(Luận văn) nghiên cứu ứng dụng các hệ mật mã hạng nhẹ trong bảo mật dữ liệu video thời gian thực

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - NGUYỄN HOÀNG TIẾN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC HỆ MẬT MÃ HẠNG NHẸ TRONG BẢO MẬT DỮ LIỆU VIDEO THỜI GIAN THỰC LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) HÀ NỘI - 2019 HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - NGUYỄN HOÀNG TIẾN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC HỆ MẬT MÃ HẠNG NHẸ TRONG BẢO MẬT DỮ LIỆU VIDEO THỜI GIAN THỰC Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 8.48.01.04 LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT (Theo định hướng ứng dụng) NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TS NGUYỄN BÌNH HÀ NỘI - 2019 i LỜI CAM ĐOAN Tơi cam đoan cơng trình nghiên cứu riêng Các số liệu, kết nêu luận văn trung thực chưa công bố cơng trình khác Nguyễn Hồng Tiến ii LỜI CẢM ƠN Tôi xin trân trọng cảm ơn thầy cô Khoa công nghệ thông tin tạo điều kiện cho môi trường học tập tốt, đồng thời truyền đạt cho vốn kiến thức quý báu, tư khoa học để phục vụ cho q trình học tập cơng tác Tôi xin gửi lời cảm ơn đến bạn lớp Cao học Hệ thống thông tin M17CQIS01-B khóa 2017- 2019 giúp đỡ tơi suốt thời gian học tập vừa qua Đặc biệt, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến người hướng dẫn khoa học tơi GS.TS NGUYỄN BÌNH TS CAO MINH THẮNG tận tình bảo cho tơi suốt trình học tập nghiên cứu, giúp tơi có nhận thức đắn kiến thức khoa học, tác phong học tập làm việc, tạo điều kiện thuận lợi để tơi hồn thành luận văn Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, đồng nghiệp, người thân động viên, giúp đỡ tơi q trình hồn thành luận văn Nguyễn Hoàng Tiến iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT v DANH MỤC BẢNG BIỂU vi DANH MỤC HÌNH VẼ vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ BẢO MẬT DỮ LIỆU VIDEO THỜI GIAN THỰC 1.1 Q trình truyền dịng liệu video thời gian thực 1.1.1 Tổng quan video thời gian thực 1.1.2 Q trình truyền dịng 1.2 Các giao thức streaming chuyên biệt 10 1.2.1 Giao thức RTSP 10 1.2.2 Giao thức RTP 11 1.2.3 Giao thức SIP 13 1.3 Chuẩn nén video H264 13 1.3.1 Tổng quan 13 1.3.2 Cơ chế hoạt động 15 1.4 Giải pháp bảo mật liệu video thời gian thực phương pháp mật mã học 21 1.4.1 Mật mã khóa cơng khai 21 1.4.2 Mật mã khóa bí mật 22 1.4.3 Phân tích lựa chọn phương pháp mã hóa phù hợp 25 CHƯƠNG - Nghiên cứu đề xuất ứng dụng hệ mật hạng nhẹ vào liệu video thời gian thực 26 2.1 Một số hệ mật mã khối hạng nhẹ phổ biến 26 2.1.1 Phân loại hệ mật mã khối hạng nhẹ 26 iv 2.1.2 Hệ mật AES 27 2.1.3 Hệ mật E-RISKE 30 2.2 Phương pháp mã hóa chọn lọc H264 32 2.2.1 Mã hóa trước nén 32 2.2.2 Mã hóa nén 33 2.2.3 Mã hóa sau nén 34 2.3 Đề xuất phương pháp ứng dụng hệ mật hạng nhẹ để bảo mật liệu video thời gian thực 35 2.3.1 Đặt vấn đề 35 2.3.2 Thủ tục mã hóa 36 2.3.3 Thủ tục giải mã 37 2.3.4 Phân tích hiệu phương pháp đề xuất 38 CHƯƠNG - CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM 40 3.1 Xây dựng kịch thử nghiệm 40 3.2 Xây dựng chương trình 42 3.2.1 Xây dựng máy chủ RTSP 42 3.2.2 Xây dựng phần mềm nhận liệu 44 3.3 Thử nghiệm, đánh giá kết 45 3.3.1 Thử nghiệm 45 3.3.2 Đánh giá 51 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 54 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 v DANH MỤC CÁC THUẬT NGỮ, CHỮ VIẾT TẮT Viết tắt Tiếng Anh AES Advanced Encryption Standard Chuẩn mã hóa nâng cao AVC Advanced Video Coding Chuẩn nén video nâng cao E-RISKE IP Extended Random Invertible Secret-Key Encryption) Internet Protocol Tiếng Việt Tên thuật tốn mã hóa Giao thức internet Ứng dụng xem tivi qua giao IPTV IPTV NAL Network Abtraction Layer Lớp mạng trừu tượng SE Selective Encryption Mã hõa chọn lọc VCL Video Coding Layer Lớp mã hóa video thức mạng vi DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1.1 Loại Slice……………………………………………………………… 18 Bảng 1.2 Tiêu đề Macroblock…………………………………………………… 19 Bảng 2.1 Cấu trúc đại số tảng hệ mật E-RISKE 30 vii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Q trình truyền địng video Hình 1.2 Cấu trúc NAL Hình 1.3 Các bước trao đổi phiên streaming media 11 Hình 1.4 Bộ mã hóa H264 15 Hình 1.5 Bộ giải mã H264 16 Hình 1.6 Cấu trúc H264 16 Hình 1.7 Minh họa Slice khung hình 17 Hình 1.8 Minh họa ví trị Macroblock Slice 19 Hình 1.9 Ảnh tham chiếu bù chuyển động 20 Hình 1.10 Các Profile H264 20 Hình 2.1: Sơ đồ tổng quan mã hóa giải mã 29 Hình 2.2 Phân tích tiêu đề NAL H264 36 Hình 2.3 Sơ đồ xử lý liệu máy chủ 37 Hình 2.4 Sơ đồ xử lý liệu máy khách 38 Hình 3.1 Mơ hình thử nghiệm Client – Server 40 Hình 3.2 Sơ đồ cấu trúc máy chủ RTSP 43 Hình 3.3 Sơ đồ hoạt động chương trình máy khách 45 Hình 3.4 Khởi động máy chủ phát liệu 46 Hình 3.5 Khởi động chương trình máy khách thí nghiệm 46 Hình 3.6 Hình ảnh thử nghiệm 46 Hình 3.7 Biểu đồ kết thử nghiệm 47 Hình 3.8 Hình ảnh thử nghiệm 47 Hình 3.9 Biểu đồ kết thử nghiệm 48 Hình 3.10 Hình ảnh thử nghiệm 48 Hình 3.11 Biểu đồ kết thử nghiệm 49 Hình 3.12 Hình ảnh thử nghiệm 49 Hình 3.13 Biểu đồ kết thử nghiệm 50 Hình 3.14 Hình ảnh thử nghiệm 50 viii Hình 3.15 Kết thí nghiệm 51 Hình 3.16 Biểu đồ tổng kết kết thí nghiệm 52