❖ Thủy vân ẩn: - Thủy vân ẩn ền vữngb : Được nhúng bằng cách thay đổi trên điểm ảnh sao cho hệ thống cảm giác của con người không thể nhận thấy và phải chịu được các công tác xử lý tín h
BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HOÀNG TUẤN ANH NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT GIẤU TIN, ĐÁNH DẤU VÀO DỮ LIỆU VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÒNG CHỐNG TỘI PHẠM LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THƠNG DỮ LIỆU Hà Nội - Năm 2019 Tai ngay!!! Ban co the xoa dong chu nay!!! 17061131782481000000 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI HOÀNG TUẤN ANH NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT GIẤU TIN, ĐÁNH DẤU VÀO DỮ LIỆU VÀ ỨNG DỤNG TRONG PHÒNG CHỐNG TỘI PHẠM Chuyên ngành : Mạng máy tính truyền thơng liệu LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT MẠNG MÁY TÍNH VÀ TRUYỀN THÔNG DỮ LIỆU NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC : PSG TS Nguyễn Linh Giang Hà Nội - Năm 2019 MỤC LỤC MỞ ĐẦU .4 CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ THỦY VÂN SỐ Khái niệm thủy vân số Phân loại thủy vân .7 2.1 Phân loại thủy vân theo miền nhúng: 2.2 Phân loại theo đối tượng nhúng thủy vân: 2.3 Phân loại thủy vân theo cảm nhận người Mơ hình thủy vân số 3.1 Tạo thủy vân số 3.2 Quy trình nhúng thủy vân 10 3.3 Trích xuất tìm kiếm thủy vân 11 Các hướng ứng dụng thủy vân 12 4.1 Bảo vệ quyền ảnh số 12 4.2 Xác thực thông tin phát xuyên tạc thông tin .13 4.3 Dấu vân tay hay dán nhãn 13 4.4 Điều khiển truy nhập 14 Đặc tính thủy vân .14 5.1 Độ trung thực 14 5.2 Tính bền vững 14 5.3 Tính dễ hỏng 15 5.4 Tỉ lệ lỗi sai dương 16 5.5 Tính dư thừa .16 5.6 Đa thủy vân 16 5.7 Độ phức tạp tính tốn .16 Yêu cầu phương pháp thủy vân 17 Khả công hệ thống thủy vân số 18 CHƯƠNG II - KỸ THUẬT THỦY VÂN SỐ 19 Hướng tiếp cận theo miền không gian ảnh .19 1.1 Thuật toán SW 20 1.2 Thuật toán WU-LEE 23 1.3 Thuật toán LBS 26 1.4 Thuật toán CPT 30 Hướng tiếp cận theo miền tần số 36 2.1 Biến đổi cosin rời rạc (DCT) 36 2.2 Biến đổi Fourier rời rạc .45 2.3 Thuật toán thủy vân dựa miền DWT 53 CHƯƠNG III - CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 59 Danh mục hình vẽ Hình 1.1: Sơ đồ phân loại hệ thống thủy vân Hình 1.2: Quy trình nhúng thủy vân 10 Hình 1.3: Quy trình trích xuất tìm kiếm thủy vân 11 Hình 2.1: Minh họa thuật toán SW: nhúng bit vào khối ảnh B 21 Hình 2.2: Minh họa chọn điểm ảnh giấu tin vào khối ảnh màu 22 Hình 2.3: Minh họa thuật tốn WU-LEE nhúng đoạn bit 011 24 Hình 2.4: Ví dụ bảng hệ số DCT 37 Hình 2.5: Phân chia miền tần số thấp giữa, cao phép biến đổi DCT 38 Hình 2.6: Quy trình nhúng tách thủy vân theo kỹ thuật thủy vân miền DCT 39 10 Hình 2.7: (a): Ảnh gốc Lena.bmp; (b): Ảnh biên độ (c): Phổ pha 47 11 Hình 2.8: Một miền vành đai dải tần 49 12 Hình 2.9: Miền vành đai chia thành đường trịn đồng tâm chia góc 49 13 Hình 2.10: Dải tần số trung bình chia thành cung đồng tâm 52 14 Hình 2.11: Biến đổi Wavelet cấu trúc dải thông 54 15 Hình 2.12: (a) Thủy vân gốc (b) thủy vân tách từ khối (c) Thủy vân kết hợp 55 16 Hình 2.13: Dải thơng LL2 chia thành khối nhỏ 56 17 Hình 2.14: (a) Ảnh gốc (b) Ảnh thủy vân với Q= 35 57 18 Hình 3.1: Giao diện chương trình 60 19 Hình 3.2: (LBS) Kết trích xuất chưa sử dụng cơng nhiễu 61 20 Hình 3.3: (LBS) Kết trích xuất sử dụng cơng nhiễu 61 21 Hình 3.4: (DCT) Kết trích xuất chưa sử dụng cơng nhiễu 62 22 Hình 3.5: (DCT) Kết trích xuất sử dụng cơng nhiễu 63 23 Hình 3.6: (DWT) Kết trích xuất chưa sử dụng công nhiễu 63 24 Hình 3.7: (DWT) Kết trích xuất sử dụng công nhiễu 64 Danh mục từ viết tắt Chữ viết tắt SW WU-LEE Ý nghĩa Thuật toán thủy vân đơn giản (Simple Watermarking) Thuật toán thủy vân đặt theo tên hai tác giả M.Y.Wu J.H.LEE PCT Thuật toán thủy vân đặt theo tên tác giả: Hsiang – Kuang Pan, Yu- Yuan Chen Yu- chee Treng LSB Least Significant Bit DCT Biến đổi Cosine rời rạc (Discrete Cosine Transform) DWT Biến đổi sóng rời rạc (Discrete Wavelet Transform) MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Sự phát triển mạnh mẽ hệ thống đa phương tiện kết nối mạng Internet dẫn đến nhu cầu bảo vệ quyền cho phương tiện liệu số, ảnh, audio, video clip… Hầu hết thông tin ngày lưu trữ dạng số hóa Đồng thời, q trình tồn cầu hóa mạng Internet biến xã hội ảo nơi diễn trao đổi thơng tin lĩnh vực trị, quân sự, quốc phòng, kinh tế, thương mại Tuy nhiên, công nghệ số tạo khả chép hồn hảo, khơng có khuyết điểm phân phối lại sản phẩm toàn giới, có khơng cho phép người sở hữu Việc trao đổi, phân bố, chép xử lý sản phẩm số ngày nhanh chóng, đơn giản, nằm ngồi tầm kiểm sốt tổ chức Vấn đề đặt cho tất phương thức kinh doanh, phân phối tài nguyên số mạng tuân thủ nguyên tắc quyền sở hữu trí tuệ, khơng cản trở q trình phân phối, trao đổi tài nguyên số Nhu cầu bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ sản phẩm số trở thành vấn đề quan trọng quan tâm Hiện nay, có hàng tỉ ảnh phân phối kênh truyền công cộng Do chúng có đặc tính dễ chép, dễ chỉnh sửa nên nhiều đối tượng lợi dụng cố ý đánh cắp, làm sai lệch, giả mạo ảnh gốc Từ đó, gây thiệt hại đến uy tín, thiệt hại kinh tế cho người sở hữu ảnh đặc biệt bối cảnh bùng nổ Internet Để giải cho vấn đề an tồn truyền thơng vào bảo vệ quyền tài liệu số đặc biệt ảnh số việc xây dựng hệ thống có sử dụng kỹ thuật nhúng thủy vân giải pháp tối ưu Thuỷ vân số phương pháp dựa lý thuyết tổng hợp nhiều lĩnh vực khác mật mã học, lý thuyết thông tin, lý thuyết truyền thơng xử lý tín hiệu số, xử lý ảnh Bằng cách sử dụng thủy vân, liệu số bảo vệ khỏi chép bất hợp pháp Tạo thủy vân phương pháp nhúng lượng thơng tin vào liệu đa phương tiện cần bảo vệ sở hữu mà không để lại ảnh hưởng đến chất lượng sản phẩm Thủy vân gắn kết với sản phẩm Bằng trực giác khó phát thủy vân liệu chứa, tách chúng chương trình có cài đặt thuật toán thủy vân Thủy vân tách từ liệu số chứng kết luận liệu số có bị xun tác thơng tin hay vi phạm quyền hay khơng Chính tính hữu ích ứng dụng thực tiễn, phục vụ công tác chứng minh liệu số có bị xun tạc thơng tin hay vi phạm quyền số hay không thủy vân số nên em định lựa chọn đề tài là: “Nghiên cứu kỹ thuật giấu tin, đánh dấu vào liệu ứng dụng phòng chống tội phạm” Mục đích luận văn Mục đích luận văn nghiên cứu hệ thống thủy vân số hướng ứng dụng thủy vân số chủ yếu ứng dụng bảo vệ quyền ảnh số Tập trung vào phân tích thuật tốn thủy vân số Từ đó, xây dựng chương trình thử nghiệm cài đặt số thuật toán thủy vân nhằm ứng dụng xác thực thông tin bảo vệ quyền cho liệu ảnh số Đối tượng phạm vi nghiên cứu Luận văn tập trung nghiên cứu kỹ thuật thủy vân ảnh số Ứng dụng mà luận văn xây dựng hệ thống nhúng tách thủy vân nhằm xác thực nội dung thông tin bảo vệ quyền ảnh số Phương pháp thực Phương pháp thực đề tài nghiên cứu vấn đề liên quan đến giấu tin, tập trung nghiên cứu tiến hành xây dựng chương trình cài đặt chương trình thử nghiệm Kết đạt Luận văn hệ thống lại kiến thức thủy vân số, nghiên cứu số thuật toán miền không gian miền tần số Đồng thời cài đặt thành cơng thuật tốn thủy vân miền tần số miền không gian nhằm ứng dụng xác thực quyền ảnh số tác giả Bố cục luận văn Chương I: Tổng quan thủy vân số Chương II: Kỹ thuật thủy vân số Chương III: Chương trình thử nghiệm CHƯƠNG I - TỔNG QUAN VỀ THỦY VÂN SỐ Khái niệm thủy vân số Kỹ thuật thủy vân giấy xuất tác phẩm nghệ thuật làm giấy thủ công cách khoảng 700 năm Loại giấy có thủy vân cổ tìm thấy vào năm 1929 nguyên bắt nguồn từ thị trấn Fabriano Ý đóng góp vai trị lớn tiến hóa cơng nghiệp sản xuất giấy Vào thời điểm này, kỹ thuật thủy vân xem phương pháp hữu hiệu để xác định nguồn gốc sản phẩm, giúp người dùng lựa chọn hãng sản xuất giấy mà muốn mua Thuật ngữ watermark bắt nguồn từ loại mực vơ hình viết giấy hiển thị nhúng giấy vào nước Thuật ngữ Thủy vân số cộng đồng giới chấp nhận rộng rãi vào đầu thập niên 1990 Khoảng năm 1995, quan tâm đến thủy vân số bắt đầu phát triển nhanh Thủy vân số trình sử dụng thơng tin (ảnh, chuỗi bít, chuỗi số) nhúng cách tinh vi vào liệu số (ảnh số, audio, video hay text) nhằm xác định thông tin quyền tác phẩm Mục đích thủy vân số bảo vệ quyền cho phương tiện liệu số mang thông tin thủy vân Thao tác đưa thủy vân vào môi trường số gọi thủy vân số Thủy vân số xem hình thức ẩn giấu tin Theo sơ đồ phân loại kỹ thuật giấu tin A.P Pentitcolas 1999 theo hai hướng nghiên cứu giấu tin mật thủy vân số Có thể xem watermarking thao tác nhúng tin mà người dùng đầu cuối không cần quan tâm tới thông tin giấu bên đối tượng chứa tin Như vậy, Thủy vân số trình nhúng liệu vào đối tượng đa phương tiện theo phương pháp đó, để sau phát trích xuất thủy vân cho mục đích xác thực nguồn gốc sản phẩm Thủy vân phần đặc trưng thông tin nhúng vào liệu cần bảo vệ Một yêu cầu quan trọng thủy vân khó để trích xuất gỡ bỏ từ đối tượng nhúng thủy vân mà chìa khóa bí mật Phân loại thủy vân Thủy vân kỹ thuật thủy vân tùy theo tiêu chí phân loại mà chia thành nhiều loại khác nhau: Hình 1.1: Sơ đồ phân loại hệ thống thủy vân 2.1 Phân loại thủy vân theo miền nhúng: Một tiêu chí để phân loại “miền nhúng” nơi chứa thủy vân Ví dụ, thủy vân thực “miền khơng gian” Một khả khác thủy vân miền tần số 2.2 Phân loại theo đối tượng nhúng thủy vân: Kỹ thuật thủy vân phân loại theo đối tượng đa phương tiện cần nhúng thủy vân sau: + Thủy vân ảnh + Thủy vân video + Thủy vân âm + Thủy vân văn 2.3 Phân loại thủy vân theo cảm nhận người Tùy theo cảm nhận người, thủy vân chia ba loại khác nhau: ❖ Thủy vân hiện: Hiển thị cho người xem thông tin sản phẩm dạng hình mờ ❖ Thủy vân ẩn: - Thủy vân ẩn bền vững: Được nhúng cách thay đổi điểm ảnh cho hệ thống cảm giác người nhận thấy phải chịu cơng tác xử lý tín hiệu thơng thường “tấn cơng” phục hồi với chế giải mã thích hợp mà thơi Xét theo tính bí mật thủy vân bền vững phân loại nhỏ sau: + Lược đồ “thủy vân” bí mật: Cần tới ảnh gốc để trích xuất thủy vân Có loại lược đồ thủy vân bí mật: • Loại 1: Yêu cầu ảnh bị biến đổi ảnh gốc trích xuất thủy vân Ảnh gốc sử dụng để tìm kiếm vị trí thủy vân ảnh bị biển đối • Loại 2: Yêu cầu thủy vân q trình trích xuất kiểm tra biết thủy vân có ảnh cần kiểm tra hay khơng Trong hai loại trích xuất thủy vân cần địi hỏi có chìa khóa bí mật Đối với loại thứ chìa khóa bí mật ảnh gốc, cịn loại chìa khóa thứ chìa khóa bí mật liệu bí mật sử dụng để nhúng vào ảnh (hay nói cách khác thủy vân ) + Lược đồ thủy vân nửa bí mật: Khơng sử dụng ảnh gốc trình xác định thủy vân Tuy nhiên, lược đồ đưa thơng tin có diện thủy vân hay không + Lược đồ thủy vân mù: Trong lược đồ này, không yêu cầu ảnh gốc lẫn thủy vân nhúng q trình trích thủy vân