Bảo vệ bản quyền cơ sở dữ liệu bằng thủy vân ảnh số

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Phạm Thị Thu Hường BẢO VỆ BẢN QUYỀN CƠ SỞ DỮ LIỆU BẰNG THUỶ VÂN ẢNH SỐ Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ CHUYÊN NGÀNH KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẤN KHOA HỌC: TS BÙI THẾ HỒNG Thái nguyên - 2010 Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỤC LỤC Chương TỔNG QUAN VỀ THUỶ VÂN CSDL QUAN HỆ 1.1 Một số khái niệm 1.1.1 Thuỷ vân ? 1.1.2 Thuỷ vân sơ liệu quan hệ ? 1.1.3 Sự cần thiết kỹ thuật thuỷ vân CSDL quan hệ 1.2 Các yêu cầu thuỷ vân sở liệu quan hệ 10 1.2.1 Khả phát (Detectability) 11 1.2.2 Tính bền vững (Robustness) 11 1.2.3 Cập nhật phần tăng thêm (Incremental Updatability) 12 1.2.4 Không dễ cảm nhận (Imperceptibility) 12 1.2.5 Hệ thống mù ( Blind System) 12 1.3 Những công hệ thuỷ vân sở liệu quan hệ 13 1.3.1 Cập nhật thông thường 13 1.3.2 Tấn công có chủ đích 13 1.4 Các ứng dụng chủ yếu thuỷ vân sở liệu quan hệ 15 1.4.1 Bảo vệ quyền chứng minh quyền sở hữu 15 1.4.2 Nhận thực thông tin (Authentication) 15 1.5 Các kỹ thuật thủy vân sở liệu quan hệ 16 Chương THỦY VÂN SỬ DỤNG CÁC BIT LSB 17 2.1 Chuẩn bị thuật toán 17 2.1.1 Đặt vấn đề 17 2.1.2 Các bít ý nghĩa 18 2.1.3 Mã chứng thực thông điệp 19 2.2 Các thuật toán 19 Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2.2.1 Mô hình thuỷ vân 20 2.2.2 Thuật toán nhúng thuỷ vân 20 2.2.3 Thuật toán phát thuỷ vân 24 2.2.4 Một số lưu ý 26 2.2.5 Các quan hệ khóa 27 2.3 Phân tích đánh giá thuật toán 28 2.3.1 Xác suất nhị thức tích luỹ 28 2.3.2 Hàm ngưỡng 29 Chương THỦY VÂN SỬ DỤNG CÁC BIT Ý NGHĨA NHẤT 31 4.1 Giới thiệu 31 4.1.1 Mô hình thủy vân 32 4.1.2 Xác định toán 32 4.1.3 Lựa chọn tập hợp 33 4.2 Nhúng thủy vân 34 4.2.1 Mã hoá bít đơn 34 4.3 Phát thủy vân 37 Chương CÀI ĐẶT THỬ NGHIỆM 39 Kết luận 42 Tài liệu tham khảo 43 Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Lời nói đầu I Lý chọn đề tài Bảo vệ quyền, nhận thực thông tin, nhận dạng đặc trưng liệu quan hệ nhu cầu cấp thiết thách thức kỹ thuật thuỷ vân sở liệu quan hệ Việc quản lý quyền liệu quan hệ thuỷ vân trở thành chủ đề quan trọng nghiên cứu sở liệu Thuỷ vân liệu quan hệ có thách thức kỹ thuật đáng kể có ứng dụng thực tế có ý nghĩa xứng đáng quan tâm thích đáng từ phía cộng đồng người nghiên cứu sở liệu Thực sự, qua nghiên cứu thử nghiệm thấy việc phát triển cài đặt kỹ thuật thủy vân sở liệu phức tạp khó để thỏa mãn yêu cầu khắt khe lĩnh vực bảo vệ quyền loại liệu Những kết trình bày báo cáo tìm hiểu nghiên cứu bước đầu lĩnh vực Chắc chắn báo cáo có nhiều khiếm khuyết Tôi mong nhận ý kiến góp ý xác đáng giúp có kết tốt Trong thời gian tới, hy vọng có hội tiếp tục thực hướng nghiên cứu đạt kết sâu tốt II Mục đích nghiên cứu  Tìm hiểu kỹ thuật thuỷ vân bảo vệ quyền sở liệu quan hệ  Cài đặt thử nghiệm thủy vân sở liệu quan hệ dựa vào bit LSB MSB Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn III Nhiệm vụ nghiên cứu Hiểu rõ sở lý luận toán học kỹ thuật giấu tin kỹ  thuật thuỷ vân Phát triển chương trình cài đặt lược đồ thuỷ vân bảo vệ quyền  sở liệu quan hệ IV Phạm vi nghiên cứu  Nghiên cứu, đánh giá kỹ thuật thuỷ vân  Các công cụ lập trình phần mềm dùng để cài đặt lược đồ nhúng giải thuỷ vân V Phương pháp nghiên cứu  Sưu tầm tìm hiểu tài liệu, kết nghiên cứu giấu tin thuỷ vân  Đánh giá kỹ thuật thuỷ vân biết  Cải tiến, mở rộng kỹ thuật thuỷ vân biết nhằm mục đích thu kết tốt  Cài đặt thử nghiệm cải tiến đưa VI Nội dung nghiên cứu bố cục luận văn Luận văn chia thành bốn chương: Chương 1: Tổng quan thuỷ vân sở liệu quan hệ 1.1 Một số khái niệm 1.2 Yêu cầu thuỷ vân sở liệu quan hệ 1.3 Những công hệ thuỷ vân sở liệu quan hệ 1.4 Các ứng dụng chủ yếu thuỷ vân sở liệu quan hệ 1.5 Các kỹ thuật thuỷ vân sở liệu quan hệ Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Chương 2: Thuỷ vân sử dụng bit LSB 2.1 Chuẩn bị thuật toán 2.2 Các thuật toán 2.3 Phân tích đánh giá thuật toán Chương 3: Thuỷ vân sử dụng bit MSB 3.1 Giới thiệu 3.2 Nhúng thuỷ vân 3.3 Phát thuỷ vân Chương 4: Cài đặt thử nghiệm Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Chương 1: TỔNG QUAN VỀ THUỶ VÂN CSDL QUAN HỆ Tính an toàn bảo mật thông tin kỹ thuật giấu tin thể hai khía cạnh Một bảo vệ cho liệu đem giấu hai bảo vệ cho đối tượng sử dụng để giấu tin Tương ứng với hai khía cạnh có hai khuynh hướng kỹ thuật rõ ràng giấu tin mật (Steganography) mà tìm hiểu chương trước) thuỷ vân số (Watermarking) Trong kỹ thuật giấu tin mật, thông tin cần giấu gọi thông điệp (Message) kỹ thuật thuỷ vân số gọi thuỷ vân (Watermark) Thuỷ vân chuỗi kí tự, hay hình ảnh, logo Nói đến thuỷ vân số nói đến kỹ thuật giấu tin nhắm đến ứng dụng bảo đảm an toàn liệu cho đối tượng sử dụng để giấu tin như: bảo vệ quyền, chống xuyên tạc, nhận thực thông tin, điều khiển chép v.v…Có thể thấy rõ phần ứng dụng thủy vân lớn, ứng dụng lại có yêu cầu riêng tính chất riêng, kỹ thuật thuỷ vân có tính khác biệt tương ứng: Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Watermarking Thuỷ vân số Robust Copyright marking Fragile Watermarking Thuỷ vân bền vững Thuỷ vân “dễ vỡ” ImperceptibleWatermar king Visible Watermarking Thuỷ vân ẩn Thuỷ vân Hình Phân loại kỹ thuật thuỷ vân Các kỹ thuật thuỷ vân Hình phân biệt đặc trưng, tính chất kỹ thuật ứng dụng kỹ thuật Thuỷ vân “dễ vỡ” (Fragile) kỹ thuật nhúng thuỷ vân vào ảnh cho phân bố sản phẩm môi trường mở có phép biến đổi làm thay đổi đối tượng sản phẩm gốc thuỷ vân giấu đối tượng không nguyên vẹn trước giấu (dễ vỡ) Các kỹ thuật thuỷ vân có tính chất sử dụng ứng dụng nhận thực thông tin (Authentication) phát xuyên tạc thông tin (Tamper detection) Thuỷ vân bền vững lại chia thành hai loại thuỷ vân ẩn thuỷ vân hiển Thuỷ vân hiển loại thuỷ vân sản phẩm người dùng nhìn thấy giống biểu tượng kênh chương trình vô tuyến mà thường thấy VTV3, CCTV, TV5… Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1.1 Một số khái niệm 1.1.1 Thuỷ vân ? Từ “thuỷ vân” có xuất xứ từ kỹ thuật đánh dấu nước thời xưa Đây kỹ thuật đánh dấu chìm hình ảnh, logo, hay liệu lên giấy nhằm mục đích trang trí phân biệt xuất xứ sản phẩm giấy Như vậy, thông tin cần giấu gọi thuỷ vân (Watermark) Thuỷ vân chuỗi ký tự, hay hình ảnh, logo Thuỷ vân mô tả thông tin dùng để chứng minh quyền sở hữu chống xuyên tạc Có hai loại thuỷ vân, : thuỷ vân bền vững thuỷ dễ vỡ  Thuỷ vân bền vững (Robust watermark): thuỷ vân tồn bền vững với liệu, không dễ dàng bị phá huỷ trước biến đổi, công lên liệu Các kỹ thuật thường dùng ứng dụng bảo vệ quyền, chứng minh quyền sở hữu  Thuỷ vân dễ vỡ (Fragile watermark): thuỷ vân dễ bị biến đổi trước biến đổi hay công lên liệu Các kỹ thuật thường dùng ứng dụng nhận thực thông tin, đảm bảo tính toàn vẹn liệu Các kỹ thuật thuỷ vân từ đời nhận quan tâm lớn nhà khoa học Các kỹ thuật thuỷ vân nghiên cứu áp dụng nhiều môi trường liệu khác như: liệu đa phương tiện (image, text, audio, video, ), hay phẩm phần mềm, gần nghiên cứu môi trường sở liệu quan hệ Trong môi trường liệu liệu đa phương tiện (đặc biệtt image) nghiên cứu áp dụng sớm môi trường chiếm tỷ lệ chủ yếu Tuy nhiên, Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn người ta tập trung nghiên cứu kỹ thuật thuỷ vân sở liệu quan hệ nhu cầu cấp thiết người chủ sở liệu muốn bảo vệ chúng trước công bên ngoài, 1.1.2 Thuỷ vân sơ liệu quan hệ ? Ngày nay, việc sử dụng sở liệu ứng dụng ngày tăng lên tạo nhu cầu tương tự thủy vân sở liệu Internet đưa đến sức ép nặng nề cho người bảo vệ liệu việc tạo dịch vụ (thường gọi dịch vụ web tiện ích điện tử) cho phép người sử dụng tìm kiếm truy cập sở liệu từ xa Mặc dù xu hướng hữu ích cho người dùng cuối bộc lộ mối nguy hiểm cho nhà cung cấp liệu trước kẻ trộm cắp liệu Do đó, người cung cấp liệu đòi hỏi phải có công nghệ nhận dạng sở liệu họ bị đánh cắp Cho dù có nhiều điều học hỏi từ kết đạt thủy vân liệu đa phương tiện nhiều thách thức kỹ thuật lĩnh vực thủy vân sở liệu quan hệ liệu quan hệ liệu đa phương tiện khác nhiều khía cạnh quan trọng Chẳng hạn như, phần khác đối tượng đa phương tiện cắt bỏ thay cách tùy ý mà không gây thay đổi cảm quan đối tượng Ngược lại, việc thêm, bớt cập nhật bảng quan hệ lại phép toán chuẩn sở liệu Do khác mà kỹ thuật phát triển cho liệu đa phương tiện sử dụng trực tiếp để thủy vân quan hệ Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read data error !!! can't not read ... 1: Tổng quan thuỷ vân sở liệu quan hệ 1.1 Một số khái niệm 1.2 Yêu cầu thuỷ vân sở liệu quan hệ 1.3 Những công hệ thuỷ vân sở liệu quan hệ 1.4 Các ứng dụng chủ yếu thuỷ vân sở liệu quan hệ 1.5... nghiên cứu  Tìm hiểu kỹ thuật thuỷ vân bảo vệ quyền sở liệu quan hệ  Cài đặt thử nghiệm thủy vân sở liệu quan hệ dựa vào bit LSB MSB Số hóa Trung tâm Học liệu - Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn... cứu kỹ thuật thuỷ vân sở liệu quan hệ nhu cầu cấp thiết người chủ sở liệu muốn bảo vệ chúng trước công bên ngoài, 1.1.2 Thuỷ vân sơ liệu quan hệ ? Ngày nay, việc sử dụng sở liệu ứng dụng ngày