Tìm hiểu kỹ thuật nhúng thông tin để bảo vệ bản quyền cơ sở dữ liệu quan hệ

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn i ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG NGUYỄN MINH KHÔI Chuyên ngành : KHOA HỌC MÁY TÍNH Mã số : 60.48.01 TÌM HIỂU KỸ THUẬT NHÚNG THÔNG TIN ĐỂ BẢO VỆ BẢN QUYỀN CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS BÙI THẾ HỒNG Thái Nguyên, năm 2013 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii LỜI CẢM ƠN Luận văn đƣợc thực hiện tại trƣờng Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền Thông – Đại học Thái Nguyên dƣới sự hƣớng dẫn của PGS. TS Bùi Thế Hồng. Trƣớc hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Bùi Thế Hồng, ngƣời đã có những định hƣớng, những kiến thức quý báu, những lời động viên và chỉ bảo giúp tôi vƣợt qua những khó khăn để tôi hoàn thành tốt luận văn của mình. Tôi xin đƣợc bày tỏ lòng cảm ơn và sự kính trọng của mình đến các thầy cô giáo Trƣờng Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền Thông, Đại học Thái Nguyên, đặc biệt là các thầy cô giáo đã giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập tại trƣờng. Tôi cũng đặc biệt cảm ơn tới bạn bè lớp Cao học K9D, các đồng nghiệp tại Trƣờng Đại Lƣơng Thế Vinh tỉnh Nam Định, đã luôn động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và công tác, để tôi hoàn thành nhiệm vụ đƣợc giao. Nhân dịp này, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, ngƣời thân, đã tạo điều kiện giúp đỡ, động viên, trợ giúp tôi về tinh thần trong suốt quá trình học tập. Thái Nguyên, ngày 10 tháng 03 năm 2013 Tác giả Nguyễn Minh Khôi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Tìm hiểu kỹ thuật nhúng thông tin để bảo vệ bản quyền cơ sở dữ liệu quan hệ” này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu sử dụng trong luận văn là trung thực. Các kết quả nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận văn chƣa từng đƣợc công bố tại bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. Nguyễn Minh Khôi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN i LỜI CAM ĐOAN iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ….vi 1. Đặt vấn đề. 1 2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu. 2 3. Hƣớng nghiên cứu của đề tài. 2 4. Những nội dung nghiên cứu chính. 3 5. Phƣơng pháp nghiên cứu. 3 6. Ý nghĩa khoa học của đề tài. 3 CHƢƠNG I: TÌM HIỂU VỀ BẢN QUYỀN SẢN PHẨM SỐ VÀ KỸ THUẬT NHÚNG TIN 5 1.1 Bản quyền sản phẩm số 5 1.2. Kỹ thuật nhúng thông tin và ứng dụng 7 1.2.1 Kỹ thuật nhúng thông tin 7 1.2.2 Phân loại các kỹ thuật nhúng tin 8 1.3 Ứng dụng của kỹ thuật nhúng tin 10 1.4 Môi trƣờng nhúng tin 12 1.4.1 Trong văn bản 12 1.4.3 Trong audio 13 1.4.4 Trong video 14 1.4.5 Nhúng thông tin vào cơ sở dữ liệu quan hệ. 15 1.5 Tình hình nghiên cứu kỹ thuật nhúng tin vào cơ sở dữ liệu 16 1.5.1 Theo kiểu dữ liệu (Data type) 17 1.5.2 Theo kiểu biến dạng (Distortion) 18 1.5.3 Theo độ nhạy (Sensitivity) 18 1.5.6 Theo thông tin thuỷ vân (watermark information) 18 1.5.7 Tính kiểm tra đƣợc 19 1.5.8 Theo cấu trúc dữ liệu (Data structure) 20 1.5.9 Xử lý dữ liệu theo khối (Data cube) 21 1.5.10 Xử lý theo dòng dữ liệu (Streaming data) 21 CHƢƠNG II: NHÚNG THÔNG TIN ĐỂ BẢO VỆ BẢN QUYỀN CƠ SỞ DỮ LIỆU 22 2.1. Cơ sở của giải pháp 22 2.1.1 Nhúng tin vào ảnh số 22 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn v 2.1.1.1 Nhúng tin bằng kỹ thuật thay thế bit có trọng số thấp nhất. 22 2.1.1.2 Các phép biến đổi miền không gian ảnh sang miền tần số. 26 2.1.1.3 Kỹ thuật sinh chuỗi giả ngẫu nhiên 30 2.1.1.4 Các kỹ thuật trải phổ trong truyền thông 31 2.2. Giải thuật nhúng đề xuất 33 2.3. Giải thuật giải nhúng 41 2.4 Bảng hợp trƣớc các loại tấn công 43 2.4.1 Xóa ngẫu nhiên bản ghi 44 2.4.2 Sửa đổi bảng ghi 45 2.4.3 Chèn bản ghi 47 CHƢƠNG III: THỬ NGHIỆM GIẢI THUẬT ĐỀ XUẤT 48 3.1 Dữ liệu cho thử nghiệm 48 3.2 Xây dựng chƣơng trình thử nghiệm 50 3.2.1Tổ chức, cài đặt giải thuật 51 3.2.2 Hoạt động của chƣơng trình 52 KẾT LUẬN 55 PHỤ LỤC 57 1. Mã xác thực thông tin ( M A C) 57 2. Hàm băm 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO: 63 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ MỤC VIẾT TẮT LSB Least Significant Bit DFT Discrete Fourier Transform DCT Discrete Cosine Transform DWT Descrete Wavelet Transform IDWT Inverse Discrete Cosine Transform HVS Human Visual System CSDL Cơ sở dữ liệu quan hệ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ biểu diễn quá trình nhúng tin 8 Hình 1.2. Sơ đồ biểu diễn quá trình giải mã 8 Hình 1.3. Phân loại kỹ thuật nhúng tin 9 Hình 2.1: Minh họa thủy vân ảnh số 22 Hình 2.1.1: Minh họa cách nhúng tin bằng kỹ thuật LSB 25 Hình 2.2.1 Minh họa dữ liệu thông tin sinh viên 34 Hình 2.2.2 Minh họa dữ liệu kết quả học tập của sinh viên 35 Hình 2.2.3 Bảng hợp lƣu dữ liệu để nhúng tin 35 Hình 2.2.4: Hình mô phỏng bảng hợp chứa thông tin tìm kiếm, xác định dữ liệu. 36 Hình: 2.2.5: Minh họa bảng hợp vào các bít sẽ nhúng………… ……………… 39 Hình 2.2.6: Bảng sinh viên sau khi nhúng tin…………………………… 40 Hình 2.2.7 Bảng Kết quả học tập sau khi nhúng tin…………………… 40 Hình 2.3.1: Bảng bit sau giải nhúng ……………………………………… 43 Hình 2.4.1.1: Bảng kết quả học tập sau khi bị xóa một số bản ghi ……… 45 Hình 2.4.1.2: Bảng bit thu đƣợc từ giải nhúng sau khi CSDL bị xóa bản ghi………… 45 Hình 2.4.2.1: Bảng kết quả học tập sau khi bị sửa một số bản ghi ………… 46 Hình 2.4.2.2: Bảng bit thu đƣợc từ giải nhúng sau khi CSDL bị sửa bản ghi ……………………………………………………………………………….46 Hình 3.1.1: Biểu diễn tổ chức, lƣu trữ thông tin trong CSDL thử nghiệm 48 Hình 3.1.2: Mối liên giữa bảng dữ liệu sinh viên và bảng điểm kết quả học tập 50 Hình 3.2.1: Giao diện kết nối tới CSDL 52 Hình 3.2.2: Giao diện chọn bảng 53 Hình 3.2.3: Giao diện xác định các trƣờng lấy thông tin 54 Hình 3.2.4 : Thao tác nhúng và tách nhúng. 54 Hình 4.1. Sơ đồ hoạt động của MAC 57 Hình 4.2. Mô tả quá trình xác thực thông tin bằng MAC 58 Hình 4.3. Biểu diễn hàm băm 61 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 LỜI MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề. Với sự phát triển nhanh chóng của Internet, việc sao chép và phân phối sản phẩm số bất hợp pháp đang trở thành vấn đề nhứng nhối với nhiều cơ quan, tổ chức, cá nhân. Trong khi dữ liệu số lại là đối tƣợng dễ dàng bị nhân rộng, thay đổi và sao chép. Do đó, nếu việc vi phạm bản quyền trở nên phổ biến, thì nó sẽ làm suy yếu giá trị của thƣơng mại của các sản phẩm số này. Điều này đã tạo ra cuộc cách mạng trong lĩnh vực bảo vệ quan điểm của quyền sở hữu trí tuệ. Ngày nay, không chỉ ngành công nghiệp hình ảnh và âm nhạc (audio), cả các bộ phim (video) đang gặp phải vấn đề vi phạm bản quyền lớn, do các trang web cộng đồng chia sẻ tập tin và sự gia tăng của băng thông Internet. Vì vậy, quản lý quyền kỹ thuật số đang ngày càng là một vấn đề đáng quan tâm. Nhúng thông tin là một trong những kỹ thuật giấu dữ liệu hiện đại. Nó đƣợc định nghĩa nhƣ là quá trình chèn thông tin vào dữ liệu nhƣng bảo đảm không cảm thụ đƣợc, nghĩa là chỉ làm thay đổi nhỏ dữ liệu gốc. Nhúng thông tin đã đƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nhƣ bảo vệ quyền sở hữu, điều khiển việc sao chép, xác nhận giấy tờ, hay truyền đạt thông tin khác, … trong đó ứng dụng phổ biến của nó là cung cấp bằng chứng về bản quyền tác giả của các dữ liệu số bằng cách nhúng các thông tin bản quyền. Rõ ràng trong ứng dụng này, thông tin nhúng cần phải bền vững trƣớc các thao tác nhằm loại bỏ chúng. Trong thời đại bùng nổ thông tin hiện nay, cơ sở dữ liệu quan hệ gặp các nguy cơ tấn công là không thể tránh khỏi. Do lo ngại ngày càng tăng về việc vi phạm bản quyền cơ sở dữ liệu quan hệ, nên việc quản lý quyền kỹ thuật số của cơ sở dữ liệu đang trở thành một lĩnh vực nghiên cứu cực kỳ quan trọng. Gần đây đã đƣợc một số công trình tiên phong trong lĩnh vực này Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 giúp xác lập quyền sở hữu cơ sở dữ liệu quan hệ. Giải pháp đƣợc đƣa ra chính là sử dụng kỹ thuật nhúng thông tin vào cơ sở dữ liệu để cá nhân, tổ chức xác nhận quyền làm chủ sở hữu cơ sở dữ liệu mình. Trƣớc hết hãy xem xét kịch bản ngƣời mua-ngƣời bán chung một chủ sở hữu của cơ sở dữ liệu đƣợc bán cho nhiều khách hàng khác nhau. Đối với trƣờng hợp này, rõ ràng vấn đề chính là xác định quyền sở hữu mỗi bản sao của các dữ liệu đƣợc bán nhƣ vậy là xác định nguồn gốc chính xác và đáng tin cậy của cơ sở dữ liệu quan hệ trong trƣờng hợp vi phạm bản quyền. Cũng với cách thức này áp dụng cho tình huống công bố cơ sở dữ liệu và vấn đề xác minh thông tin trong cơ sở dữ liệu có bị xuyên tạc hay không. Vì vậy luận văn này sẽ tìm hiểu các kiểu tấn công nhằm vào cơ sở dữ liệu quan hệ, từng tình huống và tìm hiểu các cách giải quyết từng vấn đề. Tiếp đến luận văn sẽ tìm hiểu thuật toán nhúng thông tin vào cơ sở dữ liệu quan hệ và đƣa ra minh họa. 2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.  Một số cách thức vi phạm bản quyền cơ sở dữ liệu quan hệ thƣờng gặp.  Nhúng thông tin vào cơ sở dữ liệu quan hệ là một lĩnh vực rộng lớn và mới mẻ luận văn này chỉ tìm hiểu các giải thuật cơ sở cho việc nhúng và giải nhúng.  3. Hƣớng nghiên cứu của đề tài.  Tìm hiểu về cơ sở dữ liệu quan hệ.  Tìm hiểu mô hình nhúng thông tin cơ sở dữ liệu quan hệ.  Tìm hiểu các giải thuật liên quan. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 4. Những nội dung nghiên cứu chính. CHƢƠNG I: TÌM HIỂU VỀ BẢN QUYỀN SẢN PHẨM SỐ VÀ KỸ THUẬT NHÚNG TIN CHƢƠNG II: NHÚNG THÔNG TIN ĐỂ BẢO VỆ BẢN QUYỀN CƠ SỞ DỮ LIỆU CHƢƠNG III: THỬ NGHIỆM GIẢI THUẬT ĐỀ XUẤT KẾT LUẬN 5. Phƣơng pháp nghiên cứu.  Về lý thuyết: + Đọc tài liệu để tìm hiểu về cơ sở dữ liệu quan hệ, kỹ thuật nhúng thông tin bảo vệ bản quyền sản phẩm số nói chung và cơ sở dữ liệu quan hệ nói riêng. + Tìm hiểu cơ sở toán học và phƣơng pháp xây dựng mô hình cho bài toán nhúng thông tin để bảo vệ bản quyền cơ sở dữ liệu quan hệ.  Về thực nghiệm: + Áp dụng các thuật toán trên cho mô hình cơ sở dữ liệu để minh họa. 6. Ý nghĩa khoa học của đề tài.  Trong thời đại ngày nay việc an toàn quyền sở hữu thông tin là một nhu cầu cập bách không thể xa rời. An toàn sở hữu thông tin ở đây chính là bảo vệ thông tin không bị sao chép trái phép, không bị thay đổi ở mọi hình thức xuyên tạc hay bóp méo sự thật. Mà quan trong hơn cả là khẳng định quyền làm chủ thông tin, mà đặc biệt hơn nữa trong quyền sở hữu thông tin chính là quyền sở hữu cơ sở dữ liệu quan hệ. Bởi vì mọi cá nhân,cơ quan, tổ chức, tồn tại trong xã hội thông tin thì thông tin của mình đều đƣợc lƣu trữ trong cơ sở dữ liệu quan hệ. Một khi cơ sở dữ liệu đó bị xâu phạm, bị biến đổi mà ta không thể nào chứng thực lại thông tin gốc trong cơ sở dữ liệu thì điều [...]... vì thề mà các kỹ thuật để chứng thực quyền sở hữu cơ sở dữ liệu quan hệ đang đƣợc nhiều tổ chức đầu tƣ nghiên cứu, trong dó kỹ thuật nhúng thông tin để bảo vệ cơ sở dữ liệu quan hệ đang đƣợc nhiều tổ chức ứng dụng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 CHƢƠNG I: TÌM HIỂU VỀ BẢN QUYỀN SẢN PHẨM SỐ VÀ KỸ THUẬT NHÚNG TIN Cuộc cách mạng thông tin kỹ thuật số đã đem... khóa nhúng tin bảo vệ bản quyền và thủy vân mang tính chất tƣơng đƣơng nhau 1.3 Ứng dụng của kỹ thuật nhúng tin Bảo mật thông tin bằng nhúng tin có hai khía cạnh Một là bảo mật cho dữ liệu đƣợc nhúng, ví dụ nhúng tin mật: thông tin mật đƣợc giấu kỹ trong một đối tƣợng khác sao cho ngƣời khác không phát hiện đƣợc Hai là bảo mật chính đối tƣợng đƣợc dùng để giấu dữ liệu vào, chẳng hạn ứng dụng bảo vệ bản. .. trên môi trƣờng cơ sở dữ liệu quan hệ Trong các môi trƣờng dữ liệu đó thì dữ liệu đa phƣơng tiện là môi trƣờng chiếm tỉ lệ chủ yếu trong các kỹ thuật nhúng tin 1.4.1 Trong văn bản Nhúng thông tin bí mật vào trong văn bản là một kỹ thuật nhúng tin đơn giản và đƣợc phát triển sớm nhất Kỹ thuật này có ngƣời còn hiểu đó nhƣ phần mật mã thông tin Kỹ thuật này tận dụng những thuộc tính của văn bản, thay đổi... học và công nghệ, các nhà nghiên cứu đã đề ra kỹ thuật nhúng thông tin khẳng định bản quyền vào trong sản phẩm trƣớc khi công bố sản phẩm Để biết các thông tin ẩn bên trong này có tác dụng thế nào, kỹ thuật này hoạt động ra sao, thì tôi xin trình bày ở các phần dƣới đây 1.2 Kỹ thuật nhúng thông tin và ứng dụng 1.2.1 Kỹ thuật nhúng thông tin Từ trƣớc đến nay, nhiều phƣơng pháp bảo vệ thông tin đã đƣợc... lƣợng thông tin đƣợc trao đổi bằng ảnh là rất lớn và hơn nữa nhúng thông tin trong ảnh cũng đóng vai trò hết sức quan trọng trong các hầu hết các ứng dụng bảo vệ an toàn thông tin nhƣ: nhận thực thông tin, xác định xuyên tạc thông tin, bảo vệ bản quyền tác giả, điều khiển truy cập, nhúng thông tin mật Vì vậy vấn đề nhúng tin trong ảnh này đang đƣợc quan tâm rất lớn của các nhà nghiên cứu Thông tin sẽ... Nhúng thông tin trong audio mang những đặc điểm riêng khác với nhúng thông tin trong các đối tƣợng đa phƣơng tiện khác Một trong những yêu cầu cơ bản của nhúng tin là đảm bảo tính chất ẩn của thông tin đƣợc nhúng đồng thời không làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng của dữ liệu gốc Để Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 14 đảm bảo yêu cầu này, kỹ thuật nhúng thông tin. .. Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 22 CHƢƠNG II: NHÚNG THÔNG TIN ĐỂ BẢO VỆ BẢN QUYỀN CƠ SỞ DỮ LIỆU 2.1 Cơ sở của giải pháp Xuất phát từ kỹ thuật thủy vân ảnh số, ta có một bức ảnh gốc Ảnh gốc này đƣợc phát hành đi các nơi khác nhau Vấn đề là chủ sở hữu của nó không cho phép một ai có thể tranh chấp bản quyền bức ảnh này với mình, và chủ sở hữu đã nhúng thông tin khẳng định... đề xuất trong bài viết này chúng ta xem qua các kỹ thuật nhúng tin vào ảnh và vào tài liệu dạng văn bản nêu trên 2.1.1 Nhúng tin vào ảnh số Với kỹ thuật nhúng tin vào trong ảnh giúp tôi phát triển luận văn này sử dụng loại ảnh tĩnh Ta tìm hiểu một chút về các kỹ thuật nhúng tin vào ảnh đƣợc phát triển trong giai đoạn gần đây 2.1.1.1 Nhúng tin bằng kỹ thuật thay thế bit có trọng số thấp nhất LSB (Least... 2.1: Minh họa thủy vân ảnh số bản quyền của mình và để phát hiện việc sao chép, tranh chấp sở hữu cho sản phảm Cộng với trong quá trình học tập và nghiên cứ tôi tìm hiểu các kiến thức về lĩnh vực nhúng tin trong tài liệu dạng văn bản Từ hai lý do nêu trên tôi nảy ra ý tƣởng kết hợp các kiến thức từ 2 kỹ thuật nêu trên để làm sao nhúng thông vào trong cơ sở dữ liệu quan hệ Trƣớc khi nói về ý tƣởng đƣợc... thêm thời gian để nghiên cứu và thẩm định Trong luận văn này ta đề cập tới vấn đề chính là nhúng tin vào cơ sở dữ liệu nên trong phần tiếp theo, chúng ta sẽ chi tiết hơn về tình hình nghiên cứu kỹ thuật này 1.5 Tình hình nghiên cứu kỹ thuật nhúng tin vào cơ sở dữ liệu Cho đến nay, các nhà khoa học ở Việt Nam đã có một số công trình đã đƣợc công bố trong đó có áp dụng kỹ thuật nhúng tin (thuỷ vân), . và giải nhúng.  3. Hƣớng nghiên cứu của đề tài.  Tìm hiểu về cơ sở dữ liệu quan hệ.  Tìm hiểu mô hình nhúng thông tin cơ sở dữ liệu quan hệ.  Tìm hiểu các giải thuật liên quan. . phạm bản quyền cơ sở dữ liệu quan hệ thƣờng gặp.  Nhúng thông tin vào cơ sở dữ liệu quan hệ là một lĩnh vực rộng lớn và mới mẻ luận văn này chỉ tìm hiểu các giải thuật cơ sở cho việc nhúng. thuật nhúng thông tin bảo vệ bản quyền sản phẩm số nói chung và cơ sở dữ liệu quan hệ nói riêng. + Tìm hiểu cơ sở toán học và phƣơng pháp xây dựng mô hình cho bài toán nhúng thông tin để bảo vệ