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JPEG Forensics
Davide Gabrini
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Perfezionamento in Computer
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MIlano, 8 aprile 2009
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Analisi forense delle immagini digitali
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Chi sono
Davide Gabrini, aka Rebus
Per chi lavoro non è un mistero.
Oltre a ciò:
Consulente Tecnico e Perito forense
Docente di sicurezza informatica e
computer forensics per Corsisoftware srl
Oggi non sono qui in divisa ☺
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Image forensics
L’analisi forense delle immagini è una
scienza nuova?
Il primo caso documentato di forensic
image authentication risale al 1851
Dal dagherrotipo al JPEG, però, son cambiate tante cose…
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Esempi storici
http://www.cs.dartmouth.edu/farid/research/digitaltampering/1860
1930
2002
L.A.Times
2006
Reuters
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Image forensics
“Forensic image analysis is the application
of image science and domain expertise to
interpret the content of an image or the
image itself in legal matters” (SWGIT – www.fbi.gov)
Le principali discipline della Forensic Image
Analysis includono:
Fotogrammetria
Comparazione fotografica
Analisi dei contenuti
Autenticazione dell’immagine
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Fotogrammetria
"tecnica di rilievo che permette di acquisire dei
dati metrici di un oggetto (forma e posizione) tramite
l'acquisizione e l'analisi di immagini fotografiche a
prospettiva centrale." (Wikipedia)
Analisi forense con Photoshop - Apogeo
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Comparazione fotografica
Comparazione dei soggetti ritratti (un
volto, o un oggetto) o degli artefatti
Immagine: SWGIT
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Analisi dei contenuti
Esame di quanto rappresentato al fine
di trarne conclusioni, ad esempio su:
Persone o oggetti ritratti
Situazione, condizioni o processo
attraverso cui l'immagine è stata creata
Aspetto fisico della scena
Provenienza dell'immagine
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Autenticazione dell’immagine
Verifica circa l'integrità e l'attendibilità
dell'immagine e di quanto rappresenta
Determinare se l'immagine è originale o
è stata editata
Conversioni di formato
Alterazioni o distorsioni
Aggiunta di elementi
Rimozione di parti o dettagli
Ecc. ecc.
Determinare se quanto rappresenta risponde a realtà
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Digital image forensics
Oggi ci occuperemo specificamente di
immagini digitali, in particolare del
formato JPEG
L'enorme diffusione di dispositivi ottici
digitali rende sempre più importanti
analisi di questo tipo
Le fasi principali sono sempre tre:
Interpretazione
Esame
Elaborazione
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Digital image forensics
Interpretazione:Analisi del contenuto, operata da uno specialista
(p.e. medico legale, esperto militare ecc…)
Esame:Analisi del contenente, operata da un esperto nel
campo delle immagini digitali (rilievo ed estrazione
di informazioni, watermark, dati steganografati,
tracce di alterazione ecc. ecc.)
ElaborazioneManipolazioni tecniche volte alla preparazione
dell'immagine per l'interpretazione, l'esame o la
presentazione.
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Cautele
Valgono gli stessi principi generali
della digital forensics per la trattazione
dei reperti digitali
Preservazione dell'originale
Acquisizione integra e non ripudiabile
Utilizzo di copie di lavoro
Documentazione e ripetibilità
In generale, ogni manipolazione tende
ad evidenziare particolari presenti, non
a cambiare i contenuti dell'immagine
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Obiettivi dell’analisi
Soprattutto due:
Verificare la genuinità
Attribuire la paternità
Possibili approcci:
Enfatizzare dettagli
Individuare manipolazioni
Ritocchi, tagli, fotomontaggi…
Determinare la fonte dell'immagine
Tipo di fotocamera
Software di editing
Individuazione camera specifica
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Ambiti di applicazione
Un caso di particolare interesse:
la pedopornografia virtuale
Legislazione italiana
Legislazione USA
Immagini finte che sembrano vere
Immagini vere che sembrano finte
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Cosa NON si può fare
Avete visto come si ingrandiscono le
foto in film come Blade Runner o in
serie come CSI e RIS?
Spiacente, ma la realtà, anche
digitale, somiglia più a Blow Up…
Non si possono "creare" informazioni
che non ci sono
Si possono però enfatizzare
informazioni che non si vedono, ma ci sono
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Standard JPEG
JPEG definisce solo come codificare un'immagine in uno stream di byte
JFIF definisce invece come produrre
un file che contenga lo stream
Risoluzione
Color space
Thumbnail
ExIF permette di integrare nel file
ulteriori informazioni
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Standard JPEG
Partendo da un'immagine grezza
(bitmap, o raster) la conversione JPEG
avviene in tre passaggi:
Trasformazione discreta in coseno
Quantizzazione
Codifica entropica
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Analisi:tecniche, strategie e strumenti
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Alcuni utili tool generici
Visualizzatori
ACDSee
Irfanview
Faststone viewer
Xnview
Editor
Adobe Photoshop
The Gimp
Paint Shop Pro
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Evidenziazione dettagli
Manipolazioni semplici (ingrandimenti, variazioni
su contrasto e luminiosità, denoising, deblurring
ecc.) possono evidenziare particolari oscuri
Immagini: w ww.enigmi.net
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Evidenziazione dettagli
Immagini: w ww.hyperreview.net
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Contatti
Caccia al pedofilo
Anche manipolazioni più complesse
potrebbero rivelarsi invertibili
Immagini: w ww.interpol.int
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Analisi dei metadati
Metadati interni al file (embedded)
Dati EXIF
Marca, modello, seriale, versione del
firmware…
Timestamps
Thumbnail
GPS, ecc. ecc.
IPTC (International Press Telecommunications Council)
XMP (Extensible Metadata Platform)
Camera Raw, History Log, DICOM ecc.
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ExIF
Immagine: www.tipiloschi.net
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Contatti
EXIF traditori: casi celebri
Dai giornalisti ai ladri di libri ;-)
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EXIF traditori: casi celebri
Cat Schwartz e il "crop" di PhotoShop
E' stato solo un episodio imbarazzante,
ma allo stesso modo potrebbero
scoprirsi ben altre informazioni…
Immagini: w ww.pcworld.comImmagine: www.denisfrati.it
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Thumbnail EXIF
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Scansione automatica
Qualcuno ha già pensato a come
automatizzare la cosa…
http://no.spam.ee/~tonu/exif
EXIF Phun by ascii (www.ush.it)
E' possibile scansionare grandi quantità
di immagini per isolare quelle che
presentano un thumbnail EXIF difforme dal contenuto evidente
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Anti-forensics
I dati EXIF (e non solo loro) sono
memorizzati in chiaro e senza alcun
meccanismo di firma
Sono facilmente alterabili con un
comune editor esadecimale
Appositi tool rendono l'operazione
facilmente automatizzabile
EXIF Date Changer
jhead
FastStone Viewer
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Contatti
Metodi d’analisi più sofisticati
Define Quantization Table (DQT)
Matrici di quantizzazione utilizzate per
la compressione JPEG
Ogni software che salva un JPEG lascia un'impronta che lo rende riconoscibile
Si può riconoscere così se la foto
proviene direttamente da una certa fotocamera o se è stata editata da un
certo software
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Strumenti per la lettura
Un buon hexeditor
010 editor + JPEG template
dqtmd5
JPEGsnoop
ACES Metadata
Extractor
Hachoir
jpegquality
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Anti-forensics?
Qualcuno potrebbe alterare le matrici
per nascondere la sorgente
La comparsa di artefatti dovrebbe
mettere in allarme l'analista
In ogni caso l'immagine potrebbe
essere convertita in un altro formato…
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Anti-forensics?
Immagini: http://computer.forensikblog.de
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Processi interni alla fotocamera
Processo di elaborazione, dal segnale
luminoso al file digitale
LentiAntialiasing
FilterColor FilterArray (CFA) Sensore
A/D converter
Elaborazioni
• Interpolazione (demosaicing)
• Correzione colori
• Bilanciamento del bianco
• Filtri passa-basso
• Gamma correction
RAW image
• Conversione di formato
• Scrittura sul device di memorizzazione
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Camera ballistic
Identificazione dei difetti (hot e dead pixel)
Inefficace se non ci sono difetti o se
vengono corretti dalla fotocamera
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Camera ballistic
Analisi del rumore
E' possibile isolare un'impronta
caratteristica nel rumore di fondo
L'impronta è infatti univoca per ogni sensore CCD/CMOS
La carratteristica è indipendente dalle
condizioni ambientali e stabile nel ciclo di vita dell'apparato
Si può identificare la specifica camera
che ha scattato una determinata foto
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Analisi del rumore
Il rumore deriva da vari fattori:
pixel nonuniformity
dust specks on optics
interference in optical elements
dark currents
Si sottopone l’immagine digitale in esame
ad un denoising filter
Si “sottrae” l’immagine filtrata dall’originale
Dalla differenza si estrapola il pattern noise
caratteristico della fotocamera
NFI FIDIS PRNU Compare
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Bibliografia
Contatti
Rilevare le manipolazioni
Spesso è fondamentale scoprire se
un'immagine sia stata falsificata
I metodi tradizionali sono sempre
validi e costituiscono un buon inizio
Per esempio:
Esame dei contorni
Coerenza di luci ed ombre
Esame dei riflessi
Nel mondo digitale servono però anche
altri strumenti…
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Rilevare le manipolazioni
Analisi dei livelli di errore
jpegana (not public)
ErrorLevelAnal (open source)
L'immagine viene salvata con un livello
di qualità noto
Il secondo file viene sottratto al primo
Si evidenzia così ogni pixel cambiato e l'entità della variazione
Immagini alterate presentano diversi
livelli di errore
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Esempi
Neal Krawetz, Black Hat 2007
Immagini: http://w ww.hackerfactor.com
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Error Level Analysis
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Bibliografia
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DCT Coefficient Analysis
Detecting Doctored JPEG Images Via DCT
Coefficient AnalysisJunfeng He; Zhouchen Lin; Lifeng Wang; Xiaoou Tang
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Contenuti nascosti
Watermark
Possono includere anche timestamp,
GPS e persino dati biometrici
Scarsa diffusione
Steganografia
Steganalisi diretta sui file
Analisi degli artefatti sul sistema
Layer nascosti
Non nei JPEG, ma in PNG e altri formati
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Bibliografia
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Fonti alternative
Immagini incluse in documenti di
altro tipo (embedded)
Database e cache delle applicazioni,
soprattutto dei viewerACDSee
FastStone
Picasa, Xnview ecc. ecc.
File Thumbs.dbThumbnail, filename, timestamps…
Vinetto estrapola le informazioni e crea un
report HTML
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Bibliografia
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Bibliografia
C. L. T. Brown – ExIF white paper (Thecnology Pathways)
G. Reis - Analisi forense con Photoshop (Apogeo)
SWGIT - Best Practices for Forensic Image Analysis
Lukas,Fridrich,Goljan – Digital “bullet scratches” for images
AA.VV. - A survey of forensic characterization methods for
physical devices (Digital Investigation, Vol.3 Sup.1)
H.Farid - Digital Image Ballistics from JPEG Quantization
(Dartmouth College)
He,Lin,Wang,Tang - Detecting Doctored JPEG Images Via
DCT Coefficient Analysis
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Bibliografia (2)
Jessica Fridrich (http://www.ws.binghamton.edu/fridrich)
Neal Krawetz – A picture's worth… (Black Hat 2007)
VEGA Project (http://vega.0catch.com)
Andreas Schuster - http://computer.forensikblog.de
FIDIS - http://www.fidis.net
Università di Catania - Image Processing Laboratory
http://iplab.dmi.unict.it
www.jpeg.org
www.w3.org/Graphics/JPEG
www.exif.org
www.wikipedia.org
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Davide Rebus Gabrini
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davide.gabrini@poliziadistato.it
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