Lab03 steganography

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NHẬP MÔN BẢO ĐẢM VÀ AN NINH THONG TIN LAB – TÌM HIỂU VÀ TRIỂN KHAI GIẢI PHÁP ẨN DỮ LIỆU Duy Nguyen KHOA MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THƠNG | UIT.EDU.VN Phụ lục I Lý thuyết Giới thiệu Nhúng bit (LSB) Che giấu lọc Thuật toán biến đổi II Những loại Steganography thông dụng Steganography hình ảnh Steganography video Steganography audio Steganography document III DEMO 10 Ẩn liệu file ảnh 10 Ẩn liệu video 14 Ẩn liệu file audio 20 Ẩn liệu file document 25 Link DEMO phần mềm Error! Bookmark not defined I Lý thuyết Giới thiệu Internet phương tiện truyền thông phát triển mạnh ngày phổ biến Do vậy, u cầu truyền tải an tồn thơng tin liệu tăng lên Vì lẽ đó, ngày xuất phát triển kỹ thuật tiên tiến khác nhằm đảm bảo liệu lưu trữ truyền tải qua mạng cách an tồn Ẩn giấu liệu q trình bí mật nhúng thông tin vào bên source liệu mà khơng làm thay đổi tính chất, chất lượng source cảm nhận người sử dụng Ẩn liệu nghệ thuật khoa học việc cho việc viết tin nhắn ẩn cách mà khơng ngồi người ẩn phát Trong ẩn liệu thông tin thực tế khơng trì định dạng ban đầu nó, mà chuyển đổi thành tập tin đa phương tiện tương đương hình ảnh, video hay âm loại file khác Khi người gửi gửi qua mạng thơng báo cho người nhận để lấy thơng điệp ẩn bên Kỹ thuật ngày gọi Steganograophy Th.S Nguyễn Duy Bộ Mơn An Tồn Thơng Tin Steganography kỹ thuật phát triển để ẩn dấu liệu với định dạng file, thơng điệp, hình ảnh video bên file, thơng điệp, hình ảnh video khác Ngày nay, mạng Internet, tranh hay nhạc ngồi bình thường (như ảnh trên) có nhiều, bên ẩn chứa thơng tin bí mật Ưu khiến Steganography ngày trở nên phổ biến ứng dụng rộng rãi Ngoài lĩnh vực an toàn dùng để che giấu tồn thơng tin, cịn dùng cơng nghiệp giải trí phần mềm kỹ thuật đánh dấu (watermarking) hình ảnh, âm nhạc hay phần mềm số để bảo vệ quyền tác giả, ngăn chặn mạo nhận, chống chép, xác thực nội dung, cho phép giám sát hay lần ngược dấu vết bất hợp pháp Nhúng bit (LSB) Các kỹ thuật sử dụng rộng rãi để ẩn dấu liệu, sử dụng cách thêm chèn bit có trọng số nhỏ Ví dụ: 11111111 số nhị phân bit, bit tận bên phải gọi bit LSB thay đổi có ảnh hưởng tới giá trị số Khi đó, thay hay ghi đè LBS byte giá trị khác gây nên thay đổi tới toàn tệp Dữ liệu nhị phân thông điệp chia nhỏ chèn vào LBS pixel file hình ảnh Mặc dù có số nhược điểm phương pháp này, tương đối dễ dàng thực hiện, nên kỹ thuật trở nên phổ biến Phương pháp sử dụng bit điểm ảnh hình ảnh, Th.S Nguyễn Duy Bộ Mơn An Tồn Thơng Tin thật cần thiết cho việc sử dụng định dạng nén thông minh, để thông tin không bị sai lạc bên thuật toán nén định dạng Các bước để ẩn dấu liệu phương pháp LSB hình ảnh:  Chuyển thơng điệp bí mật cần giầu sang dạng chuỗi nhị phân  Chèn bit thông điệp vào LSB pixel liên tiếp file ảnh hết thông điệp  Lưu lại ảnh chứa thông điệp mật chèn Việc thực giấu thông tin LSB hoàn toàn thực đoạn code ngắn mà bạn tự viết Nếu không bạn sử dụng phần mềm có sẵn mạng để thực thay Ở thử nghiệm phần mềm Stenography Tool thấy thực tốt Ảnh sau che dấu thông tin nhìn chẳng khác ảnh gốc Che giấu lọc Che giấu lọc kỹ thuật, thường sử dụng 24 bit cho pixel ảnh, cơng nghệ dùng ảnh màu ảnh trắng đen Có cách tiếp cận khác để che giấu thơng điệp Những phương pháp có hiệu tương tự dạng hình mờ, tạo dấu hình ảnh Điều đạt cách thay đổi độ sáng thành phần hình ảnh Trong mặt nạ làm thay đổi thuộc tính nhìn thấy hình ảnh, thực cách mà mắt người thể nhìn thấy, kỹ thuật mạnh so với kỹ thuật nhúng bit Th.S Nguyễn Duy Bộ Mơn An Tồn Thơng Tin Hình ảnh sử dụng phương pháp Mask and filter để chèn thơng điệp Thuật tốn biến đổi Một kỹ thuật steganography nhằm che giấu liệu dựa chức toán học thuật toán nén Ý tưởng để che giấu bit liệu hệ số quan trọng Một lợi quan trọng hình ảnh JPEG qua định dạng khác phương pháp nén Nó cho phép hình ảnh chất lượng cao lưu trữ tập tin tương đối nhỏ Các liệu nén lưu trữ dạng số ngun để tính tốn cho q trình lượng tử hóa địi hỏi phải tính tốn phải làm trịn Lỗi giới thiệu cách làm trịn xác định tính trạng lossy phương pháp nén JPEG Hình ảnh JPEG sử dụng cosine rời rạc(DCT) kỹ thuật dùng để nén hình ảnh DCT "một kỹ thuật để thể dạng sóng tổng trọng số cosin" [10] Trong tập tin JPEG, hình ảnh tạo thành từ hệ số DCT Khi tập tin steganographically nhúng vào hình ảnh JPEG, mối quan hệ hệ số thay đổi Thay vào bit thực tế hình ảnh thay đổi LSB steganography, mối quan hệ hệ số với mà thay đổi Th.S Nguyễn Duy Bộ Mơn An Tồn Thơng Tin Ngồi DCT, hình ảnh xử lý với biến đổi Fourier nhanh (FFT) FFT "một thuật tốn để tính tốn biến đổi Fourier tập hợp giá trị liệu rời rạc" [11] Các FFT thể tập hợp hữu hạn điểm liệu tần số thành phần Nó giải vấn đề nghịch đảo giống hệt xây dựng lại tín hiệu từ liệu tần số Các biến đổi wavelet biến đổi chức sở khu trú tần số Các phương pháp nén wavelet tốt lúc đại diện cho độ, chẳng hạn hình ảnh ngơi bầu trời đêm Điều có nghĩa "yếu tố số tín hiệu liệu thống qua đại diện lượng thông tin nhỏ trường hợp chuyển đổi số khác, chẳng hạn cosin rời rạc biến rộng rãi hơn, sử dụng" [12] Ép Wavelet tốt cho đặc tính tín hiệu thống qua khơng cho mịn, tín hiệu định kỳ Nhiều phương pháp chuyển đổi tên miền không phụ thuộc vào định dạng hình ảnh để thơng điệp ẩn giữ lại sau chuyển đổi định dạng lossless lossly Ẩn liệu: Các bước thực để có DCT hay biến đổi wavelet ảnh bìa tìm hệ số ngưỡng cụ thể Thay bit với bit ẩn (ví dụ, sử dụng LSB chèn) sau lấy nghịch đảo lưu hình ảnh thường xun Phục hồi liệu: Để trích xuất liệu ẩn biến đổi hình ảnh sửa đổi tìm hệ số ngưỡng cụ thể Trích xuất bit liệu từ hệ số kết hợp bit vào thông điệp thực II Những loại Steganography thông dụng Steganography hình ảnh Th.S Nguyễn Duy Bộ Mơn An Tồn Thơng Tin Là che giấu hay ẩn liệu quan bên file ảnh bất kỳ, với file định dạng ảnh chèn thông tin nằm bên chúng, cho người xem không nhận biết thay đổi file ảnh gốc file ảnh chèn, từ ẩn giấu liệu quan trọng Các định dạng hình ảnh hỗ trợ ẩn liệu thơng dụng file PNG, JPEG Khi sử dụng ảnh màu 24bit Một bit thành phần màu đỏ, xanh lá, xanh dương sử dụng, màu kết hợp màu trên, Màu tối có giá trị 0, màu sáng có giá trị 255, tổng cộng có bit lưu pixel Với ảnh độ phân giải 800 x 600 chứa số lượng 1.440.000 bits (180.000 bytes) liệu ẩn Steganography video Là q trình che giấu thơng tin bí mật video (có định dạng mp4, mpa, MPG4, flv…) Việc bổ sung thông tin cho video không dễ dàng để nhận biết mắt thường thay đổi điểm ảnh không đáng kể Phương pháp hoạt động nhờ chia nhỏ thơng tin bí mật thành index đặt index vào khung video Với chia nhỏ index frame video chứa thơng tin mật Vì chế hoạt động dựa việc ẩn file hình ảnh file âm Th.S Nguyễn Duy Bộ Mơn An Tồn Thơng Tin Thao tác sử dụng để bổ sung thơng tin liệu bí mật thời gian trình biến đổi hành động video Do số lượng lớn thơng tin bí mật ẩn giấu file video di chuyền hình ảnh âm Steganography audio Là q trình ẩn giấu thơng tin quan trọng bên file audio, người dùng nhận biết khác biệt nghe Điều giúp cho thơng tin ẩn giấu an tồn khơng bị phát Các định dạng audio thông dụng ẩn liệu đuôi: MP3, WAV… Trong xử lý tín hiệu âm thanh, tín hiệu xử lý thành chuỗi bit số Quá trình bao gồm việc lấy mẫu chuyển mẫu thành mức điện áp hay mức tín hiệu, sau lại chuyển thành giá trị số nhờ sơ đồ gọi điều chế mã xung Thiết bị thực chuyển đổi gọi mã, giải mã (codec) Điều chế mã xung cung cấp giá trị xấp xỉ tín hiệu tương tự ban đầu Nếu âm đo mức chuyển thành giá trị điều chế mã xung tạo nên sai số lượng tử Các ứng dụng âm khác xác định số mức điều chế mã xung khác để sai số gần phát tai người Mạng điện thoại chuyển mẫu tiếng nói thành giá trị bit (0 - 255), đó, ứng dụng nhạc thường dùng giá trị 16 bit (0 - 65, 535) Các tín hiệu tương tự cần lấy mẫu tốc độ lần thành phần tần số cao tín hiệu ban đầu để khơi phục xác từ mẫu Trong mạng điện thoại, tiếng nói người nằm dải tần từ - 4000 Hz (mặc dù khoảng 400 - 3400 Hz thực dùng để tải tiếng nói); vậy, tiếng nói lấy mẫu tần số 8000 Hz Trong đó, ứng dụng âm nhạc lấy tồn phổ tai người (20 - 20.000 Hz) nói chung dùng tốc độ lấy mẫu 44,1 kHz Th.S Nguyễn Duy Bộ Mơn An Tồn Thơng Tin Các tệp âm thực tế làm nhỏ nhờ dùng kỹ thuật nén khác nhau, số trường hợp thấp khoảng 11 kHz Tuy nhiên, tất giải pháp làm giảm phần chất lượng âm Hình: So sánh hình ảnh mức tín hiệu tệp mang âm kiểu WAV trước (hình trên) sau (hình dưới) Audio Steganography sử dụng chế ẩn giấu liệu LSB coding (chèn bit), Tone Insertion Th.S Nguyễn Duy Bộ Mơn An Tồn Thơng Tin Tiếp theo chọn unhide chọn nơi lưu fife chứa thông thi bị hide video 19 Th.S Nguyễn Duy Bộ Mơn An Tồn Thơng Tin Chỉ bước đơn giản với cơng cụ OpenPuff ta dễ dàng ẩn thông tin quan trọng file video Ẩn liệu file audio Giao diện phân mềm DeepSound 1.4 Với phần bên trái thư mục để lựa chọn file, phần bên phải phần mềm thông tin file lựa chọn 20 Th.S Nguyễn Duy Bộ Mơn An Tồn Thơng Tin Bước nhóm tiến hành lựa chọn file audio để thực chèn thông điệp vào file audio tiếp tục chọn “add secret files” theo hình Thơng tin file đính kèm thơng điệp lên phần phải phần mềm hình 21 Th.S Nguyễn Duy Bộ Mơn An Tồn Thơng Tin Kết bên phải giao diện phần mềm hiển thị thông điệp nén file audio 22 Th.S Nguyễn Duy Bộ Mơn An Tồn Thơng Tin Tiếp tục lựa chọn lưu kết theo đường dẫn, output format với định dang audio khác Kết ta có file wav 23 Th.S Nguyễn Duy Bộ Mơn An Tồn Thơng Tin 24 Th.S Nguyễn Duy Bộ Mơn An Tồn Thơng Tin Có thể làm bước tương tự để lấy file thông điệp ẩn file audio cách dễ dàng cách mở lại file audio có chứa thống điệp Với file audio có chứa thơng điệp thông điệp ẩn bên phải giao diện hình Ẩn liệu file document Công cụ sử dụng : openpuff Các bước ẩn thơng tin Mở chương trình OpenPuff Chọ Hide để mở giao diện làm việc 25 Th.S Nguyễn Duy Bộ Mơn An Tồn Thơng Tin Thực thao tác  Nhập password  chọn file muốn giấu  chọn file dung để giấu liệu 26 Th.S Nguyễn Duy Bộ Mơn An Tồn Thơng Tin Chọ Hihe Data để tiến hành ẩn liệu Kết sau hồn tất thành cơng ẩn thơng điệp với file document 27 Th.S Nguyễn Duy Bộ Mơn An Tồn Thơng Tin 28 Th.S Nguyễn Duy Bộ Mơn An Tồn Thơng Tin Lấy liệu ẩn Mở công cụ OpenPuff Chọ Unhide để lấy liệu ẩn 29 Th.S Nguyễn Duy Bộ Mơn An Tồn Thơng Tin Nhập password (là password nhập để ẩn liệu) Chọn file document chữa liệu giấu Add Cariers 30 Th.S Nguyễn Duy Bộ Mơn An Tồn Thơng Tin Chọn Unhide để lấy liệu ẩn Chọn vị trí lưu Kết quản hồn tất q trình lấy thơng điệp file document ẩn 31 Th.S Nguyễn Duy Bộ Mơn An Tồn Thơng Tin 32 Th.S Nguyễn Duy Bộ Mơn An Tồn Thơng Tin 33 ... II Những loại Steganography thông dụng Steganography hình ảnh Steganography video Steganography audio Steganography document... ngưỡng cụ thể Trích xuất bit liệu từ hệ số kết hợp bit vào thông điệp thực II Những loại Steganography thông dụng Steganography hình ảnh Th.S Nguyễn Duy Bộ Mơn An Tồn Thơng Tin Là che giấu hay ẩn liệu... (hình dưới) Audio Steganography sử dụng chế ẩn giấu liệu LSB coding (chèn bit), Tone Insertion Th.S Nguyễn Duy Bộ Mơn An Tồn Thơng Tin Hình: mơ tả ẩn thông điệp lấy thông điệp Steganography document