Ẩn giấu thông tin bằng phương pháp LSB cải tiến (Least Significant Bit)
VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ---------- LÊ QUANG HIẾU ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: ẨN GIẤU THÔNG TIN BẰNG PHƯƠNG PHÁP LSB (LEAST SIGNIFICANT BIT) CẢI TIẾN Chuyên ngành: TIN HỌC ỨNG DỤNG Hà Nội – Năm 2011 VIỆN ĐẠI HỌC MỞ HÀ NỘI KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN ---------- ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Đề tài: ẨN GIẤU THÔNG TIN BẰNG PHƯƠNG PHÁP LSB (LEAST SIGNIFICANT BIT) CẢI TIẾN Chuyên ngành: TIN HỌC ỨNG DỤNG Giáo viên hướng dẫn: ThS. Nguyễn Đức Tuấn Sinh viên thực hiện: Lê Quang Hiếu Lớp: 07B3 Hà Nội – Năm 2011 ẨN GIẤU THÔNG TIN BẰNG PHƯƠNG PHÁP LSB CẢI TIẾN MỤC LỤC LỜI NÓI ĐẦU 4 DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT 5 DANH MỤC BẢNG BIỂU 6 DANH MỤC HÌNH VẼ .7 CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU .9 1.1. Giới thiệu 9 1.2. Phạm vi đề tài .11 1.3. Báo cáo tính khả thi của dự án 12 1.3.1. Khả thi về kỹ thuật .12 1.3.2. Khả thi về kinh tế .12 1.3.3. Khả thi về vận hành .12 1.3.4. Khả thi về kế hoạch làm việc 12 CHƯƠNG 2 CƠ SỞ LÝ THUYẾT .13 2.1. Tổng quan về ẩn giấu thông tin .13 2.1.1. Định nghĩa 13 2.1.2. Đối tượng .15 2.1.3. Một số ứng dụng ẩn giấu thông tin đang được triển khai 16 2.1.4. Mô hình giấu tin tổng quát 17 2.1.5. Một số hình thức ẩn dữ liệu trong dữ liệu số 19 2.1.6. Các yêu cầu của bài toán ẩn dữ liệu 21 2.2. Ẩn giấu thông tin trong âm thanh kỹ thuật số Wave 23 2.2.1. Đối tượng chứa Wave .23 2.2.2. Phương pháp LSB .29 2.2.3. Hệ thính giác HAS .30 2.2.4. Tỷ lệ tín hiệu trên nhiễu .31 CHƯƠNG 3 PHÂN TÍCH HỆ THỐNG 33 3.1. Phân tích các yêu cầu của hệ thống 33 3.2. Phân tích các yêu cầu về xử lý và dữ liệu .33 3.3. Phân tích các yêu cầu về chức năng .36 3.3.1. Sơ đồ chức năng 36 Lê Quang Hiếu – Lớp 07B3 – Khoa CNTT Trang 2 ẨN GIẤU THÔNG TIN BẰNG PHƯƠNG PHÁP LSB CẢI TIẾN 3.3.2. Sơ đồ luồng dữ liệu 38 CHƯƠNG 4 THIẾT KẾ HỆ THỐNG 48 4.1. Thiết kế giao diện .48 4.1.1. Giao diện menu chính 48 4.1.2. Giao diện đặc thù theo chức năng 49 4.2. Thiết kế các module chương trình .53 4.2.1. Mô tả thuật toán 53 4.2.2. Thiết kế các module .55 CHƯƠNG 5 KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM VÀ SO SÁNH ĐÁNH GIÁ 66 5.1. Giới thiệu 66 5.2. Kiểm tra tính trong suốt 66 5.3. Kiểm tra tính bền vững .76 CHƯƠNG 6 HƯỚNG DẪN CÀI ĐẶT VÀ SỬ DỤNG 81 6.1. Hướng dẫn cài đặt .81 6.2. Hướng dẫn sử dụng .81 LỜI KẾT 83 Lê Quang Hiếu – Lớp 07B3 – Khoa CNTT Trang 3 ẨN GIẤU THÔNG TIN BẰNG PHƯƠNG PHÁP LSB CẢI TIẾN LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của Internet cùng với cuộc cách mạng thông tin số đã đem lại những bước phát triển vượt bậc trong xã hội, vai trò của nó đã vượt ra khỏi phạm vi kinh tế và dần đi và tất cả các lĩnh vực cuộc sống như một điều tất yếu. Truyền thông băng thông rộng cùng với các định dạng dữ liệu số phong phú đã mở ra nhiều cơ hội và cũng không ít thách thức. Với sự phát triển của khoa học kỹ thuật, các thiết bị số ngày càng hiện đại và giá thành ngày một rẻ, điều này cho phép người dùng có thể dễ dàng tạo, chỉnh sửa hay trao đổi dữ liệu số một cách nhanh chóng và dễ dàng. Bên cạnh những tác dụng tích cực, ta cũng không thể phủ nhận những vấn nạn nảy sinh trong thực tế như giả mạo, ăn cắp thông tin, vi phạm bản quyền… bởi các thao tác này dễ dàng được thực hiện trên các đạng dữ liệu số nói chung và dữ liệu đa phương tiện nói riêng. Trước thực trạng này, rất nhiều giải pháp đã được đưa ra để bảo vệ những thông tin số có giá trị đó, một trong những phương pháp truyền thống là thực hiện mã hoá thông tin. Nhưng với sự phát triển công nghệ một cách chóng mặt như hiện nay, các phương pháp mã hoá tưởng chừng như chắc chắn đã liên tiếp bị phá. Đây là một vấn đề khá nhức nhối đối với các nhà chuyên gia bảo mật và luôn đặt ra vấn đề hàng đầu là làm thế nào để có một cách bảo mật thông tin tối ưu nhất. Và phương pháp ẩn dữ liệu số ra đời như một cứu cánh, mở ra một hướng đi mới cho vấn đề an toàn và bảo mật thông tin. Vậy phương pháp này có gì khác so với phương pháp mã hoá truyền thống? Lợi ích của nó ra sao? Chúng ta hãy cùng tìm hiểu những nội dung được đề cập trong đề tài nghiên cứu này để cùng tìm ra lời giải đáp. Lê Quang Hiếu – Lớp 07B3 – Khoa CNTT Trang 4 ẨN GIẤU THÔNG TIN BẰNG PHƯƠNG PHÁP LSB CẢI TIẾN DANH MỤC KÝ HIỆU, CHỮ VIẾT TẮT STT Tên viết tắt Tên đầy đủ Dịch ra Tiếng Việt 1 HAS Human Visual System Hệ thống thị giác 2 HVS Human Auditory System Hệ thống thính giác 3 LE Little Endian Ít về cuối 4 LSB Least Significant Bit Bít ít quan trọng nhất 5 MD5 Message-Digest algorithm 5 Hàm băm 6 RIFF Resource Interchange File Format Tệp tin tài nguyên có thể trao đổi 7 SNR Signal to Noise Ratio Tỉ lệ tín hiệu trên nhiễu 8 WAVE Audio WAVE Tệp âm thanh kỹ thuật số WAVE Lê Quang Hiếu – Lớp 07B3 – Khoa CNTT Trang 5 ẨN GIẤU THÔNG TIN BẰNG PHƯƠNG PHÁP LSB CẢI TIẾN DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Bảng cấu trúc một tệp tin dạng RIFF 25 Bảng 2.2. Bảng mô tả khối fmt 26 Bảng 2.3. Bảng một số giá trị nén thông dụng 27 Bảng 2.4. Bảng mô tả khối data 29 Bảng 2.5. Bảng một số loại kênh và kích thước 29 Bảng 5.1. Bảng hiệu suất nhúng thông tin trên một số tệp WAVE 71 Bảng 5.2. Bảng số bít lỗi khi trích xuất thông tin trước tấn công .72 Bảng 5.3. Bảng số bít lỗi khi trích xuất thông tin sau khi tấn công bằng thêm nhiễu hiss y = 0.00001 .73 Bảng 5.4. Bảng số bít lỗi khi trích xuất thông tin sau khi tấn công bằng thêm nhiễu hiss y = 0.0001 .74 Bảng 5.5. Bảng số bít lỗi khi trích xuất thông tin sau khi tấn công bằng thêm nhiễu hiss y = 0.001 .75 Lê Quang Hiếu – Lớp 07B3 – Khoa CNTT Trang 6 ẨN GIẤU THÔNG TIN BẰNG PHƯƠNG PHÁP LSB CẢI TIẾN DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ thiết kế .12 Hình 2.1. Biểu diễn LSB của một số loại dữ liệu 14 Hình 2.2. Sơ đồ mô tả thực hiện giấu tin .15 Hình 2.3. Quá trình nhúng dữ liệu .18 Hình 2.4. Quá trình trích xuất dữ liệu .18 Hình 2.5. Mô hình tổng quát vòng đời của ẩn giấu thông tin 19 Hình 3.1. Sơ đồ quy trình giấu thông tin .34 Hình 3.2. Sơ đồ quy trình trích xuất thông tin .35 Hình 3.3. Sơ đồ chức năng 36 Hình 3.4. Sơ đồ ngữ cảnh 38 Hình 3.5. Sơ đồ luồng dữ liệu mức đỉnh .39 Hình 3.6. Sơ đồ luồng dữ liệu (chức năng 1) 40 Hình 3.7. Sơ đồ luồng dữ liệu (chức năng 2) 41 Hình 3.8. Sơ đồ luồng dữ liệu (chức năng 3) 42 Hình 3.9. Sơ đồ luồng dữ liệu (chức năng 4) 43 Hình 4.1. Giao diện menu chính 44 Hình 4.2. Giao diện chức năng tạo khoá .45 Hình 4.3. Giao diện chức năng nhúng và trích xuất thông tin .46 Hình 4.4. Giao diện chức năng đánh giá SNR 47 Hình 4.5. Giao diện tổng thể chương trình 48 Hình 4.6. Biểu đồ tiến trình module tính toán khoá 51 Hình 4.7. Biểu đồ tiến trình module nhúng thông tin mật .53 Hình 4.8. Biểu đồ tiến trình module trích xuất thông tin mật .58 Hình 4.9. Biểu đồ tiến trình module tính toán SNR 60 Hình 5.1. Biểu đồ biểu diễn SNR sau khi nhúng dữ liệu với chế độ giấu 0 64 Hình 5.2. Biểu đồ biểu diễn SNR sau khi nhúng dữ liệu với chế độ giấu 1 64 Lê Quang Hiếu – Lớp 07B3 – Khoa CNTT Trang 7 ẨN GIẤU THÔNG TIN BẰNG PHƯƠNG PHÁP LSB CẢI TIẾN Hình 5.3. Biểu đồ biểu diễn SNR sau khi nhúng dữ liệu với chế độ giấu 2 có điều chỉnh bít 65 Hình 5.4. Biểu đồ biểu diễn SNR sau khi nhúng dữ liệu với chế độ giấu 2 không điều chỉnh bít 65 Hình 5.5. Biểu đồ biểu diễn SNR sau khi nhúng dữ liệu với chế độ giấu 3 có điều chỉnh bít 66 Hình 5.6. Biểu đồ biểu diễn SNR sau khi nhúng dữ liệu với chế độ giấu 3 không điều chỉnh bít 66 Hình 5.7. Biểu đồ biểu diễn SNR sau khi nhúng dữ liệu với chế độ giấu 4 có điều chỉnh bít 67 Hình 5.8. Biểu đồ biểu diễn SNR sau khi nhúng dữ liệu với chế độ giấu 4 không điều chỉnh bít 67 Hình 5.9. Biểu đồ biểu diễn SNR sau khi nhúng dữ liệu với chế độ giấu 5 có điều chỉnh bít 68 Hình 5.10. Biểu đồ biểu diễn SNR sau khi nhúng dữ liệu với chế độ giấu 5 không điều chỉnh bít 68 Hình 5.11. Biểu đồ biểu diễn SNR sau khi nhúng dữ liệu với chế độ giấu 6 có điều chỉnh bít 69 Hình 5.12. Biểu đồ biểu diễn SNR sau khi nhúng dữ liệu với chế độ giấu 6 không điều chỉnh bít 69 Lê Quang Hiếu – Lớp 07B3 – Khoa CNTT Trang 8 ẨN GIẤU THÔNG TIN BẰNG PHƯƠNG PHÁP LSB CẢI TIẾN CHƯƠNG 1 MỞ ĐẦU 1.1. Giới thiệu Từ xa xưa, con người đã biết cách truyền đạt thông tin thông qua lời nói, hành động, ký hiệu… Và cũng đồng thời lưu lại các thông tin đó bằng các ký hiệu hình vẽ trên đá, gỗ, da, giấy… Trải qua hàng ngàn năm phát triển, ngày nay đã có rất nhiều hình thức trao đổi và lưu trữ thông tin đa dạng. Nhất là trong giai đoạn hiện nay, kỷ nguyên của công nghệ thông tin thì thông tin là một tài sản vô cùng quý giá đối với tất cả các lĩnh vực trong đời sống như chính trị, kinh tế, khoa học… Với sự phát triển mạnh mẽ của Công nghệ thông tin – truyền thông gọi tắt là ICT (Information Communication Technology), cùng với sự phổ biến của Internet đã làm cho việc trao đổi thông tin trên toàn cầu trở nên đa dạng, dễ dàng và nhanh chóng hơn rất nhiều. Nhưng đồng nghĩa với việc trao đổi thông tin dễ dàng nhanh chóng thì cũng có những vấn đề nảy sinh đó là việc bị mất cắp, rò rỉ thông tin… nhất là với những thông tin có giá trị. Vấn đề đặt ra là phải bảo vệ thông tin trước những người không có quyền truy cập thông tin đó. Có khá nhiều hình thức bảo vệ thông tin như người gửi mã hoá thông tin trước khi được truyền tải trên môi trường công cộng, sau đó người nhận thực hiện giải mã và lấy được thông tin ban đầu. Tuy nhiên phương pháp này chưa thực sự hiệu quả, vì hacker dễ dàng nhận biết được thông tin bị mã hoá và tìm cách giải mã thông tin này. Bên cạnh mã hoá còn có một phương pháp là che giấu thông tin, là phương pháp đang được phát triển mạnh mẽ và được ưa dùng nhất hiện nay. Đặc điểm của phương pháp này là thông tin được mã hoá trước khi được giấu vào một đối tượng chứa như là các tệp tin đa phương tiện, sau đó truyền tải các tệp tin này trên môi trường công cộng. Ưu điểm của phương pháp này là khó nhận biết được đối tượng có chứa thông tin, nếu có thì cũng khó khăn trong việc trích xuất và giải mã thông tin. Lê Quang Hiếu – Lớp 07B3 – Khoa CNTT Trang 9 . TỐT NGHIỆP Đề tài: ẨN GIẤU THÔNG TIN BẰNG PHƯƠNG PHÁP LSB (LEAST SIGNIFICANT BIT) CẢI TIẾN Chuyên ngành: TIN HỌC ỨNG DỤNG Hà Nội – Năm 2011. TỐT NGHIỆP Đề tài: ẨN GIẤU THÔNG TIN BẰNG PHƯƠNG PHÁP LSB (LEAST SIGNIFICANT BIT) CẢI TIẾN Chuyên ngành: TIN HỌC ỨNG DỤNG Giáo viên hướng