Giấu tin bền vững trong ảnh tiếp cận theo hướng mã sửa lỗi

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG MÃ VĂN DU GIẤU TIN BỀN VỮNG TRONG ẢNH TIẾP CẬN THEO HƯỚNG MÃ SỬA LỖI LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2011 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG MÃ VĂN DU GIẤU TIN BỀN VỮNG TRONG ẢNH TIẾP CẬN THEO HƯỚNG MÃ SỬA LỖI Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHOA HỌC MÁY TÍNH Người hướng dẫn khoa học: TS Nguyễn Văn Tảo Thái Nguyên - 2011 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Đặt vấn đề Ngày nay, với đời phát triển mạng Internet, ngƣời kết nối vào Internet, tìm kiếm thông tin cách dễ dàng thông qua nhà cung cấp dịch vụ mạng Sự phát triển nhanh chóng khoa học kỹ thuật nhiều lĩnh vực đặc biệt lĩnh vực đa phƣơng tiện (multimedia) làm cho sản xuất, quản lý phân phối sản phẩm này: hình ảnh, âm thanh… dễ dàng Cùng với phổ biến rộng rãi mạng internet tốc độ cao làm cho trình phân phối chúng trở nên nhanh chóng, dễ dàng, đem lại thuận lợi to lớn thông qua hệ thống thƣơng mại điện tử Với môi trƣờng mở tiện nghi nhƣ thế, hệ thống mạng đại trở thành phƣơng tiện phân phối tài liệu cách nhanh chóng kinh tế Tuy nhiên, việc phân phối cách phổ biến tài nguyên mạng gặp phải nạn chép sử dụng không hợp pháp nhƣ: Xâm phạm quyền, truy cập trái phép, xuyên tạc, giả mạo thông tin… Đứng trƣớc tình hình vấn đề giấu thông tin nhận đƣợc quan tâm đặc biệt nhiều lĩnh vực Từ xa xƣa có nhiều cách để giấu thông tin, phƣơng pháp dùng sớm để bảo vệ quyền sở hữu nội dung sản phẩm đa phƣơng tiện mã hoá Nội dung sản phẩm đƣợc mã hoá gửi cho ngƣời sử dụng Ngƣời sử dụng đọc đƣợc thông tin nhận đƣợc khoá để giải mã kèm Phƣơng pháp mã hoá hiệu việc truyền thông tin nhƣng không hiệu việc lấy lại thông tin Sau ngƣời sử dụng giải mã đƣợc nhân phân phối lại sản phẩm Ngày phƣơng pháp giấu thông tin sản phẩm đa phƣơng tiện đƣợc dùng phổ biến Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vấn đề bảo mật bảo vệ quyền, chống chép bất hợp pháp, chống truy cập trái phép, chống xuyên tạc, chống giả mạo thông tin… Mục đích luận văn Giấu tin lĩnh vực rộng lớn, luận văn nghiên cứu kỹ thuật giấu tin ảnh áp dụng sử dụng mã sửa lỗi Hamming để khôi phục tin, vấn đề đƣợc ứng dụng rộng rãi Để thực việc giấu tin ảnh, ý tƣởng khôi phục số thuộc tính bị lỗi công lên ảnh điểm ảnh theo số thuật toán định, nhằm đảm bảo liệu ảnh, mặt thị giác, không sai khác so với gốc, đồng thời, sau nhận đƣợc ảnh đích, sử dụng quy trình giải mã với khóa phù hợp, ta trích đƣợc thông tin dấu Bố cục luận văn Luận văn gồm: Phần mở đầu, ba chƣơng chính, phần kết luận Chương 1: Tổng quan giấu tin Trình bày tổng quan giấu tin, phân tích yêu cầu giấu tin cho ảnh, trình bày số yêu cầu giấu tin ảnh Bên cạnh trình bày số mô hình giấu tin ứng dụng chúng, đặc trƣng tính chất giấu tin ảnh Chương 2: Một số kỹ thuật giấu tin ảnh Trình bày cấu trúc file ảnh bitmap, kỹ thuật đọc xử lý file ảnh; nghiên cứu, đánh giá số thuật toán giấu tin ảnh; sâu nghiên cứu trình bày thuật toán giấu tin miền không gian ảnh; mã sửa lỗi khả ứng dụng trình trích tin giấu ảnh sau bị công Chương 3: Cài đặt thử nghiệm nhúng thủy vân, tách thủy vân, đánh giá tính ẩn thủy vân, tính bền vững thủy vân trƣớc số công lên ảnh chứa Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn CHƢƠNG TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN 1.1 Các khái niệm giấu tin 1.1.1 Định nghĩa giấu tin Qua nghiên cứu phƣơng pháp giấu tin, ta định nghĩa nhƣ sau: Giấu thông tin kỹ thuật nhúng (embedding) lƣợng thông tin số vào đối tƣợng liệu số khác Sự khác biệt chủ yếu mã hoá thông tin giấu thông tin mã hoá làm cho thông tin rõ có đƣợc mã hoá hay không tức giấu ý nghĩa thông tin còn, với giấu thông tin ngƣời ta khó biết đƣợc có thông tin giấu bên tức giấu diện thông tin Về chất giấu tin gần với nén liệu Tóm lại giấu tin mã hóa có mối quan hệ mật thiết với nhau, xây dựng hệ thống an toàn bảo mật thông tin Kỹ thuật giấu thông tin nhằm mục đích đảm bảo an toàn bảo mật thông tin hai khía cạnh Một bảo mật cho giữ liệu đƣợc đem giấu (embedded data), chẳng hạn nhƣ giấu tin mật: thông tin mật đƣợc giấu kỹ đối tƣợng khác cho ngƣời khác không phát đƣợc (steganography), hai bảo mật cho đối tƣợng đƣợc dùng để giấu tin (host data), chẳng hạn nhƣ ứng dụng bảo vệ quyền, phát xuyên tạc thông tin (watermarking) Hai khía cạnh khác dẫn đến hai khuynh hƣớng kỹ thuật chủ yếu giấu tin Khuynh hƣớng thứ giấu tin mật Khuynh hƣớng tập trung vào kỹ thuật giấu tin cho thông tin giấu đƣợc nhiều quan trọng ngƣời khác khó phát đƣợc đối tƣợng có bị giấu tin bên hay không Khuynh hƣớng thứ hai thuỷ vân số Khuynh hƣớng thuỷ vân số đánh giấu vào đối tƣợng nhằm khẳng định quyền sở hữu hay phát xuyên tạc thông tin Thuỷ vân số có miền ứng dụng lớn nên đƣợc quan Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn tâm nghiên cứu nhiều thực tế có nhiều kỹ thuật dành cho khuynh hƣớng 1.1.2 Phân loại kỹ thuật giấu tin Do kỹ thuật giấu thông tin số đƣợc hình thành thời gian gần nên xu hƣớng phát triển chƣa ổn định Nhiều phƣơng pháp mới, theo nhiều khía cạnh khác chắn đƣợc đề suất, định nghĩa xác, đánh giá phân loại rõ ràng chƣa thể có đƣợc Sơ đồ phân loại đƣợc Fabien A P Petitcolas đề xuất năm 1999 Có thể chia lĩnh vực giấu tin thành hai hƣớng lớn thủy vân số giấu tin mật [12] Giấu tin mật quan tâm đến ứng dụng cho ngƣời khác khó phát việc có tin đƣợc giấu có phát tin đƣợc giấu việc giải tin khó thực Phạm vi ứng dụng thủy vân đa dạng hơn, tùy theo mục đích hệ thủy vân mà ngƣời ta lại chia thành hƣớng nhỏ nhƣ thủy vân dễ vỡ thủy vân bền vững Giấu thông tin Giấu tin mật Thủy vân số Thủy vân bền vững Thủy vân ẩn Thủy vân Thủy vân dễ vỡ Thủy vân ẩn Thủy vân Hình 1.1 Phân loại kỹ thuật giấu tin (Petitcolas, 1999) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Sơ đồ phân loại nhƣ tranh khái quát ứng dụng kỹ thuật giấu thông tin Dựa việc thống kê xếp khoảng 100 công trình công bố số tạp chí, với thông tin tên tóm tắt nội dung khoảng 200 công trình công bố Internet, chia lĩnh vực giấu tin làm hai hƣớng lớn, giấu tin mật thủy vân số Steganography (giấu tin, viết phủ) lĩnh vực nghiên cứu việc nhúng mẩu tin mật vào môi trƣờng phủ Trong trình giấu tin để tăng bảo mật ngƣời ta dùng khoá viết mật ngƣời ta nói Intrinsic Steganography (giấu tin có xử lý) Khi để giải mã ngƣời dùng phải có khoá viết mật Chú ý khoá khoá dùng để lập mật mã mẩu tin, ví dụ khoá để sinh hàm băm phục vụ rải tin vào môi trƣờng phủ Ngƣợc lại không dùng khoá viết mật ngƣời ta dấu tin đơn vào môi trƣờng phủ ngƣời ta nói Pure Steganography (giấu tin đơn thuần) Watermarking (thuỷ ấn) kỹ thuật nhúng lƣợng thông tin vào ảnh môi trƣờng để xác định quyền sở hữu ảnh môi trƣờng, chống giả mạo xuyên tạc thông tin Kích thƣớc biểu tƣợng thƣờng nhỏ Kỹ thuật cho phép đảm bảo nguyên vẹn biểu tƣợng ảnh môi trƣờng bị biến đổi thao tác nhƣ lọc (filtering), nén liệu (lossy compression), hay biến đổi hình học Tuy nhiên việc đảm bảo nguyên vẹn biểu tƣợng không kể đến có công dựa việc hiểu rõ thuật toán có giải mã tay Thông tin giấu định danh nhất, ví dụ định danh ngƣời dùng ngƣời ta gọi Fingerprinting Nếu nhƣ watermark (thủy vân, thủy ấn) quan tâm nhiều đến ứng dụng giấu mẩu tin ngắn nhƣng đòi hỏi độ bền vững lớn thông tin cần giấu (trƣớc biến đổi thông thƣờng tệp liệu môi trƣờng) steganography lại quan tâm tới ứng dụng che giấu tin đòi hỏi độ bí Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn mật dung lƣợng lớn tốt Đối với hƣớng lớn này, trình phân loại theo tiêu chí khác tiếp tục đƣợc thực hiện, ví dụ dựa theo ảnh hƣởng tác động từ bên chia watermark thành hai loại, loại bền vững với tác động chép trái phép, loại thứ hai lại cần tính chất hoàn toàn đối lập: dễ bị phá huỷ trƣớc tác động nói Cũng chia watermark theo đặc tính, loại cần đƣợc che giấu để có số ngƣời tiếp xúc với thấy đƣợc thông tin, loại thứ hai đối lập, cần đƣợc ngƣời nhìn thấy Xét tính chất thuỷ ấn giống giấu tin chỗ tìm cách nhúng thông tin mật vào môi trƣờng Nhƣng chất thuỷ ấn có nét khác số điểm: Mục tiêu thuỷ ấn nhúng thông tin không lớn thƣờng biểu tƣợng, chữ ký hay đánh dấu khác vào môi trƣờng phủ nhằm phục vụ việc xác nhận quyền; Khác với giấu tin chỗ giấu tin sau cần tách lại tin thuỷ ấn tìm cách biến tin giấu thành thuộc tính vật mang; Chỉ tiêu quan trọng thuỷ ấn tính bền vững, giấu tin dung lƣợng Điểm khác thuỷ ấn giấu tin thuỷ ấn vô hình hữu hình ảnh mang Kỹ thuật giấu tin đƣợc áp dụng cho loại liệu ảnh, audio, vidio Chức giấu tin ảnh khác tuỳ theo hình thức xâm phạm liệu ảnh Ảnh bị vi phạm quyền: nội dung ảnh giống với nội dung ảnh quyền nhƣng chúng đƣợc dùng với mục đích mà tác giả không cho phép Để bảo vệ sản phẩm chống lại hành vi lấy cắp làm nhái cần phải có kỹ thuật để “dán tem quyền” vào sản phẩm Việc dán tem hay Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn việc nhúng thuỷ vân cần phải đảm bảo không để lại ảnh hƣởng lớn đến việc cảm nhận sản phẩm Yêu cầu kỹ thuật ứng dụng thuỷ vân phải tồn bền vững với sản phẩm, muốn bỏ thuỷ vân mà không đƣợc phép ngƣời chủ sở hữu có cách phá huỷ sản phẩm Ảnh bị sửa đổi: nội dung ảnh bị xuyên tạc Trong trƣờng hợp giấu tin có tác dụng phân biệt ảnh quyền với ảnh bị sửa đổi nội dung Áp dụng bƣớc tách tin giống với ảnh khác nhau, ta tách đƣợc dấu quyền đƣợc đăng ký trƣớc ảnh bị xuyên tạc Hầu hết giấu tin đƣợc gắn cho ảnh giấu không nhìn thấy nhƣng thực tế tồn loại giấu tin nhìn thấy, chúng không suốt hoàn toàn.Tuy nhiên luận văn em đề cập tới hệ thống nhúng thủy vân 1.1.3 Vài nét lịch sử giấu tin Các kỹ thuật giấu tin đƣợc đề xuất sử dụng từ xa xƣa, sau đƣợc phát triển ứng dụng cho nhiều lĩnh vực Từ Steganography bắt nguồn từ Hi-Lạp với ý nghĩa tài liệu đƣợc phủ (covered writing) Các câu chuyện kể kỹ thuật giấu thông tin đƣợc truyền qua nhiều hệ Có lẽ ghi chép sớm kỹ thuật giấu thông tin (thông tin đƣợc hiểu theo nghĩa nguyên thủy nó) thuộc sử gia Hy-Lạp Herodotus Khi bạo chúa HyLạp Histiaeus bị vua Darius bắt giữ Susa vào kỷ thứ năm trƣớc Công nguyên, ông ta gửi thông báo bí mật cho rể Aristagoras Miletus Histiaeus cạo trọc đầu nô lệ tin cậy xăm thông báo da đầu ngƣời nô lệ Khi tóc ngƣời nô lệ mọc đủ dài ngƣời nô lệ đƣợc gửi tới Miletus Một câu chuyện khác thời Hy-Lạp cổ đại Herodotus ghi lại Môi trƣờng để ghi văn viên thuốc đƣợc bọc sáp ong Demeratus, ngƣời Hy-Lạp, cần thông báo cho Sparta Xerxes định xâm chiếm Hy-Lạp Để tránh bị phát hiện, bóc lớp sáp khỏi Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn viên thuốc khắc thông báo lên bề mặt viên thuốc này, sau bọc lại viên thuốc lớp sáp Những viên thuốc đƣợc để ngỏ lọt qua kiểm tra cách dễ dàng Mực không màu phƣơng tiện hữu hiệu cho bảo mật thông tin thời gian dài Ngƣời Romans cổ biết sử dụng chất sẵn có nhƣ nƣớc quả, nƣớc tiểu sữa để viết thông báo bí mật hàng văn tự thông thƣờng Khi bị hơ nóng, thứ mực không nhìn thấy trở nên sẫm màu đọc dễ dàng Ý tƣởng che giấu thông tin có từ hàng nghìn năm trƣớc nhƣng kỹ thuật đƣợc dùng chủ yếu quân đội quan tình báo Mãi vài thập niên gần đây, giấu thông tin nhận đƣợc quan tâm nhà nghiên cứu viện công nghệ thông tin với hàng loạt công trình nghiên cứu giá trị Cuộc cách mạng số hoá thông tin phát triển nhanh chóng mạng truyền thông nguyên nhân dẫn đến thay đổi Những phiên chép hoàn hảo, kỹ thuật thay thế, sửa đổi tinh vi, cộng với lƣu thông phân phối mạng liệu đa phƣơng tiện sinh nhiều vấn đề nhức nhối nạn ăn cắp quyền, phân phối bất hợp pháp, xuyên tạc trái phép 1.1.4 Các yêu cầu giấu tin ảnh Mục đích giấu tin cho ảnh bảo vệ quyền cho chủ sở hữu ảnh Những yêu cầu giấu tin cho ảnh là: Tính ẩn tin giấu đƣợc chèn vào ảnh: Sự diện tin giấu ảnh không làm ảnh hƣởng tới chất lƣợng ảnh chèn tin; Tính bền tin giấu: Cho phép tin tồn đƣợc qua phép biến đổi ảnh, biến dạng hình học hay hình thức công cố ý khác; Tính an toàn: xoá đƣợc tin khỏi ảnh trừ ảnh đƣợc biến đổi tới mức không mang thông tin 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 ... THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG MÃ VĂN DU GIẤU TIN BỀN VỮNG TRONG ẢNH TIẾP CẬN THEO HƯỚNG MÃ SỬA LỖI Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01 LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHOA HỌC MÁY TÍNH Người hướng dẫn... đích giấu tin cho ảnh bảo vệ quyền cho chủ sở hữu ảnh Những yêu cầu giấu tin cho ảnh là: Tính ẩn tin giấu đƣợc chèn vào ảnh: Sự diện tin giấu ảnh không làm ảnh hƣởng tới chất lƣợng ảnh chèn tin; ... yếu mã hoá thông tin giấu thông tin mã hoá làm cho thông tin rõ có đƣợc mã hoá hay không tức giấu ý nghĩa thông tin còn, với giấu thông tin ngƣời ta khó biết đƣợc có thông tin giấu bên tức giấu