Thông tin tài liệu
HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ KHOA AN TỒN THƠNG TIN BÁO CÁO MÔN HỌC Kĩ thuật giấu tin Đề tài: Sử dụng kỹ thuật lấy mật mã hình ảnh dựa đồ Logistic phát cạnh Sinh viên thực hiện: PHẠM QUANG HUY AT150324 NGUYỄN VĂN HẬU AT150316 ĐÀO HẢI LONG AT150334 LÊ NGỌC ÁNH AT150304 NGUYỄN ĐỨC MẠNH AT150336 Giảng viên hướng dẫn: Tóm tắt Truyền liệu qua mạng khơng an tồn trở thành thách thức nhà nghiên cứu giới cơng nghệ phát triển nhanh chóng Trong báo này, khung bảo mật hai lớp dựa mật mã steganography phát triển thử nghiệm Bản đồ hậu cần sử dụng để mã hóa liệu trước nhúng vào ảnh bìa Dữ liệu mã hóa ẩn vào khu vực cạnh ảnh bìa để đảm bảo tính khơng nhạy cảm tốt trọng tải định Đề án đánh giá thông số khách quan khác tỷ lệ tín hiệu nhiễu đỉnh (PSNR), tương quan chéo chuẩn hóa (NCC) số tương đồng cấu trúc (SSIM) Bên cạnh đó, sức mạnh thuật tốn mật mã dựa đồ hậu cần sử dụng số lần thay đổi tỷ lệ (NPCR), cường độ thay đổi trung bình thống (UACI) entropy tính tốn Khung chúng tơi báo cáo giá trị PSNR trung bình 44,61 dB cho tải trọng khoảng 1,72 bits pixel (bpp) Ngoài ra, giá trị NPCR khoảng 100%, giá trị UACI 36,72 giá trị entropy 7,96 cho thấy chương trình chúng tơi có khả cung cấp bảo mật phong phú cho liệu truyền Giới thiệu Sự tiến đổi hệ thống thông tin liên lạc tác động tích cực đến tương tác bên Tiến công nghệ hệ thống thông tin liên lạc tạo điều kiện cho việc sử dụng tốt thiết bị điện tử, điện thoại di động máy tính bảng mà khơng cần quan tâm đến thời gian địa điểm Trong sống hàng ngày, đổi không ngừng cải thiện, bảo mật thông tin kỹ thuật số truyền qua mạng trở thành vấn đề quan trọng Khía cạnh bảo mật thơng tin khơng khuyến khích chép, thay đổi thơng tin không phê duyệt, cho dù đưa vào tiện ích dung lượng hay web [1] Do đó, cần phải thực số biện pháp phòng ngừa để truyền liệu bí mật cách an tồn Một số kỹ thuật, ví dụ, mật mã, steganography watermarking sử dụng để cung cấp tính bảo mật cho thông tin [2] Các kỹ thuật dựa bốn đặc điểm bản: trọng tải, tính tồn vẹn, bảo mật mạnh mẽ Mật mã trình thay đổi văn túy thành dạng mã hóa gửi qua mạng khơng an tồn [3] Mật mã khơng thể đủ để chống lại cơng người dùng ngồi ý muốn Cần phải cung cấp bảo mật bổ sung cho liệu truyền Steganography lựa chọn tốt để cải thiện tính bảo mật thơng tin cơng việc che giấu tồn thông tin [4] Cả kỹ thuật cắt lớp mật mã kỹ thuật in mật mã cung cấp khả bảo mật kép cho thông tin bí mật truyền đạt qua Internet Phương pháp bit có ý nghĩa (LSB) kỹ thuật steganographic [5] Hầu hết, ba bit LSB sử dụng cho trình nhúng Việc mở rộng số lượng bit gây suy giảm chất lượng hình ảnh gốc thay đổi vùng mịn dễ dàng nhận thấy mắt người Nhúng ding vùng cạnh cách sử dụng kỹ thuật phát cạnh lựa chọn tốt để tăng dung lượng nhúng với chất lượng hình ảnh tốt [6] Có nhiều kỹ thuật phát cạnh, viz Robert, Sobel, Prewitt Canny Trong số này, Canny coi kỹ thuật tốt để tìm cạnh Trong kỹ thuật đề xuất, thơng tin bí mật nhúng vào khu vực cạnh kỹ thuật phát cạnh Canny để giảm độ cảm nhận ảnh bìa, tăng khả nhúng trì chất lượng hình ảnh Cơng việc liên quan Ngày nay, tải trọng lớn với tính bảo mật thuật toán thu hút ý nhà nghiên cứu Để đáp ứng nhu cầu bảo mật, nhiều tài liệu nghiên cứu [7] xuất dựa kết hợp công nghệ mật mã kỹ thuật ghi chép dựa phát cạnh, liệu che giấu ảnh bìa khơng thể an tồn đến mức chống lại cơng tính thực tế ảnh bìa, dẫn đến việc nhận dạng liệu mã hóa Việc triển khai kỹ thuật mã hóa tiêu chuẩn cho liệu tài liệu phương tiện kỹ thuật số khơng an tồn với vấn đề mã hóa phương tiện Do đó, việc mã hóa phương pháp tiêu chuẩn, chẳng hạn Tiêu chuẩn mã hóa liệu (DES), Tiêu chuẩn mã hóa nâng cao (AES) thuật tốn Rivest – Shamir – Adleman (RSA) [8] đòi hỏi nhiều thời gian để mã hóa khơng hiệu Một vấn đề khác với meth ods giới hạn độ dài khóa chúng Do tỷ lệ liệu hình ảnh lớn, việc sử dụng khóa có độ dài hạn chế làm tăng xu hướng cơng Ngồi ra, luồng thơng tin hình ảnh làm thơng số kỹ thuật hình ảnh đó, làm cho phương pháp tin cậy để mã hóa hình ảnh Trong nghiên cứu này, nhà nghiên cứu sử dụng phương pháp mã hóa phát triển cao lý thuyết hỗn loạn để khắc phục vấn đề phương pháp tiêu chuẩn Sự hỗn loạn làm cho hệ thống an tồn đặc tính nhạy cảm với điều kiện ban đầu tham số điều khiển Bản đồ logis tic kỹ thuật đơn giản để tạo chuỗi ngẫu nhiên [9] Bản đồ phụ thuộc vào hai điều kiện ban đầu r x thay đổi từ 3,57 đến đến 1, tương ứng n số lần lặp thay đổi từ đến x-1 Phương trình cho đồ hậu cần viết sau: (1) Kỹ thuật ghi mật mã hình ảnh dựa đồ hậu cần đề xuất [9] để tăng cường bảo mật cho mã hóa liệu Trong kỹ thuật này, lựa chọn LSB pixel tiếp cận phân biệt giá trị (PVD) sử dụng để nhúng liệu bí mật vào ảnh bìa phụ thuộc vào khóa bí mật Đề án cải thiện tính bảo mật với hành vi ngẫu nhiên đồ hậu cần Tuy nhiên, cân chất lượng hình ảnh tải trọng khơng trì mức tối ưu Ngồi ra, hệ thống thử nghiệm hình ảnh thang độ xám Một loại khác, giấy dựa đồ hậu cần [10] đề xuất kỹ thuật AES sử dụng để mã hóa hình ảnh bí mật đồ hậu cần 1D sử dụng để che giấu thơng điệp bí mật mã hóa vào hình ảnh chủ Hệ thống cung cấp khả bảo mật tốt thiếu khả cung cấp dung lượng lớn Một nữa, lược đồ đánh dấu đồ dựa đồ hậu cần [11] đề xuất để làm cho hệ thống an toàn trước công Trong kỹ thuật này, việc sửa đổi hệ số DC khối khác miền không gian thực để nhúng bit watermarking đồ hậu cần sử dụng để cải thiện bảo mật Phương pháp tăng cường bảo mật thiếu khả cải thiện Một mã hóa hình ảnh dựa đồ hậu cần báo cáo [12] để liên lạc an tồn Mặc dù, kỹ thuật cải thiện tính bảo mật so với kỹ thuật mật mã đơn giản, sơ đồ không cho thấy giá trị bảo mật tốt Trong báo này, đồ hậu cần công nghệ ghi chép dựa phát cạnh đề xuất Trong nghiên cứu này, đồ hậu cần sử dụng để cải thiện tính bảo mật cho hệ thống kỹ thuật phát cạnh sử dụng để nâng cao lực cho bí mật nhắn Thuật toán đề xuất Trong phương pháp đề xuất, mật mã mật mã kết hợp để làm cho hình ảnh stego an tồn để truyền từ phía người gửi Ở phía người nhận, tồn tin nhắn mã hóa trích xuất từ ảnh stego, sau đó, tất tin nhắn xáo trộn giải mã Quy trình mã hóa, nhúng, trích xuất giải mã xuất Hình Trong kỹ thuật này, nỗ lực thực để nhúng hình ảnh y tế bí mật có kích thước 256 × 256 vào hình ảnh màu 512 × 512 chiều Tính phát cạnh Canny sử dụng để tìm cạnh mặt phẳng xanh lục xanh lam Phương pháp đề xuất bảo mật thông tin y tế cách nhúng hình ảnh y tế vào hình ảnh kỹ thuật số 3.1 Quy trình mã hóa nhúng Hình Sơ đồ thuật toán kỹ thuật đề xuất (i) (ii) (iii) (iv) (v) (vi) (vii) Chụp ảnh bìa ảnh bí mật (ảnh y tế) chia chúng thành ba mặt phẳng: đỏ (R), xanh (G) xanh lam (B) Đặt giá trị ban đầu tạo chuỗi ngẫu nhiên với ánh xạ logistic theo kích thước mặt phẳng hình ảnh bí mật Mã hóa mặt phẳng hình ảnh bí mật cách thực phép toán XOR với bit chuỗi tạo thu từ bước ii Lặp lại bước cho mặt phẳng hình ảnh bí mật Thực kỹ thuật phát cạnh Canny mặt phẳng G B ảnh bìa để phát pixel có cạnh khơng cạnh Kỹ thuật đề xuất tạo liệu nhị phân cho hai mặt phẳng, '0' '1' đại diện cho pixel không cạnh pixel cạnh, tương ứng Tính tốn số lượng pixel cạnh pixel khơng cạnh để ước tính tải trọng cho (k, n) kỹ thuật ẩn, 'k' đại diện cho pixel không cạnh 'n' đại diện cho pixel cạnh Sử dụng hai bit LSB mặt phẳng màu đỏ để lưu trữ trạng thái màu xanh màu xanh lam cho nhúng thơng tin Nhúng hình ảnh mã hóa vào mặt phẳng G B theo sơ đồ ẩn (k, n) Lặp lại bước 'vi' 'vii' toàn pixel hình ảnh mã hóa nhúng vào ảnh bìa để tạo hình ảnh stego Quy trình trích xuất giải mã Chụp ảnh stego tách mặt phẳng thành màu đỏ (R), xanh (G) xanh lam (B) Trích xuất bit thơng báo từ mặt phẳng G B cách kiểm tra trạng thái mặt phẳng hai bit mặt phẳng màu đỏ Lặp lại bước tất bit tin nhắn trích xuất hình ảnh mã hóa hình thành Tính mặt phẳng R, G, B hình ảnh mã hóa Giải mã mặt phẳng cách thực thao tác XOR với bit tạo dãy với giá trị ban đầu giống Lặp lại bước cho mặt phẳng nối chúng để tạo thành hình ảnh bí mật 3.2 (i) (ii) (iii) (iv) Kết thử nghiệm Phân đoạn quản lý thử nghiệm sau ảnh hưởng kỹ thuật đề xuất sử dụng MATLAB Đối với thử nghiệm này, chúng tơi xem xét ảnh bìa màu có kích thước 512 × 512 ảnh bí mật màu có kích thước 256 × 256 Ảnh bìa ảnh stego so sánh để xác minh dung lượng, bảo mật chất lượng hình ảnh cách tính tốn sai số bình phương trung bình (MSE), PSNR, NCC, lỗi tuyệt đối chuẩn hóa (NAE), SSIM, NPCR, UACI entropy Bảng so sánh với kỹ thuật có hiển thị Bảng 1, Bảng So sánh NAE SSIM với phương pháp trình bày Tham số Parah cộng NAE SSIM NAE SSIM Lena Plane Baboon 0.0140 0.0006 0.0136 0.0053 0.0038 0.0055 0.9992 0.9909 0.9986 0.9558 0.9529 0.9818 Đề xuất Bảng So sánh PSNR NCC với kỹ thuật có Hình ảnh ( payload) Singh cộng [5] (0,032 bpp) Patil cộng [10] (1 bpp) Parah cộng [4] (1 bpp) Parah cộng [11] (1,5 bpp) Prasad cộng [9] (2,27 bpp) Đề xuất (1,72 bpp) Lena Plane Baboon PSNR 40.74 – – NCC 0.9253 – – PSNR 13.14 – – NCC – – – PSNR NCC 39.17 1.0000 39.13 1.0000 39.09 1.0000 PSNR NCC 45.40 1.0000 45.37 1.0000 45.41 1.0000 PSNR 39.56 39.12 37.38 NCC – – – PSNR 44.95 44.98 43.91 NCC 0.9963 0.9978 0.9976 Bảng So sánh NPCR, UACI entropy với kỹ thuật có Kĩ thuật Nidhi cộng Parah cộng Đề xuất Entropy UACI NPCR 6.48 6.53 7.96 33.31 34.82 36.72 98.85 99.01 100 4.1 Sai số toàn phương trung bình (MSE) Là khác biệt bình phương trung bình hình ảnh gốc hình ảnh stego Điều thể toán học sau: Ci Ci′ giá trị pixel ảnh gốc ảnh stego Và N kích thước hình ảnh 4.2 Tỷ số tín hiệu cực đại nhiễu (PSNR) Đây kỹ thuật điều tra chất lượng thường sử dụng đặc biệt hấp dẫn việc ước tính tính đơn giản chất lượng cảm nhận PSNR viết tốn học sau: MSE sai số tồn phương trung bình 4.3 Chuẩn hố tương quan (NCC) Tương quan chéo chuẩn hóa tính tốn mối quan hệ ảnh bìa bit ảnh stego Nó biểu diễn sau: wo wx bit thông điệp nhúng trích xuất 4.4 Lỗi chuẩn hóa tuyệt đối (NAE) Thước đo chất lượng sử dụng để tính tốn sai số ảnh bìa ảnh stego Thử nghiệm thể sau: wo wx bit thông điệp nhúng trích xuất 4.5 Chỉ mục cấu trúc tương tự (SSIM) Chỉ mục cấu trúc tương tự kiểm tra giống hình ảnh hình ảnh thay đổi SSIM có giá trị chạy phạm vi thể 100% độ giống đề cập đến hình ảnh hồn tồn khơng liên quan Do đó, rõ ràng, hình ảnh ẩn phải có ước tính cao SSIM Nó xử lý tốn học dạng: µx, µy, σx, σy σxy cường độ trung bình, độ lệch chuẩn hiệp phương sai ảnh x y 4.6 Số lượng thay đổi tỷ lệ (NPCR) Kiểm tra NPCR thực để đánh giá thao tác thay đổi pixel ảnh gốc Đó độ nhạy hình ảnh mã hóa hình ảnh gốc giá trị ban đầu / khóa bí mật Phép thử định nghĩa mặt toán học sau: M N kích thước hình ảnh D tổng số mục nhập không nhau, Ip Ic tương ứng hình ảnh đơn giản hình ảnh mật mã 4.7 Cường độ thay đổi trung bình thống (UACI) UACI đánh giá cường độ trung bình khác biệt hình ảnh gốc hình ảnh mật mã Nó biểu diễn mặt tốn học sau: Ip Ic hình ảnh đơn giản mã hóa M N kích thước ảnh 4.8 Entropy Kiểm tra Entropy thực để xem xét kỹ lưỡng tính ngẫu nhiên hình ảnh mã hóa Biểu diễn tốn học thử nghiệm entropy Shannon xác định sau: C tập hợp ký hiệu, ci Thuộc C, P (ci) mô tả xác suất n số tất ký hiệu Bảng cho thấy so sánh chất lượng hình ảnh gốc hình ảnh stego khả nhúng kỹ thuật có vào khoảng 2,27 1,72 bpp thuật toán đề xuất với giá trị PSNR trung bình 44,61 Rõ ràng từ bảng, sơ đồ đề xuất tốt chương trình có có PSNR cao, SSIM tốt NAE Do đó, thay đổi thực hình ảnh bị kẻ nghe trộm nhận hơn, đó, bảo mật cho việc liên lạc Kết kiểm tra phân tích bảo mật thể Bảng Rõ ràng từ kết mà chương trình đề xuất bảo mật so với kết Nidhi cộng sự.[12] Parah cộng [11] Thuật toán đề xuất có 100% giá trị NPCR 36,72 giá trị UACI Kết luận Bài báo trình bày kỹ thuật steganography dựa đồ logicstic kỹ thuật phát cạnh Ở đây, hình ảnh y tế mã hóa đồ hậu cần Các giá trị ban đầu sử dụng để mã hóa thơng tin, giúp tăng tính bảo mật Ở đầu đối ứng, giá trị ban đầu sử dụng để giải mã hình ảnh y tế bí mật Hình ảnh mã hóa hoàn chỉnh nhúng kỹ thuật in ẩn thông qua công nghệ phát cạnh Nhiều thử nghiệm khác thực ảnh bìa, ảnh stego, ảnh y tế bí mật ảnh mã hóa Từ việc so sánh thơng số khác nhau, rõ ràng kỹ thuật đề xuất tốt chất lượng, bảo mật dung lượng ... nghiệm hình ảnh thang độ xám Một loại khác, giấy dựa đồ hậu cần [10] đề xuất kỹ thuật AES sử dụng để mã hóa hình ảnh bí mật đồ hậu cần 1D sử dụng để che giấu thông điệp bí mật mã hóa vào hình ảnh. .. đầu sử dụng để giải mã hình ảnh y tế bí mật Hình ảnh mã hóa hồn chỉnh nhúng kỹ thuật in ẩn thông qua công nghệ phát cạnh Nhiều thử nghiệm khác thực ảnh bìa, ảnh stego, ảnh y tế bí mật ảnh mã hóa... luận Bài báo trình bày kỹ thuật steganography dựa đồ logicstic kỹ thuật phát cạnh Ở đây, hình ảnh y tế mã hóa đồ hậu cần Các giá trị ban đầu sử dụng để mã hóa thơng tin, giúp tăng tính bảo mật Ở
Ngày đăng: 18/02/2022, 07:55
Xem thêm:
