Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám

Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN LỜI MỞ ĐẦU CHƯƠNG I TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN VÀ MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN I/ GIẤU TIN 1.1/ Mã hóa giấu tin 1.2/ Giấu tin ảnh 1.2.1/ Giới thiệu 1.2.2/ Khái niệm II/ CẤU TRÚC ẢNH BITMAP 2.1/ Một số khái niệm 2.1.1/ Ảnh điểm ảnh 2.1.2/ Mức xám, màu 2.1.3/ Độ phân giải 10 2.2/ Ảnh Bitmap 10 2.2.1/ Ảnh Bitmap gì? 10 2.2.2/ Tập tin Bitmap 10 2.2.3/ Cấu trúc file BMP 11 2.2.4/ Thông tin chi tiết ảnh bitmap 11 2.2.5/ Giải thuật đọc file Bitmap 14 2.2.6/ Đặc điểm định dạng BMP 14 III/ TỶ LỆ GIẤU TIN TỐI ĐA CỦA CÁC LƯỢC ĐỒ GIẤU TIN K-BLOCK 15 Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 IV/ ĐẠI LƯỢNG ĐÁNH GIÁ CHẤT LƯỢNG ẢNH SAU KHI GIẤU TIN 16 CHƯƠNG II MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN TRÊN ẢNH I/ KỸ THUẬT NHÚNG LSB 18 II/ KỸ THUẬT XÁC ĐỊNH TÍNH CHẴN LẺ VÀ MỨC XÁM KẾ CẬN 18 III/ KỸ THUẬT GIẤU TIN LIÊN TIẾP TRÊN TỪNG ĐIỂM ẢNH 19 3.1/ Giới thiệu 19 3.2/ Lược đồ giấu tin 19 3.3/ Lược đồ giải tin 19 3.4/ Ví dụ minh họa 20 3.5/ Đánh giá 21 IV/ KỸ THUẬT GIẤU THEO HƯỚNG TIẾP CẬN CHIA KHỐI ĐƠN GIẢN 21 4.1/ Giấu tin theo hướng tiếp cận chia khối đơn giản cho ảnh nhị phân 21 4.1.1/ Ý tưởng 21 4.1.2/ Lược đồ giấu tin 21 4.1.3/ Lược đồ giải tin 22 4.1.4/ Ví dụ minh họa 22 4.2/ Giấu tin theo hướng tiếp cận chia khối đơn giản cho ảnh mức xám 22 4.2.1/ Ý tưởng 22 4.2.2/ Lược đồ giấu tin 22 4.2.3/ Lược đồ giải tin 23 4.2.4/ Ví dụ minh họa 23 4.3/ Đánh giá 24 V/ KỸ THUẬT GIẤU TIN THEO CPT 24 5.1/ Tổng quan 24 Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 5.2/ Lược đồ giấu tin 25 5.3/ Lược đồ giải tin 26 5.4/ Ví dụ minh họa 26 5.5/ Đánh giá 27 CHƯƠNG III GIẤU TIN BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ-ĐUN I/ TỔNG QUAN 29 II/ SƠ ĐỒ GIẤU TIN (1,7,3) 30 2.1/ Cơ sở lý thuyết 30 2.1.1/ Mô-đun vành Z2 giấu tin 30 2.1.2/ Khái quát sơ đồ giấu tin (1, 7, 3) 30 2.2/ Sơ đồ giấu tin (1,7,3) cho ảnh nhị phân 30 2.2.1/ Lược đồ giấu tin 30 2.2.2/ Lược đồ giải tin 31 2.2.3/ Ví dụ minh họa 31 2.3/ Sơ đồ giấu tin (1,7,3) cho ảnh xám 256 mức 32 2.3.1/Cải tiến sơ đồ giấu tin (1,7, 3) ảnh nhị phân cho ảnh xám 256 mức 32 2.3.2/ Lược đồ giấu tin 33 2.3.3/ Lược đồ giải tin 33 2.3.4/ Ví dụ minh họa 34 III/ SƠ ĐỒ GIẤU TIN (1, 7, 4) 35 3.1/ Cơ sở lý thuyết 35 3.2/ Lược đồ giấu tin 36 3.3/ Lược đồ giải tin 37 Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 3.4/ Ví dụ minh họa 37 IV/ SƠ ĐỒ GIẤU TIN (1, 6, 4) 39 4.1/ Cơ sở lý thuyết 39 4.2/ Lược đồ giấu tin 40 4.3/ Lược đồ giải tin 40 4.4/ Ví dụ minh họa 41 4.5/ Đánh giá 43 V/ SƠ ĐỒ GIẤU TIN (1, 5, 4) 43 5.1/ Cơ sở lý thuyết 43 5.2/ Lược đồ giấu tin 46 5.3/ Lược đồ giải tin 47 5.4/ Ví dụ minh họa 47 5.5/ Đánh giá 49 CHƯƠNG IV MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN GIẤU TIN I/ THÁM TIN 50 1.1/ Thám tin gì? 50 1.2/ Phát ảnh giấu tin 50 II/ KỸ THUẬT PHÁT HIỆN GIẤU TIN 51 2.1/ Visual Attack 51 2.1.1/ Kỹ thuật Visual Attack 51 2.1.2/ Một số kết thám tin kỹ thuật Visual Attack 52 2.1.3/ Cách giấu tin chống bị phát Visual Attack 58 2.2/ Kỹ thuật kiểm định Chi-square phát giấu tin 59 Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 2.2.1/ Kiểm định Chi-square 59 2.2.2/ Cặp giá trị (Pair of Values - PoVs) 60 2.2.3/ Áp dụng kiểm định Chi-square cho phát giấu tin 61 2.2.4/ Thuật toán PoV3 cho ảnh xám 256 mức 62 2.2.5/ Kết phát giấu tin thuật toán PoV3 63 2.2.6/ Đánh giá 67 CHƯƠNG V CHƯƠNG TRÌNH GIẤU TIN VÀ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM I/ MÔI TRƯỜNG CÀI ĐẶT 68 II/ CÔNG CỤ MATLAB 68 2.1/ Giới thiệu Matlab 68 2.2/ Xử lý ảnh với Matlab 68 III/ CHƯƠNG TRÌNH GIẤU TIN 70 3.1/ Các chức chương trình 70 3.2/ Giao diện chương trình 71 3.3/ Các quy trình thực chức 73 3.3.1/ Quy trình giấu tin 73 3.3.2/ Quy trình đánh giá chất lượng ảnh sau giấu tin 78 3.3.3/ Quy trình phát giấu tin 78 IV/ KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM GIẤU TIN VÀ THÁM TIN 80 4.1/ Tập ảnh thực nghiệm 80 4.2/ Kết thám tin cho tập ảnh gốc 81 4.3/ Kỹ thuật giấu tin liên tiếp điểm ảnh 83 4.4/ Kỹ thuật giấu tin theo hướng tiếp cận chia khối đơn giản 86 4.4.1/ Giấu tin cách thông thường 86 Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 4.4.2/ Giấu tin cách cải tiến chống Visual Attack 88 4.5/ Sơ đồ giấu tin (1, 7, 3) 91 4.5.1/ Giấu tin theo cách thông thường sơ đồ (1, 7, 3) 91 4.5.2/ Giấu tin theo cách cải tiến chống Visual Attack sơ đồ (1, 7, 3) 93 4.5.3/ Bảng kết giấu tin sơ đồ (1, 7, 3) 95 4.6/ Sơ đồ giấu tin (1, 7, 4) 96 4.6.1/ Giấu tin theo cách thông thường sơ đồ (1, 7, 4) 96 4.6.2/ Giấu tin theo cách cải tiến chống Visual Attack sơ đồ (1, 7, 4) 98 4.6.3/ Bảng kết giấu tin sơ đồ (1, 7, 4) 100 4.7/ Sơ đồ giấu tin (1, 6, 4) 101 4.7.1/ Giấu tin theo cách thông thường sơ đồ (1, 6, 4) 101 4.7.2/ Giấu tin theo cách cải tiến chống Visual Attack sơ đồ (1, 6, 4) 103 4.7.3/ Bảng kết giấu tin sơ đồ (1, 6, 4) 105 4.8/ Sơ đồ giấu tin (1, 5, 4) 106 4.8.1/ Giấu tin theo cách thông thường sơ đồ (1, 5, 4) 106 4.8.2/ Giấu tin theo cách cải tiến chống Visual Attack sơ đồ (1, 5, 4) 108 4.8.3/ Bảng kết giấu tin sơ đồ (1, 5, 4) 110 4.9/ Đánh giá kết thực nghiệm 111 4.9.1/ Khả chống bị phát giấu tin kỹ thuật thám tin 111 4.9.2/ Chất lượng ảnh sau giấu tin 113 4.9.3/ Tỷ lệ giấu tin 113 4.9.4/ Tổng kết 114 KẾT LUẬN 116 TÀI LIỆU THAM KHẢO 119 Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 Lời cảm ơn: Trong trình thực luận văn tác giả gặp nhiều khó khăn kiến thức liên quan đến đại số ứng dụng, giấu tin, xử lý ảnh hướng tiếp cận vấn đề Hơm hồn thành xong luận văn tốt nghiệp, trước hết tác giả xin chân thành cảm ơn PGS.TS Phan Trung Huy, thầy tận tình hướng dẫn , bảo, giúp đỡ tác giả hồn thành luận văn tốt nghiệp Tiếp theo, tác giả xin cảm ơn thầy Viện tốn ứng dụng tin học đại học Bách Khoa Hà Nội giảng dạy, cung cấp kiến thức để tác giả vận dụng q trình thực luận văn tốt nghiệp Và cuối cùng, tác giả xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, người thân, bạn bè động viên, giúp đỡ, tạo điều kiện thời gian thực luận văn Hà Nội, ngày tháng năm 2014 Học viên Ứng Hoàng Nam Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 LỜI MỞ ĐẦU Trong lĩnh vực bảo mật an tồn thơng tin, kỹ thuật truyền thống mã hóa có vai trị quan trọng nhu cầu cấp thiết Tuy nhiên, bên cạnh lợi ích lớn mà kỹ thuật đem lại bảo vệ thơng tin khơng bị đánh cắp, mã hóa lại dễ bị lộ nguồn phát tin nơi nhận tin Kỹ thuật giấu tin đời giải nhược điểm Ngoài đặc điểm xem kỹ thuật mã hóa, giấu tin có ưu điểm che đậy nguồn phát tin nơi nhận tin mật Từ thời cổ đại người biết sử dụng giấu tin liên lạc Ngày nay, với bùng nổ cơng nghệ thơng tin kỹ thuật nở rộ, đặc biệt khoảng 10 năm trở lại Sự kiện đánh dấu sức mạnh kỹ thuật giấu tin khủng bố 11-9-2001 Tờ NewYork Times (Mỹ ) vào tháng 10 năm 2001 xuất báo đề cập đến việc tổ chức khủng bố Al-Qaeda sử dụng kỹ thuật giấu tin để mã hóa thơng điệp mật (nội dung chuẩn bị cho công khủng bố ), sau thơng điệp nhúng vào ảnh ảnh truyền thông qua internet mà không bị phát tổ chức tình báo, an ninh hay chống khủng bố Mỹ hết ngày 11-9-2001 [17] Sau kiện này, kỹ thuật giấu tin nhận quan tâm, nghiên cứu phát triển nhiều quốc gia Thế Giới khía cạnh giấu tin phát giấu tin Đặc điểm kỹ thuật giấu tin sử dụng vật mang thông tin đóng vai trị lớp vỏ vơ hại để che đậy tồn thông điệp mật Vật mang thông tin ngày sử dụng chủ yếu tập tin dạng văn (text), ảnh, âm (audio), video… Với ưu điểm dung lượng không lớn từ vài kB đến vài mB, liệu ảnh sử dụng vật mang thông tin phổ biến trao đổi mạng Trong đó, định dạng ảnh mức xám cho phép ta nhúng lượng lớn thơng điệp mật Đặc biệt, định dạng ảnh nhận quan tâm nhiều nhà nghiên cứu vấn đề giấu tin thám tin loại ảnh Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 Dựa vào tính thực tiễn, lý thú chủ đề, tác giả chọn đề tài “Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám” làm đề tài luận văn tốt nghiệp Mục đích đề tài tìm hiểu, trình bầy, cài đặt số sơ đồ giấu tin có cho ảnh mức xám; từ nghiên cứu, đề xuất sơ đồ giấu tin cải tiến nhằm nâng cao tỷ lệ giấu tin, làm biến dạng ảnh gốc tránh phát số kỹ thuật thám tin điển kỹ thuật Visual Attack kiểm định Chi-square ( PoV3) [7, 12] Trong luận văn, tác giả tiến hành thực nghiệm giấu tin thám tin để kết sau ảnh đa mức xám: - Phương pháp giấu tin đơn giản, thực việc giấu tin cách liên tiếp điểm ảnh, dễ bị lộ kỹ thuật Visual Attack bị phát kỹ thuật kiểm định Chi-square Do đó, kỹ thuật giấu tin cần phải cải tiến theo hướng tiếp cận chia khối Ảnh nên chia thành khối rời có kích cỡ, mục đích để giấu liệu vào khối Trong khối ảnh phép thay đổi vài điểm ảnh ngẫu nhiên để giấu tin Việc giấu tin theo hướng tiếp cận chia khối có tỷ lệ số điểm ảnh bị thay đổi khối tổng số điểm ảnh khối nhỏ 1/5 khơng bị phát kỹ thuật kiểm định Chi-square Tuy nhiên, cải tiến bị phát kỹ thuật Visual Attack Từ dẫn đến cần phải có cải tiến - Nếu ta giấu tin theo hướng tiếp cận chia khối cách thông thường nghĩa giấu tin vào khối, khối bên trái ảnh đến khối ảnh cuối cần để giấu tin, vùng ảnh gồm nhiều khối ảnh (tất điểm ảnh khối trắng đen ) sau lật bit xuất điểm bất thường mà từ mắt thường khẳng định ảnh có giấu tin Do đó, cần nâng cao chất lượng giấu tin nhờ kết hợp kiểm tra ảnh kỹ thuật Visual Attack trình nhúng liệu Nếu khối ảnh chuẩn bị giấu sau Visual Attack khối bị coi khối thất bại Ngoài ra, với khối, sau thay đổi điểm ảnh để giấu tin, trở thành khối bị coi khối thất bại Ta không nhúng tin vào khối thất bại Khi giải tin, ta không lấy tin từ khối ảnh Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 Kết hợp hai cải tiến ta có chất lượng ảnh nâng cao tránh phát hai phương pháp công kỹ thuật Visual Attack kỹ thuật kiểm định Chi-square Bên cạnh cải tiến giúp việc giấu tin chống công hai kỹ thuật thám tin kể trên, luận văn trình bày phân tích chi tiết đóng góp việc nâng cao tỷ lệ giấu tin ảnh Nếu sử dụng cách giấu tin theo hướng tiếp cận chia khối cách đơn giản, nghĩa với khối ta quy định giấu tin vào số vị trí điểm ảnh cụ thể, ta tỷ lệ giấu tin khơng cao Ví dụ: khối ảnh gồm điểm ảnh, ta quy định giấu tin vào điểm ảnh thứ Khi đó, tỷ lệ tin giấu theo bit tổng số điểm ảnh khối 1/5 ảnh nhị phân, 1/40 ảnh xám 256 mức (mỗi điểm ảnh chứa bit ) Điều nghĩa với ảnh mức xám 256 mức 400 kB, ta giấu 10 kB liệu Đối với phương pháp CPT [13] ảnh nhị phân – thuật toán tiếng sử dụng nhiều ứng dụng giấu tin ảnh- khối 10 điểm ảnh cách lật không điểm ảnh, ta giấu dãy r   log2 (10  1)  bit liệu, tức tỷ lệ bit giấu tổng số điểm ảnh khối ảnh nhị phân 3/10 Với mục đích nâng cao tỷ lệ giấu tin cho ảnh, luận văn đưa vào trình bày số sơ đồ giấu tin theo hướng tiếp cận mơ-đun [8, 9, 10] nhóm nghiên cứu PGS TS Phan Trung Huy đề xuất; sơ đồ (1, 7, 3), (1, 7, 4), (1, 6, 4) (1, 5, 4) Giả sử sơ đồ (1, 5, 4), với khối gồm điểm ảnh, cách lật không điểm ảnh ta giấu bit liệu Khi đó, ta tỷ lệ bit giấu tổng số điểm ảnh khối 4/5 ảnh nhị phân hay 1/10 ảnh xám 256 mức Tức, theo sơ đồ (1, 5, 4), tập tin ảnh mức xám 256 mức 400kB, ta giấu 40kB liệu Với sơ đồ (1, 6, 4) tỷ lệ thơng tin giấu dung lượng tập tin ảnh chút, cụ thể tỷ lệ 1/12 Rõ ràng, phương pháp tác giả trình bầy luận văn cho tỷ lệ thơng tin giấu dung lượng tập tin ảnh cao so với phương pháp giấu tin theo hướng tiếp cận chia khối đơn giản phương pháp CPT Hơn nữa, phương pháp CPT áp dụng cho ảnh nhị phân – loại ảnh mang tin dễ bị phát có dung lượng thấp, với phương pháp giấu tin tác giả trình bầy, ta giấu tin Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 4.8/ Sơ đồ giấu tin (1, 5, 4) 4.8.1/ Giấu tin theo cách thông thường sơ đồ (1, 5, 4) (1.a) (1.b) (1.c) (2.a) (2.b) (2.c) (3.a) (3.b) (3.c) Hình 5.26a: Kết giấu tin thám tin cho kỹ thuật giấu tin theo cách thông thường sơ đồ (1, 5, 4) 106 Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 (4.a) (4.b) (4.c) (5.a) (5.b) (5.c) (6.a) (6.b) (6.c) Hình 5.26b: Kết giấu tin thám tin cho kỹ thuật giấu tin theo cách thông thường sơ đồ (1, 5, 4) Ảnh (a): Ảnh giấu tin 100% ; Ảnh (b): Ảnh kết thám tin Visual Attack Ảnh (c): Ảnh kết thám tin Chi-square 107 Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 4.8.2/ Giấu tin theo cách cải tiến chống Visual Attack sơ đồ (1, 5, 4) (1.a) (1.b) (1.c) (2.a) (2.b) (2.c) (3.a) (3.b) (3.c) Hình 5.27a: Kết giấu tin thám tin cho kỹ thuật giấu tin theo cách cải tiến chống Visual Attack sơ đồ (1, 5, 4) 108 Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 (4.a) (4.b) (4.c) (5.a) (5.b) (5.c) (6.a) (6.b) (6.c) Hình 5.27b: Kết giấu tin thám tin cho kỹ thuật giấu tin theo cách cải tiến chống Visual Attack sơ đồ (1, 5, 4) Ảnh (a): Ảnh giấu tin 100% ; Ảnh (b): Ảnh kết thám tin Visual Attack Ảnh (c): Ảnh kết thám tin Chi-square 109 Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 4.8.3/ Bảng kết giấu tin sơ đồ (1, 5, 4) Tên ảnh 512x512 Giấu tin theo cách thông thường Giấu tin theo cách cải tiến (Giấu tin vào tất khối ảnh) ( Giấu tin chống Visual Attack ) Số byte liệu Số byte liệu 263222 bytes PSNR Man2.bmp 50.3133 26214 bytes 55.0467 13319 bytes Teapot.bmp 52.0453 26214 bytes 56.1122 11005 bytes Goldhill.bmp 52.4042 26214 bytes 52.8227 23421 bytes Lena.bmp 52.3803 26214 bytes 52.7682 23357 bytes Peppers.bmp 52.3637 26214 bytes 52.8239 23415 bytes Himal.bmp 52.3677 26214 bytes 52.7773 23438 bytes giấu tối đa 110 PSNR giấu tối đa Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 4.9/ Đánh giá kết thực nghiệm 4.9.1/ Khả chống bị phát giấu tin kỹ thuật thám tin 4.9.1.1/ Khả chống bị phát kỹ thuật Visual Attack - Từ thực nghiệm ta thấy hiệu kỹ thuật Visual Attack chủ yếu dựa vào đặc điểm ảnh mang tin Kỹ thuật Visual Attack đặc biệt hiệu ảnh có nhiều vùng (Ví dụ: ảnh “Man2.bmp” ảnh “Teapot.bmp” ) Những ảnh sau Visual Attack loại bỏ bit cao điểm ảnh, giữ lại LSB dấu hiệu bất thường xuất vùng ảnh nhất, vùng chứa bit thơng tin mật giấu ảnh Tuy nhiên, Visual Attack lại hiệu ảnh khơng có vùng ảnh hay có phân bố mức xám tương đối (Ví dụ: ảnh “Lena.bmp”, “Goldhill.bmp”, “Peppers.bmp”, “Himal.bmp” ) Do ta đánh giá khả chống bị thám tin Visual Attack kỹ thuật giấu tin ảnh có nhiều vùng - Các kỹ thuật giấu tin sử dụng theo cách thông thường cho ảnh có nhiều vùng ảnh “Man2.bmp” ảnh “Teapot.bmp”, dễ dàng bị phát Visual Attack Tuy nhiên, kỹ thuật giấu tin theo hướng tiếp cận chia khối nói chung (như kỹ thuật giấu tin theo hướng tiếp cận chia khối đơn giản sơ đồ giấu tin theo hướng tiếp cận Môđun), ta sử dụng giấu tin theo cách cải tiến kỹ thuật Visual Attack khơng cịn hiệu Thực nghiệm sau Visual Attack, kết ảnh giấu tin theo cách cải tiến kết cuả ảnh gốc gần tương tự quan sát mắt thường 4.9.1.2/ Khả chống bị phát kỹ thuật Chi-Square - Kỹ thuật giấu tin liên tiếp điểm ảnh dễ dàng bị phát kỹ thuật kiểm định Chi-Square - Đối với kỹ thuật giấu tin theo hướng tiếp cận chia khối đơn giản (có tỷ lệ số điểm ảnh bị thay đổi khối tổng số điểm ảnh 111 Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 khối nhỏ 1/5 ) sơ đồ giấu tin theo hướng tiếp cận Mô-đun, ta bắt gặp vấn đề ảnh chọn giấu tin: +/ Trong trường hợp kỹ thuật kiểm định Chi-Square cho kết luận ảnh gốc khơng có giấu tin (tức trả xác suất có tồn tin giấu ảnh “Man2.bmp”, “Teapot.bmp”, “Himal.bmp”), ảnh giấu tin sơ đồ giấu theo hướng tiếp cận Mô-đun (1, 5, 4), (1, 6, 4), (1, 7, 4), (1, 7, 3) hay kỹ thuật giấu tin theo hướng tiếp cận chia khối đơn giản (có tỷ lệ số điểm ảnh bị thay đổi khối tổng số điểm ảnh khối nhỏ 1/5 ), kỹ thuật kiểm định Chi-square trả xác suất tồn tin giấu +/ Trong trường hợp kỹ thuật kiểm định Chi-Square cho kết luận nghi ngờ ảnh gốc có giấu tin (tức trả xác suất có tồn tin giấu từ lớn đến 0.9 ảnh “Lena.bmp”, “Goldhill.bmp”), đồ thị thám tin Chisquare ảnh giấu tin kỹ thuật bắt đầu có biến động, đặc biệt vùng mà ảnh gốc bị kết luận nghi ngờ có giấu tin Tuy nhiên, trường hợp này, ảnh giấu tin sơ đồ (1, 7, 3), (1, 7, 4), (1, 6, 4) trả kết xác suất có giấu tin nhỏ 0.4 tức mức an tồn (mức khơng an tồn từ 0.9 đến 1) Còn ảnh giấu sơ đồ (1, 5, 4) thuật giấu tin theo hướng tiếp cận chia khối đơn giản có tỷ lệ số điểm ảnh bị thay đổi khối tổng số điểm ảnh khối 1/5, trả kết xác suất có giấu tin < 0.9, mức an toàn +/ Trong trường hợp kỹ thuật kiểm định Chi-Square cho kết luận ảnh gốc có giấu tin số vùng ảnh (tức trả xác suất có tồn tin giấu từ 0.9 đến ảnh “Peppers.bmp”), vùng ảnh giấu tin bị kết luận có giấu tin Dù vậy, thực nghiệm, tác giả tiến hành giấu tin vào 100% ảnh gốc, đồ thị kỹ thuật kiểm định Chi-square biến động vùng định, phần lớn vùng vùng mà kỹ thuật kiểm định Chi-square nghi ngờ ảnh gốc có giấu tin Những vùng ảnh giấu tin lại đồ thị cho kết xác suất giấu tin xác suất nhỏ mức an tồn Do đó, 112 Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 khẳng định giấu tin kỹ thuật giấu tin theo hướng tiếp cận chia khối đơn giản ( có tỷ lệ số điểm ảnh bị thay đổi khối tổng số điểm ảnh khối nhỏ 1/5 ) sơ đồ giấu tin theo hướng tiếp cận Mô-đun đề cập luận văn an toàn kỹ thuật kiểm định Chisquare Để tăng mức an toàn, tốt nên chọn ảnh gốc mà kỹ thuật kiểm định Chi-square kết luận khơng có tồn tin giấu để nhúng liệu mật 4.9.2/ Chất lượng ảnh sau giấu tin Bằng thực nghiệm ta có: - Kỹ thuật giấu tin theo hướng tiếp cận chia khối đơn giản cho ta chất lượng ảnh sau giấu tin (PSNR) cao theo cách giấu tin thông thường lẫn cách giấu tin cải tiến chống Visual Attack - Đối với sơ đồ giấu tin theo hướng tiếp cận Mô-đun, sơ đồ giấu tin (1, 7, 3) đạt PSNR cao theo cách giấu tin thông thường giấu tin cải tiến chống Visual Attack Tiếp theo sơ đồ (1 ,6, 4), (1, 5, 4), (1, 7, 4) Tuy nhiên PSNR sơ đồ không nhiều ( khoảng 2dB sơ đồ xếp vị trí sơ đồ xếp vị trí dưới) - Kỹ thuật giấu tin liên tiếp điểm ảnh cho chất lượng ảnh thấp nhất: PSNR nhỏ nhiều so với kỹ thuật lại - Tương ứng với kỹ thuật giấu tin: giấu tin theo cách cải tiến chống Visual Attack đạt PSNR cao so với giấu tin cách thông thường (*) Số liệu cụ thể xem bảng kết giấu tin kỹ thuật 4.9.3/ Tỷ lệ giấu tin Kỹ thuật giấu tin liên tiếp điểm ảnh cho ta tỷ lệ số bit liệu giấu tổng số điểm ảnh đạt mức tối đa, tức Ngoài kỹ thuật giấu tin liên tiếp điểm ảnh, sơ đồ (1, 5, 4) cho ta tỷ lệ số bit liệu giấu tổng số điểm ảnh cao (bằng 4/5): khối điểm ảnh ta giấu bit liệu cách lật không 113 Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 điểm ảnh Điều nghĩa với ảnh mức xám 256 mức, khối ảnh có dung lượng bytes (mỗi điểm ảnh byte) giấu bit liệu (tức 1/2 byte ) nên giả sử với ảnh 600 bytes ta giấu tối đa 480 bits tức 60 bytes liệu Sơ đồ giấu tin (1, 6, 4) ảnh mức xám 256 mức cho ta tỷ lệ giấu tin theo bit tổng số điểm thấp chút, cụ thể  , tức với x 12 ảnh mức xám 256 mức có dung lượng 600 bytes ta giấu tối đa 50 bytes liệu mật Đặc biệt sơ đồ giấu tin (1, 5, 4) (1, 6, 4) đạt tỷ lệ giấu tin lý tưởng (MSDR) Hai sơ đồ giấu tin (1, 7, 3) (1, 7, 4) cho tỷ lệ giấu tin theo bit tổng số điểm ảnh thấp so với sơ đồ (1, ,4) (1, 5, 4); cụ thể: ảnh mức xám 256 mức, sơ đồ (1, 7, 4) đạt tỷ lệ 1/ 14 sơ đồ (1, 7, 3) đạt tỷ lệ 3/56 (nhỏ 1/18 ) Kỹ thuật giấu tin theo hướng tiếp cận chia khối đơn giản cho tỷ lệ giấu tin theo bit tổng số điểm ảnh thấp nhiều so với sơ đồ giấu tin theo hướng tiếp cận Mô-đun kể Giả sử, áp dụng kỹ thuật giấu tin theo khối đơn giản cho khối gồm điểm ảnh với việc lật điểm ảnh khối ta giấu bit liệu, tức 1/4 so với sơ đồ giấu tin (1, 5, 4) Bằng thực nghiệm ta thấy: - Những sơ đồ giấu tin mặt lý thuyết có tỷ lệ giấu tin theo bit tổng số điểm ảnh cao dù giấu tin cách thông thường hay giấu tin cách cải tiến chống Visual Attack tương ứng theo cách giấu nhiều tin mật (xét mặt dung lượng ) - Tương ứng với kỹ thuật giấu tin: giấu tin theo cách cải tiến chống Visual Attack giấu liệu (xét mặt dung lượng) so với giấu tin cách thông thường 4.9.4/ Tổng kết +/ Nếu quan tâm đến dung lượng tin giấu lớn tốt, ta chọn sử dụng kỹ thuật giấu tin liên tiếp điểm ảnh Tuy nhiên, kỹ 114 Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 thuật có hạn chế lớn dễ bị phát giấu tin kỹ thuật Visual Attack kỹ thuật kiểm định Chi-square, đồng thời ảnh sau giấu tin có chất lượng thấp (PSNR thấp) +/ Nếu quan tâm đến chất lượng ảnh sau giấu tin (PSNR) cao tốt, ta chọn sử dụng kỹ thuật giấu tin theo hướng tiếp cận chia khối đơn giản Tuy nhiên nhược điểm kỹ thuật dung lượng tin giấu thấp +/ Như đề cập phần “lời mở đầu” luận văn, mục đích kỹ thuật giấu tin vừa giấu nhiều liệu, vừa đạt chất lượng ảnh sau giấu tin cao, vừa chống phát giấu tin kỹ thuật thám tin Visual Attack kỹ thuật kiểm định Chi-square Để đạt tất mục tiêu lúc, ta nên sử dụng giấu tin sơ đồ theo hướng tiếp cận Mô-đun Trong sơ đồ theo hướng tiếp cận Mơ-đun trình bầy luận văn gồm: (1, 7, 3), (1, 7, 4), (1, 6, 4), (1, 5, 4), giấu tin sơ đồ (1, 6, 4) theo cách cải tiến chống Visual Attack đáp ứng tất mục tiêu đề tốt Giấu tin sơ đồ (1, 6, 4) theo cách cải tiến chống Visual Attack cho phép ta giấu lượng lớn liệu (với ảnh mức xám 512x512 giấu lượng liệu tối đa lên đến khoảng 20489 bytes), chất lượng ảnh sau giấu tin cao (PSNR khoảng từ 54 dB đến 58 dB), đặc biệt đảm bảo an toàn chống kỹ thuật thám tin Visual Attack kiểm định Chi-square Ngồi ra, ta sử dụng sơ đồ (1, 5, 4) theo cách cải tiến chống Visual Attack Sơ đồ cho phép ta giấu lượng tin lớn sơ đồ, nhiên khả chống bị phát kỹ thuật kiểm định Chi-square yếu sơ đồ (mặc dù phần lớn thực nghiệm giấu tin sơ đồ (1, 5, ) đạt mức an toàn kỹ thuật kiểm định Chi-square) Sơ đồ (1, 7, 4) đạt tất mục tiêu đề ra, nhiên sơ đồ cho PSNR thấp sơ đồ lượng tin giấu so với sơ đồ (1, 6, 4), (1, 5, 4) Đối với sơ đồ (1,7, 3), ta giấu lượng tin sơ đồ 115 Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 KẾT LUẬN Sau phần tổng kết hướng phát triển luận văn: I/ Những nội dung trình bày luận văn: Trình bày kiến thức sở liên quan đến đề tài bao gồm: - Tìm hiểu giấu tin, thám tin, định dạng ảnh Bitmap, tỷ lệ giấu tin lý tưởng MSDR PSNR – đại lượng đánh giá chất lượng ảnh sau giấu tin - Tìm hiểu số phương pháp giấu tin ảnh Trình bày giấu tin sơ đồ theo hướng tiếp cận Mơ-đun - Trình bày tổng quan giấu tin theo hướng tiếp cận Mô-đun sở lý thuyết - Trình bày sơ đồ giấu tin (1, 7, 3), (1, 7, 4), (1, 6, 4), (1, 5, 4) cho ảnh mức xám 256 mức Trình bày số phương pháp phát giấu tin: - Trình bày tổng quan phát giấu tin ảnh - Trình bày hai kỹ thuật thám tin: kỹ thuật Visual Attack kỹ thuật kiểm định Chi-square - Đưa giải pháp giấu tin tránh bị phát kỹ thuật Visual Attack kiểm định Chi-square Tiến hành thực nghiệm - Tìm hiểu cơng cụ Matlab cho xử lý ảnh - Trình bày chương trình thực nghiệm trình giấu tin thám tin ảnh xám 256 mức - Tiến hành thực nghiệm giấu tin trình bày kết giấu tin theo sơ đồ (1, 7, 3), (1, 7, 4), (1, 6, 4), (1, 5, 4) cho ảnh xám 256 mức theo cách giấu tin thông thường cách giấu tin cải tiến chống Visual Attack - Tiến hành thực nghiệm thám tin trình bày kết thám tin theo hai kỹ thuật Visual Attack kiểm định Chi-quare - Đánh giá kết thực nghiệm 116 Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 II/ Kết thu luận văn: - Nâng cao tỷ lệ giấu tin sơ đồ (1, 7, 3) (1, 7, 4) hai sơ đồ giấu tin (1, 6, 4) (1, 5, 4) cho ảnh xám 256 mức Đây hai sơ đồ giấu tin đạt tỷ lệ giấu tin lý tưởng MSDR - Thực thành công việc giấu thông tin mật vào ảnh mức xám 256 mức theo phương pháp hướng mô-đun sơ đồ (1, 7, 3), (1, 7, 4), (1, 6, 4), (1, 5, 4) Ảnh sau giấu tin cho kết PSNR cao, giấu lượng lớn liệu, không bị phát kỹ thuật thám tin Visual Attack kỹ thuật kiểm định Chi-square - Xây dựng chương trình thực nghiệm trình giấu tin thám tin ảnh xám 256 mức giúp người dùng dễ dàng thực trình giấu tin, thám tin đánh giá chất lượng ảnh sau giấu tin Chương trình thực chức năng: +/ Chức hiển thị: Cho phép hiển thị thông tin đầu vào ảnh gốc thơng tin mật Bên cạnh đó, chương trình cho phép hiển thị ảnh gốc, ảnh giấu tin, ảnh kết thám tin kỹ thuật Visual Attack cho ảnh gốc ảnh giấu tin, đồ thị hiển thị kết kiểm định Chi-square ảnh gốc ảnh giấu tin +/ Chức giấu tin: Chương trình cho phép nhúng tập tin liệu mật vào ảnh gốc sơ đồ giấu tin (1, 7, 3), (1, 7, 4), (1, 6, 4), (1, 5, 4) theo cách thông thường cách cải tiến chống Visual Attack +/ Chức thám tin: phát ảnh giấu tin hai kỹ thuật Visual Attack kiểm định Chi-square +/ Chức tính tốn: tính tốn hiển thị PSNR để người sử dụng đánh giá chất lượng ảnh sau giấu tin + Chức cho phép lưu trữ: cho phép lưu trữ ảnh sau giấu tin kết sau thám tin kỹ thuật Visual Attack kiểm định Chi-square 117 Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 III/ Hướng phát triển luận văn: - Xây dựng sơ đồ giấu tin theo hướng mô-đun với tỷ lệ giấu tin lớn so với sơ đồ (1, 5, 4) - Xây dựng giải thuật giấu tin để áp dụng sơ đồ giấu tin (1, 6, 4) (1, 5, 4) cho định dạng ảnh khác - Cập nhật, nghiên cứu kỹ thuật phát giấu tin Thế Giới Từ đưa giải pháp giấu tin chống bị phát kỹ thuật thám tin 118 Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 TÀI LIỆU THAM KHẢO A Tài liệu Tiếng Việt [1] Lương Mạnh Bá, Nguyễn Thanh Thủy, “Nhập môn xử lý ảnh số”, NXB Khoa học kỹ thuật, 1999 [2] Nguyễn Hải Thanh, “Nghiên cứu phát triển thuật toán giấu tin ảnh ứng dụng mã đàn hồi”, luận án Tiến sĩ, Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2012 [3] Nguyễn Tự Cường, “Giáo trình đại số đại”, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội, 2003 [4] Phạm Huy Điển, Hà Huy Khối, “Mã hóa thơng tin: Cơ sở toán học ứng dụng”, NXB Đại học Quốc Gia Hà Nội, 2004 [5] Tống Đình Quỳ, “Giáo trình xác suất thống kê”, Nhà xuất giáo dục, 2002 [6] Trịnh Quốc Bảo, “Tìm hiểu số phương pháp thám tin lĩnh vực giấu tin”, luận văn thạc sĩ, Đại học Bách Khoa Hà Nội, 2012 B Tài liệu Tiếng Anh [7] Christy A Stanley, “Pairs of Values and the Chi-squared Attack”, Department of Mathematics, Iowa State University, May 1, 2005 [8] Phan Trung Huy, Cheonshik Kim, Nguyen Tuan Anh, Le Quang Hoa, ChingNung Yang, “Data hiding based on palette images using weak bases of Z2modules”, Grid and Pervasive Computing (GPC) LNCS 7861.pp.649-658 Springer Berlin Heidelberg (2013) [9] Phan Trung Huy, Nguyen Hai Thanh : “On the Maximality of Secret Data Ratio in CPTE Schemes” ACIIDS (1) 2011, LNCS/LNAI series 2011 pp 88-99 [10] Phan Trung Huy, Nguyen Hai Thanh, Cheonshik Kim, “Relationship between Correcting Code and Module Technique in Hiding Secret Data”, NPC 2012LNCS 7513-TCS, pp 297-307 119 Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 [11] Phan Trung Huy, Le Quang Hoa, Nguyen Huy Truong “A good data hiding scheme (1,7,4) for grayscale images and application for searching hidden text in stego-images” [12] Westfeld, Andreas and Andreas P fitzmann “ Attacks on Steganographic Systems: Breaking the Steganographic Utilities EzStego, Jsteg, Steganos, and S-Tools–and Some Lessons Learned.” 3rd International Workshop on Information Hiding, 2000 [13] Y.Chen, H.Pan, Y.Tseng “A secure of data hiding scheme for two-color images” In IEEE symposium on computers and communications, 2000 C Các liên kết [14] MATLAB and Simulink for Technical Computing, http://www.mathworks.com/ [15] Wikipedia,the free encyclopedia, http://en.wikipedia.org/wiki/BMP_file_format [16] Wikipedia,the free encyclopedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Peak_signal-tonoise_ratio [17] Wikipedia,the free encyclopedia, http://en.wikipedia.org/wiki/Steganography 120 ... thấp, với phương pháp giấu tin tác giả trình bầy, ta giấu tin Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 ảnh xám 256 mức Đặc biệt, theo tỷ lệ giấu tin tối đa lược đồ giấu tin k-block [9], với... Bên cạnh đánh giá phương pháp giấu tin này, từ dẫn đến cải tiến để nâng cao chất lượng giấu tin ảnh Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám 2014 CHƯƠNG III: GIẤU TIN BẰNG PHƯƠNG PHÁP MÔ-ĐUN... dạng ảnh mức xám cho phép ta nhúng lượng lớn thông điệp mật Đặc biệt, định dạng ảnh nhận quan tâm nhiều nhà nghiên cứu vấn đề giấu tin thám tin loại ảnh Nâng cao chất lượng giấu tin cho ảnh mức xám