Nghiên cứu kỹ thuật lsb và kết hợp thuật toán rsa để giấu tin trong ảnh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG TRẦN THẾ ANH NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT LSB VÀ KẾT HỢP THUẬT TOÁN RSA ĐỂ GIẤU TIN TRONG ẢNH LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHOA HỌC MÁY TÍNH THÁI NGUYÊN, NĂM 2015 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG TRẦN THẾ ANH NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT LSB VÀ KẾT HỢP THUẬT TOÁN RSA ĐỂ GIẤU TIN TRONG ẢNH Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 0101 LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHOA HỌC MÁY TÍNH HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRẦN ĐỨC SỰ THÁI NGUYÊN, NĂM 2015 ~i~ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu kỹ thuật LSB kết hợp thuật toán RSA để giấu tin ảnh” sản phẩm riêng cá nhân, không chép lại người khác Trong toàn nội dung luận văn, điều trình bày cá nhân tổng hợp, nghiên cứu từ nhiều nguồn tài liệu Tất tài liệu tham khảo có xuất xứ trích dẫn rõ ràng Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm chịu hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan Thái Nguyên, ngày tháng năm 2015 Học viên Trần Thế Anh ~ ii ~ LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy TS Trần Đức Sự - Ban Cơ Yếu Chính Phủ, người tận tình hướng dẫn, bảo giúp đỡ suốt trình nghiên cứu hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường Đại học Công nghệ Thông tin Truyền thông - Đại học Thái Nguyên giảng dạy cung cấp cho kiến thức bổ ích thời gian học cao học, giúp có tảng tri thức để phục vụ nghiên cứu khoa học sau Tôi xin cảm ơn Lãnh đạo đồng nghiệp đơn vị tạo điều kiện giúp đỡ suốt trình nghiên cứu hoàn thành luận văn Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn đến gia đình bạn bè, người quan tâm, động viên khuyến khích trình học tập Thái Nguyên, ngày tháng năm 2015 Trần Thế Anh ~ iii ~ MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU viii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ ẨN MÃ VÀ ẢNH SỐ 1.1 Giới thiệu chung ẩn mã 1.1.1 Khái niệm ẩn mã 1.1.2 Nguyên lý ẩn mã học 1.1.3 Ẩn mã túy 1.2 Hệ mật mã RSA 1.2.1 Hệ thống mã hóa công khai 1.2.2 Hệ mật mã khóa công khai RSA 11 1.3 Độ an toàn độ an toàn hoàn hảo ẩn mã 11 1.3.1 Độ an toàn ẩn mã 11 1.3.2 Độ an toàn hoàn hảo ẩn mã 12 1.3.3 Độ an toàn hoàn hảo hệ ẩn mã 12 1.4 Ứng dụng ẩn mã môi trường thực tế 13 1.5 Giới thiệu chung ảnh số 14 1.5.1 Khái niệm ảnh số 14 1.5.2 Điểm ảnh 14 1.6 Các kỹ thuật giấu tin ảnh 16 1.6.1 Kỹ thuật giấu tin miền không gian ảnh 16 1.6.1.1 Kỹ thuật giấu tin khối bit 16 ~ iv ~ 1.6.1.2 Kỹ thuật giấu tin thay bit có trọng số thấp 18 1.6.2 Kỹ thuật giấu tin miền tần số ảnh 19 1.7 Một số dạng công môi trường ảnh số hóa 19 1.7.1 Tấn công trực quan 19 1.7.1.1 Tấn công trực quan dựa việc giấu tìm kiếm 19 1.7.1.2 Tấn công trực quan dựa việc giấu tìm kiếm ngẫu nhiên 20 1.7.2 Tấn công cấu trúc 21 1.7.2.1 Tấn công cấu trúc dung lượng tập tin 21 1.7.2.2 Tấn công cấu trúc dựa việc ẩn mã bảng màu 22 1.7.3 Tấn công thống kê 23 CHƯƠNG KẾT HỢP KỸ THUẬT LSB VÀ THUẬT TOÁN RSA GIẤU TIN TRONG ẢNH BITMAP 24 BIT 24 2.1 Cấu trúc ảnh Bitmap 24 2.2 Kỹ thuật giấu tin LSB 28 2.2.1 Quá trình giấu tin 28 2.2.2 Quá trình tách tin 29 2.2.3 Đánh giá thuật toán 30 2.3 Mô hình sử dụng kỹ thuật LSB kết hợp thuật toán RSA để tăng độ an toàn cho việc giấu tin ảnh 31 2.3.1 Thuật toán mã hóa khóa công khai RSA 32 2.3.2 Mô hình giấu tin sử dụng kỹ thuật LSB kết hợp thuật toán RSA 36 2.4 Đánh giá mô hình sử dụng kỹ thuật LSB kết hợp thuật toán RSA 39 CHƯƠNG TRIỂN KHAI CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 42 3.1 Mục đích, yêu cầu 42 3.2 Yêu cầu cấu hình hệ thống 42 3.3 Lựa chọn định dạng file ảnh thực nghiệm 42 ~v~ 3.4 Sơ đồ chức chương trình 43 3.5 Sơ đồ hoạt động chương trình 45 3.6 Thuật toán RSA, giấu tin trích rút tin theo kỹ thuật đề xuất 48 3.6.1 Thuật toán RSA 48 3.6.1.1 Tạo khóa công khai khóa bí mật 48 3.6.1.2 Thuật toán mã hóa 49 3.6.1.3 Thuật toán giải mã 49 3.6.2 Giấu tin 50 3.6.3 Trích rút 51 3.7 Kết thực nghiệm 52 3.7.1 Chức tạo khóa 52 3.7.2 Chức giấu thông tin 53 3.7.3 Chức trích rút tin mật 54 3.8 Đánh giá kết thực nghiệm 55 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO 58 PHỤ LỤC 59 ~ vi ~ DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN BMP - Định dạng ảnh Bitmap (Bitmap) BPP - Số bit pixel (Bits per pixel) CGA - Bộ điều hợp đồ họa màu (Color Graphics Adapter) CPT - Kỹ thuật giấu tin (Cheng - Pan - Tseng) DCT - Phép biến đổi Cosin rời rạc (Discrete Cosine Tranform) DES - Hệ mật mã chuẩn (Data Encryption Standard) EGA - Bộ điều hợp đồ họa nâng cao (Enhanced Graphics Adapter) GIF - Định dạng ảnh Gif (Graphics Interchange Format) LSB - Bit có trọng số thấp (Least Significant Bit) JPEG - Định dạng ảnh JPEG (Join Photographic Experts Group) RSA - Mã hóa công khai RSA (Rivest, Shamir Adleman) SVGA - Bộ điều hợp đồ họa video cao cấp (Super Video Graphics Adapter) VGA - Bộ điều hợp đồ họa video (Video Graphics Adapter) WEP - Thuật toán mã hóa sử dụng mạng không dây (Wired Equivalent Privacy) ~ vii ~ DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Trang Hình 1.1 Phân loại kỹ thuật giấu tin Hình 1.2 Mô hình kỹ thuật giấu tin Hình 1.3 Sơ đồ hệ thống mã hóa khóa công khai 11 Hình 2.1 Ảnh đen trắng 24 Hình 2.2 Ảnh đa mức xám 25 Hình 2.3 Ảnh màu 26 Hình 2.4 Ảnh trước sau giấu tin kỹ thuật LSB 30 Hình 2.5 Sơ đồ tạo khóa, mã hóa giải mã RSA 34 Hình 2.6 Quá trình xử lý giấu thông điệp bí mật 37 Hình 2.7 Quá trình trích xuất thông điệp 38 Hình 3.1 Sơ đồ chức chương trình thử nghiệm 43 Hình 3.2 Sơ đồ hoạt động trình giấu tin 45 Hình 3.3 Sơ đồ hoạt động trình trích rút tin 47 Hình 3.4 Quá trình tạo khóa 53 Hình 3.5 Quá trình giấu tin chương trình 54 Hình 3.6 Quá trình trích rút tin mật chương trình 55 ~ viii ~ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 2.1 Ý nghĩa trường vùng Bitmap Header 27 Bảng 2.2 Bảng số hóa thông tin cần giấu 29 Bảng 2.3 Bảng giá trị mã rõ 35 Bảng 3.1 Một số phần mềm giấu tin 42 ~ 47 ~ - Quá trình trích rút tin Người nhận Ảnh bitmap Cặp khóa bí mật 24 bit chứa thông điệp Kỹ thuật trích rút LSB (n,d) Bản mã Giải mã RSA Thông điệp Hình 3.3 Sơ đồ hoạt động trình trích rút tin ~ 48 ~ Quá trình nhận thông điệp bên người nhận: Người nhận thông điệp nhận ảnh từ internet sau tiến hành trích rút giải mã từ ảnh nhận từ người gửi sau: Bước 1: Người nhận nhập ảnh bitmap 24 bit vào chương trình sử dụng cặp khóa bí mật đưa vào chương trình để chương trình tiến hành trích rút thông điệp Bước 2: Chương trình tiến hành trích rút từ file ảnh bitmap 24 bit kỹ thuật LSB Thu mã Bước 3: Chương trình thực giải mã mã thuật toán RSA Kết thu thông điệp ban đầu người gửi 3.6 Thuật toán RSA, giấu tin trích rút tin theo kỹ thuật đề xuất Thuật toán triển khai dựa theo kỹ thuật Mã hóa LSB (Least Significant Bít) thuật toán RSA để mã hóa chuỗi thông điệp trước giấu vào ảnh Bitmap Như trình bày phần mở đầu Chương Thuật toán giấu tin mà luận văn lựa chọn sử dụng việc biến đổi bít quan trọng pixel file ảnh để thực che giấu thông tin mật 3.6.1 Thuật toán RSA 3.6.1.1 Tạo khóa công khai khóa bí mật Input: p, q số nguyên tố (p khác q) Output: n, phi_n, d, e Method: Tính n = p * q; Tính phi_n = (p - 1) * (q - 1); Chọn e cho 1[...]... quát một số ứng dụng và các tấn công trên hệ thống giấu tin Chương 2 Kết hợp kỹ thuật LSB và thuật toán giấu tin trong ảnh Bitmap 24 bit Trong chương này sẽ đi vào tìm hiểu về cấu trúc của hình ảnh Bitmap và thuật toán RSA Và nghiên cứu quá trình giấu tin và tách thông tin trên ảnh Từ đó đề xuất mô hình kết hợp giữa kỹ thuật LSB và thuật toán RSA để giấu tin trong ảnh Đánh giá thuật toán như độ phức tạp... về giấu tin, các kỹ thuật giấu tin Nghiên cứu một số kỹ thuật giấu tin bằng LSB và thuật toán mã hóa RSA để giấu thông tin mã hóa vào hình ảnh Luận ~3~ văn còn tập trung nghiên cứu về cấu trúc ảnh Bitmap và triển khi thực nghiệm giấu tin trong ảnh có định dạng BMP 4 Phương pháp nghiên cứu Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu tư liệu kết hợp với triển khai thực nghiệm Trên cơ sở nguyên cứu tổng hợp. .. 2 KẾT HỢP KỸ THUẬT LSB VÀ THUẬT TOÁN RSA GIẤU TIN TRONG ẢNH BITMAP 24 BIT 2.1 Cấu trúc ảnh Bitmap Ảnh Bitmap được truyền tải và sử dụng rộng rãi trên máy tính và các thiết bị điện tử khác Ảnh Bitmap được chia làm 3 dạng: ảnh nhị phân (ảnh đen trắng), ảnh đa mức xám và ảnh màu Trong đó, ảnh đen trắng là ảnh mà mỗi điểm ảnh chỉ thể hiện một trong hai trạng thái 0 và 1 để biểu diễn trạng thái điểm ảnh. .. hiệu kết hợp ~ 16 ~ thành 16,7 triệu nhóm bit 24 khác nhau, tương đương với việc có thể hiển thị 16,7 triệu màu 1.6 Các kỹ thuật giấu tin trong ảnh 1.6.1 Kỹ thuật giấu tin trên miền không gian ảnh 1.6.1.1 Kỹ thuật giấu tin trong khối bit Kỹ thuật giấu tin Wu - Lee: Kỹ thuật này được đưa ra bởi M Y WU và J H Lee, được thực hiện như sau: Có một ảnh gốc nhị phân F, một khóa bí mật K (Secret Key) và một... thuật LSB và kết hợp thuật toán RSA để giấu tin trong ảnh làm vấn đề nghiên cứu cho luận văn cao học của mình Mong rằng kết quả của đề tài khi được triển khai thực tế sẽ góp phần tăng thêm độ an toàn cho các thông tin mật trong quá trình trao đổi 2 Mục tiêu nghiên cứu Luận văn nghiên cứu hệ thống lý thuyết liên quan đến ẩn mã và ảnh số phục vụ cho việc giấu tin trong dữ liệu đa phương tiện Tìm hiểu và. .. điểm ảnh F ’ được thay đổi từ F Các F ’ cho ra ảnh ’ có thông tin cần giấu Nhận xét: Thuật toán giấu tin CPT có thể giấu 2 bit thông tin vào một khối ảnh nên nó đã có nhiều cải tiến so với những thuật toán khác chỉ giấu được 1 bit thông tin trong 1 khối ảnh Đây là thuật toán tương đối dễ cài đặt và ộ an toàn của nóđược nâng cao thông qua việc sử dụng hai ma trận (khóa, trọng số) để giấu tin và giải... phương pháp ẩn mã dựa trên kỹ thuật LSB kết hợp với thuật toán mã hóa khóa công khai RSA, từ đó xây dựng một phần mềm để giấu thông điệp dạng text vào trong ảnh Bitmap 24 bit 3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Với mỗi dữ liệu đa phương tiện có các định dạng, tính chất, đặc trưng khác nhau Để xây dựng một kỹ thuật giấu tin trên các dữ liệu này thường đòi hỏi các thuật toán phức tạp Trong luận văn này, ngoài... khai thực nghiệm Trên cơ sở nguyên cứu tổng hợp từ các kỹ thuật giấu tin trong ảnh Luận văn đưa ra một kỹ thuật giấu tin mới và tiến hành cài đặt chương trình thực nghiệm giấu tin trong ảnh Bitmap 24 bit 5 Ý nghĩa khoa học của đề tài Về lý thuyết: - Tiếp cận một hướng nghiên cứu trong lĩnh vực an toàn và bảo mật thông tin Đây là phương pháp mới và phức tạp Phương pháp này đang được xem như một giải... thông tin và điều khiển truy cập ứng dụng trong an toàn và bảo mật thông tin - Trình bày tương đối đầy đủ một hệ thống lý thuyết giấu tin và đưa ra một mô hình kết hợp để thực hiện giấu tin trong ảnh Về thực tiễn: Với việc triển khai thực tế của đề tài, sẽ góp phần tăng thêm độ an toàn cho các thông tin mật trong việc bảo vệ và truyền thông tin mật 6 Bố cục của luận văn Dựa trên đối tượng và phạm vi nghiên. .. tần số ảnh Các kỹ thuật biến đổi trong miền tần số ảnh sử dụng một phương pháp biến đổi trực giao nào đó, chẳng hạn như Cosine rời rạc hay Fourier,… để chuyển miền không gian ảnh sang miền tần số Thông điệp sẽ được nhúng trong miền không gian tần số của ảnh theo kỹ thuật trải phổ trong truyền thông [4] Thuật toán thường được sử dụng là thuật toán giấu tin vào các hệ số DCT: nhúng thông tin trong miền