[논문 리뷰] Steganography using the Extensible Messaging and Presence Protocol (XMPP)

Reshad Patuck, Julio Hernández-Castro|arXiv (Cornell University)|2013. 09. 27.

User Authentication and Security Systems인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 'type' 속성, 'id' 값, 'xml:lang' 존재 여부와 같은 프로토콜 수준 메타데이터를 활용하여 Extensible Messaging and Presence Protocol(XMPP) 내부에 데이터를 숨기는 첫 번째 스테고그래픽 프레임워크인 StegMPP를 제시한다. 대부분의 채널이 무상태(wardens)에 의해 탐지되지 않음을 입증하였고, 엔트로피 차이가 미미하여 엔트로피 기반 스테고그래픽 분석에 저항성이 있음을 보여주지만, 일부 채널은 높은 계산 비용을 요구하는 상태 기반(wardens)에 의해 탐지 가능하다.

ABSTRACT

We present here the first work to propose different mechanisms for hiding data in the Extensible Messaging and Presence Protocol (XMPP). This is a very popular instant messaging protocol used by many messaging platforms such as Google Talk, Cisco, LiveJournal and many others. Our paper describes how to send a secret message from one XMPP client to another, without raising the suspicion of any intermediaries. The methods described primarily focus on using the underlying protocol as a means for steganography, unlike other related works that try to hide data in the content of instant messages. In doing so, we provide a more robust means of data hiding and additionally offer some preliminary analysis of its general security, in particular against entropic-based steganalysis.

연구 동기 및 목표

• 중개자에 의해 탐지되지 않는 XMPP 내 암호 통신 채널을 개발하기 위해.
• 메시지 내용이 아닌 프로토콜 수준의 중복성을 활용하여 더 강력한 스테고그래피를 구현하기 위해.
• 무상태 및 상태 기반 워든에 대한 저항성을 평가하고, 특히 엔트로피 기반 스테고그래픽 분석의 맥락에서 이를 고려하기 위해.
• 이러한 스테고그래픽 기법을 실용적으로 구현하고 테스트하기 위한 개념 증명 도구인 StegMPP를 제공하기 위해.
• 동적 채널 전환을 통해 상태 기반 워든 탐지에 대한 저항성을 강화할 수 있는 방법을 탐색하기 위해.

제안 방법

• XMPP 서버가 무시하고 수신자에게 그대로 전달하는 'type' 속성을 조작하여 메시지당 1비트를 숨기는 방식.
• 특히 여러 클라이언트로 전송함으로써 탐지 위험을 줄이기 위해 버려지는 고유한 'id' 값들을 암호 채널로 활용.
• 'xml:lang' 속성의 존재 여부를 이용해 숨은 데이터를 인코딩하는 방식이지만, 높은 탐지 가능성으로 인해 보안성이 낮음.
• XML 요소의 앞뒤 공백을 스테고그래픽 수단으로 활용했지만, 효과가 떨어짐.
• 'type' 속성의 대소문자 변형을 잠재적 채널로 고려했지만, 무상태 워든에 의해 탐지 가능해 StegMPP에서 제거됨.
• 탐지 가능성 평가를 위해 무상태 및 상태 기반 워든을 시뮬레이션하였으며, 후자는 메시지 시퀀스와 상태 변화를 추적해야 함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 메시지 내용이 아닌 XMPP 프로토콜 메타데이터를 이용해 스테고그래픽 채널을 구성할 수 있는가?
• RQ2 무상태 워든이 개별 메시지를 검사할 경우, 이러한 채널은 얼마나 잘 탐지되지 않는가?
• RQ3 상태 기반 워든이 메시지 시퀀스와 프로토콜 상태 변화를 분석함으로써 숨겨진 메시지를 얼마나 잘 탐지할 수 있는가?
• RQ4 청소된 XMPP 세션과 스테고그래픽 세션 간의 통계적 엔트로피 측정치는 어떻게 비교되는가?
• RQ5 상태 기반 워든 탐지에 대한 저항성을 향상시키기 위한 기법은 무엇이며, 이를 어떻게 실용적으로 구현할 수 있는가?

주요 결과

• StegMPP의 대부분의 스테고그래픽 채널은 메시지 시퀀스나 상태를 분석하지 않는 무상태 워든에 의해 탐지되지 않는다.
• 'xml:lang' 속성의 존재 여부 기반 채널은 청소된 트래픽 대비 0.013456 높은 엔트로피를 보이며, 통계적 스테고그래픽 분석에 의해 뚜렷하게 탐지 가능하다.
• 청소된 세션과 스테고그래픽 세션 간의 엔트로피 차이는 미미하며, -0.002113에서 +0.013456의 범위에 머물러 있어, 엔트로피 기반 스테고그래픽 분석을 위해서는 대량의 데이터와 높은 정밀도가 필요하다.
• 상태 기반 워든은 일부 채널을 탐지할 수 있지만, 구현 비용이 매우 높고 바쁜 XMPP 서버에서 높은 거짓 경고 비율을 유발할 수 있다.
• 버려지는 'id' 값들을 암호 채널로 사용하는 것은 무상태 워든에 의해 탐지되지 않으며, 여러 클라이언트로 메시지를 전송함으로써 보다 강화될 수 있다.
• 논문은 XMPP에서 프로토콜 수준의 스테고그래피가 일반적인 스테고그래픽 분석 기법에 대해 강력한 저항성을 보이며, 특히 동적 채널 전환과 조합할 경우 더욱 강력하다고 결론을 내린다.