Luận văn dựa vào thông tin thủy vân để bảo vệ bản quyền cơ sở dữ liệu quan hệ

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI ====== DƢƠNG THỊ LÊ DỰA VÀO THÔNG TIN THỦY VÂN ĐỂ BẢO VỆ BẢN QUYỀN CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH HÀ NỘI - 2018 BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƢỜNG ĐẠI HỌC SƢ PHẠM HÀ NỘI ====== DƢƠNG THỊ LÊ DỰA VÀO THÔNG TIN THỦY VÂN ĐỂ BẢO VỆ BẢN QUYỀN CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 48 01 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Ngƣời hƣớng dẫn khoa học: TS LƢU THỊ BÍCH HƢƠNG HÀ NỘI - 2018 LỜI CẢM ƠN Trong thời gian làm luận văn, em nhận đƣợc nhiều giúp đỡ tận tình thầy tổ chức có liên quan để em hồn thành đề tài Em xin chân thành cảm ơn TS Lƣu Thị Bích Hƣơng, hƣớng dẫn giúp đỡ suốt trình em tìm hiểu, xây dựng triển khai luận văn Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy, cô giáo Trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội Viện Công nghệ Thông tin – Viện khoa học Việt Nam giảng dạy hƣớng dẫn em năm qua Cuối em xin cảm ơn gia đình, Ban lãnh đạo khoa bạn lớp CH20 – KHMT động viên, quan tâm giúp đỡ em suốt thời gian hồn thiện chƣơng trình đào tạo Thạc Sỹ trƣờng Đại học Sƣ phạm Hà Nội Hà Nội, ngày 28 tháng 10 năm 2018 Học viên Dƣơng Thị Lê LỜI CAM ĐOAN Tên là: Dƣơng Thị Lê Học viên lớp: Cao học K20 Chuyên ngành: Khoa học máy tính Niên khóa: 2016 – 2018 Mã số chuyên ngành: 60 48 01 01 Tôi xin cam đoan số liệu kết nghiên cứu luận văn trung thực không trùng lặp với đề tài khác Tôi xin cam đoan giúp đỡ cho việc thực luận văn đƣợc cảm ơn thông tin trích dẫn luận văn đƣợc rõ nguồn gốc Hà Nội, ngày tháng 11 năm 2018 Học viên Dƣơng Thị Lê MỤC LỤC CHƢƠNG CƠ SỞ LÝ THUYẾT 1.1 Cơ sở liệu 1.1.1 Dữ liệu 1.1.2 Cách tiếp cận CSDL 1.1.3 Khái niệm sở liệu quan hệ 10 1.2 Thủy vân 14 1.2.1 Lịch sử đời 14 1.2.2 Khái niệm 15 1.2.3 Phân loại 15 1.2.4 Khóa thủy vân 16 1.2.5 Các yêu cầu thủy vân 17 1.3 Thủy vân CSDL quan hệ 18 1.3.1 Định nghĩa 18 1.3.2 Sự cần thiết kỹ thuật thủy vân CSDL quan hệ 19 1.3.3 Yêu cầu thủy vân CSDL quan hệ 20 1.3.4 Ứng dụng thủy vân CSDL quan hệ 23 CHƢƠNG CÁC KỸ THUẬT THỦY VÂN CSDL 28 ĐỂ BẢO VỆ BẢN QUYỀN 28 2.1 Kỹ thuật thủy vân sử dụng bit ý nghĩa (LSB) 28 2.1.1 Giới thiệu bít ý nghĩa (LSB) 28 2.1.2 Kỹ thuật thủy vân sử dụng LSB 28 2.2 Kỹ thuật thủy vân sử dụng bit ý nghĩa (MSB) 32 2.2.1 Giới thiệu bít ý nghĩa (MSB) 32 2.2.2 Kỹ thuật thủy vân sử dụng MSB 33 2.3 Kỹ thuật thủy vân dựa vào việc chèn thêm ảnh nhị phân 37 2.3.1 Giới thiệu ý tƣởng chèn thêm ảnh nhị phân 37 2.3.2 Xây dựng lƣợc đồ thủy vân 39 CHƢƠNG CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM 43 3.1 Phát biểu toán 43 3.2 Phân tích tốn 44 3.2.1.Thiết kế CSDL 47 3.2.2 Thiết kế chƣơng trình 48 3.3 Thử nghiệm đánh giá 51 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO 55 DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ đầy đủ Từ viết tắt CSDL Cơ sở liệu MSB Most Significant Bit (Bit ý nghĩa nhất) LSB Least Significant Bit (Bit ý nghĩa nhất) NHĐT Ngân hàng đề thi Bộ GD&ĐT Bộ giáo dục đào tạo Bộ TTTT Bộ thông tin truyền thông CNTT Công nghệ thông tin NSD Ngƣời sử dụng KT-XH Kinh tế - xã hội TDTT Thể dục Thể thao DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Biểu diễn quan hệ 11 Hình 1.2: Biểu diễn thuộc tính 11 Hình 1.3: Biểu diễn liệu 12 Hình 1.4: Các loại thủy vân 15 Hình 2.3.1: (a) Ảnh nhị phân giá trị thập phân tƣơng ứng (b) Thuộc tính văn sau đƣợc thủy vân, số số thứ tự dấu cách đơn DS dấu cách đúp 39 Hình 3.1 Biểu đồ use case 44 Hình 3.2 Biểu đồ trình tự use case nhúng thủy vân 45 Hình 3.3 Biểu đồ trình tự use case phát thủy vân 46 Hình 3.4 Biểu đồ thiết kế lớp 46 Hình 3.5 Một số quan hệ r 47 Hình 3.6 Một số giá trị thuộc tính kiểu văn 48 Hình 3.7 Giao diện nhúng thủy vân 49 Hình 3.8 Thơng báo nhúng thủy vân thành cơng 49 Hình 3.9 Giao diện phát thủy vân 50 Hình 3.10 Giao diện thông báo trƣờng hợp CSDL CSDL đƣợc thủy vân thuật toán 2.3.1 51 Hình 3.11 Giao diện thông báo trƣờng hợp CSDL CSDL đƣợc thủy vân thuật toán 2.3.1 51 Hình 3.12 Một số giá trị thuộc tính kiểu văn Noidungthi sau nhúng thủy vân 52 MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Cùng với phát triển mạnh mẽ CNTT, cách mạng thông tin kỹ thuật số đem lại thay đổi nhanh chóng xã hội sống Một xã hội ảo đƣợc hình thành mạng Internet toàn cầu nơi diễn q trình mua bán – giao thƣơng, trao đổi thơng tin lĩnh vực y tế, an ninh, giáo dục, kinh tế, xã hội Công nghệ đa phƣơng tiện phát tiển, cộng với khả chép mô dẫn đến việc thực thi quyền sở hữu CSDL yêu cầu quan trọng đòi hỏi giải pháp đồng mặt kỹ thuật, tổ chức, luật pháp mở nhiều hƣớng cho phát triển thủy vân, đặc biệt lĩnh vực bảo mật CSDL Thực tế nay, vấn đề quan trọng môi trƣờng ứng dụng dựa Internet nhiều ứng dụng phân phối sản phẩm việc chứng minh quyền sở hữu CSDL quan hệ sau phân phối chuyển giao Gần đây, số nhà nghiên cứu nhận thấy tầm quan trọng thủy vân CSDL đƣa số lƣợc đồ thủy vân bảo vệ quyền CSDL quan hệ Các lƣợc đồ lƣợc đồ thủy vân bền vững đƣợc thiết kế để bảo vệ quyền Vì vậy, vấn đề cần quan tâm CSDL phải xác thực xuyên tạc cần phải đƣợc phát vị trí chúng Đối với ứng dụng khác nhau, mục đích thiết kế lƣợc đồ thủy vân khác Với mong muốn xây dựng hệ thống đáp ứng nhu cầu bảo vệ quyền ngân hàng đề thi chƣơng trình ứng dụng CNTT theo thông tƣ 17 Bộ GD&ĐT Bộ TTTT đơn vị công tác mục tiêu để em thực cơng trình nghiên cứu Em mong kiến thức góp phần vào việc nâng cao chất lƣợng bảo vệ quyền ngân hàng đề thi cấp chứng ứng dụng CNTT trƣờng Đại học Thể dục Thể thao(TDTT) Bắc Ninh Xuất phát từ thực tế đó, em lựa chọn đề tài: “Dựa vào thông tin thủy vân để bảo vệ quyền sở liệu quan hệ” Mục đích nghiên cứu Tìm hiểu cài đặt thử nghiệm thủy vân CSDL quan hệ dựa vào việc chèn thêm ảnh nhị phân, từ xây dựng chƣơng trình thử nghiệm để bảo vệ quyền cho ngân hàng đề thi chứng ứng dụng CNTT theo thông tƣ 17 Bộ GD&ĐT Bộ TTTT trƣờng Đại học TDTT Bắc Ninh Nhiệm vụ nghiên cứu - Tìm hiểu CSDL - Nghiên cứu thủy vân CSDL quan hệ - Các kỹ thuật thuỷ vân - Mô tả chi tiết lƣợc đồ thủy vân dựa vào việc chèn thêm ảnh nhị phân để bảo vệ quyền CSDL quan hệ - Cài đặt chƣơng trình thử nghiệm Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu - Đối tƣợng nghiên cứu: Lƣợc đồ thủy vân bảo vệ quyền CSDL quan hệ - Phạm vi nghiên cứu: Kỹ thuật thủy vân chèn thêm ảnh nhị phân để bảo vệ quyền CSDL quan hệ Giả thuyết khoa học Luận văn hoàn thành góp phần nâng cao chất lƣợng bảo vệ quyền ngân hàng đề thi cấp chứng ứng dụng CNTT trƣờng Đại học TDTT Bắc Ninh 42 43 CHƢƠNG CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM 3.1 Phát biểu toán Trung tâm Ngoại ngữ - Tin học, Trƣờng Đại học TDTT Bắc Ninh đƣợc thành lập với : - Chức năng: đơn vị chuyên môn đào tạo, cung cấp dịch vụ nghiên cứu khoa học chuyển giao công nghệ lĩnh vực ngoại ngữ - tin học - Nhiệm vụ: + Biên soạn chƣơng trình, giáo trình, nghiên cứu, đề xuất phƣơng hƣớng phát triển hoạt động đào tạo ngắn hạn ngoại ngữ - tin học +Tổ chức quản lý hoạt động đào tạo ngoại ngữ - tin học ngắn hạn; + Tổ chức thi cấp chứng đào tạo ngoại ngữ - tin học theo quy định Nhà trƣờng; + Tổ chức thực chƣơng trình liên kết, hợp tác đào tạo ngoại ngữ - tin học với sở nƣớc ngoài; + Nghiên cứu, phát triển, ứng dụng khoa học công nghệ thông tin vào hoạt động Nhà trƣờng, tổ chức khai thác có hiệu hệ thống mạng nội bộ, mạng Internet; + Tổ chức thực chƣơng trình dự án, hợp đồng chuyển giao công nghệ dịch vụ ngoại ngữ - tin học Nhà trƣờng giao cho; Với chức năng, nhiệm vụ đó, Trung tâm Ngoại ngữ - Tin học, Trƣờng Đại học TDTT Bắc Ninh phối hợp Bộ môn Lý luận đại cƣơng Phòng Đào tạo trƣờng, tổ chức, xây dựng chƣơng trình ơn Ngân hàng đề thi (NHĐT) chứng ứng dụng CNTT bản, theo qui định thông tƣ 17 Bộ GD&ĐT Bộ TTTT vấn đề trọng tâm chuẩn đầu trƣờng Đại học, Cao đẳng toàn quốc 44 Tính đến thời điểm tại, hệ thống NHĐT trƣờng Đại học Thể dục Thể thao Bắc Ninh đạt đƣợc số lƣợng lớn với 1000 câu hỏi trắc nghiệm tự tạo trộn thành hàng ngàn đề thi Trong tƣơng lai gần, trung tâm Ngoại ngữ - Tin học công khai đề thi sau lần thi lên mạng cho sinh viên học viên Với số lƣợng đề thi nhiều nhƣ vậy, vấn đề đặt bảo vệ quyền cho số lƣợng đề thi sau thi trở thành vấn đề đƣợc Ban giám hiệu Nhà trƣờng Trung tâm Trung tâm Ngoại ngữ - Tin học đặc biệt quan tâm Vấn đề đặt cho toán sử dụng lƣợc đồ thủy vân chèn thêm ảnh nhị phân để bảo vệ quyền công khai đề thi sau thi, việc cài đặt kỹ thuật thủy vân đƣợc trình bày cụ thể phần 3.2 Phân tích tốn Để giải tốn trên, luận văn sử dụng lƣợc đồ thủy vân dựa vào việc chèn thêm ảnh nhị phân nêu mục 2.3 chƣơng 2, cụ thể áp dụng thuật toán 2.3.1 thuật toán 2.3.2 Lƣợc đồ thủy vân có hai chức nhúng thủy vân phát thủy vân đƣợc biểu diễn biểu đồ user case nhƣ hình 3.1 Hình 3.1 Biểu đồ use case Biểu đồ trình tự use case nhúng thủy vân đƣợc thể qua hình 3.2 45 Hình 3.2 Biểu đồ trình tự use case nhúng thủy vân Biểu đồ trình tự use case phát thủy vân hình 3.3 46 Hình 3.3 Biểu đồ trình tự use case phát thủy vân Biểu đồ lớp thông qua hình 3.4 Hình 3.4 Biểu đồ thiết kế lớp Dựa vào biểu đồ thiết kế lớp ta dễ dàng thiết kế đƣợc chƣơng trình Tiếp theo ta tiến hành thiết kế lớp giao diện sử dụng Giao diện chỉnh sửa thông tin kết nối, đăng nhập đến SQL Server 47 3.2.1.Thiết kế CSDL CSDL đƣợc sử dụng chƣơng trình ngân hàng đề thi có chứa thuộc tính kiểu văn bản, thuộc tính kiểu văn đƣợc lựa chọn Noidungdethi Hình sau phần quan hệ r thuộc lƣợc đồ CSDL Hình 3.5 Một số quan hệ r Hình sau số giá trị thuộc tính kiểu văn quan hệ r Một ảnh nhị phân đƣợc nhúng vào thuộc tính Noi_Sinh 48 Hình 3.6 Một số giá trị thuộc tính kiểu văn 3.2.2 Thiết kế chƣơng trình Chƣơng trình thử nghiệm bao gồm module: 3.2.2.1 Module sinh nhúng thủy vân Module đƣợc thực qua giao diện phần nhúng thủy vân 49 Hình 3.7 Giao diện nhúng thủy vân Các tham số đƣợc sử dụng giao diện phần là:  Ảnh nhị phân đƣợc chọn  Tên CSDL cần nhúng thủy vân,  Khóa thủy vân chủ sở hữu CSDL chọn Sau nhúng thủy vân thành công, chƣơng trình thơng báo qua giao diện đƣợc cho hình 3.8 Hình 3.8 Thơng báo nhúng thủy vân thành công 3.2.2.2 Module phát thủy vân xác minh toàn vẹn Giao diện của module đƣợc cho hình 3.9 50 Hình 3.9 Giao diện phát thủy vân Các tham số đƣợc sử dụng giao diện phần là:  Số hàng ảnh nhị phân  Số cột ảnh nhị phân  Tên CSDL cần bảo vệ quyền  Khóa Thủy vân đƣợc sử dụng để nhúng thủy vân  Ngƣỡng hệ số tƣơng tự  Tỷ lệ ngƣỡng ảnh tƣơng tự Tùy thuộc vào kết xác minh, chƣơng trình thơng báo cho ngƣời sử dụng biết thông qua giao diện đƣợc cho hình 3.10 hình 3.11 51 Hình 3.10 Giao diện thông báo trường hợp CSDL CSDL thủy vân thuật tốn 2.3.1 Hình 3.11 Giao diện thơng báo trường hợp CSDL CSDL thủy vân thuật toán 2.3.1 3.3 Thử nghiệm đánh giá Chƣơng trình đƣợc chạy thử nghiệm với quan hệ ngân hàng đề thi trình bày phần 52 Nếu sau thủy vân mà CSDL đƣợc nhúng thuật tốn 2.3.1 q trình phát xác minh ln cho kết “CSDL không bị sửa đổi” Ngƣợc lại, CSDL khơng đƣợc nhúng thuật tốn 2.3.1 chƣơng trình phát đƣợc cho thông báo “CSDL có thay đổi” Hình 3.12 Một số giá trị thuộc tính kiểu văn Noidungthi sau nhúng thủy vân 53 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN Qua tìm hiểu, nghiên cứu, tiến hành cài đặt thử nghiệm tốn dự vào thơng tin thủy vân để bảo vệ quyền CSDL quan hệ cho đề thi trƣờng Đại học TDTT Bắc Ninh, luận văn đạt đƣợc kết sau: - Tìm hiểu tổng quan ảnh số, hàm Hash - Tìm hiểu tổng quan CSDL, CSDL quan hệ - Tìm hiểu khái niệm, đặc điểm cần thiết thủy vân, thủy vân CSDL quan hệ - Các ứng dụng thủy vân CSDL quan hệ việc bảo vệ quyền - Nghiên cứu số kỹ thuật thủy vân để bảo vệ quyền nhƣ: Kỹ thuật thủy vân sử dụng bit ý nghĩa nhất; Kỹ thuật thủy vân sử dụng bit ý nghĩa nhất; Kỹ thuật thủy vân dựa vào việc chèn thêm ảnh nhị phân Xem xét tính bền vững nhƣ chi phí thời gian nhớ lƣợc đồ thủy vân dựa vào việc chèn thêm ảnh nhị phân Đồng thời tìm hiểu cách chứng nhận quyền CSDL quan hệ lƣợc đồ thủy vân dựa vào việc chèn thêm ảnh nhị phân - Ứng dụng kỹ thuật thủy vân dựa vào việc chèn thêm ảnh nhị phân để xây dựng chƣơng trình demo giải tốn bảo vệ quyền công khai cho ngân hàng đề thi trƣờng Đại học TDTT Bắc Ninh ngơn ngữ lập trình Visual C# với CSDL SQL server 2014 Do thời gian nghiên cứu hạn chế nên luận văn số hạn chế nhƣ: Luận văn chƣa tìm hiểu đƣợc đầy đủ cách chứng minh quyền công khai có tranh chấp Trong thời gian tới luận văn phát triển hƣớng sau: - Đƣa vào nghiên cứu lƣợc đồ thủy vân khác dùng để chứng thực thông tin bảo vệ quyền 54 - Nghiên cứu công CSDL, CSDL quan hệ thủy vân để từ khoanh vùng phát bộ, nhóm bị ăn cắp làm giả 55 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng việt [1] Nguyễn Xuân Huy, Trần Quốc Dũng (2003), “Giáo trình giấu tin thủy vân ảnh”, Thông tin tƣ liệu, Đại học Khoa học tự nhiên [2] Lƣu Thị Bích Hƣơng (2014), “Nghiên cứu phát triển kỹ thuật thủy vân sở liệu”, Luận án tiến sỹ tốn học, Viện Cơng nghệ thơng tin – Viện Hàn Lâm Khoa học Công nghệ Việt Nam [3] Lƣu Thị Bích Hƣơng, Bùi Thế Hồng (2011), “Bảo vệ quyền công khai cho sở liệu quan hệ”, Kỷ yếu hội thảo “Một số vấn đề chọn lọc CNTT TT”, Hƣng Yên, tr 41-50 [4] Lƣu Thị Bích Hƣơng, Bùi Thế Hồng (2013), “Bảo vệ quyền sở liệu quan hệ với thuộc tính văn chứa nhiều từ”, Kỷ yếu Hội nghị khoa học công nghệ Quốc gia lần thứ VI “Nghiên cứu ứng dụng Công nghệ thông tin” (FAIR), Huế, 20-21/06/2013, tr 48-54 [5] Lƣu Thị Bích Hƣơng, Bùi Thế Hồng (2011), “Thủy vân sở liệu quan hệ kỹ thuật thủy vân dựa vào bit ý nghĩa nhất”, Tạp chí khoa học Joumal of Science, Trƣờng ĐHSP Hà Nội 2,số 16 năm 2011, tr 81-90 [6] Lê Văn Phùng (2009), “ Cơ sở liệu quan hệ công nghệ phân tích thiết kế”, Nhà xuất Thơng tin Truyền thơng [7] Lê Văn Phùng (2018), “An tồn thông tin”, Nhà xuất Thông tin Truyền thông Tiếng Anh [8] R Agrawal and J Kiernan (2002), “Watermarking relational databases” In Proceedings of VLDB, pages 155–166 56 [9] T Furon, I Venturini, and P Duhamel, A unified approach of asymmetric watermarking schemes In SPIE Vol 4314,Security and Watermarking of Multimedia Contents III, pages 269–279, 2001 [10] Yingjiu Li and Robert Huijie Deng “Publicly Verifiable Ownership Protection for Relational Databases” [11] Y Li, V Swarup, and S Jajodia, “Fingerprinting relational databases: Schemes and specialties” IEEE Transactions on Dependable and Secure omputing (TDSC), 2(1):34–45, 2005 [12] Raju Halder, Shantanu Pal and Agostino Cortesi (2010), “Watermarking Techniques for Relational Databases: Survey, Classification and Comparison”, Journal of Universal Computer Science, vol 16, no 21, 3164-3190 [13] Li, Y and Deng, R H (2006), “Publicly verifiable ownership protection for relational databases” In Proceedings of the 2006 ACM Symposium on [14] Bedi R., Thengade A., Wadhai V (2011), “A New Watermarking Approach for Non Numeric Relational Database” International Journal of Computer Applications (0975 – 8887), Vol 13, No 7, pages 37-40 ... với kỹ thuật thủy vân dùng để bảo vệ quyền cho sở liệu quan hệ thủy vân bền vững 1.2.2 Khái niệm Định nghĩa 1.6: Thủy vân Thủy vân kỹ thuật nhúng thơng tin vào liệu (dữ liệu văn bản, hình ảnh,... PHẠM HÀ NỘI ====== DƢƠNG THỊ LÊ DỰA VÀO THÔNG TIN THỦY VÂN ĐỂ BẢO VỆ BẢN QUYỀN CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 48 01 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Ngƣời... tin thủy vân để bảo vệ quyền sở liệu quan hệ Mục đích nghiên cứu Tìm hiểu cài đặt thử nghiệm thủy vân CSDL quan hệ dựa vào việc chèn thêm ảnh nhị phân, từ xây dựng chƣơng trình thử nghiệm để bảo