Một số phương pháp phát hiện giấu tin

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI Nguyễn Quốc Tuấn Nguyễn Quốc Tuấn Toán Tin-Toán Ứng Dụng MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN GIẤU TIN LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Toán Tin-Toán Ứng Dụng KHOÁ 2009-2011 Hà Nội – Năm 2012 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131646701000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI - Nguyễn Quốc Tuấn MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN GIẤU TIN Chuyên ngành : Toán Tin-Toán Ứng Dụng LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC Toán Tin-Toán Ứng Dụng NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : Hà Nội – Năm 2012 Mục Lục Lời cảm ơn Lời mở đầu 3 Mở đầu 1.1 Cơ Bản Về Giấu Tin Và Phát Hiện Giấu Tin 1.2 Giấu Tin Và Mã Hóa .5 Một Vài Phương Pháp Giấu Tin Trên Ảnh Số .6 2.1 Các định dạng ảnh số 2.2 Kỹ thuật nhúng LSB(Least Significant Bit) 2.3 Kỹ thuật giấu tin Jpeg-JSteg .7 2.4 Kỹ thuật giấu thuận nghịch HKC 10 2.5 Kỹ thuật CPT giấu tin ảnh bitmap 11 Phát Hiện Giấu Tin 14 3.1 Kỹ Thuật Visual Attack 14 3.2 Kỹ Thuật Phân Tích Thống Kê Chi-Square 17 3.3 Kỹ thuật phân tích Chi-Square cải tiến 19 3.4 Phương pháp Zhang and Ping 19 Thực Nghiệm 21 4.1 Một vài kết thực nghiệm công bố 21 4.2 Kết thực nghiệm tác giả 23 Tổng Kết 32 Tài liệu tham khảo 33 Lời cảm ơn Lời đầu tiên, tác giả xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, sâu sắc đến TS.Phan Trung Huy, người tận tình bảo, hướng dẫn, cung cấp tài liệu để luận văn hoàn thành Tác giả xin gửi lời cảm ơn đến thầy tận tình giảng dậy lớp cao học Tốn Cơng Nghệ khóa 2009-2011 Trong trình làm luận văn,tác giả gặp phải nhiều điều kiện khó khăn mơi trường làm việc hướng tiếp cận vấn đề, nhiên bảo nhiệt tình TS Phan Trung Huy, tác giả bước giải khó khăn gặp phải Bên cạnh đó, tác giả xin gửi lời cảm ơn đến thành viên lớp cao học, có nhiều giúp đỡ lẫn học tập, đồn kết, tạo mơi trường thân thiện nghiên cứu tốt Cuối cùng, tác giả chân thành cảm ơn thầy cô, người điều hành Viện Đào tạo Sau đại học, Đại học Bách Khoa Hà Nội tạo môi trường học tập nghiên cứu tốt Học viên: Nguyễn Quốc Tuấn Lớp : Toán Công Nghệ 2009-2011 Lời mở đầu Với phát triển mạnh mẽ internet toàn giới, tất lĩnh vực sống có diện internet Với phát triển mạnh mẽ này, yêu cầu bảo mật an toàn thông tin môi trường internet đặt Phương pháp bảo mật cổ điển mã hóa ngày thường bị đối tượng công mạnh với sức mạnh tảng phần cứng ngày nâng cao, việc phá vỡ hệ thống mã hóa cịn tương lai gần Một hướng bảo mật an tồn thơng tin tiếp cận kỹ thuật giấu tin nội dung kỹ thuật số ảnh, video, Việc giấu thông tin nội dung số thường tránh ý đối tượng công Về độ an toàn cao so với phương pháp mã hóa Giấu tin giải pháp hiệu cho nhiều vấn đề bảo mật thông tin nay, truyền tin bí mật, bảo vệ quyền, xác thực thông tin,… Môi trường giấu tin đối tượng liệu đa phương tiện phổ biến ảnh số Việc an tồn thơng tin giấu phương tiện mang tin đánh giá khả phát thơng tin có giấu phương tiện mang tin hay khơng Chính kỹ thuật phát giấu tin phát triển song song với kỹ thuật giấu tin nhằm để đánh giá độ an toàn hệ thống giấu tin, công cụ cho phép pháp nội dung mật ẩn giấu nhằm phục vụ cho mục đích an ninh quốc phịng Luận văn nhằm mục đích nghiên cứu kỹ thuật giấu tin ảnh số qua tìm hiểu phương pháp phát giấu tin phương tiện mang tin Trọng tâm tìm hiểu loại ảnh số sử dụng phổ biến môi trường internet Jpeg, bitmap, gif Các kỹ thuật giấu tin định dạng ảnh kèm theo phương pháp phát ảnh số có chứa thơng tin mật hay không Bố cục luận văn bao gồm phần là:  Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin so sánh với kỹ thuật mã hóa  Tìm hiểu vài phương pháp giấu tin ảnh số  Tìm hiểu kỹ thuật phát giấu tin  Kết thực nghiệm khả phát giấu tin Mở đầu 1.1 Cơ Bản Về Giấu Tin Và Phát Hiện Giấu Tin Thuật ngữ giấu tin hay gọi Steganography, phương pháp nhúng nội dung thông điệp vào vật mang thơng tin nhằm mục đích khơng cho người khác biết tồn nội dung thơng điệp cần truyền đạt Chỉ có người nhận thực biết tồn thông điệp ẩn dấu bên Chỉ có người nhận thực biết cách trích rút thơng tin mật ẩn dấu bên Vật mang tin sử dụng thường file ảnh bitmap, jpeg, gif, … hoạc file âm audio, video, … Khi thông tin mật nhúng vào vật mang tin phải đảm bảo tính : khó bị phát hiện, tức thông tin mật nhúng vào vật mang tin không đổi nhiều vật mang tin, kích thước vật mang tin khơng tăng lên, thay đổi vật mang tin khó cảm nhận giác quan người Với vật mang tin ảnh kỹ thuật số, có hai phương pháp nói chung để giấu tin là: giấu tin miền tần số ảnh giấu tin miền không gian ảnh Kỹ thuật sử dụng phổ biến kỹ thuật nhúng LSB, có nghĩa bit thông tin cần giấu giấu vào bit có giá trị thấp Trái ngược với giấu tin, phát giấu tin phương pháp đánh giá xem vật mang thơng tin có chưa thơng điệp bí mật khác bên hay khơng Khi phát vật mang tin có chứa thơng tin bí mật khác, nhiệm vụ việc phát giấu tin xác định kích thước thong tin giấu, tìm hiểu nội dung thơng tin giấu bên tìm cách phá hủy tin giấu làm cho người nhận khơng có khả biết thơng tin bí mật cần truyền tải Tùy vào đặc điểm khác vật mang tin phương pháp, kỹ thuật giấu tin mà ta có phương pháp phân tích khác để tìm hiểu thơng tin có giấu hay khơng Có vài phương pháp phân tích hay sử dụng để kiểm tra thơng tin có giấu hay khơng : kỹ thuật phân tích histogram, kỹ thuật so sánh cặp giá trị kiểm định X-bình phương, … Trong báo cáo này, tơi trọng đến việc phần tích file mang thơng tin có định dạng JPEG theo chuẩn 2000 Các file ảnh có định dạng JPEG ngày sử dụng phổ biến mội trường internet tính nhỏ gọn, khẳ nén ảnh lớn mà chất lượng ảnh đảm bảo đa số nhu cầu sử dụng Các phương pháp giấu tin ảnh JPEG chủ yếu giấu tin miền tần số Đó giấu thơng tin miền giá trị hệ số DCT sau phép biến đổi Furie lượng tử hóa Kỹ thuật giấu khơng gây nghi vấn quan sát ảnh mắt thường 1.2 Giấu Tin Và Mã Hóa Kỹ thuật giấu tin nói làm cho khó phát thơng điệp bí mật cần gửi đi, có người nhận thật biết có thơng điệp giấu, khác với mã hóa, người xem thơng thường khơng biết nội dung thơng tin cần giấu biết xác việc có thơng điệp bí mật gửi Việc giấu tin đảm bảo an tồn cho thơng tin mật gửi đi, nhiên có trở ngại kích thướng thông tin mật cần gửi tùy thuộc vào kích thước vât mang tin để tránh bị phát hiện, mã hóa khơng gặp phải vấn đề Việc lựa trọn mã hóa hay giấu tin cho tin mật cần gửi phụ thuộc nhiều vào mức độ bảo mật thông tin mật, môi trường truyền tin, độ tin cậy phương pháp, tùy loại vật mang tin mà ta có lựa trọn hợp lý Một Vài Phương Pháp Giấu Tin Trên Ảnh Số 2.1 Các định dạng ảnh số  GIF Graphics Interchange Format định dạng ảnh đưa vào năm 1987 Định dạng sử dụng bảng mầu gồm 256 mầu từ hệ RGB 24bit, matrix điểm ảnh, giá trị điểm ảnh số điểm ảnh bảng mầu Hạn chế số lượng mầu định dạng GIF làm cho định dạng phù hợp với ảnh có độ sắc nét thấp  Bitmap Trong định dạng ảnh bitmap có loại như: bitmap 1,2,4,8,16,24bit Đây số cho biết số lượng bít cần thiết để lưu trữ điểm ảnh ảnh bitmap.Với ảnh có số lượng bit pixel lớn cho ta ảnh có chất lượng độ nét cao  JPEG Jpeg (Joint Photographics Experts Group) định dạng ảnh nén, đưa vào năm 1992 Việc nén ảnh jpeg nén có thơng tin, nhiên việc thông tin không làm giảm nhiều chất lượng hình ảnh Ảnh jpeg có tỷ lệ nén tốt chất lượng ảnh cao Quá trình nén giải nén jpeg mơ tả đây: Quá trình nén: Hình Nén ảnh Q trình khơi phục: Hinh Giải nén 2.2 Kỹ thuật nhúng LSB(Least Significant Bit) Thông thường, ảnh số có kích thước m x n hiểu matrix m x n điểm ảnh Trong đó, giá trị P[i,j] matrix hiểu giá trị điểm ảnh vị trí [i,j] Tùy vào loại ảnh mà số lượng byte sử dụng cho việc lưu trữ giá trị P[i,j] khác Ví dụ với ảnh bitmap 256 mầu, điểm ảnh P[i,j]được sử dụng 1byte (8bit) để lưu trữ Như với ảnh n-bit, giá trị điểm ảnh nằm khoảng [0 , ] Kỹ thuật nhúng LSB kỹ thuật thay 1bit vào bit cuối (là bit có vị trí nhỏ nhấ) giá trị điểm ản Bằng mắt thường quan sát, khó phân biệt hai giá trị mầu sắc sai khác đơn vị Chính tính chất này,kỹ thuật LSB khó làm nhận thay đổi bẳng mắt thường, với kỹ thuật này, giá trị điểm ảnh sai khác nhiều đơn vị so với ban đầu 2.3 Kỹ thuật giấu tin Jpeg-JSteg Đây kỹ thuật phổ biến giấu tin định dạng ảnh jpeg Quá trình giấu tin jpeg-jsteg tiến hành can thiệp vào trình encode ảnh jpeg Như ta biết trình chuyển đổi từ liệu RGB sang định dạng jpeg Ban đầu, toàn khối liệu RGB chia thành các khối kích thước 8x8 Tiếp q trình chuyển đổi liệu từ RGB sang dạng liệu PAL YcrBr Mỗi khối liệu 8x8 thực biến đổi cosin (Discrete Cosine Transform), sau phép biến đổi ta thu hệ số DCT (DCT Coefficient )ví dụ sau: Pixel value DCT Coefficient Hình Biến đổi DCT Sau thu khối 8x8 chứa hệ số DCT Coefficient, ta tiến hành lượng tử hóa hệ số thơng qua matrix 8x8 Ví dụ sau: DCT Coefficients Matrix lượng tử DCT Coefficient lượng tử Hình DCT coefficient Đến bước này, Jsteg thực nhúng thông tin mật vào hệ số DCT lượng tử hóa Việc nhúng diễn từ cấc hệ số khác , block hết chiều dài tin mật đến vị trí cuối block cuối Kỹ thuật giấu tin JSteg sử dụng thực kỹ thuật nhúng LSB chuỗi tin vào hệ sốDCT Kỹ thuật làm thay đổi giá trị hệ