DSpace at VNU: Nghiên cứu các kỹ thuật ẩn tin, giấu tin kết hợp mã hóa trong môi trường đa phương tiện để đảm bảo an toàn thông tin và xây dựng ứng dụng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ  VŨ HOÀNG DƢƠNG NGHIÊN CỨU CÁC KỸ THUẬT ẨN TIN, GIẤU TIN KẾT HỢP MÃ HÓA TRONG MÔI TRƢỜNG ĐA PHƢƠNG TIỆN ĐỂ ĐẢM BẢO AN TỒN THƠNG TIN VÀ XÂY DỰNG ỨNG DỤNG Ngành: Cơng nghệ thông tin Chuyên ngành: Kỹ thuật phần mềm Mã số: 60480103 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Hồ Văn Hƣơng HÀ NỘI - 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết luận văn sản phẩm riêng cá nhân tơi Trong tồn nội dung luận văn, điều đƣợc trình bày cá nhân đƣợc tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu Tất tài liệu tham khảo có xuất xứ rõ ràng đƣợc trích dẫn hợp pháp Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm theo quy định cho lời cam đoan Hà Nội, ngày 29/5/2015 Ngƣời cam đoan Vũ Hoàng Dƣơng LỜI CẢM ƠN Tơi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo TS Hồ Văn Hƣơng - Ban Cơ yếu Chính phủ ngƣời trực tiếp hƣớng dẫn, bảo tận tình hết lòng giúp đỡ tơi suốt thời gian làm luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trƣờng Đại học Công nghệ - ĐHQG Hà Nội giảng dạy cung cấp cho kiến thức bổ ích thời gian học cao học, giúp tơi 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 tơi suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lòng cảm ơn đến gia đình bạn bè, ngƣời ln quan tâm, động viên khuyến khích tơi Cuối xin gửi lời chúc sức khỏe thành công tới tất quý thầy cô gia đình tồn thể bạn Hà Nội, ngày 29 tháng năm 2015 Học viên Vũ Hoàng Dƣơng MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN LỜI CẢM ƠN MỤC LỤC .3 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT DANH MỤC CÁC BẢNG DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ LỜI MỞ ĐẦU Chƣơng 1: CƠ SỞ LÝ THUYẾT Error! Bookmark not defined 1.1 Tổng quan giấu tin Error! Bookmark not defined 1.1.1 Khái niệm giấu tin Error! Bookmark not defined 1.1.2 Các thành phần hệ giấu tin Error! Bookmark not defined 1.1.3 Giấu tin mật mã Error! Bookmark not defined 1.1.4 Phân loại giấu tin Error! Bookmark not defined 1.1.5 Môi trƣờng giấu tin Error! Bookmark not defined 1.1.6 Các tiêu chí đánh giá kỹ thuật giấu tin ảnhError! Bookmark not Bookmark not defined 1.1.7 Đánh giá chất lƣợng ảnh sau giấu tin PSNRError! defined 1.1.8 Ứng dụng giấu tin Error! Bookmark not defined 1.1.9 Kỹ thuật công hệ giấu tin Error! Bookmark not defined 1.1.10 Một số chƣơng trình giấu tin Error! Bookmark not defined 1.2 Tổng quan mã hố thơng tin Error! Bookmark not defined 1.2.1 Sơ lƣợc lịch sử mật mã học Error! Bookmark not defined 1.2.2 Các khái niệm Error! Bookmark not defined 1.2.3 Phân loại hệ mật mã Error! Bookmark not defined 4 1.3 Mã Hamming Error! Bookmark not defined 1.3.1 Định nghĩa Error! Bookmark not defined 1.3.2 Vấn đề phát sai sửa sai Error! Bookmark not defined 1.3.3 Cách phát sai Error! Bookmark not defined 1.3.4 Cách sửa sai Error! Bookmark not defined 1.4 Kết chƣơng Error! Bookmark not defined Chƣơng 2: MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP GIẤU TIN TRÊN ẢNHError! Bookmark not defined 2.1 Ảnh số Error! Bookmark not defined 2.1.1 Khái niệm chung Error! Bookmark not defined 2.1.2 Phân loại ảnh Error! Bookmark not defined 2.1.3 Các định dạng ảnh Error! Bookmark not defined 2.1.4 Histogram Error! Bookmark not defined 2.2 Một số phƣơng pháp giấu tin ảnh Error! Bookmark not defined 2.2.1 Giấu tin mật vào “bít có trọng số thấp” (Least Significant Bit - LSB) Error! Bookmark not defined 2.2.2 Giấu tin dựa kỹ thuật “biến đổi ảnh” Error! Bookmark not defined 2.2.3 Giấu tin sử dụng “mặt nạ” giác quan Error! Bookmark not defined 2.3 Một số thuật toán giấu tin ảnh Error! Bookmark not defined 2.3.1 Thuật tốn giấu tin khối bit sử dụng tính chẵn lẻ tổng số bit Error! Bookmark not defined 2.3.2 Thuật toán giấu tin WU-LEE Error! Bookmark not defined 2.3.3 Thuật toán giấu tin CHEN-PAN-TSENG (CPT)Error! Bookmark not defined 2.3.4 Thuật toán giấu tin dựa mã Hamming Error! Bookmark not defined 2.4 Kết chƣơng Error! Bookmark not defined 5 Chƣơng 3: XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH GIẤU TINError! Bookmark not defined 3.1 Mục đích yêu cầu Error! Bookmark not defined 3.2 Giải pháp Error! Bookmark not defined 3.3 Xây dựng cài đặt Error! Bookmark not defined 3.3.1 Lựa chọn phƣơng pháp mã hóa Error! Bookmark not defined 3.3.2 Lựa chọn giải thuật giấu tin Error! Bookmark not defined 3.3.3 Môi trƣờng cài đặt Error! Bookmark not defined 3.3.4 Thiết kế cài đặt Error! Bookmark not defined 3.3.5 Kết thực nghiệm Error! Bookmark not defined 3.4 Kết chƣơng Error! Bookmark not defined KẾT LUẬN Error! Bookmark not defined TÀI LIỆU THAM KHẢO .10 PHỤ LỤC Error! Bookmark not defined 6 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VIẾT TẮT VIẾT TẮT TỪ GỐC NGHĨA TIẾNG VIỆT 3-DES Triple Data Encrytion Standard Áp dụng giải thuật DES lần cho khối liệu ADC Analog to Digital Converter Chuyển đổi từ tín hiệu tƣơng tự sang tín hiệu số AES Advanced Encryption Standard Chuẩn mã hóa tiên tiến BMP Bitmap Định dạng ảnh số CPT Chen-Pan-Tseng Thuật toán giấu tin tác giả Chen, Pan, Tseng đề xuất DCT Discrete Cosine Transform Biến đổi Côsi rời rạc DES Data Encryption Standard Chuẩn mã hóa liệu HAS Human Auditory System Hệ thơng thính giác ngƣời HVS Human Vision System Hệ thống thị giác ngƣời JPEG Joint Photographic Experts Group Ảnh nén có mát thơng tin LSB Least Significant Bit Bit có trọng số thấp hay Bit quan trọng PSNR Peak Signal to Noise Ratio Tỉ số tín hiệu cực đại nhiễu RSA Ron Rivest, Adi Shamir, Len Adleman Thuật tốn mã hóa khóa cơng khai tác giả Ron Rivest, Adi Shamir, Adleman đề xuất Len DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1: Danh sách đa thức nguyên thủy có bậc m từ đến 8Error! not defined Bookmark Bảng 2.1: Ví dụ số hóa thơng tin ảnh gốc Error! Bookmark not defined Bảng 2.2: Tỉ lệ giấu tin tỉ lệ thay đổi ảnh gốc phụ thuộc vào r số bít giấu đoạn Error! Bookmark not defined Bảng 3.1: Bảng so sánh ảnh gốc ảnh giấu tinError! defined Bookmark not Bảng 3.2: So sánh biểu đồ Histogram ảnh gốc ảnh giấu tinError! Bookmark not defined Bảng 3.3: Bảng kết đo PSNR tập ảnh thử nghiệmError! defined Bookmark not DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ, ĐỒ THỊ Hình 1.1: Sơ đồ chung hệ giấu tin mật Error! Bookmark not defined Hình 1.2: Các nhánh giấu tin Error! Bookmark not defined Hình 1.3: Cân nhắc chất lƣợng, dung lƣợng tính bền vữngError! Bookmark not defined Hình 1.4: Q trình mã hóa giải mã Error! Bookmark not defined Hình 1.5: Mơ hình hệ thống mã hố khố bí mật Error! Bookmark not defined Hình 1.6: Mơ hình hệ thống mã hố với khố cơng khaiError! Bookmark not defined Hình 2.1: Ảnh số Error! Bookmark not defined Hình 2.2: Cấu trúc tệp ảnh bitmap Error! Bookmark not defined Hình 3: Biểu đồ Historgram ảnh đa cấp xám LenaError! Bookmark not defined Hình 2.4: Ma trận ảnh số Error! Bookmark not defined Hình 2.5: Bit thay đổi từ sang Error! Bookmark not defined Hình 3.1: Lƣợc đồ giấu tin phía ngƣời gửi Error! Bookmark not defined Hình 3.2: Lƣợc đồ giấu tin phía ngƣời nhận Error! Bookmark not defined Hình 3.3: Mơ tả hoạt động RSA Error! Bookmark not defined Hình 3.4: Thuật tốn mã hóa RSA Error! Bookmark not defined Hình 3.5: Sơ đồ giấu tin mật Error! Bookmark not defined Hình 3.6: Sơ đồ tách tin mật Error! Bookmark not defined Hình 3.7: Giao diện giấu tin mật Error! Bookmark not defined Hình 3.8: Giao diện tách tin mật Error! Bookmark not defined Hình 3.9: Thơng điệp bí mật dùng để giấu tin (272 bit) Error! Bookmark not defined Hình 3.10: Tập ảnh thử nghiệm Error! Bookmark not defined 9 LỜI MỞ ĐẦU Trao đổi thông tin liên lạc nhu cầu quan trọng ngƣời Với hỗ trợ thiết bị khoa học kỹ thuật đại, việc trao đổi thông tin liên lạc ngƣời trở nên thuận tiện dễ dàng Bên cạnh thiết bị di động, điện thoại…thì việc trao đổi thông tin liên lạc Internet ngày trở lên phổ biến Internet không đơn mạng cộng đồng mà trở thành xã hội ảo, kết nối ngƣời toàn giới lại gần Do có hạ tầng tốt, tính tiện lợi phổ dụng, Internet đƣợc tổ chức, cá nhân tích cực sử dụng việc trao việc liên lạc, trao đổi thơng tin Nhƣng có vấn đề thực tế đặt nguy mát thông tin, bị đánh cắp thông tin ngày gia tăng, đòi hỏi phải có chế bảo mật, bảo đảm an ninh, an tồn cho thơng tin trao đổi mạng Bảo mật thơng tin, có mật mã học giấu tin mật lĩnh vực đƣợc quan tâm nghiên cứu Nhiều giải thuật mã hoá, nhiều thuật toán giấu tin mật đƣợc đề xuất nhằm tăng cƣờng an ninh thông tin Tuy nhiên, có giải thuật mã hố đƣợc nghiên cứu, đề xuất có nhiều ngƣời nghiên cứu cách thức thám mã để phá vỡ nó; có giải thuật giấu tin mật đƣợc nghiên cứu đề xuất có nhiều ngƣời nghiên cứu cách thức thám tin để phát tin mật giấu Mặc dù để thám tin, thám mã khó, nhƣng thực tế chứng minh nhiều kỹ thuật thám tin, thám mã thành công, đặc biệt sức mạnh tính tốn máy tính ngày gia tăng nguy thơng tin mã hố, giấu bị phát hồn tồn Do vậy, sách bảo mật thơng tin thƣờng đƣợc thi hành với nhiều lớp, kết hợp nhiều phƣơng pháp, kỹ thuật khác Đối với quan an ninh, tổ chức ANQP, nhu cầu liên lạc mạng công khai, mạng Internet ngày gia tăng Việc liên lạc không dừng mức độ trao đổi thông tin đơn mà phải đảm bảo an tồn mặt nội dung, bí mật mặt hình thức hoạt động Do vậy, có nhiều nghiên cứu đƣợc tiến hành để xây dựng giải pháp, ứng dụng cho việc liên lạc bí mật với xu hƣớng chung kết hợp kỹ thuật mã hố thơng tin giấu tin mật đối tƣợng liệu đa phƣơng tiện Trên sở nghiên cứu kỹ thuật mã hố thơng tin giấu tin mật, luận văn tìm hiểu nghiên cứu giải pháp cho ứng dụng liên lạc bí mật Giải pháp dựa việc kết hợp kỹ thuật mã hố thơng tin, giấu tin mật Nội dung luận văn đƣợc tổ chức chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1: Cơ sở lý thuyết Trình bày tổng quan giấu tin, mã hóa thông tin mã Hamming Chƣơng 2: Một số phƣơng pháp giấu tin ảnh số 10 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Phan Đình Diệu (2006), Lý thuyết mật mã An tồn thơng tin, NXB ĐHQG HN [2] Trịnh Nhật Tiến (2004), Bài giảng: “Một số vấn đề an tồn liệu” ĐHQGHN [3] Nguyễn Bình (2006), “Lý thuyết thông tin”, Học viện Công nghệ Bƣu viến thơng [4] Nguyễn Quang Hoan (2006), “Giáo trình xử lý ảnh”, Học viện Cơng nghệ Bƣu viễn thông [5] Nguyễn Thị Mai (2009), Luận văn cao học “Tìm hiểu số thuật tốn giấu tin phát ảnh có giấu tin”, học viên cao học Đại học Công nghệ, Đại học quốc gia Hà Nội [6] Hồ Văn Hƣơng, Hoàng Chiến Thắng, Nguyễn Quốc Uy, “Giải pháp bảo mật xác thực thư điện tử”, Tạp chí An tồn thơng tin số 04 (028), 2013 [7] Hồ Văn Hƣơng, Hoàng Chiến Thắng, Nguyễn Quốc Uy, “Giải pháp bảo mật xác thực cho văn phòng điện tử”, Hội nghị Quốc gia điện tử truyền thông (REV 2013-KC01) [8] Đỗ Văn Tuấn (2007), Luận văn cao học “Nghiên cứu số kỹ thuật giấu tin môi trường Multimedia”, học viên cao học Đại học Công nghệ, Đại học quốc gia Hà Nội Tiếng Anh [9] Ingemar J Cox & Matthew L Miller & Jeffrey A Bloom & Jessica Fridrich & Ton Kalker (2008), “Digital watermarking and steganography”, Morgan Kaufmann Publishers [10]Stefan Katzenbeisser & Fabien A.P Petitcolas (2000), “Information Hiding Techniques for Steganography and Digital Watermarking”, ARTECH HOUSE, INC [11] Swapnil S.Thakare & Niranjan L.Bhale (2014), “A review of digital Image Steganography Techniques”, International Journal of Advanced Research in Computer Science and Software Engineering, Volume 4, Issue 6, June 2014 [12] Pratap Chandra Mandal (2012), “Modern Steganographic technique: A Survey”, International Journal of Computer Science and Engineering Technology (IJCSET) Vol 3No Sep 2012 [13] Mehdi Hussain and Mureed Hussain (2013), “A Survey of Image Steganography Techniques”, International Journal of Advanced Science and Technology Vol 54, May, 2013 11 [14] K Chan, L.M.Cheng (2004), “Hiding data in images by simple LSB substitution”, Pattern Recognition, vol 37, no: 3, pp: 469-474, 2004 [15] M Wu, J Lee, “A novel data embedding method for two-color fascimile images” In Proceedings of international symposium on multimedia information processing Chung-Li, Taiwan, R.O.C, 1998 [16] Y.Chen, H.Pan, Y.Tseng, “Asecure data hiding scheme for two-color images” In IEEE symposium on computers and communications, 2000 [17] M B Ould Medeni & El Mamoun Souidi, “A Steganography Schema and ErrorCorrecting Codes”, Journal of Theoretical and Applied Information Technology, 2010  ... chung kết hợp kỹ thuật mã hố thơng tin giấu tin mật đối tƣợng liệu đa phƣơng tiện Trên sở nghiên cứu kỹ thuật mã hoá thơng tin giấu tin mật, luận văn tìm hiểu nghiên cứu giải pháp cho ứng dụng. .. pháp dựa việc kết hợp kỹ thuật mã hố thơng tin, giấu tin mật Nội dung luận văn đƣợc tổ chức chƣơng nhƣ sau: Chƣơng 1: Cơ sở lý thuyết Trình bày tổng quan giấu tin, mã hóa thơng tin mã Hamming Chƣơng... đề xuất có nhiều ngƣời nghiên cứu cách thức thám tin để phát tin mật giấu Mặc dù để thám tin, thám mã khó, nhƣng thực tế chứng minh nhiều kỹ thuật thám tin, thám mã thành cơng, đặc biệt sức mạnh