Kỹ thuật phát hiện ảnh có giấu tin RS (regular singular)

LỜI CẢM ƠN Em xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc nhất tới giảng viên hướng dẫn là Thạc sỹ Hồ Thị Hương Thơm, cô đã tận tình hướng dẫn và giúp đỡ em rất nhiều trong quá trình tìm hiểu và nghiên cứu để em có thể hoàn thành tốt đề tài tốt nghiệp của mình. Em xin gửi lời cảm ơn đến Ban giám hiệu và các Thầy Cô giáo của Trường Đại học Dân Lập Hải Phòng đã giảng dạy chúng em trong suốt 4 năm học, cung cấp cho chúng em những kiến thức chuyên môn cần thiết và quý báu giúp chúng em hiểu rõ hơn các lĩnh vực nghiên cứu để hoàn thành đề tài được giao. Xin cảm ơn các bạn bè và gia đình đã động viên cổ vũ, đóng góp ý kiến, trao đổi trong suốt quá trình học tập cũng như làm tốt nghiệp, giúp em hoàn thành đề tài đúng thời hạn. Hải Phòng, ngày 1 tháng 7 năm 2011 Sinh viên Vũ Thùy Dung 1 MỤC LỤC MỤC LỤC . 1 DANH MỤC HÌNH VẼ . 3 DANH MỤC BẢNG BIỂU 4 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT . 5 MỞ ĐẦU . 6 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN TRONG ẢNH 7 1.1 Tổng quan về giấu tin . 7 1.1.1 Định nghĩa về giấu tin 7 1.1.2 Mục đích của giấu tin . 7 1.1.3 Mô hình kỹ thuật giấu tin 8 1.1.4 Mô hình kỹ thuật tách tin 9 1.2 Giấu tin trong ảnh 9 1.2.1 Khái niệm giấu tin trong ảnh 9 1.2.2 Các yêu cầu đối với giấu tin trong ảnh 10 1.2.3 Những đặc trƣng và tính chất của giấu tin trong ảnh 10 1.2.4 Các tiêu chí đánh giá kỹ thuật giấu tin trong ảnh 12 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ẢNH BITMAP 13 2.1 Giới thiệu ảnh BITMAP (BMP) 13 2.2 Cấu trúc ảnh BITMAP (BMP) 13 2.2.1 Bitmap File Header 14 2.2.2 Bitmap Information . 15 2.2.3 Color Palette . 16 2.2.4 Bitmap Data 17 CHƢƠNG 3: KỸ THUẬT PHÁT HIỆN ẢNH CÓ GIẤU TIN RS . 18 3.1 Các vấn đề phát hiện ảnh có giấu tin [2] 18 3.1.1 Phân tích tin ẩn giấu (Steganalynis) . 18 3.1.2 Các phƣơng pháp phân tích 18 3.2 Kỹ thuật phát hiện RS (Regular Singular) [2] [4] . 19 3.2.1 Giới thiệu về kỹ thuật RS 19 2 3.2.2 Các định nghĩa về kỹ thuật RS . 20 3.2.3 Phƣơng pháp phát hiện RS . 21 3.2.4 Thuật toán RS . 24 CHƢƠNG 4: KỸ THUẬT GIẤU TIN SES TRÁNH PHÁT HIỆN BẰNG RS 26 4.1 Giới thiệu kỹ thuật giấu tin SES 26 4.2 Phƣơng pháp giấu tin SES . 26 4.2.1 Quá trình giấu tin [4] . 26 4.2.2 Quá trình tách tin . 29 CHƢƠNG 5: CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM . 30 5.1 Môi trƣờng thử nghiệm 30 5.1.1 Tập ảnh thử nghiệm . 30 5.1.2 Đo độ đánh giá PSNR 31 5.1.3 Áp dụng giấu tin trên ảnh . 32 5.1.4 Một số giao diện chƣơng trình 33 5.2 Các modul cài đặt . 40 5.2.1 Chức năng: Thực hiện giấu tin trong ảnh . 40 5.2.2 Chức năng: Thực hiện tách tin . 40 5.2.3 Chức năng: Đánh giá PSNR 40 5.2.4 Chức năng: Thống kê RS 40 5.3 Thực nghiệm và đánh giá . 41 KẾT LUẬN . 46 TÀI LIỆU THAM KHẢO . 47 3 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1. Hai lĩnh vực chính của kỹ thuật giấu thông tin 7 Hình 1.2. Lược đồ chung cho quá trình giấu tin 8 Hình 1.3. Lược đồ chung cho quá trình tách tin . 9 Hình 3.1. Đồ thị RS cho một hình ảnh tiêu biểu. . 22 Hình 4.1. Sơ đồ giấu tin 28 Hình 4.2. Sơ đồ tách tin 29 Hình 5.1. 5 ảnh chuẩn . 30 Hình 5.2. 15 ảnh chụp bằng máy ảnh kỹ thuật số với nhiều kích cỡ. 30 Hình 5.3. anh1.bmp 32 Hình 5.4. Trang chủ 33 Hình 5.5. Chức năng Hệ thống . 34 Hình 5.6. Chức năng Giấu thông điệp 34 Hình 5.7. Chức năng Tách thông điệp 35 Hình 5.8. Trợ giúp 35 Hình 5.9. Chương trình giấu tin trong ảnh . 36 Hình 5.10. Chương trình tách tin trong ảnh . 37 Hình 5.11. Chương trình thống kê RS 38 Hình 5.12. Chương trình đánh giá PSNR . 39 Hình 5.13. Tệp thông điệp (10 ký tự) . 41 Hình 5.14. Tệp thông điệp (100 ký tự) . 41 Hình 5.15. Tệp thông điệp (1000 ký tự) . 41 Hình 5.16. 5 ảnh chuẩn trước khi giấu và sau khi giấu 42 Hình 5.17. 15 ảnh bất kì trước khi giấu tin và sau khi giấu tin. . 44 4 DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 2.1. Chi tiết khối bytes tiêu đề tập tin BMP 14 Bảng 2.2. Chi tiết khối bytes thông tin tập tin BMP 15 Bảng 5.1. Thống kê RS và PSNR của anh1.bmp . 32 Bảng 5.2. Kết quả thực nghiệm trên 5 ảnh chuẩn . 43 Bảng 5.3. Kết quả thực nghiệm trên 15 ảnh bất kỳ 45 5 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT LSB Least Significant Bits Các bit ít quan trọng nhất RS Regular / Singular Kỹ thuật chính quy - đơn SES Steganography Evading Statistical analyses Kỹ thuật giấu tin tránh phát hiện bằng thống kê IMG Image Ảnh đen trắng img PCX Personal Computer Exchange Ảnh xám PCX GIF Graphics Interchange Format Định dạng ảnh đồ họa GIF BMP Bitmap Ảnh không nén Bitmap PNG Portable Network Graphics Ảnh PNG JPEG Joint Photographic Experts Group Ảnh nén JPEG PSNR Peak signal to noise ratio Tỉ số tín hiệu cực đại trên nhiễu MSE Mean Squared Error Lỗi bình phương 6 MỞ ĐẦU Công nghệ thông tin và đặc biệt là sự phát triển của hệ thống mạng máy tính đã tạo nên môi trường mở và là phương tiện trao đổi, phân phối tài liệu một cách tiện lợi, nhanh chóng. Tuy nhiên cũng đặt ra một vấn đề về bảo vệ tài liệu, ngăn chặn việc đánh cắp và sao chép tài liệu một cách bất hợp pháp. Vấn đề an toàn và bảo mật thông tin hiện nay luôn nhận được sự quan tâm đặc biệt của nhiều nhà nghiên cứu trong nhiều lĩnh vực. Giấu tin trong ảnh là một bộ phận chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các chương trình ứng dụng, các phần mềm, hệ thống giấu tin trong dữ liệu đa phương tiện bởi lượng thông tin được trao đổi bằng ảnh là rất lớn. Hơn nữa, giấu thông tin trong ảnh cũng đóng vai trò hết sức quan trọng trong hầu hết các ứng dụng bảo vệ an toàn thông tin như: nhận thức thông tin, xác định xuyên tạc thông tin, bảo vệ bản quyền tác giả, điều khiển truy nhập, giấu thông tin mật… Đồ án trình bày về giấu và phát hiện ảnh có giấu thông tin. Đồng thời trình bày về kỹ thuật giấu tin trên miền dữ liệu ảnh bằng SES (Steganography Evading Statistical analyses). Từ đó đưa ra các thực nghiệm và đánh giá cho việc phát hiện thông tin ẩn giấu trên miền dữ liệu ảnh bằng SES. Để nói rõ về nội dung này, đồ án của em được tổ chức gồm năm chương: Chương 1: Tổng quan kỹ thuật giấu tin trong ảnh. Chương 2: Cấu trúc chung của ảnh Bitmap. Chương 3: Kỹ thuật phát hiện ảnh có giấu tin RS (Regular / Singular). Chương 4: Kỹ thuật giấu tin SES (Steganography Evading Statistical analyses). Chương 5: Cài đặt và thử nghiệm. 7 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN TRONG ẢNH 1.1 Tổng quan về giấu tin 1.1.1 Định nghĩa về giấu tin Giấu tin là kỹ thuật giấu (nhúng) một lượng thông tin số nào đó vào trong một đối tượng dữ liệu số khác. 1.1.2 Mục đích của giấu tin Bảo mật cho những dữ liệu được đem giấu. Bảo đảm an toàn (bảo vệ bản quyền) cho chính các đối tượng chứa những dự liệu giấu trong đó. Có thể thấy hai mục đích này hoàn toàn đối lập nhau và dần dần phát triển thành 2 lĩnh vực với những yêu cầu và tính chất khác nhau (Hình 1.1). Hình 1.1. Hai lĩnh vực chính của kỹ thuật giấu thông tin 1.1.2.1 Kỹ thuật giấu thông tin bí mật (Steganography) Đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin tập trung vào các kỹ thuật giấu tin để có thể giấu được nhiều thông tin nhất. Thông tin mật được giấu trong đối tượng sao cho người khác không phát hiện được. 1.1.2.2 Kỹ thuật giấu thông tin theo kiểu đánh dấu (Watermarking) Để bảo vệ bản quyền của đối tượng chứa thông tin, kỹ thuật giấu tin tập trung đảm bảo một số yêu cầu như đảm bảo tính bền vững… Đây chính là ứng dụng cơ bản nhất của kỹ thuật thuỷ vân số. Giấu thông tin Giấu tin bí mật (Steganography) Thuỷ vân số (Watermarking) 8 1.1.3 Mô hình kỹ thuật giấu tin Giấu thông tin vào phương tiện chứa và tách lấy thông tin là hai quá trình trái ngược nhau và có thể mô tả qua sơ đồ khối của hệ thống như sau. Mô hình kỹ thuật giấu tin cơ bản được trình bày trên hình 1.2. Hình 1.2. Lược đồ chung cho quá trình giấu tin Trên hình vẽ: Secret Message (M): Thông tin cần giấu tùy thuộc vào mục đích của người sử dụng, nó có thể là thông điệp hoặc các logo, các hình ảnh bản quyền. Cover Data (I): Dữ liệu phủ (môi trường sẽ giấu tin như: văn bản, audio, video, …). Embeding Algorithm (E): Thuật toán nhúng tin. Thông tin sẽ được giấu vào trong phương tiện chứa nhờ một bộ nhúng, bộ nhúng đó là chương trình, là những thuật toán để giấu tin và được thực hiện với khóa bí mật. Key (K): Khóa bí mật được sử dụng trong giấu tin. Stego Data (S): Dữ liệu mang tin mật (môi trường đã chứa tin mật). Control (C): Kiểm tra thông tin. Khóa Kiểm tra sau khi tách tin Dữ liệu phủ Thuật toán nhúng Dữ liệu mang tin mật Thông tin cần giấu 9 1.1.4 Mô hình kỹ thuật tách tin Tách thông tin từ các phương tiện chứa đã được giấu tin diễn ra theo quy trình ngược lại với đầu ra là thông tin đã được giấu vào phương tiện chứa. Phương tiện chứa sau khi tách lấy thông tin có thể được sử dụng, quản lý theo những yêu cầu khác nhau. Hình 1.3 dưới đây chỉ ra các công việc giải mã thông tin đã giấu. Sau khi nhận được đối tượng phương tiện chứa có giấu thông tin, quá trình giải mã được thực hiện thông qua một bộ giải mã ứng với bộ giấu thông tin cùng với khoá của quá trình giấu. Kết quả thu được gồm phương tiện chứa gốc và thông tin đã giấu. Bước tiếp theo thông tin đã giấu sẽ được xử lý kiểm định so sánh với thông tin ban đầu. Hình 1.3. Lược đồ chung cho quá trình tách tin 1.2 Giấu tin trong ảnh 1.2.1 Khái niệm giấu tin trong ảnh Giấu tin trong ảnh hiện đang rất được quan tâm. Nó đóng vai trò hết sức quan trọng trong hầu hết các ứng dụng bảo vệ an toàn thông tin như: nhận thực thông tin, xác định xuyên tạc thông tin, bảo vệ bản quyền tác giả. Lượng thông tin mang ý nghĩa tùy thuộc vào mục đích của người sử dụng sẽ được giấu vào dữ liệu ảnh nhưng chất lượng ảnh ít thay đổi và khó có thể biết được đằng sau ảnh đó mang những thông tin có ý nghĩa gì. K C S E M I . thuật giấu tin trong ảnh. Chương 2: Cấu trúc chung của ảnh Bitmap. Chương 3: Kỹ thuật phát hiện ảnh có giấu tin RS (Regular / Singular). Chương 4: Kỹ thuật. 17 CHƢƠNG 3: KỸ THUẬT PHÁT HIỆN ẢNH CÓ GIẤU TIN RS . 18 3.1 Các vấn đề phát hiện ảnh có giấu tin [2]