Giấu tin trong ảnh dựa trên ma trận tần số

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CNTT & TRUYỀN THÔNG PHẠM VĂN THANH GIẤU TIN TRONG ẢNH DỰA TRÊN MA TRẬN TẦN SỐ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Ngun - Năm 2011 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CNTT & TRUYỀN THÔNG PHẠM VĂN THANH GIẤU TIN TRONG ẢNH DỰA TRÊN MA TRẬN TẦN SỐ Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số : 60 48 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TSKH NGUYỄN XUÂN HUY Thái Nguyên - Năm 2011 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan kết đạt đƣợc luận văn sản phẩm riêng cá nhân, khơng chép lại ngƣời khác Trong tồn nội dung luận văn, điều đƣợc trình bày cá nhân đƣợc tổng hợp từ nhiều nguồn tài liệu Tất tài liệu tham khảo có xuất xứ rõ ràng đƣợc trích dẫn hợp pháp Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm chịu hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan Thái Nguyên, ngày 15 tháng 11 năm 2011 Phạm Văn Thanh Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy giáo PGS-TSKH Nguyễn Xuân Huy - Viện Công nghệ Thông tin - Viện Khoa học Việt Nam, ngƣời tận tình hƣớng dẫn, bảo giúp đỡ suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trƣờng Đại học Công nghệ Thông tin Truyền thông - Đại học Thái Nguyên giảng dạy cung cấp cho chúng tơi kiến thức bổ ích thời gian học cao học, giúp tơi có tảng tri thức để phục vụ nghiên cứu khoa học sau Tôi xin cảm ơn Lãnh đạo đồng nghiệp đơn vị tạo điều kiện giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tơi xin bày tỏ lịng cảm ơn đến gia đình bạn bè, ngƣời ln quan tâm, động viên khuyến khích tơi trình học tập Thái Nguyên, ngày 15tháng 11 năm 2011 Học viên Phạm Văn Thanh Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn i MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Lời cảm ơn Mục lục i Danh mục ký hiệu, chữ viết tắt iii Danh mục hình iv MỞ ĐẦU CHƢƠNG KHÁI QUÁT VỀ MÃ HÓA VÀ GIẤU TIN MẬT 1.1 Mã hóa thơng tin 1.1.1 Các khái niệm 1.1.2 Phân loại hệ mật mã 1.2 Giấu tin mật 14 1.2.1 Các khái niệm 14 1.2.2 Mơ hình giấu tin 17 1.2.3 Tính chất giấu tin mật 18 1.2.4 Ứng dụng giấu tin mật 20 1.2.5 Kỹ thuật công hệ giấu tin mật 21 1.3 Kết chƣơng 22 CHƢƠNG GIẤU TIN MẬT TRONG ẢNH SỐ 23 2.1 Ảnh số 23 2.1.1 Biểu diễn ảnh số 23 2.1.2 Các tham số ảnh số 26 2.1.3 Nén ảnh 27 2.2 Giấu tin mật ảnh số 35 2.2.1 Giấu tin mật ảnh đen trắng 36 2.2.2 Giấu tin ảnh màu 40 2.3 Giấu tin ảnh dựa miền tần số 44 2.3.1 Biến đổi DCT thuận nghịch 44 2.3.2 Đặc điểm phép biến đổi DCT ảnh hai chiều 44 2.3.3 Một số giải thuật giấu tin ảnh JPEG 45 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii 2.4 Kết chƣơng 59 CHƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH GIẤU TIN TRONG ẢNH JPEG 61 3.1 Mục đích, yêu cầu 61 3.2 Giải pháp 61 3.3 Xây dựng cài đặt chƣơng trình 63 3.3.1 Xây dựng sở liệu ảnh mang 63 3.3.2 Lựa chọn kỹ thuật nén 63 3.3.3 Lựa chọn phương pháp mã hoá 63 3.3.4 Lựa chọn giải thuật giấu tin 64 3.3.5 Lựa chọn môi trường xây dựng 64 3.3.6 Thiết kế cài đặt chương trình 65 3.3.7 Hạn chế đề xuất 71 3.4 Kết chƣơng 71 KẾT LUẬN 72 TÀI LIỆU THAM KHẢO 73 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN AES Hệ mật mã tiên tiến (Advanced Encryption Standard) DCT Biến đổi Cosine rời rạc (Discrete Cosine Transform) DES Hệ mật mã chuẩn (Data Encryption Standard) DFT Biến đổi Fourier rời rạc (Discrete Fourier Transform) DPCM Điều xung mã vi phân (Differized Pulse Code Modulation) ECC Hệ mã hóa đƣờng cong Ellip (Elliptic Curve Cryptography) HVS Hệ thống thị giác ngƣời (Human Visual System) JPEG Chuẩn nén ảnh ủy ban JPEG quốc tế (Joint Photographic Experts Group) LZW Một phƣơng pháp nén (Lempel - Zip Welch) PCM Điều biên mã xung (Pulse Code Modulation) RLE Mã hóa loạt dài (Run Length Encoding) RSA Mã hóa cơng khai RSA (Ron Rivest, Adi Shamir Len Adleman) Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iv DANH MỤC CÁC HÌNH Trang Hình 1.1 Q trình mã hố giải mã Hình 1.2 Mơ hình hệ thống mật mã đối xứng Hình 1.3 Mơ hình hệ thống mật mã bất đối xứng Hình 1.4.a Mơ hình kết hợp mật mã đối xứng bất đối xứng (bên gửi) 12 Hình 1.4.b Mơ hình kết hợp mật mã đối xứng bất đối xứng (bên nhận) 13 Hình 1.5 Mơ hình phân loại kỹ thuật giấu tin 16 Hình 1.6 Mơ hình trình giấu tin 18 Hình 1.7 Mơ hình trình giải mã tin giấu 18 Hình 2.1 Mơ hình màu RGB 24 Hình 2.2 Mơ hình màu YUV 25 Hình 2.3 Mơ hình dịng ảnh biểu diễn dƣới dạng sóng 29 Hình 2.4 Mơ hình tạo sóng vng 29 Hình 2.5 Mơ hình chuyển đổi miền thời gian miền tần số 30 Hình 2.6 Mơ hình nén ảnh JPEG 33 Hình 2.7 Thí dụ minh họa thuật toán Wu-Lee 39 Hình 2.8 Mơ hình phân bố hệ số tần số ảnh JPEG sau lƣợng tử hóa 46 Hình 2.9 Mơ hình giấu thông tin Jsteg với 50% dung lƣợng 48 Hình 2.10 Mơ hình phân bố hệ số tần số sử dụng giải thuật F3 50 Hình 2.11 Mơ hình phân bố hệ số tần số sử dụng giải thuật F4 51 Hình 2.12 Đoạn mã nguồn Java sử dụng giải thuật F4 52 Hình 3.1 Mơ hình giấu tin chƣơng trình 62 Hình 3.2 Giao diện chƣơng trình 68 Hình 3.3 Giao diện giấu tin mật 69 Hình 3.4 Giao diện tách tin mật 70 Hình 3.5 Giao diện trợ giúp 70 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn MỞ ĐẦU Chúng ta sống xã hội thông tin Đã có truyền tin thƣờng có u cầu bí mật quốc gia, có bí mật qn sự, có bí mật cơng nghệ, có bí mật kinh tế, nhiều bí mật cá nhân Chính vậy, vấn đề an tồn bảo mật thơng tin ln nhận đƣợc quan tâm nhiều lĩnh vực Các công nghệ giải pháp để bảo vệ thông tin đƣợc nghiên cứu, phát triển phù hợp với nhiều dạng lƣu trữ thông tin phƣơng thức truyền tải thông tin Giải pháp bảo mật thông tin đƣợc sử dụng phổ biến dùng hệ mật mã nhƣ: Hệ mã hố cơng khai, hệ mã hố bí mật Với giải pháp này, thơng tin ban đầu đƣợc mã hoá thành mật mã Một phƣơng pháp khác đƣợc nghiên cứu, ứng dụng mạnh mẽ nhiều lĩnh vực phƣơng pháp giấu tin mật (Steganography) Nhiều cách thức giấu tin mật đƣợc nghiên cứu ứng dụng, nhiều định dạng khác nhƣ âm thanh, hình ảnh video…Cả hai phƣơng pháp có ƣu, nhƣợc điểm định Mã hoá giúp che giấu nội dung thông tin, giấu tin mật giúp che giấu hoạt động trao đổi thông tin Trên thực tế, để đảm bảo an tồn cho kênh trao đổi thơng tin bí mật ta cần phải kết hợp hai phƣơng pháp Trong phạm vi luận văn tập trung tìm hiểu số nội dung mã hố thơng tin kỹ thuật giấu tin ảnh đƣợc cơng bố, sau xây dựng chƣơng trình giấu tin ảnh có kết hợp mã hóa thơng tin phục vụ cho q trình trao đổi thơng tin bí mật Luận văn gồm chƣơng, cụ thể nhƣ sau: Chƣơng 1: Khái quát mã hóa giấu tin mật Chƣơng tìm hiểu tổng quan kỹ thuật mã hố thơng tin giấu tin mật Nội dung đề cập khái niệm bản, tính chất, đặc điểm, ứng dụng số vấn đề có liên quan kỹ thuật Chƣơng Giấu tin mật ảnh số Để thực kỹ thuật mã hố giấu tin mật môi trƣờng đa phƣơng tiện vấn đề đặt cần tìm hiểu cấu trúc, đặc điểm tính chất định dạng mơi trƣờng đa phƣơng Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn tiện Chƣơng tập trung trình bày khái niệm bản, đặc điểm, tính chất kỹ thuật nén đƣợc áp dụng ảnh số, đặc biệt ảnh JPEG số phƣơng pháp giấu tin mật ảnh dựa miền tần số Chƣơng 3: Chƣơng trình giấu tin ảnh JPEG Chƣơng trình bày cách sử dụng giải thuật giấu tin F5 dùng mã ma trận để xây dựng cài đặt chƣơng trình giấu tin ảnh JPEG có kết hợp nén mã hố thơng tin Đồng thời đề xuất giải pháp giúp cho việc xây dựng ứng dụng giấu tin mật, đảm bảo bí mật an tồn cho liên lạc bí mật cho nhiều lĩnh vực Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 60 thuật giấu tin cần phải văn vào loại ứng dụng phải đảm bảo đặc điểm an ninh an toàn Chƣơng giới thiệu cách sử dụng thuật toán giấu tin F5 để xây dựng cài đặt chƣơng trình giấu tin ảnh JPEG có kết hợp nén mã hố thơng tin Chƣơng đề xuất giải pháp giúp cho việc xây dựng ứng dụng giấu tin mật, đảm bảo bí mật an tồn cho liên lạc bí mật cho nhiều lĩnh vực Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 61 CHƢƠNG CHƢƠNG TRÌNH GIẤU TIN TRONG ẢNH JPEG 3.1 Mục đích, yêu cầu Mục đích luận văn xây dựng chƣơng trình giúp cho ngƣời dùng liên lạc, trao đổi thơng tin cách bí mật đồng thời che giấu liệu cách an tồn, bí mật định dạng ảnh JPEG Chƣơng trình phải đảm bảo yêu cầu nhƣ sau: - Đảm bảo ảnh mang sau giấu tin nhận thay đổi thị giác (yêu cầu trực quan) - Đảm bảo chống lại số phƣơng pháp phân tích (thám tin) nhƣ cân lƣợc đồ histogram hệ số đối tƣợng ảnh, phân tích thống kê, xác suất - Đảm bảo an tồn cho thơng tin trao đổi - Dung lƣợng thông tin trao đổi cao - Đảm bảo bí mật cho hoạt động trao đổi thông tin kênh truyền công khai 3.2 Giải pháp Yêu cầu quan trọng đặt với hệ liên lạc bí mật ảnh mang đƣợc lựa chọn cho sau nhúng liệu mật vào đồng mặt trạng thái chất lƣợng ảnh mang ban đầu để tránh bị phát Bên cạnh đó, việc lựa chọn giải thuật giấu tin, giải thuật mã hố giải thuật nén đóng vai trị quan trọng để đảm bảo bí mật, an tồn cho thơng tin Vì luận văn đƣa giải pháp xây dựng ứng dụng giấu tin cho liên lạc bí mật nhƣ sau:  Các bƣớc thực để giấu tin mật: - Bƣớc 1: Thực nén thông điệp mật phƣơng pháp nén không mát thơng tin; - Bƣớc 2: Mã hố thơng điệp nén giải thuật mã hoá khoá đối xứng với khoá phiên sinh ngẫu nhiên, khoá đƣợc mã tiếp giải thuật mã hố khố cơng khai gắn vào đầu thông điệp mật mã hố để tạo thơng tin mật cần đƣợc giấu ảnh mang; Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 62 - Bƣớc 3: Lựa chọn ảnh mang phù hợp CSDL ảnh có để giấu thơng tin mật có đƣợc từ bƣớc 2; - Bƣớc 4: Thực giấu thông điệp mật vào ảnh mang tìm đƣợc bƣớc Tin mật Nén Tin nén Mã hóa Khóa đối xứng Thơng tin giấu ảnh Bản mã Mã hóa Ck Khóa cơng khai Lựa chọn ảnh mang CSDL ảnh Ảnh chứa tin mật Giải thuật giấu tin F5 Hình 3.1 Mơ hình giấu tin chương trình  Các bƣớc thực để tách tin mật: - Bƣớc 1: Dùng giải thuật để tách thông tin giấu ảnh chứa tin mật - Bƣớc 2: Sử dụng khoá phiên trao đổi để giải mã thông tin thu đƣợc bƣớc - Bƣớc 3: Giải nén thông tin thu đƣợc từ bƣớc thu đƣợc thông điệp mật cần trao đổi Trong giải pháp thơng điệp mật cần giấu file văn bản, ảnh…Tùy theo loại thông điệp mật cần giấu để áp dụng kỹ thuật nén phù hợp Nếu thân thông điệp mật dạng nén khơng cần áp dụng kỹ thuật nén Mơi trƣờng giấu tin mật - CSDL ảnh mang - đƣợc lựa chọn phải phù Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 63 hợp với dung lƣợng thông điệp mật cần giấu, tức phải đảm bảo ―chứa‖ đƣợc thông điệp mật 3.3 Xây dựng cài đặt chƣơng trình 3.3.1 Xây dựng sở liệu ảnh mang Đối tƣợng xác định để làm vật mang cho hệ giấu tin mật luận văn tập trung vào ảnh JPEG Đây định dạng phổ biến, có độ lớn phù để truyền mạng dung lƣợng nhúng chấp nhận đƣợc Nhiều thuật toán giấu tin mật đối tƣợng đƣợc nghiên cứu, phát triển tính khả thi đƣợc chứng minh CSDL ảnh mang đƣợc xây dựng cho chƣơng trình đặt thƣ mục cố định (ví dụ nhƣ C:\HideImageJPG) Để lƣu trữ thay đổi, hiệu nhúng, tỷ lệ nhúng ảnh mang CSDL ảnh phục vụ cho lựa chọn ảnh mang cần có tệp anhmang.mdb chứa bảng Ketqua gồm trƣờng: ID (Auto Number), tenanh(Text), sothaydoi(Number), hieuquanhung(Number), tylenhung(Text) 3.3.2 Lựa chọn kỹ thuật nén Kỹ thuật nén thông tin cần sử dụng để sử dụng cho phần mềm nén không mát thơng tin Tuy nhiên, khơng có kỹ thuật nén tối ƣu cho loại liệu Trên thị trƣờng có nhiều phần mềm nén thơng tin, tích hợp đƣợc nhiều kỹ thuật nén khác Trong chƣơng trình luận văn chọn thƣ viện ZetaCompressionLibrary đƣợc xây dựng biên dịch thành file dll Đây thƣ viện tích hợp kỹ thuật nén không mát thông tin tiên tiến nhƣ LZW, nén đạt đƣợc chuẩn ZIP GZIP 3.3.3 Lựa chọn phương pháp mã hoá Đối với hệ mã hố khố bí mật nay, chuẩn mã hố AES đƣợc coi có độ an tồn cao, đƣợc Viện tiêu chuẩn Công nghệ Hoa Kỳ chọn làm chuẩn mã hố mới, có độ an tồn cao đƣợc sử dụng miễn phí tồn giới Hơn nữa, thuật tốn Rijindael (thuật tốn đƣợc cơng nhận chuẩn AES) thuật tốn thích hợp với việc triển khai nhiều hệ thống khác nhau, có tốc độ xử lý nhanh Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 64 so với phƣơng pháp mã hoá khác, độ lớn khối liệu nhƣ mã khố tuỳ biến linh hoạt, đảm bảo mức độ an toàn cao Đối với hệ mã hố khố cơng khai, năm gần đây, phƣơng pháp mã hoá RSA đƣợc xem phƣơng pháp chuẩn, đƣợc sử dụng rộng rãi Internet, ứng dụng lĩnh vực bảo mật thông tin liên lạc nhƣ thƣơng mại điện tử Do vậy, chƣơng trình lựa chọn mã hoá liệu mật theo phƣơng pháp mã hoá AES, trao đổi khố bí mật (AES) theo phƣơng pháp mã hoá RSA 3.3.4 Lựa chọn giải thuật giấu tin Trong luận văn này, CSDL vật mang đƣợc lựa chọn ảnh JPEG Vì chƣơng trình sử dụng giải thuật giấu tin F5 Đây giải thuật có khả chống đƣợc số phƣơng pháp thám tin nhƣ công histogram, công theo phƣơng pháp thống kê Ngoài ra, áp dụng mã ma trận (matrix encoding) nên giải thuật có khả nhúng tƣơng đối cao Giải thuật F5 đƣợc phát triển dựa việc khắc phục số hạn chế số giải pháp trƣớc đó, có việc dung lƣợng nhúng hạn chế nguy bị thám tin cao Trên sở phát huy ƣu điểm F5: chống công cung cấp dung lƣợng lớn; mã ma trận dải hoán vị cho phép ngƣời dùng giảm số lƣợng thay đổi cần thiết để làm tỉ lệ nhúng biểu đồ giấu thông tin, giải thuật F5 có cải tiến để đạt tới tỉ lệ giấu thơng tin 13% kích thƣớc file ảnh JPEG 3.3.5 Lựa chọn môi trường xây dựng Các hàm Win32 API thƣờng đóng vai trị quan trọng lập trình an ninh an tồn ngơn ngữ bậc cao Tuy nhiên, có vấn đề lớn đặt hàm khó để hiểu sử dụng Những nhà phát triển mà cần áp dụng an ninh an toàn cách gọi trực tiếp Win API thƣờng thực cách tốt với mô hình lập trình khó .NET Framework cung cấp nhiều đặc tả cách gói đặc tính nằm dƣới Win32 Security API với giao diện đƣợc hƣớng đối tƣợng Cryptography namespace hỗ trợ phép toán, thuật toán mã hố Hơn nữa, lớp NET Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 65 Framework đƣợc đảm bảo chức an tồn đƣợc mơ tả lớp gắn liền với cho chúng khơng thể bị thay đổi Việc lập trình có bảo mật NET nhờ đƣợc hỗ trợ tốt - Mã hố khố bí mật DES, 3DES RC2 - Các luồng mã hố (Cryptographic streams) - Mã hố khố cơng khai RSA (RSA asymmetric encryption) - Chữ ký số RSA DSA (RSA and DSA digital signatures) - Các giải thuật băm nhƣ MD5, SHA1, SHA-256 - Các mã xác thực thông điệp (Message Authentication Codes - MAC) - Các sinh số ngẫu nhiên (Pseudorandom number generators -PRNG) Ngoài ra, xây dựng ứng dụng tảng NET Framework phát triển VS cịn có tiện lợi sau: - Bộ phát triển Visual Studio có thƣ viện đối tƣợng, phƣơng thức giúp cho việc xử lý hình ảnh, âm đƣợc thuận tiện, dễ tích hợp thêm thƣ viện động dll - Sử dụng phát triển Visual Studio xây dựng đƣợc phần mềm có giao diện thân thiện với ngƣời dùng - Ngôn ngữ C# ngôn ngữ lập trình hƣớng đối tƣợng, có khả xử lý nhanh đối tƣợng đa phƣơng tiện thao tác với bit, byte liệu Vì vậy, khuôn khổ thời gian hạn chế luận văn này, học viên lựa chọn giải pháp xây dựng chƣơng trình phát triển Visual Studio 2005, ngôn ngữ C# 3.3.6 Thiết kế cài đặt chương trình  Tạo ngẫu nhiên cặp khóa cơng khai/bí mật - Độ dài khóa đƣợc tạo 1024 bit 2048 bit - Sử dụng lớp RSACryptoServiceProvider Lớp có số đặc điểm sau: + Thi hành mã hoá giải mã bất đối xứng cách sử dụng việc thi hành giải thuật RSA đƣợc cung cấp Cryptographic service provider (CSP) + Gọi hàm RSACryptoServiceProvider (keysize) để khởi tạo thể lớp RSACryptoServiceProvider với kích thƣớc khố keysize Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 66 + Gọi hàm RSACryptoServiceProvider.ToXmlString(value) Hàm nhận kết cặp khố cơng khai khố riêng RSA value có giá trị true; nhận kết khoá riêng giá trị value false - Kết thu đƣợc cặp khóa cơng khai/bí mật đƣợc sinh cách ngẫu nhiên, đủ mạnh  Nén thông điệp mật - Đầu vào thông điệp mật cần giấu - Sử dụng thƣ viện ZetaCompressionLibrary.dll - Gọi lớp CompressionHelper, có đặc điểm sau: + Sử dụng giải thuật nén không mát thông tin, đạt chuẩn ZIP, GZIP để nén giải nén liệu + Có thể nén loại liệu sau: thƣ mục; nhiều file lúc; file XML nhớ; đoạn văn bản; Dataset nhớ; dãy byte nhớ + Kết trả dãy byte  Mã hóa thơng điệp mật - Thực nhận khố key vectơ ban đầu iv cách ngẫu nhiên, có độ dài 16 byte + Các giá trị nhận đƣợc cách lấp đầy 16 byte với dãy mật mã giá trị ngẫu nhiên đủ mạnh + Gọi RNGCryptoServiceProvider để tạo sinh số ngẫu nhiên, lấp đầy cho khóa key vecto iv - Mã hóa thơng điệp mật cần giấu giải thuật AES với khóa key iv vừa nhận đƣợc, sử dụng lớp RijndaelManaged + Dựa vào giải thuật Rijindael + Gọi phƣơng thức CreateEncryptor (key, iv) để tạo mã hoá Rijindael với khoá key vecto khởi tạo iv - Quá trình thực nhƣ sau: + Tạo mã hố Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 67 + Mã hoá liệu + Ghi liệu mã hoá vào stream + Kết nhận đƣợc dãy byte - Mã hoá key iv giải thuật RSA, sử dụng lớp RSACryptoServiceProvider - Thêm key iv mã hóa vào đầu thơng điệp - Kết nhận đƣợc bao gồm: byte độ dài khóa, key, iv thơng điệp mật mã hóa  Giấu tin mật Sử dụng giải thuật F5 trình bày chƣơng Ảnh gốc Biến đổi ảnh gốc sang miền tần số Biến đổi Cô sin rời rạc Lƣợng tử hóa/ giải lƣợng tử Sắp xếp Zig-Zag Mã hóa/ Giải mã Huffman Nhúng thơng tin  Ghi file Tách tin mật - Tách thông điệp mật giấu - Giải mã thơng điệp + Sử dụng khố riêng trao đổi trƣớc để giải nén + Khởi tạo thể RSACryptoServiceProvider + Sử dụng đối tƣợng RSAParameters: biểu diễn tham số giải thuật RSA Với đối tƣợng này, tính tốn tất tham số cần thiết RSA: D, P, DP, DQ, Exponent, InverseQ, Modulus, P, Q + Tách giá trị key iv Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 68 + Giải mã thông điệp - Sử dụng lớp RijndaelManaged - Gọi phƣơng thức CreateDecryptor để tạo giải mã + Các bƣớc thực - Tạo giải mã - Giải mã thông điệp + Đọc liệu đầu vào dãy - Thực giải nén cách sử dụng thƣ viện ZetaCompressionLibrary.dll lớp CompressionHelper  Thực chương trình Giao diện chƣơng trình nhƣ sau: Hình 3.2 Giao diện chương trình - Thực giấu tin mật: + Chọn tin mật + Chọn khóa mã cơng khai ngƣời nhận + Nhập mật (không đƣợc chứa dấu cách) + Kích chọn nút Lựa chọn ảnh mang => Danh sách ảnh mang Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 69 + Kích chọn ảnh mang cần giấu tin + Kích chọn nút Giấu tin mật Hình 3.3 Giao diện giấu tin mật - Thực tách tin mật + Chọn ảnh nguồn chứa tin mật + Chọn File lƣu trữ tin mật tách đƣợc từ ảnh nguồn + Nhập mật + Kích chọn nút Tách tin + Chọn khóa riêng ngƣời nhận để giải mã tin mật giấu Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 70 Hình 3.4 Giao diện tách tin mật - Trợ giúp chương trình: Hình 3.5 Giao diện trợ giúp Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 71 3.3.7 Hạn chế đề xuất Hiện chƣơng trình hỗ trợ giấu tin ảnh JPEG Chƣơng trình khơng thể giấu liệu q lớn để phù hợp với vật mang sở liệu vật mang dung lƣợng ảnh giấu có thay đổi so với dung lƣợng ảnh ban đầu Nếu dung lƣợng lớn liệu cần đƣợc chia sẻ ứng dụng đƣợc mở rộng để hỗ trợ việc chia liệu thành mẩu liệu nhỏ giấu chúng vào vật mang khác Trong trƣờng hợp này, vật mang chứa số byte định cho ngƣời nhận tập hợp lại liệu Một hạn chế khác chƣơng trình sở liệu vật mang lớn thời gian xử lý lâu Mặc dù chƣơng trình thực thi offline, vấn đề thời gian yêu cầu quan trọng Tuy nhiên, chƣơng trình thực thi lâu bất tiện cho ngƣời dùng Tƣơng lai nghiên cứu để giấu thơng tin liệu thời gian thực nhƣ VoIP, Video streamming Vật mang giấu lƣợng liệu lớn, ta sử dụng đối tƣợng để giảm thay đổi mật mang 3.4 Kết chƣơng Chƣơng trình bày cách xây dựng cài đặt chƣơng trình giấu tin ảnh có kết hợp nén mã hố thơng tin phục vụ cho liên lạc bí mật nhiều lĩnh vực Chƣơng trình đƣợc xây dựng môi trƣờng Visual Studio.NET, vật mang lựa chọn ảnh JPEG, kỹ thuật nén nén khơng mát thơng tin, kỹ thuật mã hóa kết hợp phƣơng pháp mã hóa RSA AES, giải thuật giấu tin giải thuật F5 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 72 KẾT LUẬN Trao đổi thông tin liên lạc nhu cầu hết quan trọng ngƣời Với hỗ trợ thiết bị khoa học kỹ thuật đại, việc trao đổi thông tin liên lạc ngƣời trở lên thuận tiện dễ dàng Bên cạnh thiết bị di động, điện thoại…thì việc trao đổi thơng tin liên lạc Internet ngày trở lên phổ biến Internet không đơn mạng cộng đồng mà trở thành xã hội ảo, kết nối ngƣời toàn giới lại gần Do có hạ tầng tốt, tính tiện lợi phổ dụng, Internet đƣợc tổ chức, cá nhân tích cực sử dụng việc trao việc liên lạc, trao đổi thông tin Nhƣng có vấn đề thực tế đặt nguy mát thông tin, bị đánh cắp thông tin ngày gia tăng, địi hỏi phải có chế bảo mật, bảo đảm an ninh, an toàn cho thông tin trao đổi mạng Bảo mật thông tin, có mật mã học giấu tin mật lĩnh vực đƣợc quan tâm nghiên cứu Nhiều giải thuật mã hoá, nhiều thuật toán giấu tin mật đƣợc đề xuất nhằm tăng cƣờng an ninh thơng tin Tuy nhiên, có giải thuật mã hố đƣợc nghiên cứu, đề xuất có nhiều ngƣời nghiên cứu cách thức thám mã để phá vỡ nó; có giải thuật giấu tin mật đƣợc nghiên cứu đề xuất có nhiều ngƣời nghiên cứu cách thức thám tin để phát tin mật ẩn giấu Mặc dù để thám tin, thám mã khó, nhƣng thực tế chứng minh nhiều kỹ thuật thám tin, thám mã thành công, đặc biệt sức mạnh tính tốn máy tính ngày gia tăng nguy thơng tin mã hoá, ẩn giấu bị phát hồn tồn Do vậy, sách bảo mật thông tin thƣờng đƣợc thi hành với nhiều lớp, kết hợp nhiều phƣơng pháp, kỹ thuật khác Trên sở nghiên cứu kỹ thuật nén thông tin, mã hố thơng tin giấu tin mật, qua tham khảo ƣu, nhƣợc điểm phần mềm có thị trƣờng, luận văn đƣa giải pháp cho ứng dụng liên lạc bí mật Giải pháp dựa việc kết hợp kỹ thuật nén thơng tin, mã hố thơng tin giấu tin mật Mặc dù số hạn chế nhƣng kết thực nghiệm ban đầu cho kết tƣơng đối tốt Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 73 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Simon Singh, Mật mã: Từ cổ điển đến lượng tử - Phạm Văn Thiều Phạm Thu Hằng dịch [2] Andrew Nash, William Duane, Celia Joseph Derek Brink, Giới thiệu mật mã Mã hóa thông điệp – Lê Ngọc Hiến dịch [3] Vũ Ba Đình, Nguyễn Xuân Huy, Đào Thanh Tĩnh (2002), Đánh giá khả giấu liệu đồ số, tạp chí Tin học Điều khiển học, số 4, 347-353 [4] Đặng Văn Đức, Hệ quản trị sở liệu đa phương tiện, Viện CNTT - Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, Hà Nội 2005 [5] Đỗ Năng Tồn, Phạm Việt Bình, Giáo trình Xử lý ảnh - Đại học Thái Nguyên, Nxb Khoa học Kỹ thuật, 2008 [6] Nguyễn Xuân Huy, Bùi Thị Thúy Hằng, Vƣơng Mai Phƣơng , Một số kĩ thuật nâng cao chất lượng ảnh lượng tin bảo mật ảnh, Kỷ yếu Hội thảo Quốc gia: Một số vấn đề chọn lọc công nghệ thông tin lần thứ 5, Nha Trang, 5-8/6/2002, NXB KHKT Hà Nội, 2003 [7] Hà Huy Khối , Nhập mơn số học thuật tốn, Nxb Khoa học, 1997 [8] Phan Đình Diệu, Lý thuyết mã hố thơng tin, ĐHCN-ĐHQGHN, 2002 [9] Lƣơng Mạnh Bá, Nguyễn Thanh Thủy, Nhập môn xử lý ảnh số, 1999 [10] Nguyễn Kim Sách, Xử lý ảnh video số, NXB KHKT 1997 [11] PGS, TS Hồ Anh Túy, Xử lý tín hiệu số, 2002 [12] Đỗ Ngọc Anh, Nén ảnh sử dụng biến đổi Wavelet ứng dụng dịch vụ liệu đa phương tiện di động, Luận văn thạc sĩ khoa học, Đại học Bách Khoa Hà nội, 2006 [13] Ngô Thái Hà, Nghiên cứu kỹ thuật bảo vệ quyền sản phẩm đồ họa vectơ, Luận văn thạc sĩ khoa học máy tính, Đại học Thái nguyên, 2009 [14] ] Nguyễn Ngọc Hà, Phát triển số kỹ thuật giấu liệu ảnh ứng dụng trao đổi thông tin, Luận án Tiến sĩ Tốn Học 2007 Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 74 Tiếng Anh: [15] M Wu, J Lee A novel data embedding method for two-color fascimile images In Proceedings of international symposium on multimedia information processing Chung-Li, Taiwan, R.O.C, 1998 [16] Ming, Chen, Z Ru, N Xinxin, and Y Yixian, Analysis of Current Steganography Tools: Classifications & Features, Information Security Centre, Beijing University of Posts & Telecommunication, Beijing, December 2006 [17] David Salomon, Giovanni Motta, David Bryant: Data Compression, The Complete Reference Springer-Verlag London Limited 2007 [18] Andreas Westfeld, F5—A Steganographic Algorithm High Capacity Despite Better Steganalysis, Technische Universităat Dresden, Institute for System Architecture D-01062 Dresden, Germany westfeld@inf.tu-dresden.de [19] Jessica Fridrich, Miroslav Goljan, Dorin Hogea, Steganalysis of JPEG Images: Breaking the F5 Algorithm, Department of Electrical and Computer Engineering, SUNY Binghamton, Binghamton,NY 13902-6000, USA Số hóa Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ... CHƢƠNG GIẤU TIN MẬT TRONG ẢNH SỐ 2.1 Ảnh số Thông thƣờng thu nhận ảnh số từ phƣơng pháp sau [4]: - Số hóa ảnh chụp ảnh in scanner Nguyên tắc số hóa ảnh tƣơng tự số hóa âm Trong máy ảnh số có hệ... nhúng tin F’- Vật mang chứa tin giấu M - Thơng tin cần giấu Hình 1.6 Mơ hình q trình giấu tin Khóa K F’ - Vật mang chứa tin giấu Bộ giải mã tin F- Vật mang (ảnh, audio, video) M - Thông tin giấu. .. CHƢƠNG GIẤU TIN MẬT TRONG ẢNH SỐ 23 2.1 Ảnh số 23 2.1.1 Biểu diễn ảnh số 23 2.1.2 Các tham số ảnh số 26 2.1.3 Nén ảnh 27 2.2 Giấu tin mật ảnh