VẤN ĐỀ MÃ HOÁ THÔNG TIN

Đối tượng cơ bản của mật mã là tạo ra khả năng liên lạc trên một kênh không mật cho hai người sử dụng (có thể gọi là S (Sender) và R (Receiver))

MỤC LỤC Chương 1: VẤN ĐỀ MÃ HỐ THƠNG TIN……………………………… 1.1 KHÁI NIỆM MÃ HOÁ………………………………………………… 1.1.1 Định nghĩa………………………………………………………….4 1.1.2 Phân loại……………………………………………………………6 1.2 HỆ MÃ HOÁ ĐỐI XỨNG…………………………………………… 1.2.1 Hệ mã hoá đối xứng cổ điển …………………………………… 1.2.1.1 Mã dịch vòng……………………………………………………7 1.2.1.2 Mã thay thế…………………………………………………… 1.2.1.3 Mã Affine…………………………………………………… 1.2.1.4 Mã Vigenere………………………………………………… 10 1.2.1.5 Mã Hill……………………………………………………… 11 1.2.1.6 Mã hốn vị…………………………………………………….12 1.2.1.7 Mã dịng……………………………………………………….13 1.2.2 Hệ mã hoá đối xứng đại………………………………………14 1.2.2.1 Mã theo chuỗi bit………………………………………………14 1.2.2.2 Mã theo chữ……………………………………………………14 1.2.2.3 Mã theo khối………………………………………………… 15 1.2.2.4 Mã mũ…………………………………………………………15 1.2.2.5 DES……………………………………………………………16 1.3 HỆ MÃ HỐ CƠNG KHAI…………………………………………… 17 1.3.1 Hệ mật mã RSA………………………………………………… 17 1.3.1.1 Định nghĩa sơ đồ hệ mật……………………………………….17 1.3.1.2 Thực hệ mật………………………………………………18 1.3.1.3 Các phương pháp công hệ mật…………………………… 18 1.3.2 Hệ Elgamal…………………………………………………… 19 Chương 2: VẤN ĐỀ GIẤU TIN……………………………………………… 20 2.1 KHÁI NIỆM VỀ GIẤU TIN ………………………………………… 20 2.1.1 Khái niệm thơng tin “số hố”…………………………………… 20 2.1.2 Khái niệm giấu tin…………………………………………………21 2.1.3 Mơ hình giấu tin………………………………………………… 22 2.1.3.1 Mơ hình giấu tin vào phương tiện chứa……………………… 22 2.1.3.2 Mơ hình tách tin từ phương tiện chứa………………………….23 Một số thuật ngữ bản…………………………………………………… 24 2.1.4 Phân loại kỹ thuật giấu tin……………………………………… 25 2.1.4.1 Phân loại theo phương tiện chứa……………………………….25 2.1.4.2 Phân loại theo cách thức tác động lên phương tiện…………….25 2.1.4.3 Phân loại theo mục đích sử dụng………………………………25 2.1.5 Các thành phần kỹ thuật giấu tin………………………… 26 2.1.5.1 Phương tiện chứa tin………………………………………… 26 2.1.5.2 Thông tin cần che giấu…………………………………………27 2.1.5.3 Khoá giấu tin………………………………………………… 27 2.2 CÁC GIAO THỨC GIẤU TIN………………………………………… 28 2.2.1 Giấu tin tuý………………………………………………….28 2.2.2 Giấu tin sử dụng khố bí mật…………………………………… 29 2.2.3 Giấu tin với khố cơng khai……………………………………….30 2.3 GIẤU TIN TRONG DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN………………… 31 2.3.1 Giấu tin ảnh…………………………………………………31 2.3.2 Giấu tin audio……………………………………………….32 2.3.2 Giấu tin video……………………………………………….33 2.4 PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN TRONG MÔI TRƯỜNG ĐA PHƯƠNG TIỆN….34 2.4.1 Một số ký hiệu…………………………………………………….34 2.4.2 Nguyên lý giấu tin cách thay thế……………………………35 2.4.3 Thay đổi bit quan trọng nhất……………………………….37 2.4.4 Phương pháp giấu tin vào vùng phương tiện chứa…… 41 2.4.5 Hoán vị giả ngẫu nhiên…………………………………………….44 2.4.6 Giảm chất lượng ảnh để giấu tin………………………………… 46 2.4.7 Giấu tin ảnh màu……………………………………………47 2.4.7.1 Giấu tin định dạng ảnh dùng bảng màu…………… 47 2.4.7.2 Giấu tin ảnh màu thông thường…………………… 49 Những thuật ngữ viết tắt…………………………………………………… 50 Chương VẤN ĐỀ MÃ HỐ THƠNG TIN 1.1 KHÁI NIỆM MÃ HỐ 1.1.1 Định nghĩa Đối tượng mật mã tạo khả liên lạc kênh không mật cho hai người sử dụng (có thể gọi S (Sender) R (Receiver)) cho đối phương T không hiểu thông tin truyền Kênh đường dây điện thoại mạng máy tính Thơng tin mà S muốn gửi cho R (bản rõ) dạng liệu S mã hoá rõ khoá xác định trước gửi mã kênh T có mã thu trộm kênh, song “khó” thể xác định nội dung rõ R (là người biết khố) giải mã thu rõ Định nghĩa hệ mật mã Hệ mật mã (P, C, K, E, D) thoả mãn điều kiện sau: P tập hữu hạn rõ C tập hữu hạn mã K (khơng gian khố) tập hữu hạn khố Đối với k ∈ K có quy tắc mã: P → C quy tắc giải mã tương ứng dk ∈ D Mỗi ek: P → C dk: C → P hàm mã: dk (ek (x)) = x với rõ x ∈ P Tính chất tính chất chủ yếu Nội dung rõ x mã hoá ek mã nhận sau giải mã d k ta phải thu rõ ban đầu x S R áp dụng thủ tục sau dùng hệ mật khoá riêng Trước tiên họ chọn ngẫu nhiên khoá k ∈ K Điều thực họ chỗ không bị T theo dõi, họ có kênh mật trường hợp xa Sau giả sử S muốn gửi thông báo cho R kênh không mật ta xem thông báo chuỗi: x = x 1, x2, …, xn với số nguyên n ≥ Ở ký hiệu rõ x ∈ P, ≤ i ≤ n Mỗi xi mã hoá quy tắc mã ek với khoá k xác định trước Bởi vậy, S tính y = e k (x i ), ≤ i ≤ n chuỗi mã nhận y = y1y2…yn , gửi kênh Khi R nhận y = y 1y2…yn giải mã dk thu rõ gốc x1x2…xn T S Bộ mã hố Bộ giải mã R Kênh an tồn Nguồn khố Hình 1: Kênh liên lạc Rõ ràng trường hợp hàm mã hoá e k phải hàm đơn ánh (tức ánh xạ - 1) Nếu không việc giải mã thực cách tường minh 1.1.2 Phân loại Các hệ thống mã hoá phổ biến thuộc hai loại sau: • Mã hố với khố đối xứng (Symmetric-key Encryption) • Mã hố với khố cơng khai (Public-key Encryption) Mã hóa đối xứng hệ mã hố mà biết khố lập mã “dễ ” tính khố giải mã ngược lại Trong số trường hợp, hệ mã hố khố đối xứng có khố lập mã khố giải mã trùng Mã hóa với khố cơng khai sử dụng hai khóa khác thực sự, để mã hóa giải mã thơng tin Tức biết khố “khó” tính khố Mỗi hệ thống mã hóa có ưu nhược điểm riêng Mã hóa với khố đối xứng xử lí nhanh, độ an tồn khơng cao Mã hóa với khố cơng khai xử lí chậm hơn, độ an tồn tính thn tiện quản lí khóa cao Trong ứng dụng mã hóa tại, người ta thường kết hợp ưu điểm hai loại mã hóa 1.2 HỆ MÃ HỐ ĐỐI XỨNG 1.2.1 Hệ mã hố đối xứng cổ điển 1.2.1.1 Mã dịch vịng Ta mơ tả mã dịch vòng dựa số học module Ta định nghĩa Zm tập số nguyên từ đến m – 1, ký hiệu dùng cho số nguyên từ đến m – với phép cộng nhân theo mod m Việc cộng nhân Zm thực giống cộng nhân số thực ngoại trừ điểm kết rút gọn theo module m Mã dịch vịng xác định Z25 (do có 26 chữ bảng chữ tiếng Anh) xác định Zm với module m tuỳ ý Định nghĩa: Giả sử P = C = Z26 với ≤ k ≤ 25 ek(x) = x + K mod 26 dk(x) = y – K mod 26 (x, y ∈ Z26) Trong trường hợp K = 3, hệ mật mã thường gọi hệ mã Caesar Julius Caesar sử dụng Ta sử dụng mã dịch vòng (với module 26) để mã hố văn tiếng Anh thơng thường cách thiết lập tương ứng kí tự thặng dư theo module 26 sau: A ⇔ 0, B ⇔ 1, …, Z ⇔ 25 A N 13 B O 14 C P 15 D Q 16 E R 17 F S 18 G T 19 H U 20 I V 21 J W 22 K 10 X 23 L 11 Y 24 M 12 Z 25 1.2.1.2 Mã thay Một hệ mã tiếng khác hệ mã thay Định nghĩa: Cho P = C = Z26 K chứa hoán vị 26 kí hiệu 0, 1, …, 25 Với phép hoán vị π ∈ K, ta định nghĩa: eπ(x) = π (x) dπ(y) = π-1(y) π-1 hốn vị ngược π Sau ví dụ phép hốn vị ngẫu nhiên π tạo nên hàm mã hố (các kí hiệu rõ viết chữ thường kí tự mã chữ in hoa) a X n S b N o F c Y p L d A q R e H r C f P s V g O t M h G u U i Z y E j Q w K k W x J l B y D m T z I Như vậy, eπ(a) = X, eπ(b) = N,…hàm giải mã phép hoán vị ngược Điều thực cách viết hàng thứ hai lên trước xếp theo thứ tự chữ Ta nhận được: A B C D E F G H I J K L M d l r y v o h e z x w p T N O P Q R S T U V W X Y Z b g f j q n m u s k a c I Bởi dπ(A) = d, dπ(B) = l,… 1.2.1.3 Mã Affine Mã dịch vòng trường hợp đặc biệt mã thay gồm 26 số 26! hốn vị 26 phần tử Một trường hợp đặc biệt khác mã thay mã Affine mô tả Trong mã Affine, ta giới hạn xét hàm mã có dạng: e(x) = a * x + b mod 26 (a, b ∈ Z26 Các hàm gọi hàm Affine, ý a = ta có mã dịch vịng) Định nghĩa: Cho P = C = Z26 giả sử K = {(a, b) ∈ Z26 × Z26: UCLN (a, 26) = 1} Với K = (a, b) ∈ K ta định nghĩa: ek(x) = a * x + b mod 26 dk(y) = a-1 (y - b) mod 26 với x, y ∈ Z26 Để có phép giải mã tương ứng, tức phương trình: a * x + b = c mod 26 có lời giải x (với c cho trước) điều kiện cần đủ a nguyên tố với 26, tức UCLN(a, 26) = Khi UCLN (a, 26) = 1, có số a-1 ∈ Z26 cho a * a-1 = a-1 * a = mod 26 đó, y = a * x + b mod 26, x = a-1 (y - b) mod 26 ngược lại 1.2.1.4 Mã Vigenere Trong hai hệ mã dịch vòng mã thay (một chọn) kí tự ánh xạ vào kí tự Vì lý đó, hệ mật mã cịn lại gọi hệ thay đơn biểu Bây ta trình bày hệ mật mã chữ đơn, hệ mật mã Vigenere tiếng Mật mã lấy tên Blaise de Vigenere sống vào kỷ 16 Sử dụng phép tương ứng A ⇔ 0, B ⇔ 1,…, Z ⇔ 25 mô tả trên, ta gắn cho khố K với chuỗi kí tự có độ dài m gọi từ khoá Mã Vigenere mã hoá đồng thời m kí tự: Mỗi phần tử rõ tương đương với m kí tự Định nghĩa: Cho m số nguyên dương cố định P = C = K = (Z26)m Với khoá K = (k1, k2,…, km) ta xác định: ek(x1, x2,…, xm) = (x1 + k1, x2 + k2,…, xm + km) dk(y1, y2,…, ym) = (y1 – k1, y2 – k2,…, ym - km) tất phép tốn thực Z26 1.2.1.5 Mã Hill 10 2.4.3 Thay đổi bit quan trọng Ý tưởng Ta biết số biểu diễn dãy giá trị nhị phân, vai trò bit khác dãy đó, bit quan trọng mà bị thay đổi, giá trị mà biểu diễn thay đổi khơng đáng kể Thuật tốn Thay bit LSB (các bit quan trọng nhất) có lẽ kỹ thuật đơn giản kỹ thuật giấu tin Ta xét phương tiện chứa ảnh, trình bày bước thuật toán giấu tin, qua việc thay đổi LSB + Lựa chọn tập { j1,… , jl(m)} phần tử phương tiện chứa + Thực thay đổi LSB c j mi (mi có giá trị 1) i Khi tách thông tin khỏi phương tiện chứa, người ta thực ngược lại: điểm tương ứng lựa chọn, bit LSB phần tử lựa chọn này, tách theo quy ước, tất ghép lại để có thơng tin ban đầu Thuật tốn 2.4.3.1: Q trình nhúng phương pháp thay đổi LSB For i : = to l(c) si : = ci ; End for For i : = to l(m) 37 Tính tốn ji để lưu trữ bit thứ i thông điệp; sj i : = cj i ; mi : = LSB( c j ) ; i End for Thuật toán 2.4.3.2 : Quá trình tách phương pháp thay đổi LSB For i : = to l(m) Tính tốn ji để lưu trữ bit thứ i thông điệp ; mi : = LSB( c j ) ; i End for Ảnh dùng làm phương tiện chứa ảnh mầu ảnh đa cấp xám Ảnh giấu tin có kích thước khơng đổi so với ảnh làm phương tiện chứa ban đầu Ảnh F dùng làm phương tiện chứa Giấu tin cách thay đổi LSB Ảnh F’ chứa tin Thuật toán lựa chọn điểm giấu tin Hình : Các thành phần thuật tốn giấu tin LSB Nhận xét Phương pháp giấu tin mật cách thay đổi bit LSB kỹ thuật đơn giản, dễ thực hiện, đồng thời dễ bị công phá vỡ 38 Nếu điểm phương tiện chứa lựa chọn cách tuần tự, liên tục, kẻ cơng bình thường nhất, với lực tính tốn thơng thường, dễ dàng tách bit, tái lập thông điệp giấu vào Đây loại bảo mật mà độ an tồn dựa giả thiết “đối phương khơng hiểu biết thuật tốn giấu tin dùng” Để sử dụng phương pháp giấu tin an toàn, người ta phải mã hố thơng điệp trước giấu Một phép mã hoá đơn giản làm cho kẻ công lạc đường, tách tin từ LSB xếp chúng lại, kẻ công bị nhầm với ký tự ngẫu nhiên, phương tiện chứa xem khơng mang tin Với cách này, độ mật hệ thống tuỳ thuộc vào thuật toán mã hoá, kỹ thuật giấu tin đảm nhận vai trị tàng hình phiên liên lạc, để khơng gây nên ý đối phương Ngồi cách tiền xử lý, mã hố thơng tin cần gửi đi, người ta dùng cách lựa chọn điểm giấu tin phương tiện chứa theo thuật tốn quy ước hai phía người gửi người nhận Ví dụ thuật tốn sử dụng mầm khố k, thơng qua tạo số giả ngẫu nhiên, để chọn vị trí giấu tin (cịn gọi phương pháp lặp ngẫu nhiên) Cả hai phía đối tác sở hữu khoá giấu tin k, sử dụng mầm cho tạo số ngẫu nhiên, chuỗi ngẫu nhiên tạo k1,…., kl(m) j1 : = k1 ; ji : = ji-1 + ki ; với i ≥ Thuật toán 2.4.3.3 : Nhúng thông tin sử dụng lặp ngẫu nhiên For i : = to l(c) si : = ci ; End for Tạo chuỗi ngẫu nhiên ki sử dụng mầm khoá k: n : = k1 ; for i : = to l(m) 39 sn : = cn ; mi : = LSB(cn) ; n : = n + ki ; end for Thuật toán 2.4.3.4 : Tách thông tin sử dụng lặp ngẫu nhiên Tạo chuỗi ngẫu nhiên ki sử dụng mầm khoá k: n : = k1 ; for i : = to l(m) mi : = LSB(cn) ; n : = n + ki ; end for Khi dùng tạo số giả ngẫu nhiên để xác định vị trí điểm giấu tin, nghĩa khoảng cách điểm dùng để nhúng tin định số giả ngẫu nhiên, độ an toàn phương pháp giấu tin tăng lên nhiều (tuỳ thuộc vào thuật tốn tạo khố) Tại phía người nhận, nhờ có chung mầm khố thuật tốn, dễ dàng xác định vị trí điểm thay LSB, để tái tạo lại thơng tin giấu vào Phương pháp giấu tin áp dụng với nhiều loại phương tiện chứa khác nhau, thường dùng với file hình ảnh Đối với ảnh đa cấp xám hay ảnh mầu 16 bit 24 bit, điều kiện lý tưởng, thay bit LSB điểm ảnh, khó nhận thay đổi độ xám hay mầu sắc, biến đổi khơng đáng kể Đối với file âm thanh, có yếu tố thời gian tác động, có cảm giác giấu tin cách thay đổi LSB, khó bị phát hiện, thực tế khơng phải Rất khó xác định giá trị LSB file âm thanh, thêm vào đó, khả cảm nhận âm người tốt, nên phép biến đổi gây nghi ngờ dễ bị phát Để giấu tin file âm thanh, 40 người ta phải lợi dụng thành phần pha, tiếng vọng, với kỹ thuật thực khó nhiều 2.4.4 Phương pháp giấu tin vào vùng phương tiện chứa Ý tưởng Như trình bày, giấu tin người ta cố gắng làm giãn cách điểm giấu tin để kẻ giám sát khó phát Đó với ảnh màu ảnh đa cấp xám, với ảnh đen trắng điểm biểu diễn bit Khơng có khái niệm bit LSB nữa, lúc này, người ta không lấy điểm ảnh làm phần tử bản, mà phải lựa chọn khối điểm ảnh (vùng ảnh) làm phần tử bản, để giấu tin Định nghĩa: Vùng phương tiện chứa tập khác rỗng {c1, …, cl(c)} Bằng việc chia phương tiện chứa thành vùng khơng giao nhau, ta thực hiện: - Giấu thông tin vùng, hay số vùng phương tiện chứa tin, toàn phương tiện chứa tin - Giấu bit thông tin lên vùng phương tiện chứa tin, lên phần tử phương tiện chứa tin Thuật toán 41 Một bit chẵn lẻ vùng chứa I phương tiện chứa, tính theo công thức: p( I ) = ∑LSB(c j ) mod j∈I Trong bước nhúng, l(m) chọn để không giao với vùng phương tiện chứa tin Ii (1 ≤ i ≤ l(m)), bước mã bit m i bí mật bit chẵn lẻ p(Ii) Nếu bit chẵn lẻ vùng không phù hợp với bit m i, LSB giá trị Ii thay đổi Kết p(Ii) = mi Trong trình giải mã, bit chẵn lẻ tất vùng chọn lựa, tính xếp để tái cấu trúc thông điệp File ảnh bitmap đen trắng F File thông điệp cần giấu P Hệ thống giấu tin bí mật File ảnh giấu tin F’ Ma trận khố giấu tin k Hình 6: Giấu tin ảnh đen trắng Sau chia ảnh thành khối nhỏ, ta chọn khối để giấu tin theo quy tắc Ví dụ chọn khối liên tục tuần tự, giấu theo quy ước chẵn lẻ: Sau giấu tin, tổng số bit khối bit thơng tin giấu có tính chẵn lẻ - Nếu cần giấu bit vào khối, để thoả mãn điều kiện chẵn lẻ + Nếu tổng bit khối lẻ, ta khơng cần thực coi giấu 42 + Nếu tổng bit khối chẵn, ta phải thay đổi khối cho thoả mãn điều kiện, cách đảo trị ngẫu nhiên bit - Nếu cần giấu bit vào khối, ta làm tương tự Quá trình giấu tin lặp lặp lại vậy, hết bit thông điệp cần giấu Sau giấu xong, ghép lại phần Header, bảng màu… (các thành phần tách từ ảnh F ban đầu) với này, ta có ảnh F’ giấu thơng tin Nhận xét Thuật tốn giấu tin phức tạp LSB khơng nhiều, kích thước khối (m × n) xem khố q trình giấu tin Người nhận giá trị m, n để khôi phục lại thông tin giấu Nếu biết m, n, kẻ cơng dễ dàng lấy thơng tin giấu Ta biết vị trí bit bị “thay đổi” xa nhau, khó bị phát hiện, đồng thời để chống lại cơng dựa phép phân tích thống kê, người ta trải bit thông điệp cần giấu tồn phương tiện chứa, chọn kích thước khối cần dựa tỷ lệ độ lớn phương tiện chứa độ lớn thơng điệp Ví dụ cần giấu thơng điệp có độ dài khoảng 100 ký tự (khoảng 800 bit nhị phân) vào ảnh kích thước 512 × 512 pixel, cần tối thiểu 800 khối Để đáp ứng hai u cầu kích thước khối khơng vượt qua 327 điểm ảnh Với mục đích giấu tin bí mật giấu nhiều tốt, để đảm bảo an toàn tránh bị phát hiện, cần phải giới hạn tối đa kích thước thơng điệp giấu Ví dụ với tỷ lệ an tồn 60 (60 pixel cho bit), 43 file ảnh 512 × 512 nêu cho phép giấu thơng điệp có kích thước tối đa: 4369 bit tương đương với khoảng 546 ký tự ASCII Cũng giống phương pháp thay đổi LSB, để tăng độ bảo mật, người ta khơng giấu tin tuần tự, mà dùng thuật tốn lựa chọn khối để giấu tin Cách thực đơn giản, hiệu cao Một cách khác thay đổi kích thước khối giấu tin (thay đổi m, n) theo thuật toán thống hai phía người gửi, nhận Cả hai cách giống việc sử dụng đồng thời hai khoá, độ phức tạp để thám mã tăng lên nhiều 2.4.5 Hoán vị giả ngẫu nhiên Ý tưởng: Trong thuật tốn giấu tin trình bày đây, thơng tin bí mật giấu theo cách cho dù giấu khối (hoặc điểm), liên tiếp hay bỏ cách Cách làm đơn giản cho người giấu tin, dễ bị công, chúng có khả kết hợp cơng vét cạn nhận dạng tự động [5,6] Người ta giấu tin cách ngẫu nhiên, để tăng cường độ bảo mật Nếu phương tiện chứa tin mà tất bit truy nhập trình nhúng tin, bit thơng điệp bí mật phân bố ngẫu nhiên tồn phương tiện chứa mà khơng cần tuân theo thứ tự Kỹ thuật gây nhiều khó khăn cho kẻ muốn cơng, chúng khó xác định trật tự gắn vào Thuật toán Cách thứ nhất: 44 Để làm người gửi phải dùng chương trình tạo số giả ngẫu nhiên, tạo chuỗi j1, …, jl(m) phần tử mục, lưu bit thứ k phần tử mục thứ jk Cách giấu tin dễ xảy xung đột (giấu nhiều bit vào điểm phương tiện chứa), chương trình tạo số giả ngẫu nhiên khơng thực việc kiểm sốt giá trị đầu Khi có xung đột, người gửi chèn thử nhiều bit vào phần tử phương tiện chứa, cách sửa số bit Tuy nhiên số lượng bit thông điệp cần giấu, ngắn nhiều so với số phần tử phương tiện mang tin, số xung đột không đáng kể, tính xác suất xảy xung đột công thức sau: l ( m)[l ( m) −1]   2l (c )   p ≈ 1- exp  Trong công thức này, l(c) số, p hội tụ l(m) tăng Chúng ta thấy với thơng điệp ngắn so với phương tiện chứa tin, xác suất xảy xung đột khơng đáng kể Ví dụ dùng ảnh 600 * 600 pixel để làm phương tiện chứa tin, lưu vào thơng điệp dài 200 bit chọn 200 pixel để mang tin xác suất xảy xung đột 5% Nhưng ta chọn 600 pixel để truyền thông tin, xác suất 40 %, lớn Cách thứ 2: 45 Để giải vấn đề xung đột, ta cần kiểm soát đầu tạo số giả ngẫu nhiên Rất đơn giản, ta kiểm sốt phần tử giấu tin đó, giấu tin vào phần tử chưa giấu tin mà Nhận xét Trong kỹ thuật giấu tin này, người ta dùng thuật toán thay đổi bit LSB, hay thuật toán giấu tin khối liệu, thuật toán tạo số giả ngẫu nhiên chìa khố phép mã hố giải mã Người nhận cần phải có nó, để xác định vị trí trình tự điểm ảnh có giấu tin, tách khơi phục lại thông điệp gửi Độ phức tạp thuật toán tăng lên đáng kể 2.4.6 Giảm chất lượng ảnh để giấu tin Ý tưởng Với thuật tốn đây, chủ yếu dùng để giấu thơng điệp dạng text vào phương tiện chứa (được sử dụng nhiều ảnh) Do kích thước file có tỷ lệ chênh lệch lớn, ta dễ dàng lựa chọn kích thước khối giấu tin thuật tốn Chấp nhận giảm chất lượng ảnh để giấu tin trường hợp đặc biệt hệ thống giấu tin thay thế, ảnh đóng vai trị phương tiện chứa tin, đồng thời thông điệp bí mật Thuật tốn Với ảnh làm phương tiện chứa ảnh bí mật cần gửi đi, kỹ thuật tách bit LSB, người gửi thay đổi bit có trọng số thấp (của giá trị xám màu) ảnh làm phương tiện chứa, bit có trọng số cao ảnh bí mật 46 Tại phía người nhận thủ tục ngược lại thực để tách liệu bí mật khỏi phương tiện chứa Trong nhiều trường hợp, thay đổi bit có trọng số thấp phương tiện chứa, người ta khó nhận thấy suy giảm chất lượng ảnh phương tiện chứa Nhưng với bit có trọng số cao ảnh bí mật, người nhận tái tạo lại hình ảnh hồn hảo thông điệp truyền 2.4.7 Giấu tin ảnh màu Trong điều kiện khoa học kỹ thuật phát triển nay, ảnh màu ngày phổ biến dần thay ảnh đen trắng Tính đa dạng màu sắc ảnh làm tăng khả cảm nhận người, làm cho người khó nhận biết thay đổi nhỏ màu sắc Vì điều kiện đó, ảnh màu trở thành phương tiện chứa hữu hiệu kỹ thuật giấu tin Ảnh màu có dung lượng lớn, nên cho phép giấu nhiều thơng tin khó bị kẻ giám sát phát Tuy với nhiều loại định dạng màu khác nay, để giấu tin ảnh màu, phải hiểu rõ chất loại ảnh, qua dùng kỹ thuật giấu tin tương ứng Sau tìm hiểu kỹ thuật giấu tin với loại định dạng ảnh khác 2.4.7.1 Giấu tin định dạng ảnh dùng bảng màu Ý tưởng 47 Ảnh có sử dụng bảng màu thường gồm hai phần, bảng màu xác định N màu danh sách cặp số (i, ci) gán vectơ màu ci cho mục i, phần tử thứ hai liệu ảnh thực gán số màu cho điểm màu Với cách biểu diễn này, ảnh có số lượng màu nhỏ có dung lượng giảm đáng kể (Các định dạng chủ yếu GIF BMP) Thuật toán Đối với loại ảnh này, có cấu tạo liệu đặc biệt, người ta giấu tin vào bảng màu, dựa trật tự xếp bảng màu Trong ảnh có sử dụng N màu, có N! cách xếp màu bảng màu, với giá trị N không lớn, N! đủ độ lớn ta mã hố thơng điệp cỡ nhỏ Nhưng giấu tin theo cách dễ bị tổn thương, cần vơ tình xếp lại bảng màu, thơng tin giấu khơng cịn ý nghĩa nữa, lúc ảnh khơng bị tác động Phương pháp giấu tin cách thay đổi giá trị bit LSB, sử dụng tốt loại ảnh Nhưng phải xếp lại bảng màu cho giá trị lân cận bảng màu phải gần mặt cảm nhận Vì cấu trúc liệu ảnh không yêu cầu giá trị màu lân cận (trong bảng màu) phải tương đối giống cảm nhận, thay LSB, giá trị màu điểm thay đổi ít, tham chiếu vào màu khác điểm có giấu tin lại có màu khác q nhiều so với xung quanh, sai lầm nghiêm trọng kỹ thuật Việc xếp lại bảng màu cần phải dựa độ nhạy cảm nhận mắt người, phải lựa chọn xếp theo thành phần mà mắt người có cảm nhận thay đổi Sau xếp, người ta thay đổi bit LSB, thay đổi giá trị màu ánh xạ sang màu gần với màu ban đầu mắt người khó cảm nhận 48 Nhận xét Các định dạng ảnh màu có sử dụng bảng màu, trước dùng nhiều ưu điểm kích thước nhỏ Nhưng gần nhà nghiên cứu đề xuất nhiều thuật tốn nén mạnh, cho phép có ảnh màu chất lượng cao nhiều màu dung lượng nhỏ Các ảnh màu có dùng bảng màu dần sử dụng, phương pháp giấu tin chúng dần 2.4.7.2 Giấu tin ảnh màu thông thường Với kỹ thuật đại, thuật tốn nén có chất lượng cao dung lượng thiết bị lưu trữ ngày lớn, dùng ảnh màu chất lượng trở lên phổ biến Các ảnh màu (ví dụ loại 16 bit 24 bit) ảnh đa cấp xám (từ gọi chung ảnh màu) – có nhiều màu cấp độ màu, nên thực môi trường lý tưởng để giấu tin người ta áp dụng nhiều kỹ thuật giấu tin Ý tưởng Với kỹ thuật giấu tin cách thay đổi giá trị LSB, người ta thay đổi khơng bit, mà cịn nhiều hơn, để tăng thêm tỷ lệ tin giấu Các nghiên cứu sinh học cho thấy, hệ cảm nhận mắt người nhạy cảm với màu xanh dương tức thay đổi nhiều hơn, mà khó bị phát mắt thường 49 Thuật tốn Như nói trên, ảnh màu thực môi trường lý tưởng để giấu tin Đối với thuật toán thay đổi LSB, thay theo quy ước ghép ngược trở lại, tuỳ theo kích thước thơng điệp kích thước ảnh, ta thay đổi hay số bit LSB ba thành phần màu RGB Riêng thành phần Blue thay đổi khó bị phát nhất, nên ta thay đổi số lượng bit nhiều thành phần đó, mà đảm bảo an tồn Đối với phương pháp giấu tin khối phương tiện chứa, để có ma trận ảnh nhị phân ta tách lấy giá trị LSB điểm ảnh từ ảnh màu F đó, từ ảnh màu tạo ảnh đen trắng F với kích cỡ (số điểm ảnh) tương đương phần “phụ” F2 Với ảnh đen trắng F1 người ta giấu tin theo thuật toán giấu tin khối ảnh đen trắng nêu trên, thu ảnh đen trắng F1’ Sau ta lại ghép ngược ảnh đen trắng F 1’ vào với thành phần F2 tách trước đây, để có ảnh màu giấu tin F’ Như chương trình ta cần có thêm thủ tục để tách bit LSB từ ảnh màu Với phương pháp này, ta thực việc kiểm tra điểm lân cận hay tính hệ số phân bố bit D Tách bit LSB Phần ảnh F2 Ảnh màu F Giấu tin 50 Kết hợp Ảnh màu F’ Ảnh BW F1 Ảnh BW F1’ Hình 7: Sơ đồ nguyên lý giấu tin ảnh màu Nhận xét - Xét khía cạnh bảo mật: Giấu tin ảnh màu có độ bảo mật không mạnh so với ảnh đen trắng, tỷ lệ thông tin giấu không cao (do ảnh màu thường có kích thước lớn ảnh đen trắng) - Xét khả che giấu tin: Giấu tin ảnh màu có khả che giấu tin cao nhiều, ảnh màu khó thể nhận biết thay đổi màu với mức độ nhỏ Phương pháp giảm chất lượng ảnh để giấu tin coi trường hợp riêng giấu tin ảnh màu, người ta giấu ảnh màu ảnh màu khác 51 ... tính khố giải mã ngược lại Trong số trường hợp, hệ mã hoá khoá đối xứng có khố lập mã khố giải mã trùng Mã hóa với khố cơng khai sử dụng hai khóa khác thực sự, để mã hóa giải mã thơng tin Tức biết... Chương VẤN ĐỀ GIẤU TIN 2.1 KHÁI NIỆM VỀ GIẤU TIN 2.1.1 Khái niệm thơng tin “số hố” Thông tin khái niệm trừu tượng, thể nhiều dạng thức khác Thơng tin phát sinh, lưu trữ, biến đổi vật mang tin Thơng... giấu tin 21 2.1.3 Mơ hình giấu tin 2.1.3.1 Mơ hình giấu tin vào phương tiện chứa Thông tin cần giấu M Phương tiện chứa tin C Phương tiện chứa tin giấu (S) Bộ nhúng thơng tin Phân phối Khố giấu tin