Doko vn 341430 tim hieu cac ky thuat gia

[Type text] ĐẠI H C THÁI NGUYÊN TRƯỜNG Đ I HỌC CNTT&TT Ph m Trung ThƠnh TÌM HIỂU CÁC KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG NH Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mƣ số: 60 48 01 LU N VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH KHOA H C MÁY TÍNH Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Bùi Thế Hồng Thái Nguyên - 2011 Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn M Đ U CHƯ NG T NG QUAN V GIẤU THÔNG TIN 1.1 Giới thi u chung: 1.2 Gi u thông tin vƠ vƠi nét v lịch s c a 1.2.2 Phơn lo i kỹ thuật gi u tin: .7 1.2.3 VƠi nét v lịch sử gi u tin: .9 1.3 Mơ hình kỹ thu t gi u tin 10 1.4 M t s ng d ng đ c tri n khai: 12 1.5 Gi u thông tin d li u đa ph ng ti n: .14 1.5.1 Gi u thông tin nh: 14 1.5.2 Gi u thông tin audio: 15 1.5.3 Gi u thông tin video 16 1.6 Đ an toƠn c a m t h th ng gi u tin 17 1.7 Các t n công h gi u tin 18 CHƯ NG CÁC TệNH CHẤT VÀ Đ C TRƯNG C A GIẤU THÔNG TIN TRONG NH 19 2.1 Gi u thông tin nh, nh ng đ c tr ng vƠ tính ch t .19 2.2 Gi u thông tin nh đen tr ng, nh mƠu vƠ nh đa c p xám .21 2.3 H th ng thị giác ng i vƠ mơ hình mƠu c a nh .23 2.4 Bi u di n nh máy tính: 27 2.4.1 nh vector 29 2.4.2 nh mƠnh 30 2.5 Các định d ng nh thông d ng 32 2.5.1 Định d ng nh IMG .32 2.5.2 Định d ng nh PCX .33 2.5.3 Định d ng nh TIFF (Targed Image File Format) 33 2.5.4 Định d ng nh GIF (Graphics Interchanger Format) 34 2.6 Nén nh 34 2.6.1 Tỉ lệ nén (Compression rate) 35 2.6.2 Một số phư ng pháp nén nh 35 2.7 M t s tiêu chí đánh giá kỹ thu t gi u thông tin nh s 38 2.7.1 Tính vơ hình 38 2.7.2 Kh gi u thông tin 38 2.7.3 Ch t lượng c a nh có gi u thơng tin 38 2.7.4 Tính b n vững c a thơng tin gi u .39 2.7.5 Thuật tốn vƠ độ ph c t p tính tốn 39 2.8 M t s ch ng trình gi u tin nh 40 2.8.1 Hide And Seek V4.1 40 2.8.2 Stego Dos 40 2.8.3 White Noise Storm 40 2.8.4 S – Tools for Windows 40 2.9 Các kỹ thu t x lí m nh: 41 CHƯ NG M T S THUẬT TOÁN GIẤU THƠNG TIN 43 Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3.1 Giới thi u 43 3.2 Thu t tốn gi u thơng tin kh i bit 45 3.2.1 Kỹ thuật gi u tin ngơy th 45 3.2.2 Kỹ thuật gi u tin Wu - Lee 50 3.2.3 Kỹ thuật gi u tin Chen – Pan – Tseng 53 3.3 Thu t toán gi u thơng tin thay bit có trọng s th p nh t 57 3.3.1 Thuật toán 59 3.3.2 Phơn tích, đánh giá thuật tốn 61 3.4 M t s kỹ thu t gi u tin khác 61 3.4.1 Kỹ thuật gi u tin dựa b ng mƠu 62 3.4.2 Kỹ thuật tr i ph (Spread Spectrum Communication) 62 3.4.3 Kỹ thuật dùng hệ số DCT (Discrete Cosine Transform) .63 CHƯ NG TRIỂN KHAI NG D NG 64 4.1 Phơn tích vƠ định rõ yêu c u 64 4.2 Yêu c u v c u hình hệ thống 64 4.3 Thi t k chư ng trình .64 4.4 Hướng dẫn sử dụng chư ng trình 65 4.5 K t qu thử nghiệm 67 4.6 Hướng phát triển ti p theo 69 K T LUẬN 70 TÀI LI U THAM KH O 71 Tiếng Vi t 71 Tiếng Anh 71 Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn M Đ U Sự đời vƠ ti n vượt bậc c a công nghệ thơng tin đánh giá lƠ động lực c a thay đ i, lƠ bước ngoặt lịch sử phát triển c a xƣ hội, đưa th giới chuyển từ kỷ nguyên công nghiệp sang kỷ nguyên thông tin vƠ phát triển n n kinh t tri th c Cuộc cách m ng thông tin kỹ thuật số đƣ đem l i thay đ i sơu sắc sống c a nhơn lo i HƠng lo t máy móc thi t bị số đ i máy tính cá nhân, máy nh kỹ thuật số, máy quét, máy in, máy ghi ơm kỹ thuật số đƣ đời đem l i nhi u tiện ích cho người sử dụng Đi kèm theo ph n m m xử lý tiện ích v n n n vi ph m b n quy n, ăn cắp thông tin, truy cập trái phép ngƠy cƠng tinh vi vƠ khó kiểm sốt Hiện đƣ có số kỹ thuật đ xu t để khắc phục v n đ ví dụ mƣ hóa thơng tin, chữ ký số, RSA, gi u tin s n phẩm đa phư ng tiện Kỹ thuật gi u tin bi t đ n b i hai lĩnh vực ch y u lƠ Steganography (gi u tin mật) vƠ Watermarking (th y vân) Steganography lƠ kỹ thuật gi u tin mật vƠo liệu truy n thông ( nh, văn b n, nh c, phim ) để chuyển t i đ n người nhận mƠ th ba bi t đ n t n t i c a thông tin mật trình truy n Kỹ thuật Steganography lƠm thay đ i tư lĩnh vực b o mật thơng tin b i tính kh thi c a việc ẩn lượng thông tin mật liệu thơng thường mƠ khó bị phát giác quan c a người Bên c nh Watermarking sử dụng ch y u lĩnh vực b o vệ b n quy n s n phẩm số cách đưa thông tin b n quy n tên tác gi , logo vƠo s n phẩm Với t n t i c a thông tin th y vơn nhƠ s n xu t ch ng minh ngu n gốc c a s n phẩm s n phẩm phát tán không hợp pháp C hai kỹ thuật sử dụng với mục đích khác song chúng đ u có đặc điểm chung lƠ gi u thông tin vƠo s n phẩm số cho không bị phát b i người th ba q trình trao đ i thơng tin m ng Hiện kỹ thuật gi u thông tin mật đƣ quan tơm, nghiên c u vƠ triển khai ng dụng rộng rƣi c quan quơn sự, ngo i giao, an ninh, giáo dục vƠ c doanh nghiệp c n trao đ i thơng tin quan trọng Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Xu t phát từ nhu c u trên, học viên quy t định lựa chọn đ tƠi “Tìm hiểu kỹ thuật gi u tin nh” nhằm nghiên c u, đánh giá kỹ thuật gi u tin nh vƠ chọn lựa vƠi kỹ thuật gi u tin tốt để cƠi đặt thử nghiệm vƠ so sánh đánh giá Nội dung luận văn trình bày bốn chương: Chư ng trình bày số khái niệm c b n c a kỹ thuật gi u thông tin; phơn lo i kỹ thuật gi u tin; ng dụng c b n; mô hình t ng quát c a kỹ thuật gi u tin vƠ vƠi ph n m m gi u tin có Chư ng trình bày nghiên c u v kỹ thuật gi u tin môi trường nh; khác biệt c a kỹ thuật gi u tin lo i nh khác nhau; tính ch t vƠ yêu c u c a hệ gi u tin nh Chư ng kh o sát, đánh giá, so sánh số kỹ thuật gi u thông tin c b n Chư ng phát triển chư ng trình gi u tin thử nghiệm sử dụng hai kỹ thuật gi u tin “Ngơy Th ” Chen - Pan - Tseng Đánh giá vƠ so sánh ch t lượng c a hai kỹ thuật nƠy Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CH NG T NG QUAN V GI U THÔNG TIN 1.1 Giới thiệu chung: Cuộc cách m ng thông tin kỹ thuật số đƣ đem l i thay đ i sơu sắc xƣ hội vƠ sống c a Những thuận lợi mƠ thông tin kỹ thuật số mang l i sinh thách th c vƠ c hội cho trình đ i Sự đời ph n m m có tính r t m nh, thi t bị máy nh kỹ thuật số, máy quét ch t lượng cao, máy in, máy ghi ơm kỹ thuật số, v.v , đƣ sáng t o c s tho mƣn th giới tiêu dùng rộng lớn, để xử lý vƠ thư ng th c liệu đa phư ng tiện (multimedia data) M ng Internet toƠn c u đƣ hình thƠnh xƣ hội o n i diễn q trình trao đ i thơng tin lĩnh vực trị, quơn sự, quốc phịng, kinh t , thư ng m iầChính mơi trường m vƠ tiện nghi th xu t v n n n, tiêu cực r t c n đ n gi i pháp hữu hiệu cho v n đ an toƠn thông tin n n ăn cắp b n quy n, n n xuyên t c thông tin, truy nhập thơng tin trái phép v.v Tìm gi i pháp cho v n đ nêu không t o u kiện sơu vƠo lĩnh vực công nghệ ph c t p phát triển r t nhanh nƠy mƠ dẫn đ n c hội phát triển kinh t Gi i pháp cho vấn đề ? Trong trình phát triển lâu dài, nhi u phư ng pháp b o vệ thông tin đƣ đưa ra, gi i pháp dùng mật mã học gi i pháp ng dụng rộng rãi nh t Các hệ mật mƣ đƣ phát triển nhanh chóng vƠ ng dụng r t ph bi n cho đ n tận ngƠy Thông tin ban đ u mã hố thành ký hiệu vơ nghĩa, sau l y l i thơng qua việc gi i mã nhờ khoá c a hệ mƣ Đƣ có r t nhi u hệ mã ph c t p sử dụng DES, RSA, Các phư ng pháp nƠy thực t tỏ r t hiệu qu vƠ ng dụng ph bi n Tuy nhiên luận văn không sơu nghiên c u v hệ mật mã mà ti p cận với phư ng pháp đƣ vƠ nghiên c u, phát triển nhi u nước th giới, lƠ phư ng pháp che gi u thơng tin Phư ng pháp nƠy cịn Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ph c t p, ng dụng an tồn b o mật thơng tin, xem cơng nghệ chìa khố cho v n đ b o vệ b n quy n, nhận thực thông tin vƠ u khiển truy cập ầ Để b o đ m an toƠn cho nội dung c a thông tin, người ta thường sử dụng phư ng pháp mƣ hố thơng tin, nhằm gi u ý nghĩa c a Để giữ bí mật cho thơng tin, người ta tìm cách che gi u diện c a Xu hướng lƠ k t hợp hai kỹ thuật: mƣ hóa thơng tin sau che gi u thơng tin Mƣ hố vƠ che gi u thơng tin có quan hệ chặt chẽ với Nhi u ý tư ng c a kỹ thuật mật mƣ (Cryptography) r t hữu ích công việc che gi u hữu c a thông tin Nghiên c u việc k t hợp hai kỹ thuật mật mƣ vƠ che gi u liệu, nhằm khắc phục nhược điểm h n ch c a lo i, cho phép xơy dựng hệ thống b o mật, an toƠn cho việc chuyển t i liệu phư ng tiện thông tin đ i chúng Cryptology NgƠnh mật mƣ Cryptography Mật mƣ Steganography Gi u tin mật Hình Phơn c p lĩnh vực nghiên c u c a m t mƣ học Gi u thông tin, xét theo khía c nh t ng quát lƠ hệ mƣ mật, nhằm đ m b o tính an toƠn thông tin Phư ng pháp nƠy ưu điểm làm vơ hình nội dung thơng tin ch a b c nh, lƠ biện pháp hữu hiệu, h n ch tối đa phá ho i c a tên tin tặc (hacker) Việc gửi b c nh thông thường không gơy tò mò, ý c a tên tin tặc 1.2 Gi u thông tin vài nét v lịch sử c a 1.2.1 Định nghĩa gi u thơng tin[16]: Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Ảiấu thông tin kỹ thuật nhúng (giấu) lượng thông tin số vào đối tượng liệu số khác Kỹ thuật gi u thông tin nhằm hai mục đích đ m b o an toƠn vƠ b o mật thông tin: lƠ b o mật cho liệu đem gi u, hai lƠ b o mật cho đối tượng dùng để gi u tin Hai mục đích khác nƠy dẫn đ n hai khuynh hướng kỹ thuật ch y u c a gi u tin Khuynh hướng th nh t lƠ gi u tin mật (steganography) Khuynh hướng nƠy tập trung vƠo kỹ thuật gi u tin cho thông tin gi u nhi u vƠ quan trọng lƠ lƠm người khác khó phát đối tượng có bị gi u tin bên hay không Khuynh hướng th hai lƠ thuỷ vơn số (watermarking) Khuynh hướng thuỷ vơn số có mi n ng dụng lớn h n nên quan tơm nghiên c u nhi u h n vƠ thực t đƣ có r t nhi u kỹ thuật thuộc v khuynh hướng nƠy Thuỷ vơn số tập trung vƠo việc sử dụng kỹ thuật gi u tin, dùng thông tin gi u để b o vệ s n phẩm thông tin số nh, audio hay video N i bật nh t lƠ ng dụng b o vệ b n quy n 1.2.2 Phân lo i kỹ thuật giấu tin: Do kỹ thuật gi u thơng tin số hình thành thời gian g n đơy nên xu hướng phát triển chưa n định Nhi u phư ng pháp mới, theo nhi u khía c nh khác vƠ đ xu t, b i chưa thể có định nghĩa xác, đánh giá phơn lo i rõ ràng Một số tác gi đƣ đưa cách đánh giá phơn lo i, chí định nghĩa, khơng lơu sau l i có định nghĩa khác, phân lo i khác đ xu t S đ phân lo i hình Fabien A P Petitcolas đưa năm 1999, sau hội nghị quốc t l n th hai v gi u tin năm 1998 vƠ đƣ ch p nhận rộng rãi giới nghiên c u [3] Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Information hiding Gi u thông tin watermarking Thuỷ vơn số steganography Gi u tin mật Intrinsic Gi u tin có xử lý Robust Copyright marking Thuỷ vơn b n vững Pure Gi u tin đ n thu n Imperceptible Watermarking Thuỷ vơn ẩn Fragile Watermarking Thuỷ vơn “dễ vỡ” Visible Watermarking Thuỷ vơn Hình Phơn lo i kỹ thu t gi u thông tin S đ phơn lo i nƠy b c tranh khái quát v ng dụng vƠ kỹ thuật gi u thông tin Dựa việc thống kê x p kho ng 100 cơng trình đƣ cơng bố số t p chí, với thơng tin v tên vƠ tóm tắt nội dung c a kho ng 200 cơng trình đƣ cơng bố internet, chia lĩnh vực gi u liệu lƠm hai hướng lớn, lƠ watermarking steganography N u watermark quan tơm nhi u đ n ng dụng gi u mẩu tin ngắn đòi hỏi độ b n vững lớn c a thông tin c n gi u (trước bi n đ i thông thường c a tệp liệu mơi trường) steganography l i quan tơm tới ng dụng che gi u b n tin đòi hỏi mật độ vƠ dung lượng cƠng lớn cƠng tốt Đối với hướng lớn nƠy, trình phơn lo i theo tiêu chí khác ti p tục thực hiện, ví dụ dựa theo nh hư ng tác động từ bên ngoƠi chia watermark thƠnh hai lo i, lo i b n vững với tác động chép trái phép, lo i th hai l i c n tính ch t hoƠn toƠn đối lập, ph i dễ bị phá huỷ trước tác động nói Cũng chia watermark theo đặc tính, lo i c n che d u để có số người ti p xúc với th y thơng tin, lo i th hai đối lập, c n người nhìn th y Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Steganography - Tập trung vƠo việc gi u cƠng nhi u thông tin cƠng tốt, ng dụng truy n liệu thông tin mật - Cố gắng lƠm nhỏ nh t nh hư ng đ n ch t lượng c a đối tượng vỏ để không bị ý đ n liệu đƣ gi u - Thay đ i stego-object lƠm cho liệu gi u bị sai lệch (nh t lƠ ng dụng nhận thực thông tin) Watermarking - Không c n gi u nhi u thông tin, c n lượng thông tin nhỏ đặc trưng cho b n quy n c a người s hữu - Trong trường hợp thuỷ vơn nhìn th y thuỷ vơn - Thuỷ vơn ph i b n vững với t n cơng có ch đích khơng có ch đích vƠo s n phẩm B ng Phơn bi t gi a Steganography vƠ Watermarking 1.2.3 Vài nét lịch sử giấu tin: Từ Steganography bắt ngu n từ thời Hi L p c vƠ sử dụng ngƠy nay, có nghĩa lƠ tƠi liệu ph (covered writing) Các cơu chuyện kể v kỹ thuật gi u thông tin truy n qua nhi u th hệ Có lẽ ghi chép sớm nh t v kỹ thuật gi u thông tin (thông tin hiểu theo nghĩa nguyên th y c a nó) thuộc v sử gia Hi L p Herodotus Khi b o chúa Hi L p Histiaeus bị vua Darius bắt giữ Susa vƠo th kỷ th năm trước Công Nguyên, ông ta đƣ gửi thơng báo bí mật cho rể c a lƠ Aristagoras Miletus Histiaeus đƣ c o trọc đ u c a nô lệ tin cậy vƠ xăm thông báo da đ u c a người nơ lệ y Khi tóc c a người nơ lệ nƠy mọc đ dƠi người nô lệ gửi tới Miletus Cơu chuyện khác v thời Hi L p c đ i Herodotus ghi l i Môi trường để ghi văn b n lƠ viên thuốc bọc sáp ong Demeratus, người Hi L p, c n thông báo cho Sparta Xerxes định xơm chi m Hi L p Để tránh bị phát hiện, đƣ bóc lớp sáp khỏi viên thuốc r i khắc thông báo lên b mặt viên thuốc nƠy, sau bọc l i viên thuốc lớp sáp Những viên thuốc chuyển công khai vƠ lọt qua kiểm sốt cách dễ dàng Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 59 Thực gi u tin vƠo nh theo kỹ thuật LSB, lật bit bên ph i nh t 0 0 11111111 00000000 00000000 00000000 11111111 00000000 00000000 00000000 11111111 00000001 00000001 00000000 11111110 00000000 00000000 00000001 11111111 K t qu 11111110 Hình 36 Gi u thông tin theo kỹ thu t LSB Thử nghiệm máy tính cho th y, thay đ i giá trị c a mƠu thƠnh ph n từ tr lên (theo lý thuy t, mƠu phơn biệt dựa mƠu sắc, cách biệt bước sóng mƠu khác từ 10 nm) mắt người phát thay đ i 3.3.1 Thuật toán Sự đa d ng với ưu, nhược điểm c a phư ng pháp gi u tin nh mƠu cho phép người lập trình lựa chọn thuật tốn phù hợp với nhiệm vụ đặt Hiện nay, thuật toán LSB ng dụng rộng rƣi có ưu điểm như: dễ cƠi đặt, không c n quan tơm nhi u đ n việc chọn điểm gi u tin, ch t lượng nh bị thay đ i sau gi u tin Tư tư ng c a thuật toán lƠ chọn ngẫu nhiên điểm nh, với điểm nh, chọn ngẫu nhiên byte mƠu, sau gi u bit tin vƠo bit mƠu có trọng số th p nh t Để tăng tính b o mật, thơng tin thường nhúng vƠo vùng nh mƠ mắt người nh y c m (ví dụ vùng có mƠu xanh vƠ tím) Đối với nh 24 bit m u, điểm nh ch a byte, m u xác định b i số nguyên có giá trị mi n từ đ n 256 Thuật toán thay th k bit có trọng số nhỏ nh t sử dụng nh 24 bit m u biểu diễn qua bước sau: Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 60 B1 Thông tin c n gi u biểu thị b i lu ng bit vƠ lu ng bit nƠy chia nhỏ thƠnh cụm k bit EiB, EiG, EiR Điểm nh th i ký hiệu Hi ch a 24 bit tách lƠm byte riêng Bi , Gi, Ri ng m u xanh lục, xanh lam, đỏ vƠ từ byte nƠy l i tách khối k bit cuối kí hiệu Bik , Gik, Rik B2 Thay th Bik , Gik, Rik b i giá trị tư ng ng EiB, EiG, EiR Mỗi điểm nh nhận được, ký hiệu Hi' mang x (8 - k) bit có trọng số cao cho thông tin v nh vƠ x k bit trọng số th p cho thông tin gi u Gọi nh nhận sau thay th lƠ H' B3 Tách thông tin cách tách từ điểm nh cụm k bit từ byte B i , Gi, Ri vƠ chắp l i thƠnh b n tin gi u Kỹ thuật nƠy đ n gi n n u b n tin trước gi u đƣ mƣ hoá vƠ trật tự gi u thơng tin chọn theo quy luật nƠo việc tách thơng tin từ H' khơng đ n gi n B1 gọi lƠ bước r i tin Thơng tin mƣ hố, sau t o hƠm băm ngẫu nhiên (Ramdommize [seed]) Tham số seed lƠ h t giống để sinh số ngẫu nhiên N u dùng h t giống, sinh chuỗi số ngẫu nhiên giống nhau, lƠ điểm chọn để gi u tin nh Quá trình r i tin ph i kiểm tra để chọn điểm chưa có tin gi u (Collection) Đặc tính c a hƠm Collection lƠ khơng lưu giá trị trùng lặp, nên điểm sinh lƠ nh t B2 lƠ bước gi u thông tin vƠo nh Mỗi l n chọn byte thông tin, trích bit từ đ n 8, gi u bit tin vƠo điểm nh chưa dùng Có thể gi u tối đa bit tin điểm nh Ví dụ chọn vùng có mƠu lam để gi u tin: 00001110 00000000 00000000 20 15 29 21 33 28 12 15 14 36 44 44 20 15 Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 61 27 12 31 37 12 16 16 14 Hình 37 Phơn tích giá trị c a m t m nh ng u nhiên đ c chọn B3 lƠ bước gi i mƣ, qui trình thực tu n tự sau: B3.1 Cung c p h t giống seed B1 đƣ dùng, tìm điểm nh vƠ byte có ch a thơng tin Trích bit tin mật B3.2 Ghép bit tin mật thƠnh byte thông tin, chắp byte thƠnh b n tin mƣ hoá B3.3 Gi i mƣ, thu thơng tin gi u 3.3.2 Phân tích, đánh giá thuật toán Thuật toán nhúng tin coi lƠ an toƠn n u thông tin nhúng không bị phát thời gian phát thông tin gi u lƠ đ lơu, b o đ m bí mật Kỹ thuật LSB cho phép gi u tối đa [log2(mn+1)] bit liệu vào khối nh kích thước m x n Hàm f (tỉ lệ gi u tin) tính theo cơng th c [3]: f  log ( mn 1) mn Vậy f có giá trị gi m theo tích m x n, kích thước khối nh chia cƠng nhỏ cƠng gi u nhi u tin Tuy nhiên, độ an toƠn c a thông tin l i phụ thuộc tỉ lệ thuận vƠo kích thước khối nh: kích thước khối cƠng lớn, độ an toƠn cho thơng tin gi u cƠng cao Vì th việc chọn kích thước khối gi u tin lớn lƠm tăng độ an toƠn l i gi m tỉ lệ tin gi u vƠ ngược l i, kích thước khối nhỏ lƠm tăng tỉ lệ tin gi u l i lƠm gi m độ an toƠn Thơng thường ta nên chọn kích thước khối cho [log2(m x n + 1)] = 4, t c lƠ gi u tối đa bit hay bit liệu vƠo khối nh kích thước m x n 3.4 Một số kỹ thuật gi u tin khác Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 62 3.4.1 Kỹ thuật giấu tin dựa b ng màu Phư ng pháp gi u tin sử dụng kỹ thuật LSB thường áp dụng cho lo i nh có b ng mƠu V n đ n y sinh thay đ i giá trị c a bit LSB t c lƠ lƠm thay đ i trỏ đ n b ng mƠu N u b ng mƠu không x p, x y trường hợp mƠu đối lập đ ng k nhau, dẫn đ n tình tr ng bit có gi u tin dễ bị phát Có thể gi i quy t v n đ theo hai cách:  Sắp x p l i b ng mƠu, gam mƠu giống đặt k  M rộng b ng mƠu cách đưa thêm số mƠu lơn cận vƠo b ng mƠu Hai cách dễ bị phát người thám tin dò b ng mƠu C i ti n phư ng pháp x p mƠu theo độ chói, mắt thường khó nhận bi t h n 3.4.2 Kỹ thuật tr i phổ (Spread Spectrum Communication) Kỹ thuật nƠy [11] ng dụng rộng rƣi thông tin vô n c a quơn đội, kh gi u tin lớn (1/5 - 1/50), độ b n vững cao (không hư tin mật dùng phép nén, cộng nhiễu) Tuy nhiên, n u dùng phép lọc nhiễu, người thám tin phá hỏng tin mật Để truy n thông tin M từ máy phát A đ n máy thu B, người ta chia M thƠnh gói nhỏ {s1, s2, , sm} Mỗi gói tin nhỏ si tr i ph trước đưa lên kênh truy n mƣ tr i ph (dùng chung cho c bên phát vƠ bên thu) K t qu lƠ ph c a tín hiệu tr i rộng g p hƠng trăm l n so với ban đ u vƠ mật độ lượng ph th p xuống, lƠm cho tín hiệu tin mật giống với nhiễu có sẵn nh, nên r t khó dị tìm Coi nh vƠ tin mật d i ph , việc gi u tin thực cách tr i d i ph có lượng th p (tin mật) vƠo d i ph có lượng cao (các điểm nh) Phư ng pháp nƠy đƣ nghiên c u kỹ lưỡng nhằm đ t mục tiêu b o mật, an tồn cho thơng tin Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 63 3.4.3 Kỹ thuật dùng hệ số DCT (Discrete Cosine Transform) Kỹ thuật nƠy dùng cho nh JPEG, lƠ nh ph bi n m ng, kích thước nh gọn nh JPEG khơng dùng phư ng pháp xử lý bit mƠ dùng phư ng pháp bi n đ i cosin rời r c Phép bi n đ i cosin rời r c lƠm m t liệu lỗi lƠm tròn giá trị c a cosin Độ lệch liệu gốc vƠ liệu phục h i sau bi n đ i phụ thuộc vƠo phư ng pháp sử dụng để tính giá trị c a cosin nh JPEG chia thƠnh khối x Sau tính hệ số bi n đ i cosin rời r c cho ma trận Các hệ số tính đem nhơn với ma trận lượng hố K t qu thu lƠm trịn đ n số nguyên g n nh t, r i nén vƠ lưu l i Các c u tử DCT lƠ n i cho phép gi u liệu Có thể chọn hệ số DCT lớn, có lượng cao nên lƠm thay đ i nh, đem sửa chút (gi u tin) Cách khác lƠ chọn DCT vùng mắt người nh y c m Hai cách nƠy không bị phát mắt thường bị phát b i phư ng pháp phơn tích thống kê Vùng lượng cao, thích hợp cho gi u tin, b n vững th p Hình 38 Phơn chia hai vùng l Các hệ số DCT Vùng lượng th p, b n vững cao, kh gi u tin ng c a kh i DCT x vùng lượng cao không b n vững trước phép xử lý nh tịnh ti n vƠ dịch chuyển NgoƠi kỹ thuật đƣ đ cập, nhi u kỹ thuật khác [11, 21] phư ng pháp bi n đ i Fourier, mƣ khối b mặt, gi u tin dựa vƠo kỹ thuật xử lý nh, Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 64 CHƯ NG TRIỂN KHAI NG D NG 4.1 Phơn tích vƠ định rõ yêu c u Thông tin c n gi u để thử nghiệm lƠ văn b n d ng text nh chọn để gi u thử nghiệm lƠ nh có định d ng Bmp nh sau gi u tin c n đánh giá đ t hay không đ t v ch t lượng c a nh, dung lượng tin gi u, so sánh ch t lượng c a hai kỹ thuật gi u tin nƠy 4.2 Yêu c u v c u hình hệ thống Chư ng trình khơng địi hỏi nhi u v ph n c ng c a hệ thống xơy dựng ph n m m Matlab, hệ thống c n đáp ng yêu c u tối thiểu c a công nghệ nƠy: - CPU Pentum III - Ram 256 MB tr lên - Hệ u hƠnh Windows XP - Đƣ cƠi đặt chư ng trình Matlab chép cƠi CRInstaller.exe thư mục cƠi đặt c a Matlab 4.3 Thi t k chư ng trình Thuật tốn triển khai xơy dựng chư ng trình lƠ kỹ thuật gi u tin Ngơy th vƠ Chen – Pan - Tseng đánh giá lƠ thuật toán c b n lĩnh vực gi u tin (đƣ đ cập ph n chư ng III) Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 65 Giao diện c a chư ng trình gi u tin: 4.4 Hướng dẫn sử dụng chư ng trình 4.4.1 Q trình giấu thơng tin: B1 Chọn nh c n gi u tin cách nhắp chuột vƠo nút B2 Chọn khóa bí mật (đã tạo sẵn theo thuật toán) B3 Chọn nội dung c n gi u B4 Lựa chọn thuật tốn để gi u thơng tin Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 66 B5 Lựa chọn đường dẫn để lưu file nh đƣ gi u thông tin B6 Lựa chọn đường dẫn để lưu file khóa bí mật sau gi u xong nội dung vƠo b c nh B7 Sau thực xong bước ta chọn vƠo nút Embeb để chư ng trình thực gi u thơng tin nh theo thuật tốn đƣ lựa chọn 4.4.2 Q trình khơi phục thơng tin giấu: B1 Chọn File nh đƣ gi u thông tin B2 Lựa chọn file khóa bí mật c a nh B3 Lựa chọn đường dẫn để lưu nội dung sau thực khôi phục thông tin đƣ gi u B4 Lựa chọn thuật tốn để khơi phục thơng tin (Chọn thuật toán đƣ gi u tin) B5 Sau thực xong bước ta chọn vƠo nút Decode để chư ng trình thực khơi phục thơng tin đƣ gi u theo thuật tốn đƣ lựa chọn Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 67 4.5 K t qu thử nghiệm - Đ i với kỹ thu t gi u tin ngơy th : nh gốc xử dụng lƠ nh có định d ng nh Bitmap “Monalisa.bmp” có kích thước lƠ 717x1101, kích thước c a khối m x n chọn lƠ 4x4 Thông tin c n gi u nh có kích thước lƠ 16 bytes vƠ 190 bytes đ u có định d ng kiểu text nh gốc nh có ch a 16 bytes nh có ch a 190 bytes PSNR = 43.280 PSNR = 41.625 - Đối với kỹ thuật giấu tin Chen – Pan – Tseng: nh gốc xử dụng lƠ nh có định d ng nh Bitmap “Monalisa.bmp” có kích thước lƠ 717x1101, hệ số k sử dụng lƠ 4, Thông tin c n gi u nh có kích thước lƠ 16 bytes vƠ 190 bytes đ u có định d ng kiểu text Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 68 nh gốc nh có ch a 16 bytes nh có ch a 190 bytes PSNR = 36.320 PSNR = 33.425 Để đánh giá ch t lượng c a nh sau gi u tin đánh giá thông qua giá trị c a tỉ số PSNR (Peak Signal to Noise Ratio) nh gốc I vƠ nh có ch a thơng tin gi u K có kích thước lƠ m x n N u giá trị c a PSNR nh gốc vƠ nh sau gi u nằm kho ng từ 30 đ n 50 dB, b c nh sau gi u đánh giá lƠ đ t ch t lượng Tuy nhiên giá trị dB cƠng cao cƠng tốt Cơng th c tỉ số PSNR: Trong đó, nh gốc sau gi u thơng tin mật có sai khác với nh gốc ph m vi ch p nhận Tỉ số PSNR gi m từ 43.280 đ n 33.425, y u tố nƠy đ m b o ch t lượng nh ng dụng gi u thông tin mật Nội dung thông tin gi u sau gi i tin không sai lệnh so với nội dung gốc ban đ u Sự thay đ i c a nh sau gi u tin g n không c m nhận b i hệ thống thị giác c a người Kỹ thuật gi u tin Ngơy th đ m b o v ch t lượng nh, thực phép tính nhanh kỹ thuật gi u tin Chen ậ Pan ậ Tseng gi u tin vƠ khôi phục thông tin đƣ gi u m t thời gian tính tốn độ ph c t p c a phép tính nhi u h n Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 69 4.6 Hướng phát triển ti p theo C n nghiên c u sơu kỹ thuật đ ho , cụ thể lƠ phư ng pháp xử lý nh nén Fractal hay bi n đ i Wavelet lƠ xu t phát điểm cho nhi u hướng nghiên c u gi u tin mới, mục đích gi m kích thước tập tin nh mƠ không lƠm m t mát thông tin Mƣ hố thơng tin trước gi u lƠ biện pháp hữu hiệu nh t để b o đ m an toƠn cho thơng tin Mƣ hố sử dụng kỹ thuật mật mƣ khố cơng khai (khố lập mƣ lƠ cơng khai, khố gi i mƣ lƠ bí mật) Lý thuy t đƣ ch ng minh, cơng bố phư ng pháp mƣ hố, cơng khai khố lập mƣ, giữ bí mật khố gi i mƣ, mƠ giữ bí mật c a thơng tin, việc tìm khố gi i mƣ lƠ bƠi tốn nan gi i, theo nghĩa có độ ph c t p v thời gian r t lớn [8] Chư ng trình thử nghiệm xơy dựng chư ng trình Matlab cịn nhi u h n ch thông tin gi u không dƠi, giao diện chưa hỗ trợ font chữ ti ng việt, Thực phép tính cịn m t nhi u thời gian C n ti p tục nghiên c u, hoƠn thiện bƠi toán gi u tin lo i liệu khác Audio, Video để tăng độ b o mật c a nội dung thông tin vƠ tránh nghi ngờ c a kẻ thám tin Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 70 K T LUẬN Luận văn đƣ trình bƠy vƠ đánh giá kỹ thuật gi u tin c b n vƠ đƣ cƠi đặt thử nghiệm chư ng trình gi u tin mật sử dụng hai kỹ thuật Ngơy th vƠ kỹ thuật gi u tin mật Chen – Pan – Tseng để trao đ i thơng tin mật Chư ng trình nƠy thử nghiệm gi u tin mật môi trường nh Có thể dụng tốt thuật tốn với nh đa m c xám vƠ định d ng nh sử dụng b ng mƠu nói chung CƠi đặt, ti n hƠnh thử nghiệm thuật tốn mơi trường định d ng nh Bitmap phù hợp với xu hướng thực t trao đ i thơng tin Thuật tốn cho k t qu thử nghiệm r t tốt với mẫu nh thu từ m ng Internet Sự thay đ i c a nh sau gi u tin g n không c m nhận b i hệ thống thị giác c a người, cho th y thuật tốn áp dụng thực t Chư ng trình đƣ sử dụng hệ thống khóa bí mật, ma trận trọng số k t hợp với phư ng pháp kiểm soát ch t lượng nh gi u tin nhằm xơy dựng lược đ gi u tin nh đ m b o tính mật, tính an toƠn cao lượng tin gi u, đ ng thời nh ch a tin gi u khơng có thay đ i b t thường so với nh gốc Trên đơy lƠ ý ki n ch quan, tác gi luận văn r t mong muốn nhận quan tơm đóng góp ý c a ThƠy, Cô, vƠ người quan tơm đ n lĩnh vực Gi u tin nh Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 71 TÀI LI U THAM KH O Tiếng Vi t Bùi Thế Hồng (2005), “Một vài tiến lược đồ giấu liệu an toàn [1] vơ hình nh hai màu”, T p chí Tin học vƠ u n học, t p 21, s 4-2005 L [2] ng M nh Bá, Nguy n Thanh Thuỷ (1999), “Nhập môn xử lý nh số”, NhƠ xu t b n Khoa học vƠ kỹ thu t Nguy n Xuơn Huy, Tr n Qu c Dũng (2003), “Một số kỹ thuật giấu tin [3] thuỷ ấn nh”, Giáo trình Nguy n Văn Vỵ (2002), ắPhân tích thiết kế hệ thống thơng tin đại”, [4] NhƠ xu t b n Th ng kê Nguy n Văn T o, “Một số kỹ thuật giấu tin áp dụng giấu tin mật [5] nh”, T p chí khoa học vƠ Cơng ngh , Đ i học Thái Nguyên Ngô Qu c T o (2003), “Xử lý nh”, BƠi gi ng [6] Tiếng Anh [7] Ben Lee (2002), "Steganography", A Powerpoint Presentation about Technical of Data Hiding, ECE 487, pp 1-10 [8] Danley Harrisson (2002), “An Introduction to Steganography”, Lecture Notes, pp ậ [9] Fabien A.P Peticolas, Ross J.Anderson and Markus G.Kuhn (1998) “Attack on Copyright Marking System”, Second workshop on information hiding, in vol.1525 of Lecture, Notes in Computer Science, Portland, Oregon, USA 14 ậ 17, pp 218 ậ 238 Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 72 [10] J.Fridrich, "Applications of data hiding in digital images", Center for Intelligent System, SUNY Binghamton, NY 13902 ậ 6000, USA, and Mission Research Corporation [11] Lisa M.Marvel, Charles G.Boncelet, Charles T Retter (8.1999), "Spread Spectrum Image Steganography", IEEE Transactions On Image, Vol.8, No.8, 1075-1083 [12] M.Y.Wu J.H.Lee (2001), “Proceedings of international Symposium on Multimedia Information Processing”, Princeton University [13] Mahalingam Ramkurmar and Ali N Akansu, “Theoretical Capacity Measures for Data Hiding in Compressed Images”, Department of Electrical and Computer Engineering, New Jersey Institute of Technology, New Jersey Center for Multimedia Research, University Heights, Newark, NJ 07102 [14] Min Wu (2001), "Multimedia Data Hiding", Princeton University [15] R Z Wang, C F Lin, and J C Lin (1998), "Image Hiding by LSB Substitution and Genetic Algorithm", Proceedings of International Symposium on Multimedia Information Processing, Chung-Li, Taiwan, R.O.C, 671-683 [16] Stefan Katzenbeisser, Fabien A.P Peticolas (1999), "Information Hiding Techniques for Steganography and Digital Watermarking", Artech House, Boston - London, pp - 40 [17] W Bender, D Gruhl, N Morimoto, A Lu (1996), "Techniques for data hiding", IBM System Journal Vol 35, No 3&4, MIT Media Lab [18] Yu-Yuan Chen, Hsiang-Kuang Pan, Yu-Chee Tseng (2000), "A Secure Data Hiding Scheme for Two-Color Images", IEEE Symp On Computer and communication, 2000 Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 73 B NG Kụ HI U CÁC CH Chữ vi t tắt VI T T T Ý nghĩa IMG, PCX, TIFF, BMP, Các lo i định d ng nh GIF, JPEG CMY, HSV, RGB, YIQ Các hệ mƠu dùng đ ho CPT, LSB Các thuật tốn gi u thơng tin nh DCT hệ số phép bi n đ i cosin rời r c DES, RSA Các kiểu mƣ hố thơng tin DOS hệ u hƠnh dùng cho máy tính EOF K t thúc tập tin HAS, HVS hệ giác quan c a người LZW, RLC Các kiểu nén thơng tin PSNR Tỷ số tín hiệu cực đ i nhiễu Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... http://www.lrc-tnu.edu .vn 10 Kỹ thuật gi u tin dùng mực không mƠu ph bi n th kỷ 17 c a Wilkins (1614 - 1672), phư ng tiện hữu hiệu cho b o mật thông tin thời gian dƠi, c thời gian chi n tranh th... c quan quơn sự, ngo i giao, an ninh, giáo dục vƠ c doanh nghiệp c n trao đ i thông tin quan trọng Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu .vn Xu t phát từ nhu c... nhận n u sắc mƠu Số hóa Trung tâm ảọc liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu .vn 25 nằm kho ng khơng gian mƠu có độ bƣo hoƠ 0, t c lƠ t t c sắc mƠu chuyển thƠnh trắng T ch c quốc t v chuẩn