Giấu tin thuận nghịch trên ảnh JPEG và ứng dụng trong bảo mật dữ liệu (Luận văn thạc sĩ)

Giấu tin thuận nghịch trên ảnh JPEG và ứng dụng trong bảo mật dữ liệu (Luận văn thạc sĩ)Giấu tin thuận nghịch trên ảnh JPEG và ứng dụng trong bảo mật dữ liệu (Luận văn thạc sĩ)Giấu tin thuận nghịch trên ảnh JPEG và ứng dụng trong bảo mật dữ liệu (Luận văn thạc sĩ)Giấu tin thuận nghịch trên ảnh JPEG và ứng dụng trong bảo mật dữ liệu (Luận văn thạc sĩ)Giấu tin thuận nghịch trên ảnh JPEG và ứng dụng trong bảo mật dữ liệu (Luận văn thạc sĩ)Giấu tin thuận nghịch trên ảnh JPEG và ứng dụng trong bảo mật dữ liệu (Luận văn thạc sĩ)Giấu tin thuận nghịch trên ảnh JPEG và ứng dụng trong bảo mật dữ liệu (Luận văn thạc sĩ)Giấu tin thuận nghịch trên ảnh JPEG và ứng dụng trong bảo mật dữ liệu (Luận văn thạc sĩ)Giấu tin thuận nghịch trên ảnh JPEG và ứng dụng trong bảo mật dữ liệu (Luận văn thạc sĩ)

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG TRẦN ANH TRÚC GIẤU TIN THUẬN NGHỊCH TRÊN ẢNH JPEG VÀ ỨNG DỤNG TRONG BẢO MẬT DỮ LIỆU LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH THÁI NGUYÊN - 2016 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG TRẦN ANH TRÚC GIẤU TIN THUẬN NGHỊCH TRÊN ẢNH JPEG VÀ ỨNG DỤNG TRONG BẢO MẬT DỮ LIỆU Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH Mã số: 60 48 01 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS PHẠM VĂN ẤT THÁI NGUYÊN - 2016 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết đạt luận văn sản phẩm riêng cá nhân, khơng chép lại người khác Trong tồn nội dung luận văn, điều trình bày cá nhân tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu Tất tài liệu tham khảo có xuất xứ rõ ràng trích dẫn hợp pháp Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm chịu hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan Tác giả luận văn ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến đến Ban Giám Hiệu, thầy giáo, giáo phòng sau đại học trường đại học Công Nghệ Thông Tin & Truyền Thông, thầy giáo Viện Công Nghệ Thông Tin giảng dạy cung cấp cho kiến thức bổ ích thời gian học, giúp tơi có tảng tri thức để phục vụ nghiên cứu khoa học sau Đặc biệt, xin bày tỏ kính trọng lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS.TS Phạm Văn Ất người tận tình hướng dẫn, bảo giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lòng cảm ơn đến gia đình bạn bè, người ln quan tâm, động viên khuyến khích tơi Tác giả luận văn iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN i LỜI CẢM ƠN ii MỤC LỤC iii DANH MỤC CÁC BẢNG v DANH MỤC CÁC HÌNH v MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN 1.1 Một số khái niệm 1.1.1 Khái niệm giấu tin 1.1.2 Vài nét lịch sử giấu tin .3 1.1.3 Phân loại kỹ thuật giấu tin 1.1.4 Mơ hình kỹ thuật giấu tin 1.2 Các hướng tiếp cận kỹ thuật giấu tin ảnh 1.2.1 Tiếp cận miền không gian ảnh .7 1.2.2 Tiếp cận miền tần số ảnh .8 1.3 Thủy vân số ảnh 1.3.1 Các yêu cầu hệ thuỷ vân 11 1.3.2 Mơ hình hệ thống thuỷ vân 12 1.3.3 Những công hệ thuỷ vân 14 1.3.4 Đánh giá chất lượng ảnh thuỷ vân .15 1.3.5 Ứng dụng thuỷ vân .16 1.4 Ảnh số .18 1.4.1 Khái niệm phân loại ảnh số 18 1.4.2 Định dạng ảnh .19 1.5 Các phép biến đổi ma trận .21 1.5.1 Biến đổi Cosine rời rạc DCT 21 1.5.2 Biến đổi Wavelet rời rạc DWT 24 iv Chương MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN THUẬN NGHỊCH TRÊN ẢNH JPEG 25 2.1 Một số hướng tiếp cận giấu tin thuận nghịch .25 2.1.1 Sử dụng phương pháp dịch chuyển histogram 25 2.1.2 Sử dụng phép biến đổi mở rộng hiệu 29 2.1.3 Sử dụng nén bảo toàn 37 2.1.4 Sử dụng đặc trưng nén JPEG 38 2.2 Ảnh nén JPEG 39 2.3 Một số lược đồ nhúng tin thuận nghịch ảnh JPEG 41 2.3.1 Lược đồ nhúng tin thuận nghịch CLTT 42 2.3.2 Lược đồ nhúng tin thuận nghịch LS 47 2.3.3 Lược đồ nhúng tin thuận nghịch TSTA 47 2.3.4 Phân tích khả nhúng tin chất lượng ảnh 51 2.3.5 Thực nghiệm .56 2.3.6 Kết luận .60 Chương XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 61 3.1 Môi trường thử nghiệm 61 3.2 Ảnh thử nghiệm .61 3.3 Cài đặt chương trình 63 3.4 Kết thử nghiệm 65 3.4.1 Khả nhúng tin .65 3.4.2 Chất lượng ảnh 65 3.5 Ứng dụng 67 3.5.1 Mơ tả tốn .67 3.5.2 Phương pháp giải toán 67 KẾT LUẬN 69 TÀI LIỆU THAM KHẢO 70 v DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1 Kết tiền xử lý nhúng tin Hình 2.5 44 Bảng 2.2 Kết trích tin khôi phục ảnh gốc .46 Bảng 2.3 Kết nhúng tin Hình 2.5 thuật toán TSTA .49 Bảng 2.4 Kết trích tin khơi phục dãy hệ số lượng tử gốc .51 Bảng 2.5 Kết khảo sát đường chéo theo lược đồ CLTT 52 Bảng 2.6 Kết khảo sát đường chéo theo lược đồ TSTA 52 Bảng 2.7 Khả nhúng tin lược đồ 58 Bảng 2.8 Kết thực nghiệm chất lượng ảnh lược đồ 59 Bảng 3.1 Khả nhúng tin lược đồ 65 Bảng 3.2 Kết thực nghiệm chất lượng ảnh lược đồ 66 DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1 Phân loại kỹ thuật giấu tin Hình 1.2 Lược đồ trình giấu tin Hình 1.3 Lược đồ giải mã tin giấu Hình 1.4 Phân loại kỹ thuật thuỷ vân 10 Hình 1.5 Mơ hình q trình nhúng thuỷ vân 13 Hình 1.6 Mơ hình q trình tách kiểm định thuỷ vân 14 Hình 1.7 Cấu trúc tệp ảnh bitmap .19 Hình 2.1 Biểu đồ histogram ảnh màu Pepper .26 Hình 2.2 Sơ đồ nén ảnh JPEG chuẩn Baseline 39 Hình 2.3 Khối hệ số DCT 40 Hình 2.4 Bảng lượng tử thành phần Y ứng với tỷ lệ nén 15:1 Photoshop CS5 40 Hình 2.5 Một khối DCTLT ảnh Pepper 41 Hình 2.6 Các đường chéo khối DCTLT 42 Hình 2.7 Lược đồ nhúng tin LS 47 vi Hình 2.8 Sự thay đổi khối DCTLT sau nhúng .55 Hình 2.9 Bộ ảnh thử nghiệm .57 Hình 3.1 Bộ ảnh thử nghiệm .63 Hình 3.2 Giao diện nhúng tin 64 Hình 3.3 Giao diện trích tin khơi phục ảnh gốc 64 Hình 3.4 Sơ đồ nhúng đề thi vào ảnh JPEG 68 Hình 3.5 Sơ đồ trích đề thi xác thực tính tồn vẹn .68 MỞ ĐẦU Ngày nay, với đời phát triển rộng rãi mạng Internet, nhu cầu trao đổi thông tin qua mạng ngày lớn Thông tin trở thành sẵn sàng trực tuyến Chúng ta sống xã hội thơng tin, có truyền tin thường có u cầu bí mật quốc gia, có bí mật qn sự, có bí mật cơng nghệ, có bí mật kinh tế, nhiều bí mật cá nhân Chính vậy, vấn đề an tồn bảo mật thơng tin nhận quan tâm nhiều lĩnh vực Các công nghệ giải pháp để bảo vệ thông tin nghiên cứu, phát triển phù hợp với nhiều dạng lưu trữ thông tin phương thức truyền tải thông tin Giải pháp bảo mật thông tin sử dụng phổ biến dùng hệ mật mã như: Hệ mã hố cơng khai, hệ mã hố bí mật Với giải pháp này, thơng tin ban đầu (bản rõ) mã hố thành mật mã (bản mật) Tuy mật mã dễ gây ý tin tặc Một phương pháp khác nghiên cứu, ứng dụng mạnh mẽ nhiều lĩnh vực phương pháp giấu tin mật (Steganography) Theo phương pháp này, tin mật nhúng vào tệp môi trường, ví dụ tệp ảnh Tệp ảnh chứa tin mật truyền người nhận khơi phục tin mật từ ảnh nhận Phương pháp an tồn vừa có khóa bảo mật vừa khơng gây ý tin tặc Nhiều cách thức giấu tin mật nghiên cứu ứng dụng, nhiều định dạng khác âm thanh, hình ảnh video…Cả hai phương pháp có ưu, nhược điểm định Mã hoá giúp che giấu nội dung thông tin, giấu tin mật giúp che giấu hoạt động trao đổi thông tin Trên thực tế, để đảm bảo an tồn cho kênh trao đổi thơng tin bí mật ta cần phải kết hợp hai phương pháp Giấu liệu lĩnh vực rộng lớn, Các phương pháp giấu tin thủy vân nghiên cứu phổ biến ảnh nén bảo toàn BMP, TIF, PRG Đối với ảnh loại này, việc nhúng tin thực trực tiếp ma trận điểm ảnh Tuy nhiên, kỹ thuật nhúng tin khơng áp dụng ảnh nén có mát thơng tin Gần đây, có số cơng trình nghiên cứu giấu tin thuận nghịch ảnh JPEG Đây hướng nghiên cứu có nhiều ứng dụng Vì vậy, em chọn đề tài: “Giấu tin thuận nghịch ảnh JPEG ứng dụng bảo mật liệu” làm luận văn tốt nghiệp Cấu trúc luận văn: Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, phần mục lục tài liệu tham khảo Luận văn bố cục thành chương, cụ thể sau: Chương 1: Tổng quan kỹ thuật giấu tin Chương 2: Một số kỹ thuật giấu tin thuận nghịch ảnh JPEG Chương 3: Phần mềm thử nghiệm ứng dụng - Kết luận kiến nghị hướng phát triển Mặc dù trình nghiên cứu hoàn thành luận văn em nỗ lực cố gắng Song thời gian trình độ hạn chế nên luận văn khó tránh khỏi thiếu sót, kính mong nhận đóng góp, bảo thầy giáo, cô giáo bạn để luận văn hoàn thiện ... thơng tin Gần đây, có số cơng trình nghiên cứu giấu tin thuận nghịch ảnh JPEG Đây hướng nghiên cứu có nhiều ứng dụng Vì vậy, em chọn đề tài: Giấu tin thuận nghịch ảnh JPEG ứng dụng bảo mật liệu ... CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG TRẦN ANH TRÚC GIẤU TIN THUẬN NGHỊCH TRÊN ẢNH JPEG VÀ ỨNG DỤNG TRONG BẢO MẬT DỮ LIỆU Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH Mã số: 60 48 01 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC... giấu nội dung thơng tin, giấu tin mật giúp che giấu hoạt động trao đổi thông tin Trên thực tế, để đảm bảo an toàn cho kênh trao đổi thơng tin bí mật ta cần phải kết hợp hai phương pháp Giấu liệu