BÁO CÁO KỸ THUẬT GIẤU TIN: PHƯƠNG PHÁP GHI MẬT MÃ DUNG LƯỢNG CAO DỰA TRÊN HÌNH ẢNH RGBA

BAN CƠ YẾU CHÍNH PHỦ HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ BÁO CÁO KỸ THUẬT GIẤU TIN PHƯƠNG PHÁP GHI MẬT MÃ DUNG LƯỢNG CAO DỰA TRÊN HÌNH ẢNH RGBA Giảng viên: HOÀNG THU PHƯƠNG Sinh viên thực hiện: LÊ VĂN THUẬN AT150257 NGUYỄN THỊ VÂN ANH AT150302 ĐẶNG THỊ HUYỀN TRANG AT150356 PHẠM HỮU BẰNG AT150505 NGUYỄN QUỐC TUẤN AT150659 NGUYỄN QUANG HÀ AT140211 Hà Nội – 02/2022 MỤC LỤC DANH MỤC BẢNG DANH MỤC HÌNH ẢNH TÓM LƯỢC Một yếu tố quan trọng cơng nghệ thơng tin truyền thơng tính bảo mật thơng tin Vì mục đích bảo mật, khái niệm Steganography sử dụng Khả thay đổi khả ẩn khía cạnh quan trọng để liên lạc bí mật hiệu Trong báo này, phương pháp tiếp cận steganography đề xuất dựa kỹ thuật LSB cách sử dụng kênh ALPHA ảnh chứa JPG phân rã Bit-slicing ảnh riêng biệt phương pháp này, trước tiên hình ảnh phân tách thành luồng bit liệu mã hóa phương pháp mã hóa Trên mặt chứa, kênh alpha gắn vào ảnh chứa liệu nhúng vào LSB kênh RGBA Phương pháp thực thử nghiệm cách sử dụng MATLAB® (R2011a) CHƯƠNG I GIỚI THIỆU Steganography nghệ thuật cổ xưa tái sinh năm gần Từ Steganography xuất phát từ gốc Hy Lạp có nghĩa đen "chữ viết che đậy", thường hiểu ẩn thông tin thông tin khác Một hệ thống steganography dự kiến đáp ứng ba u cầu chính, tính minh bạch, dung lượng tính mạnh mẽ Độ suốt đánh giá độ méo hình ảnh sửa đổi tín hiệu nhúng công tin nhắn Dung lượng lượng thông tin tối đa mà lược đồ ẩn liệu nhúng thành cơng mà khơng gây biến dạng tri giác phương tiện đánh dấu Tính mạnh mẽ đo lường khả liệu nhúng hình mờ để chống lại cơng có chủ đích khơng chủ ý Các phương pháp in mật mã phân loại rộng rãi dựa miền nhúng, kỹ thuật ghi mật mã kỹ thuật số phân loại thành (i) miền không gian, (ii) miền tần số Trong kỹ thuật ẩn ảnh miền khơng gian, hình ảnh giấu trước tiên phân tách thành mặt phẳng bit sau LSB’s (Các bit đáng kể nhất) mặt phẳng bit thay bit liệu bí mật Vì LSB bit dư thừa đóng góp vào diện mạo tổng thể pixel nên việc thay chúng khơng có tác dụng dễ nhận thấy ảnh giấu Ưu điểm dung lượng nhúng cao, dễ thực phát liệu ẩn Hạn chế tính dễ bị tổn thương phương pháp phân tích thống kê đơn giản khác Cách trực tiếp để biểu thị màu pixel đưa ba số có thứ tự: đỏ (R), xanh lục (G) xanh lam (B) bao gồm màu cụ thể Cách khác sử dụng bảng gọi bảng màu để lưu trữ ba sử dụng tham chiếu vào bảng cho pixel Đối với hình ảnh suốt, kênh bổ sung gọi giá trị Alpha lưu với kênh RGB Hình ảnh RGBA viết tắt Red, Green, Blue Alpha Nó mở rộng mơ hình màu RGB với giá trị alpha đại diện cho độ suốt pixel Giá trị A thay đổi từ đến 255, có nghĩa hồn tồn suốt 255 có nghĩa hình ảnh PNG khơng suốt tn theo mơ hình màu RGBA Sự phân hủy cắt lát mặt phẳng bit làm bật đóng góp vào tổng thể hình ảnh xuất theo bit cụ thể Giả sử pixel biểu diễn bit, hình ảnh bao gồm tám mặt phẳng bit Mặt phẳng (0) chứa bit quan trọng mặt phẳng (7) chứa bit quan trọng Chỉ bit bậc cao (top four) chứa phần lớn liệu trực quan quan trọng Các mặt phẳng bit khác đóng góp chi tiết tinh tế [4] Có nhiều loại nghiên cứu kỹ thuật steganography, mô tả ngắn gọn số nghiên cứu trình bày: Đối với nghiên cứu trình bày, phương pháp steganography có dung lượng cao [5-7] Trong tác phẩm kênh alpha gắn vào ảnh giấu có hệ màu RGB (độ sâu 24bits), hình ảnh thu ảnh PNG (Portable Network Graphics) với hệ màu RGBA (độ sâu 32bits), mặt khác, sử dụng tính phân hủy Bit-plane Slicing ảnh rời để nén biến đổi hình ảnh giấu đen trắng thành dòng bit nhị phân, sau dịng bit thơng báo bí mật mã hóa khóa nhúng vào bốn mặt phẳng màu ảnh giấu CHƯƠNG II THUẬT TOÁN ĐỀ XUẤT Trong hầu hết kỹ thuật giấu tin thực hình ảnh ẩn dấu bí mật, kỹ thuật dựa hình ảnh ẩn dấu bí mật để đạt kết tối ưu Đối với hình ảnh riêng biệt, tổng kích thước liệu nén giảm xuống, tức nén hình ảnh lại để giảm lượng payload Kỹ thuật cắt Bit-plane sử dụng để nén hình ảnh để chuyển đổi từ hình ảnh 2D sang dịng bit 1D Mặt khác, để làm ảnh chứa để tăng khả xử lý tải trọng Một kênh thứ tư thêm vào ảnh giấu JPG để tăng độ sâu bit từ 24 lên 32 bốn kênh mang bốn mặt phẳng bit-plane Hệ thống đề xuất trình bày Hình cho phía người gửi Hình cho phía nhận Hình Sơ đồ khối phía gửi Hình Sơ đồ khối phía nhận 2.1 Chuẩn bị ảnh chứa Ảnh chứa cho trước ảnh màu Gọi A ảnh màu gốc có kích thước m * n * p biểu diễn sau: Giá trị K thay đổi từ đến Hình ảnh có phần mở rộng JPG Nó có kênh màu (Red, Blue, Green) Để thêm kênh thứ tư, phải xác định: Kích thước kênh alpha hồn tồn giống với kích thước hình ảnh màu bìa Trong tác phẩm này, Alpha chọn tất cả, kênh alpha có nghĩa mặt phẳng màu trắng đóng vai trị suốt hình ảnh 2.2 Chuẩn bị phân rã hình ảnh bí mật Gọi G hình ảnh bí mật có thang đen trắng có kích thước r * c biểu diễn sau: Hình ảnh đen trắng riêng biệt 2D lần chuyển qua thuật toán cắt mặt phẳng bit Đối với hình ảnh thang độ xám có mặt phẳng bit, điều biểu diễn sau: Trong đó: sk8 Mặt phẳng bit thứ chứa nhiều thông tin mặt phẳng khác, cho q trình nhúng chọn mặt phẳng bit thứ 8, 7, Để chuyển đổi tất bitplanes chọn thành mảng 1D hình đây: *(r*c) biểu diễn sau cho mặt phẳng bit-plane: kết hợp tất bốn chuỗi thành mảng bí mật nhị phân 1D: Mảng 1D rời rạc sau chia thành phần Sau đó, cách tìm chiều dài chiều dài chuỗi bị chia Giả sử độ dài là: Nội dung chuỗi bí mật thứ là: Nội dung chuỗi bí mật thứ là: Nội dung chuỗi bí mật thứ là: Nội dung chuỗi bí mật thứ là: 2.3 Mã hỗ bí mật ảnh Để bảo mật hơn, mã hoá áp dụng bí mật ảnh Ở việc này, thuật tốn mã hóa đơn giản sử dụng khóa riêng sử dụng để mã hóa hình ảnh bí mật Khóa bí mật mảng nhị phân có độ dài khác chuỗi riêng biệt 10 Hình Ví dụ trình tự nhúng Các bước cho thuật tốn là: Hình ảnh bí mật phân tách Bit-plane cắt thành mặt phẳng bit hình ảnh xám 12 mặt phẳng bit ảnh màu Sau chuyển đổi mặt phẳng bit chọn thành mảng 1D Mã hóa luồng bit 1D khóa riêng Trích xuất bìa dạng kênh Đỏ, Xanh Xanh dương xác định kênh Alpha Nhúng vào kênh Alpha giả sử số lượng bit LSB sử dụng cho nhúng N: Nếu (1 ≤ N ≤ 8) (Nhúng N bit số vào pixel kênh Alpha thông báo chưa kết thúc) chấm dứt Nhúng vào kênh Blue Nếu (1 ≤ N ≤ 8) (Nhúng N bit pixel kênh màu xanh tin nhắn chưa kết thúc) chấm dứt Nhúng vào kênh Green Nếu (1 ≤ N ≤ 8) (Nhúng N bit pixel kênh màu xanh tin nhắn chưa kết thúc) chấm dứt Nhúng vào kênh Red Nếu (1 ≤ N ≤ 8) (Nhúng N bit pixel kênh màu đỏ tin nhắn chưa kết thúc) chấm dứt Quy trình thiết kế trình khai thác thể Hình 12 Hình Quy trình thiết kế quy trình ẩn 2.5 Quy trình xử lý 13 Thuật toán giải nén nghịch đảo phép nhúng thuật toán, hiển thị bên dưới: Trích xuất kênh Alpha mặt phẳng Đỏ, Xanh lục Xanh lam từ hình ảnh stego RGBA Sử dụng trình tự nhúng để trích xuất chuỗi bit bí mật mã hố (enc_sec_img) từ mặt phẳng hình ảnh Ảnh giấu gốc tạo giai đoạn Sử dụng khóa bí mật để giải mã chuỗi bí mật cách XOR xuất khóa với bit mã hóa Kết hợp tất mặt phẳng bit thành hình ảnh để tìm hình ảnh bí mật phục hồi cách sử dụng cơng thức sau 14 Hình Quy trình xử lý chiết xuất 15 CHƯƠNG III MÔ PHỎNG VÀ KẾT QUẢ Qua thử nghiệm tiến hành, thấy hiệu việc sử dụng kỹ thuật đề xuất Hiệu việc thử nghiệm đánh giá số: PSNR ( Tỉ lệ tín hiệu nhiễu đỉnh), MSE ( Trung bình lỗi vng), NCC(Tương quan chéo chuẩn hóa), AD ( Chênh lệch trung bình) Phân tích biểu đồ PSNR có đơn vị đo dB có cơng thức: Trong đó: N : chiều cao hai ảnh ( hai ảnh phải có chiều cao nhau) M : chiều rộng hai ảnh i j : số hàng số cột L : số mức thang màu xám ảnh C(i,j) : ảnh gốc St(i,j) : hình ảnh stego Giá trị PSNR thường nằm khoảng từ 20 đến 40 dB Trong MSE hiển thị lỗi bình phương trung bình hình ảnh gốc C hình ảnh stego S NCC tính cơng thức: Chênh lệch trung bình ảnh tính sau: Độ chênh lệch lớn chất lượng ảnh 16 Biểu đồ hình ảnh giấu hình ảnh stego đưa ta thấy ảnh giấu không bị ảnh hưởng việc thay đổi số bit, biểu đồ stego gần biểu đồ ảnh giấu, điều có nghĩa hệ thống đề xuất đủ tốt để tránh kẻ công Để thử nghiệm phương pháp đề xuất,ta chọn Lena.jpg làm ảnh gốc có kích thước 512 * 512 bit, độ sâu 24 hệ màu RGB.Cameraman.bmp chọn để tiết hình ảnh đen trắng, kích thước 128 * 128 bit chiều sâu Kết thể Bảng I: 3.1 Kết nhúng (128x128) mức xám tiết hình ảnh ta hình ảnh RGB (512x512) No of bits PSNR 1 49.62 0.317 0.99 94 0.0464 1 48.31 0.272 0.99 95 0.0381 1 2 47.82 0.472 0.99 94 0.0515 2 47.45 0.463 0.99 94 0.0486 2 2 46.13 0.782 0.99 91 0.0753 2 44.03 0.688 0.99 92 0.0644 2 3 1.228 0.99 98 0.0036 3 1.218 0.99 98 0.0006 3 3 11 12 43.25 42.69 A 10 B G 0.0297 R 0.99 96 Bits per channel AD 0.250 6 NC C 50.54 MSE Bảng Kết nhúng (128x128) mức xám tiết hình ảnh ta hình ảnh RGB (512x512) 17 (b) (a) (c) Hình (a) Hình ảnh gốc, (b) Hình ảnh giấu,(128*128),(c) Hình ảnh stego Hình Biểu đồ ảnh giấu Hình ảnh Stego 18 3.2 Kết việc chọn ảnh đen trắng cameraman.bmp với kích thước 256*256 No of bit s Bits per channel PSN R MSE NC C AD G B A 1 1 44.43 1.092 0.99 81 43.54 1.365 0.99 76 0.16 74 1 42.33 1.189 0.99 79 0.13 35 1 2 41.81 1.995 0.99 2 41.53 1.894 0.99 0.19 23 2 2 40.23 3.051 0.29 37 2 10 38.14 2.728 0.99 0.24 77 2 3 11 37.18 85 5.506 0.99 0.05 79 3 12 36.5 5.581 0.99 0.04 88 3 3 0.99 64 0.09 R 0.20 Bảng Kết nhúng hình ảnh đen trắng giấu ( 256x256 ) vào hình ảnh giấu RGB (512x512) 19 (a) (b) (a) (c) Hình (a) Hình ảnh gốc, (b) Hình ảnh giấu (256*256), (c) Hình ảnh stego Hình 10 Biểu đồ hình ảnh giấu Hình ảnh Stego 20 3.3 Kết việc nhúng hình ảnh đen trắng cameraman.bmp với kích thước ảnh giấu No of bit s Bits per channel PSN R MSE NC C 0.99 AD R G B A 0.26 62 1 1 0.68 57 1 1 2 2 0.84 2 2 1.36 2 38.50 4.336 37.39 6.376 0.98 61 36.44 5.942 0.98 66 35.89 9.464 0.98 31 35.64 9.409 0.98 35 33.86 17.79 10 32.16 54 16.98 0.97 71 1.22 17 2 3 11 31.31 26.31 19 0.98 18 0.75 98 3 12 30.60 26.04 38 0.98 11 0.80 22 3 3 0.97 0.59 0.89 37 Bảng Kết nhúng hình ảnh đen trắng giấu ( 512x512 ) vào hình ảnh giấu RGB (512x512) 21 (b) ( (a) (c) Hình 11 (a) Hình ảnh gốc, (b) Hình ảnh giấu, (c) Hình ảnh stego Hình 12 Biểu đồ hình ảnh giấu Hình ảnh Stego 22 3.4 Kết việc nhúng hình ảnh đen trắng indianman.bmp với kích thước 512*512 kích thước liệu lớn ảnh giấu Để cho thấy khả xử lý nhúng ảnh dung lượng cao phương pháp No of bit s 10 11 12 Bits per channel PSN R MSE NCC AD 38.45 4.687 0.99 0.261 26 37.26 6.976 0.98 0.681 49 62 36.29 6.674 0.98 0.620 66 66 35.72 9.638 0.98 0.703 18 55 35.16 9.772 0.98 0.826 23 43 33.32 18.23 0.97 1.349 92 06 64 31.70 17.49 0.97 1.183 14 39 78 30.88 27.66 0.98 0.920 4 02 30.40 27.53 0.98 0.799 17 169 R G B A 1 1 1 1 2 2 2 2 2 2 2 3 3 3 3 Bảng Kết nhúng hình ảnh đen trắng 257KB (512x512) vào hình ảnh giấu RGB 198KB (512x512) 23 (a) (b) (c) Hình 13 (a) Hình ảnh gốc, (b) Hình ảnh giấu (512*512), (c) Hình ảnh stego Hình 14 Biểu đồ hình ảnh giấu Hình ảnh Stego 24 CHƯƠNG IV KẾT LUẬN Trong viết này, kỹ thuật ẩn liệu trình bày, cho phép ẩn hình ảnh màu (secret object) hình ảnh màu khác (cover object), hai hình ảnh có kích thước lớn hơn, nhúng lên đến 100% dung tích Hình ảnh stego gần với hình ảnh giấu kiểm tra khách quan chủ quan Kết thống kê cho thấy hệ thống có khả tàng hình cao Sử dụng kỹ thuật Bit-Slicing nén hình ảnh tiết điều dẫn đến việc giảm tổng lượng liệu nhúng Ngoài ra, việc gắn kênh alpha vào hình ảnh RGB làm tăng độ sâu bit hình ảnh điều dẫn đến việc tăng phạm vi nhúng Như kết cho thấy, kênh Alpha xử lý nhiều bit kênh khác trì PSNR tốt xem xét kênh Alpha byte thấp pixel RGBA 25 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Shamim Ahmed Laskar, Kattamanchi Hemachandran," Secure Data Transmission UsingSteganography and Encryption Technique", International Journal on Cryptography and Information Security (IJCIS), Vol.2, No.3, September 2012 [2] Veerdeep Kaur Mann, Harmanjot Singh Dhaliwal, " 32×32 Colour Image Steganography ", International Journal of Engineering image, and the Histogram analysis of the cover and stegoimage : Trends and Technology (IJETT), Volume 4, Issue 8, August 2013 [3] Shuchi Sharma, Uma Kumari, " A High Capacity Data-Hiding Technique Using Steganography ", International Journal of Emerging Trends & Technology in Computer Science (IJETTCS), Volume 2, Issue 3, May – June 2013 [4] Rafael C Gonzalez,Richard E Woods, " Digital Image Processing 3rd edition ", Prentice Hall, UpperSaddle River, 2008 [5] Hedieh Sajedi ,Mansour Jamzad," Secure steganography based on embedding capacity", Springer-Verlag, International Journal of Information Security, volume 8, Issue 6, 2009 [6] Rosanne English," Comparison of High Capacity Steganography Techniques", IEEE,International Conference of Soft Computing and Pattern Recognition, 978-1-4244-7896-2, 2010 [7] S K Muttoo, Sushil Kumar," A Multilayered Secure, Robust and High Capacity Image SteganographicAlgorithm", IEEE,3rd International Conference onCommunication Systems Software and Middleware and Workshops, COMSWARE, 2008 [8] Amer J Sadiq,"Comparison Steganography in spatial domain of Image", Journal of Baghdad College of Economic Sciences, No.29,Baghdad, 2012 [9] Zaynab Najeeb Abdulhameed, Prof Maher K Mahmood, " High Capacity Steganography based on Chaos and Contourlet Transform for Hiding Multimedia Data ", InternationalJournal of Electronics and Communication Engineering & Technology (IJECET), Volume 5, Issue 1, January 2014 26 ... nhúng hình ảnh đen trắng giấu ( 512x512 ) vào hình ảnh giấu RGB (512x512) 21 (b) ( (a) (c) Hình 11 (a) Hình ảnh gốc, (b) Hình ảnh giấu, (c) Hình ảnh stego Hình 12 Biểu đồ hình ảnh giấu Hình ảnh. .. nhúng hình ảnh đen trắng giấu ( 256x256 ) vào hình ảnh giấu RGB (512x512) 19 (a) (b) (a) (c) Hình (a) Hình ảnh gốc, (b) Hình ảnh giấu (256*256), (c) Hình ảnh stego Hình 10 Biểu đồ hình ảnh giấu Hình. .. xám tiết hình ảnh ta hình ảnh RGB (512x512) 17 (b) (a) (c) Hình (a) Hình ảnh gốc, (b) Hình ảnh giấu, (128*128),(c) Hình ảnh stego Hình Biểu đồ ảnh giấu Hình ảnh Stego 18 3.2 Kết việc chọn ảnh đen