phối hợp các phương pháp nén thông tin, mã hoá thông tin, giấu thông tin để xây dựng ứng dụng giấu tin

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ MẠNH THẮNG NGHIÊN CỨU PHỐI HỢP CÁC PHƯƠNG PHÁP NÉN THÔNG TIN, MÃ HOÁ THÔNG TIN, GIẤU THÔNG TIN ĐỂ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG GIẤU TIN TRONG MÔI TRƯỜNG ĐA PHƯƠNG TIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2009 2 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ LÊ MẠNH THẮNG NGHIÊN CỨU PHỐI HỢP CÁC PHƯƠNG PHÁP NÉN THÔNG TIN, MÃ HOÁ THÔNG TIN, GIẤU THÔNG TIN ĐỂ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG GIẤU TIN TRONG MÔI TRƯỜNG ĐA PHƯƠNG TIỆN Ngành: Công nghệ Thông tin Chuyên ngành: Công nghệ phần mềm Mã số: 60 48 10 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC TS. Hồ Văn Hương 3 Hà Nội - 2009 4 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết quả đạt được trong luận văn là sản phẩm của riêng cá nhân, không sao chép lại của người khác. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều được trình bày hoặc là của cá nhân hoặc là được tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ rõ ràng và được trích dẫn hợp pháp. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan của mình. Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2009 Lê Mạnh Thắng 5 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến TS. Hồ Văn Hương – Ban cơ yếu Chính phủ, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trường Đại học Công nghệ - ĐHQG Hà Nội đã giảng dạy và cung cấp cho chúng tôi những kiến thức rất bổ ích trong thời gian học cao học, giúp tôi có nền tảng tri thức để phục vụ nghiên cứu khoa học sau này. Tôi cũng xin cảm ơn Lãnh đạo và đồng nghiệp tại đơn vị đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tôi cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn đến gia đình và bạn bè, những người luôn quan tâm, động viên và khuyến khích tôi. Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2009 Học viên Lê Mạnh Thắng 6 MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN 5 LỜI CẢM ƠN 6 MỤC LỤC 7 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT 9 CHƯƠNG 1 14 TỔNG QUAN VỀ NÉN, MÃ HOÁ VÀ GIẤU TIN MẬT 14 .1Tổng quan về nén thông tin 14 .1.1.Nhận thức chung 14 1.1.1.Một số khái niệm cơ bản 14 1.1.2.Các thông số quan trọng của nén 14 .1.2.Nguyên tắc của nén dữ liệu 15 .1.3.Phân loại phương pháp nén 17 1.3.1.Theo nguyên lý nén 17 1.3.2.Theo cách thức thực hiện nén 18 1.3.3.Phân loại dựa vào triết lý của sự mã hoá 18 1.3.4.Cách phân loại của Anil.K.Jain 18 .1.4.Các kỹ thuật nén thông tin 18 1.4.1.Nén không mất mát thông tin 18 1.4.2.Nén có mất mát thông tin 19 .1.5.Ứng dụng của nén thông tin 19 .2Mã hoá thông tin 20 .1.6.Sơ lược về lịch sử mật mã học 20 .1.7.Các khái niệm cơ bản 21 1.7.1.Khái niệm mật mã 21 1.7.2.Khái niệm mã hoá thông tin 21 .1.8.Phân loại hệ mật mã 22 1.8.1.Hệ mã hoá khoá bí mật 22 1.8.2.Hệ mã hoá khoá công khai 23 1.8.3.Kết hợp hệ mã hoá khoá bí mật và hệ mã hoá khoá công khai 25 .3Sơ lược về giấu tin mật 25 .1.9.Các khái niệm cơ bản 25 1.9.1.Khái niệm giấu tin mật 26 1.9.2.Các thành phần của hệ giấu tin mật 27 .1.10.Tính chất của giấu tin mật 28 .1.11.Ứng dụng của giấu tin mật 29 1.11.1.Liên lạc bí mật 29 1.11.2.Bảo vệ bản quyền 29 .1.12.Kỹ thuật tấn công hệ giấu tin mật 30 .4Kết chương 31 CHƯƠNG 2 32 MÔI TRƯỜNG ĐA PHƯƠNG TIỆN VÀ KHẢ NĂNG GIẤU TIN 32 .5Âm thanh số 32 .2.1.Tính chất cơ bản của tín hiệu âm thanh 32 .2.2.Biểu diễn âm thanh số 32 .2.3.Nén âm thanh 35 2.3.1.Lượng tử hóa phi tuyến 35 2.3.2.Mã hóa dự báo (Predictive Coding) 35 2.3.3.Kỹ thuật nén sử dụng tính chất lọc (masking): Âm thanh MPEG 36 .2.4.Giấu tin mật trong âm thanh số 37 .6Ảnh số 39 7 .2.5.Biểu diễn ảnh số 39 .2.6.Các tham số chính của ảnh số 40 .2.7.Nén ảnh 40 .2.8.Giấu tin mật trong ảnh số 43 2.8.1.Giấu tin mật trong ảnh đen trắng 43 2.8.2.Giấu tin trong ảnh màu 44 .7Video số 47 .2.9.Biểu diễn video số 47 .2.10.Nén video 47 2.10.1.Lấy mẫu màu 48 2.10.2.Ước lượng và bù chuyển động 48 2.10.3.MPEG 48 2.10.4.Các chuẩn khác 52 .2.11.Giấu tin trong video số 52 .8Kết chương 52 CHƯƠNG 3 54 PHỐI HỢP CÁC PHƯƠNG PHÁP NÉN, MÃ HOÁ VÀ GIẤU TIN ĐỂ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG LIÊN LẠC BÍ MẬT 54 .9Vì sao phải kết hợp nén thông tin, mã hoá thông tin và giấu tin mật 54 .10Tình hình nghiên cứu, ứng dụng giấu tin mật hiện nay 55 .3.1.Một số kỹ thuật và phần mềm giấu tin mật trên thị trường 55 .3.2.Giấu tin mật và nhu cầu liên lạc bí mật trong công tác An ninh Quốc phòng ở Việt Nam 57 .11Giải pháp đề xuất 58 .3.3.Mục tiêu, yêu cầu 58 .3.4.Giải pháp 59 .12Xây dựng và cài đặt ứng dụng 61 .3.5.Yêu cầu xây dựng 61 .3.6.Lựa chọn giải pháp kỹ thuật cho ứng dụng 62 3.6.1.Lựa chọn môi trường và phương tiện truyền 62 3.6.2.Xây dựng cơ sở dữ liệu vật mang 62 3.6.3.Lựa chọn kỹ thuật nén 62 3.6.4.Lựa chọn phương pháp mã hoá 62 3.6.5.Lựa chọn giải thuật giấu tin 63 3.6.6.Lựa chọn môi trường xây dựng 63 .3.7.Thiết kế và cài đặt phần mềm 65 .3.8.Kết quả xây dựng 72 .3.9.Giới hạn và cải thiện tương lai: 73 .13Kết chương 74 KẾT LUẬN 75 TÀI LIỆU THAM KHẢO 76 8 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT VIẾT TẮT TỪ GỐC NGHĨA TIẾNG VIỆT 3-DES Triple Data Encrytion Standard Áp dụng giải thuật DES 3 lần cho mỗi khối dữ liệu ADC Analog to Digital Converter Chuyển đổi từ tín hiệu tương tự sang tín hiệu số AES Advanced Encryption Standard Hệ mật mã tiên tiến DAC Digital to Analog Converter Bộ chuyển đổi từ tín hiệu số sang tín hiệu tương tự DCT Discrete Cosine Transform Biến đổi Côsi rời rạc DES Data Encryption Standard Hệ mật mã chuẩn DPCM Differential pulse code modulation Điều xung mã vi phân ECC Elliptic curve cryptography Hệ mã hóa đường con Elliptic HAS Human Auditory System Hệ thông thính giác con người HVS Human Vision System Hệ thống thị giác của con người JPEG Joint Photographic Experts Group Ảnh nén có mất mát thông tin LZ77, LZ78 Abraham Lempel, Jacob Ziv Các thuật toán nén không mất mát thông tin do Abraham Lempel, Jacob Ziv đề xuất năm 1977 và 1978 LZW Lempel – Zip, Welch Một phương pháp nén được phát minh bởi Lempel - Zip và Welch MNP5 Microcom Network Protocol 5 Kỹ thuật nén sử dụng cho modem PCM Pulse-code modulation Điều biên mã xung QAM Quadrature Amplitude Modulation Điều chế biên độ trực giao RLC Run Length Coding Mã hóa loạt dài RLE Run Length Encoding Mã hóa loạt dài RSA Ron Rivest, Adi Shamir, Len Thuật toán mã hóa khóa 9 Adleman công khai do 3 tác giả Ron Rivest, Adi Shamir, Len Adleman đề xuất 10 [...]... như RSA Phương pháp mật mã hoá đã được chứng minh là rất hiệu quả và có nhiều ứng dụng trong thực tiễn Một phương pháp khác đang được nghiên cứu và ứng dụng rất mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới đó là phương pháp giấu tin mật Trong khi phương pháp mã hoá nhằm bảo vệ nội dung của thông tin thì phương pháp giấu tin mật lại che giấu sự có mặt của thông tin bằng cách giấu thông tin này vào thông tin khác... thám mã cũng không dễ khám phá bản rõ Nhưng vì có tốc độ mã hoá và giải mã chậm nên hệ mã hoá khoá công khai chỉ dùng để mã hoá những bản tin ngắn, ví dụ như mã hoá khoá bí mật gửi đi 1.8.3 Kết hợp hệ mã hoá khoá bí mật và hệ mã hoá khoá công khai Các phương pháp mã hóa khoá bí mật có ưu điểm xử lý rất nhanh so với các phương pháp mã hóa khóa công khai Do khóa dùng để mã hóa cũng được dùng để giải mã. .. Tổng quan về nén, mã hoá và giấu tin mật Chương này tìm hiểu tổng quan về các kỹ thuật nén thông tin, mã hoá thông tin và giấu tin mật Nội dung đề cập là các khái niệm cơ bản, tính chất, đặc điểm, ứng dụng và một số vấn đề có liên quan của các kỹ thuật này Chương 2: Môi trường đa phương tiện và khả năng giấu tin Để có thể thực hiện các kỹ thuật nén, mã hoá và giấu tin mật trong môi trường đa phương tiện... của các kỹ thuật nén thông tin, mã hoá thông tin và giấu tin mật Qua nội dung vừa trình bày, có thể thấy các kỹ thuật này rất đều có tác dụng biến đổi thông tin sang dạng khác, giúp cho việc truyền tải thông tin trên mạng và có nhiều ứng dụng trên thực tế Trong khi kỹ thuật nén thông tin có tác dụng làm giảm lượng thông tin truyền tải trên mạng, kỹ thuật mã hoá thông tin đảm bảo an toàn cho thông tin. .. áp dụng cả hai phương pháp này để giúp cho việc đảm bảo an toàn thông tin khi trao đổi Để tăng dung lượng thông tin được trao đổi, người ta cũng thường kết hợp thêm các kỹ thuật nén thông tin Trong phạm vi luận văn này, chúng tôi tập trung nghiên cứu một số nội dung cơ bản của các kỹ thuật nén thông tin, mã hoá thông tin, giấu tin mật trong dữ liệu đa phương tiện, trên cơ sở đó nghiên cứu phối hợp các. .. phương pháp nén có mất mát Các phương pháp này có chi phí rẻ hơn vì chúng sử dụng ít không gian và thời gian hơn khi thực hiện gửi hàng triệu bit/giây đối với dữ liệu ảnh và video Một số phương pháp đã được phát triển sử dụng các kỹ thuật nén không mất mát Mã hoá JPEG được sử dụng để nén các ảnh và đồ hoạ, mã hoá MPEG được sử dụng để nén video và mã hoá MP3 được sử dụng để nén âm thanh số Phương pháp nén. .. điểm và tính chất của các định dạng trong môi trường đa phương tiện Chương này tập trung trình bày các khái niệm cơ bản, đặc điểm, tính chất và các kỹ thuật nén được áp dụng đối với các định dạng phổ biến như ảnh số, âm thanh số và video số cũng như phương pháp giấu tin mật trong các định dạng này Chương 3: Phối hợp các phương pháp nén, mã hoá và giấu tin mật để xây dựng ứng dụng cho liên lạc bí mật... mật mã với mục tiêu là che giấu các thông tin mật Hình 6: Phân cấp các lĩnh vực nghiên cứu của ngành mật mã học Giấu tin và mật mã tuy cùng có một mục đích là không để đối phương phát hiện ra tin cần giấu nhưng chúng có một số đặc điểm khác biệt sau: - Mật mã là giấu đi ý nghĩa của thông tin - Giấu tin là giấu đi sự hiện diện của thông tin Về bản chất, giấu tin gần với nén dữ liệu hơn Thuỷ ấn số và giấu. .. là phương pháp RSA, được sử dụng ngày càng nhiều trong các ứng dụng mã hóa trên thế 24 giới và có thể xem như đây là phương pháp chuẩn được sử dụng phổ biến nhất trên Internet, ứng dụng trong việc bảo mật thông tin liên lạc cũng như trong lĩnh vực thương mại điện tử Có thể định nghĩa hệ mã hoá công khai như sau: Hệ mã hoá công khai (Hệ mã hoá khoá phi đối xứng): là hệ mã hoá có khoá lập mã và khoá... là bản mã Quá trình mã hoá và giải mã: Hình 2: Quá trình mã hóa và giải mã Người gửi tin G muốn gửi bản tin T cho người nhận N Để đảm báo bí mật, G mã hoá bản tin bằng khoá lập mã ke, nhận được bản mã e ke(T), sau đó gửi cho N Tin tặc có thể trộm bản mã eke(T) nhưng cũng “khó” để hiểu được bản tin gốc T nếu không có khoá giải mã kd Người nhận N nhận được bản mã, họ dùng khoá giải mã kd để giải mã e ke(T) . THẮNG NGHIÊN CỨU PHỐI HỢP CÁC PHƯƠNG PHÁP NÉN THÔNG TIN, MÃ HOÁ THÔNG TIN, GIẤU THÔNG TIN ĐỂ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG GIẤU TIN TRONG MÔI TRƯỜNG ĐA PHƯƠNG TIỆN Ngành: Công nghệ Thông tin Chuyên ngành:. CÔNG NGHỆ LÊ MẠNH THẮNG NGHIÊN CỨU PHỐI HỢP CÁC PHƯƠNG PHÁP NÉN THÔNG TIN, MÃ HOÁ THÔNG TIN, GIẤU THÔNG TIN ĐỂ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG GIẤU TIN TRONG MÔI TRƯỜNG ĐA PHƯƠNG TIỆN LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà. dung cơ bản của các kỹ thuật nén thông tin, mã hoá thông tin, giấu tin mật trong dữ liệu đa phương tiện, trên cơ sở đó nghiên cứu phối hợp các phương pháp này để xây dựng ứng dụng giúp cho việc