BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN NGUYỄN VĂN NHỚ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN GIẤU TIN TRONG ẢNH SỐ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH ĐÀ NẴNG – 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN NGUYỄN VĂN NHỚ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN GIẤU TIN TRONG ẢNH SỐ Chuyên ngành Khoa học máy tính Mã số 8480101 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Người hướng dẫn khoa học TS Huỳnh Bá Diệu ĐÀ NẴNG, 2021 LỜI CẢM ƠN Luận văn được thực hiện tại Trường Đại học Duy Tân dưới sự hư.
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN NGUYỄN VĂN NHỚ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN GIẤU TIN TRONG ẢNH SỐ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH ĐÀ NẴNG – 2021 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN NGUYỄN VĂN NHỚ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN GIẤU TIN TRONG ẢNH SỐ Chuyên ngành Mã số : Khoa học máy tính : 8480101 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Người hướng dẫn khoa học: TS Huỳnh Bá Diệu ĐÀ NẴNG, 2021 LỜI CẢM ƠN Luận văn thực Trường Đại học Duy Tân hướng dẫn khoa học TS Huỳnh Bá Diệu Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến TS Huỳnh Bá Diệu, người đã hướng dẫn thực luận văn Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến các Thầy Cô Khoa Sau đại học Trường Đại học Duy Tân các Thầy Cô các Trường, Viện khác đã tham gia giảng dạy quá trình học chương trình cao học Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến người thân gia đình, lãnh đạo quan nơi công tác, bạn bè đồng nghiệp đã tạo điều kiện hỗ trợ quá trình học tập LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan nội dung luận văn thực hướng dẫn trực tiếp TS Huỳnh Bá Diệu Các tài liệu tham khảo dùng luận văn đều trích dẫn rõ ràng trung thực Mọi chép không hợp lệ, vi phạm quy chế đào tạo hay gian trá, tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm Học viên thực NGUYỄN VĂN NHỚ MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC HÌNH VE .vii MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Mục tiêu nhiệm vụ Đối tượng phạm vi nghiên cứu .2 Phương pháp nghiên cứu .2 Ý nghĩa khoa học thực tiễn đề tài .2 Bố cục luận văn Chương GIẤU THÔNG TIN .4 1.1 GIẤU THÔNG TIN 1.1.1 Định nghĩa về giấu tin .4 1.1.2 Mục đích giấu tin 1.1.3 Các thành phần hệ giấu tin 1.2 CÁC TÍNH CHẤT HỆ GIẤU TIN 1.2.1 Tính “vơ hình” (tính bí mật) 1.2.2 Khả chống giả mạo (tính tồn vẹn) 1.2.3 Tính bền vững 1.2.4 Dung lượng tin giấu 1.2.5 Độ phức tạp tính toán 1.3 PHÂN LOẠI GIẤU TIN .7 1.4 TẤN CÔNG HỆ THỐNG GIẤU TIN 1.5 CÁC ỨNG DỤNG CỦA GIẤU TIN .9 1.5.1 Liên lạc bí mật 1.5.2 Bảo vệ quyền (copyright protection) 1.5.3 Nhận thực hay phát xuyên tạc thông tin (authentication and tamper detection) 10 1.5.4 Dấu vân tay hay dán nhãn (fingerprinting and labeling) .10 1.5.5 Điều khiển chép (copy control) .10 1.6 Tóm tắt chương 10 Chương ẢNH SỐ VÀ CÁC KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH SỚ .11 2.1 CÁC MƠ HÌNH MÀU VÀ BIỂU DIỄN ẢNH TRÊN MÁY TÍNH 11 2.1.1 Mô hình màu RGB 11 2.1.2 Mô hình màu CMY .12 2.1.3 Biểu diễn ảnh máy tính 13 2.2 CÁC KỸ THUẬT BỔ TRỢ CHO GIẤU TIN .14 2.2.1 Các phép biến đổi từ miền thời gian sang miền tần số 14 2.2.2 Xáo trộn liệu mật .16 2.2.3 Sinh chuỗi giả ngẫu nhiên .16 2.2.4 Các độ đo thực giấu tin 17 2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN TRONG ẢNH SỐ 17 2.3.1 Giấu tin ảnh đen trắng 17 2.3.2 Giấu tin ảnh màu 18 2.4 MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH MÀU 20 2.4.1 Kỹ thuật gài vào các bit có trọng số thấp 20 2.4.2 Kỹ thuật giấu tin dựa bảng màu .23 2.4.3 Kỹ thuật trải phổ 24 2.4.4 Kỹ thuật mã khối bề mặt .26 2.4.5 Kỹ thuật mảnh chắp (patchwork) 28 2.4.6 Kỹ thuật dùng hệ số phép chiếu trực giao .30 2.4.7 Kỹ thuật dùng hệ số DCT 31 2.4.8 Kỹ thuật lượng hóa lỗi 32 2.4.9 Kỹ thuật mặt nạ lọc 33 2.4.10 Kỹ thuật rải vào miền tần số 33 2.4.11 Kỹ thuật giấu vào các đối tượng dùng các hệ số phép biến đổi hình học 33 2.5 Tóm tắt chương 35 Chương CÀI ĐẶT THUẬT TOÁN GIẤU TIN .36 3.1 PHƯƠNG PHÁP GIẤU MỘT BYTE DỮ LIỆU TRONG KHỐI ẢNH 16*16 36 3.1.1 Tính tổng xor khối ảnh B 36 3.1.2 Thuật toán giấu byte liệu vào khối ảnh 16*16 36 3.1.3 Thuật toán giấu tin 40 3.1.4 Thuật toán giải tin 40 3.1.5 Đánh giá thuật toán .40 3.2 PHƯƠNG PHÁP GIẤU BẰNG CÁCH ĐIỀU CHỈNH CÁC HỆ SỐ PHÉP BIẾN ĐỔI DCT 44 3.2.1 Thuật toán giấu tin 45 3.2.2 Thuật toán trích tin theo phương pháp điều chỉnh giá trị nhóm bit 45 3.2.3 Đánh giá phương pháp giấu tin 45 3.3 Tóm tắt chương .56 KẾT LUẬN 57 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO PHỤ LỤC QUYẾT ĐỊNH GIAO ĐỀ TÀI (Bản sao) DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT Từ viết tắt DCT IDCT Từ đầy đủ Discrete Cosine Transform Inverse Discrete Cosine Ý nghĩa Tiếng Việt Phép biến đổi cosin rời rạc DCT nghịch đảo DFT ECC FCT FFT LSB RGB CMY Transform Discrete Fourier Transform Error Correction Code Fast Cosine Transform Fast Fourier Transform Least Significant Bit Red Green Blue Cyan Magenta Yellow SNR Signal To Noise Ratio Tỉ lệ tín hiệu so với tỉ lệ nhiễu NCC Normalized Cross Correlation Độ tương quan hai chuỗi số Phép biến đổi Fourier rời rạc Mã sửa lỗi Phép biến đổi cosin nhanh Phép biến đổi Fourier nhanh Bit có trọng số thấp Hệ màu Red – Green - Blue Hệ màu Cyan – Magenta - Yellow DANH MỤC CÁC HÌNH VE Hình 1.1 Hai lĩnh vực giấu thông tin Hình 1.2 Lược đồ thể quá trình giấu thông tin .5 Hình 1.3 Lược đồ thể quá trình rút thông tin Hình 1.4 Mối quan hệ ba yếu tố chất lượng – dung lượng – bền vững Hình 1.5 Phân loại giấu tin dựa vào mục đích ứng dụng .8Y Hình 2.1 Mô hình màu RGB 12 Hình 2.2 Mô hình màu CMY .12 Hình 2.3 Bảng màu các điểm ảnh dùng bảng màu 13 Hình 2.4 Sơ đồ biến đổi wavelet cho ảnh số 15 Hình 2.5 Ảnh gốc các thành phần tương ứng biến đổi wavelet 15 Hình 2.6 Giấu tin vào các bit quan trọng điểm ảnh 21 Hình 2.7 Bảng màu trước sau xếp ảnh 24 Hình 2.8 Lặp phương pháp patchwork 29 Hình 2.9 Sử dụng phép biến đổi hình học để giấu tin Hình 3.1 Giá trị khối ảnh làm liệu chứa byte 240 37 Hình Khối ảnh mang tin 38 Hình 3.3 Khối ảnh cần giấu byte có giá trị 224 39 Hình Khối ảnh mang tin byte 224 39 Hình 3.5 Kết thực thi chương trình .41 Hình 3.6 Kết thực thi chương trình .42 Hình 3.7 Kết thực thi chương trình .42 Hình 3.8 Kết thực thi chương trình .43 Hình 3.9 Thông tin mật giấu (logo Đại học tân) 43 Hình 3.10 Thông tin mật sau trích tin 43 Hình 3.11 Căn phòng trước giấu tin (ảnh gốc) .44 Hình 3.12 Căn phòng sau giấu tin (ảnh mang tin) 44 Hình 3.14 Giá trị khối ảnh (8*8) dùng giấu tin 45 Hình 3.15 Biến đổi DCT khối ảnh 46 Hình 3.16 Điều chình hệ số DCT khối ảnh 46 Hình 3.17 Khối ảnh mang tin 47 Hình 3.18 Giá trị khối ảnh (8*8) dùng giấu tin 47 Hình 3.19 Giá trị DCT khối ảnh (8*8) dùng giấu tin 48 Hình 3.20 Điều chỉnh giá trị DCT khối ảnh (8*8) dùng giấu tin 48 Hình 3.21 Giá trị khối ảnh (8*8) chứa bit 49 Hình 3.22 Kết thực thi chương trình 50 Hình 3.23 Kết thực thi chương trình 50 Hình 3.24 Kết thực thi chương trình 51 Hình 3.25 Kết thực thi chương trình 51 Hình 3.26 Kết thực thi chương trình 52 Hình 3.27 Kết thực thi chương trình 52 Hình 3.28 Kết thực thi chương trình 53 Hình 3.29 Kết thực thi chương trình 53 Hình 3.30 Kết thực thi chương trình 54 Hình 3.31 Nội dung thông tin mật 54 Hình 3.32 Nội dung thông tin trích 54 Hình 3.33 Ảnh trước giấu tin (ảnh gốc) 55 Hình 3.34 Ảnh sau giấu tin (ảnh mang tin) 55 ... TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN NGUYỄN VĂN NHỚ NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN GIẤU TIN TRONG ẢNH SỐ Chuyên ngành Mã số : Khoa học máy tính : 8480101 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Người hướng... thực giấu tin 17 2.3 CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN TRONG ẢNH SỐ 17 2.3.1 Giấu tin ảnh đen trắng 17 2.3.2 Giấu tin ảnh màu 18 2.4 MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH MÀU... THÔNG TIN Chương luận văn trình bày nội dung tổng quan về giấu thông tin, các yêu cầu toán giấu tin các ứng dụng giấu tin 1.1 GIẤU THÔNG TIN 1.1.1 Định nghĩa giấu tin Giấu tin kỹ thuật nhúng