Nghiên cứu ứng dụng các hệ mật mã hạng nhẹ trong bảo mật dữ liệu video thời gian thực tt

HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG - NGUYỄN HOÀNG TIẾN NGHIÊN CỨU ỨNG DỤNG CÁC HỆ MẬT MÃ HẠNG NHẸ TRONG BẢO MẬT DỮ LIỆU VIDEO THỜI GIAN THỰC Chun ngành: HỆ THỐNG THƠNG TIN Mã số: 8.48.01.04 TĨM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ ( Theo định hướng ứng dụng) HÀ NỘI – 2019 Luận văn hoàn thành tại: HỌC VIỆN CƠNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THƠNG Người hướng dẫn khoa học: GS.TS Nguyễn Bình Phản biện 1: …………………………………………………………… Phản biện 2: …………………………………………………………… Luận văn bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng Vào lúc: ngày tháng năm Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Thư viện Học viện Cơng nghệ Bưu Viễn thơng MỞ ĐẦU Ngày với phát triển nhanh công nghệ thông tin mạng Internet, việc sử dụng dịch vụ từ liệu video thời gian thực ngày trở lên phổ biến, cho phép xem hình ảnh có âm từ xa qua Internet theo thời gian gần thực Dữ liệu thời gian thực tồn dùng nhiều ứng dụng sống, thấy kênh truyền hình trực tiếp, kênh livestream, thoại video, đặc biệt nhiều từ thiết bị IoT camera giám sát qua mạng (IP camera)… Hiện có số loại mật mã áp dụng vào bảo mật liệu video thời gian thực, nhiên đạt hiệu thiết bị có tài nguyên đủ lớn Với thiết bị có tài ngun hạn chế thuật tốn mật mã thông thường lớn, chậm tốn lượng Vấn đề đặt phải đề xuất hệ mật mã có khả mã hóa video thời gian thực hệ thống có tài nguyên hạn chế Trong bối cảnh đó, đề tài “ Nghiên cứu ứng dụng hệ mật mã hạng nhẹ bảo mật liệu video thời gian thực” vấn đề nóng thu hút quan tâm cộng đồng cơng nghệ ngồi nước Hiện nay, theo báo cáo khảo sát phương thức mã hóa video thời gian thực [1] [2] [3] Về bản, có loại mã hóa video: - Trước tạo luồng video (mã hóa dựa "pixel") - Trong tạo luồng video (chuyển đổi dựa kết hợp mã hóa (coding) mật mã (encryption)) - Sau tạo luồng video (mã hóa cấp độ bit) Trong tất phương pháp này, mã hóa sau tạo luồng video cung cấp bảo mật cao không ảnh hưởng đến hiệu nén chất lượng video Tuy nhiên, tốc độ mã hóa thấp tỷ lệ nén sau tạo luồng video cao Để sử dụng tốt phương thức cần có phương pháp hợp lý để thỏa hiệp tốc độ mã hóa độ an toàn Theo khảo sát phương thức mã hóa video truyền qua mạng [1] Do kích thước khổng lồ video kỹ thuật số nói chung chúng truyền qua nén định dạng MPEG 1/2/4 [4], H.263 / H.264 / AVC [5] [6] Các phương pháp mã hóa khác đề xuất: Mã hóa hồn tồn, mã hóa dựa hốn vị, mã hóa chọn lọc, mã hóa cảm tính.Trong phương pháp này, mã hóa chọn lọc cho có tốc độ độ an toàn mức cân 2 Để tăng cao tốc độ mã hóa phù hợp thiết bị có tài nguyên hạn chế, hệ mật mã hạng nhẹ sử dụng để thay cho hệ mã hóa thơng thường (DES ) Đặc biệt có thuật tốn E-RISKE mật hệ mật mã hạng nhẹ công bố vào năm 2017 [7] Tuy nhiên, chưa có đề xuất cụ thể ứng dụng mật mã bảo mật liệu video thời gian thực thiết bị có tài nguyên hạn chế vấn đề nghiên cứu đề tài Với cách đặt vấn đề trên, mục đích nghiên cứu luận văn ứng dụng hệ mật hạng nhẹ thiết bị phát liệu video thời gian thực có tài nguyên hạn chế mà trì chất lượng dịch vụ Đối tượng nghiên cứu đề tài phương pháp bảo mật video thời gian thực số hệ mật mã khối hạng nhẹ Phạm vi nghiên cứu đề tài tập trung phân tích phương pháp sử dụng mật mã chọn lọc với loại liệu video H264 Phương pháp nghiên cứu sử dụng đề tài nghiên cứu lý thuyết kết hợp với thực nghiệm, so sánh định tính định lượng phân tích, đánh giá kết Nội dung đề tài trình bày theo cấu trúc sau: - Chương 1: Tổng quan bảo mật liệu video thời gian thực - Chương 2: Nghiên cứu đề xuất ứng dụng hệ mật hạng nhẹ vào liệu video thời gian thực - Chương 3: Phân tích đánh giá thử nghiệm Kết luận khuyến nghị: Tổng hợp đánh giá kết đạt đề tài đồng thời xác định hướng nghiên cứu Kết dự kiến luận văn nghiên cứu phân tích số hệ mật mã hạng nhẹ, đề xuất phương pháp ứng dụng mã hóa chọn lọc hạng nhẹ vào liệu video thời gian thực Thử nghiệm đánh giá tốc độ độ an toàn việc ứng dụng hệ mật ERISK mã hóa liệu video thời gian thực 3 CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ BẢO MẬT DỮ LIỆU VIDEO THỜI GIAN THỰC 1.1 Q trình truyền dòng liệu video thời gian thực 1.1.1 Tổng quan video thời gian thực Video loại liệu đa phương tiện quan trọng lĩnh vực truyền thông giải trí Trong thời kì sơ khai, Video xử lý truyền dạng tín hiệu Analog Nhưng phát triển mạnh mẽ mạch điện tử máy tính thúc đẩy việc số hóa Video mở cách mạng công nghệ nén truyền Video 1.1.2 Q trình truyền dòng Truyền dòng video hay audio phải trải qua nhiều công đoạn với nhiệm vụ riêng để đến kết cuối đạt khả thể bên nhận Hình 1.1 Q trình truyền đòng video Trong đó: - Streaming Server: Là phận đóng vai trò quan trọng việc cung cấp dịch vụ trực tuyến mà cụ thể Streaming Video - Video/Audio Compression: Là phận thực công đoạn nén liệu Video/Audio - Application Layer QoS Control: Kỹ thuạt bao gồm điều khiển tắc nghẽn kiểm sốt lỗi nhằm ngăn ngừa việc làm gói liệu giảm độ trễ - Media Synchronization: Là chế đồng cho phép Video Audio phát bên phía người nhận có đồng giống Video Audio gốc - Transfer Protocols: Là giao thức thiết kế chuẩn hóa cho việc truyền liệu máy tính người dùng Streaming Server - Continous Media Distribution Service: Là dịch vụ xây dựng mạng Internet, cho phép việc phân phối Video đường truyền đạt Quality of Service (chất lượng dịch vụ) hiệu cao 1.2 Các giao thức streaming chuyên biệt Qua nhiều năm, số giao thức streaming xây dựng phát triển công ty thương mại cộng đồng Internet Về phía thương mại, cơng ty giải pháp streaming thường phát triển giao thức streaming riêng họ để dùng cho sản phẩm Ví dụ, Microsoft phát triển dịch vụ Microsoft Media Services (MMS) RealNetworks phát triển giao thức RealNetwork Data Transport (RDT) để dùng cho cá giải pháp họ Bên cạnh ,cộng đồng Internet phát triển chuẩn mở dành cho streaming media Các chuẩn bao gồm: Real Time Streaming Protocol (RTSP) định nghĩa chuẩn RFC 2326, RealTime Transport Protocol (RTP) RTP Control Protocol (RTCP) trở thành chuẩn từ năm 2004 [8] 1.3 Chuẩn nén video H264 1.3.1 Tổng quan Trong q trình truyền dòng video, việc nén video cần thiết liệu video lớn chuẩn nén video sinh ngày phát triển Chuẩn H.264 với tên gọi đầy đủ MPEG-4 Part 10 AVC (Advance Video Coding – Mã hóa video cấp cao) thường viết tắt MPEG-4 AVC/H.264 định dạng nén nâng cao hiệu nén hình cao định dạng nén thông thường MPEG-4 MPEG-2  Có thể thấy H264 sử dụng nhiều ứng dụng phát liệu video thời gian thực chuẩn nén phổ biến lý đề tài chọn H264 làm đối tượng để phân tích 5 1.3.2 Cơ chế hoạt động H.264 phân biệt lớp mã hóa video (Video Coding layer VCL) lớp mạng trừu tượng (Network Abstraction Layer – NAL) Đầu q trình mã hóa liệu lớp mã hóa video VCL (chuỗi bit biểu diễn liệu video mã hóa) ánh xạ vào đơn vị lớp mạng trừu tượng- NAL trước truyền dẫn hay lưu trữ NAL cho phép tùy biến đơn giản hiệu việc sử dụng VCL cho nhiều loại hệ thống khác Một số khái niệm a) Slice Một ảnh video chia thành hay nhiều slice Mỗi slice bao gồm số nguyên khối macro Chuẩn mã hố H.264 có loại slice mã hóa ảnh mã hóa bao gồm nhiều loại slice khác b) Macroblock Mỗi Slice bao gồm hay nhiều Macroblock Một khối macro bao gồm liệu mã hóa ứng với vùng 16x16 mẫu khung video bao gồm thành phần cú pháp theo bảng Khối macro đánh số theo thứ tự quét khung c) Ảnh tham chiếu(Reference Picture) Bộ mã hóa H.264 sử dụng hai nhiều ảnh mã hóa trước để làm tham chiếu cho dự đoán bù chuyển động cho mã hóa ngồi khối macro phân tách khối macro d) Profile H.264 định nghĩa profile profile hỗ trợ tập cụ thể hàm mã hóa đươc u cầu mã hóa/giải mã phù hợp với profile 1.4 Giải pháp bảo mật liệu video thời gian thực phương pháp mật mã học 1.4.1 Mật mã khóa cơng khai Đối với hệ mật khóa cơng khai, lượng tài nguyên cần thiết cho primitives khóa cơng khai lớn nhiều so với hệ mật khóa đối xứng Việc thiết kế thuật toán mật mã khóa cơng khai thuộc hạng nhẹ khó so với việc thiết kế thuật toán mật mã đối xứng hạng nhẹ Chính mà có hệ mật mã khóa cơng khai coi hạng nhẹ 6 1.4.2 Mật mã khóa bí mật 1.4.2.1 Mã hóa dòng Mật mã dòng (stream cipher) kiểu hệ thống mật mã đối xứng có tính chất thay Mật mã dòng dựa ý tưởng mật mã lần (OTP - One Time Pad) hay gọi mật mã Vernam 1.4.2.2 Mã hóa khối Mã mã khối (block cipher) hệ mật mã dựa phép toán khối, Khối chuỗi bit có kích thước cố định, thơng thường 64,128 256 bit Vì đầu vào rõ có độ dài khơng bội số khối, cần phải thực thao tác đệm (padding) cho số bit đầu vào phải bội số khối Về mặt tốc độ, thông thường block cipher chậm so với stream cipher, làm việc tốt với khối liệu biết trước kích thước 1.4.3 Phân tích lựa chọn phương pháp mã hóa phù hợp Từ phân tích thấy phương pháp sử dụng để mã hóa liệu đa phương tiện mã hóa dòng mã hóa khối Mã hóa dòng có tốc độ cao phù hợp cho ứng dụng có khả thay đổi quản lý khóa dễ dàng Mã hóa khối an tồn phù hợp với thiết bị khó thay đổi khóa Trong phương pháp phương pháp có ưu nhược điểm riêng phù hợp với yêu cầu cụ thể Phạm vi luận văn tập trung vào phân tích áp dụng phương pháp mã hóa khối 7 CHƯƠNG - NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT ỨNG DỤNG CÁC HỆ MẬT HẠNG NHẸ VÀO DỮ LIỆU VIDEO THỜI GIAN THỰC 2.1 Một số hệ mật mã khối hạng nhẹ phổ biến 2.1.1 Phân loại hệ mật mã khối hạng nhẹ Ngày có loại mật mã khối bản: Mạng lưới phép thay (SPNs), mạng Feistel, Add-Rotate-XOR (ARX), dựa NLFSR kiểu lai 2.1.2 Hệ mật AES AES(viết tắt từ tiếng anh: Advanced Encryption Standard, hay Tiêu chuẩn mã hóa nâng cao) thuật tốn mã hóa khối phủ Hoa Kỳ áp dụng làm tiêu chuẩn mã hóa AES coi mốc mật mã truyền thống đó, khơng thể bỏ qua bối cảnh LWC [9] Các bước xử lý - Q trình mở rộng khóa sử dụng thủ tục sinh khóa Rijndael - Q trình mã hóa 2.1.3 Hệ mật E-RISKE E-RISKE (Extended Random Invertible Secret-Key Encryption) biến thể mở rộng hệ mật RISKE sử dụng phần tử khả nghịch khả nghịch mở rộng vành R2C làm khóa E-RISKE giới thiệu tài liệu luận án tiến sỹ [7] tác giả Cao Minh Thắng Lợi quan trọng E-RISKE độ phức tạp tính tốn thấp Thuật tốn mã hóa giải mã E-RISKE phép cộng phép nhân đa thức Rn 𝑂(𝑛) phép tính bit Dễ thấy n lớn so với N E-RISKE có hiệu mã hoá cao Nhược điểm E-RISKE phiên làm việc cần khóa bí mật ngẫu nhiên chia sẻ bên gửi bên nhận Vì lý này, E-RISKE cần sử dụng kết hợp với hệ mật khóa cơng khai để xây dựng hệ mật lai ghép theo mô hình KEM/DEM với rõ có kích thước lớn mã hóa ERISKE khóa bí mật ngẫu nhiên s phiên E-RISKE mã hóa hệ mật khóa cơng khai 8 2.2 Phương pháp mã hóa chọn lọc H264 Mã hóa chọn lọc (Selective Encryption- SE) kỹ thuật mã hóa nhằm tiết kiệm thời gian tính tốn cách mã hóa phần bitstream nén đạt bảo mật đầy đủ Về có phương pháp mã hóa chọn lọc video chính: - Trước nén (Mã hóa miền Pixel) - Trong nén (Kết hợp mã hóa (coding) mật mã (encryption) miền Bitstream) - Sau nén (Mã hóa bit gói tin mạng miền Transform) Trong phương pháp trên, phương pháp có đặc điểm riêng phù hợp với tốn khác 2.2.1 Mã hóa trước nén Đây phương pháp mã hóa thực trước nén Vấn đề quan trọng phương pháp việc thay đổi liệu gốc làm ảnh hưởng tốt xấu đến hiệu suất nén H.264 Ngồi ra, việc ma hóa chọn lọc liệu thơ video khơng thể che dấu tồn thông tin thị giác video Nếu muốn che dấu tồn video cần mã hóa tồn liệu video, lúc khơng mã hóa chọn lọc phương pháp khơng đề xuất 2.2.2 Mã hóa nén Đây phương pháp thực mã hóa q trình nén H264 Phương pháp có đặc điểm che dấu làm chất lượng toàn video tùy vào thành phần lựa chọn để mã hóa H264 2.2.3 Mã hóa sau nén Đối với phương pháp này, việc mã hóa thực sau nén H264 So với phương pháp trên, phương pháp cung cấp bảo mật cao hơn, không ảnh hưởng đến hiệu nén chất lượng video Tuy nhiên, việc thực phần liệu gói tin phải thực gói tin lặp lại nhiều lần dẫn đến tốc độ mã hóa thấp tỷ lệ nén sau tạo luồng video cao 9 2.3 Đề xuất phương pháp ứng dụng hệ mật hạng nhẹ để bảo mật liệu video thời gian thực 2.3.1 Đặt vấn đề Luận văn đề xuất sử dụng phương pháp ứng dụng mã hóa vào liệu video truyền dòng tương với cơng trình [10] tác giả Trong phương pháp này: - Dữ liệu video nén với định dạng H264, - Thuật tốn mã hóa sử dụng E-RISKE đề cập mục 2.1.3 ERISKE có đặc giảm nhẹ khối lượng tính tốn mã hóa tăng khối lượng tính tốn giải mã, phù hợp sử dụng với máy chủ phát liệu có tài nguyên hạn chế - Phương pháp mã hóa: Cách tiếp cận luận văn thực mã hóa chọn lọc sau nén H264 Như phân tích trọng mục 2.2, phương pháp đem lại hiệu tốt cho việc mã hóa an tồn mà khơng ảnh hướng đến hiệu nén chất lượng video Nhược điểm việc phải thực mã hóa giải mã liên tục NAL làm giảm tốc độ bit Để giảm bớt nhược điểm phương pháp mà đảm bảo an toàn liệu, lựa chọn phù hợp cho vị trí cần mã hóa quan trọng 2.3.2 Thủ tục mã hóa Ý tưởng phương pháp mã hóa byte tiêu đề NAL giữ lại byte tiêu đề Trong byte tiêu đề có chứa thơng tin quan trọng sử dụng phần giải nén liệu là: kiểu slice, số khung ảnh NAL số cờ khác Byte tiêu đề giữ lại để nhận biết cấu trúc liệu NAL Việc mã hóa lượng thơng tin làm cho định dạng H264 nhận biết kiểu liệu nén giải nén Sơ đồ mã hóa: 10 BẮT Đ ẦU File video H264 Đọc 32mb liệu f ile video H264 Phân tích thành NAL , mã hóa từ byte thứ đến byte thứ NAL Đúng Còn liệu Gửi liệu tới Client Sai Kết thúc Hình 2.1 Sơ đồ xử lý liệu máy chủ 2.3.3 Thủ tục giải mã Khi nhận gói tin từ mạng, hệ thống thực phân tích tìm kiếm NAL dựa vào byte trường tiêu đề NAL Với NAL tìm được, thực giải mã byte để thu tiêu đề đầy đủ Sau tiến hành q trình giải nén H264 hiển thị liệu Sở đồ giải mã: 11 Bắt đầu Gói tin video H264 Phân tích gói tin thành NAL Giải mã từ byte thứ đến byte thứ NAL; Hết NAL Đúng Kết thúc Sai Hiển thị ảnh lên hình Giải nén NAL thành ảnh Hình 2.2 Sơ đồ xử lý liệu máy khách 2.3.4 Phân tích hiệu phương pháp đề xuất Ưu điểm quan trọng phương pháp khối lượng tính tốn thấp, khơng phá vỡ cấu trúc file h264 mà đảm bảo che dấu toàn liệu video Việc chọn mã hóa byte tiêu đề NAL phù hợp với thuật tốn mã hóa khối kích thước header cố định không lớn giảm khối lượng tính tốn Điều làm cho tốc độ mã hóa liệu nhanh nhiều so với mã hóa tồn NAL Việc sử dụng thuật tốn mã khối làm cho việc cơng vào thuật tốn mã hóa trở nên khó khăn so với thuật tốn mã hóa dòng khơng bị khó khăn vấn đề quản lý khóa Nhược điểm: lượng liệu mã hóa ngắn, lý thuyết thử trường hợp header số NAL thay đổi mà khơng cần giải mã Tuy nhiên để thực việc tốn nhiều thời gian với xác xuất xác thấp 12 CHƯƠNG - CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM 3.1 Xây dựng kịch thử nghiệm Kịch thử nghiệm mô giả lập theo ứng dụng phát liệu thời gian thực IP camera Trong máy chủ đóng vai trò IP camera thực đọc liệu video H264 chuyển liệu thời gian thực tới trình phát liệu máy khách, máy khách nhận liệu, phân tích giải mã liệu, giải nén hiển thị Chi tiết trình mơ tả Hình 3.1 Server RTP Chương trình xem video Đọc File H264 Hiển thị video Phân tích NAL header Giải mã Mã hóa Phân tích NAL header Streaming video Streaming video Hình 3.1 Mơ hình thử nghiệm Client – Server Các kịch thử nghiệm bao gồm: - Thử nghiệm 1: Truyền liệu khơng mã hóa - Thử nghiệm 2: Truyền liệu sử dụng RC4 mã hóa tồn gói tin - Thử nghiệm 3: Truyền liệu sử dụng AES mã hóa tồn gói tin - Thử nghiệm 4: Truyền liệu sử dụng AES mã hóa chọn lọc theo phương án đề xuất - Thử nghiệm 5: Truyền liệu sử dụng E-RISKE mã hóa chọn lọc theo phương án đề xuất Điều kiện thử nghiệm: Máy chủ giả lập IP camera cần có tài nguyên hạn chế File Video H264 tất trường hợp thử nghiệm File Phương pháp đánh giá: phương pháp định lượng 13 Kết mong muống: Tính tốc độ thị liệu FPS (Frame per second) trung bình tường trường hợp chất lượng Video hiển thị 3.2 Xây dựng chương trình Xây dựng máy chủ RTSP a) Máy ảo đóng vai hệ thống phát liệu video thời gian thực - Hệ thống giả lập phần mềm VMware Workstation Pro - Hệ điều hành Ubuntu 18.01 - Ram: 1GB - IP: 192.168.1.164 - CPU: Intel Core 2.6GHz b) File 264: File video nén theo chuẩn H264 đóng vai trò liệu thời gian thực truyền tải Tên file: admiral.264 - Mã nguồn: https://github.com/fws97/RTSP/tree/master/test c) Mã nguồn mở H264Analize để phân tích cấu trúc file H264 Thông tin NAL sử dụng cho phần mã hóa sau Ngơn ngữ lập trình: C - Mã nguồn: https://github.com/txgcwm/Linux-C- Examples/tree/master/h264/h264dec d) Mã nguồn mở mã hóa RC4: sử dụng q trình mã hóa liệu thời gian thực Ngơn ngữ lập trình: C - Mã nguồn: https://www.oryx-embedded.com/doc/aes_8c.html e) Mã nguồn mở mã hóa AES: sử dụng q trình mã hóa liệu thời gian thực Ngơn ngữ lập trình: C - Mã nguồn: https://www.oryx-embedded.com/doc/aes_8c.html f) Mã nguồn mở mã hóa E_RISKE: sử dụng q trình mã hóa liệu thời gian thực Ngơn ngữ lập trình: C - Mã nguồn: Từ tác giả g) Mã nguồn mở RTSP server: sử dụng để xây dựng server phát liệu video thời gian thực Ngơn ngữ lập trình: C - Mã nguồn: https://github.com/fws97/RTSP 3.2.1 Xây dựng phần mềm nhận liệu OpenCV thư viện mã nguồn mở hàng đầu cho thị giác máy tính hầu hết thiết bị nhúng ứng dụng IPcamera, máy ảnh, phần mềm xem video… 14 OpenCV có nhiều modules module build dạng thư viện liên kết tĩnh thư viện liên kết động giúp dễ dàng sử dụng project Tính đến phiên 3.1.0 OpenCv có 57 module, module có chức riêng biệt Trong phần mềm này, module videoio OpenCv sử dụng để xây dựng chương trình nhận liệu từ máy chủ RTSP giải mã liệu nhận Mã nguồn chương trình: https://opencv.org/ 3.3 Thử nghiệm, đánh giá kết 3.3.1 Thử nghiệm - Bước 1: Khởi động máy chủ RTSP Hình 3.2 Khởi động máy chủ phát liệu - Bước 2: Khởi động chương trình máy khách Hình 3.3 Khởi động chương trình máy khách thí nghiệmThử nghiệm 1: Truyền liệu khơng mã hóa 80.5 80.12 80 79.94 79.5 Khung hình/s 79 78.68 78.5 78 79.44 79.34 79.25 78.89 78.87 78.13 77.5 77.19 77 76.5 76 75.5 Số lần thử nghiệm Hình 3.4 Biểu đồ kết thử nghiệm 10 15 3.3.1.1 Thử nghiệm 2: Truyền liệu sử dụng RC4 mã hóa tồn gói tin 80.5 80.12 80 79.94 Khung hình/s 79.5 78.68 78.5 78 79.44 79.34 79 79.25 78.89 78.87 78.13 77.5 77.19 77 76.5 76 75.5 10 Số lần thử nghiệm Hình 3.5 Biểu đồ kết thử nghiệm 3.3.1.2 Thử nghiệm 3: Truyền liệu sử dụng AES mã hóa tồn gói tin 80.5 80.12 80 79.94 Khung hình/s 79.5 79 78.68 78.5 78 79.44 79.34 79.25 78.89 78.87 78.13 77.5 77.19 77 76.5 76 75.5 Số lần thử nghiệm Hình 3.6 Biểu đồ kết thử nghiệm 10 16 3.3.1.3 Thử nghiệm 4: Truyền liệu sử dụng AES mã hóa chọn lọc theo phương án đề xuất 80.5 80.12 80 79.94 Khung hình/s 79.5 78.68 78.5 78 79.44 79.34 79 79.25 78.89 78.87 78.13 77.5 77.19 77 76.5 76 75.5 10 Số lần thử nghiệm Hình 3.7 Biểu đồ kết thử nghiệm 3.3.1.4 Thử nghiệm 5: Truyền liệu sử dụng E_RISKE mã hóa chọn lọc theo phương án đề xuất 80.5 80.12 80 79.94 Số khung hình/s 79.5 78.68 78.5 78 79.44 79.34 79 79.25 78.89 78.87 78.13 77.5 77.19 77 76.5 76 75.5 10 Số lần thử nghiệm Hình 3.8 Kết thí nghiệm 3.3.2 Đánh giá Từ kết nhận trường hợp thử ngiệm Hình 3.9 thấy tỷ lệ khung hình/s dao động khoảng 54 đến 126 tốc độ xem video cách mượt mà 17 140 126.85 Khung hình/s 120 100 76.81 75.28 78.98 80 54.16 60 40 20 Trường hợp thử nghiệm Hình 3.9 Biểu đồ tổng kết kết thí nghiệm Lý tốc độ FPS cao 50 mơi trường thí nghiệm loại bỏ yếu tố gây ảnh hưởng đến kết thí nghiệm môi trường mạng, khả đáp ứng yêu cầu nhiều người dùng, video thực tế thường đáp ứng mức độ truyền liệu 30 FPS – 60 FPS Tuy nhiên việc không ảnh hưởng đến mục đích so sánh tốc độ truyền liệu trường hợp thử nghiệm, Đánh giá kết thử nghiệm: - Trong thí nghiệm 1: Hình ảnh nhận sắc nét.Tốc độ sử dụng làm mốc để so sánh với thí nghiệm lại - Trong thí nghiệm 2: Đơi lúc có xuất số hình mờ Tốc độ cao với sử dụng thuật tốn mã hóa khối AES, - Trong thí nghiệm 3: Nhiều hình ảnh bị vỡ, nhòe Tốc độ xử lý máy chủ không đáp ứng tốc độ chuẩn hiển thị hình ảnh - Trong thí nghiệm 4: Xuất số khung hình bị mờ Lý có tốc độ chương trình phải xử lý thêm bước phân tích tiêu đề NAL trước mã hóa, khối lượng tính tốn mã hóa AES cho byte liệu thấp so với mã hóa tồn gói tin RC4 - Trong thí nghiệm 5: Chất lượng hình ảnh tốc độ xử lý khung hình/s đạt tiêu chuẩn truyền liệu thời gian thực Kết luận: Việc áp dụng phương pháp mã hóa đề xuất có tính khả thi tốc độ khung hình/s so với mã hóa dòng chứng minh [11] Về an tồn mã hóa chọn lọc che dấu toàn liệu thị giác tương tự mã hóa tồn 18 gói tin việc mã hóa che dấu cấu trúc nén liệu H264 Một số ưu điểm phương pháp mã hóa đề xuất: - Khối lượng tính tốn mã hóa chọn lọc byte liệu NAL thấp so với mã hóa tồn gói tin - Việc sử dụng mã hóa khối giúp giải vấn đề quản lý chu kỳ sống khóa sử dụng mã hóa dòng - Thuật tốn mã hóa khối E-RISKE giảm khối lượng tính tốn cho máy chủ so với thuật tốn mã hóa khối AES 19 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ Những kết luận văn Sau thời gian nghiên cứu, đề tài “Nghiên cứu nghiên cứu ứng dụng hệ mật mã hạng nhẹ bảo mật liệu Video thời gian thực” đạt kết sau đây: 1) Đã tìm hiểu vấn đề truyền dòng liệu Video thời gian thực sử dụng chuẩn nén H264; 2) Đã tìm hiểu giải pháp bảo mật liệu video thời gian thực phương pháp mật mã học; 3) Đã khảo sát loại mật mã khối hạng nhẹ phương pháp mã hóa lựa chọn định dạng video H264 từ đề xuất phương pháp áp dụng mật mã hạng nhẹ vào bảo mật liệu Video thời gian thực; 4) Đã thử nghiệm phương pháp đề xuất từ phân tích đánh giá cách sử dụng phương pháp định lượng Khuyến nghị hướng nghiên cứu Một số vấn đề mở từ kết nghiên cứu đề tài bao gồm: 1) Thử nghiệm số thuật tốn mã hóa khối tiên tiến Dtru,HpNE PRESENT để tăng tốc độ xử lý mức độ tương thích với ứng dụng thực tế 2) Nghiên cứu áp dựng phương pháp mã hóa đề xuất số chuẩn nén H263,H265 3) Nghiên cứu ứng dụng phương pháp mã hóa đề xuất mơ hình thực tế thiết bị thật 20 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] D Hood, „A comprehensive Survey of Video,“ 2012 [2] „researchgate.net,“ 2017 [Online] Available: https://www.researchgate.net [3] M Soni, „A Survey of video Encryption Methodologies,“ 2015 [4] D Mitchell, „MPEG Video Compression Standard, Chapman & Hall,“ 1996 [5] Richardson, „H264/MPEG Part10,“ 2012 [6] H 11496-10, „Advanced Video Coding,“ 2002 [7] C M Thắng, Các hệ mật dựa vánh đa thức chẵn, 2017 [8] N T Thành, Bài giảng truyền liệu đa phương tiện mạng máy tính, 2016 [9] G P v J S Marc Girault, „On the Fly Authentication and Signature Schemes Based on Groups of Unknown Order,“ 2006 [10] C M G H K F Y Papaefstathiou, „A survey of lightweight stream ciphers for embedded systems,“ 2015 [11] K I P C M George Hatzivasilis, „A Review of Lightweight Block Ciphers,“ 2017 [12] „Advanced_Encryption_Standard,“ [Online] Available: https://en.wikipedia.org/wiki/Advanced_Encryption_Standard [13] L Tang, „“Methods for Encrypting and Decrypting MPEG Video Data Efficiently,“ New York, NY,USA, 1996, pp 219-229 [14] M V D a R Benedett, „Techniques for a Selective Encryption of Uncompressed and Compressed Images,“ pp 90-97, 2002 [15] F D a T Ebrahimi, „Scrambling for privacy protection in video surveillance systems,“ 2008 [16] Z L Z R a Z W S Lian, „Selective Video Encryption Based on Advanced Video Coding,“ 2005 [17] W Z a S Lei, „Efficient Frequency Domain Selective Scrambling of Digital Video,“ 2003 [18] C.-P W a C.-C Kuo, „Design of Integrated Multimedia Compression and Encryption Systems,,“ 2005 [19] Z L Z R a H W S Lian, „Commutative Encryption and Watermarking in Video 21 Compression,“ 2007 [20] H K a S M P Carrillo, „Compression Independent Reversible Encryption for Privacy in Video Surveillance,“ 2009 [21] O Z O K A Z a B Z M Abomhara, „“Enhancing Selective Encryption for H.264/AVC Using Advanced,“ 2010 [22] K H a J V W Jiangtao, „Binary arithmetic coding with key-based interval splitting,“ 2006 [23] E M a G O M Grangetto, „Multimedia Selective Encryption by Means of Randomized Arithmetic Coding,“ 2006 [24] X Z a Y Z C Li, „“NAL Level Encryption for Scalable Video Coding,“ 2008  ... áp dụng phương pháp mã hóa khối 7 CHƯƠNG - NGHIÊN CỨU ĐỀ XUẤT ỨNG DỤNG CÁC HỆ MẬT HẠNG NHẸ VÀO DỮ LIỆU VIDEO THỜI GIAN THỰC 2.1 Một số hệ mật mã khối hạng nhẹ phổ biến 2.1.1 Phân loại hệ mật mã. .. việc ứng dụng hệ mật ERISK mã hóa liệu video thời gian thực 3 CHƯƠNG - TỔNG QUAN VỀ BẢO MẬT DỮ LIỆU VIDEO THỜI GIAN THỰC 1.1 Quá trình truyền dòng liệu video thời gian thực 1.1.1 Tổng quan video. .. cứu, đề tài Nghiên cứu nghiên cứu ứng dụng hệ mật mã hạng nhẹ bảo mật liệu Video thời gian thực đạt kết sau đây: 1) Đã tìm hiểu vấn đề truyền dòng liệu Video thời gian thực sử dụng chuẩn nén