Đồ án trình bày tổng quan về giấu tin, một số phương pháp giấu tin, giới thiệu một phương pháp giấu tin mới vào trong ảnh xám dựa trên tiếp cận của lý thuyết module. Xây dựng ứng dụng giấu tin kết hợp mã hóa, thiết kế và cài đặt giao thức xác thực người dùng trên môi trường mạng sử dụng phương pháp giấu tin để làm tăng độ an toàn cho người dùng tham gia vào một hệ thống cần có sự xác minh người sử dụng, hoặc có các giao dịch yêu cầu độ an toàn cao có khả năng phát hiện và chống lại được sự giả mạo.
BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sinh viên thực hiện: NHỮ BẢO VŨ Chuyên ngành: Toán – Tin ứng dụng Lớp: Toán Tin – K52 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS PHAN TRUNG HUY Nhận xét giáo viên hướng dẫn: Giáo viên hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực MỤC LỤC DANH MỤC VIẾT TẮT LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG TỔNG QUAN GIẤU TIN VÀ CƠ SỞ TOÁN HỌC 10 1.1 Bài tốn giấu tin vai trị 10 1.1.1 Bài toán giấu tin 10 1.1.2 Phân loại kỹ thuật giấu tin 13 1.1.3 Mơ hình giấu tin 15 1.1.4 Các ứng dụng kỹ thuật giấu tin 16 1.2 Giấu tin ảnh đặc trưng 18 1.2.1 Giấu tin ảnh 18 1.2.2 Các đặc trưng 19 1.3 Cơ sở toán học 22 1.3.1 Lý thuyết đồng dư modulo 22 1.3.2 Lý thuyết module 24 CHƯƠNG GIẤU TIN TRÊN ẢNH NHỊ PHÂN 30 2.1 Giới thiệu giấu tin ảnh nhị phân 30 2.2 Giấu tin theo khối bit đơn giản 30 2.3 Thuật toán giấu tin Wu-Lee 31 2.4 Thuật toán giấu tin Chen-Pan-Tseng 32 2.5 Thuật toán giấu tin CPTE 35 CHƯƠNG GIẤU TIN TRÊN ẢNH MÀU, ẢNH XÁM 39 3.1 Phương pháp LSB .39 3.2 Phương pháp chẵn lẻ giấu tin ảnh số .40 3.3 Phương pháp định vị giai thừa giấu tin ảnh GIF 42 3.4 Thuật toán giấu tin ảnh xám 43 Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực CHƯƠNG XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG .46 4.1 Tổng quan ảnh số 46 4.2 Cài đặt thuật toán CPTE .50 4.3 Ứng dụng giấu tin mã hóa 53 4.3.1 Thiết kế chương trình giấu tin 54 4.3.2 Thiết kế mã hóa .56 4.4 Ứng dụng giấu tin xây dựng giao thức xác thực 57 4.4.1 Phát biểu toán thực tế ứng dụng mơ hình .58 4.4.2 Khái niệm giao thức .60 4.4.3 Giao thức bắt tay sử dụng phương pháp giấu tin 61 4.4.4 Phân tích độ an tồn hệ thống 66 4.5 Giới thiệu chương trình thử nghiệm 67 4.5.1 Tóm tắt kết .67 4.5.2 Chương trình giấu tin 68 4.5.3 Chương trình xác thực người dùng .72 KẾT LUẬN 79 TÀI LIỆU THAM KHẢO .80 Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực DANH MỤC VIẾT TẮT ST T Nội dung Viết tắt Least Significant Bit Uniform Resource Locator Advanced Encryption Standard Bitmap Graphics Interchange Format LSB URL AES BMP GIF Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực LỜI MỞ ĐẦU Sự phát triển nhanh chóng khoa học kỹ thuật nhiều lĩnh vực đặc biệt lĩnh vực đa phương tiện giúp cho hệ thống sản xuất, quản lý phân phối sản phẩm: hình ảnh, âm thanh, tài liệu văn bản… dễ dàng Cùng với phổ biến rộng rãi mạng internet tốc độ cao làm cho trình phân phối chúng trở nên nhanh chóng thuận tiện, đem lại thuận lợi to lớn thông qua hệ thống thương mại điện tử Trên mơi trường mở, nhanh chóng tiện nghi vậy, việc tìm kiếm, chép thơng tin trở nên dễ dàng hết Những phiên chép hoàn hảo, kỹ thuật thay thế, sửa đổi tinh vi, cộng với lưu thông phân phối mạng liệu đa phương tiện phát sinh nhiều vấn đề nhức nhối nạn ăn cắp quyền, phân phối bất hợp pháp, giả mạo, xuyên tạc, … Tình trạng vi phạm quyền số xảy hàng ngày, hàng cách liên tục Nhằm bảo vệ sản phẩm số không bị sử dụng trái phép, song song với việc kêu gọi ý thức tự giác thực thi luật quyền, công ty công nghệ lớn giới thực giải pháp kỹ thuật kiểm soát quyền số Một vấn đề đặt bảo vệ quyền sở hữu sản phẩm đa phương tiện Đứng trước tình hình vấn đề bảo mật thơng tin nhận quan tâm đặc biệt nhiều lĩnh vực Đã có nhiều phương pháp để bảo mật thông tin, phương pháp sử dụng phổ biến để bảo vệ quyền sở hữu nội dung sản phẩm đa phương tiện mã hoá Nội dung sản phẩm mã hố gửi cho người sử dụng Người sử dụng đọc thông tin nhận khoá giải Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực mã kèm Phương pháp mã hoá hiệu việc truyền thông tin không hiệu việc bảo vệ quyền sở hữu Sau sản phẩm giải mã, người dùng ngồi việc lưu trữ cịn nhân phân phối lại Giấu tin phương pháp tiếp tục nghiên cứu ứng dụng mạnh mẽ Đây phương pháp phức tạp xem cơng nghệ cốt lõi cho vấn đề bảo vệ quyền, chống nhân bất hợp pháp, chống lại truy cập trái phép, chống xuyên tạc, chống giả mạo thông tin, xác thực thông tin điều khiển truy cập ứng dụng an tồn bảo mật thơng tin Sự khác biệt chủ yếu mã hố thơng tin giấu tin phương pháp mã hố làm cho thơng tin rõ có mã hố hay khơng cịn phương pháp giấu tin người ta khó biết có thơng tin giấu bên tính chất ẩn hình (invisible) thơng tin giấu Các phương pháp mã hóa thường thu hút ý, thông tin mã hố bị phát tên tin tặc tìm cách để triệt phá Và chạy đua người bảo vệ thông tin bọn tin tặc chưa kết thúc tuyệt đối bên Trong hồn cảnh giấu tin trở thành phương pháp hữu hiệu để che giấu tin làm cho tin tặc phát Trên sở ứng dụng đa dạng, đặc tính bật giấu tin với xuất phát từ yêu cầu dự án thực tế “Xây dựng giao thức bảo vệ đề thi trắc nghiệm môi trường Wireless” mà tác giả tiếp cận lựa chọn đề tài “Ứng dụng giấu tin mã hóa xác thực” làm đồ án tốt nghiệp Đồ án trình bày tổng quan giấu tin, số phương pháp giấu tin, giới thiệu phương pháp giấu tin vào ảnh xám dựa tiếp cận Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực lý thuyết module Xây dựng ứng dụng giấu tin kết hợp mã hóa, thiết kế cài đặt giao thức xác thực người dùng môi trường mạng sử dụng phương pháp giấu tin để làm tăng độ an toàn cho người dùng tham gia vào hệ thống cần có xác minh người sử dụng, có giao dịch u cầu độ an tồn cao có khả phát chống lại giả mạo Đồ án bao gồm nội dung sau: Phần Mở đầu Sơ lược bối cảnh mạng máy tính nay, mức độ an toàn liệu Phương hướng, phạm vi nghiên cứu giải pháp tiếp cận, từ đặt nhiệm vụ đồ án Phần Nội dung chính, bao gồm có chương Chương 1: Tổng quan giấu tin sở toán học Giới thiệu tổng quan giấu tin, số khái niệm Phân loại trình bày số kỹ thuật giấu tin bản, yêu cầu toán giấu tin số ứng dụng giấu tin Đồng thời trình bày khái niệm lý thuyết đồng dư modulo lý thuyết module làm sở để trình bày thuật tốn giấu tin Chương 2: Giấu tin ảnh nhị phân Trình bày số phương pháp, kĩ thuật giấu tin ảnh nhị phân định dạng ảnh Bitmap Chương 3: Giấu tin ảnh màu, ảnh xám Trình bày số phương pháp, kĩ thuật giấu tin ảnh màu, ảnh xám định dạng ảnh Bitmap Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực Chương 4: Xây dựng chương trình ứng dụng Đề cập đến số vấn đề bảo mật an tồn thơng tin, thiết kế xây dựng giải pháp ứng dụng giấu tin vào ứng dụng mã hóa xác thực người sử dụng Phần Kết luận Phần Tài liệu tham khảo Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới thầy Phan Trung Huy, thầy tận tình hướng dẫn, bảo, giúp đỡ em hồn thành đồ án tốt nghiệp Em xin gửi lời cảm ơn tới thầy cô Viện toán ứng dụng tin học giảng dạy, cung cấp cho em kiến thức kỹ để vận dụng q trình nghiên cứu Và cuối em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình bạn bè, người bên cạnh, chia sẻ động viên em suốt thời gian thực hoàn thành đồ án Hà Nội, ngày 28 tháng 05 năm 2012 Sinh viên thực Nhữ Bảo Vũ Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực CHƯƠNG TỔNG QUAN GIẤU TIN VÀ CƠ SỞ TOÁN HỌC 1.1 Bài tốn giấu tin vai trị 1.1.1 Bài tốn giấu tin Giấu tin kỹ thuật nhúng thông tin vào nguồn đa phương tiện gọi đối tượng chứa như: tập tin ảnh, tập tin âm thanh, tập tin văn bản… mà không gây nhận biết tồn thông tin giấu Phương pháp giấu tin tiến hành theo nhiều cách khác tùy theo phương pháp mục đích Bài tốn giấu tin thơng thường gồm hai q trình: Nhúng tin (mã hóa) Trích rút tin (giải mã) Ví dụ 1: Thơng điệp cần gửi mã hóa nhúng bit thơng tin vào ảnh Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 10 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực Ds chữ ký riêng cho người dùng, trình bắt tay chấm dứt vài lời cảnh báo đưa Server A (thật) có thơng tin Ds User A Server A (giả mạo) khơng có thơng tin Ds User B User C Các trường hợp giả mạo 4.5 Giới thiệu chương trình thử nghiệm Kết bật đồ án ứng dụng phương pháp giấu tin vào mã hóa xác thực kiểm tra chống phishing 4.5.1 Tóm tắt kết Trong phần trước mục 4.3 4.4 trình bày phương pháp cách thức thực xây dựng chương trình mã hóa giao thức xác thực người dùng kết hợp sử dụng phương pháp giấu tin Trong mục báo cáo trình bày kết chương trình mã hóa giao thức xác thực cho mơ hình xác thực Viện Tốn Ứng Dụng & Tin Học 68 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực người dùng Tham số đầu vào mơ hình tệp ảnh định dạng (*.bmp, *.gif, …) tin cần giấu đoạn mã hiệu tệp liệu (*.txt, *.doc, …) 4.5.2 Chương trình giấu tin Các bước sử dụng chương trình để thực giấu file văn “thong tu van ban.txt” vào hình “lenna.bmp” thực sau: - Bước 1: Mở file ảnh cách click chọn Open Image kéo thả ảnh vào vùng hiển thị ảnh - Bước 2: Mở file liệu cần giấu cách click chọn Load Data kéo thả vào vùng hiển thị ảnh (sau ảnh chọn) - Bước 3: Nhập vào mật cần thiết - Bước 4: Lựa chọn phương pháp giấu tin menu Method - Bước 5: Click chọn Save StegoFile để thực giấu tin lưu lại ảnh kết có chứa tin mật Các bước sử dụng chương trình giấu tin để lấy lại tin mật giấu trước thực theo bước sau: - Bước 1: Mở chọn file ảnh có chứa tin mật trước cách click chọn Open Image (hoặc kéo thả ảnh vào vùng hiển thị) - Bước 2: Lựa chọn phương pháp giấu tin để giải lấy tin giấu menu Method - Bước 3: Nhập vào mật có - Bước 4: Click chọn nút TryExtract Data để thực giãi mã lấy lại tin mật từ ảnh kết Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 69 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực Một số hình ảnh chương trình Chương trình thực giấu tin tệp tin với kích thước cho phép, ví dụ file văn “thong tu van ban.txt” định dạng (*.txt) với nội dung sau: Hình 19 Tệp văn chứa thơng tin mật cần giấu Hình 20 Hình ảnh sử dụng làm mơi trường chứa tin Viện Tốn Ứng Dụng & Tin Học 70 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực Hình 21 Giao diện chương trình giấu tin Hình 22 Mở ảnh làm mơi trường chứa tin Viện Tốn Ứng Dụng & Tin Học 71 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực Hình 23 Load file liệu cần giấu Sau load file liệu cần giấu gõ mật (nếu cần) ta thực chọn chức Save StegoFile để giấu tin vào file ảnh chọn “Lenna.bmp” lưu lại Để thực lấy lại thông tin giấu ta thực chức TryExtract Data giao diện Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 72 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực 4.5.3 Chương trình xác thực người dùng Với giao thức xác thực thiết kế mục 4.4, ta tiến hành cài đặt chạy kiểm thử ứng dụng xác thực người dùng Website có cho phép người dùng đăng ký tài khoản thực đăng nhập vào hệ thống Qua hai yêu cầu đơn giản đó, đồ án thực hai chức chạy thành công Localhost, đề số kịch xảy trình đăng nhập trường hợp người dùng bị chương trình SVCore SVCore tên chương trình ứng dụng cài đặt máy client thiết kế lập trình chạy máy client Trước hết pha 1, người dùng đăng ký tài khoản hệ thống cách truy nhập vào trang Register.aspx, cung cấp đầy đủ thông tin cá nhân ảnh đại diện để đăng ký vào hệ thống, đồng thời tải ứng dụng SVCore xuống sau hoàn tất việc đăng ký Tại pha 2, sau đăng ký tài khoản thành công, người dùng vào trang đăng nhập Login.aspx để thực việc đăng nhập hệ thống Nếu SVCore chưa khởi chạy giao diện hiển thị bình thường hình 26, giả sử tin tưởng trang web người dùng phải cung cấp tài khoản mật cho hệ thống Nếu SVCore khởi chạy, truy nhập vào trang đăng nhập người dùng nhìn thấy giao diện với ảnh đại diện cá nhân hình 27, nhập mật để hồn tất việc đăng nhập Viện Tốn Ứng Dụng & Tin Học 73 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực Hình 24 Đăng ký tài khoản vào hệ thống Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 74 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực Hình 25 Đăng ký tài khoản thành cơng Viện Tốn Ứng Dụng & Tin Học 75 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực Hình 26 Vào trang đăng nhập SVCore chưa khởi chạy Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 76 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực Hình 27 Vào trang đăng nhập sau SVCore khởi chạy Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 77 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực Hình 28 Đăng nhập thành cơng vào hệ thống Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 78 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực Hình 29 Giao diện chương trình SVCore Hình 30 Bộ Log kết nối đến SVCore Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 79 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực KẾT LUẬN Trên toàn nội dung đồ án, kết đạt được: - Trình bày tổng quan khái niệm giấu tin, số phương pháp kỹ thuật giấu tin điển hình, cho thấy tầm quan trọng giấu tin - Giới thiệu phương pháp giấu tin ảnh xám dựa tiếp cận lý thuyết module trình bày mục 3.5 - Xây dựng chương trình mã hóa sử dụng giấu tin - Thiết kế cài đặt giao thức xác thực người dùng chống lừa đảo (giả mạo) Hạn chế: - Do thời gian thực đồ án hạn hẹp nên chưa có điều kiện tiếp cận hệ thống thật, đề tài cài đặt giao thức xác thực người dùng localhost, chưa triển khai mạng internet Hướng phát triển: Kết đồ án tiếp tục phát triển tích hợp vào hệ thống thật “Xây dựng giao thức bảo vệ đề thi trắc nghiệm môi trường Wireless” Mặc dù cố gắng nỗ lực nhiều thời gian thực đồ án khó tránh khỏi nhiều sai sót mong thầy bạn bổ sung góp ý thêm Viện Tốn Ứng Dụng & Tin Học 80 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực TÀI LIỆU THAM KHẢO Tài liệu tham khảo tiếng việt [1] Hồng Xn Sính, Đại số đại cương, NXB Giáo Dục, 2006 [2] Dương Quốc Việt, Cơ sở lí thuyết module, NXB ĐH Sư phạm, 2008 [3] Nguyễn Tiến Quang, Nguyễn Duy Thuận, Cơ sở lí thuyết module vành, NXB Giáo Dục, 2001 [4] Nguyễn Văn Tảo, Một thuật toán giấu tin áp dụng giấu tin mật ảnh, Tạp chí Khoa học & Công nghệ - Số 4(44) Tập 2, 2007 [5] Ngô Thái Hà, Nghiên cứu kỹ thuật bảo vệ quyền sản phẩm đồ họa vectơ, Luận văn thạc sĩ, ĐH Thái Nguyên, 2009 [6] Nguyễn Thị Minh Ngọc, Nghiên cứu phương pháp giấu tin ảnh số xây dựng mơ hình thử nghiệm giấu tin bảo vệ logo doanh nghiệp, Luận văn thạc sĩ, HV Cơng Nghệ Bưu Chính Viễn Thơng, 2011 Tài liệu tham khảo tiếng anh [7] M.Y.Wu, J.H.Lee, Anovel data embedding method for two-color fascimile images, In Proceedings of international symposium on multimedia information processing Chung-Li, Taiwan, R.O.C, 1998 [8] Yu Yan Chen, Hsiang Kuang Pan and Yu Chee Tseng, A Secure Data Hiding Scheme for Two color Images, IEEE Symp.on Computer and Communication, 2000 [9] Yu Chee Tseng and Hsiang Kuang Pan, Secure and Invisible Data Hiding in 2-Color Images, INFOCOM 2001, 887 – 896 Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 81 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực [10] Phan Trung Huy, Vu Phuong Bac, Nguyen Manh Thang, Truong Duc Manh, Vu Tien Duc, Nguyen Tuan Nam, A New CPT Extension Scheme for High Data Embedding Ratio in Binary Images, the Proceedings of the 1st KSE Inter Conf Hanoi 10/2009 61-66 IEEE.CS [11] Christian Collberg, Clark Thomborson, on the Limits of Software Watermarking, Algorithms and Applications, IEEE signal processing magazine, 1997 [12] Mohamed G Gouda, Alex X Liu, Lok M Leung, Mohamed A Alam, SPP: An Anti-phishing Single Password Protocol, Computer Networks, Volume 51, Number 13, pp 3715-3726, 2007 Các liên kết tham khảo [13] Wikipedia, the free encyclopedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Phishing [14] Anti-Phishing Working Group (APWG), Consumer Advice on Phishing, http://www.antiphishing.org/index.html [15] Technical Info, The Phishing Guide, http://www.technicalinfo.net/papers/Phishing.html [16] Colour metric, http://www.compuphase.com/cmetric.htm [17] Bobpowell, http://www.bobpowell.net/lockingbits.htm [18] Forensics Wiki, http://www.forensicswiki.org/wiki/GIF Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 82 Nhữ Bảo Vũ ... Toán Ứng Dụng & Tin Học 29 Ni ; i I ; i n Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 30 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực CHƯƠNG GIẤU... hàm C Viện Tốn Ứng Dụng & Tin Học 42 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực Qua sơ đồ cặp hàm Next C xem sơ đồ hàm khóa bí mật sơ đồ giấu tin b) Sơ đồ giải mã lấy tin mật Với ảnh... toàn sử dụng phương pháp phát thủy vân giấu mà không cần thông tin gốc Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 16 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực Giấu tin mật: Các thông tin giấu trường