Đang tải... (xem toàn văn)
Ngành khoa học giấu tin là ngành khoa học đã ra đời và phát triển từ lâu. Nếu như trước kia việc triển khai và áp dụng các kỹ thuật giấu tin thường được sử dụng trong lĩnh vực quân sự và quốc phòng thì ngày nay các ứng dụng của giấu tin được triển khai và áp dụng ở hầu hết trong các lĩnh vực và công nghệ trong đời sống. Việc triển khai các kỹ thuật giấu tin trong thực tế đã, đang và sẽ mang lại hiệu quả rất lớn không chỉ trong lĩnh vực đảm bảo an toàn thông tin mà còn trong các lĩnh vực khác. Mỗi công ty, doanh nghiệp đều có những nghiên cứu và ứng dụng kỹ thuật giấu tin để phục vụ cho lợi ích của mình. Rộng hơn là mỗi quốc gia hay mỗi tổ chức đều có các cơ chế giấu tin riêng. Đề tài cung cấp các kiến thức liên quan đến lĩnh vực giấu tin bao gồm: khái niệm, vai trò, tầm quan trọng của lĩnh vực giấu tin; đặc điểm của phương pháp giấu tin mật và thủy vân số; các phương pháp giấu tin và phát hiện giấu tin trong môi trường đa phương tiện và trong văn bản; các ứng dụng của các kỹ thuật giấu tin đang được triển khai trong thực tế.
HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG KHOA CƠNG NGHỆ THÔNG TIN I - BỘ MÔN: AN NINH MẠNG ĐỀ TÀI: NGHIÊN CỨU VỀ CÁC KỸ THUẬT GIẤU TIN GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: NHÓM SINH VIÊN THỰC HIỆN: NHÓM 09 THÀNH VIÊN TRONG NHÓM: VŨ MINH THANH B15DCAT149 NGUYỄN VĂN TÙNG B15DCAT191 NGUYỄN VĂN ĐẠI B15DCAT037 LƯU BÁ SƠN B14DCAT170 ĐỖ XUÂN QUÝ B14DCAT108 Hà Nội T11/2019 MỤC LỤC 2 DANH MỤC HÌNH VẼ 3 DANH MỤC BẢNG BIỂU 4 LỜI NÓI ĐẦU Ngành khoa học giấu tin ngành khoa học đời phát triển từ lâu Nếu trước việc triển khai áp dụng kỹ thuật giấu tin thường sử dụng lĩnh vực qn quốc phòng ngày ứng dụng giấu tin triển khai áp dụng hầu hết lĩnh vực công nghệ đời sống Việc triển khai kỹ thuật giấu tin thực tế đã, mang lại hiệu rất lớn không lĩnh vực đảm bảo an tồn thơng tin mà lĩnh vực khác Mỗi công ty, doanh nghiệp có nghiên cứu ứng dụng kỹ thuật giấu tin để phục vụ cho lợi ích Rộng quốc gia hay tổ chức có chế giấu tin riêng Đề tài cung cấp kiến thức liên quan đến lĩnh vực giấu tin bao gồm: khái niệm, vai trò, tầm quan trọng lĩnh vực giấu tin; đặc điểm phương pháp giấu tin mật thủy vân số; phương pháp giấu tin phát giấu tin môi trường đa phương tiện văn bản; ứng dụng kỹ thuật giấu tin triển khai thực tế 5 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN 1.1 Khái quát kỹ thuật giấu tin 1.1.1 Một số thuật ngữ khái niệm a) Khái niệm kỹ thuật giấu tin Giấu thông tin ngành khoa học chuyên nghiên cứu biện pháp, kỹ thuật, thuật tốn nhằm nhúng thơng tin vào đối tượng liệu khác Cũng giống mật mã học, kỹ thuật giấu tin bao gồm nhiều biện pháp kỹ thuật khác Mỗi biện pháp kỹ thuật có yêu cầu đầu vào đầu khác Tuy nhiên, hệ thống giấu tin bao gồm thành phần sau (xem hình 1) Hình 1: Mơ hình chung cho q trình giấu tin tách tin Các tham số mơ hình {X, M, S, K, E, D} đó: - X vật chứa - M thông tin cần giấu - S vật chứa chứa tin - K khóa - E nhúng thông tin - D tách thông tin - Q trình nhúng thơng tin ánh xạ �: � × � × � → � - Q trình tách thơng tin ánh xạ �: � × � → �, � b) Các khái niệm mơ hình giấu tách tin : ♦Vật chứa X: Là đối tượng dùng làm môi trường để giấu tin ảnh, audio, video, văn bản,… 6 ♦ Thông tin cần giấu M: chọn tuỳ theo mục đích người sử dụng, thơng điệp (với tin bí mật) hay logo, hình ảnh quyền (thủy vân) ♦ Khóa K: Trong q trình giấu tách tin sử dụng nhiều khóa Khóa chuỗi ngẫu nhiên sinh sinh số mật mã an toàn (bộ sinh số đáp ứng số yêu cầu nhất định) Các số sinh sinh số xác định vị trí mẫu sửa đổi Thông tin M giấu cách phù hợp với khóa mẫu này, vật chứa bị biến dạng ♦ Vật chứa tin S: vật chứa chứa tin, vật chứa X + thông tin cần giấu M Về mặt chất lượng, S không khác biệt nhiều so với vật chứa X ♦ Bộ tiền mã hóa: thiết bị thiết kế để chuyển đổi thơng tin cần giấu M sang hình thức thuận tiện để nhúng vào vật chứa Trước nhúng thông tin M vào vật chứa X, ta phải chuyển đổi M sang dạng phù hợp Ví dụ: Với X file ảnh M thường phải biểu diễn dạng mảng bit chiều Để tăng tính ổn định (tính chống biến dạng) M M phải mã hóa chống nhiễu sử dụng tín hiệu băng thơng rộng Sử dụng khóa K để tăng tính bí mật cho M Đầu tiền mã hóa thơng tin mã hóa M’ - Bộ tiền xử lý: xác định đặc thù hệ thống nhận thức người, từ xác định vị trí quan trọng khó bị phát vật chứa X, giúp cho việc nhúng M vào X hiệu bị phát ♦ Bộ nhúng thông tin: Thông tin giấu vào vật chứa nhờ nhúng Bộ nhúng chương trình, triển khai thuật tốn để giấu tin ♦ Bộ tách thơng tin: Q trình tách tin thực thông qua tách tin tương ứng với nhúng thông tin trình nhúng Bộ tách triển khai thuật tốn tách tin tương ứng với thuật toán giấu tin ♦ Máy dò: Dùng để phát có thơng tin giấu vật chứa hay không thông tin giấu ngun vẹn hay khơng (thơng tin giấu bị sửa đổi lỗi kênh thông tin, lỗi hoạt động xử lý tín hiệu vụ tấn cơng cố ý) Máy dò sử dụng biện pháp khoảng cách Hamming tương quan chéo vật chứa gốc (trong trường hợp có diện nó) ♦ Bộ giải mã: dùng để phục hồi thông tin giấu M Nút bị bỏ qua 1.1.2 Một số yêu cầu với kỹ thuật giấu tin Một hệ thống giấu tin cần đảm bảo yêu cầu sau: 7 - Tính vơ hình: tính vơ hình kỹ thuật giấu tin thể điểm thơng tin giấu khó có khả bị phát hệ thống trực giác bình thường Trong kỹ thuật giấu tin, thông tin cần giấu giấu vào vật chứa Chính vậy, có nhiều thay đổi vật chưa Vấn đề đặt làm để thông tin nên vơ hình vật chưa Tùy theo mức độ bảo mật ứng dụng kỹ thuật giấu tin mà có yêu cầu riêng tính vơ hình Ngồi ra, tính vơ hình thông tin vật chứa định nghĩa xác định khác tùy theo môi trường chưa tin Ví dụ: tính vơ hình kỹ thuật giấu tin ảnh thể việc khơng nhìn thấy, không phân biệt khác ảnh gốc ảnh chứa tin giấu Đối với phương pháp giấu tin âm thanh, tính vơ hình thể chỗ không phân biệt khác nghe tệp âm gốc tệp âm chứa tin Một kỹ thuật giấu tin tốt cần phải lợi dụng vào đặc điểm, cấu trúc định dạng vật chứa để giấu tin cho thông tin trở nên vơ hình nhất vật chưa - Dung lượng giấu: dung lượng giấu tính tỷ lệ thơng tin giấu so với kích thước vật chứa Dung lượng giấu lớn hay nhỏ phụ thuộc vào mục đích giấu tin Trong thực tế thực giấu tin, người giấu tin phải cân nhắc dung lượng tiêu khác tính vơ hình, tính bền vững - Tính bền vững: Sau giấu thơng tin vào vật chứa, thân vật chứa tin phải trải qua khâu biến đổi khác Tính bền vững thước đo nguyên vẹn thông tin giấu sau biến đổi - Tính bảo mật: Tính bí mật kỹ thuật giấu tin thể mức độ ẩn thông tin vật chứa Các phương pháp giấu thông tin phải cung cấp bảo mật cho liệu cho có người sử dụng dự định truy cập vào nó, người dùng bất hợp pháp phát hay đọc thông tin giấu Điều rất quan trọng để bảo vệ tính bí mật độ nhạy cảm thơng tin gửi 1.1.3 Lịch sử phát triển Kỹ thuật giấu tin phát triển thành hai lĩnh vực với u cầu tính chất khác giấu thơng tin bí mật thủy vân số Giấu tin mật chủ yếu phục vụ cho mục đích liên lạc bí mật thủy vân số việc nhúng thơng tin mang ý nghĩa bảo vệ tính tồn vẹn vật chứa ♦ Giấu tin mật: lĩnh vực giấu tin mật có lịch sử hình thành phát triển từ lâu đời, bắt nguồn từ Hi Lạp (khoảng năm 440 TCN) sử dụng ngày Theo tài liệu nghiên cứu ghi lại, kỹ thuật giấu tin cổ xưa nhất đơn giản nhất thời Hy Lạp cổ đại Thời kỳ để gửi thông tin mật người gửi dùng bảng gỗ khắc thơng báo hình ảnh cần giấu phủ sáp ong lên xăm tin tức lên đầu người mang tin, để thời gian cho tóc mọc lại, lại cạo trọc muốn đọc tin Khi kỹ thuật phát triển hơn, người sử dụng chữ viết với cỡ chữ nhỏ giấu vật dụng hàng ngày (như hộp, vali có hai đáy) để chuyển đi, dùng bồ câu để chuyển thông tin Sang kỷ 17, kỹ thuật giấu tin mật sử dụng cách đánh dấu vào kí tự cần thiết văn bản, báo công khai truyền tới tay người nhận Về sau này, với việc áp dụng cơng nghệ hố học mang lại hiệu cao thời điểm 8 phát triển mạnh mẽ lĩnh vực giấu tin Cơng nghệ hóa học thường sử dụng thời gian mực không màu Mực không màu chất lỏng sản phẩm hữu không màu hiển thị màu gặp điều kiện hoá - lý thích hợp Ngày nay, bùng nổ cách mạng lĩnh vực tin học - điện tử - viễn thông với phát triển vượt bậc lĩnh vực xử lý số tín hiệu mà lĩnh vực giấu tin phát triển mạnh mẽ đa dạng hơn, đặc biệt với kỹ thuật dùng vật chứa tệp hình ảnh âm ♦ Kỹ thuật thuỷ vân: lĩnh vực thủy vân phát triển vào cuối kỷ 13 Ý Thủy vân sử dụng lần đầu nhà sản xuất giấy làm hình mờ chìm giấy in để ghi lại thương hiệu giấy bảo vệ quyền nhà sản xuất Khái niệm thủy vân số xuất phát từ khái niệm thủy vân giấy Năm 1979, Szepanski mơ tả mẫu thơng tin số nhúng vào tài liệu nhằm mục đích chống giả mạo Sau này, Holt đồng nghiệp mô tả phương pháp để nhúng mã định danh vào tín hiệu âm Năm 1988, Komatsu Tominaga lần sử dụng cụm từ “thủy vân số” đầu năm 90 thủy vân số thực nhận quan tâm ngành khoa học Ngày nay, lợi ích to lớn lĩnh vực mà kỹ thuật thủy vân số nhận quan tâm từ giới khoa học ngành cơng nghiệp .1.4 Vai trò tâm quan trọng Có thể thấy rằng, ứng dụng kỹ thuật giấu tin nhằm mục đích giấu tin mật bảo vệ tính tồn vẹn, hợp pháp liệu Để hiểu rõ tầm quan trọng kỹ thuật giấu tin thực tế, tìm hiểu số lĩnh vực ứng dụng giấu tin a Trong việc bảo vệ tính tồn vẹn Nguy vi phạm quyền trầm trọng thêm gia tăng thiết bị ghi kỹ thuật số có dung lượng cao Với thiết bị ghi âm kỹ thuật số, hát phim ghi với chất lượng gần gốc Sử dụng thiết bị ghi âm sử dụng Internet để phân phối, người dùng lậu dễ dàng ghi lại phân phối tài liệu bảo vệ quyền mà khơng bồi thường thích hợp cho chủ sở hữu quyền thực tế Vì vậy, chủ sở hữu sản phẩm số ln tìm kiếm cơng nghệ bảo vệ quyền Lựa chọn mật mã: Sản phẩm số mã hóa trước gửi khoá giải mã cung cấp cho người mua hợp pháp sản phẩm Tuy nhiên, mã hóa khơng thể giúp người bán giám sát cách khách hàng hợp pháp xử lý nội dung sau giải mã Một người dùng lậu thực mua sản phẩm, sử dụng khóa giải mã để có khơng bảo vệ sản phẩm sau tiến hành phân phối bất hợp pháp Do vậy, chủ sở hữu sản phẩm số cần công nghệ bảo vệ nội dung giải mã Để giải vấn đề lựa chọn kỹ thuật giấu tin với giải pháp thủy vân số giải pháp hiệu Thủy vân số sử dụng đặt thơng tin quyền sản phẩm mà thông tin quyền khơng gỡ bỏ q trình sử dụng bình thường Thủy vân số thiết kế để tồn sau tất quy trình: giải mã, tái mã hóa, nén, chuyển đổi từ kỹ thuật 9 số sang tương tự thay đổi định dạng tệp Thủy vân số ứng dụng nhiều chống chép bảo vệ quyền Trong ngăn ngừa chép, thủy vân sử dụng để thông báo phần mềm nên hạn chế chép Trong ứng dụng bảo vệ quyền, thủy vân dùng để xác định chủ sở hữu quyền đảm bảo toán nhuận bút hợp lệ b Trong việc truyền thông tin mật Truyền thông điện tử ngày nhạy cảm với việc nghe trộm can thiệp độc hại Để giải vấn đề này, nhiều kỹ thuật giấu tin khác phát triển Các yêu cầu tính tồn vẹn, bí mật hồn tồn đáp ứng giải pháp sử dụng mã hóa Tuy nhiên, kỹ thuật mã hóa trường hợp thường yêu cầu chi phí cao việc xây dựng vận hành Chính vậy, kỹ thuật giấu tin lựa chọn cho giải pháp truyền thông tin mật Việc áp dụng kỹ thuật giấu tin tuyền tin mật đảm bảo tính chất an tồn thơng tin như: - Tính bí mật (confidentiality): thơng tin phép truy cập đối tượng hợp lệ, đối tượng cấp phép - Tính tồn vẹn thơng tin (integrity): đảm bảo thông tin không bị thay đổi trình truyền tin hay có bất kì hành động tác động vào vật chứa tin; có thay đổi bị phát - Tính xác thực (authentication): đảm bảo bên liên quan nhận biết tin tưởng nhau, đồng thời đảm bảo thông tin trao đổi thơng tin thật - Tính chống chối bỏ (non-repudiation): đảm bảo bên liên quan chối bỏ hành động thực trước 1.2 Phân loại kỹ thuật giấu tin Trong thực tế kỹ thuật giấu tin nhằm hai mục đích là: bảo mật cho liệu đem giấu bảo vệ cho đối tượng mang tin giấu Hình mơ tả tổng quan kỹ thuật giấu tin ứng dụng thực tế 10 10 Hình 19: Q trình tính tốn lượng vùng IC Giải thích thành phần sơ đồ 19: + EA lượng nửa trên: Năng lượng vùng EA tổng bình phương tập cụ thể hệ số DCT vùng EA + EB lượng nửa dưới: tính tương tự EA + D khác biệt lượng Sự khác biệt định nghĩa theo công thức: D = EA – EB; + Tập biểu diễn S(c) (hình tam giác trắng hình 4.6) Cơng thức tính lượng vùng sau: E n −1 a(c,n,Q) = ∑∑ ∈S(c)([θ i,d ]Q )2 d=0 Trong đó: + EA lượng vùng A + d vị trí khối DCT vùng lc + i vị trí hệ số DC khối DCT 53 53 i + � �,� (theta) hệ số DC thứ i khối DCT thứ d khu vực A + Q bước lượng tử hóa (xấp xỉ giá trị) • Bước 3: giấu thơng tin: Sau tính toán khác biệt lượng vùng người giấu tin tiến hành giấu thơng tin Nhiệm vụ xác định giá trị bit tương đương với chênh lệch lượng D Bit xác định D > 0, bit xác định nghĩa D < Theo đó: - Nếu bit “0” giấu, tất lượng vùng “cut-off index c” vùng B loại bỏ cách đặt hệ số DCT tương ứng Khi đó: D = EA – EB = EA – = +EA - Nếu bit “1” nhúng, tất lượng vùng “cut-off index c” vùng A loại bỏ Khi D = EA – EB = – EB = – EB Ví dụ thể rõ quy trình giấu thơng tin: ● Cần giấu bit b0 = Xét vùng lc với n = (tương ứng với khối block DCT) ● Năng lượng khác biệt D = 500 ● Vị trí EA có lượng vượt D i=35 ● Vị trí EB có lượng vượt q D i=36 Vì bit nhúng nên D > Vậy lượng EB cần phải loại bỏ Nguyên tắc loại bỏ loại bỏ hệ số DCT không từ vị trí thứ 35-63 vùng B 54 54 3.2.4 Phương pháp giấu miền nén video chất lượng cao Hình 20: Quy trình giấu tin nội dung video MPEG-2 Từ quy trình giấu tin video thể hình 20 thấy bước kỹ thuật giấu tin miền nén video chất lượng cao sau: Bước Lựa chọn khung: Chọn khung bất kỳ để tiến hành nhúng, nên chọn khung I khung I khung sở coi ảnh gốc, với khung giải mã khơng cần lấy thơng tin từ khung khác Bước Giải nén phần video: sử dụng khung chọn bước Việc giải nén phần video sử dụng phương pháp VLD (Variable Length Decoding- mã hóa có độ dài biến đổi được) giải lượng tử hóa Quy trình thực phương pháp sau: - VLD: từ mã có tần suất xuất thấp mã hố từ mã dài, q trình gọi phương pháp mã hố từ mã có độ dài thay đổi Q trình mã hóa tiến hành tất thành phần hệ số DCT: ✔ Với thành phần DC: Giá trị sai lệch hệ số DC mã hóa nhờ bảng phân loại bảng Huffman (dựa vào đặc tính thống kê tín hiệu) Đây ví dụ bước mã hóa entropy thành phần hệ số DC Hình 21: Quy trình mã hố entropy thành phần hệ số DC Bảng 3: Phân loại bảng Huffman cho thành phần DC ✔ Với thành phần AC: Hệ số AC mã hóa nhờ bảng phân loại (giống DC) bảng Huffman (nhưng khác DC) hình 22 Hình 22: Quy trình mã hố entropy thành phần hệ số AC Bảng 4: Huffman hệ số AC - Lượng tử hóa: Đầu vào bước 64 hệ số DCT khối 8x8 lượng tử hoá dựa bảng lượng tử gồm 64 phần tử Q(u, v) với 0≤ u, v≤7 Nguyên tắc lượng tử chia hệ số F(u, v) cho hệ số vị trí tương ứng bảng lượng tử Q(u, v) Bảng lượng tử xây dựng theo nguyên tắc mắt người cảm nhận nội dung tần số cao đặc biệt nhạy với nội dung tần số cao kênh màu Do đó: ✔ Các hệ số tương ứng với thành phần DC thành phần tần số thấp có giá trị lớn nên phải lượng tử xác ✔ Các hệ số tương ứng với thành phần tần số AC có giá trị nhỏ nên cho phép sai số Bước Giấu thông tin: Để giấu thơng tin vào khung hình vừa lựa chọn Tại người giấu tin cần thực biện pháp tiền xử lý sau: ● Giai đoạn 1: Thực tính tốn DCT cho tồn khung hình: Sau giải nén phần video thu khối hệ số DCT 8x8 pixel Ở giai đoạn người giấu tin cần thực tính tốn DCT tồn khung hình từ khối hệ số DCT 8x8 pixel vừa thu Hệ số DCT đầy đủ tính sau: giả sử kích thước khung hình �� × �� kích thước khối � �,� N L M số hàng cột hàng tương ứng Trong đó: �� × ��: kích thước khung hình; L M số hàng cột hàng tương ứng; N kích thước khối ��,� ��,� ma trận với N × N yếu tố đại diện cho tập hợp hệ số DCT cho khoanh vùng �1và �2 ma trận vng với LN × LN MN × MN kích thước tương ứng định nghĩa theo công thức: ● Giai đoạn 2: Điều chỉnh số lượng tử hóa: Sử dụng phương pháp điều chỉnh số lượng tử hóa (QIM) để giấu thông tin vào hệ số tần số thấp hệ số DCT tồn khung hình Để thực nhiệm cần thực q trình tính kích thước bước Q Trong thực tế, q trình tính tồn kích thước bước Q áp dụng cơng thức đây: Trong đó: �, �: khoảng tin cậy �: tham số vị trí (là giá trị trung bình biểu đồ) �: tỷ lệ bit lỗi BER X: chuỗi biểu đồ khác biệt �2 : biểu thị định lượng pth phân bố �2 với bậc tự 2n 2� ● Giai đoạn 3: Chọn vị trí nhúng: Các hệ số xung quanh thành phần DC thường có giá trị lớn, việc sửa đổi chúng làm giảm chất lượng hình ảnh nghiêm trọng Ngồi ra, giá trị hệ số gần thành phần DC giá trị chúng khác sau mã hóa lại Do đó, nên lựa chọn thành phần tần số trung gian làm vị trí nhúng để cân độ bền chất lượng hình ảnh Bên cạnh ảnh hưởng nén MPEG video nhúng tần số trung bình thấp thích hợp cho việc giấu tin ● Giai đoạn 4: Giấu thông tin vào hệ số DCT Sau thiết lập tham số cho QIM, thông tin nhúng cách thay hệ số DCT giá trị lượng tử hóa (xem hình 4.11) Hình mờ bao gồm chuỗi nhị phân, � = {�1, �2, … , ��}, �� ∈ {0,1} n có nghĩa độ dài thông tin cần giấu � = {�1, �2, … , ��} chọn hệ số DCT toàn khung khung � = {�1, �2, … , ��} sửa đổi hệ số sau giấu thông tin Sử dụng hàm giấu � = (�, �) tạo giá trị thay có khoảng cách tối thiểu giá trị gốc giá trị sửa đổi: đó: − Δ kích thước bước Q − hàm �(��, ��) biểu thị giá trị dithered tương ứng với bit �� thơng tin mật Hàm �(��, ��) tính theo cơng thức đây: Trong R viết tắt cho ����� (��) Hình 23: Thay giá trị cho thông tin cần giấu QIM Giấu thông tin cách sử dụng QIM mơ tả hình 23 Giả sử vòng tròn màu xám giá trị hệ số ban đầu Nếu bit thông tin cần giấu “1” nhúng vào hệ số này, thay cho giá trị trung bình �1 giá trị gần nhất với giá trị hệ số ban đầu Nếu bit thông tin cần giấu “0” nhúng, thay cho giá trị trung bình �0 gần nhất ● Giai đoạn 5: biến đổi DCT ngược Sau giấu thông tin QIM cách sử dụng thông số giai đoạn hệ số DCT tồn khung hình sửa đổi phân tách thành khối 8×8 pixel hệ số DCT Trong giai đoạn biến đổi DCT ngược cần phải tính toán khối hệ số DCT nghịch đảo Trong chương giảng trình bày chi tiết q trình tính tốn DCT ngược Bước 4: Mã hóa video: Sau tính tốn khối hệ số DCT nghịch đảo, người giấu tin tiến hành mã hóa video lại sử dụng VLC giải lượng tử hóa nói q trình giải nén phần video để tạo video MPEG-2 chứa thông tin mật Lưu ý rằng: Quá trình VLC giải lượng tử phía giải mã thực ngược lại so với bước biến đổi trình giải nén video 3.2.5 Phương pháp giấu tin miền hệ số a Tổng quan chung Hình 24: Mơ hình tổng quát kỹ thuật giấu tin miền hệ số Giải thích thành phần hình 24: Đầu vào video nén chuẩn MPEG, luồng video sau giải nén phần bước VLD ● RLC/RLD – Run-level coding/ decoding (mã hóa/ giải mã cấp độ): Ở bước mã hóa cấp độ, đầu vào block 8x8 DCT sau quét zig-zag Nhiều vị trí khối 8x8 có giá trị 0, đặc biệt vị trí ứng với thành phần tần số cao Trong miền run- level, thành phần hệ số AC khác biểu diễn tập hợp (run, level) Trong đó, run đại diện cho số số đứng trước hệ số AC khác 0, level đại diện cho giá trị hệ số (xem hình 8) ● Các trình Quét Zig-zag ngược; giải lượng tử; lượng tử hóa; Quét Zig-zag; Trong thực tế để giấu tin mật vào miền hệ số video có nhiều cách khác Tiếp theo giảng trình bày cách nhất ứng dụng nhiều b Kỹ thuật sửa đổi hệ số DC Phương pháp đề xuất thêm mẫu giả ngẫu nhiên chuyển đổi DCT trực tiếp tới hệ số DC-DCT luồng video nén MPEG Q trình giấu thơng tin tính đến giá trị luminance Y khung I Bởi ảnh I mã hóa mà khơng có so sánh dự đoán từ ảnh khác Ảnh I dùng cách tuần hoàn để tạo thành điểm tựa cho dòng liệu q trình giải mã Thị giác người lại rất nhạy cảm với hệ Y, nhạy cảm nhiều với hệ U, V Hình 25: Quy trình giấu tin video kỹ thuật sửa đổi hệ số AC Tóm tắt bước trình nhúng thủy vân: - Bước 1: Đầu tiên mơ hình ngẫu nhiên bao gồm số nguyên (-1, 0, 1) tạo dựa khóa bí mật sử dụng hạt nhân, sổ đăng ký thay đổi tuyến tính ngẫu nhiên xáo trộn hình ảnh nhị phân - Bước 2: Với đầu vào chuỗi � bit thủy vân �0�1�2 ��−1, bit gán giá trị -1, bit gán giá trị Mỗi giá trị chuỗi giả ngẫu nhiên XOR với giá trị tương ứng chuỗi bit Một mẫu giả ngẫu nhiên thêm vào bit tin giấu 1, ảnh phụ � khơng bị ảnh hưởng bit tin giấu Kết thu nhân với hệ số tăng k Theo kết thực nghiệm, hệ số tăng k lớn tính bền vững tin mật cao - Bước 3: Cuối cùng, phép biến đổi DCT khối 8x8 áp dụng mơ hình giấu tin thu từ bước hệ số DC tạo cộng vào giá trị DC tương ứng khung I Để nhúng chuỗi � bit thủy vân �0�1�2 ��−1vào ảnh �(�, �), người giấu tin chia ảnh �(�, �) thành � ảnh nhỏ �0�1�2 ��−1và thêm tin giấu cho ảnh phụ công thức sau: �� (�, �) = �(�, �) + � �(�, �) c Kỹ thuật sửa đổi hệ số DC AC với hệ số cân độ lệch Hình 26: Quy trình giấu tin video kỹ thuật sửa đổi hệ số DC AC với hệ số cân độ lệch Về bản, ý tưởng kỹ thuật giống với ý tưởng kỹ thuật sửa đổi hệ số DC,nhưng độ phức tạp tăng lên phải tính tốn độ lệch khung hình dự đốn khung hình thật video giải nén hoàn toàn Ở phương pháp nhúng thực không hệ số DC mà hệ số AC khung I, P B Đối với khối video Ix,y(i) từ khung I-, P-, B, bước sau thực hiện: - Tính tốn hệ số DC: ���,�(0) = ��,�(0) + ��,�(0) Kết thể khối tin giấu thêm vào giá trị trung bình khối video - Tính tốn hệ số AC: Để tính hệ số AC ấp dụng cơng thức: ���,�(�) = ��,�(�) + ��,�(�) �ớ� � ≠ Quá trình lặp lại toàn hệ số AC khối video xử lý Để hạn chế số lượng bit tăng lên sau giấu tin, kích thước ��� VLC ��,�(�) kích thước ���� VLC ���,�(�) xác định cách sử dụng bảng VLC-1 tiêu chuẩn MPEG-2 Nếu kích thước VLC mã hóa hệ số DCT nhỏ kích thước VLC VLC thay Nếu khơng, VLC khơng bị ảnh hưởng Điều có nghĩa hệ số DCT ��,�(�) tính theo cách sau: Nếu ���� ≤ ��� ���,� (�) = ��,�(�) + ��,�(�); � ��� ���,�(�) = ��,�(�) Quá trình lặp lại toàn hệ số AC video khối thực thi - Hệ số cân độ lệch: Trong luồng video MPEG, đoán từ khung ảnh trước sử dụng để xây dựng lại khung ảnh thật nhằm mục đích tham khảo cho đoán tương lai Sự suy giảm chất lượng gây thủy vân lan rộng theo thời gian không gian Vì tất khung video nhúng thủy vân, thủy vân khung trước khung chồng lên Vì vậy, tín hiệu cân lệch Dr phải thêm vào Tín hiệu cần phải với sai khác đốn từ luồng bit khơng nhúng thủy vân có nhúng thủy vân Phương trình tính tốn hệ số DCT biến đổi thành: - ���,� (�) = ��,�(�) + ��,�(�) + � ��,�(�) �ớ� �≠0 KẾT LUẬN Hiện giấu thông tin ảnh phận chiếm tỉ lệ lớn nhất chương trình ứng dụng hệ thống giấu tin đa phương tiện lượng thông tin trao đổi ảnh rất lớn giấu thơng tin ảnh đóng vai trò quan trọng hầu hết ứng dụng bảo vệ an tồn thơng tin Chính mà vấn đề nhận quan tâm rất lớn cá nhân, tổ chức, trường đại học nhiều viện nghiên cứu giới Vì thời gian nghiên cứu có hạn, trình độ hiểu biết nhóm nhiều hạn chế nên báo cáo nhóm chúng em khơng tránh khỏi thiếu sót, em rất mong nhận góp ý quý báu Thầy để báo cáo nhóm em hồn thiện Em xin chân thành cảm ơn! TÀI LIÊU THAM KHẢO [1] Lã Thế Vinh, “BÀI GIẢNG MÔN XỬ LÝ TÍN HIỆU SỐ,” 2013 [2] V M Potdar and E Chang, “Grey level modification sleganography for secret communication,” no June, pp 223–228, 2005 [3] N T T H Hồ Thị Hương Thơm, “NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT GIẤU TIN,” 2016 [4] L A Dũng, “Giấu tin file âm phép biến đổi rời rạc,” 2015 [5] X Ji, C Zhang, J Wang, and S H Boey, “Fast 2-D 8×8 discrete cosine transform algorithm for image coding,” Sci China, Ser F Inf Sci., vol 52, no 2, pp 215–225, 2009 [6] H M Kelash, O F Abdel Wahab, O A Elshakankiry, and H S El-Sayed, “Hiding data in video sequences using steganography algorithms,” Int Conf ICT Converg., no October, pp 353–358, 2013 [7] Nguyễn Trung Thành, “Phương pháp nén ảnh,” 2015 [8] M I of T Gilbert Strang, “The Descrete Cosine Transform,” 2014 [9] Kharagpur, “LOSSY IMAGE COMPRESSION SYSTEMS.” [10] P V Rangan, “JPEG Encoding,” Multimed Syst., vol 5, no April 15, 2003 [11] Phạm Cơng Hòa, “KỸ THUẬT GIẤU TIN VÀ THỦY VÂN SỐ,” no 2005110464, pp 1–7, 2012 ... 17 17 CHƯƠNG II KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG HÌNH ẢNH Tổng quan vấn đề giấu tin ảnh 2.1.1 Giới thiệu kỹ thuật giấu tin ảnh Giấu tin ảnh kỹ thuật giấu tin mà thơng tin giấu với liệu ảnh cho chất... giấu tin tách tin Các tham số mơ hình {X, M, S, K, E, D} đó: - X vật chứa - M thông tin cần giấu - S vật chứa chứa tin - K khóa - E nhúng thơng tin - D tách thơng tin - Q trình nhúng thơng tin. .. giấu tin vào vật chứa lựa chọn ngẫu nhiên 1.2.2 Phân loại theo môi trường giấu tin Theo môi trường đa phương tiện, giấu tin chia thành: - Giấu tin ảnh: Giấu tin ảnh kỹ thuật giấu thông tin