Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật và thủy vân ảnh

Khố luận tốt nghiệp Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh LỜI CẢM ƠN Trước hết, em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới TS Hồ Văn Canh, người gợi mở hướng dẫn em vào tìm hiểu đề tài giấu tin mật thuỷ vân ảnh Người hết lòng giúp đỡ, tạo điều kiện cho em hồn thành khố luận Em xin cảm ơn thầy, cô trường Đại học Dân lập Hải Phòng dậy dỗ chúng em, giúp đỡ động viên chúng em từ ngày đầu chập chững bước chân vào cánh cổng trường Đại học Thầy cô tạo cho chúng em môi trường học tập, điều kiện thuận lợi cho chúng em học tập tốt, trang bị cho chúng em kiến thức quý báu giúp chúng em vững bước tương lai Cảm ơn bạn giúp đỡ, nghiên cứu chia sẻ suốt năm học Đại học Hà Nội, 2019 Lê Thị Hải Yến_Lớp CT901 Khố luận tốt nghiệp Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh Mục lục LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Mở đầu 1.2 Những khái niệm 1.2.1 Những quy ước 1.2.2 Những tính chất steganography watermarking 1.2.2.1 steganography 1.2.2.2 Watermarking 1.3 Một số ứng dụng xu hướng phát triển 10 CHƯƠNG 2: STEGANOGRAPHY SECURITY (MỨC ĐỘ AN TOÀN CỦA GIẤU TIN MẬT) 11 2.1 Khái quát chung 11 2.2 Dung lượng chứa thông tin ẩn(steganography capacity) 12 2.3 Các kỹ thuật giấu tin mật ảnh (image steganography ) 13 2.3.1 Nhúng tin miền không gian (Spatial Domain Embedding) 13 2.3.2 Nhúng thông tin miền biến đổi(Transform Domain Embedding) 13 CHƯƠNG 3: GIẤU TIN TRÊN ẢNH TĨNH 15 3.1 Giấu tin ảnh đặc trưng tính chất 15 3.1.1 Phương tiện chứa có giữ liệu tri giác tĩnh 15 3.1.2 Kỹ thuật giấu phụ thuộc vào ảnh 15 3.1.3 Kỹ thuật giấu tin lợi dụng tính chất hệ thống thị giác người (HSV) 15 3.1.4 Giấu thông tin ảnh tác động lên liệu ảnh khơng thay đổi kích thước ảnh 16 Lê Thị Hải Yến_Lớp CT901 Khố luận tốt nghiệp Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh 3.1.5 Đảm bảo yêu cầu chất lượng ảnh sau giấu thông tin 16 3.1.6 Thông tin ảnh bị biến đổi có biến đổi ảnh 17 3.1.7 Cần thiết ảnh gốc giải mã ảnh? 17 3.2 Giấu thông tin ảnh đen trắng, ảnh màu ảnh đa cấp xám 18 3.3 Cấu trúc ảnh BITMAP 19 3.4 Một số kỹ xử lý ảnh kỹ thuật giấu tin 22 CHƯƠNG 4: MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH ĐEN TRẮNG VÀ ẢNH MÀU 30 4.1 Một kỹ thuật giấu tin đơn giản 30 4.1.1 Ý tưởng 30 4.1.2 Thuật toán giấu tin 30 4.1.3 Phân tích thuật tốn 33 4.1.4 Cài đặt 35 4.1.5 Vấn đề áp dụng thuật toán ảnh đen trắng ảnh màu, ảnh đa cấp xám 38 4.2 Kỹ thuật giấu WU_LEE 42 4.2.2 Phân tích thuật tốn 46 4.2.3 Cài đặt 47 4.3 Kỹ thuật giấu tin CHEN_PAN_TSENG(CPT) 48 4.3.1 Một số khái niệm dùng thuật toán: 49 4.3.2 Thuật toán 50 4.3.3 Chứng minh tính đắn thuật tốn 55 4.2.4 Độ an toàn thuật toán 57 4.3.5 Phân tích đánh giá thuật toán 59 CHƯƠNG 5: THỦY VÂN SỐ TRÊN ẢNH TĨNH 60 Lê Thị Hải Yến_Lớp CT901 Khố luận tốt nghiệp Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh 5.1 Giới thiệu chung kỹ thuật thủy vân 60 5.1.1 Watermarking Steganography 60 5.1.2 Các yêu cầu hệ thủy vân ảnh 62 5.1.3 Những công hệ thủy vân 64 5.2 Những khuynh hướng tiếp cận thủy vân 66 5.2.1 Hướng tiếp cần dựa miềm không gian ảnh 66 5.2.2 Hướng tiếp cận dựa miền tần số ảnh 67 5.3 Một số kỹ thuật bổ trợ cho kỹ thuật thủy vân số ảnh tĩnh 68 5.3.1 Các phép biến đổi miền không gian ảnh sang miền tần số 69 5.3.1.1 Phép biến đổi Fourier rời rạc 69 5.3.1.2 Phép biến đổi cosin rời rạc 70 5.3.1.3 Phép biến đổi sóng lăn (Wavelet) 73 5.3.2 Kỹ thuật sinh chuỗi giả ngẫu nhiên 74 5.3.3 Các kỹ thuật trải phổ truyền thông 75 5.3.4 Các thuật toán kiểm định thủy vân 77 CHƯƠNG 6: GIỚI THIỆU MỘT SỐ KỸ THUẬT THỦY VÂN TRÊN ẢNH 78 6.1 Một số kỹ thuật thuỷ vân miền tần số 78 6.1.1 Kỹ thuật 78 6.1.1.1 Mơ tả thuật tốn 78 6.1.1.2 Quá trình Watermarking 79 6.1.1.3 Quá trình giải nhúng để lấy lại thông tin: 80 6.1.1.4 Chứng minh tính đắn thuật toán 80 6.1.1.5 Kết luận 81 KẾT LUẬN 83 TÀI LIỆU THAM KHẢO 84 Lê Thị Hải Yến_Lớp CT901 Khoá luận tốt nghiệp Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh LỜI MỞ ĐẦU Các kỹ thuật đảm bảo an tồn thơng tin cho thơng tin liên lạc số chia thành loại (Categories) Đó mật mã (Cryptography), giấu tin mật (Steganography) thủy vân số (watermarking) Mỗi loại có ứng dụng mục tiêu khác đảm bảo an toàn cho việc truyền tin mật kênh khơng an tồn Các kỹ thuật Cryptography steganography nói chung dùng để truyền thông tin nhạy cảm (confidential infomation) hai hay nhiều thực thể nhóm với Tuy nhiên chúng có khác Cryptography sử dụng phép biến đổi toán học để mã hóa thơng điệp, biến thơng điệp đọc có nghĩa thành dãy giả ngẫu nhiên, mà người ta gọi mã, để truyền mạng công cộng đến người nhận có chủ đích Đó hai người chẳng hạn Alice Bob liên lạc mật với Wendy khơng đọc nội dung thông tin Wendy rõ ràng biết Alice Bob có ý đồ “đen tối” Ngược lại, với steganography Wendy khơng thể biết Alice Bob có liên lạc truyền thông tin mật cho Để đảm bảo điều này, Alice Bob sử dụng vật trung gian số audio, video, images… Trong phạm vi nghiên cứu, ta giả thiết vật trung gian ảnh số(ảnh đen trắng, ảnh màu ảnh đa cấp xám) Người ta lợi dụng độ “dư thừa” ảnh để nhúng (embedding) bít thơng điệp mật vào đó, “dư thừa” có thay đổi chút khơng làm thay đổi đến ảnh Để đảm bảo bí mật tuyệt đối người ta mã hóa thơng điệp trước thực nhúng chúng vào ảnh Lê Thị Hải Yến_Lớp CT901 Khố luận tốt nghiệp Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh Còn thủy vân số(watermarking) nguyên lý tương tự steganography có khác mục đích ứng dụng Mục tiêu watermarking thông tin nhúng ảnh phải đảm bảo cho watermark bị dịch chuyển mà khơng phá hủy ảnh mang tin Watermaking thường ứng dụng lĩnh vực bảo vệ quyền Hiện mật mã học, steganography watermaking phát triển mạnh Trên giới có nhiều cơng trình nghiên cứu vấn đề trở thành hướng lĩnh vực An tồn thơng tin, chống giả mạo Ở nước lĩnh vực nghiên cứu năm gần kỷ 21, đươc quan tâm chủ yếu số viện nghiên cứu khoa học, số trường Đại học lớn viện công nghệ thông tin, trường Đại Học Công nghệ thuộc Đại Học Quốc Gia Hà Nội TP HCM, Đại Học Đà Nẵng Tin lĩnh vực nghiên cứu có nhiều hứa hẹn tương lai gần dần trở thành hướng lĩnh vực Bảo Đảm An tồn thơng tin có hiệu Chính vậy, em chọn đề tài : « ìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thuỷ vân ảnh » làm đồ án tốt nghiệp Do hướng an tồn thơng tin trình độ em có phần hạn chế nên kết cịn nhiều thiếu sót, em kính mong góp ý, bảo thầy (cơ) Lê Thị Hải Yến_Lớp CT901 Khố luận tốt nghiệp Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN Mở đầu Giấu tin mật khoa học liên lạc “khơng nhìn thấy được” Nó khác với khoa học mật mã chỗ: Trong khoa học mật mã người ta tìm cách biến đổi thơng điệp có ý nghĩa thành dãy giả ngẫu nhiên để liên lạc với mạng cơng cộng mà người ngồi ( người không phép chia sẻ thông tin thơng điệp đó) thu hữu dãy ngẫu nhiên khó lịng chuyển dãy thành thơng điệp ban đầu khơng có “khóa” tay Trong lúc kỹ thuật giấu tin mật(steganography) lại tìm cách ẩn giấu thơng điệp vào phương tiện số khác (như audio, video, images…) mà người ngồi khó phát hữu thông điệp phương tiện số đó, người ta có phương tiện tay Phương tiện dùng để giấu tin gọi phương tiện gốc (Cover-objects) Cịn phương tiện gốc chứa thơng tin cần giấu gọi phương tiện mang tin (Stego-Objects) Việc giấu thơng tin mật có ý nghĩa quan trọng an ninh, thơng tin có tính chất Quốc gia Hiện bọn khủng bố Quốc tế quan tình báo nước ứng dụng thành công kỹ thuật để phục vụ mục tiêu họ Một hướng phát triển kỹ thuật Thủy vân số (Watermaking) Hướng nghiên cứu phát triển nhanh, chủ yếu phục vụ cho kinh tế-xã hội (như để bảo vệ quyền…) Do mục tiêu hai kỹ thuật khác nên yêu cầu chúng khác Trong đề tài luận văn, hai kỹ thuật (steganography watermarking) tập trung nghiên cứu tìm hiểu Hiện hai Lê Thị Hải Yến_Lớp CT901 Khố luận tốt nghiệp Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh trường hợp steganography watermarking phát triển mạnh giới Tuy nhiên phạm vi đồ án tốt nghiệp, em tập trung tìm hiểu kỹ thuật giấu tin ảnh tĩnh cho hai trường hợp steganography watermarking 1.2 Những khái niệm 1.2.1 Những quy ước Ảnh mơi trường hay đơi cịn gọi ảnh gốc (cover image) ảnh (đối tượng) chứa mang thông tin nhúng Nó ảnh đen trắng, ảnh màu ảnh đa cấp xám Trong nghiên cứu ảnh môi trường ký hiệu C Nếu có nhiều ảnh mơi trường, chúng ký hiệu C1, C2… Ảnh stego (stego image) ảnh có chứa thơng tin mật Ta thường gọi ảnh có chứa thơng tin ẩn ký hiệu S Nếu có nhiều stego image ta ký hiệu S1, S2… Để tiện cho việc trình bày, ta gọi hai người liên lạc với Alice Bob cịn người thứ Wendy khơng biết hữu thông điệp ảnh mà Alice Bob trao đổi với 1.2.2 Những tính chất steganography watermarking 1.2.2.1 steganography Khả nhận biết (impercetibility) Khả chứa nhiều thơng tin (capacity) Khả khơng thể dị-tìm Khả khơng thể nhận biết được, có nghĩa với người quan sát mắt thường phát ảnh có chứa thơng tin ẩn Đây tính chất quan trọng kỹ thuật steganography Lê Thị Hải Yến_Lớp CT901 Khố luận tốt nghiệp Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh Khả chứa nhiều thơng tin tính chất quan trọng kỹ thuật steganography Tính chất capacity có nghĩa lượng thông tin cần nhúng nhiều tốt khơng vi phạm tính chất khác kỹ thuật steganography Cuối tính chất khơng thể dị tìm hiểu khả chống lại việc xác định ảnh có hay khơng có thơng tin ẩn kỹ thuật thống kê tốn học thơng thường Tính chất với tính chất “khơng thể nhận biết được” độ dài thơng điệp cần giấu đóng vai trò quan trọng cần thiết kỹ thuật steganography Ngồi ra, tốc độ giấu tính đến khơng phải tính chất cần có 1.2.2.2 Watermarking Do yêu cầu bảo vệ quyền, xác thực… nên giấu tin thủy vân có yêu cầu khác với giấu tin bí mật Yêu cầu dấu hiệu thủy vân phải đủ bền vững trước cơng vơ tình hay cố ý gỡ bỏ Thêm vào dấu hiệu thủy vân phải có ảnh hưởng tối thiểu(về mặt cảm nhận) phương tiện chứa Vậy thông tin cần giấu nhỏ tốt Trọng tâm khóa luận nghiên cứu kỹ thuật giấu tin bí mật, để có nhìn đầy đủ lĩnh vực giấu tin, phần tổng quan chúng tối giới thiệu sơ lược thủy vân, lĩnh vực nghiên cứu phát triển mạnh có nhiều ứng dụng thực tế Lê Thị Hải Yến_Lớp CT901 Khố luận tốt nghiệp Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh Phân biệt giấu thơng tin mật thủy vân mơ tả tóm lược bảng sau: Giấu thơng tin mật Mục tiêu Tàng hình phiên liên lạc để bảo mật thông tin Dùng liên lạc xác định Cách thực Không làm thay đổi phương tiện chứa Yêu cầu Giấu nhiều thông tin Thủy vân số Chủ yếu phục vụ cho mục đích bảo vệ quyền Chủ yếu dùng hoạt động xuất Có thể thay đổi nhỏ cảm nhận tới phương tiện chứa Chỉ cần nhúng liệu Dữ liệu nhúng cần phải mạnh Đảm bảo trước phương Không cần quan tâm tới độ bền pháp nén liệu phương tiện chứa Dữ liệu nhúng nhận Khơng thể quan sát việc thấy hay không nhận thấy nhúng thông tin Không kiểm tra khơng có khóa thích hợp Khơng kiểm tra khơng có khóa thích hợp 1.3 Một số ứng dụng xu hướng phát triển Che giấu thông tin nói chung có nhiều ứng dụng tùy theo hồn cảnh cụ thể Giấu thơng tin bí mật góp phần “tàng hình” phiên liên lạc, bổ sung lý tưởng cho công tác bảo mật thông tin Ngồi với hình thức dùng vỏ bọc ngụy trang che giấu thơng tin này, hacker thực việc phát tán vi rút, Trojan vào máy tính để phục vụ cho u cầu Do tính chất dễ chép sửa đổi loại liệu kỹ thuật số, kỹ thuật che giấu thơng tin cịn áp dụng việc bảo vệ quyền, chống lại chép bất hợp pháp, sửa đổi thay đổi làm sai lệch nội dung thông tin, ứng dụng quan trọng kỹ thuật giấu thơng tin thủy vân Ngồi cịn có nhiều ứng dụng khác tự động kiểm tra quyền theo mã quy định, điều khiển chép… Lê Thị Hải Yến_Lớp CT901 10 Khoá luận tốt nghiệp Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh Định nghĩa biến đổi cosin rởi rạc hai chiều: Biến đổi DCT hai chiều tổng quát biến đổi khối hai chiều M*N, khối kích thước 8x8, 16x16 sử dụng nhiều Tuy nhiên, tìm hiểu phép biến đổi DCT khối 8x8 sử dụng chuẩn nén ảnh JPG Phép biến đổi thuận DCT 8x8 định nghĩa sau: I(u,v) = (u) (v) X (k, l) cos( (2k 1)u )sos 16 k 0l (2l 1)v 16 I(u,v) gọi hệ số DCT số thực Còn biến đổi ngược IDCT định nghĩa sau: X(k,l)= (u) (v) u 0v (u) (v) I (u, v) cos( (2k 1)u )sos (2l 1)v 16 16 Ở k,l,u,v (u) u u 1 (v) v v 0 Đặc điểm phép biến đổi DCT ảnh hai chiều: -Thể đặc tính nội dung tần số thơng tin ảnh Hệ số góc số lớn đặc trưng cho giá trị trung bình, thành phần chiều gọi hệ số DC, cịn hệ số khác có giá trị nhỏ biểu diễn cho thành phần tần số cao theo hướng ngang theo hướng thẳng đứng gọi hệ số AC Lê Thị Hải Yến_Lớp CT901 71 Khoá luận tốt nghiệp Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh -Bản thân biến đổi DCT không nén liệu sinh 64 hệ số -Theo nguyên lý chung, biến đổi chi tiết điểm ảnh lớn theo hướng khối điểm ảnh, hướng ngang, hướng thẳng đứng hay theo hướng chéo, tương ứng theo hướng đó, hệ số biến đổi DCT lớn -Tóm lại, DCT làm giảm độ tương quan khơng gian thơng tin khối ảnh Điều cho phép biểu diễn thích hợp miền DCT có hệ số DCT có xu hướng có phần dư thừa Hơn nữa, hệ số DCT chứa thông tin nội dung tần số không gian thông tin khối Nhờ đặc tình tần số khơng gian hệ thống nhìn mắt người, hệ số DCT mã hóa phù hợp, hệ số DCT quan trọng mã hóa để truyền -Khối hệ số DCT chia thành miền, miền tần số thấp, chứa thông tin quan trọng ảnh hưởng đến tri giác, miền tần số miền tần số cao Các thông tin miền tần số cao thường khơng mang tính tri giác cao, nén JPEG thường loại bỏ thơng tin miền Trong thuật toán thủy vân, miền hệ số DCT tần số cao thường không sử dụng thường khơng bền vững với phép xử lý ảnh; nén ảnh JPEG Miền tần số thấp khó sử dụng thay đổi dù nhỏ miền dẫn đến chất lượng tri giác ảnh Vì vậy, miền tần số hay sử dụng nhiều cho kết tốt Trong thuật toán đề xuất sử dụng miền tần số Lê Thị Hải Yến_Lớp CT901 72 Khố luận tốt nghiệp Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh 5.3.1.3 Phép biến đổi sóng lăn (Wavelet) Đây phép biến đổi áp dụng cho ảnh số Ý tưởng DWT cho tín hiệu chiều sau: Tín hiệu chia thành hai phần, phần tần số cao phần tần số thấp Hầu hết lượng tập trung phần góc cạnh có kết cấu thuộc thành phần có tần số cao Thành phần có tần số thấp lại chia thành hai phần có tần số cao tần số thấp Với toán nén thủy vân ta cần áp dụng không lần bước phân chia Ngồi ra, từ hệ số DWT, ta tạo lại ảnh ban đầu trình DWT ngược hay IDWT Ta mơ tả tốn học DWT IDWT sau: H( hke-jkw ) k Và G( gke-jkw ) k Là lọc thông thấp lọc thông cao tương ứng, mà thỏa mãn vài điều kiện cho việc tái xây dựng ảnh ban đầu Một tín hiệu F(n) phân tích đệ quy sau: f low (k ) i n h n-2k f (n) j Và f high (k ) i g n Với j=J+1,J,…J0 n-2k j f (n) với fJ+1(k)=F(j),kZ, J+1 số mức phân giải cao J0 số mức phân giải thấp Các hệ số f jlow0 (k ) f jhigh0 (k ) f jlow01 (k ) f jhigh01 (k ) … f jhigh (k ) gọi hệ số tín hiệu F(n), với f jlow0 (k ) phần phân giải nhỏ (xấp xỉ) F(n) f jhigh (k ) Lê Thị Hải Yến_Lớp CT901 73 Khố luận tốt nghiệp Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh phần chi tiết F(n) giải tần khác Tín hiệu ban đầu F(n) xây dựng lại từ hệ số DWT cách đệ quy sau: f jlow (n) = k hn-2k f jk + k gn-2k f jhigh1 (k) Để đảm bảo quan hệ DWT IDWT H( ) G( ) phải thỏa mãn điều kiện trực giao sau: |H( )| +| G( )|2 =1 Biến đổi DWT IDWT cho mảng hai chiều MxN định nghĩa tương tự cách thực biến đổi chiều DWT IDWT cho chiều tương ứng Biến đổi sóng có nhiều lợi so với biến đổi khác, là: -Biến đổi sóng lăn mô tả đa độ phân giải ảnh Q trình giải mã xử lý từ độ phân giải thấp độ phân giải cao -Biến đổi DWT gần gũi với hệ thống thị giác người biến đổi DCT vậy, nén với tỉ lệ cao DWT mà biến đổi ảnh khó nhận thấy dùng DCT với tỉ lệ tương tự Biến đổi sóng tạo cấu trúc gọi biểu diễn tỉ lệ khơng gian (scale-space representation) Trong biểu diễn này, tín hiệu tần số cao xác định xác miền điểm ảnh (pixel), cịn tín hiệu tần số thấp xác định xác miền tần số 5.3.2 Kỹ thuật sinh chuỗi giả ngẫu nhiên Như trình bày phần trên, thủy vân ảnh, text hay chuỗi bit sinh ngẫu nhiên Kỹ thuật sinh chuỗi giả ngẫu nhiên thường sử dụng để tạo thủy vân dựa phương pháp thống kê Tại lại giả ngẫu nhiên (pseudo-random)? Vì khơng có cách để tạo chuỗi Lê Thị Hải Yến_Lớp CT901 74 Khố luận tốt nghiệp Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh ngẫu nhiên thực từ máy vi tính Một chương trình viết ra, chắn số tạo suy luận Phương pháp tốt hy vọng viết chương trình để tạo chuỗi số có nhiều thuộc tính giống số ngẫu nhiên 5.3.3 Các kỹ thuật trải phổ truyền thông Một điều kỳ diệu tư ứng dụng kỹ thuật giấu tin Chúng ta biết giấu tin kỹ thuật nhúng lượng thông tin số vào đối tượng thơng tin số khác Và người nghiên cứu liên tưởng đến kỹ thuật truyền thông có thao tác tương tự người ta áp dụng thành cơng ý tưởng Kỹ thuật trải phổ truyền thơng (spread-spectrum communication) mơ tả cách sơ lược sau: Từ máy phát A muốn truyền thông tin M kênh truyền đến máy thu B, người ta chia thông tin M thành n gói thơng tin nhỏ {s1,s2, …sn}, trước đưa lên kênh truyền dẫn gói tin nhỏ s i trải phổ mã trải phổ giả nhiễu Mã trải phổ giả nhiễu phải xác định cung cấp cho bên thu để bên thu nén phổ để lấy tin Kết việc trải phổ phổ tín hiệu trải rộng gấp hàng trăm lần so với ban đầu mật độ lượng phổ thấp xuống làm cho giống nhiễu Cơng việc có số ích lợi sau đây: -Thứ nhất, thơng tin thường có giải tần thấp dễ bị giao thoa với sóng khác -Thứ hai, đảm bảo độ an toàn truyền tin tránh bị máy thu khác khơng chủ đích thu tín hiệu Lê Thị Hải Yến_Lớp CT901 75 Khố luận tốt nghiệp Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh -Thứ ba, trải phổ có tác dụng nhiều người dùng chung giải băng tần Đến đầu thu, nhờ có mã giả nhiễu, máy thu thực việc đồng hóa Việc đồng hóa bao gồm hai giai đoạn giai đoạn bắt chuỗi bám chuỗi để tìm pha mã trải phổ giả ngẫu nhiên Sau tìm mã trải phổ giả ngẫu nhiên thực cơng việc nén phổ để thu gói thơng tin ban đầu Các gói thơng tin lại kết hợp với để thu thông điệp M Bây ta đặt tốn giấu tin góc nhìn truyền thông Các yêu cầu chung thủy vân số thuộc tính ẩn thuộc tính bến vững, hai thuộc tính có mâu thuẫn Thuộc tính ẩn có nghĩa nói đến tín hiệu thủy vân phải có lượng nhỏ để tránh tri giác bình thường thuộc tính bền vững lại nói đên tín hiệu phải đủ lớn để phát tồn thủy vân lấy từ nguồn chứa Dưới điều kiện ban đầu lý thuyết truyền thơng trải phổ (spread spectrum) cách thích hợp cho thủy vân số trải rộng tín hiệu thủy vân với biên độ thấp băng thơng đủ rộng để nắm lượng tín hiệu dành cho việc phát thủy vân Ta coi q trình truyền đối tượng nhúng thủy vân tác động cơng bên ngồi giống truyền liệu mơi trường khơng tin cậy Tiến trình nhúng thủy vân giống tiến trình mã kênh (chanel coding) Giải mã để lấy thủy vân giống tiến trình xử lý bên nhận thơng tin phiên truyền thông Nhiều kỹ thuật công cụ để nâng cao truyền thơng áp dụng để nâng cao độ bền vững thủy vân Sẽ thuận tiện ta sử dụng Lê Thị Hải Yến_Lớp CT901 76 Khố luận tốt nghiệp Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh lý thuyết truyền thông để áp dụng cho thủy vân số Mặc dù lý thuyết chủ yếu nhằm vào tính bền vững thủy vân nghĩa khơng đầy đủ Tuy nhiên, hữu ích việc thiết kế đánh giá thuật toán cho watermarking 5.3.4 Các thuật toán kiểm định thủy vân Đây kỹ thuật sử dụng sau kỹ thuật thủy vân Thủy vân nhúng sau giải mã so sánh để kiểm định, chứng thực thủy vân Có thủy vân nhìn thấy mang ý nghĩa nhận biết cơng việc trở nên đơn giản chẳng hạn thủy vân chuỗi mã ASCII mang thông tin tên tác giả, ngày tháng…thì giải mã dễ dàng nhận biết thông tin Hay thủy vân ảnh chẳng hạn giải mã ảnh tương tự ta nhìn thấy khác biệt hai ảnh Tuy nhiên, số trường hợp thủy vân chuỗi bít đấy, thủy vân chuỗi bít mang ý nghĩa thống kê nên thường sử dụng Vậy cơng việc nhận diện thủy vân không đơn giản Hoặc trường hợp thủy vân thông tin mang ý nghĩa nhận biết phải có kỹ thuật để kiểm định lượng thủy vân Kỹ thuật đơn giản tính tỉ lệ sai bít, chẳng hạn ta nhúng thủy vân có độ dài 1000 bit, giải mã thủy vân bị sai lệch bit so với ban đầu tỉ lệ sai 1/1000=10-3 Lê Thị Hải Yến_Lớp CT901 77 Khố luận tốt nghiệp Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh CHƯƠNG 6: GIỚI THIỆU MỘT SỐ KỸ THUẬT THỦY VÂN TRÊN ẢNH Ta tìm hiểu số khái niệm hệ thống thủy vân Miền ứng dụng thủy vân lớn ứng dụng có yêu cầu tính khác Nghệ thuật thủy vân số lựa chọn cơng nghệ tùy theo ứng dụng Ta phải cân yếu tố Có nhiều yếu tố khác liên quan đến việc lựa chọn giải pháp cho thủy vân số là: bảo mật, yếu tố tri giác, độ bền vững, độ phức tạp… Trong chương này, tìm hiểu số kỹ thuật thủy vân ảnh, kỹ thuật chủ yếu nhằm vào ứng dụng bảo vệ quyền ảnh 6.1 Một số kỹ thuật thuỷ vân miền tần số 6.1.1 Kỹ thuật Thuật toán sử dụng phương pháp nhúng thủy vân miền tần số ảnh, giải tần sử dụng để chứa tín hiệu thủy vân miền tần số mơt khối DCT 8x8 Trong đó, khối DCT 8x8 khối ảnh kích thước chọn ngẫu nhiên từ ảnh ban đầu áp dụng biến đổi Cosin rời rạc DCT để chuyển sang miền tần số Mỗi tín hiệu thủy vân chứa khối 6.1.1.1 Mô tả thuật tốn − Input: Một chuỗi bít thể quyền Một ảnh − Output: Một ảnh sau thuỷ vân Khoá để giải mã Lê Thị Hải Yến_Lớp CT901 78 Khố luận tốt nghiệp Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh 6.1.1.2 Quá trình Watermarking Chia ảnh có kích thước m × n thành (m×n)/64 khối 8×8, bít giấu − khối − − Chọn khối B biến đổi DCT khối thu B‟ Chọn hai hệ số vị trí miền tần số khối DCT, giả sử b’(i,j) b’(p,q) Ta tính: d = || b’(i,j)|- |b’(p,q)|| mod a a tham số thoả mãn điều kiện: a=2(2t+1), t số nguyên dương Bít si nhúng cho thoả mãn điều kiện sau: d >= 2t+1 si = d − < 2t+1 si = Nếu d=2t +1 theo công thức sau: max(|b’(i,j)|, |b’(p,q)|) + (INT(0,75 *a) - d) Với hàm max(|b’(i,j)|, |b’(p,q)|) hàm chọn hệ số có trị tuyệt đối lớn hơn, hệ số chọn cộng thêm lượng (INT(0,75 *a) - d) Hoặc biến đổi hai hệ số theo công thức: min(|b’(i,j)|, |b’(p,q)|) - (INT(0,25 *a) + d) Với hàm min(|b’(i,j)|, |b’(p,q)|) hàm chọn hệ số có trị tuyệt đối nhỏ hơn, hệ số chọn bị trừ lượng (INT(0,25 *a) + d) INT() hàm làm lấy phần nguyên số thực − Tương tự, d >= 2t+1 si = hai hệ số DCT b’(i,j) b’(p,q) có trị tuyệt đối lớn thay đổi để thoả mãn d= 2t+1 gán si =1 Nếu d= 2t+1 với si =1 khơng thay đổi hệ số khối DCT, DCT phép biến đổi thuận nghịch nên giải mã ta thu kết xác − Trường hợp d 0,5 *a = 2t +1 (dpcm) Hoặc ta sử dụng cách biến đổi hai hệ số theo kiểu khác: min(|b’(i,j)| |b’(p,q)|) - (INT(0,25 *a) +d)) Tính lại d: Lê Thị Hải Yến_Lớp CT901 80 Khố luận tốt nghiệp Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh d’ = (||b’(i,j)|-|b’(p,q)|| - (INT(0,25*a) +d)) mod a  d’ = (||b’(i,j)|- |b’(p,q)|| mod a)- (INT(0,25*a) mod a) - (d mod a)  >2t +1 d’= d-(INT(0,25*a) mod a)-d=-INT(0,25*a) mod a = INT(0,75*a) − Trường hợp d>=2t +1 si = Ta biến đổi hai hệ số DCT b’(i,j) b’(p,q) sau: max(||b’(i,j)|,|b’(p,q)||) - (d- INT(0,25*a)) Giá trị d là: d’ = (||b’(i,j)|-|b’(p,q)|| - (d-(INT(0,25*a)) mod a  d’= ((||b’(i,j)|-|b’(p,q)||) mod a) - (d mod a)+ (INT(0,25*a)mod a)  d’= d-d + 0,25*a = 0,25*a < 0,5*a = 2t +1(dpcm) Hoặc ta sử dụng cách biến đổi khác hai hệ số DCT: min(||b’(i,j)|- |b’(p,q)||) + INT(1,25*a) - d Khi tính lại d ta được: d’ = (||b’(i,j)|-|b’(p,q)|| + INT(1,25*a) -d) mod a  d’= (||b’(i,j))|-|b’(p,q)|| mod a)+ (INT(1,25*a) mod a) - (d mod a)  d’ = d +INT(0,25*a) –d = INT(0,25*a) < 0,5*a = 2t+1 Vậy với phép biến đổi trên, ta thoả mãn điều kiện giấu tin 6.1.1.5 Kết luận Bài viết đề xuất thuật toán nhúng thuỷ vân vào ảnh tĩnh sử dụng kỹ thuật giấu tin miền biến đổi cosin rời rạc Ảnh chia thành khối 8×8, khối chọn cách ngẫu nhiên để nhúng thuỷ vân Mỗi khối áp dụng phép biến đổi cosin rời rạc để chuyển liệu tần số khối ảnh Miền tần số thấp khối ảnh chứng minh chứa liệu nhìn thấy ảnh, thay đổi liệu miền dẫn đến thay đổi Lê Thị Hải Yến_Lớp CT901 81 Khoá luận tốt nghiệp Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh đáng kể ảnh hiển thị Ngược lại, miền tần số cao chứa liệu ảnh không ảnh hưởng đáng kể đến tri giác ảnh Đây miền tần số cho phép thay đổi mà không gây nhiễu nhiều đến ảnh Tuy nhiên, thuỷ vân miền lại không bền vững với phép biến đổi ảnh thông thường Với thuật toán này, miền chọn để giấu tin miền có tần số tần số cao tần số thấp, kết thực nghiệm thuật toán cho thấy thuỷ vân đảm bảo tính chất ẩn ảnh bền vững số phép biến đổi ảnh thông thường Lê Thị Hải Yến_Lớp CT901 82 Khố luận tốt nghiệp Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh KẾT LUẬN Cùng với giấu thông tin audio giấu thông tin video, kỹ thuật giấu thông tin ảnh hướng nghiên cứu thuật tốn giấu thơng tin đạt kết khả quan Luận văn trình bày số khái niệm liên quan đến việc che giấu thông tin ảnh số trình bày thuật tốn giấu tin ảnh đen trắng, sở phát triển thuật toán cho việc giấu tin ảnh màu ảnh đa cấp xám Với thuật toán giấu tin ảnh màu tính vơ hình thơng tin sau giấu đảm bảo, thông qua việc chọn m,n đủ lớn biến đổi không gây ý đáng kể Về mặt lý thuyết sau có lượng thơng tin giấu vào ảng gốc, để lại dù nhiều, dù dấu vết khác với ảnh gốc ban đầu Tuy nhiên sau thực kỹ thuật giấu tin, quan sát mắt thường dùng kỹ thuật thống kê đơn giản phân biệt đâu ảnh gốc đâu ảnh có chứa thông tin ẩn Như kỹ thuật giấu tin mật vào ảnh tĩnh cho kết triển vọng thơng tin liên lạc có bảo mật Còn kỹ thuật Watermarking, em chưa thử nghiệm, song nguyên tắc kỹ thuật giấu tin mật kỹ thuật Watermarking khơng có khác Tuy nhiên, kỹ thuật Watermarking, để đảm bảo yêu cầu nó, thường người ta dùng ảnh JPEG làm ảnh mơi trường cần tìm hiểu thêm thuật tốn biến đổi cosine rời rạc( DCT), trình độ em thời gian hạn chế nên em đành lướt qua vấn đề này, kỹ thuật Watermarking ứng dụng rộng rãi lĩnh vực kinh tế- xã hội Em kính mong thầy, cô thông cảm, em xin chân thành cảm ơn Lê Thị Hải Yến_Lớp CT901 83 Khoá luận tốt nghiệp Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh TÀI LIỆU THAM KHẢO Hồ Thị Hương Thơm- Luận án tiến sĩ toán học: Phát triển số kỹ thuật giấu liệu ảnh Ứng dụng trao đổi thông tin Luận văn tốt nghiệp cao học-Võ Văn Tùng-ĐHQG Hà Nội Giáo trình giấu tin thủy vân ảnh-Nguyễn Xuân Huy, Trần Quốc Dũng Đồ án tốt nghiệp đại học: Thiết kế cài đặt quy trình giấu tin ảnh màu-Phạm Văn Hòa Đồ án tốt nghiệp đại học: Xây dựng hệ thống bảo mật kỹ thuật giấu tin- Trần Giang Nam Đồ án tốt nghiệp đại học: Giấu tin ảnh ứng dụng an toàn bảo mật thông tin-Nguyễn Thanh Cường Yu-Yuan-Chen, Hsing-Kuang Pan, and Yu-Chee Tseng A secure Data Hiding Scheme for Two-Color Images Taiwan Lê Thị Hải Yến_Lớp CT901 84 ... Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh CHƯƠNG 4: MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH ĐEN TRẮNG VÀ ẢNH MÀU 4.1 Một kỹ thuật giấu tin đơn giản 4.1.1 Ý tưởng Đây có lẽ kỹ thuật đơn giản kỹ thuật. .. Khố luận tốt nghiệp Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật thủy vân ảnh 3.4 Một số kỹ xử lý ảnh kỹ thuật giấu tin Trong phần mô tả số kỹ xử lý ảnh sử dụng kỹ thuật giấu tin Các kỹ thuật giới thiệu mô... bày trên, giấu tin ảnh chiếm vị trí chủ yếu kỹ thuật giấu tin kỹ thuật giấu tin phần lớn tập trung vào kỹ thuật giấu tin ảnh Các phương tiện chứa khác có kỹ thuật giấu khác Đối tượng ảnh đối tượng