Giấu tin trong file âm thanh bằng các phép biến đổi rời rạc

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG LÊ ANH DŨNG GIẤU TIN TRONG FILE ÂM THANH BẰNG CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI RỜI RẠC LUẬN VĂN THẠC SỸ: KHOA HỌC MÁY TÍNH THÁI NGUYÊN, NĂM 2015 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG LÊ ANH DŨNG GIẤU TIN TRONG FILE ÂM THANH BẰNG CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI RỜI RẠC Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 0101 LUẬN VĂN THẠC SỸ: KHOA HỌC MÁY TÍNH HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS TRỊNH THANH LÂM THÁI NGUYÊN, NĂM 2015 ~i~ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Giấu tin file âm phép biến đổi rời rạc” 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 15 tháng 05 năm 2015 Học viên Lê Anh Dũng ~ ii ~ LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy TS Trịnh Thanh Lâm ĐHQG Hà Nội, 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 15 tháng 05 năm 2015 Lê Anh Dũng ~ iii ~ MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH vi DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU vii MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN VÀ ÂM THANH SỐ 1.1 Giới thiệu chung giấu tin 1.1.1 Mã hóa giấu tin 1.1.2 Phân loại kỹ thuật giấu tin 1.2 Các đối tượng toán giấu tin 1.2.1 Thông tin mật 1.2.2 Đối tượng chứa 1.2.3 Đối tượng nhúng 1.2.4 Khoá mật 1.3 Mô hình kỹ thuật giấu tin 1.4 Các tiêu chí đánh giá toán giấu tin 10 1.4.1 Khả không bị phát 10 1.4.2 Tính bền vững 11 1.4.3 Khả lưu trữ 11 1.4.4 Tính vô hình 12 1.4.5 Độ phức tạp thuật toán 12 1.5 Một số ứng dụng cụ thể 12 1.6 Các công hệ giấu tin 15 1.7 Âm số 16 1.7.1 Khái niệm âm âm số 16 1.7.2 Một số định dạng file âm máy tính 18 1.7.3 Cấu trúc file âm dạng WAV 21 ~ iv ~ 1.8 Một số kỹ thuật giấu tin file âm 23 CHƯƠNG KỸ THUẬT GIẤU TIN BẰNG CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI RỜI RẠC 26 2.1 Các phép biến đổi từ miền không gian sang miền tần số 26 2.1.1 Phép biến đổi Fourier 26 2.1.2 Phép biến đổi Cosin rời rạc 27 2.1.3 Phép biến đổi Wavelet 29 2.2 Một số kỹ thuật giấu tin dựa biến đổi khối bít nhị phân 30 2.2.1 Mã hóa LSB (Least Significant Bit) 31 2.2.2 Mã hóa Parity (Parity Coding) 32 2.3 Thuật toán giấu tin phép biến đổi rời rạc số nguyên 34 2.3.1 Một số phép biến đổi rời rạc số nguyên 34 2.3.2 Thuật toán Wu-Lee 35 2.3.3 Thuật toán Wu-Lee cải tiến 38 2.3.4 Thuật toán giấu chuỗi bít khối tin 39 CHƯƠNG TRIỂN KHAI CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 48 3.1 Mục đích, yêu cầu 48 3.2 Yêu cầu cấu hình hệ thống 48 3.3 Lựa chọn định dạng file âm thực nghiệm 48 3.4 Sơ đồ chương trình 49 3.5 Thuật toán giấu tin trích rút tin theo kỹ thuật đề xuất 50 3.5.1 Giấu tin 50 3.5.2 Trích rút tin mật 52 3.5.3 Một số hàm thủ tục giấu tin 53 3.6 Kết thực nghiệm 54 3.7 Đánh giá kết thực nghiệm 64 3.8 Các khả ứng dụng 64 KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 67 TÀI LIỆU THAM KHẢO 69 ~v~ DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN AAC - Định dạng âm chuẩn (Advanced Audio Coding) A/D D/A - Biến đổi tương tự/số ngược lại (Analog/Digital) AIFF - Định dạng không thông tin (Audio Interchange File Format) DCT - Phép biến đổi Cosin rời rạc (Discrete Cosine Tranform) DES - Hệ mật mã chuẩn (Data Encryption Standard) DSP - Xử lý tín hiệu kỹ thuật số (Digital signal processing) FLAC - Nén âm không liệu (Free Lossless Audio Codec), FT - Biến đổi Fourier (Fourier Transform) HAS - Hệ thống thính giác (Human Auditory system) HVS - Hệ thống thị giác (Human Vision System) IDE - Môi trường phát triển tích hợp (Integrated Development Environment) IFT - Biến đổi Fourier ngược (Inverse Fourier Transform) LSB - Bít quan trọng (Least Significant Bít) MP3 - Định dạng nén âm (Movie Picture Experts Group-Layer 3) PCM - Điều biến mã xung (Pulse Code Modulation) RSA - Mã hóa công khai RSA (Rivest, Shamir Adleman) WAV - Định dạng âm dạng sóng (Waveform Audio Format) WMA - Định dạng âm Microsoft (Windows Media Audio) ~ vi ~ DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Trang Hình 1.1 Mô hình mã hóa thông tin Hình 1.2 Một cách phân loại kỹ thuật giấu tin Hình 1.3 Lược đồ chung cho trình giấu tin Hình 1.4 Lược đồ chung cho trình trích rút thông tin 10 Hình 1.5 Mối quan hệ yếu tố toán giấu tin 12 Hình 1.6 Ảnh gốc Lena logo viện khoa học Ấn Độ 13 Hình 1.7 Ảnh Lena nhúng thủy vân hiển 13 Hình 1.8 Thông tin bị xuyên tạc 14 Hình 1.9 Tín hiệu âm 17 Hình 1.10 Số hóa tín hiệu âm 18 Hình 1.11 Mô tả định dạng file.wav 21 Hình 1.12 Mô tả 72 byte file âm WAV 23 Hình 2.1 Minh họa kỹ thuật LSB 31 Hình 2.2 Minh họa kỹ thuật mã hóa Parity 33 Hình 3.1 Sơ đồ chương trình thử nghiệm 49 Hình 3.2 Phổ biên độ phổ pha file chưa trước giấu tin 57 Hình 3.3 Phổ biên độ phổ pha file sau giấu tin 57 Hình.3.4 Trích đoạn byte file Sony.wav sau nhúng tin mật 63 ~ vii ~ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 1.1 So sánh giấu thông tin mật giấu thông tin thủy vân Bảng 1.2 Một số định dạng file âm máy tính 21 Bảng 1.3 Phần định dạng kiểu RIFF 22 Bảng 1.4 Phần định dạng thông tin âm 22 Bảng 1.5 Phần liệu âm 23 Bảng 3.1 Một số phần mềm giấu tin 49 ~1~ MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Ngày nay, Internet môi trường phổ biến cho việc trao đổi thông tin nhà cung cấp người sử dụng Do đó, vấn đề an toàn liệu mạng luôn thách thức nhà quản lý nhà nghiên cứu Các thông tin Internet dễ dàng bị làm giả mạo, sai lệch bị đánh cắp hacker trình truyền tải liệu Thông tin cá nhân, tổ chức quốc gia đứng trước nguy bị xâm nhập lúc Cùng với vấn nạn ăn cắp quyền, xuyên tạc thông tin, ngày gia tăng Vì vậy, vấn đề đặt làm để đảm bảo an toàn, toàn vẹn thông tin trình truyền tải Internet Hai giải pháp cho vấn đề mã hóa giấu thông tin có vai trò quan trọng việc bảo vệ trình truyền tải thông tin mật Sự xác thực quyền môi trường trao đổi công cộng Việc tìm giải pháp cho vấn đề giúp ta hiểu thêm công nghệ phát triển tạo hội [1] Trong giải pháp triển khai giấu tin (Data Hiding) giải pháp nhà nghiên cứu phát triển coi hướng có nhiều triển vọng Giấu thông tin kỹ thuật nhúng lượng thông tin số vào đối tượng thông tin số khác mà đối tượng thường tài liệu, hình ảnh, âm video Các kỹ thuật giấu tin chia làm hai nhóm Nhóm thứ phương pháp che giấu thông tin trực tiếp Nhóm thường sử dụng bít quan trọng khối bít nhị phân sửa đổi để giấu thông tin Nhóm thứ hai lại che giấu thông tin thông qua phép biến đổi chẳng hạn phép biến đổi Cosin hay wavelet rời rạc sử dụng rộng rãi [4] Sau tiến hành nghiên cứu tài liệu liên quan đến lĩnh vực giấu tin đa phương tiện nhận thấy kỹ thuật cho kết tốt với ~ 55 ~ File size: 2336326 ChunkID = RIEF ChunkSize = 2336318 len = Subchunk1ID = fmt Subchunk1Size = 18 Subchunk2ID = data Subchunk2Size = 2336256 Data = 50 Giấu tối đa: 4562 (ký tự) Bắt đầu từ byte: 570  Tên File kết số byte tin mật đươc giấu Giấu file văn ABBA.txt file WAV Sony.wav Tên file kết quả: Sonynew.wav Tổng số byte cần giấu: 1529 Quá trình trich rút thông tin  Thông tin File kết Trích tin từ file WAVE Sonynew.wav Tên file kết ABBANEW.txt Thông tin file nguồn Sonynew.wav WAVE file: Sonynew.wav File size: 2336326 ChunkID = RIEF ChunkSize = 2336318 len = Subchunk1ID = fmt Subchunk1Size = 18 Subchunk2ID = data Subchunk2Size = 2336256 ~ 56 ~ Data = 50 Giấu tối đa: 4562 (ký tự) Bắt đầu từ byte: 570 Số ký tự giấu 1529  So sánh file tin mật trước giấu sau trích rút So sanh file Size of ABBANEW.txt = 1529 Size of ABBA.txt = 1529 Số byte khác nhau:  So sánh file âm trước sau giấu tin mật So sánh file Size of Sonynew.wav = 2336326 Size of Sony.wav = 2336326 Số byte khác nhau: 1529 Hình ảnh phổ pha phổ biên độ file âm gốc Sony.wav file âm sau nhúng thông tin mật SonyNew.wav Nếu mắt thường ta khó phát khác chúng ~ 57 ~ Hình 3.2 Phổ biên độ phổ pha file chưa trước giấu tin Hình 3.3 Phổ biên độ phổ pha file sau giấu tin Dưới hình ảnh trích phần thay đổi byte tin file âm sau nhúng tin mật (các byte tin bị thay đổi in đậm) Trong giá trị thay đổi byte tăng giảm đơn vị Thí dụ: Trước giấu, byte tin có giá trị hay 248 sau giấu thông tin mật giá trị byte tin thay đổi hay 247 tương ứng ~ 58 ~ 82 73 0 128 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 70 70 62 166 35 87 65 86 69 102 68 172 0 16 177 16 0 233 100 97 116 97 166 35 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 109 116 32 18 0 102 97 99 116 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 ~ 59 ~ 0 0 0 255 0 0 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 255 255 0 255 255 0 255 0 0 0 0 0 0 0 255 255 255 255 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 255 255 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 255 255 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 255 0 255 255 0 0 0 255 255 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 255 255 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 255 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 255 255 0 ~ 60 ~ 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 255 255 255 255 0 0 0 0 255 255 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 0 0 0 255 255 0 0 0 255 255 0 255 255 0 0 0 0 0 0 255 255 0 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 0 0 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 0 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 0 255 255 255 255 0 255 255 0 0 0 0 255 255 0 254 255 0 255 255 0 0 0 0 0 0 255 255 255 255 255 255 255 255 0 0 0 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 0 0 0 0 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 0 255 255 0 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 0 255 255 255 255 255 255 254 255 255 255 255 255 255 255 0 0 0 255 255 255 255 0 255 255 0 0 255 255 0 0 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 0 255 255 255 255 0 254 255 255 255 255 255 254 255 255 255 254 255 255 255 255 255 255 255 254 255 255 255 255 255 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 0 0 0 0 255 255 255 255 255 255 0 255 255 255 255 255 255 254 255 0 255 255 0 255 255 0 254 255 255 255 255 255 254 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 0 0 0 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 254 255 255 255 255 255 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 0 0 255 255 0 255 255 254 255 255 255 254 255 254 255 255 255 254 255 255 255 255 255 255 255 253 255 255 255 253 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 0 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 254 255 255 255 254 255 255 255 0 255 255 0 0 255 255 254 255 255 255 254 255 0 0 255 255 255 255 255 255 254 255 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 254 255 0 255 255 255 255 254 255 254 255 253 255 254 255 255 255 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 254 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 254 255 255 255 255 255 0 255 255 255 255 0 0 255 255 0 255 255 255 255 0 255 255 0 255 255 255 255 254 255 255 255 255 255 0 0 0 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 0 255 255 255 255 ~ 61 ~ 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 0 0 255 255 254 255 255 255 254 255 255 255 0 255 255 0 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 0 255 255 0 0 0 0 255 255 0 255 255 0 0 0 0 0 255 255 0 0 255 255 255 255 0 255 255 255 255 0 255 255 0 255 255 0 255 255 0 255 255 0 0 0 255 255 0 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 0 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 254 255 255 255 255 255 0 0 255 255 0 255 255 255 255 255 255 0 254 255 0 255 255 255 255 255 255 0 254 255 0 255 255 0 255 255 0 255 255 255 255 0 254 255 255 255 255 255 255 255 0 255 255 255 255 0 255 255 0 0 0 0 255 255 255 255 255 255 0 255 255 0 255 255 0 255 255 0 254 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 254 255 255 255 254 255 0 0 255 255 255 255 254 255 254 255 254 255 254 255 255 255 254 255 255 255 254 255 255 255 255 255 0 0 0 254 255 255 255 254 255 254 255 255 255 254 255 254 255 255 255 255 255 0 255 255 0 255 255 255 255 0 255 255 0 255 255 255 255 0 255 255 0 255 255 0 255 255 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 0 254 255 255 255 254 255 0 254 255 0 255 255 255 255 0 255 255 255 255 254 255 254 255 254 255 255 255 0 255 255 0 255 255 0 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 0 255 255 0 0 0 255 255 255 255 0 255 255 255 255 0 0 0 255 255 255 255 254 255 255 255 255 255 255 255 255 255 0 255 255 0 255 255 255 255 254 255 255 255 255 255 255 255 0 0 254 255 0 253 255 255 255 254 255 0 254 255 0 255 255 255 255 255 255 254 255 255 255 255 255 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 0 254 255 255 255 254 255 255 255 254 255 255 255 254 255 0 255 255 0 0 255 255 255 255 255 255 254 255 0 255 255 0 255 255 0 0 255 255 255 255 255 255 254 255 0 254 255 0 255 255 0 254 255 0 255 255 0 0 0 255 255 0 0 255 255 255 255 255 255 255 255 0 0 255 255 255 255 255 255 254 255 0 0 0 255 255 255 255 254 255 255 255 254 255 0 255 255 0 0 0 0 0 255 255 254 255 255 255 0 1 0 0 255 255 255 255 255 255 0 255 255 0 255 255 0 255 255 0 254 255 0 255 255 255 255 0 254 255 254 255 255 255 255 255 0 0 255 255 255 255 255 255 255 255 0 0 0 0 0 255 255 255 255 255 255 255 255 0 0 0 255 255 0 255 255 255 255 0 255 255 255 255 255 255 0 255 255 0 254 255 254 255 255 255 254 255 255 255 0 255 255 254 255 254 255 0 254 255 255 255 0 255 255 0 0 255 255 0 0 255 255 0 255 255 255 255 0 255 255 0 1 0 0 255 255 253 255 255 255 253 255 255 255 253 255 0 255 255 0 0 255 255 255 255 0 255 255 0 255 255 255 ~ 62 ~ 255 255 255 254 255 0 0 255 255 255 255 254 255 255 255 255 255 0 0 255 255 255 255 254 255 255 255 255 255 255 255 0 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 0 255 255 0 0 255 255 0 255 255 255 255 254 255 0 255 255 0 0 255 255 0 255 255 0 0 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 254 255 255 255 254 255 255 255 255 255 255 255 255 255 254 255 254 255 255 255 255 255 255 255 0 254 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 254 255 254 255 255 255 254 255 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 254 255 254 255 254 255 255 255 255 255 0 255 255 0 0 0 0 255 255 255 255 255 255 254 255 0 255 255 255 255 254 255 255 255 255 255 0 255 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 254 255 255 255 254 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 0 255 255 0 255 255 255 255 255 255 254 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 254 255 255 255 255 255 255 255 255 255 0 0 0 0 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 0 255 255 0 0 255 255 0 253 255 254 255 254 255 254 255 0 255 255 0 0 255 255 0 255 255 0 255 255 255 255 255 255 254 255 255 255 254 255 0 0 0 0 254 255 255 255 254 255 255 255 255 255 0 254 255 254 255 254 255 253 255 255 255 0 0 0 255 255 0 255 255 255 255 254 255 253 255 254 255 254 255 255 255 0 255 255 255 255 0 255 255 0 255 255 255 255 254 255 254 255 255 255 255 255 0 254 255 0 255 255 254 255 0 255 255 255 255 255 255 0 255 255 0 0 0 0 255 255 255 255 254 255 0 255 255 255 255 0 255 255 255 255 0 255 255 0 255 255 0 0 0 255 255 0 254 255 1 0 0 255 255 253 255 0 254 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 254 255 255 255 255 255 0 255 255 0 254 255 255 255 254 255 254 255 254 255 255 255 0 255 255 255 255 254 255 253 255 254 255 254 255 0 1 0 1 255 255 255 255 254 255 253 255 0 253 255 0 255 255 0 255 255 255 255 0 0 1 0 255 255 255 255 0 0 0 0 255 255 254 255 255 255 0 0 255 255 0 255 255 0 0 255 255 255 255 255 255 254 255 254 255 255 255 255 255 255 255 255 255 254 255 254 255 255 255 255 255 255 255 254 255 254 255 252 255 254 255 253 255 0 0 0 0 255 255 255 255 0 0 1 0 255 255 255 255 255 255 0 0 0 255 255 255 255 254 255 255 255 254 255 255 255 0 0 255 255 0 255 255 0 253 255 253 255 255 255 255 255 1 0 3 1 0 255 255 0 255 255 0 255 255 0 2 1 254 255 254 255 255 255 254 255 1 255 255 253 255 253 255 253 255 254 255 254 255 253 255 253 255 253 255 255 255 254 255 1 255 255 253 255 255 255 253 255 255 255 255 255 254 255 253 255 255 255 254 255 2 ~ 63 ~ 0 255 255 254 255 0 0 0 255 255 254 255 254 255 253 255 0 255 255 0 254 255 253 255 252 255 252 255 253 255 254 255 254 255 254 255 0 254 255 3 0 0 0 0 2 254 255 0 255 255 255 255 255 255 253 255 252 255 253 255 252 255 255 255 255 255 0 255 255 0 253 255 0 254 255 0 255 255 0 4 2 0 254 255 255 255 0 4 1 0 0 0 0 255 255 254 255 0 253 255 254 255 252 255 253 255 254 255 254 255 255 255 254 255 0 254 255 0 255 255 0 254 255 0 255 255 1 0 0 255 255 254 255 254 255 253 255 252 255 253 255 253 255 252 255 255 255 254 255 2 2 254 255 253 255 252 255 252 255 254 255 255 255 255 255 0 254 255 254 255 0 255 255 0 255 255 255 255 253 255 0 255 255 2 0 255 255 254 255 0 254 255 255 255 254 255 253 255 253 255 253 255 252 255 254 255 253 255 0 0 3 254 255 254 255 253 255 254 255 0 1 0 2 3 0 3 254 255 255 255 250 255 250 255 251 255 251 255 255 255 255 255 0 254 255 254 255 250 255 250 255 249 255 249 255 254 255 253 255 255 255 255 255 252 255 253 255 0 0 3 255 255 255 255 255 255 255 255 1 255 255 253 255 252 255 251 255 249 255 250 255 247 255 251 255 248 255 254 255 252 255 0 255 255 1 1 255 255 0 0 4 6 3 0 0 0 255 255 255 255 0 0 0 254 255 253 255 255 255 253 255 0 0 255 255 4 255 255 255 255 251 255 251 255 255 255 253 255 3 0 250 255 251 255 251 255 252 255 0 0 0 255 255 255 255 254 255 1 0 253 255 254 255 255 255 255 255 0 255 255 0 255 255 255 255 255 255 254 255 255 255 254 255 0 0 0 0 254 255 255 255 254 255 255 255 255 255 0 254 255 254 255 254 255 253 255 255 255 0 0 0 255 255 0 255 255 255 255 254 255 253 255 254 255 254 255 255 255 0 255 255 255 255 0 255 255 0 255 255 255 255 254 255 254 255 255 255 255 255 0 254 255 0 255 255 254 255 0 255 255 255 255 255 255 0 255 255 0 0 0 0 255 255 255 255 254 255 0 255 255 255 255 0 255 255 255 255 0 255 255 0 255 255 0 0 0 255 255 0 254 255 1 0 0 255 255 253 255 0 254 255 0 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 255 254 255 255 255 255 255 0 255 255 0 254 255 255 255 254 255 254 255 254 255 255 255 0 255 255 255 255 254 255 253 Hình.3.4 Trích đoạn byte file Sony.wav sau nhúng tin mật ~ 64 ~ 3.7 Đánh giá kết thực nghiệm Như trình bày Chương Thông thường mẫu trích file âm lọc để loại bỏ tần số không mong muốn (giữ lại tiếng nói từ 50 Hz đến 10 KHz, âm nhạc từ 20 Hz đến 20 kHz) Điều đồng nghĩa với việc tất file âm nằm ngưỡng nghe tốt tai người Vì vậy, việc phát nhiễu file âm không khó Việc sử dụng kỹ thuật giấu tin môi trường ảnh nhị phân sang môi trường file âm cần có số điều chỉnh cho phù hợp với môi trường Giấu tin file âm cần xác định việc lựa chọn giấu tin trường độ hay cao độ âm xác định đoạn biên độ ổn định, thay đổi để tiến hành che giấu thông tin Trong trình thực nghiệm nhiều file âm Sau nghe file âm trước sau che giấu thông tin mật Nhận thấy file âm âm nhạc việc xảy tín hiệu nhiễu so với file âm có tiếng nói Sau đọc chuỗi byte của loại file âm file âm nhạc file có tiếng nói Chúng nhận thấy - Giá trị thay đổi byte chuỗi byte file âm nhạc thấp so với file âm có tiếng nói - Đối với file âm có tiếng nói, việc thay đổi giá trị byte gây nhiễu rõ file âm âm nhạc Tuy nhiên, tìm chuỗi byte ổn định tiến hành che giấu thông tin gây phức tạp cho thuật toán khó thực Thí dụ: việc lựa chọn chuỗi byte có giá trị thay đổi thấp bái toán khó Để khắc phục nhược điểm trên, ta nên che giấu thông tin mật vào file âm âm nhạc 3.8 Các khả ứng dụng Trong thực tiễn thủ tục giấu tin vận dụng pha ~ 65 ~ giao dịch truyền tin mạng trình truyền tải thông tin Trước hết ta xét nhiệm vụ sau đây: Giả sử Hội đồng thi trung ương (TƯ) cần gửi đề thi T đến địa điểm thi, tạm gọi Hội đồng thi sở (CS) Khi đó, TƯ lựa chọn sơ đồ sau: SĐ1 TƯ gửi T đên CS theo đường bảo mật mặt vật lí Sơ đồ đòi hỏi phải tổ chức tuyến đường an toàn có đầy đủ lực lượng an ninh đến hàng trăm địa điểm sở thủ tục giao nhận đề phiền hà, tốn Không yếu tố mặt thời gian thách thức trình vận chuyển SĐ2 Vận dụng hệ mật mã khóa công khai sau: 2.1 Dùng hàm băm H để băm đề thi thành đại diện T' có kích thước cố định, thí dụ, 128 bit: T' = H(T) 2.2 Chủ tịch Hội đồng thi TƯ dùng khóa mật K để kí vào băm T' để thu kí T'': T'' = K(T') 2.3 TƯ mã hóa T T'' gửi cho hội đồng sở CS 2.4 Đến G, TƯ gửi khóa giải mã cho hội đồng CS để giải mã T T'' đối chiếu, xác nhận kí Chủ tịch TƯ SĐ3 Tăng độ bảo mật thủ tục giấu tin Để nâng cao bảo mật, bổ sung pha giấu tin vào SĐ2 sau: Sau mã hóa bước 2.3 ta thực 2.3.1 Nén T T'' thành file F có kích thước nhỏ 2.3.2 Giấu F vào audio M gửi cho CS Khi bước 2.4 sửa lại sau: 2.4 Đến G: 2.4.1 TƯ gửi cho sở khóa K1 dùng để trich tin F từ audio M sau giải nến để thu T T'' ~ 66 ~ 2.4.2 TƯ gửi tiếp cho sở khóa K2 để giải mã T T'' đối chiếu, xác nhận kí Chủ tịch TƯ Với file nguồn lớn cắt thành file có kích thước nhỏ giấu vào nhiều audio khác Thậm chí dùng audio nhiều lần, lần giấu file theo qui trình sau: Giả sử ta cần gửi F có kích thước lớn Khi ta cắt file F thành file f1,…, fn dùng audio M Quá trình giấu thực sau: Giấu f1 vào M để thu M1; Giấu f2 vào M để thu M2; … Giấu fn vào M để thu Mn Quá trình trích rút thông tin lại thực tương tự: Trích rút từ M1 để thu f1; Trích rút từ M2 để thu f2; … Trích rút từ Mn để thu fn Kết nối file f1, f2,…, fn ta có F ban đầu Việc kết hợp kỹ giấu tin mã hóa làm tăng mức độ an toàn cho thông tin mật trình truyền tải thông tin Tổng kết chương: Trong chương trình bày yêu cầu chương trình giấu tin Lựa chọn định dạng file âm mà luận văn sử dụng để cài đặt chương trình thực nghiệm Mô tả cấu trúc, thuật toán chương trình cài đặt thử nghiệm giấu tin mật file âm đưa kết đánh giá chương trình kết cụ thể mà sau thử nghiệm thu Đồng thời đưa khả ứng dụng mà chương trình đem lại việc trao đổi thông tin mật trình truyền tải thông tin ~ 67 ~ KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN Từ vài thập niên gần đây, với tác động mạnh mẽ tiến khoa học công nghệ, đặc biệt công nghệ thông tin truyền thông, giới biến chuyển tới kinh tế xã hội mà thông tin tri thức xem nguồn lực chủ yếu Nhờ vào hỗ trợ thiết bị khoa học đại, việc trao đổi thông tin người trở nên thuận tiện dễ dàng Việc trao đổi thông tin liên lạc Internet ngày trở lên phổ biến Do có hạ tầng tốt, tính tiện lợi phổ dụng, Internet tổ chức, cá nhân tích cực sử dụng việc trao việc liên lạc, trao đổi thông tin Nhưng vấn đề đặt nguy thông tin, bị đánh cắp, bị xuyên tạc,… ngày gia tăng, đòi hỏi phải có chế bảo mật, bảo đảm an ninh, an toàn cho thông tin trao đổi mạng Bảo mật thông tin, có mật mã học giấu tin mật lĩnh vực quan tâm nghiên cứu Nhiều giải thuật mã hoá, nhiều thuật toán giấu tin mật đề xuất nhằm tăng cường an ninh thông tin Trên sở nghiên cứu kỹ thuật, thuật toán giấu tin nhà khoa học triển khai luận văn đưa kỹ thuật giấu tin cách sử dụng biến đổi rời rạc thay đổi bít có trọng số thấp byte liệu nguồn để tiến hành giấu thông tin mật Trong trình nghiên cứu, thử nghiệm, đưa số kết luận sau: Dữ liệu âm có nhiều không gian để giấu tin mật so với hình ảnh Tuy nhiên tai người lại nhạy cảm với nhiễu cần điều chỉnh mật độ lựa chọn byte phù hợp để giấu tin Việc lựa chọn file âm để làm giảm thiểu đến mức thấp việc sinh nhiễu trình giấu tin Muốn tăng cường mức độ bền vững thông tin mật giấu cần ~ 68 ~ phải kết hợp với phương pháp mã hóa thông tin Ưu điểm hạn chế luận văn Luận văn trình bày hệ thống kiến thức tổng quan giấu tin, âm âm số Một số kỹ thuật giấu tin thuật toán giấu triển khai Trên sở hệ thống kiến thức, luận văn xây dựng kỹ thuật thuật toán giấu tin phù hợp với yêu cầu đặt Luận văn trình bày chương trình giấu tin dựa thuật toán đưa kết thử nghiệm cụ thể Hiện luận văn nghiên cứu việc giấu tin file âm dạng WAV, liệu âm Internet phần lớn âm dạng Mp3, Mp4, Luận văn chưa thực việc điều chỉnh mật độ lựa chọn byte phù hợp để che giấu thông tin mật, tránh việc sinh nhiễu trình giấu tin Hướng phát triển luận văn: - Tiếp tục nghiên cứu sâu giấu tin phép biến đổi rời rạc - Thực việc giấu tin file âm dạng khác mà phổ biến Internet FLAC, Mp3, OGG,… - Kết hợp giấu tin với phương pháp mã hóa thông tin - Phát triển thuật toán môi trường khác Image, Video,… ~ 69 ~ TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Nguyễn Xuân Huy, Huỳnh Bá Diệu (2008) “Nghiên cứu kỹ thuật giấu tin audio hỗ trợ xác thực” Tạp chí Khoa học Đại Học Quốc Gia Hà Nội, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 25, p69-p74 [2] Nguyễn Xuân Huy, Huỳnh Bá Diệu, Võ Thị Thanh (2013) “Một cải tiến cho kỹ thuật giấu LSB liệu audio” Tạp chí Khoa học Đại Học Quốc Gia Hà Nội, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 29, số [3] Nguyễn Quốc Trung (1998) Xử lý tín hiệu số, NXB Khoa học kỹ thuật Tiếng Anh [4] Do Van Tuan, Tran Dang Hien, Pham Van At "A Novel Data Hiding Scheme for Binary Images" International Journal of Computer Science and Information Security, Vol 10, No 8, August 2012 [5] Huỳnh Bá Diệu, Nguyễn Xuân Huy “An Improved Technique for Hiding Data in Audio” The Fourth International Conference on Digital Information and Communication Technology and its Applications, University of the Thai Chamber of Commerce Bangkok Thailand, May 6-8, 2014 [6] Min Wu (2001), Multimedia Data Hiding, Princeton University [7] Saraju P Mohanty (1999), Digital Watermarking: A tutorial Review, University of South Florida, USA Internet [8] http://en.wikipedia.org/wiki [...]... 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 việc tìm hiểu khát quát về giấu tin, các kỹ thuật giấu tin Nghiên cứu một số kỹ thuật giấu tin bằng các phép biến đổi rời rạc trên số nguyên Luận văn còn tập trung nghiên cứu về file âm thanh và triển khi thực nghiệm giấu tin trong file âm thanh có định dạng WAV 4 Phương pháp... tin Chương 2 Kỹ thuật giấu tin giấu tin bằng các phép biến đổi rời rạc Trong chương này sẽ đi vào tìm hiểu về các phép biến đổi từ miền không gian sang miền tần số Tìm hiểu một số kỹ thuật dấu tin dựa trên việc biến đổi bít có trọng số thấp nhất trong một khối bít nhị phân Cũng trong chương này, tìm hiểu và giải thích một số phép biến đổi trên số nguyên Dựa vào các kỹ thuật và thuật ~4~ toán giấu tin. .. máy tính và cấu trúc file âm thanh dạng wav Đồng thời khái quát một số kỹ thuật giấu tin trên file âm thanh ~ 26 ~ CHƯƠNG 2 KỸ THUẬT GIẤU TIN BẰNG CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI RỜI RẠC 2.1 Các phép biến đổi từ miền không gian sang miền tần số Người ta nhận thấy rằng, việc nghiên cứu tín hiệu và hệ thống rời rạc trong miền thời gian gặp nhiều khó khăn trong việc tính toán và phân tích hệ thống trong miền này như... mà chúng ta thường gặp phải trong quá trình xử lý trực tiếp trong miền biến số độc lập Có nhiều phép biến đổi cho dữ liệu âm thanh, trong đó có một số phép biến đổi thường được sử dụng như: biến đổi Fourier, biến đổi cosin rời rạc, biến đổi wavelet,… 2.1.1 Phép biến đổi Fourier Phổ Fourier là một hàm chuyển đổi rất hay được dùng trong xử lý tín hiệu số (DSP: Digital signal processing) Nó có thể được...~2~ việc đảm bảo được tính chất ẩn của thông tin được giấu và không làm ảnh hưởng đến chất lượng của dữ liệu gốc Với mong muốn phát triển các kỹ thuật giấu thông tin nhằm bảo vệ các thông tin mật trong quá trình trao đổi Được sự sự đồng ý, động viên của cán bộ hướng dẫn khoa học, tôi đã chọn đề tài Giấu tin trong file âm thanh bằng các phép biến đổi rời rạc làm vấn đề nghiên cứu cho luận văn cao học... thể tìm thấy các giá trị của X(n) từ X(ej) Công thức biến đổi Fourier ngược: ( )= 1 2 ( ) Phép biến đổi Fast Fourier Đây là phép biến đổi thường được sử dụng cho nhiều ứng dụng trong khoa học, kỹ thuật và toán học [3] Phép biến đổi này có độ phức tạp là O(nlgn) ( )= ( )( ) ( ) ( )( () ( ) = (1/ ) ) 2.1.2 Phép biến đổi Cosin rời rạc Các quá trình nén là xác định các thông số tin dư thừa trong miền không... 1.7.1 Khái niệm về âm thanh và âm thanh số Âm thanh: Là các dao động cơ học (biến đổi vị trí qua lại) của các phân ~ 17 ~ tử, nguyên tử hay các h hạt làm nên vật chất và lan truyềnn trong vật v chất như các sóng Âm thanh, gi giống như nhiều sóng, được đặc trưng bở ởi tần số, bước sóng, chu kỳ, biên độ và vận tốc lan truyền (tốc độ âm thanh) Hình 1.9 Tín hiệu âm thanh Một đặc tính củaa âm thanh đây là một... với các nội dung cụ thể như sau: Chương 1 Tổng quan về giấu tin và âm thanh số Ở chương này đề tài sẽ đi vào tìm hiểu các khái niệm về giấu tin, mục đích cũng như tính cấp thiết của việc giấu tin trong đa phương tiện, trong đời sống thông tin và truyền tin hiện nay Tìm hiểu một môi trường cụ thể mà luận văn sử dụng để giấu tin là âm thanh số Khái quát một số ứng dụng và các tấn công trên hệ thống giấu. .. dụng phổ biến nhất từ trước tới nay Đối với giấu thông tin mật người ta quan tâm chủ yếu tới các mục tiêu sau: - Độ an toàn của tin giấu (khả năng không bị phát hiện của tin giấu) - Lượng thông tin tối đa có thể giấu trong một phương tiện chứa cụ thể mà vẫn có thể đảm bảo an toàn - Độ bảo mật của thông tin trong trường hợp giấu tin bị phát hiện Giấu thông tin mật không quan tâm nhiều tới các yêu cầu... mã hóa và giấu tin để làm tăng tính bảo mật cho thông tin được giấu 1.1.2 Phân loại kỹ thuật giấu tin Có nhiều cách để tiến hành phân loại các phương pháp giấu thông tin thông qua các tiêu chí khác nhau: như theo phương tiện chứa tin, các phương pháp tác động lên phương tiện chứa tin, hay phân loại dựa theo các mục đích sử dụng Theo mục đích sử dụng, giấu thông tin có hai loại: Giấu thông tin mật Đây ... thuật giấu tin file âm 23 CHƯƠNG KỸ THUẬT GIẤU TIN BẰNG CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI RỜI RẠC 26 2.1 Các phép biến đổi từ miền không gian sang miền tần số 26 2.1.1 Phép biến đổi Fourier... luận văn sử dụng để giấu tin âm số Khái quát số ứng dụng công hệ thống giấu tin Chương Kỹ thuật giấu tin giấu tin phép biến đổi rời rạc Trong chương vào tìm hiểu phép biến đổi từ miền không gian... toán phức tạp Trong luận văn này, việc tìm hiểu khát quát giấu tin, kỹ thuật giấu tin Nghiên cứu số kỹ thuật giấu tin phép biến đổi rời rạc số nguyên Luận văn tập trung nghiên cứu file âm triển thực