Luận văn thạc sĩ kỹ thuật giấu tin trong tệp văn bản và ứng dụng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG NGUYỄN THỊ PHƯƠNG CHI KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG TỆP VĂN BẢN VÀ ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH THÁI NGUYÊN, 2017 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG NGUYỄN THỊ PHƯƠNG CHI KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG TỆP VĂN BẢN VÀ ỨNG DỤNG Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 01 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS ĐẶNG VĂN ĐỨC THÁI NGUYÊN, 2017 i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Kỹ thuật giấu tin tệp văn ứng dụng” sản phẩm riêng cá nhân, không chép lại người khác Trong toàn nội dung luận văn, điều trình bày cá nhân tổng hợp, nghiên cứu từ nhiều nguồn tài liệu Tất tài liệu tham khảo có xuất xứ trích dẫn rõ ràng Tơi xin hồn tồn chịu trách nhiệm chịu hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan Thái Nguyên, ngày 25 tháng 07 năm 2017 Học viên Nguyễn Thị Phương Chi ii LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tơi xin bày tỏ lịng biết ơn đến PGS.TS Đặng Văn Đức Viện Công Nghệ Thông Tin, người tận tình hướng dẫn, bảo giúp đỡ tơi suốt q trình nghiên cứu hồn thành luận văn Tơi xin chân thành cảm ơn thầy cô giáo trường Đại học Công nghệ Thông tin Truyền thông - Đại học Thái Nguyên giảng dạy cung cấp cho 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 trường THPT Bãi Cháy nơi công tác 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, người quan tâm, động viên khuyến khích tơi q trình học tập Thái Ngun, ngày 25 tháng 06 năm 2017 Nguyễn Thị Phương Chi iii MỤC LỤC MỞ ĐẦU 1 Nhu cầu bảo mật thông tin Lý lựa chọn đề tài Mục tiêu nghiên cứu Đối tượng phạm vi nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu Cấu trúc luận văn CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN 1.1 Tổng quan giấu tin 1.1.1 Vài nét lịch sử giấu tin 1.1.2 Khái niệm giấu tin 1.1.3 Phân loại kỹ thuật giấu tin 1.1.4 Mơ hình kỹ thuật giấu tin 1.1.5 Môi trường giấu tin 13 1.1.6 Khả ứng dụng giấu tin 14 1.1.7 Tổng kết chương 16 CHƯƠNG CÁC KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG VĂN BẢN 17 2.1 Các loại bảng mã tiếng Việt 17 2.1.1 Bộ gõ Unicode 17 2.1.2 Bộ gõ VISCII 17 2.1.3 Bộ gõ TCVN3 18 2.1.4 Bộ gõ VNI 18 2.2 Các loại văn 18 2.2.1 Bảng mã ASCII 18 2.2.2 Siêu văn HTML 20 iv 2.2.3 Văn theo chuẩn pdf 21 2.2.4 Văn theo chuẩn Microsoft Word (.doc hoăc docx) 22 2.3 Các tiệm cận giấu tin văn 22 2.3.1 Watermarking trực tiếp văn 22 2.2.2.Watermarking văn định dạng 26 2.2.3.Watermarking tập tin hình ảnh quét từ văn 27 2.4 Giấu tin tệp MS Word 28 2.4.1 Lựa chọn thuộc tính giấu tin tệp MS Word 28 2.4.2 Mơ tả thuật tốn 32 2.4.3 Bảo mật 34 2.5 Tổng kết chương 36 CHƯƠNG XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH GIẤU TIN TRONG TÀI LIỆU 37 3.1 Mơ tả tốn giấu tin tệp văn MS Word 37 3.2 Lựa chọn ngôn ngữ cài đặt 37 3.3 Giao diện chương trình 37 3.3.1 Mẫu thiết kế 37 3.3.2 Quy trình cơng thức xử lý 38 3.4 Demo chương trình 38 3.4.1 Thông tin giấu 38 3.4.2 Giấu tin 39 3.4.3 Giải mã tin giấu 39 3.3.4 Trích xuất tin 40 3.5 Chạy thực nghiệm 42 3.6 Đánh giá kết đạt 48 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ 49 TÀI LIỆU THAM KHẢO 50 v DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.1 Lược đồ chung cho giấu tin Hình 1.2 Kỹ thuật giấu tin Hình 1.3 Một cách phân loại kỹ thuật giấu tin Hình 1.4 Lược đồ chung cho trình giấu tin 12 Hình 1.5 Sơ đồ trình giải mã 12 Hình 2.1 mơ tả nhúng thơng tin quyền vào khoảng trống sau dòng 24 Hình 2.1.a Đoạn văn trước nhúng 24 Hình 2.1.b Đoạn văn sau nhúng 24 Hình 2.2 Đoạn văn chứa liệu nhúng sử dụng khoảng trống sau từ 25 Hình 2.3 Ví dụ nhúng quyền phương pháp cú pháp 25 Hình 2.4 Ví dụ cặp từ đồng nghĩa 26 Hình 2.5 Ví dụ dịch chuyển dòng 26 Hình 2.6 Ví dụ dịch chuyển từ 27 Hình 2.7 Ví dụ dịch chuyển ký tự 27 Hình 2.8 Ví dụ thay đổi đặc trưng 27 Hình 2.9 Ví dụ thay đổi màu sắc ký tự 28 Hình 2.10 Ví dụ thay đổi màu sắc ký tự 29 Hình 2.11 Ví dụ thay đổi khoảng trống ký tự 30 Hình 3.1 Giao diện chương trình 37 Hình 3.2 Thơng tin giấu 38 Hình 3.3 Giấu tin 39 Hình 3.4 Nhập mật giấu tin 39 HÌNH 3.5 GIảI MÃ TIN ĐÃ GIấU 40 MỞ ĐẦU Nhu cầu bảo mật thông tin Cuộc cách mạng thông tin liệu số đem lại thay đổi sâu sắc xã hội sống Những thuận lợi thông tin liệu số mang lại đề thách thức hội cho trình đổi Sự đời phần mềm có tính mạnh, thiết bị máy ảnh kỹ thuật số, máy quét chấtlượng cao, máy in, máy ghi âm kỹ thuật số, … với tới giới tiêu dùng rộng lớn để sáng tạo, xử lý thưởng thức liệu số Cùng với bùng nổ Internet - phương tiện multimedia, liệu số lan truyền chép nhanh chóng dễ dàng,những vấn nạn ăn cắp quyền, xuyên tạc thông tin, truy nhập thông tin trái phép Vậy, vấn đề bảo mật thông tin số ngày trở nên cấp bách, địi hỏi phải khơng ngừng tìm kiếm giải pháp mới, hữu hiệu cho an toàn bảo mật thông tin Ngày nay, với phát triển mạnh mẽ ngành khoa khọc công nghệ thông tin, internet trở thành phương tiện, nhu cầu thiếu người, nhu cầu trao đổi thơng tin qua mạng ngày lớn việc đảm bảo an tồn bảo mật thơng tin cho liệu truyền mạng quan trọng Nhiều kỹ thuật mã hóa thơng tin đời nhằm vấn bảo mật liệu Tuy nhiên văn mã hóa dễ dàng gây ý, tin tặc tìm để giải mã, đánh cắp thông tin [2] Một công nghệ phần giải khó khăn kỹ thuật giấu thông tin nguồn đa phương tiện như: Âm thanh, hình ảnh, văn bản… Xét theo khía cạnh mục đích cách thực giấu tin dạng mật mã nhằm đảm bảo tính an tồn thơng tin, phương pháp ưu điểm chỗ giảm khả phát tồn tin cần giấu liệu truyền mạng [2][3] Ngoài nhà khoa học nước quan tâm đến lĩnh vực nghiên cứu [3], nhà khoa học nước có nhiều cơng bố lĩnh vực liên quan Lý lựa chọn đề tài Từ trước đến nay, nhiều phương pháp bảo vệ thơng tin đưa ra, giải pháp dùng mật mã ứng dụng rộng rãi Thơng tin ban đầu mã hố để lưu trữ truyền mạng, sau bên nhận giải mã nhờ khố hệ mã để có thông tin rõ Kỹ thuật cổ điển sử dụng rộng rãi có nhiều ứng dụng thực tế Cho đến có nhiều hệ mã đối xứng, bất đối xứng…, phức tạp sử dụng DES, RSA, NAPSACK , hiệu phổ biến Một phương pháp khác nghiên cứu ứng dụng mạnh mẽ nhiều nước giới, phương pháp giấu tin (DataHiding) quan tâm phát triển nhiều năm Giấu tin công nghệ phức tạp, tập trung nghiên cứu nhiều nước giới Đức, Mỹ, Italia, Canada, Nhật Bản Giấu tin nhúng thông tin vào tệp liệu khác Tệp liệu khác ảnh, âm thanh, video văn (dữ liệu đa phương tiện) Đã có nhiều phương pháp kèm theo thuật tốn hiệu cơng bố giới chủ đề Tuy nhiên, kết thực nghiệm cho thấy cần phải có thêm thời gian để nghiên cứu thẩm định, nhiên nhà khoa học khẳng định công nghệ đầy hứa hẹn cho vấn đề an toàn bảo mật thơng tin Với mục đích tìm hiểu học hỏi cácmơ hình, kỹ thuật giấu thơng tin nhằm bảo vệ thông tin quan trọng liệu đa phương tiện,trong tập trung vào liệu văn bản, học viên chọn thực đề tài luận văn: “Kỹ thuật giấu tin tệp văn ứng dụng” Mục tiêu nghiên cứu Trong luận văn, việc nghiên cứu tổng quan kỹ thuật giấu tin nói chung, trung sâu vào giấu tin tệp văn Sau đó, học viên thực nghiệm với tệp văn MS Word tệp văn MS Word khuôn dạng tệp văn sử dụng nhiều Đối tượng phạm vi nghiên cứu Trong khuôn khổ luận văn, tác giả tập trung nghiên cứu tìm hiểu tổng quan phương pháp kỹ thuật giấu tin tệp văn Nghiên cứu khả ứng dụng mơ hình thử nghiệm cụ thể giấu tin tệp văn MS Word Phương pháp nghiên cứu Thực nghiên cứu lý thuyết thông qua tổng hợp báo khoa học cơng bố ngồi nước số luận văn liên quan đến chủ đề thực kết hợp với thực nghiệm thơng qua chương trình thử nghiệm giấu tin tệp Word Cấu trúc luận văn Ngoài phần mở đầu trình bày mục tiêu luận văn, toán cần giải quyết, phương pháp nghiên cứu … phần kết luận trình bày tóm tắt kết đạt luận văn nhiệm vụ cần giải tiếp theo, luận văn trình bày thành ba chương sau: Chương 1: Tổng quan giấu tin liệu đa phương tiện 1.1 Lịch sử giấu tin 1.2 Khái niệm giấu tin 1.3 Mơ hình giấu tin 1.4 Một số kỹ thuật giấu tin 1.5 Khả ứng dụng giấu tin Chương 2: Các kỹ thuật giấu tin văn 38 3.3.2 Quy trình xử lý Gồm có phần chính: Mã hóa: Tab giấu thơng tin - Thơng tin cần giấu: dùng để nhập thông tin giấu - Mật khẩu: dùng để nhập mật (Khóa) - Nút Chọn tệp mang tin: dùng để chọn vật mang tin - Nút Giấu thông tin: thực tác vụ giấu tin Giải mã: Tab Lấy thông tin - Mât khẩu: dùng để nhập mật (Khóa) - Thơng tin cần giấu: dùng để thể nội dung sau giải mã bao gồm thông tin sau: o Thông tin giấu o Tên vật mang tin Nút chọn tệp mang tin: dùng để chọn vật mang tin - Nút Lấy tin: thực tác dụng lấy tin - 3.4 Demo chương trình 3.4.1 Thơng tin giấu Thơng tin lấy từ sử dụng thuộc tính Kích thước font (Font size): - Load file chứa tập tin cần giấu tin - Nhập nội dung giấu tin - Nhập mật cần giấu Hình 3.2 - Thơng tin giấu 39 3.4.2 Giấu tin Hình 3.3 - Giấu tin 3.4.3 Giải mã tin giấu Nhập mật giấu tin Mở file chứa tập tin giấu tin Hình 3.4 - Nhập mật giấu tin 40 3.3.4 Trích xuất tin Hình 3.5 - Giải mã tin giấu Kết so sánh văn chưa giấu tin văn giấu tin hình minh họa (Hình 3.6 a văn gốc, Hình 3.6 b văn giấu tin) cho thấy hầu hết định dạng bảo tồn không thấy thay đổi đáng kể hai văn 41 Hình 3.6 a Hình 3.6 b 42 3.5 Chạy thực nghiệm Trên văn dùng để giấu tin, gọi tắt vật mang tin (Vật mang tin ) xét block ký tự, tương ứng với bit chuỗi bit ký tự thông tin cần giấu, gọi tắt thông tin giấu (TTG) Nếu bit có giá trị 1, ký tự tương ứng với vị trí bit block bị thay đổi đặc trưng Nếu bit có giá trị 0, ký tự tương ứng với vị trí bit bảo tồn đặc trưng Khi giải mã, trình diễn ngược lại, nghĩa xét block ký tự văn có chứa TTG, block tương ứng với ký tự TTG Nếu ký tự block có đặc trưng thay đổi, bit tương ứng với vị trí ký tự có giá trị 1, ký tự có đặc trưng khơng đổi, bit tương ứng có giá trị Như chất trình giấu tin đánh dấu ký tự Vật mang tin thay đổi đặc trưng ký tự theo block ký tự Cịn chất q trình giải mã q trình truy vết (back tracking) Do để bảo đảm giải mã xác, Vật mang tin phải bảo tồn dấu vết (đặc trưng bị thay đổi) ban đầu thực trình giấu tin Nếu Vật mang tin bị định dạng lại, vô hình chung “vết” bị xóa, q trình giải mã không thực cho kết bị sai Mơ tả thí nghiệm: Tác giả thực giấu tin lúc với thuộc tính: kích thước ký tự, character spacing, kerning Thuộc tính character spacing giữ nguyên, kích thước ký tự kerning thay đổi bit mã nhị phân Quá trình giải mã thực lần phương pháp giải mã dựa vào kích thước ký tự: - Lần 1: giữ nguyên định dạng Vật mang tin (Cột 1) - Lần 2: chuyển tồn kích thước ký tự Vật mang tin sang kích thước khác (Cột 2) 43 Kết cho bảng sau: Character n Character h Character ữ Character n Character g Character Character l Character Character i Character Character t 44 Character Character Character v Character ấ Character n Character Character ( Character h Character o 45 Charac ặ Charac c Charac Charac ý Charac Charac t Charac h Charac Charac c 46 Charac h Charac r Charac h Charac o Charac ặ Charac c Charac Charac x Charac u 47 Charac Charac h Charac Charac Charac n Charac g Charac ) Từ bảng ta thấy, thay đổi thuộc tính kích thước ký tự, thuộc tính kerning bảo tồn, lưu lại, run Vật mang tin bị Microsoft Word tự động thay đổi Các ký tự Vật mang tin thay run độc lập bị Microsoft Word tự động nhập lại vào chung run 48 chúng có định dạng (trong thí nghiệm kích thước ký tự, character spacing, kerning) Chính điều làm cho kết giải mã bị sai lệch khơng thực Đây khuyết điểm cần lưu ý lựa chọn thuật toán giấu tin Microsoft Word 3.6 Đánh giá kết đạt Về bản, luận văn hoàn thành theo yêu cầu mặt sở lýthuyết chương trình ứng dụng Do thời gian nghiên cứu không dài, khả tiếp cận hiểu rõ thuật tốn giấu tin tài liệu văn cịn hạn chế 49 KẾT LUẬN VÀ KHUYẾN NGHỊ Kết luận Luận văn trình bày thành chương sau: Chương 1: Tổng quan giấu tin liệu đa phương tiện Chương trình bày số khái niệm giấu tin, mơ hình tổng qt giấu tin tách tin giấu liệu đa phương tiện Sau trình bày cách phân loại giấu tin khả ứng dụng giấu tin thực tế Chương 2: Các kỹ thuật giấu tin văn Chương trước hết trình bày số khuôn mẫu tệp văn lưu trữ máy tính Sau trình bày số phương pháp nhúng thông tin tệp văn MS Word Luận văn trình bày tốn giấu tin tệp văn dựa khoảng trống, font size, font color Chương Xây dựng chương trình thử nghiệm Xây dựng chương trình thử nghiệm giấu tin tài liệu văn bản: font size, font color, character space Chương trình thực với chức năng: load file văn nhập tin cần giấu, giấu tin, lưu fie chứa tin, load file chứa tin, giải tin Khuyến nghị Về bản, luận văn hoàn thành theo yêu cầu mặt sở lý thuyết chương trình ứng dụng Do thời gian nghiên cứu khơng dài, khả tiếp cận hiểu rõ thuật toán giấu tin tài liệu văn hạn chế 50 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt: [1] Đỗ Văn Tuấn, Nghiên cứu số kỹ thuật giấu tin môi trường Multimedia, Luận văn thạc sĩ-Trường ĐH Công nghệ, 2007 [2] Đỗ Minh Đức, Nghiên cứu xây dựng phương pháp giấu tin đơn giản, an toàn, Đại học Công nghệ, 2011 [3] Nguyễn Xuân Huy, Trần Quốc Dũng, Giáo trình giấu tin thủy vân ảnh, Hà nội, 2003 Tiếng Anh: [4] Ivan Stojanov, Aleksandra Mileva, Igor Stojanovi´c, A New Property Coding in Text Steganography of MicrosoftWord Documents, The Eighth International Conference on Emerging Security Information, Systems and Technologies, 2014 [5] Juergen Seitz, Digital watermarking for Digital Media, Information Science Publishing, 2005 [6] Komal Patel, Sumit Utareja, Hitesh Gupta, A Survey of Information Hiding Techniques, International Journal of Emerging Technology and Advanced Engineering, 2013 [7] Wesam Bhaya, Abdul Monem Rahma and Dhamyaa AL-Nasrawi, Text steganography based on font type in ms-word documents, Journal of ComputerScience, Volume 9, Issue 10.3844/ jcssp.2013.898.904 ,2013 7, pp 898-904, DOI: i [8] Van Doan Nguyen, Tran Khanh Dang, Son Nguyen Thanh (2007), A Novel Approach to Digital Watermarking for Vietnamese Documents, Special Issue of Science & Technology Journal, Vietnam National University-Ho Chi Minh City, ISSN 1859-0128, Vol 10, No 13, pp 3141, 2007 [9] Wesam Bhaya, Abdul Monem Rahma and Dhamyaa AL-Nasrawi, Text Steganography Based on Font Type in MS-Word documents, Journal of Computer Science, 2013 [10] M J Cox, M L Miller, J A Bloom, Jessica Fridrich, and Ton Kalker (2008), Digital Watermarking and Steganography, ISBN 978-0-12372585-1, Morgan Kaufmann Pub-lishers [11] T.-Y Liu and W.-H Tsai, A New Steganographic Method for Data Hiding in Microsoft Word Documents by a Change Tracking Technique, IEEE Transactions on Information Forensics And Security, Vol 2, No 1, March 2007 [12] Van Doan Nguyen, Tran Khanh Dang, Son Nguyen Thanh (2007), A Novel Approach to Digital Watermarking for Vietnamese Documents, Special Issue of Science & Technology Journal, Vietnam National University-Ho Chi Minh City, ISSN 1859-0128, Vol 10, No 13, pp 3141, 2007 ... bày tổng quan kỹ thuật giấu tin, khái niệm giấu tin, tìm hiểu kiến trúc mơ hình giấu tin, phương tiện để giấu tin ứng dụng việc giấu tin 17 CHƯƠNG CÁC KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG VĂN BẢN Chương trước... đề tài luận văn: ? ?Kỹ thuật giấu tin tệp văn ứng dụng? ?? Mục tiêu nghiên cứu Trong luận văn, việc nghiên cứu tổng quan kỹ thuật giấu tin nói chung, trung sâu vào giấu tin tệp văn Sau đó, học viên... loại bảng gõ bản, loại văn Sau tìm hiểu tiệm cận để giấu tin tệp văn bản, từ đưa thuật tốn giấu tin phù hợp 37 CHƯƠNG XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH GIẤU TIN TRONG TÀI LIỆU 3.1 Mơ tả tốn giấu tin tệp văn