Nghiên cứu một số kỹ thuật phát hiện ảnh có dấu tin báo cáo nghiên cứu khoa học sinh viên

MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cảm ơn Mục lục Danh mục từ viết tắt Danh mục bảng Danh mục hình ảnh PHẦN MỞ ĐẦU 1 Lý chọn đề tài Lịch sử nghiên cứu 2.1 Trên giới 2.2 Tại Việt Nam Mục tiêu Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu 5 Phƣơng pháp nghiên cứu Những đóng góp đề tài.Những vấn đề chƣa làm đƣợc 6.1 Những đóng góp đề tài 6.2 Những vấn đề mà đề tài chƣa thực đƣợc 6.3 Kết cấu đề tài CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT PHÁT HIỆN ẢNH GIẤU TIN 10 1.1 Khái niệm 10 1.2 Các kỹ thuật ẩn thông tin 10 1.3 Phân tích tin ẩn giấu thƣờng dựa vào yếu tố 11 1.4 Các phƣơng pháp phân tích tin ẩn giấu 11 1.4.1 Phân tích trực quan 11 1.4.2 Phân tích theo định dạng ảnh 11 1.4.3 Phân tích thống kê 12 CHƢƠNG 2: TỔNG QUAN VỀ ẢNH BITMAP VÀ ẢNH PORTABLE NETWORK GRAPHICS (PNG) 13 2.1 Ảnh Bitmap 13 2.1.1 Giới thiệu 13 2.1.2 Cấu trúc ảnh Bitmap 13 2.1.2.1 Bitmap File Header 14 2.1.2.2 Bitmap Information 15 2.1.2.3 Color pelette 15 2.1.2.4 Bitmap Data 16 2.2 Ảnh Portable Network Graphics (PNG) 17 2.2.1 Lịch sử phát triển 17 2.2.2 Thông tin kỹ thuật 18 2.2.2.1 Phần đầu tập tin 18 2.2.2.2 Các thành phần tập tin 18 2.2.3 Ảnh động 18 CHƢƠNG 3: KỸ THUẬT PHÁT HIỆN ẢNH CÓ GIẤU TIN LSB DỰA TRÊN DỊCH CHUYỂN HISTOGRAM 19 3.1 Khái niệm bit có trọng số thấp 19 3.2 Ý tƣởng 20 3.3 Dịch chuyển histogram 21 3.4 Phân tích tin mật LSB dựa dịch chuyển histogram 22 3.5 Thuật toán 26 3.6 Tách tin mật 28 3.6.1 Ý tƣởng thuật toán tách 28 3.6.2 Thuật toán tách 29 CHƢƠNG 4: THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ 30 4.1 Môi trƣờng cài đặt 30 4.2 Thử nghiệm mức độ phát xác kỹ thuật phát ảnh có giấu tin 35 4.2.1 Thử nghiệm phát giấu theo tỉ lệ 36 4.2.2 Thử nghiệm giấu tệp tin 38 4.2.3 Thử nghiệm giấu ảnh ảnh 39 4.3 Đánh giá kỹ thuật phát ảnh có giấu tin 40 4.3.1 Độ đo đánh giá 40 4.3.2 Đánh giá kỹ thuật theo Fmeasure 42 4.3.3 Nhận xét 51 4.4 Kết đạt đƣợc 52 KẾT LUẬN 53 TÀI LIỆU THAM KHẢO DANH MỤC BẢNG Bảng 2.1: Thông tin byte Bitmap File Header 14 Bảng 3.1: Một vài hệ số tịnh tiến 23 Bảng 4.1: Tỉ lệ nhúng ảnh sau nhúng theo tỉ lệ 36 Bảng 4.2: Kết phát sau giấu tin 38 Bảng 4.3: Bảng kết tỉ lệ nhúng ảnh ảnh 39 Bảng 4.4: Bảng kết phân lớp 40 Bảng 4.5: Bảng kết thử nghiệm nhúng ảnh với tỉ lệ 50% 100% 44 Bảng 4.6: Bảng kết từ 100 ảnh ảnh nhúng 50% 50 ảnh gốc 49 Bảng 4.7: Bảng kết 100 ảnh 50 ảnh đƣợc nhúng 100% 50 ảnh gốc 50 Bảng 4.8: Bảng kết phát cho ảnh đƣợc nhúng 50% ảnh nhúng 100% 50 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1.1: Mơ hình giấu tin, phát tách tin 10 Hình 3.1: Biểu diễn nhị phân số thập phân 149, với LSB đƣợc đánh dấu 19 Hình 3.2 : Ý tƣởng hình thành nên thuật tốn phát ảnh có giấu tin 20 Hình 3.3: Ảnh chuẩn “Lena” dịch chuyển histogram 21 Hình 3.4: Mối quan hệ chức tỉ lệ nhúng p 24 Hình 3.5: Mơ hình minh họa việc tách tin 28 Hình 4.1: Giao diện chƣơng trình phát ảnh có giấu tin 30 Hình 4.2: Kiểm tra histogram ảnh nghi ngờ có giấu tin mật 31 Hình 4.3: Chọn ảnh để kiểm tra 31 Hình 4.4: Các nút chức trƣớc kiểm tra 32 Hình 4.5: Histogram ảnh RGB 32 Hình 4.6: Thông tin ảnh sau kiểm tra 33 Hình 4.7: Tách tin mật đƣợc giấu ảnh 34 Hình 4.8: Tập ảnh thử nghiệm chƣơng trình 35 Hình 4.9: Tệp tin txt với số lƣợng từ đƣợc nhúng thử nghiệm 38 Hình 4.10: Tập ảnh đƣợc dùng để nhúng ảnh 39 Hình 4.11: Tập 50 ảnh khơng có giấu tin 42 Hình 4.12: Tập ảnh giấu thử nghiệm đƣợc với tỉ lệ 50% 100% 43 -1- PHẦN MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Sự phát triển Internet mang lại nhiều biến đổi không ngừng xã hội lĩnh vực, dƣờng nhƣ phần khơng thể thiếu đời sống đại ngƣời Là nơi truyền tải lƣợng thông tin khồng lồ kiến thức văn hóa, xã hội, giáo dục, an ninh nên Internet khơng thể tránh khỏi việc gây khó khăn kiểm sốt tất thơng tin liệu đƣợc truyền tải Mức độ lan truyền thông tin internet ngày nhiều, ngày dày đặc, điều bất cập lớn nguy sử dụng trái phép, ăn cắp chép thông tin mật ngày tăng mạnh Hằng năm, khối lƣợng thông tin liệu mật bị đánh cắp sử dụng trái phép từ kẽ hở hệ thống trở thành ám ảnh hàng triệu ngƣời dùng giới Để bảo vệ thông tin mật cá nhân tổ chức ẩn giấu thông tin vào nguồn đa phƣơng tiện Từ mà xu hƣớng giấu thơng tin mật ảnh phát triển lan rộng Do tính ƣu việt kỹ thuật giấu tin “vô hình”, nên trở thành cơng cụ hữu ích cho số tổ chức trao đổi thông tin quan trọng mơi trƣờng truyền thơng cơng cộng Có ý kiến cho mạng lƣới khủng bố Al-Qaida sử dụng hình thức liên lạc để giao tiếp kế hoạch công nƣớc Mỹ ngày 11 tháng năm 2001 Chúng nhúng thơng điệp vào hình ảnh đặt tin trang web công khai Các tên khủng bố việc lấy hình ảnh trích thơng điệp ẩn bên Và nhƣ chúng có kênh thơng tin liên lạc “an tồn, hiệu quả” mà khơng gây nghi ngờ Rõ ràng việc sử dụng kỹ thuật để giấu tin bất hợp pháp song có trƣờng hợp lợi dụng kỹ thuật giấu tin để thực hành vi bất hợp pháp nhƣ: Tuyên truyền sản phẩm văn hóa không lành mạnh, truyền thông tin kế hoạch khủng bố, lúc hậu thật nghiêm trọng Một điều thực cần thiết việc giấu tin giấu biết thơng tin mật đƣợc giấu ? Việc khai phá lại thông tin ẩn nguồn đa phƣơng tiện lợi ích thiết thực để bảo vệ quyền Khi thông tin đƣợc lan truyền mạng, để xác định quyền cá nhân mình, tổ chức -2mình phân loại kiểm sốt thơng tin liệu ảnh mơi trƣờng truyền thơng tốn cấp thiết số ban ngành, đặc biệt lĩnh vực an ninh trị Mặt khác, việc nghiên cứu khả phát thông tin ẩn làm tăng mức độ an toàn cho kỹ thuật giấu tin, đặc biệt kỹ thuật giấu tin mật Từ thực tế thấy đƣợc khó khăn luận văn trình bày phƣơng pháp phát thơng tin mật đƣợc ẩn giấu ảnh Lợi ích lớn mà chƣơng trình đem lại hiểu biết thông tin mật đƣợc ẩn giấu ảnh Giải khúc mắc biết ảnh đƣợc giấu tin mật Đồng thời, luận văn đem lại kiến thức bảo mật hệ thống, ngăn chặn lỗi không cần thiết hệ thống, tránh đƣợc khả bị lợi dụng vào âm mƣu -32 Lịch sử nghiên cứu 2.1 Trên giới Phát ảnh có giấu tin có khoảng thời gian đƣợc nghiên cứu lâu lịch sử Một nhóm tác giả Pfitzmann Westfeld giới thiệu kỹ thuật phát báo [7] nội dung báo chủ yếu giới thiệu kỹ thuật phát dựa hệ thống phân tích cặp giá trị (PoV – Pairs of Values) đƣợc trao đổi thông điệp nhúng Phƣơng pháp cung cấp kết đáng tin cậy cho kỹ thuật giấu tin dựa thay bit quan trọng Tuy nhiên, thông điệp dài so với số điểm ảnh ảnh, phƣơng pháp phát cách thông điệp rời rạc Cũng phƣơng pháp phát ảnh giấu tin nhằm vào kỹ thuật giấu tin mật LSB đƣợc nhóm tác giả khác J Fridrich, M Goljan, R Du giới thiệu báo[5] nội dung báo nói phƣơng pháp phân tích đối ngẫu (RS-Regular Singular) kỹ thuật phát ảnh có giấu tin hiệu cách kiểm tra khả giảm chất lƣợng bit quan trọng Kỹ thuật phát chiều dài thông điệp cách xem xét dung lƣợng không đổi mặt phẳng LSB mặt phẳng LSB dịch chuyển Kỹ thuật phân tích RS đáng tin cậy để phát LSB không liên tục đƣợc ẩn ảnh kỹ thuật số Ngồi cịn có thuật tốn phân tích tin mật mù phân tích linh hoạt chúng nhanh chóng đƣợc điều chỉnh thành phƣơng pháp phân tích tin mật hồn tồn Nhƣng phƣơng pháp có hạn chế thuật tốn khơng cho ta biết số lƣợng thơng điệp mật Trong viết này, giới thiệu kỹ thuật phân tích tin mật dựa dịch chuyển histogram Kỹ thuật đƣợc giới thiệu hai tác giả TaoZhang Xijian Ping báo [6] có tên “Reliable detection of LSB steganography based on the difference image histogram”, có nghĩa “Phƣơng pháp hiệu để phát tin mật LSB dựa dịch chuyển histogram” Kỹ thuật ứng dụng cho kỹ thuật giấu tin mật LSB Thuật tốn tìm đƣợc tin mật đƣợc giấu cách dùng thay LSB hay bất kỳ, đồng thời ƣớc lƣợng số thơng điệp cách xác -42.2 Tại Việt Nam Kỹ thuật phát ảnh có giấu tin đƣợc tiến sĩ Hồ Thị Hƣơng Thơm nghiên cứu Cô tìm hiểu nhiều phƣơng pháp phát giấu tin ảnh khác Cô đƣa nhiều ƣu điểm khuyết điểm kỹ thuật tính thực tiễn kỹ thuật đƣợc ứng dụng sống mang lại nhiều lợi ích thiết thực Một báo nghiên cứu kỹ thuật phát ảnh có giấu tin nhƣ: [3] tựa đề báo “Phát ảnh giấu tin sử dụng kỹ thuật giấu thuận nghịch dựa dịch chuyển histogram” Bài báo nói năm 2007, Hwang đồng nghiệp đề xuất kỹ thuật giấu thuận nghịch (HKC) cải tiến phƣơng pháp giấu Ni (NSAS) dựa dịch chuyển histogram ảnh Kỹ thuật giấu tạo phân bố khơng bình thƣờng histogram ảnh sau thông điệp đƣợc giấu Kuo đồng nghiệp ông nêu vấn đề không an toàn kỹ thuật đề xuất kỹ thuật phát tƣơng ứng Nhƣng kỹ thuật họ đề xuất phát ảnh đƣợc giấu với lƣợng thông điệp giấu lớn 100% khả kỹ thuật HKC, số trƣờng hợp khác khơng thể phát Vì nhóm nghiên cứu cô đƣa số cải tiến phù hợp để phát cho trƣờng hợp giấu với lƣợng thông điệp giấu khác sử dụng kỹ thuật giấu HKC Những nghiên cứu đƣợc áp dụng vào việc phân loại kiểm sốt thơng tin liệu ảnh môi trƣờng truyền thông công cộng Nhóm tác giả Nguyễn Hạnh Phúc, Nguyễn Văn Thủy, Nguyễn Thế Cƣờng giới thiệu báo [1] tựa đề báo “Một số vấn đề phát ảnh có giấu tin” Nội dung báo cho ngƣời đọc hiểu thêm khái niệm phát thông tin đƣợc ẩn giấu nguồn đa phƣơng tiện, cách thức phát dựa vào yếu tố cần thiết phƣơng pháp để phát Đồng thời báo, tác giả giới thiệu đến bạn đọc kỹ thuật phát ảnh có giấu tin thơng điệp đƣợc ẩn giấu cặp điểm ảnh thuộc miền Reversible Contrast Mapping (RCM), cung cấp khả phục hồi lại ảnh cách hoàn hảo Ý tƣởng kỹ thuật phát dựa vào xác suất xuất bit ảnh hƣởng (bit LSB) -53 Mục tiêu Phát ảnh có giấu tin nỗ lực chống lại mục tiêu lớn giấu tin ảnh, tức làm cho thơng tin bí mật ảnh phải lộ diện ƣớc tính lƣợng thơng điệp đƣợc nhúng nguồn đa phƣơng tiện Trong luận văn đề cập đến toán "Nghiên cứu khả phát ảnh giấu tin" Mục tiêu toán phát "Có tồn tin giấu ảnh hay không ? " Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu chủ yếu đề tài ảnh bị nghi ngờ có giấu thơng tin bí mật mà ta thu thập đƣợc từ cá nhân tổ chức đó, hay ảnh tải từ internet, ảnh giấu tin Phạm vi nghiên cứu đề tài dùng cho ảnh Bitmap (BMP) ảnh Portable Network Graphic (PNG), độ phân giải khoảng 512x512, 800x600, 1024x1024, 256x256 Phƣơng pháp nghiên cứu Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin ảnh nhiều cách khác nhƣ: giấu bit ảnh hƣởng nhất, giấu miền liệu ảnh Nhóm chọn cách giấu phù hợp kỹ thuật giấu tin bit ảnh hƣởng tìm hiểu cách thức giấu tin bit ảnh hƣởng Tìm hiểu tổng quan phát ảnh có giấu tin kỹ thuật phát ảnh có giấu tin bit ảnh hƣởng Có nhiều kỹ thuật phát ảnh có giấu tin bit ảnh hƣởng nhƣng nhóm chọn kỹ thuật phù hợp với khả Sau nhóm chọn ngơn ngữ để lập trình ngơn ngữ MatLab Nhóm tìm đọc tài liệu MatLab ... thức giấu tin bit ảnh hƣởng Tìm hiểu tổng quan phát ảnh có giấu tin kỹ thuật phát ảnh có giấu tin bit ảnh hƣởng Có nhiều kỹ thuật phát ảnh có giấu tin bit ảnh hƣởng nhƣng nhóm chọn kỹ thuật phù... toán "Nghiên cứu khả phát ảnh giấu tin" Mục tiêu tốn phát "Có tồn tin giấu ảnh hay không ? " Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng nghiên cứu chủ yếu đề tài ảnh bị nghi ngờ có giấu thơng tin bí... toàn kỹ thuật đề xuất kỹ thuật phát tƣơng ứng Nhƣng kỹ thuật họ đề xuất phát ảnh đƣợc giấu với lƣợng thông điệp giấu lớn 100% khả kỹ thuật HKC, số trƣờng hợp khác khơng thể phát Vì nhóm nghiên cứu