KỸ THUẬT GIẤU TIN THUẬN NGHỊCH TRONG ẢNH MMPOUA

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNG - o0o - KỸ THUẬT GIẤU TIN THUẬN NGHỊCH TRONG ẢNH MMPOUA ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP HỆ ĐẠI HỌC CHÍNH QUY Ngành: Công nghệ thông tin Sinh viên thực hiện: Bùi Văn Nhất Giáo viên hướng dẫn: TS Hồ Thị Hương Thơm Mã sinh viên: 121280 HẢI PHÒNG - 2012 LỜI CẢM ƠN! Trước hết em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới cô giáo hướng dẫn Tiến sĩ Hồ Thị Hương Thơm tận tình giúp đỡ em nhiều suốt trình tìm hiểu nghiên cứu hoàn thành báo cáo tốt nghiệp Em xin chân thành cảm ơn thầy cô mơn tin học – trường DHDL Hải Phịng thầy cô trường trang bị cho em kiến thức cần thiết để em hoàn thành báo cáo Xin gửi lời cảm ơn đến bạn bè người bên em động viên tạo điều kiện thuận lợi cho em, tận tình giúp đỡ bảo em em cịn thiếu sót q trình làm báo cáo tốt nghiệp Cuối em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới người thân gia đình giành cho em quan tâm đặc biệt động viên em Vì thời gian có hạn, trình độ hiểu biết thân nhiều hạn chế Cho nên đồ án khơng tránh khỏi thiếu sót, em mong nhận đóng góp ý kiến tất thầy cô giáo bạn bè để đồ án em hoàn thiện Em xin chân thành cảm ơn! Hải phòng, ngày… tháng…năm 2012 Sinh viên thực Bùi Văn Nhất MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN! LỜI MỞ ĐẦU .5 Chương KHÁI NIỆM TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan kỹ thuật giấu tin ảnh 1.1.1 Khái niệm 1.1.2 Phân loại giấu tin 1.1.3 Yêu cầu thiết yếu hệ thống giấu tin mật 1.1.4 Mơ hình kỹ thuật giấu tin tách tin 1.1.5 Môi trường giấu tin 10 1.1.6 Một số ứng dụng kỹ thuật giấu tin 12 1.2 Cấu trúc ảnh BITMAP 14 1.2.1 Bitmap header 14 1.2.2 Palette màu 15 1.2.3 Bitmap data 15 1.3 Phương pháp đánh giá PSNR(peak signal-to-noise ratio) 15 Chương KỸ THUẬT GIẤU TIN THUẬN NGHỊCH TRONG ẢNH MMPOUA 17 2.1 Giới thiệu 17 2.2 Kỹ thuật giấu tin thuận nghịch ảnh MMPOUA 17 2.2.1 Thuật toán bảo toàn nhỏ nhất(Minimun Preserved Algorithm) 17 2.2.2 Thuật tốn bảo tồn lớn nhất(Maximun Preserved Algorithm) 22 2.3 Vấn đề vượt ngưỡng 26 Chương CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM 27 3.1 Môi trường cài đặt 27 3.2 Giao diện chương trình 27 3.2.1 Giao diện chương trình 27 3.2.2 Giao diện chi tiết modul chương trình 28 3.2.3 Giao diện cửa sổ thông tin 37 3.3 Kết thử nghiệm nhận xét 38 3.3.1 Kết thử nghiệm 38 3.3.2 Nhận xét 43 KẾT LUẬN 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO 47 LỜI MỞ ĐẦU Cuộc cách mạng thông tin kỹ thuật số đem lại thay đổi sâu sắc xã hội sống Những thuận lợi mà thông tin kỹ thuật số mang lại sinh thách thức hội cho trình đổi Với việc sử dụng mạng internet tồn cầu để thơng tin, liên lạc ngày tăng lĩnh vực trị, quân sự, quốc phòng, kinh tế, thương mại… Vấn đề đặt an tồn liệu Một công nghệ phần giải vấn đề giấu tin mật, cho phép giấu thơng tin mật vào nguồn thông tin khác, làm ẩn tồn thông mật Trong đồ án em tìm hiểu kỹ thuật giấu tin văn hình ảnh kỹ thuật giấu tin thuận nghịch tránh vượt ngưỡng ảnh MMPOUA(minimum\maximum preserved overflow\underflow avoidance) Đồ án tổ chức gồm ba chương sau: Chương Khái niệm tổng quan: Trình bày tổng quan kỹ thuật giấu tin ảnh, cấu trúc ảnh BITMAP phương pháp đánh giá PSNR (peak signal-to-noise ration) ảnh trước sau giấu tin Chương Kỹ thuật giấu tin thuận nghịch ảnh MMPOUA: Giới thiệu trình bày kỹ thuật giấu tách tin MMPOUA Chương Cài đặt thử nghiệm: Trình bày số giao diện chương trình thử nghiệm kỹ thuật giấu tin thuận nghịch ảnh MMPOUA, đưa nhận xét đánh giá Chương KHÁI NIỆM TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan kỹ thuật giấu tin ảnh 1.1.1 Khái niệm Giấu tin kỹ thuật nhúng (giấu) lượng thơng tin số vào đối tượng liệu số khác Giấu tin ảnh kỹ thuật nhúng (giấu) lượng thông tin số vào ảnh mà khó phát kỹ thuật thơng thường Mục đích: - Mục đích giấu tin có hai vấn đề là: + Bảo mật cho liệu đem giấu + Bảo mật cho đối tượng đem giấu thơng tin - Ngày kỹ thuật giấu tin nghiên cứu để phục vụ mục đích tích cực như: bảo vệ quyền tài liệu số hóa (dùng thuỷ vân số), hay giấu thơng tin bí mật qn kinh tế - Sự phát triển công nghệ thông tin tạo môi trường giấu tin vô tiện lợi phong phú Người ta giấu tin văn bản, hình ảnh, âm Cũng giấu tin khoảng trống hay phân vùng ẩn môi trường lưu trữ đĩa cứng, đĩa mềm Các gói tin truyền mạng mơi trường giấu tin thuận lợi Các tiện ích phần mềm môi trường lý tưởng để gài thông tin quan trọng để xác nhận quyền 1.1.2 Phân loại giấu tin Có thể phân loại kỹ thuật giấu tin làm hai hướng:  Giấu tin mật (Steganography)  Thủy vân số (Watermarking) Information hiding Giấu thông tin Steganography Watermarking Giấu tin mật Thuỷ vân số Robust Watermarking FragileWatermarking Thuỷ vân bền vững Thuỷ vân dễ vỡ ImperceptibleWatermarking VisibleWatermarking Thuỷ vân ẩn Thuỷ vân hiển thị Hình 1.1 Sơ đồ phân loại kỹ thuật giấu tin - Giấu tin mật (Seganograph) quan tâm tới việc giấu tin cho thông tin giấu nhiều tốt quan trọng người khác khó phát đối tượng có bị giấu tin bên hay khơng kỹ thuật thông thường - Thủy vân số (Watermaking) đánh giấu vào đối tượng nhằm khẳng định quyền sở hữu hay phát xuyên tạc thông tin Thủy vân số phân thành loại thủy vân bền vững thủy vân dễ vỡ + Thuỷ vân bền vững (Robust Watermarking): thường ứng dụng ứng dụng bảo vệ quyền Thuỷ vân nhúng sản phẩm hình thức dán tem quyền Trong trường hợp này, thuỷ vân phải tồn bền vững với sản phẩm nhằm chống việc tẩy xoá, làm giả hay biến đổi phá huỷ thuỷ vân Thủy vân bền vững có hai loại:  Thuỷ vân ẩn (Visible Watermarking): giống giấu tin, mắt thường khơng thể nhìn thấy thuỷ vân  Thuỷ vân (Imperceptible Watermarking): loại thuỷ vân sản phẩm người dùng nhìn thấy + Thủy vân dễ vỡ (Fragile Watermarking): kỹ thuật nhúng thuỷ vân vào ảnh cho phân bố sản phẩm mơi trường mở có phép biến đổi làm thay đổi đối tượng sản phẩm gốc thuỷ vân giấu đối tượng khơng cịn ngun vẹn trước giấu (dễ vỡ) Bảng 1.1 So sánh giấu tin mật thủy vân số Giấu tin mật - Thủy vân số Che giấu hữu - thơng điệp Mục đích - quyền Thơng tin che giấu độc - - Che giấu thông tin gắn với đối tượng vỏ bọc lập với vỏ bọc Yêu cầu Thêm vào thông tin Không phát - Tiêu chuẩn bền vững - Watermaking bị phá vỡ thông điệp bị che giấu Tấn công thành công - Dung lượng tin giấu - Phát thông điệp bí mật bị che giấu 1.1.3 Yêu cầu thiết yếu hệ thống giấu tin mật Có ba yêu cầu thiết yếu hệ thống giấu tin mật: - Tính vơ hình: nghĩa với người quan sát mắt thường phát ảnh có chứa thơng tin ẩn Đây tính chất quan trọng kỹ thuật giấu tin mật - Khả nhúng: lượng thông tin cần nhúng nhiều tốt không vi phạm tính chất khác kỹ thuật giấu tin mật - Khả khơng thể dị tìm được: khả chống lại việc xác định ảnh có hay khơng có thơng tin ẩn kỹ thuật thống kê tốn học thơng thường 1.1.4 Mơ hình kỹ thuật giấu tin tách tin Các thành phần hệ giấu tin tách tin ảnh số gồm: - Bản tin mật (Secret Message): văn tệp ảnh hay tệp nhị phân nào, trình xử lý chuyển chúng thành chuỗi bit - Ảnh phủ (hay ảnh gốc) (Cover Data): ảnh dùng để làm môi trường nhúng tin mật - Khố bí mật K (Key): khố viết mật tham gia vào q trình giấu tin để tăng tính bảo mật - Bộ nhúng thơng tin (Embedding Algorithm): Những chương trình, thuật toán nhúng tin - Ảnh mang (Stego Data): ảnh sau nhúng tin mật vào - Kiểm định (Control): kiểm tra thông tin sau giải mã Mơ hình kỹ thuật giấu tin tách tin mô tả sau: Bản tin mật Phương tiện chứa (audio, ảnh, video) Phương tiện chứa giấu tin Bộ nhúng thơng tin Khóa Hình 1.2 Lược đồ chung cho trình giấu tin Hình 1.2 biểu diễn trình giấu tin Phương tiện chứa bao gồm đối tượng dùng làm môi trường giấu tin như: text, audio, video, ảnh, tin mật lượng thông tin mang ý nghĩa ảnh, logo, đoạn văn bản… tuỳ thuộc vào mục đích người sử dụng Thơng tin giấu vào phương tiện chứa nhờ nhúng, nhúng chương trình, triển khai thuật toán để giấu tin thực với khố bí mật giống hệ mật mã cổ điển Sau giấu tin, ta thu phương tiện chứa tin giấu phân phối sử dụng mạng Khóa Phương tiện chứa giấu tin Bộ tách tin Phương tiện chứa (audio, ảnh, video) Bản tin mật Kiểm định Hình 1.3 Lược đồ chung cho trình tách tin.rình giấu tin Hình 1.3 mô tả việc tách thông tin giấu Sau nhận đối tượng phương tiện chứa có giấu thơng tin, q trình tách tin thực thơng qua nhúng thơng tin với khố q trình nhúng Kết thu gồm phương tiện chứa gốc tin mật giấu Bước tin mật thu xử lý kiểm định so sánh với thông tin giấu ban đầu 1.1.5 Môi trường giấu tin 1.1.5.1 Giấu tin ảnh Hiện giấu thông tin ảnh phận chiếm tỷ lệ lớn chương trình ứng dụng, phần mềm, hệ thống giấu tin đa phương tiện lượng thông tin trao đổi ảnh lớn giấu thông tin 10 ... nghiệm kỹ thuật giấu tin thuận nghịch ảnh MMPOUA, đưa nhận xét đánh giá Chương KHÁI NIỆM TỔNG QUAN 1.1 Tổng quan kỹ thuật giấu tin ảnh 1.1.1 Khái niệm Giấu tin kỹ thuật nhúng (giấu) lượng thơng tin. .. signal-to-noise ratio) 15 Chương KỸ THUẬT GIẤU TIN THUẬN NGHỊCH TRONG ẢNH MMPOUA 17 2.1 Giới thiệu 17 2.2 Kỹ thuật giấu tin thuận nghịch ảnh MMPOUA 17 2.2.1 Thuật toán bảo toàn nhỏ... giải vấn đề giấu tin mật, cho phép giấu thơng tin mật vào nguồn thông tin khác, làm ẩn tồn thông mật Trong đồ án em tìm hiểu kỹ thuật giấu tin văn hình ảnh kỹ thuật giấu tin thuận nghịch tránh