Giấu thông tin là kỹ thuật giấu (hoặc nhúng) một lượng thông tin số nào đó vào trong một đối tượng dữ liệu số khác (“giấu tin” nhiều khi không cần phải chỉ hành động giấu cụ thể mà chỉ mang ý nghĩa quy ước). Định nghĩa trên mang tính tổng quát về giấu tin. Xét riêng trong kỹ thuật giấu tin mật (Steganography), những định nghĩa sau đây cụ thể hơn và được chia theo các hệ giấu tin mật. Từ đó, các hệ thống giấu tin mật có thể chia thành ba loại như:
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHIỆP HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÀI TẬP LỚN MƠN: AN TỒN VÀ BẢO MẬT THƠNG TIN Đề tài: Giấu tin ảnh sử dụng kết hợp mã hóa AES kỹ thuật giấu tin sai phân Giảng viên hướng dẫn: Hà Nội, 2023 ThS Trần Phương Nhung • LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành cảm ơn thầy, cô khoa Công nghệ thông tin - trường Đại học Công Nghiệp Hà Nội tận tình dạy dỗ, truyền đạt cho chúng em nhiều kiến thức bổ ích quý báu suốt năm học qua Em xin tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến cô Trần Phương Nhung, người trực tiếp hướng dẫn, giúp đỡ truyền đạt cho em kiến thức kinh nghiệm để đề tài thực hồn thành Em xin cảm ơn gia đình bạn bè động viên giúp đỡ em suốt thời gian em làm đề tài Vì thời gian có hạn, trình độ hiểu biết thân nhiều hạn chế Cho nên tập lớn không tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận đóng góp ý kiến tất thầy cô giáo bạn bè để tập lớn em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: TIN TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN TRONG ẢNH VÀ MÃ HĨA THƠNG 1.1 Định nghĩa giấu thơng tin 1.2 Mơ hình giấu thơng tin 1.3 Môi trường giấu tin 1.4 Một số ứng dụng kỹ thuật giấu tin 11 1.5 Cấu trúc ảnh bitmap 12 1.6 Tổng quan mã hóa thơng tin 14 1.7 Phương pháp mã hóa AES 17 CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH SỬ DỤNG KẾT HỢP MÃ HÓA AES VÀ GIẤU TIN 20 2.1 Giới thiệu kỹ thuật giấu tin sai phân 2.2 Quá trình giấu tin ảnh sử dụng kết hợp mã hóa AES kỹ thuật giấu 20 2.3 Q trình tách tin CHƯƠNG 3: CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM 20 24 27 3.1 Môi trường cài đặt 27 3.2 Giao diện chương trình 27 3.3 Phân cơng cơng việc 39 3.4 Kết luận 39 Tài liệu tham khảo 41 Phụ lục 42 • MỞ ĐẦU Sự phát triển vượt bậc cơng nghệ mạng dẫn đến vấn đề an tồn thơng tin quan trọng Có nhiều phương pháp để trao đổi thơng tin mật, phương pháp mã hóa thơng tin coi xuất sớm nhất, nhiên phương pháp làm cho người ta dễ phát Do với phương pháp khác giấu tin liệu đa phương tiện coi “vơ hình” người dùng Trong số trường hợp để đảm bảo an tồn cho thơng tin đem giấu người ta kết hợp hai phương pháp Trong đề tài sử dụng phương pháp mã hóa AES (Advanced Encryption Standard) để mã hóa thơng tin mật trước giấu vào ảnh phương pháp giấu sai phân Nôi dung báo cáo gồm chương sau: - Chương Tổng quan giấu tin ảnh mã hóa thơng tin Giới thiệu số định nghĩa giấu thông tin, mơi trường giấu tin, sơ lược mơ hình giấu tin bản, cấu trúc ảnh bitmap Giới thiệu tổng quan mã hóa thơng tin, phương pháp mã hóa AES - Chương Giới thiệu kỹ thuật giấu tin sai phân Thuật toán, sơ đồ thuật toán, ví dụ minh họa q trình giấu tin sử dụng kết hợp mã hóa AES với kỹ thuật giấu tin sai phân - Chương Cài đặt thử nghiệm Đưa môi trường cài đặt, giới thiệu chương trình chạy thử nghiệm số ảnh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN TRONG ẢNH VÀ MÃ HĨA THƠNG TIN 1.1 Định nghĩa giấu thơng tin 1.1.1 Định nghĩa Giấu thông tin kỹ thuật giấu (hoặc nhúng) lượng thơng tin số vào đối tượng liệu số khác (“giấu tin” nhiều không cần phải hành động giấu cụ thể mà mang ý nghĩa quy ước) Định nghĩa mang tính tổng quát giấu tin Xét riêng kỹ thuật giấu tin mật (Steganography), định nghĩa sau cụ thể chia theo hệ giấu tin mật Từ đó, hệ thống giấu tin mật chia thành ba loại như: 1.1.1.1 Giấu tin túy (Pure Steganography) Một σ(C, M, D, E), C tập phương tiện chứa thông tin cần giấu, M tập thơng điệp cần giấu với |C|≥|M|, E: C×M → C hàm nhúng thông điệp M vào phương tiện chứa C D: C → M hàm giải tin cho D(E(c, m)) = m với m ∈ M, c ∈ C gọi hệ pure Steganography 1.1.1.2 Giấu tin dùng khóa bí mật (Secret key Steganography) Một năm σ(C, M, K, Dk, Ek), C tập phương tiện chứa thơng tin cần giấu, M tập thông điệp cần giấu với |C|≥|M|, K tập khố bí mật, Ek: C×M×K → C hàm nhúng thơng điệp M vào phương tiện chứa C sử dụng khoá K Dk: C × K→ M hàm giải tin cho Dk(Ek(c, m, k), k) = m với m ∈ M, c ∈ C k ∈ K gọi hệ Secret key Stegangraphy 1.1.1.3 Giấu tin dùng khố cơng khai (Public Key Steganography) Giống hệ mã mật khố cơng khai, hệ giấu tin mật khố cơng khai khơng sử dụng việc truyền khố bí mật mà sử dụng hai khố khố bí mật khố cơng khai Khố cơng khai lưu sở liệu công cộng Được sử dụng q trình giấu tin Cịn khố bí mật sử dụng q trình giải tin 1.1.2 Mục đích giấu tin Giấu tin có hai mục đích: - Bảo mật cho liệu giấu - Bảo đảm an tồn (bảo vệ quyền) cho đối tượng chứa liệu giấu Có thể thấy hai mục đích hồn tồn trái ngược dần phát triển thành hai lĩnh vực với u cầu tính chất khác Giấu thơng tin Giấu tin bí mật Thủy vân số (Steganography) (Watermarking) Hình 1.1 Hai lĩnh vực kỹ thuật giấu thơng tin Kỹ thuật giấu thơng tin bí mật (Steganography): với mục đích đảm bảo an tồn bảo mật thơng tin tập trung vào kỹ thuật giấu tin để giấu nhiều thơng tin Thơng tin mật giấu kỹ đối tượng khác cho người khác không phát Kỹ thuật giấu thông tin theo kiểu đánh giấu (watermarking) để bảo vệ quyền đối tượng chứa thông tin tập trung đảm bảo số yêu cầu đảm bảo tính bền vững… ứng dụng kỹ thuật thủy vân số 1.2 Mơ hình giấu thông tin Giấu thông tin vào phương tiện chứa tách lấy thơng tin hai q trình trái ngược mơ tả qua sơ đồ khối hệ thống sau: 1.2.1 Sơ đồ giấu tin Hình 1.2 Sơ đồ giấu tin • - Đầu vào: Thông tin cần giấu tùy theo mục đích người sử dụng, thơng điệp (với tin giấu bí mật) hay logo, hình ảnh quyền - Phương tiện chứa: file ảnh, text, audio… mơi trường để nhúng tin - Khóa thành phần để góp phần làm tăng độ bảo mật - Bộ nhúng thơng tin: chương trình thực việc giấu thơng tin • - Đầu ra: Là phương tiện chứa thông tin giấu 1.2.2 Sơ đồ tách tin Hình 1.3 Sơ đồ tách tin 1.3 Môi trường giấu tin 1.3.1 Giấu tin ảnh Giấu thông tin ảnh, nay, phận chiếm tỉ lệ lớn chương trình ứng dụng, phần mềm, hệ thống giấu tin đa phương tiện lượng thông tin trao đổi ảnh lớn giấu thơng tin ảnh đóng vai trị quan trọng hầu hết ứng dụng bảo vệ an tồn thơng tin như: nhận thực thơng tin, xác định xuyên tạc thông tin, bảo vệ quyền tác giả, điều khiển truy cập, giấu thông tin mật Chính mà vấn đề nhận quan tâm lớn nhà cá nhân, tổ chức, trường đại học, viện nghiên cứu giới Thông tin giấu với liệu ảnh chất lượng ảnh thay đổi chẳng biết đằng sau ảnh mang thơng tin có ý nghĩa Ngày nay, ảnh số sử dụng phổ biến, giấu thông tin ảnh đem lại nhiều ứng dụng quan trọng nhiều lĩnh vực đời sống xã hội Ví dụ nước phát triển, chữ kí tay số hoá lưu trữ sử dụng hồ sơ cá nhân dịch vụ ngân hàng tài chính, dùng để xác thực thẻ tín dụng người tiêu dùng Phần mềm WinWord MicroSoft cho phép người dùng lưu trữ chữ kí ảnh nhị phân gắn vào vị trí file văn để đảm bảo tính an tồn thơng tin Tài liệu sau truyền trực tiếp qua máy fax lưu truyền mạng Theo đó, việc nhận thực chữ kí, xác thực thơng tin trở thành vấn đề quan trọng mà việc ăn cắp thông tin hay xuyên tạc thông tin tin tặc trở thành vấn nạn quốc gia nào, tổ chức Thêm vào đó, lại có nhiều loại thông tin quan trọng cần bảo mật thông tin an ninh, thông tin bảo hiểm hay thơng tin tài chính, thơng tin số hoá lưu trữ hệ thống máy tính hay mạng Chúng dễ bị lấy cắp bị thay đổi phần mềm chuyên dụng Việc nhận thực phát thông tin xuyên tạc trở nên vô quan trọng, cấp thiết Và đặc điểm giấu thông 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 màu hay ảnh xám 1.3.2 Giấu tin audio Giấu thông tin audio mang đặc điểm riêng khác với giấu thông tin đối tượng đa phương tiện khác Một yêu cầu giấu tin đảm bảo tính chất ẩn thông tin giấu đồng thời không làm ảnh hưởng đến chất lượng liệu gốc Để đảm bảo yêu cầu này, kỹ thuật giấu thông tin ảnh phụ thuộc vào hệ thống thị giác người - HVS (Human Vision System) kỹ thuật giấu thông tin audio lại phụ thuộc vào hệ thống thính giác HAS (Human Auditory System) Và vấn đề khó khăn hệ thống thính giác người nghe tín hiệu giải tần rộng công suất lớn nên gây khó dễ phương pháp giấu tin audio Nhưng thật may HAS lại việc phát khác biệt dải tần công suất điều có nghĩa âm to, cao tần che giấu âm nhỏ thấp cách dễ dàng Các mơ hình phân tích tâm lí điểm yếu thơng tin giúp ích cho việc chọn audio thích hợp cho việc giấu tin Vấn đề khó khăn thứ hai giấu thông tin audio kênh truyền tin Kênh truyền hay băng thông chậm ảnh hưởng đến chất lượng thông tin sau giấu Ví dụ để nhúng đoạn java applet vào đoạn audio (16 bit, 44.100 Hz) có chiều dài bình thường phương pháp nói chung cần 20 bit/s Giấu thơng tin audio địi hỏi u cầu cao tính đồng tính an tồn thơng tin Các phương pháp giấu thông tin audio lợi dụng điểm yếu hệ thống thính giác người 1.3.3 Giấu thông tin video Cũng giống giấu thông tin ảnh hay audio, giấu tin video quan tâm phát triển mạnh mẽ cho nhiều ứng dụng điều khiển truy cập thông tin, nhận thực thông tin bảo vệ quyền tác giả Ta lấy ví dụ hệ thống chương trình trả tiền xem theo đoạn với video clip (pay per view application) Các kỹ thuật giấu tin video phát triển mạnh mẽ theo hai khuynh hướng thủy vân số data hiding Những phần giới thiệu quan tâm tới kỹ thuật giấu tin video Một phương pháp giấu tin video đưa Cox phương pháp phân bố Ý tưởng phương pháp phân phối thông tin giấu dàn trải theo tần số liệu chứa gốc Nhiều nhà nghiên cứu dùng hàm cosin riêng hệ số truyền sóng riêng để giấu tin Trong thuật tốn khởi nguồn thường kỹ thuật cho phép giấu ảnh vào video thời gian gần kỹ thuật cho phép giấu âm hình ảnh vào video Như phương pháp Swanson sử dụng phương pháp giấu theo khối, phương pháp giấu hai bit vào khối 8*8 Hay gần phương pháp Mukherjee kỹ thuật giấu audio vào video sử dụng cấu trúc lưới đa chiều 1.3.4 Giấu thông tin văn dạng text Giấu thông tin vào văn dạng text khó thực có thơng tin dư thừa, để làm điều người ta phải khéo léo khai thác dư thừa tự nhiên ngôn ngữ Một cách khác tận dụng định dạng văn (mã hóa thơng tin khoảng cách từ khóa hay dòng văn bản) Từ nội dung 10