Bài viết đề xuất một giải pháp khắc phục nhược điểm nói trên bằng cách sử dụng bản đồ định vị để phân biệt trường hợp có thể nhúng theo phương pháp mở rộng phần phân và trường hợp không cho phép nhúng. Sau đó dựa trên phương pháp nhúng tin mới này, chúng tôi đề xuất một lược đồ thủy vân thuận nghịch dễ vỡ khóa công khai trên các cơ sở dữ liệu quan hệ. Lược đồ này có ưu điểm ở chỗ người nhận dễ dàng kiểm tra tính toàn vẹn của cơ sở dữ liệu thủy vân nhận được và khôi phục đúng cơ sở dữ liệu gốc. Như vậy người nhận không phải sử dụng cơ sở dữ liệu gần đúng (thủy vân) mà dùng cơ sở dữ liệu chính xác.
Kỷ yếu Hội nghị Quốc gia lần thứ IX “Nghiên cứu ứng dụng Công nghệ thông tin (FAIR)”; Cần Thơ, ngày 4-5/8/2016 DOI: 10.15625/vap.2016.00049 MỘT LƯỢC ĐỒ THỦY VÂN THUẬN NGHỊCH KHĨA CƠNG KHAI CHO CƠ SỞ DỮ LIỆU DỰA TRÊN KỸ THUẬT MỞ RỘNG CÁC THUỘC TÍNH KIỂU THỰC Lê Quang Hịa1, Đỗ Văn Tuấn2, Nguyễn Huy Đức3, Phạm Văn Ất4 Viện Toán ứng dụng Tin học, Đại học Bách khoa Hà Nội Khoa Công nghệ thông tin, Đại học Công nghiệp Hà Nội Cao Đẳng Sƣ phạm Trung ƣơng Đại học Giao thơng Vận tải hoa.lequang1@hust.edu.vn, dvtuanhn@gmail.com, ducnghuy@gmail.com, phamvanat83@vnn.vn TĨM TẮT— Thủy vân số xem công cụ hữu hiệu để bảo vệ sở liệu mơi trường trao đổi khơng an tồn Các lược đồ thủy vân truyền thống cho phép trích thủy vân mà khơng có khả khơi phục sở liệu Do đó, người nhận khơng có liệu gốc mà gần Để khắc phục nhược điểm trên, gần xuất lược đồ có khả khơi phục gốc, gọi sơ đồ thủy vân thuận nghịch Phép biến đổi mở rộng hiệu xem kỹ thuật hữu hiệu để xây dựng lược đồ thủy vân thuận nghịch, nhiên có nhược điểm làm cho liệu bị biến đổi nhiều Gần Fafoura cộng đề xuất sử dụng phương pháp mở rộng hiệu phần phân thuộc tính kiểu số thực, giảm thay đổi nâng cao chất lượng thủy vân Tuy nhiên phân tích lý thuyết thử nghiệm, số trường hợp lược đồ khôi phục thủy vân liệu gốc cách xác Trong báo đề xuất giải pháp khắc phục nhược điểm nói cách sử dụng đồ định vị để phân biệt trường hợp nhúng theo phương pháp mở rộng phần phân trường hợp không cho phép nhúng Sau dựa phương pháp nhúng tin này, đề xuất lược đồ thủy vân thuận nghịch dễ vỡ khóa cơng khai sở liệu quan hệ Lược đồ có ưu điểm chỗ người nhận dễ dàng kiểm tra tính tồn vẹn sở liệu thủy vân nhận khôi phục sở liệu gốc Như người nhận sử dụng sở liệu gần (thủy vân) mà dùng sở liệu xác Từ khóa— Cơ sở liệu quan hệ, thủy vân thuận nghịch, mở rộng hiệu, dễ vỡ, khóa cơng khai I GIỚI THIỆU Thủy vân kỹ thuật nhúng thêm thông tin vào liệu đa phƣơng tiện nhƣ hình ảnh, âm sở liệu, trƣớc liệu đƣợc trao đổi mơi trƣờng khơng an tồn Các thuật tốn nhúng thơng tin (dấu thủy vân) thƣờng biến đổi liệu gốc theo qui tắc để nhận đƣợc liệu chứa tin (dữ liệu thủy vân), nên chúng ln có sai lệch định Tuy nhiên, dấu thủy vân sở để phát thay đổi trái phép trình trao đổi, dùng để chứng minh quyền sở hữu có tranh chấp Theo [1,8-10,20], lƣợc đồ thủy vân đƣợc chia thành thủy vân dễ vỡ thủy vân bền vững Thủy vân dễ vỡ [2-12] yêu cầu dấu thủy vân phải nhạy cảm (dễ vỡ) trƣớc công trái phép liệu thủy vân, dù vài bít Do lƣợc đồ thƣờng đƣợc dùng việc phòng chống giả mạo, hay xác thực tính tồn vẹn liệu thủy vân Trái với thủy vân dễ vỡ, lƣợc đồ thủy vân bền vững [16,21] lại mong muốn dấu thủy vân bị biến đổi (bền vững) trƣớc phép cơng Vì thủy vân bền vững đƣợc dùng toán bảo vệ quyền Mặt khác theo [1,20], lƣợc đồ thủy vân có khả khôi phục lại liệu gốc từ liệu thủy vân đƣợc gọi thủy vân thuận nghịch (reversible watermarking) Thủy vân thuận nghịch thƣờng sử dụng số phép biến đổi nhƣ: mở rộng hiệu [2,7-8,10-11, 14-15,19]; dịch chuyển histogram [6]; wavelet nguyên [12], nén bảo toàn [18,22] sử dụng đặc trƣng nén JPEG [3-4,9] Ngoài ra, việc kết hợp kỹ thuật dự báo với mở rộng hiệu dịch chuyển histogram nhận đƣợc nhiều quan tâm nhà nghiên cứu Theo tài liệu [1,20], nhiều ứng dụng y tế, quân nghệ thuật, việc khôi phục lại ảnh gốc từ ảnh thủy vân yêu cầu bắt buộc Bởi, cần thay đổi nhỏ ảnh sử dụng so với ảnh gốc ảnh hƣởng đến kết chuẩn đốn bác sỹ, gây hệ lụy nghiêm trọng quân Để bảo vệ sở liệu quan hệ, [21] đề xuất nhúng dãy bít thủy vân vào bít thấp thuộc tính số, thuộc tính chấp nhận thay đổi nhỏ nhƣng khơng ảnh hƣởng đến ý nghĩa liệu Theo [21], liệu nhƣ thuộc tính dùng để nhúng dấu thủy vân đƣợc chọn ngẫu nhiên bí mật thông qua mã hàm băm ứng với giá trị trƣờng khóa Đây đƣợc xem lƣợc đồ thủy vân sở liệu quan hệ Để cải thiện tính bền vững, [16-17] đề xuất nhúng nhiều bít thủy vân vào thuộc tính đƣợc chọn thay cho nhúng bít nhƣ [21] Dựa ý tƣởng [16,17,21], [13] đề xuất lƣợc đồ thủy vân dễ vỡ cách sử dụng khóa bí mật để phân hoạch liệu (các ghi) quan hệ thành tập con, khóa quan hệ thuộc tính số,và nhúng dấu thủy vân vào tất liệu tập theo phƣơng pháp chèn bít thấp Kết thực nghiệm [13] cho thấy, lƣợc đồ có khả phát đƣợc nhiều dạng công khác sở liệu thủy vân Tuy nhiên, việc thay đổi bít thấp trƣờng có kiểu số nguyên tất ghi nhƣ [13] tạo sai lệch không nhỏ liệu thủy vân so với liệu gốc Mặt khác, Lê Quang Hòa, Đỗ Văn Tuấn, Nguyễn Huy Đức, Phạm Văn Ất 399 lƣợc đồ [13, 16,17,2] khơng có khả khơi phục lại sở liệu gốc, điều đồng nghĩa với việc ngƣời dùng phải sử dụng liệu sai lệch so với liệu gốc Để giảm sai lệch liệu thủy vân so với liệu gốc, [10] (lƣợc đồ Farfoura) đề xuất nhúng bít thủy vân vào phần phân trƣờng có kiểu số thực theo phƣơng pháp mở rộng hiệu Do lý thuyết, lƣợc đồ [10] có khả khơi phục lại liệu gốc từ liệu thủy vân Tuy nhiên thực tế, lƣợc đồ [10] có nhầm lẫn dẫn đến trƣờng hợp khôi phục xác bít thủy vân nhƣ giá trị thuộc tính liệu gốc Điều đƣợc phân tích Mục II.B Dựa ý tƣởng [10], báo đề xuất lƣợc đồ thủy vân thuận nghịch dễ vỡ sở liệu quan hệ cách sử dụng đồ định vị để phân biệt nhúng tin thuận nghịch khơng thể làm điều Các phân tích kết thực nghiệm cho thấy, lƣợc đồ đề xuất có khả phát đƣợc nhiều dạng công trái phép sở liệu thủy vân Nội dung tiếp báo đƣợc tổ chức nhƣ sau: Mục II giới thiệu số cơng trình liên quan Mục III trình bày phƣơng pháp nhúng tin đề xuất Mục IV xây dựng lƣợc đồ thủy vân thuận nghịch khóa cơng khai Kết thực nghiệm trình bày Mục V Cuối số kết luận Mục VI II NHỮNG CƠNG TRÌNH LIÊN QUAN Phần trình bày số lƣợc đồ thủy vân thuận nghịch liên quan đến phƣơng pháp đề xuất A Phương pháp mở rộng hiệu Biến đổi mở rộng hiệu đƣợc đề xuất Tian [14] dùng để xây dựng lƣợc đồ thủy vân ảnh số Theo [14], việc nhúng bít b vào cặp điểm ảnh (x,y) có giá trị thuộc [0,255] thực theo công thức: ⌊ ⌋ ⌊ ⌋ ⌊ ⌋ Khi đó, việc trích bít b khôi phục cặp điểm ảnh (x,y) từ cặp điểm ảnh thủy vân công thức: ⌊ ⌊ ⌋ ) thực theo ⌊ ⌋ ⌋ ⌊ ⌋ Nếu sau nhúng tin, giá trị nằm miền giá trị điểm ảnh (miền [0,255] ảnh đa cấp xám), nhúng thuận nghịch bít cặp điểm ảnh (x, y) Để phân biệt cặp nhúng, cặp nhúng, Tian sử dụng đồ định vị, thực chất dãy nhị phân có giá trị ứng với cặp nhúng tin Độ dài đồ nửa số điểm ảnh.Vì đồ định vị cần dùng việc khôi phục thủy vân ảnh gốc, nên đƣợc nén nhúng vào ảnh gốc với dãy bit thủy vân Điều làm giảm đáng kể khả nhúng phƣơng pháp mở rộng hiệu B Thủy vân thuận nghịch sở liệu Dựa ý tƣởng Tian [14], lƣợc đồ Gupta [11] đề xuất nhúng bít thủy vân hai thuộc tính kiểu số nguyên sở liệu quan hệ ứng với ghi thơng qua phép biến đổi mở rộng hiệu Hạn chế lƣợc đồ Gupta liệu sau nhúng thủy vân có biến đổi lớn so với liệu gốc Nhằm nâng cao chất lƣợng liệu thủy vân, tác giả [10] (lƣợc đồ Farfoura) đề xuất nhúng bít thủy vân vào phần phân thuộc tính số thực theo biến đổi mở rộng hiệu Theo [10], việc nhúng bít b vào số thực X để nhận đƣợc thực theo bƣớc: - Tách X thành phần nguyên n phần phân p: [n,p]=Tach(X) Nhúng bít b vào phần phân p theo công thức: p’=2*p+b Ghép phần nguyên n với phần phân p’ để tạo X’: X’=Ghep(n,p’) Ví dụ b=1 X=3.18 n=3, p=18, p’=2*p+b=37 X’=Ghep(3,37)=3.37 Để trích bít b khơi phục X từ X’ ta thực theo trình tƣ ngƣợc lại: - Tách n p’ từ X’: [n,p’]=Tach(X’) Khôi phục b p từ p’: b=p’ mod 2, p=p’ div Ghép n p để đƣợc X: X=Ghep(n,p) Ví dụ với X’=3.37 n=3, p’=37, nên b= 37 mod 2=1, p=p’ div 2=18 X=Ghep(n, p)=3.18 Do biến đổi phần phân thuộc tính kiểu số thực, nên lƣợc đồ Farfoura có ƣu điểm chỗ thay đổi sở liệu gốc không nhiều Tuy nhiên quy tắc không lƣu trữ chữ số tận bên phải 400 MỘT LƢỢC ĐỒ THỦY VÂN THUẬN NGHỊCH KHĨA CƠNG KHAI CHO CƠ SỞ DỮ LIỆU DỰA TRÊN KỸ THUẬT phần phân, nên nhiều trƣờng hợp lƣợc đồ Farfoura khơng thể trích bít thủy vân khơi phục đƣợc liệu gốc, đƣợc xem lỗi nghiêm trọng thủy vân thuận nghịch Để dễ hình dung nhầm lẫn [10], ta xét ví dụ X =3.145 bít thủy vân b =0, thuật tốn nhúng tin lƣợc đồ Farfoura cho kết , nhƣng hệ quản trị CSDL lƣu trữ giá trị 3.29 thay 3.290 Khi đó, thuật tốn trích tin khôi phục liệu lƣợc đồ Farfoura ứng với b=1 Nhƣ vậy, trƣờng hợp lƣợc đồ Farfoura khơng xác Điều khắc phục đƣợc cách sử dụng đồ định vị để phân biệt trƣờng hợp khơng thể nhúng tin Giải pháp đƣợc trình bày chi tiết phƣơng pháp đề xuất III PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT A Ý tưởng phương pháp Trƣớc tiên ta khảo sát biến đổi chữ số đơn vị p (gọi cho gọn đuôi ký hiệu D(p)) qua phép biến đổi p’=2*p+b Sự biến đổi dễ dàng đƣợc biểu diễn qua bảng sau: Bảng Khảo sát biến đổi D(p) qua phép biến đổi p’=2*p+b TT 10 D( p’) D(p) 0(số nguyên) b=0 8 b=1 9 Theo bảng trƣờng hợp b=0 D(p)=5 D(p’)=0 Nhƣ phân tích trƣờng hợp dẫn đến lỗi trích bít b khơi phục phần phân p Nhƣ gặp trƣờng hợp cần bỏ qua khơng nhúng bít thủy vân Để biết nhúng tin, ta phân hoạch tập đuôi p {0, 1, , 8, 9} thành hai tập rời N K Khi D(p) thuộc N ta nhúng thuận nghịch bít b vào giá trị p để nhận p’, cịn D(p) thuộc K p không đƣợc dùng để nhúng tin Ta gọi (N, K) đồ định vị để phân biệt trƣờng hợp nhúng không nhúng Nhƣ dƣới đây, biết p’ suy D(p) thuộc N hay K, khơng cần nén nhúng thông tin đồ vào sở liệu gốc nhƣ phƣơng pháp Tian nên khả nhúng tin phƣơng pháp đề xuất cao Bây xác định đồ (N, K) Nhƣ phân tích trên, thuộc K D(p)=5 ta khơng nhúng tin đặt p’=p=5 Theo nhƣ bảng 1, D(p)=2 D(p)=7 b=1 D(p’)=5 Nhƣ trƣờng hợp ta nhúng tin Nói cách khác, phải thuộc K Cũng theo bảng 1, trƣờng hợp lại sử dụng để nhúng tin, xác định đồ (N, K) nhƣ sau: K={2, 5, 7} N={0, 1, 3, 4, 6, 8, 9} Sau xác định đƣợc đồ (N, K) dễ dàng xây dựng phƣơng pháp nhúng bít thủy vân giá trị thuộc tính kiểu số thực nhƣ trình bày dƣới B Phương pháp nhúng giá trị thuộc tính kiểu số thực Thuật tốn nhúng bít thủy vân Đầu vào: X=t.A- giá trị thứ t thuộc tính kiểu thực A, b- bít nhúng giá trị Đầu ra: X’=t.A’ giá trị thứ t thuộc tính kiểu thực A Bƣớc 1: Từ giá trị thực X tách thành phần: phần nguyên n, số chữ số không sau phần nguyên s phần phân p [n, s, p]=Tach(X) Ví dụ X=24.000567 n=24, s=3, p=567 Bƣớc 2: Dựa vào D(p) đồ (N, K) để phân biệt trƣờng hợp nhúng không nhúng, cụ thể nhƣ sau: Trƣờng hợp 1: Trƣờng hợp 2: không nhúng chuyển đến bƣớc , nhúng, chuyển đến bƣớc Lê Quang Hòa, Đỗ Văn Tuấn, Nguyễn Huy Đức, Phạm Văn Ất 401 Bƣớc 3: Xử lý trƣờng hợp không nhúng tin Trƣờng hợp 1: D(p)=5 giữ nguyên p: p’=p Trƣờng hợp 2: biến đổi p theo cơng thức Chuyển xuống bƣớc Bƣớc 4: Nhúng bít b vào p theo công thức Bƣớc 5: Xác định X’ cách ghép n, s p’: X’=Ghep(n, s, p’) Nhận xét (tính chất thuật tốn nhúng tin): Qua bƣớc dễ dàng thấy thuật tốn nhúng tin có tính chất sau: - Nếu D(p) =5 D(p’)=5 Nếu D(p’)=4 Nếu D(p) N D(p’) {0,1, 2, 3, 6, 7, 8, 9} Nhƣ từ p’ suy D(p) thuộc K N trƣờng D(p) thuộc K suy D(p) =5 D(p) thuộc {2, 7} Từ nhận xét trên, xây dựng thuật tốn trích bít thủy vân b khôi phục giá trị X từ X’ nhƣ sau: Thuật tốn khơi phục: Đầu vào: X’= t.A’- giá trị thứ t thuộc tính kiểu thực nhúng khơng nhúng bit b Đầu ra: b- bít nhúng có, X=t.A giá trị thuộc tính kiểu thực gốc Bƣớc 1: Từ X’ tách phần nguyên n, số chữ số không trƣớc phần phân s phần phân p’: [n, s, p’] Tach(X’) Bƣớc 2: Dựa vào D(p’) để phân biệt trƣờng hợp có nhúng tin nhƣ sau: Trƣờng hợp 1: khơng trích tin, chuyển đến bƣớc Trƣờng hợp 2: trích tin, chuyển đến bƣớc Bƣớc 3: Khôi phục p từ p’ Trƣờng hợp 1: D(p’)=5 p=p’ Trƣờng hợp 2: D(p)=4 p=p’ div Chuyển xuống bƣớc Bƣớc 4: trích bít b khơi phục p từ p’ b=p’ mod p= p’ div Bƣớc 5: Khôi phục giá trị X=t.A cách ghép thành phần n, s p: X=Ghep(n,s,p) Nhận xét (tính đắn thuật tốn khơi phục): Tính đắn thuật tốn khơi phục dễ dàng chứng minh cách sử dụng tính chất thuật tốn nhúng tin phát biểu nhận xét Một số ví dụ minh họa thuật tốn nhúng tin thuật tốn khơi phục Ví dụ 1: X=21.365 n=21, s=0, p=365, khơng nhúng tin, p’=p=365 X’=X=21.365 Ví dụ 2: X=30.017 n=30, s=1, p=17, khơng nhúng tin, p’=2*p=34 X’=30.034 Ví dụ 3: X=25.28 b=1 n=25, s=0, p=28, nhúng tin, p’=2*p+b=57 X’=25.57 Ví dụ 4: X=18 b=1 n=18, s=0, p=0, nhúng tin, p’=2*p+b=1 X’=18.1 C Phương pháp nhúng tin sở liệu quan hệ Thuật toán nhúng Đầu vào sở liệu quan hệ R= thuộc tính giá trị thực, , , , ) dãy bít thủy vân (P, , , , , , ) P thuộc tính khóa, , , thuộc tính kiểu khác, số (bản ghi) bảng liệu, W=( , Đầu sở liệu R’ chứa W Bƣớc 1: Xác định khả nhúng (số bít tối đa nhúng) sở liệu R MỘT LƢỢC ĐỒ THỦY VÂN THUẬN NGHỊCH KHĨA CƠNG KHAI CHO CƠ SỞ DỮ LIỆU DỰA TRÊN KỸ THUẬT 402 Ký hiệu t giá trị thuộc tính thứ t, phần phân t Nếu đuôi D( ) thuộc tập N, theo mục A, ta nhúng bít thủy vân giá trị t Khi ta gọi t khả nhúng Gọi số giá trị khả nhúng số giá trị t sở liệu R ∑ với t=1, , , đó: khả nhúng Bƣớc 2: Điều chỉnh dãy bít thủy vân W theo khả nhúng Nếu số bít thủy vân nhỏ giữ ngun W, trái lại ta ngắt bỏ bít cuối W Nói cách khác, W cịn bít đầu tiên: W=( , , ) Nhƣ sau điều chỉnh, dãy W có độ dài : W=( , , ) Bƣớc 3: Nhúng W vào sở liệu R Chọn giá trị khả nhúng R, gọi giá trị theo thuật toán B1 , , Nhúng bít vào để đƣợc Bƣớc 4: Tạo sở liệu thủy vân R’ R’ đƣợc tạo từ R sau thay giá trị Thuật tốn khơi phục W R Đầu vào sở liệu thủy vân R’ Ngoài biết tập giá trị X’= nhận đƣợc thuật tốn nhúng Đầu dãy bít thủy vân W=( , , , , } giá trị thủy vân ) sở liệu gốc R Bƣớc 1: Từ dãy X’ trích dãy bít thủy vân W khơi phục dãy giá trị X= , , Bƣớc 2: Khôi phục sở liêu gốc R: R đƣợc tạo từ R’ sau thay giá trị } theo thuật toán III.B.2 Nhận xét (về khả nhúng): số bít nhúng đƣợc vào thuộc tính số giá trị khả nhúng số giá trị t với i =1, , Ngoài ra, t đƣợc gọi khả nhúng phần phân có thuộc tập N Do tập N có chữ số, tập đầy đủ 10, xuất số giá trị khả biến xấp xỉ 70% tổng số giá trị Nhƣ thấy khả nhúng tin phƣơng pháp đề xuất 70% số giá trị thuộc tính kiểu số thực sở liệu, biểu diễn theo công thức sau: IV LƯỢC ĐỒ THỦY VÂN THUẬN NGHỊCH DỄ VỠ KHĨA CƠNG KHAI Dựa vào phƣơng pháp đề xuất xây dựng lƣợc đồ thủy vân thuận nghịch dễ vỡ khóa cơng khai áp dụng cho việc xác thực tính tồn vẹn sở liệu nhƣ sau: Giả sử sở liệu quan hệ có bảng R=R(P, , , , , , ) P thuộc tính khóa thuộc tính số thực, thuộc tính kiểu khác Dữ liệu thủy vân đƣợc nhúng vào phần phân giá trị thuộc tính kiểu số thực , , A Thuật toán nhúng thủy vân Thuật toán tạo nhúng dấu thủy vân sở liệu gốc R để đƣợc sở liệu thủy vân R thực theo sơ đồ sau: Khóa bí mật K1 Cơ sở liệu gốc R Hàm băm SHA2 mã đại diện HR Mã hóa RSA Dấu thủy vân W Nhúng tin thuận nghịch Cơ sở liệu thủy vân R’ Hình Sơ đồ nhúng thủy vân thuận nghịch dễ vỡ khóa cơng khai cho sở liệu Trên Hình 1, thuật toán sử dụng hàm băm SHA2-348 (ký hiệu SHA2) để xác định mã đại diện cho sở liệu R Khi đó, mã đại diện 𝐻R có độ dài 348 bít đƣợc mã hóa hệ mật mã RSA thơng qua khóa bí mật để nhận đƣợc dấu thủy vân 𝑊 Dấu thủy vân 𝑊 đƣợc nhúng vào sở liệu gốc thuật toán đề xuất để nhận đƣợc sở liệu thủy vân R’ Cơ sở liệu thủy vân đƣợc dùng để trao đổi kênh truyền công khai Chi tiết thuật toán đƣợc thể qua bƣớc sau: Đầu vào sở liệu gốc R Lê Quang Hòa, Đỗ Văn Tuấn, Nguyễn Huy Đức, Phạm Văn Ất 403 Đầu sở liệu thủy vân R’ Bƣớc 1: Xác định mã đại diện HR HR=SHA2(R) Bƣớc 2: Mã hóa HR mật mã RSA dùng khóa bí mật K1 W=MaHoaRSA(HR, K1) Bƣớc 3: Nhúng W vào sở liệu R theo thuật toán III.C.1 đƣợc sở liệu thủy vân R’ B Thuật tốn xác thực tính tồn vẹn khơi phục sở liệu gốc Cơ sở liệu thủy vân R’ đƣợc chuyển đến ngƣời nhận qua môi trƣờng cơng khai bị biến đổi thành R* Do đó, ngƣời nhận có đƣợc R* cần xác minh xem có sở liệu thủy vân R’ hay khơng Thuật tốn xác thực đƣợc mô tả theo sơ đồ dƣới đây: Dấu thủy vân W* Cơ sở liệu cần xác minh R* Giải mã RSA Trích dấu thủy vân khơi phục sở liệu mã đại diện HR* So sánh Cơ sở liệu khôi phục ̃ Hàm băm SHA2 0/1 mã đại ̃ diện 𝐻 Hình Sơ đồ xác thực tính tồn vẹn thủy vân thuận nghịch dễ vỡ khóa cơng khai cho sở liệu Trên hình trích dấu thủy vân W* khôi phục sở liệu ̃ từ R* thuật toán đề xuất Dấu thủy vân đƣợc giải mã RSA với khóa cơng khai K2 để nhận đƣợc mã đại diện HR* Mặt khác, từ sở liệu vừa khôi phục ̃ Ta so sánh 𝐻 ̃ HR* chúng giống kết luận R’* sở sử dụng hàm băm SHA2 để lấy mã đại diện 𝐻 liệu thủy vân R* sở liệu gốc Ngƣợc lại kết luận sở liệu R’ bị công đƣờng truyền Chi tiết thuật toán đƣợc thể qua bƣớc sau: Đầu vào sở liệu cần xác thực R* Đầu kết xác thực xem R* có R’ hay khơng Nếu khơi phục sở liệu gốc R Bƣớc 1: Trích dấu thủy vân W* khơi phục sở liệu ̃ từ R* Bƣớc 2: Xác định mã đại diện theo hai cách HR*=GiaiMaRSA(W*,K2) ̃ =SHA2(R*) 𝐻 Bƣớc 3: Xác thực tính tồn vẹn ̃ =HR* liệu tồn vẹn, có nghĩa R*=R’ ̃ =R Nếu 𝐻 Ngƣợc lại liệu khơng tồn vẹn, sở liệu bị công(R* R’) C Về tính đắn mơ hình đề xuất Do dấu thủy vân đại diện toàn sở liệu đƣợc xác định hàm băm nên cần thay đổi nhỏ dù giá trị thuộc tính ghi mã đại diện bị biến đổi (tính chất hàm băm) Vì vậy, mơ hình thủy vân đề xuất có khả phát cơng trái phép sở liệu thủy vân Điều phù hợp với kết thực nghiệm V THỬ NGHIỆM Để thử nghiệm khả phát dạng công lên sở liệu thủy vân R’, sử dụng sở liệu gốc R có bảng liệu gồm bốn thuộc tính thực 5000 ghi Sau lần công, thuật tốn tính giá ̃ , chúng dãy 384 bít Để so sánh khác HR* 𝐻 ̃ , sử dụng độ trị đại diện HR* 𝐻 sai khác bình phƣơng trung bình: 𝐻 Nếu (R* R’) (𝐻 ̃) 𝐻 ̃ 𝐻 ∑ 𝐻 𝐻̃ kết luận R’ khơng bị cơng (R*=R’), trái lại kết luận bị cơng Kết thử nghiệm trình bày bảng dƣới cho thấy thay đổi dù nhỏ sở liệu thủy vân đƣợc phát 404 MỘT LƢỢC ĐỒ THỦY VÂN THUẬN NGHỊCH KHĨA CƠNG KHAI CHO CƠ SỞ DỮ LIỆU DỰA TRÊN KỸ THUẬT ̃ Bảng Thử nghiệm khác HR* 𝐻 TT 10 Các phép công Sửa ghi Sửa ghi Sửa 10 ghi Sửa 15 ghi Thêm ghi Thêm ghi Thêm 10 ghi Xóa ghi Xóa ghi Xóa 10 ghi ̃ 𝐻 𝐻 0.486979 0.458333 0.515625 0.486979 0.492186 0.518229 0.476563 0.473958 0.481771 0.481771 VI KẾT LUẬN Dựa theo ý tƣởng mở rộng hiệu phần phân Farfura [10] cách áp dụng đồ định vị vị trí khả nhúng, chúng tơi đề xuất phƣơng pháp thủy vân thuận nghịch cho sở liệu có thuộc tính kiểu thực Tính đắn phƣơng pháp đƣợc chứng minh phân tích lý thuyết Phƣơng pháp có khả nhúng cao, khoảng 70% số giá trị thuộc tính kiểu số thực sở liệu Sử dụng phƣơng pháp để xuất, kết hợp hàm băm hệ mật mã khóa cơng khai, chúng tơi xây dựng lƣợc đồ thủy vân thuận nghịch cho sở liệu Lƣợc đồ có tính dễ vỡ, có khả phát thay đổi dù nhỏ sở liệu thủy vân đƣợc gửi mạng Do ngƣời nhận kiểm chứng tính tồn vẹn sở liệu nhận đƣợc Trong trƣờng hợp tồn vẹn ngƣời nhận khơi phục sở liệu gốc từ sở liệu thủy vân TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] A.Khan, A.Siddiqua, S.Munib, and S.A.Malik, “A Recent Survey of Reversible Watermarking Techniques”, Information Sciences, 2014, pp.251-272 [2] A.M.Alattar, “Reversible Watermarking Using the Difference Expansion of A Generalized Integer Transform”, IEEE Transactions on Image Processing, 2004, Vol.18, pp.1147-1156 [3] C.C Lin, and F.F Shiu, “DTC-based Reversible Data Hiding Scheme”, Journal of software, 2010, Vol.5, NO.2, pp.214-224 [4] C.C.Chang, C.C.Lin, C.S.Tseng, and W.L.Tai, “Reversible hiding in DCT-based compressed images”, Information Sciences, July 2007, Vol 177, Issue 13, pp 2768-2786 [5] C.C.Lee, H.C.Wu, C.S.Tsai, and Y.P.Chu, “Adaptive lossless steganographic scheme with centralized difference expansion”, Patterm Recognition, 2008, pp.2097-2106 [6] C.C.Lin, W.L.Tai, and C.C.Chang, “Multilevel reversible data hiding based on histogram modification of difference images”, Pattern Recognition 41, 2008, pp.3582-3591 [7] D.Coltuc and J-M.Chassery, “Very Fast Watermarking by Reversible Contrast Mapping”, IEEE Signal processing letters, 2007, Vol 14, No 4, pp.255-258 [8] Đỗ Văn Tuấn, Nguyễn Kim Sao, Nguyễn Thanh Toàn, Phạm Văn Ất (2014) “Một sơ đồ nhúng tin thuận nghịch ảnh JPEG” Chun san Các cơng trình nghiên cứu, phát triển ứng dụng Công nghệ Thông tin Truyền thơng, Tạp chí Cơng nghệ Thơng tin Truyền thông, tháng 12/2014, tr 41-52 [9] Đỗ Văn Tuấn, Trần Đăng Hiên, Phạm Đức Long, Phạm Văn Ất (2015) “Một lược đồ thủy vân thuận nghịch sử dụng mở rộng hiệu véc-tơ điểm ảnh” Chuyên san Cơng nghệ thơng tin Truyền thơng, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật, Học viện Kỹ thuật Quân sự, tháng 4/2015, tr 17-31 [10] Farfoura, Mahmoud E., et al "A blind reversible method for watermarking relational databases based on a time-stamping protocol." Expert Systems with Applications 39.3 (2012): 3185-3196 [11] G Gupta, J Pieprzyk “Reversible and blind database watermarking using difference expansion,” Proceedings of eForensics, Jan 2008, pp 1–6 [12] G.Xuan, C.Yang, Y.Zhen, Y.Q.Shi, and S.Ni, “Reversible data hiding using integer wavelet transform and companding technique”, Proc IWDW, 2004, pp.115-124 [13] H Khataeimaragheh, H Rashidi (2010) “A Novel Watermarking Scheme for Detecting and Recovering Distortions in Database Tables” International Journal of Database Management Systems, Vol.2, No.3, August 2010, pp.1-11 [14] J.Tian, “Reversible data embedding using a difference expansion”, IEEE Trans Circuits Syst Video Technol, 2003, pp 890– 896 [15] K.Y Mohammad, and A.J.Ahmed, “Reversible Watermarking Using Modifiled Difference Expansion”, International Journal of Computing & Information Sciences, 2006, Vol.4, No.3, pp.134-142 [16] Li.Y, Swarup.V, Jajodia.S., (December 2003) “A robust watermarking scheme for relational data”, in Proc The 13th Workshop on Information Technology and Engineering, pp 195–200 [17] Li.Y, Swarup.V, Jajodia.S., (October 2003) “Constructing a virtual primary key for fingerprinting relational data” ACM Workshop on Digital Rights Management, pp 133–141 Lê Quang Hòa, Đỗ Văn Tuấn, Nguyễn Huy Đức, Phạm Văn Ất 405 [18] M.Goljan, J.J.Fridrich, and R.Du, “Distortion-free data embedding for images”, 4th Information Hiding Workshop, LNCS, 2001, Vol.2137, pp 27– 41 [19] M.Khodaei, and K.Faez, “Reversible Data Hiding By Using Modified Difference Expansion”, 2nd International Confference on Signal Processing Systems, 2010, pp.31-34 [20] M.Nosrati, R Karimi, and M Hariri, “Reversible Data Hiding, Principles, Techniques, and Recent Studies”, Journal World Applied Programming, 2012, pp.349-353 [21] R Agrawal, J Kiernan (2002) “Watermarking Relational Databases”, Proceedings of the 28 th VLDB Conference, Hong Kong, China, 2002 [22] W.Zhang, B.Chen, and N.Yu, “Improving Various Reversible Data Hiding Schemes Via Optimal Codes for Binary Covers”, IEEE Transaction on Image Processing, June 2012, pp 2991 – 3003 A PUBLIC REVESIBLE WATERMAKING SCHEME FOR DATABASE USING EXTENDING REAL ATTRIBUTES Le Quang Hoa, Do Van Tuan, Nguyen Huy Duc, Pham Van At ABSTRACT— Watermaking is considered a useful tool to protect the database on the unsafe exchange environment The traditional watermaking scheme only allows get watwermark without the ability to restore the database Therefore, the recipient does not get original data but merely an approximation To overcome this disadvantage, recently there exists schemes that be able to restore the original data, called the reversible watermaking schemes Difference expansion is considered an effective technique for building reversible watermaking scheme, however it has the drawback to make the data change largely Fafoura and et.al recently proposed using difference expansion on fraction part of real attributes, thereby reducing the change and improve the quality of watermaking However by the theoretical analysis and testing, we pointed out in a number of cases this scheme can not extract the watermark as well as restore the original data correctly In this paper we propose a solution to overcome the drawbacks mentioned above by using a location map to distinguish cases where the method can embed by extending fraction part and the case does not allow embedding Then based on this new information embedding method, we propose a public key fragile reversible watermaking scheme on the relational database This scheme has the advantage that the receiver easily check the integrity of the watermaking database and get the correct restoring the original database So the recipient does not have to use approximate database (watermaking), but can use the original database ... ghi) bảng liệu, W=( , Đầu sở liệu R’ chứa W Bƣớc 1: Xác định khả nhúng (số bít tối đa nhúng) sở liệu R MỘT LƢỢC ĐỒ THỦY VÂN THUẬN NGHỊCH KHĨA CƠNG KHAI CHO CƠ SỞ DỮ LIỆU DỰA TRÊN KỸ THUẬT 402... đại diện HR Mã hóa RSA Dấu thủy vân W Nhúng tin thuận nghịch Cơ sở liệu thủy vân R’ Hình Sơ đồ nhúng thủy vân thuận nghịch dễ vỡ khóa cơng khai cho sở liệu Trên Hình 1, thuật tốn sử dụng hàm băm... theo cơng thức sau: IV LƯỢC ĐỒ THỦY VÂN THUẬN NGHỊCH DỄ VỠ KHĨA CƠNG KHAI Dựa vào phƣơng pháp đề xuất xây dựng lƣợc đồ thủy vân thuận nghịch dễ vỡ khóa cơng khai áp dụng cho việc xác thực tính