Bài viết Một đề xuất sử dụng lưới 3D khép kín để giấu tin trình bày Kỹ thuật giấu tin trong đối tượng lưới 3D được đưa ra trong là phương pháp giấu tin trên các đỉnh của một tập các tam giác Theo chuỗi bit khóa sinh ra trong quá trình giấu. Các phương pháp này, trong một số trường hợp, nếu gặp phải lưới hở thì không thực hiện được
TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT Tập 6, Số 2, 2016 197–206 197 MỘT ĐỀ XUẤT SỬ DỤNG LƯỚI 3D KHÉP KÍN ĐỂ GIẤU TIN Thái Duy Quýa* a Khoa Công nghệ Thông tin, Trường Đại học Đà Lạt, Lâm Đồng, Việt Nam Nhận ngày 04 tháng 01 năm 2016 Chỉnh sửa ngày 03 tháng 03 năm 2016 | Chấp nhận đăng ngày 16 tháng 03 năm 2016 Tóm tắt Kỹ thuật giấu tin đối tượng lưới 3D đưa [4], [5] phương pháp giấu tin đỉnh tập tam giác Theo chuỗi bit khóa sinh q trình giấu Các phương pháp này, số trường hợp, gặp phải lưới hở khơng thực Bài báo trình bày phương pháp xác định lưới 3D khép kín, từ đề xuất áp dụng phương pháp giấu tin [4], [5] kiểu lưới kín đề xuất Với kỹ thuật này, người nhận cần biết quy tắc chuỗi khóa bí mật giải mã thơng tin, làm tăng tính bảo mật cho kỹ thuật giấu tin Thực nghiệm với phương pháp MEP [4] lưới 3D kín cho thấy kỹ thuật đáp ứng yêu cầu giấu tin, có tính bảo mật cao khơng cần gửi theo chuỗi bít khóa Từ khóa: Giấu tin; Giấu tin mật; Lưới 3D kín; VRML GIỚI THIỆU Giấu tin (data hidding) kỹ thuật giấu lượng thông tin dạng chuỗi bít vào đối tượng (gọi đối tượng chứa - cover) để trở thành đối tượng khác (đối tượng mang - stego) Kỹ thuật ứng dụng bảo mật liệu bảo vệ quyền tác phẩm Ưu điểm kỹ thuật người gửi lẫn người nhận khó nhận biết thơng tin giấu đối tượng [1] Có nhiều mơi trường đa phương tiện dùng cho giấu tin ảnh, âm thanh, video, văn bản… Hình minh họa trình giấu tin Quá trình giấu tin chia thành hai khối có cấu trúc giống nhau: q trình nhúng trình giải mã Quá trình nhúng nhận vào đối tượng chứa, liệu cần nhúng, sau thực nhúng thông tin, kết cho đối tượng mang chuỗi bít khóa bí mật, đối tượng mang khóa bí mật * Tác giả liên hệ: Email: quytd@dlu.edu.vn TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT [CHUYÊN SAN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN] 198 chuyển cho người nhận Quá trình giải mã sử dụng đối tượng mang, quy tắc khóa bí mật liệu giấu Hình Quá trình nhúng giải mã thông tin BIỂU DIỄN LƯỚI TAM GIÁC Trong thập niên gần đây, kỹ thuật mơ hình hóa đối tượng khơng gian ba chiều (3D) phát triển mạnh có ứng dụng nhiều lĩnh vực đồ họa, mơ phỏng, thiết kế Có nhiều phương pháp biểu diễn đối tượng 3D khối cầu, hình chóp, hình lập phương… Để biểu diễn đối tượng phức tạp, người ta thường dùng mơ hình đối tượng lưới Trong loại mơ hình lưới, lưới tam giác sử dụng nhiều Lưới tam giác xây dựng từ nhiều mặt tam giác, tam giác biểu diễn tọa độ đỉnh màu sắc có Định nghĩa cho thấy cách biểu diễn lưới tam giác Định nghĩa Cho tập đỉnh V = [V1, V2 … Vn], với đỉnh ba giá trị tọa độ x, y, z không gian, n tổng số đỉnh Một biểu diễn lưới tam giác không gian ba chiều tập cấu trúc lưu trữ thông tin kết nối đỉnh: I = {I1; I2;… ;Ik} Với ≤ k ≤ n Ii (với 1≤ i ≤ k) số (u, v, t) với ≤ u < v < t ≤ n Ví dụ 1: Cho tập V = [V1, V2, V3, V4] - Hình chóp C biểu diễn dạng lưới (Hình 2a): IC = {(1,2,3);(1,2,4);(1,3,4);(2,3,4)} - Hình 2b biểu diễn lưới tam giác IM = {(1,3,4);(2,3,4)} (1) 199 TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT [CHUYÊN SAN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN] (a) (b) Hình Mơ hình biểu diễn lưới Các nghiên cứu [3] cho thấy môi trường giấu tin tốt, đảm bảo lượng thông tin giấu nhiều vơ hình với người gửi lẫn người nhận Phương pháp giấu tin mật lưới 3D nghiên cứu tác giả [3, 4, 5] Trong [4], tác giả đưa phương pháp giấu tin mật dựa việc biểu diễn tam giác thành hai trạng thái 1, giấu tin cách dịch chuyển đỉnh Phương pháp [4] giấu bít tam giác Các tác giả [5] mở rộng phương pháp [4] phương pháp nhúng đa cấp (multilevel embedding) tam giác giấu số lượng bit gần gấp ba lần Bài báo trình bày đề xuất kỹ thuật giấu tin mật đối tượng lưới tam giác khép kín lưới tam giác 3D đưa [4] Ý tưởng [4] thực nhúng bít dựa dịch chuyển tọa độ đỉnh lưới 3D Không kỹ thuật [4], đề xuất coi chuỗi bít khóa dùng để duyệt qua tam giác quy tắc cho trước, chuỗi bít khóa khơng cần gửi qua cho người nhận chuỗi bít dịch chuyển Kỹ thuật nhúng bít tam giác tiếp tục nhúng bít tam giác nhúng trước KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG LƯỚI 3D Kỹ thuật giấu tin đề xuất [4], gọi phương pháp MEP, kỹ thuật giấu tin tam giác, thực phần 3.1 3.2 3.1 Xây dựng danh sách tam giác Từ đối tượng lưới tam giác 3D, chọn tam giác ban đầu cạnh ban đầu tam giác Trong tam giác, định nghĩa cạnh vào cạnh dùng để vào tam giác hai cạnh kết thúc để tới định tam giác (Hình 3a) Giả TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT [CHUYÊN SAN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN] 200 sử từ tam giác ban đầu ABC với AB cạnh vào, AC BC hai cạnh tam giác, tam giác tìm theo theo quy tắc bit khóa sau: Nếu giá trị bít khóa “1”, tam giác tam giác kề cạnh BC Ngược lại, giá trị bít “0” tam giác kề cạnh AC Hình Phương pháp xác định tam giác dựa ký tự nhị phân Như cạnh kết thúc tam giác cạnh vào tam giác Hình 3b cho thấy danh sách tam giác duyệt tương ứng với chuỗi bit khóa phát sinh Độ dài chuỗi bít khóa độ dài danh sách tam giác dùng để lưu bít Giả sử cần giấu M bít, đỉnh giấu bít, số bít khóa nk = M/3 3.2 Giấu tin tam giác Xét tam giác ABC, ký hiệu P(C)|AB hình chiếu đỉnh C lên cạnh AB Khoảng cách AB chia thành hai tập M0 M1 biểu diễn bít luân phiên “0”, “1” (M0 tập biểu thị cho bít “0”, M1 biểu thị cho bít “1) (Hình 4) A 1 1 M0 M1 M0 M1 M0 M1 M0 M1 B m=8 Hình Minh họa chia |AB| thành hai tập M0 M1 với m = Để nhúng bít thứ i (i = 1) vào đỉnh C, xét hai trường hợp: Nếu P(C)|AB = Mi: Không cần thực thay đổi Nếu P(C)|AB ≠ Mi: Đỉnh C dịch chuyển qua C’ cho P(C’)|AB = Mi TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT [CHUN SAN CƠNG NGHỆ THƠNG TIN] 201 Q trình minh họa Hình Hình Quá trình dịch chuyển đỉnh C thành C’ Đỉnh C’ lấy đối xứng với đỉnh C qua trục đối xứng biên miền giá trị M0 M1 nằm gần Giá trị gọi khoảng phân đoạn, tính bằng: | AB | / m với m tổng số tập Mi (i = 1) Tọa độ vị trí C’ tính (1) xC' =xC +a λ a +b +c , yC' =yC +b λ a +b2 +c2 , zC' =zC +c λ a +b2 +c2 (2) Trong a, b, c tọa độ vector phương AB, giá trị khoảng phân đoạn Giá trị phải đủ lớn để làm thay đổi trạng thái tam giác từ “0” qua “1” từ “1” qua “0” phải đủ nhỏ để sau dịch chuyển không làm biến đổi nhiều hình dạng ban đầu 3.3 Kỹ thuật giải mã thơng tin Kỹ thuật giải mã thông tin thực duyệt danh sách tam giác giấu tin biết chuỗi bit khóa bí mật Tuy nhiên bước giải mã thực thao tác ngược lại so với kỹ thuật giấu tin 3.4 Nhận xét Phương pháp [4] (thậm chí [5]) gặp phải vấn đề sau: Vấn đề 01: Khi duyệt qua đỉnh dựa chuỗi khóa, gặp trường hợp tới tam giác có tam giác kề bit khóa khơng thuộc tam giác TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT [CHUN SAN CƠNG NGHỆ THƠNG TIN] 202 (Hình 6a) khơng có tam giác kề (Hình 6b) khơng thể phát sinh bit khóa tiếp theo, lúc chương trình bị ngưng khơng giấu thơng tin (a) (b) Hình Minh họa trình duyệt tam giác phát sinh bit khóa Vấn đề 02: Việc chuyển thơng tin cho người nhận, ngồi đối tượng mang, phải kèm theo chuỗi bit khóa, điều gây khó khăn trình bảo mật 3.5 Hướng đề xuất Sử dụng lưới tam giác khép kín để giấu thơng tin, với vấn đề 01 lưới tam giác kín ln có ba tam giác kề tam giác cho trước, việc duyệt tam giác giấu tin diễn thuận tiện mà khơng bị ngưng Trong vấn đề 02, sử dụng quy tắc khóa bí mật cho trước, thống chương trình giấu tin giải mã, khóa phát sinh theo quy tắc Vấn đề đặt làm xác định lưới kín, lưới khơng kín để giấu thông tin, mục đưa hướng giải dựa định nghĩa lưới kín định lý dùng để xác định lưới kín LƯỚI 3D KHÉP KÍN Lưới 3D khép kín thực chất mơ hình lưới 3D khơng có lỗ thủng bề mặt Về mặt biểu diễn lưới kín phải biểu diễn thông số tất đỉnh Định nghĩa Cho tập đỉnh V, lưới tam giác 3D khép kín tập cấu trúc lưu trữ thông tin kết nối đỉnh cho với tam giác ta ln tìm tam giác kề tương ứng với cạnh tam giác TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT [CHUN SAN CƠNG NGHỆ THƠNG TIN] 203 Ví dụ 2: Trong Ví dụ hình chóp IC = {(1,2,3);(1,2,4);(1,3,4);(2,3,4)} lưới khép kín dựa vào cấu trúc lưu trữ cho thấy tam giác ln có tam giác kề với cạnh Định lý: Cho tập V biểu diễn lưới I Với cặp (u,v) Ii với ≤ i ≤ k (k số mặt tam giác lưới), ln tìm số tự nhiên t ≠ u,v cho (u,v,t) I\{Ii} cấu trúc lưu trữ lưới khép kín Chứng minh: Nếu có cặp (u,v) khơng tìm t để tạo thành (u,v,t) I , lúc u,v số đỉnh tương ứng Vu, Vv Như không tồn đỉnh Vt để tạo thành tam giác VuVvVt Như cạnh VuVv khơng có tam giác liền kề với nó, theo định nghĩa 2.2 lưới (V,I) khơng lưới khép kín Từ định lý trên, ta có thuật tốn kiểm tra lưới kín sau Input: Lưới tam giác (V,I) Output: Lưới kín hay khơng Thuật tốn 1: Bước 1: khởi tạo i =1; Bước 2: Với Ii, lấy (u,v) Ii Nếu t (1 ≤ t ≤ n; t ≠ u, t ≠ v) cho (u,v,t) = Ij i ≠ j lưới khép kín Ngược lại: Lưới khơng khép kín Ứng dụng: Các lưới 3D khép kín biểu diễn tam giác liền nhau, duyệt tam giác để xác định tam giác giấu tin ta duyệt liên tục mà không bị ngừng lại GIẤU TIN TRÊN LƯỚI 3D KHÉP KÍN Dựa định nghĩa định lý mục 4, áp dụng phương pháp giấu tin lưới 3D khép kín với bước sau: TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT [CHUYÊN SAN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN] 204 Bước 1: Kiểm tra lưới kín hay hở Thuật tốn Bước 2: Nếu lưới kín giấu tin theo phương pháp [4] trình bày mục Bước giải mã thơng tin: thực ngược lại bước giấu tin với quy tắc khóa cho trước Mơ hình giấu tin giải mã thơng tin thực Hình Lúc chuỗi bit khóa bí mật thống chương trình gửi nhận Kỹ thuật đòi hỏi thêm bước kiểm tra lưới 3D kín hay hở, kín thực giấu tin, lưới hở bỏ qua Hình Minh họa trình giấu giải mã lưới kín KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Chương trình thực nghiệm thực mơ hình VRML, sử dụng giá trị m = 100 Quy tắc chuỗi bít khóa sử dụng chuỗi bít luân phiên Hình Hình cho thấy có biến đổi với trường hợp giấu nhiều bít số lượng tam giác Kết rút trích giống ban đầu mơ hình có biến đổi, mặt tổng thể, mơ hình giữ nguyên ban đầu Hình Mức độ biến đổi mơ hình với 32 tam giác, giấu 128 bít tin TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT [CHUYÊN SAN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN] 205 (a) Mơ hình nhúng cone.vrl (b) Đối tượng mang s_cone.vrl (c) Vị trí bị dịch chuyển (e)Đối tượng nhúng (d) Mơ hình Elephant (f)Đối tượng mang bị thay đổi Hình Thử nghiệm nhúng số mơ hình Kết thực nghiệm cho thấy tỉ lệ rút trích đạt kết tốt, nhiên việc giấu nhiều thông tin mơ hình làm mơ hình bị biến đổi nhiều Chính mà kỹ thuật đạt kết tốt với lượng bít giấu số tam giác Nếu tam giác giấu ba bít, cơng thức tính số bít giấu hiệu nbit = 3k với k số tam giác giấu KẾT LUẬN Bài báo đề xuất phương pháp xác định lưới 3D khép kín, từ áp dụng phương pháp giấu tin dựa cấu trúc lưới Kỹ thuật giấu tin môi trường lưới tam giác khép kín đảm bảo tính chất giống giấu tin môi trường khác Kết báo ứng dụng lĩnh vực bảo vệ quyền, chuyển tin mật, xác lập thông tin… TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] W.Bender, D.Gruhl, N.Morimoto and A.Lu, Techniques for data hidding, IBM Systems Journal, Vol 35, Nos 3&4, (1996) [2] Min Wu, Multimedia Data Hiding, Princeton University, USA,( 2001) TẠP CHÍ KHOA HỌC ĐẠI HỌC ĐÀ LẠT [CHUYÊN SAN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN] 206 [3] Jingliang Peng, Chang-Su Kim and C.-C Jay Kuo, Technologies for 3D mesh compression: A survey, Journal of Visual Communication and Image Representation, Volume 16, Issue 6, December 2005, Pages 688-733, (2005) [4] Franỗois Cayre and Benoợt Macq, Data Hiding on 3-D Triangle Meshes, IEEE Transaction on signal processing, (2003) [5] Yu-Ming Cheng, Chung-Ming Wang, A high-capacity steganographic approach for 3D polygonalmeshes, Visual Comput, (2006) [6] Min-Wen Chao, Chao-hung Lin, Cheng-Wei Yu, and Tong-Yee Lee, A High Capacity 3D Steganography Algorithm, IEEE Transactions on Visualizations and Computer Graphics, (2009) STEGANOGRAPHY TECHNIQUE ON CLOSED 3D TRIANGULAR MESHES Thai Duy Quya* a The Faculty of Information Technology, Dalat University, Lamdong, Vietnam * Corresponding author: quytd@dlu.edu.vn Article history Received: January 04th, 2016 Received in revised form: March 03rd, 2016 Accepted: March 16th, 2016 Abstract This paper proposes a structure presentation of 3D mesh and closed mesh, which can apply for hidden messages Based on shifting value coordinates of vertices, the technique allows information hidden on the triangular 3D mesh model This above process is controled by rule secret key The article also mentions a reverse to decode data from stego Keywords: 3D Modelling; Data hiding; Steganography; VRML ... giải dựa định nghĩa lưới kín định lý dùng để xác định lưới kín LƯỚI 3D KHÉP KÍN Lưới 3D khép kín thực chất mơ hình lưới 3D khơng có lỗ thủng bề mặt Về mặt biểu diễn lưới kín phải biểu diễn thông... số tam giác giấu KẾT LUẬN Bài báo đề xuất phương pháp xác định lưới 3D khép kín, từ áp dụng phương pháp giấu tin dựa cấu trúc lưới Kỹ thuật giấu tin mơi trường lưới tam giác khép kín đảm bảo... bảo mật 3.5 Hướng đề xuất Sử dụng lưới tam giác khép kín để giấu thơng tin, với vấn đề 01 lưới tam giác kín ln có ba tam giác kề tam giác cho trước, việc duyệt tam giác giấu tin diễn thuận tiện