento e le proprietà del materiale determinano il coefficiente di assorbimento; generalmente dipende dalla lunghezza d’onda della luce. Il team ha utilizzato i laser dello spettro visibile come radiazione monocromatica e ha passato un raggio attraverso l’oggetto stampato in 3D contenente il messaggio nascosto. La plastica non ha assorbito la radiazione, quindi è caduta sul fotoresistore a 5 V sull’altro lato del modello.

“La resistenza di un fotoresistor diminuisce con l’aumentare dell’intensità della luce incidente”, hanno scritto.

Un Arduino Uno è stato utilizzato per leggere ed elaborare i dati, il che ha dimostrato che la resistenza variava in base al “grado di eccitazione della fotocellula”. Le variazioni di tensione sono state misurate, digitalizzate e inviate a un computer, dotato di software che visualizza il valore del fotoresistor e può “calcolare la media aritmetica delle misurazioni”.

Tabella 1: caratteristiche del laser.

Più laser sono stati esposti a diversi spessori (scale) sull’oggetto stampato in 3D e i ricercatori hanno preso le misure di quanta luce attraversava ciascuna sezione. I risultati specifici sono presentati nella tabella seguente, ma per dirla chiaramente, le misurazioni hanno consentito al team di riconoscere lo spessore del materiale e “determinare il contenuto dei bit di informazioni nascoste”.

Tabella 2: risultati della misurazione.

Mentre l’esperimento ha avuto successo, i ricercatori sanno che i loro risultati necessitano di maggiori chiarimenti.

“In particolare, il problema irrisolto è la scelta del tipo e delle caratteristiche del laser, la coerenza di queste caratteristiche con le proprietà dei materiali a stato solido, la regolazione dei fotoresistori e simili”, hanno concluso i ricercatori.

A proposito, il messaggio nascosto dal team era “Domani non arriva mai fino a quando non è troppo tardi”. Questo post ora si autodistruggerà …

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