BÁO cáo CUỐI kì môn kỹ thuật giấu tin tìm hiểu về thuật toán giấu tin của m y wu và j h lee ( WL )

Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng sở TP HCM BÁO CÁO CUỐI KÌ Mơn: Kỹ Thuật Giấu Tin Giảng viên: Phan Nghĩa Hiệp Thành viên nhóm: 05 STT TPHCM 05/2022 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cám ơn thầy Phan Nghĩa Hiệp tạo điều kiện thuận lợi cho nhóm em suốt trình học tập Trong trình thực đồ án nhóm em ln cố gắng tìm hiểu, trao đổi học hỏi kiến thức để hoàn thành đề tài cách tốt Tuy nhiên không tránh khỏi sai sót Mong Thầy xem xét góp ý giúp nhóm để đề tài hồn thiện Xin chân thành cảm ơn TPHCM, 12/05/2022 NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN Điểm: Nhận xét: TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Mục lục NHẬN XÉT CỦA GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN I Tổng quan kỹ thuật giấu tin ảnh Khái niệm nghiên cứu liên quan Phân loại giấu tin Tính chất kỹ thuật giấu tin a Khả nhúng tin b Khả che giấu (tính ẩn) c Tính bảo mật Một số ứng dụng kỹ thuật giấu tin .8 II Giấu tin ảnh nhị phân Tổng quan Tìm hiểu thuật tốn giấu tin M.Y.Wu J.H.Lee ( WL ) a Sự đời ý tưởng b Thuật toán 10 III Hình Thành Thuật Tốn Và Ví Dụ 10 IV Demo nhóm 13 CHI TIẾT CODE KĨ THUẬT WU-LEE 18 V Các Phương Thức Chính Trong Wulee-Agorithm code 18 Mã hoá giấu tin 19 Giải mã nhận tin 21 VI Phân chia công việc 23 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com I Tổng quan kỹ thuật giấu tin ảnh Khái niệm nghiên cứu liên quan Theo quan điểm nghiên cứu sinh: Giấu tin mật ảnh số (còn gọi thơng tin giấu ảnh số) có nghĩa Thơng tin giấu với liệu ảnh chất lượng ảnh thay đổi khơng biết đằng sau ảnh có chưa thơng tin hay không Ngày nay, ảnh số sử dụng phổ biến, giấu thơng tin ảnh đem lại nhiều ứng dụng quan trọng nhiều lĩnh vực đời sống xã hội Một đặc điểm giấu thơng tin ảnh thơng tin giấu ảnh cách vơ hình, cách mà truyền thông tin mật cho mà người khác biết sau giấu thơng tin chất lượng ảnh gần không thay đổi đặc biệt ảnh mầu hay ảnh xám Năm 2012, báo chí quan điều tra tiết lộ thông tin tên trùm khủng bố quốc tế Osma BinLaDen sử dụng cách thức giấu tin ảnh để mã hóa tốt nhằm mục đích trao đổi, lệnh cho cấp Ngồi ra, chúng cịn dùng kinh thánh viết tiếng Anh nhằm chuyển khóa giải mã để phục vụ liên lạc bí mật Cục tình báo trung ương Mĩ (CIA) quan an ninh quốc tế bị qua mặt vấn đề Sau công bố, việc nghiên cứu vấn đề liên quan đến giấu thông tin ảnh phát ảnh giấu tin ngày quan tâm tồn giới khơng với quan đặc biệt mà nhà mật mã học Có nhiều cơng trình nghiên cứu kỹ thuật giấu tin ảnh công bố IEEE Hình 1.1 thống kê từ năm 1996 đến năm 9/2015 số lượng nghiên cứu công bố steganography (giấu tin mật) 1855 cơng trình Hình 1.1: Số lượng nghiên cứu Steganography dạng giấu tin ảnh, video, audio IEEE xuất từ năm 1996 đến năm 2015 TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Những thơng tin hình 1.2 cũ (do tài liệu mà luận án tham khảo cập nhập đến năm 2007-2008) so với thời điểm thực nội dung nghiên cứu mình, nhiên nhiều lý khác nhau, số liệu thống kê nghiên cứu bảo mật thường cơng bố phương tiện thơng tin Ngồi ra, thuật toán giấu tin kỹ thuật watermark khơng cơng bố rộng rãi lý nhạy cảm ứng dụng an ninh thương mại điện tử, đặc biệt quốc phịng-an ninh Luận án chưa tìm thấy thống kê nghiên cứu mốc thời gian năm gần Từ hình 1.1, 1.2 cho thấy tỷ lệ giấu tin định dạng đa phương tiện khác nhau, đó, giấu tin ảnh chiếm tỷ lệ lớn Giấu tin ảnh sử dụng nhiều lý dễ thực nhất, tỷ lệ giấu nhiều thông tin ảnh số sử dụng nhiều mạng viễn thơng nói chung Ngồi giấu thơng tin ảnh chiếm tỉ lệ lớn chương trình ứng dụng, phần mềm, lượng thông tin trao đổi ảnh lớn Hình 1.2: Tỷ lệ số lượng ứng dụng giấu liệu liệu đa phương tiện năm 2008 Giấu tin ảnh gồm hai giai đoạn: nhúng thông tin vào ảnh gốc tách thơng tin giấu Để tăng cường độ an tồn cho thơng tin đem giấu, thường trước giấu thơng tin mã hóa kỹ thuật mã hóa Trong q trình tách tin, người ta thực bước ngược lại Đối với liệu hình ảnh, tính che giấu phương pháp giấu tin đánh giá thơng qua chất lượng ảnh chứa tin so với ảnh gốc hệ số PSNR (Peak Signal-to-Noise Ratio) Lược đồ có giá trị PSNR lớn chất lượng ảnh cao (tính che giấu cao) TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Hình 1.3: Sơ đồ trình giấu tin ảnh - Một số phép biến đổi sử dụng chủ yếu trình giấu tin tách tin sau: phép biến đổi cosine, wavelet, fourier rời rạc - Để nâng cao tính bền vững, thuật tốn giấu tin thường biến đổi ảnh số từ miền không gian sang miền biểu diễn (miền biến đổi), hay gọi miền tần số lựa chọn đặc trưng thích hợp để nhúng tin, sau dùng phép biến đổi ngược tương ứng để chuyển liệu từ miền biến dổi miền không gian Một số phép biến đổi thường sử dụng như: DCT DWT, NMF (Non-negative Matrix Factorization), SVD (Singular Value Decomposition) phép biến đổi QR Nhóm kĩ thuật sử dụng phương pháp biến đổi trực giao đó, chẳng hạn Cosine rời rạc, hay Fourier… để chuyển miền không gian ảnh sang miền tần số Thuỷ vân nhúng miền không gian tần số ảnh theo kĩ thuật trải phổ truyền thông Đây kĩ thuật phổ biến với nhiều thuật toán hứa hẹn phương pháp tốt giải vấn đề đảm bảo hai thuộc tính quan trọng thuỷ vân sau giấu - Biến đổi cosine rời rạc thực theo chuẩn nén ảnh JPEG, miền liệu pixel ảnh chia thành miền nhỏ (thường kích cỡ 8x8 16x16 pixel) sử dụng phép biến cosine rời rạc hệ số cosine, thông tin thường giấu vào hệ số cosine có giá trị lớn nằm miền tần số kỹ thuật giấu - Biến đổi wavelet rời rạc, sử dụng phép biến đổi wavelet rời rạc biển đổi miền liệu pixel thành bốn băng tần LL, LH, HL, HH Các giá trị bốn băng tần gọi hệ số wavelet Theo nhận định nhà giấu tin có thay đổi nhỏ hệ số wavelet hai băng tần cao LH HL (một số kỹ thuật giấu sử dụng băng tần HH) ảnh hưởng đến chất lượng trực quan ảnh ban đầu kỹ thuật giấu Phân loại giấu tin Có thể phân loại kỹ thuật giấu tin làm hai hướng: Giấu tin mật (Steganography) Thủy vân số (Watermarking) TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com  Giấu tin mật (Steganograph) quan tâm tới việc giấu tin cho thông tin giấu nhiều tốt quan trọng người khác khó phát đối tượng có bị giấu tin bên hay khơng kỹ thuật thông thường  Thủy vân số (Watermarking) đánh giấu vào đối tượng nhằm khẳng định quyền sở hữu hay phát xuyên tạc thông tin Tấ Tính chất kỹ thuật giấu tin Các kỹ thuật giấu tin có số tính chất (khả năng) chung giống như: khả nhúng tin, khả che giấu (tính ẩn) khả bảo mật a Khả nhúng tin Khả nhúng tin thuật tốn giấu tin số bít liệu nhúng đơn vị liệu môi trường Thuật toán nhúng nhiều liệu có khả nhúng tin cao ngược lại Khả nhúng tin tính chất quan trọng kỹ thuật giấu tin Thường người ta đo khả giấu tin tỷ lệ giấu tin , tức tỷ số bít thông tin giấu so với số lượng LSB ảnh mà không làm ảnh hưởng đáng kể chất lượng ảnh b Khả che giấu (tính ẩn) Hệ số PSNR dùng để tính tốn khả che giấu thuật toán giấu tin [46] Giá trị PSNR lớn, khả che giấu cao ngược lại Hệ số PSNR ảnh mang tin S (Steago) so với ảnh gốc C (Cover) kích thước m x n tính theo cơng thức PSNR = 20log10(MAX/sqrt(MSE)) Cịn tham số MSE tính sau: MSE = mn m n ∑i1 ∑j1 [C (i , j)−S (i , j)]2 = = Trong đó, MAX giá trị cực đại điểm ảnh MSE sai số bình phương trung bình Giá trị PSNR tính theo đơn vị decibel (dB) Đối với thuật toán giấu tin, khả nhúng tin khả che giấu có quan hệ mật thiết với Đối với thuật toán giấu tin, tăng liệu TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com nhúng thường làm giảm chất lượng ảnh chứa tin Do vậy, tùy thuộc vào trường hợp, thuật toán giấu tin đưa giải pháp khác nhằm cân hai tính chất c Tính bảo mật Tương tự hệ mật mã, thuật toán giấu tin thường cơng khai ứng dụng Do đó, an tồn phương pháp giấu tin phụ thuộc vào độ khó việc phát ảnh có chứa thơng tin mật hay không Mỗi thu ảnh số, làm để phát ảnh đó, ảnh nghi có chứa thơng tin ẩn? Đối với hệ thống thơng tin liên lạc bí mật, sử dụng thuật toán giấu tin cần bảo mật thuật tốn giấu tin để bảo đảm ảnh chứa tin mật không bị phát tách thông tin giấu khỏi ảnh bị cơng đường tuyền Một số ứng dụng kỹ thuật giấu tin Giấu tin ảnh số ngày ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Các ứng dụng có sử dụng đến giấu tin ảnh số là: Bảo vệ quyền tác giả (Copyright Protection), Điểm số(fingerprinting), Gán nhãn(Labelling), Giấu thông tin mật(Steganography)… - Bảo vệ quyền: Là ứng dụng kỹ thuật thuỷ vân số (watermarking) dạng phương pháp giấu tin Một thơng tin mang ý nghĩa sở hữu quyền tác giả (người ta gọi thuỷ vân - watermark) nhúng vào sản phẩm, thuỷ vân có người chủ sở hữu hợp pháp sản phẩm có dùng làm minh chứng cho quyền sản phẩm Giả sử có thành phẩm liệu dạng đa phương tiện ảnh, âm thanh, video cần lưu thông mạng Để bảo vệ sản phẩm chống lại hành vi lấy cắp làm nhái cần phải có kỹ thuật để “dán tem quyền” vào sản phẩm Việc dán tem việc nhúng thuỷ vân cần phải đảm bảo không để lại ảnh hưởng lớn đến việc cảm nhận sản phẩm Yêu cầu kỹ thuật ứng dụng thuỷ vân phải tồn bền vững với sản phẩm, muốn bỏ thuỷ vân mà không phép người chủ sở hữu cịn cách phá huỷ sản phẩm Điểm số: Mục tiêu điểm số để chuyển thông tin người nhận (chứ chủ sở hữu) sản phẩm phương tiện số nhằm xác định sản phẩm Về mặt ý nghĩa điểm số tương tự số xê ri phần mềm Gán nhãn: Tiêu đề, giải nhãn thời gian minh hoạ khác nhúng vào ảnh, ví dụ đính tên người lên ảnh họ đính tên vùng địa phương lên bảng đồ Khi chép ảnh chép liệu nhúng Và có chủ sở hữu tác phẩm, người có khố mật (Stego-Key) tách xem giải Trong sở liệu ảnh, người ta nhúng từ khố để động tìm kiếm tìm nhanh ảnh Nếu ảnh khung ảnh cho đoạn phim, người ta gán thời điểm diễn kiện để đồng hình ảnh vớiâm Người ta gán số lần ảnh xem để tính tiền tốn theo số lần xem TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Ảnh đọc theo trình tự channel BGR (blue, green, red) Tức ảnh ma trận chiều, chiều rộng (witdth), cao (height), sâu (depth) - Chiều rộng biểu thị số cột ma trận - Chiều cao biểu thị số hàng ma trận Bắt đầu ví dụ: Giả sử ảnh có height = 100, width = 200 Kí hiệu (100x200)  Tổng số điểm ảnh (pixel): 100 x 200 = 20.000 điểm ảnh  điểm ảnh có giá trị BGR Tách ma trận chiều giá nơi mà có tồn giá trị số nguyên blue channel toàn giá trị số nguyên green channel tương tự red channel  Vậy ta có ma trận chiều channel_blue = [….], channel_green = [….], channel_red = [….] Giả sử key nhập vào “sang”  Ta biến “sang” thành ma trận số nguyên theo bảng ASCII  Từ key [ = 115=s 97=a key = 97=a ] [ 115=s 110=n 103=g , ta đổi số nguyên thành số nhị phân có độ 110=n 103=g dài bit TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ] [  keyMaxtrix= 011100112=11510 01100001 =97 10 ] Như ta có ma trận khóa Ngồi ra, 011011102=11010 011001112=10310 ta có block_height = 4, block_width =  Nhưng điều kiện để tạo key ta đổi key thành keyMaxtrix block_width ln ln 8, đổi thành nhị phân có độ dài bit mà thơi Cịn với block_height biến đổi theo độ dài chuỗi khóa, ví dụ độ dài “sang”  Từ đó, ta hiểu độ dài chuỗi khóa khơng lớn độ cao (height) ảnh cover Giả số tin nhắn mật “a” Ta đổi a = 9710 =011000012 Bắt đầu trình giấu tin:  Ta bắt đầu dấu tin channel (hideInChannel), channel dùng hết để giấu tới channel ( Vì ta giấu ảnh màu RGB nên ứng channel, channel mảng chiều  Trong channel mà ta thực giấu tin, ta tách block ma trận số nguyên, mà ma trận có độ dài height = block_height, width = [] 71  Gia sử ta tách nhỏ lấy block có giá trị là: blockInt = 6238 [  Biến blockInt thành ma trận nhị phân blockBin= 00111110 =62 … 010001112=7110 ] Như vậy, ta 001001102=3810 … 10 có ma trận nhị phân blockBin với kích thước ma trận khóa keyMaxtrix để giấu bit liệu vào TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com  Tiến hành, dùng thuật toán Wu-lee ( giấu bit vị trí thõa mãn điều kiện block), ta cho blockBin’ Sau biển đổi blockBin’ thành blockInt’ Cuối ta gán tiếp blockInt = blockInt’  Tiếp tục làm giấu hết bit thơng tin Q trình trích xuất tin làm  Tách tin lấy số lượng tin nhắn trước  Khi có số lượng tiếp tục lấy kí tự Sau trích xuất hết bit thông tin gán chúng vào biến, ta tiếng hành biến ngược chuỗi nhị phân thành chuỗi kí tự IV Demo nhóm - Màn hình chờ - Ấn Start để tiếp tục chạy, Exit để tắt phần mềm TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com - Sau chờ xong phần mềm chạy, ấn vào Browse để chọn ảnh TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Sau chọn ảnh set key cho ảnh ( key phải dài kí tự), thêm Messages mà muốn giấu, sau hồn thành bước có thơng báo phần Notifications, cuối nhấn Hide để ẩn đoạn tin vào ảnh Nếu muốn giải mã đoạn tin nhắn ảnh chọn ảnh, đặt key cũ vào ( phải key, khơng khơng giải mã ) TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com - Lưu ảnh ảnh chọn Save TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Nếu muốn xem trước ảnh để giải mã ( trước sau giấu tin xem được) click vào nút Preview TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Link Demo : https://www.youtube.com/watch?v=l5SO0mO61K4&t=119s V CHI TIẾT CODE KĨ THUẬT WU-LEE Các Phương Thức Chính Trong Wulee-Agorithm code - setMessage() : gán tin nhắn vào biến message chuyển tin nhắn thành chuỗi nhị phân dài “01011….” Và gán vào biến bin_message - setRetrieveMax() : gán số lượng kí tự trích xuất được, vào hàm đổi thành số lượng bit trích xuất cách nhân thêm TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com - fi_to_binary() - fi_to_int() - hide() - hideInChannel() - hideInBlock() - retrieve() - retrieveInChannel(): trích xuất channel định - retrieveInBlock() Mã hoá giấu tin - Đầu tiên setKey: Khởi tạo ma trận khóa với kích thước rows = keyString.length(), cols = - Nó tạo ma trận key: - setCoverImage: Đọc theo cấu trúc BGR TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com - - setMessage: tạo ma trận Message - Giấu tin dựa cơng thức Wu – Lee Nó giấu tin vào khối nhỏ Fi TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com Giải mã nhận tin - Đảo ngược công thức Wu-Lee để giải mã TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com - Trích xuất - Đổi từ ma trận binanry interger để nhận tin nhắn TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com VI Phân chia công việc Họ Tên Dương Công Sáng Trịnh Văn Trung Nguyễn Thanh Thông Phạm Ngọc Hưng Lê Hoàng Anh TIEU LUAN MOI download : skknchat@gmail.com ... thông tin Tấ Tính chất kỹ thuật giấu tin Các kỹ thuật giấu tin có số tính chất (khả năng) chung giống như: khả nhúng tin, khả che giấu (tính ẩn) khả bảo mật a Khả nhúng tin Khả nhúng tin thuật. .. skknchat@gmail.com - fi_to_binary () - fi_to_int () - hide () - hideInChannel () - hideInBlock () - retrieve () - retrieveInChannel () : trích xuất channel định - retrieveInBlock () Mã hoá giấu tin - Đầu tiên setKey:... trận bit Tìm hiểu thuật tốn giấu tin M.Y.Wu J.H.Lee ( WL ) a Sự đời ý tưởng Năm 1998, M Y Wu J H Lee đề xuất thuật toán giấu tin Wu-Lee theo khối [39], ảnh nhị phân dùng làm môi trường giấu tin chia