Giấu thông tin bền vững sử dụng kỹ thuật trải phổ trong cơ sở dữ liệu không gian

Giấu thông tin bền vững sử dụng kỹ thuật trải phổ trong cơ sở dữ liệu không gian Tóm tắt Bài báo đề xuất một thuật toán watermarking số cho các dữ liệu không gian bằng cách sử dụng kỹ thuật trải phổ Một bit watermark được nhúng vào bằng cách thay đổi một tính chẵn lẻ của vetơ nhiễu giả ngẫu nhiên Thuật toán được thành lập cho điện kháng mạnh mẽ chống lại nhiễu ngẫu nhiên tăng cường , chuyển đổi tương tự và chènloại bỏ đỉnh, và, đến một mức độ nào, cắt xén Cùng một kết quả thử nghiệm được trình.

Giấu thông tin bền vững sử dụng kỹ thuật trải phổ sở liệu khơng gian Tóm tắt: Bài báo đề xuất thuật toán watermarking số cho liệu không gian cách sử dụng kỹ thuật trải phổ Một bit watermark nhúng vào cách thay đổi tính chẵn lẻ vetơ nhiễu giả ngẫu nhiên Thuật toán thành lập cho điện kháng mạnh mẽ chống lại nhiễu ngẫu nhiên tăng cường , chuyển đổi tương tự chèn/loại bỏ đỉnh, và, đến mức độ nào, cắt xén Cùng kết thử nghiệm trình bày chi tiết để minh họa tính khả thi phương pháp I ĐẶT VẤN ĐỀ Nhiều phương pháp giấu thông tin nghiên cứu, phương pháp có ưu điểm, nhược điểm ứng dụng khác Phương pháp sử dụng bít trọng số nhỏ [4,6] đơn giản nhiên thơng tin giấu khơng bền vững trước nhiều hình thức công Phương pháp sử dụng hệ số biến đổi (chẳng hạn biến đổi từ miền không gian sang miền tần số DCT [3], wavelet [2], DFT [5] ) nói chung có tính bền vững cao, nhiên phức tạp cài đặt khó kiểm sốt chất lượng liệu sử dụng làm môi trường giấu thông tin Phương pháp gán sử dụng thuộc tính chẵn lẻ [9] có số ưu điểm đơn giản cài đặt, dễ kiểm sốt chất lượng mơi trường giấu tin, có độ bền vững cao trước nhiều hình thức cơng Phương pháp có hiệu cao áp dụng cho môi trường giấu tin không chịu nén tổn hao, có cho phép sai số, mơi trường áp dụng rộng rãi (các ảnh bitmap, thiết kế kỹ thuật, đồ số chiều, chiều ) Trong chúng tơi trình bày phương pháp mới, có sử dụng kỹ thuật trải phổ để giấu thông tin sở liệu khơng gian với mục đích tăng cường độ bền vững độ mật tin giấu Mục II giới thiệu khái niệm thông tin trải phổ, ứng dụng kỹ thuật trải phổ giấu thông tin Mục III trình bày khái niệm liệu khơng gian, thuộc tính chẵn lẻ khả mang tin giấu liệu khơng gian Mục IV trình bày phương pháp giấu thơng tin trải phổ mơ hình liệu không gian Mục V minh họa số kết thử nghiệm môi trường đồ số 2D II KỸ THUẬT THÔNG TIN TRẢI PHỔ Trải phổ biết đến kỹ thuật thông tin liên lạc phương thức truyền tin Đặc điểm hệ thống truyền thơng trải phổ độ rộng phổ tín hiệu bị "trải" ra, lớn nhiều lần so với tốc độ bit thông tin cần truyền Độ dư thừa băng thông sử dụng tiềm cho phương pháp lập mã tự sửa sai, dẫn đến khả chống nhiễu cao hệ thống thông tin trải phổ so với phương pháp truyền tin khác Một thành phần quan trọng kỹ thuật truyền tin trải phổ chuỗi giả ngẫu nhiên Vì chuỗi mang đặc trưng nhiễu nên tín hiệu trải phổ có ưu độbảo mật Các ưu điểm khai thác hệ thống truyền tin mơi trường có nhiễu địi hỏi tính bảo mật cao thơng tin, đặc biệt hệ thống đa truy nhập điện thoại di động, mạng truyền liệu không dây Ưu số tác giả khai thác kỹ thuật giấu thông tin môi trường liệu multimedia [1] Vấn đề cần giải kỹ thuật truyền thơng trải phổ tính đồng Q trình giải điều chế tương quan khơng cịn ý nghĩa tín hiệu thu đượcvà chuỗi giả nhiễu khơng đồng với Mơ hình liệu khơng gian phương pháp giấu tin đơn giản sử dụng thuộc tính chẵn lẻ đề xuất [9] tóm tắt mục III III MƠ HÌNH DỮ LIỆU KHƠNG GIAN 1.Khái niệm liệu khơng gian Quy ước sử dụng ký tự có gạch ngang hai ký hiệu ζi ξi (không có dấu gạch ngang trên) vectơ Chỉ số ký hiệu thứ tự phần tử tập hợp, số (nếu có) ký hiệu thành phần vectơ Ta quy ước gọi sở liệu (CSDL) mà ghi vectơ ξ thuộc không gian n chiều R(n) (ξ R(n) ) sở liệu không gian Về mặt hình học, vectơ biểu diễn thơng qua “điểm” thuộc không gian R (n) với ξ1 ∈R(n) , ξ2 ∈R(n) δ∈R, δ≥0, ta xây dựng δ-quan hệ sau: Khi đó, δ mang ý nghĩa sai số cho phép Ký hiệu(r) ≡ (ξm ,ξM ) ≡ (ξm ,ξM = ξm + r) “khối hộp” n-chiều giới hạn điểm “dưới trái” ξm (x1m , xm2 , xmn ) điểm “trên phải” ξM (x1M , xM2 , xMn ) , Ta nói đỉnh ξi ∈ (ξm , ξM) {} ∀j ∈(1…n), xjm ≤ xji ≤ xjM Giả thiết khối hộp có chứa D đỉnh (hay “node”) - ghi thuộc sở liệu khơng gian Mục đích xây dựng phương pháp giấu bit thông tin vào khối hộp ξm ,ξM nói trên, với giả thiết r j ≥ δ với j {1 n} Chia không gian thành “khối hộp đơn vị” sau: Chọn giá trị R ∈ σ , σ = f(K), (f hàm có biến phụ thuộc khố K),   xij     σ≤ δ Với , ξi ∈R xây dựng vetor i     với j ∈ (1…n)tức ,   (n) ξi ∈Z(n) hay ξi thuộc không gian vector với tọa độ nguyên, nói cách khác, ζi ảnh ξi ánh xạ ξi vào không gian vectơ tọa độ ngun Ký hiệu ξ (khơng có số) tập hợp vectơ thuộc không gian vectơ tọa độ thực ζ (khơng có số) tập hợp vectơ thuộc không gian vectơ tọa độ nguyên Để tránh sử dụng nhiều ký hiệu, ta quy ước dùng cụm từ "vectơ ζ " hay "ζ " để vectơ tọa độ nguyên "không gian ζ " để không gian tọa độ nguyên n-chiều Tạo phân hoạch không gian ζ : ζ = U{ζc ,ζl }, đó: Nhận xét: Tính chẵn lẻ ζ thay đổi có tọa độ thay đổi đơn vị - hay bước σ Trường hợp tổng quát, tính chẵn lẻ ζ thay đổi ζ thay đổi từ ζ1 sang ζ2 tổng số bước thay đổi tọa độ ζ là: Không gian ζ chia thành khối n-chiều chẵn lẻ xen kẽ (theo chiều không gian) Ta gọi khối khối chẵn lẻ đơn vị, hay khối hộp đơn vị, ký hiệu (σ) Ta quy định viết ξi {ζ l } (tương ứngξi {ζc }), hiểu ξi thuộc tập {ζ l } (tương ứng, ξi thuộc tập {ζ c }), với bước σ Bằng cách này, ta gán cho ξi thuộc tính chẵn lẻ ứng với đơn vị (hay bước) σ Thủ tục thay đổi tính chẵn lẻ không gian vectơ với tọa độ nguyênζ Ta có nhận xét sau: Thủ tục thay đổi tính chẵn lẻ ξi giữ cho ξi ∈ (v) sử dụng thuật tốn giấu thơng tin trình bày IV KỸ THUẬT GIẤU THÔNG TIN TRẢI PHỔ TRONG CƠ SỞ DỮ LIỆU KHƠNG GIAN Giấu thơng tin 1) Ký hiệu thông tin cần giấu b, b {0,1}; Không sợ nhầm lẫn, sử dụng ký hiệu D = {i i =1 D} tập số {ξ }; V={ξ i }ξi ξm,ξM , i D (V tập khơng có thứ tự vectơ ξ thuộc khối r , sử dụng làm môi trường chứa tin giấu) Giả thiết ξi ∈V có phân phối chuẩn, độc lập thống kê Chọn giá trị θ R thoả điều kiện: Chọn cạnh khối ( ξm, ξM ), cho cạnh có chứa số nguyên lần đoạn θ : n j Khi chia khối hộp ( ξm, ξM ) thành k   k siêu khối vng có kích thước θ j 1 Ký hiệu siêu khối vuông θ tập {( θij) }, i=1 n, j= kj tập có thứ tự siêu khối (θ) thuộc ® Điều kiện l (2) đảm bảo cho siêu khối (θ) có chứa ln siêu khối chẵn lẻ đơn vị σ Như siêu khối (r) có chứa κ khối vng (θ) h = κ ln khối đơn vị (σ) 2) Dùng khoá giấu tin làm mầm (seed) để sinh vectơ giả ngẫu nhiên w ∈{± 1}(k) , k/ θ ∈ N+ , κ sử dụng với vai trò hệ số trải phổ bước 3) Thông tin cần giấu b "trải phổ" thông qua phép biến đổi w m ← b* w r : Dễ thấy w m ∈{± 1}(k) , bit thông tin trải thành k bit 4) Xây dựng vectơ θ có quan hệ 1/1 với w m : θ ↔ w m sau: Bằng cách ta gán cho thành phần θ k giá trị wmk , nói cách khác:  ∈{± 1}(k) 5) Với ∀ θ ∈ r , tạo phân hoạch {( θ)} = {( θ)+} ∪{( θ)-}.Trong ( θ) ∈{( θ)+} nếu: 6)Với ∀ (θj) ∈ (r), ∀ξi ∈(θj) biến đổi vector ξi ∈V sau: Tín hiệu watermark thành lập qua bước 1, Bước 5, thực giấu bit thông tin vào khối (ξm ,ξM ) 2.Khôi phục thông tin Tại thời điểm khơi phục thơng tin, ta có (ξm ,ξM ), khoá K, tham số r , θ ,k 1)Thực bước thuật toán giấu tin ta nhận w r ∈{± 1}(k) 2) Gọi J= {j |j = 1…k} tập số cho thành phần w r 3) Thực bước thuật toán giấu tin, ta nhận phân hoạch: 4) Xây dựng vector  ∈{± 1}(k) sau: Trong zlc (  , w r ) tích vơ hướng (tương quan tuyến tính)  w , nhận giá trị -1 b=0 nhận giá trị +1 b=1 khơng có cơng Khi có cơng [9], tức ξi bị dịch chuyển ngẫu nhiên phạm vi  : Ta viết:  ←  +  Theo cách xây dựng  bước 2,3,4 thuật toán giấu tin giả thiết công [9],  , , biến ngẫu nhiên, có phân bố chuẩn, độc lập thống kê Theo lý thuyết xác suất ta có: Từ ta nhận kết quả: ∃T ≥ để: Vấn đề xác định ngưỡng T lỗi bit vượt khn khổ báo này, trình bày viết V KẾT QUẢ CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM Thuật tốn giấu thơng tin sở liệu khơng gian sử dụng thuộc tính chẵn lẻ theo phương pháp kiểm soát độ chênh lệch số lượng bít chẵn lẻ trình bày [9] Trong thuật toán giấu tin vào liệu khơng gian có sử dụng kỹ thuật trải phổ đề cập với mục tiêu tăng cường độ mật tin giấu đồng thời giữ tính bền vững trước cơng Thuật tốn cài đặt thử nghiệm CSDL đồ số tỷ lệ 1:50.000 (2D) với giả thiết tọa độ kinh vĩ độ phép sai số độ dài ∆=0.025km, sai số tọa độ cho phép ∆λ, ∆ϕ tính theo cơng thức (1) (2) trình bày [9] Lấy δ = α.min {∆λ,∆ϕ}=α.∆ϕ với α hệ số định khả che giấu (undetectability) thông tin Thực nghiệm tiến hành 10.000 mẫu giấu bit 0; 10.000 mẫu giấu bit 10.000 mẫu không giấu thơng tin Điều kiện cơng: α=0.1; δ=1.59*10-5 Hình 1: Kết thử nghiệm mẫu đồ số tỷ lệ 1:50.000 kích thước (0.01x0.01)0 Bước thuật tốn giấu tin nhằm đảm bảo tính bảo mật, bước đảm bảo khả tự sửa sai môi trường giấu tin bị công, bước cho phép đồng trình giấu hồi phục thơng tin - vấn đề khó khăn quan trọng cần giải kỹ thuật truyền tin trải phổ Khi kích thước khối tăng lên (số đỉnh khoảng 1000) lỗi bit giảm đáng kể Hình trình bày kết thử nghiệm với khối khơng gian kích thước (0.01x0.01) độ (khoảng 1km2 đồ phẳng tỷ lệ 1:50.000), có chứa 909 đỉnh, số mẫu thử nghiệm 10.000 Kết cho thấy lỗi bít trung bình khơng q ba phần vạn (0.027%) cho trường hợp (không giấu, giấu bit giấu bit 1) KẾT LUẬN Phương pháp kết thử nghiệm trình bày cho thấy giấu thông tin bền vững sử dụng kỹ thuật thông tin trải phổ liệu không gian phương pháp khả thi Kết báo tiếp tục phát triển cho ứng dụng giấu thông tin môi trường liệu không gian nói riêng ứng dụng giấu tin mơi trường liệu số nói chung TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] I.J.COX ET AL., Secure Spread Spectrum Watermarking of Images, Audio and Video, Proc IEEE International Conf on Image Processing, ICIP-96, Vol.3, pp 243-246 [2] D KUNDUR, D HATZINAKOS, A Robust Digital Image Watermarking Method using Wavelet-Based Fusion, Toronto, Ontario, Canada M5S 3G4 [3] DICKINSON B., TAO B., Adaptive Watermarking in DCT Domain, Proc of IEEE International Conf on Acoustics Speech and Signal Processing, ICASSP-97, Vol.4, pp.1985-2988, 1997 [4] MARTIN KUTTER, FREDRIC JORDAN, FRANK BOSSEN, Digital Signature of Color Images using Amplitude Modulation, 1015 Lausanne Switzerland, năm 2000 [5] M RAMKUMAR, ALI N AKANSU, A Robust Data Hiding Scheme for Images Using DFT, New Jersey Institute of Technology, Newark, NJ 07102 [6] R Z WANG, C F LIN, AND J C LIN Image Hiding by LSB Substitution and Genetic Algorithm, Proceedings of International Symposium on Multimedia Information Processing, Chung-Li, Taiwan, R.O.C, December 1998, 671-683 [7] VŨ BA ĐÌNH, NGUYỄN XUÂN HUY, ĐÀO THANH TĨNH, Đánh giá khả giấu liệu đồ số, Tạp chí Tin học Điều khiển học, số 4/2000, 347-353 [8] VŨ BA ĐÌNH, NGUYỄN XUÂN HUY, ĐÀO THANH TĨNH, Kỹ thuật giấu liệu đồ số, Chuyên san Bưu Viễn thơng, số 8/2002, 85-92 [9] VŨ BA ĐÌNH, Giấu thông tin sở liệu không gian, Tạp chí nghiên cứu khoa học kỹ thuật cơng nghệ Quân sự, số 4, 30-37  ... cho trường hợp (không giấu, giấu bit giấu bit 1) KẾT LUẬN Phương pháp kết thử nghiệm trình bày cho thấy giấu thơng tin bền vững sử dụng kỹ thuật thông tin trải phổ liệu không gian phương pháp khả... NGHIỆM Thuật toán giấu thông tin sở liệu không gian sử dụng thuộc tính chẵn lẻ theo phương pháp kiểm sốt độ chênh lệch số lượng bít chẵn lẻ trình bày [9] Trong thuật tốn giấu tin vào liệu khơng gian. .. khơng gian vectơ với tọa độ nguyênζ Ta có nhận xét sau: Thủ tục thay đổi tính chẵn lẻ ξi giữ cho ξi ∈ (v) sử dụng thuật tốn giấu thơng tin trình bày IV KỸ THUẬT GIẤU THƠNG TIN TRẢI PHỔ TRONG CƠ SỞ