Phương pháp thủy vân dễ vỡ khóa công khai ứng dụng trong bài toán chống giả mạo văn bằng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG HỒNG THỊ THÚY DIỆU PHƯƠNG PHÁP THỦY VÂN DỄ VỠ KHĨA CƠNG KHAI ỨNG DỤNG TRONG BÀI TOÁN CHỐNG GIẢ MẠO VĂN BẰNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2014 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Những nội dung luận văn thực đạo trực tiếp thầy giáo PGS.TS Phạm Văn Ất Mọi tham khảo dùng luận văn trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên cơng trình, thời gian, địa điểm công bố Mọi chép không hợp lệ, vi phạm qui chế đào tạo, hay gian trá tơi xin chịu hồn tồn trách nhiệm Học viên Hoàng Thị Thúy Diệu LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Phạm Văn Ất người tận tình hướng dẫn, bảo, giúp đỡ em suốt trình làm luận văn Em xin gửi lời cảm ơn đến thầy cô giáo trường Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông - Đại học Thái Nguyên, thầy cô Viện Công nghệ thông tn truyền đạt kiến thức giúp đỡ em suốt trình học Tơi xin gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu trường Cao đẳng Cộng đồng Bắc Kạn tạo điều kiện thuận lợi cho tham gia khóa học suốt q trình hồn thành luận văn Và cuối xin gửi lời cảm ơn tới đồng nghiệp, gia đình bạn bè người ủng hộ, động viên tạo điều kiện giúp đỡ để tơi có kết ngày hôm Thái Nguyên, tháng năm 2014 Học viên Hồng Thị Th Diệu MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA……………………………………………………………i LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH viii MỞ ĐẦU Chương TỔNG QUAN VỀ CÁC KỸ THUẬT GIẤU TIN 1.1 Khái niệm giấu tin 1.2 Lịch sử giấu tin 1.3 Phân loại kỹ thuật giấu tin 1.4 Ứng dụng kỹ thuật giấu tin 1.5 Một số hướng tiếp cận giấu tin ảnh 1.5.1 Giấu tin miền không gian ảnh 1.5.2 Giấu tin miền tần số 1.6 Cấu trúc tệp ảnh bitmap 1.6.1 Cấu trúc nội dung Bitmap File Header 10 1.6.2 Cấu trúc nội dung Bitmap Info 10 1.6.3 Cấu trúc nội dung Color Palette 11 1.6.4 Bitmap Data 11 1.7 Một số định nghĩa 11 1.8 Thuật toán giấu tin Wu-Lee 13 1.8.1 Thuật toán nhúng tin 13 1.8.2 Phân tích thuật tốn 15 1.8.3 Thí dụ minh họa thuật toán nhúng tin Wu-Lee 16 1.8.4 Một số nhận xét thuật toán Wu-Lee 17 1.9 Thuật toán Chen – Pan – Tseng 18 1.9.1 Ý tưởng 18 1.9.2 Thuật toán nhúng tin CPT 18 1.9.3 Chứng minh tính đắn thuật tốn 20 1.9.4 Một số thí dụ minh họa thuật toán CPT 22 1.9.5 Phân tích thuật tốn 25 1.10 Thuật toán giấu tn THA 26 1.10.1 Thuật toán nhúng tin 26 1.10.2 Ví dụ minh hoạ 27 Chương 29 MỘT SỐ LƯỢC ĐỒ THỦY VÂN DỄ VỠ KHĨA CƠNG KHAI 29 2.1 Thủy vân ảnh số 29 2.2 Phân loại thủy vân 30 2.3 Giới thiệu hàm băm 31 2.3.1 Định nghĩa hàm băm 31 2.3.2 Đặc tnh hàm băm 31 2.3.3 Tính chất hàm băm 32 2.3.4 Một số hàm băm phổ biến 33 2.3.5 Tiêu chuẩn hàm băm tốt 35 2.3.6 Ứng dụng hàm băm 36 2.4 Hệ mật mã khóa cơng khai 36 2.4.1 Mã khóa cơng khai 37 2.4.2 Sơ đồ mã khóa cơng khai 37 2.4.3 Các đặc trưng khóa cơng khai 38 2.4.4 Ứng dụng khóa cơng khai 38 2.4.5 Tính an tồn sơ đồ khóa cơng khai 39 2.5 Hệ mã hóa RSA 39 2.5.1 Tạo khóa cho RSA 40 2.5.2 Sử dụng RSA 40 2.5.3 Ví dụ RSA 40 2.5.4 Sơ đồ chữ ký số RSA 41 2.6 Quản lý phân phối khóa 42 2.7 Lược đồ thủy vân dễ vỡ khóa cơng khai ảnh nhị phân 43 2.7.1 Thuật toán nhúng dấu thủy vân 44 2.7.2 Thuật tốn xác thực tính tồn vẹn 44 2.7.3 Tấn cơng tính chẵn lẻ 45 2.8 Lược đồ thủy vân dễ vỡ khóa cơng khai ảnh mầu 46 2.8.1 Nhúng tin ảnh mầu kỹ thuật chèn bit thấp 46 2.8.2 Thuật toán nhúng thủy vân 48 2.8.3 Thuật toán xác thực 49 Chương 51 ỨNG DỤNG THỦY VÂN DỄ VỠ KHỐ CƠNG KHAI TRONG 51 BÀI TOÁN CHỐNG GIẢ MẠO VĂN BẰNG 51 3.1 Bài toán 51 3.2 Giải pháp 51 3.3 Mơ hình xử lý hệ thống 51 3.4 Kết thực nghiệm 53 KẾT LUẬN 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO 59 I Tiếng Việt 59 II Tiếng Anh 59 DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Cấu trúc nội dung Bitmap File Header 10 Bảng 1.2 Cấu trúc nội dung Bitmap Info 10 Bảng 1.3 Cấu trúc nội dung Color Palete 11 Số bit thấp để nhúng: LSB = 1536: = 192 bit Số hóa Trung tâm Học liệu tnu.edu.vn/ a) Tạo dấu thủy vân (dùng bit cao (Z2)) Z2 Z1 Chèn vào bit thấp (192 bit) Dùng hàm băm để thu gọn 1344 bit thành 192 bit H = Hash(Z2) = 192 bit W = Code (K1, H) b) Nhúng W vào bit thấp LSB tạo I’ (I‟ khối sau nhúng) 2.8.3 Thuật toán xác thực Input - Ảnh màu Z‟ - Khóa cơng khai K2 Output Kết luận: Z‟ có bị công hay không định vị khối bị cơng (nếu có) Thuật tốn Bước 1: Chia Z‟ thành khối Ii‟, i = N (8 x 8) Bước 2: Xét khối (i = N) Có ma trận Bước 3: Trích W' từ bit thấp khối Z2‟ dãy bít cao ma trận (sau loại bỏ bit thấp, tức chèn vào bit thấp - 192 bit) H‟ = Hash( Z2‟) H‟‟ = Decode (K2, W‟) Số hóa Trung tâm Học liệu tnu.edu.vn/ Bước 4: H‟ = H‟‟ kết luận khối Ii khơng bị cơng H‟≠ H‟‟ kết luận khối Ii bị cơng vị trí i Số hóa Trung tâm Học liệu tnu.edu.vn/ Chương ỨNG DỤNG THỦY VÂN DỄ VỠ KHỐ CƠNG KHAI TRONG BÀI TỐN CHỐNG GIẢ MẠO VĂN BẰNG 3.1 Bài toán Ngày nay, với phát triển thiết bị scan, in màu phần mềm chỉnh sửa ảnh, vấn nạn giả ngày phức tạp tnh vi Theo kết tm kiếm Google, 0.24 giây có khoảng 52,800,000 liên quan đến cụm từ khóa “làm giả” Các kết điều tra cho thấy, giả chỉnh sửa từ thật làm giả từ phôi giả mạo chữ ký Do vậy, việc ứng dụng kỹ thuật thủy vân việc phòng chống giả mạo văn bằng, chứng nhận quan tâm nhà nghiên cứu mang tính thời 3.2 Giải pháp Trước in, ảnh phôi sau điền đầy đủ thông tin (ảnh bằng) thủy vân khối theo lược đồ thủy vân dễ vỡ Mục 2.8 Để tăng cường tnh bền vững nhằm chống lại thao tác In Scan, lược đồ thực thủy vân thành phần cường độ sáng ảnh Với việc sử dụng phương pháp thủy vân theo khối nên giải pháp phát định vị vùng giả mạo văn Việc định vị vùng giả mạo giúp quan điều tra phán đốn nguồn gốc thật trường hợp giả chỉnh sửa từ thật 3.3 Mơ hình xử lý hệ thống Hệ thống thủy vân văn gồm hai trình xử lý độc lập Quá trình thủy vân thực theo Hình 3.1, trình phát định vị vùng giả mạo thực theo Hình 3.2 Trong trình thuỷ vân dùng hàm băm cơng khai (ví dụ SHA1) khố bí mật K1 Trong q trình xác thực dùng hàm băm cơng khai (như q trình thuỷ vân) khố cơng khai K2 Số hóa Trung tâm Học liệu tnu.edu.vn/ I (ảnh mầu RGB), khoá bí mật K1 Chia I thành khối: I1, I2, , IN Duyệt tất khối, giả sử khối xét Ii, i=1 N Tách Ii thành thành phần: BTi (gồm bit thấp Ii) BCi (gồm bit cao Ii) BCi Sử dụng hàm băm công khai băm BCi Hi (giá trị băm BCi) Sử dụng K1 để mã hoá Hi Số hóa Trung tâm Học liệu tnu.edu.vn/ BTi ASi (Bản mã Hi) Nhúng ASi vào BTi BT'i BCi Ghép I'i từ BT'i BCi Ghép khối: I'1, I'2, , I'N thành ảnh I' I' (ảnh thuỷ vân) Hình 3.1 Sơ đồ thủy vân ảnh Số hóa Trung tâm Học liệu tnu.edu.vn/ I' (ảnh mầu RGB), khố cơng khai K2 Chia I' thành khối: I'1, I'2, , I'N Duyệt tất khối, giả sử khối xét I'i, i=1 N Tách I'i thành thành phần: BT'i (gồm bit thấp Ii) BC'i (gồm bit cao Ii) BT'i Trích dấu thuỷ vân AS'i Sử dụng K2 để giải mã H1i BC'i Sử dụng hàm băm công khai băm BC'i H2i (giá trị băm BC'i) So sánh H1i H2i Nếu khác định vị vùng giả mạo I' Hình 3.2 Sơ đồ xác thực định vị vùng giả mạo 3.4 Kết thực nghiệm Trong thực nghiệm sử dụng ảnh gốc Hình 3.3, sau thủy vân nhận ảnh văn Hình 3.4 Hình 3.3 Ảnh văn gốc Hình 3.4 Ảnh văn thủy vân Từ ảnh thủy vân Hình 3.4, sử dụng phần mềm Photoshop chỉnh sửa số thông tin văn cấp Kết ảnh chỉnh sửa Hình 3.5 Hình 3.5 Ảnh giả Kết định vị vùng giả mạo Hình 3.6 Hình 3.6 Ảnh định vị vùng giả mạo KẾT LUẬN Trong thời gian thực luận văn, với cố gắng thân, giúp đỡ tận tình thầy giáo hướng dẫn, thầy cô Trường Đại học Công nghệ thông tin truyền thông Thái Nguyên, luận văn thực theo nhiệm vụ giao Trong trình nghiên cứu thực luận văn, thân thu số kết sau: Tìm hiểu số kỹ thuật giấu tin ảnh nhị phân như: Wu-Lee, Chen-Pan-Tseng (CPT), THA Tìm hiểu số lược đồ thủy vân dễ vỡ khóa công khai ảnh nhị phân ảnh mầu Trong luận văn đề cập đến phương pháp thủy vân xác thực mới, an tồn cho hình ảnh nhị phân, phát thay đổi ảnh dù nhỏ Tính an tồn thuật tốn nằm bí mật khóa Và lược đồ thủy vân dễ vỡ ảnh mầu ngồi phát có khả định vị vùng bị thay đổi Luận văn ứng dụng kỹ thuật vào toán chống giả mạo văn Với việc sử dụng phương pháp thủy vân theo khối nên giải pháp phát định vị vùng giả mạo văn Việc định vị vùng giả mạo giúp quan điều tra phán đốn nguồn gốc thật trường hợp giả chỉnh sửa từ thật Những hạn chế luận văn: Chưa thử nghiệm nhiều liệu thực tế Chương trình xây dựng phải hồn thiện tiếp TÀI LIỆU THAM KHẢO I Tiếng Việt [1] Phan Đình Diệu (2006), Lý thuyết mật mã An tồn thơng tin, NXB ĐHQG HN [2] Hà Huy Khối, Phạm Huy Điển (2003), , NXB ĐHQG HN [3] Đỗ Năng Tồn, Phạm Việt Bình (2007), Xử lý ảnh, Khoa CNTT, Đại học Thái Nguyên II Tiếng Anh [4] H.Y.Kim and Ricardo L.de Queiroz (2004), “A Public – Key Authentication Watermarking for Binary Document Images”, 0-78038554-3/04/2004 IEEE [5] R.S Mahamune, P.J Suryawanshi, N.S Dharmale (2012), Watermarking Scheme for Color Image Authentication, International Journal of Scientific and Research Publications, Vol.2, Iss 4, April 2012 [6] Y.C Tseng, Y Y Chen, and K H Pan (2000), “A secure Data Hiding Scheme for Binary Images”, IEEE Transactions on Communications, Vol 50, No 8, August, pp 1227-1231 (2002) Symposium On Computer and Communication [7] D.V.Tuan, T.D.Hien and P.V.Ất (2012), “A High Security and Efficiency Data Hiding Scheme for Binary Images”, International Journal of Computer Science and Information Security [8] M Y Wu and J H Lee (1998), “A Novel Data Embedding Method for Twocolor Facsimile Images,” in Proc Int Symp on Multimedia Informaton Processing, Chung-Li, Taiwan, R.O.C., Dec 1998 ... 49 Chương 51 ỨNG DỤNG THỦY VÂN DỄ VỠ KHOÁ CƠNG KHAI TRONG 51 BÀI TỐN CHỐNG GIẢ MẠO VĂN BẰNG 51 3.1 Bài toán 51 3.2 Giải pháp 51 3.3 Mơ hình... Chương II: Một số lược đồ thủy vân dễ vỡ khóa cơng khai Chương III: Ứng dụng thuỷ vân dễ vỡ khoá cơng khai tốn chống giả mạo văn Do thời gian trình độ hạn chế nên luận văn khó tránh khỏi sai sót,... liệu ảnh công bố, số lược đồ thủy vân dễ vỡ khóa cơng khai ảnh nhị phân ảnh mầu; ứng dụng kỹ thuật toán chống giả mạo văn 2 Cấu trúc luận văn Dựa vào mục têu xác định, nội dung luận văn trình