Kỹ thuật giấu tin trong đường cong tham số b spline

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG NGUYỄN VĂN MÙI KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ĐƯỜNG CONG THAM SỐ B-SPLINE Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60.48.01 TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KỸ THUẬT Đà Nẵng - Năm 2013 Công trình được hoàn thành tại ĐẠI HỌC ĐÀ NẴNG Người hướng dẫn khoa học: TS. NGUYỄN TẤN KHÔI Phản biện 1: PGS.TS. TĂNG TẤN CHIẾN Phản biện 2: TS. HOÀNG THỊ LAN GIAO Luận văn được bảo vệ trước Hội đồng chấm Luận văn tốt nghiệp thạc sĩ Kỹ thuật họp tại Đại học Đà Nẵng vào ngày 18 tháng 5 năm 2013. Có thể tìm hiểu luận văn tại: - Trung tâm Thông tin - Học liệu, Đại Học Đà Nẵng 1 MỞ ĐẦU 1. Lý do chọn đề tài Ngày nay với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin trong lĩnh vực truyền thông nói chung và Internet nói riêng đã giúp cho việc trao đổi thông tin một cách nhanh chóng, dễ dàng và chính xác. Dịch vụ trao đổi thông tin cho phép người ta nhận hay gửi dữ liệu ngay trên mạng máy tính của mình, các dịch vụ thương mại điện tử cho phép thực hiện các giao dịch trên mạng. Do vậy một vấn đề phát sinh là thông tin có thể bị đánh cắp, làm sai lệch hoặc có thể giả mạo. Điều đó có thể ảnh hưởng tới các tổ chức, các công ty hay cả một quốc gia. Những bí mật kinh doanh, tài chính là mục tiêu của các đối thủ cạnh tranh. Những thông tin về an ninh quốc phòng là mục tiêu của các tổ chức tình báo trong và ngoài nước [2][4][8]. Một hướng tiếp cận bảo mật thông tin mới, đó là nếu thông tin được cất giấu vào trong một đối tượng là bức ảnh, một bộ phim hay một đối tượng đa phương tiện, … ta sẽ thu được một đối tượng chứa hầu như không thay đổi về hình dạng so với đối tượng ban đầu. Đây là ý tưởng cốt lõi của phương pháp giấu tin (Data hiding) trong các nghiên cứu gần đây và có nhiều ứng dụng trong giấu tin, như đánh giấu bản quyền, truyền thông tin, mã hóa dữ liệu [3][4] v v… Chính vì thế mà tôi đã nghiên cứu và đề xuất kỹ thuật giấu tin trong đường cong tham số B-Spline mặc dù đường cong nhỏ nhưng có thể nhúng được một lượng thông tin khá lớn, mục đích của việc giấu tin vào đường cong tham số là sử dụng các đường cong để biểu diễn mô hình. Xuất phát từ nhu cầu thực tiễn và tính cấp bách, tôi chọn đề tài luận văn cao học “Kỹ thuật giấu tin trong đường cong tham số B-Spline” 2 2. Mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu 2.1. Mục tiêu - Xây dựng chương trình giấu tin trong đường cong tham số B-Spline. 2.2. Nhiệm vụ chính của đề tài - Tìm hiểu về an toàn và bảo mật thông tin. - Tìm hiểu về các phương pháp giấu tin. - Tìm hiểu về lý thuyết đường cong tham số B-Spline. 3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu - Đối tượng nghiên cứu: kỹ thuật giấu tin trong đường cong tham số B-spline, phương pháp mã hoá. - Phạm vi nghiên cứu: kỹ thuật giấu tin tham số B-Spline dựa trên thuật toán biến đổi knot vector, chèn knot mới, nâng bậc đường cong. 4. Phương pháp nghiên cứu - Phương pháp lý thuyết: Nghiên cứu về lý thuyết bảo mật thông tin. - Phương pháp phân tích: Phân tích và thu thập thông tin trên các bài báo, nghiên cứu dựa trên các kết quả trước đó, đồng thới đưa ra các nhận xét và từ đó nghiên cứu đề xuất cải tiến. - Nghiên cứu về lý thuyết giấu tin trong đường cong. - Nghiên cứu các phương pháp giấu tin. - Phương pháp thực nghiệm và triển khai: Xây dựng chương trình thử nghiệm bằng ngôn ngữ C++ và sử dụng thư viện đồ họa OpenGL, dữ liệu thực nghiệm là các đường cong tham số B-Spline. Xây dựng chương trình thực nghiệm. 5. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 5.1. Ý nghĩa khoa học 3 - Đề xuất hướng nghiên cứu ứng dụng đường cong tham số B- Spline trong bảo mật thông tin. Đây là một hướng nghiên cứu mới. - Áp dụng phương pháp giấu tin trong đường cong tham số B- Spline trong việc đăng ký bản quyền sản phẩm, trao đổi khoá, chữ ký số, . 5.2. Ý nghĩa thực tiễn - Xây dựng ứng dụng giấu tin bằng phương pháp giấu tin trong đường cong. - Ứng dụng giấu tin trong việc truyền thông tin mật, đánh giấu bản quyền tác giả, chống làm giả các nhãn hiệu sản phẩm,… 6. Cấu trúc của luận văn Bố cục của luận văn bao gồm các chương sau: Chương 1: Tổng quan về bảo mật thông tin Phần này sẽ trình bày tổng quan về lý thuyết giấu tin mật, lịch sử về giấu tin và phân loại về giấu tin và giới thiệu các mô hình giấu tin Chương 2: Biểu diễn đối tượng tham số 3D Phần này sẽ trình bày về lý thuyết của đối tượng tham số 3D Chương 3: Giấu tin trong đường cong B-Spline Phần này trình bày về các kỹ thuật giấu tin và các phương pháp giấu tin trong đường cong tham số B-Spline, tiến hành cài đặt và thử nghiệm chương trình. 4 CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ BẢO MẬT THÔNG TIN 1.1 GIỚI THIỆU Giấu thông tin là kỹ thuật nhúng (embedding) một lượng thông tin số nào đó vào trong một đối tượng dữ liệu số khác. Đối tượng dữ liệu số chứa thông tin giấu không thay đổi về dung lượng và mắt thường rất khó cảm nhận được sự thay đổi này. Một hướng tiếp cận mới khác đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới, đó là phương pháp giấu thông tin hay giấu dữ liệu (Data Hiding). Giấu thông tin là kỹ thuật nhúng (embedding) một lượng thông tin số nào đó vào trong một đối tượng dữ liệu số khác. Đối tượng dữ liệu số chứa thông tin giấu không thay đổi về dung lượng và mắt thường rất khó cảm nhận được sự thay đổi này. 1.2 AN TOÀN THÔNG TIN 1.3 GIẤU TIN MẬT Quá trình giấu tin thường được thực hiện thông qua một quá trình nhúng. Quá trình này bao gồm những thuật toán và chiến lược giấu tin được thể hiện thành chương trình. Dữ liệu đầu vào của bộ nhúng gồm thông tin cần giấu, đối tượng chứa và khoá. Khoá được sử dụng để tăng tính bảo mật của thông tin giấu. Dữ liệu ra là đối tượng chứa đã được giấu tin. Quá trình trích để lấy tin cũng được thực hiện tương tự thông qua một bộ trích thông tin với dữ liệu vào là phương tiện chứa đã giấu thông tin, khoá để giải mã và có thể có phương tiện chứa gốc ban đầu tùy theo chiến lược giấu tin. 1.4 CÁC ỨNG DỤNG CỦA GIẤU TIN MẬT 1.4.1 An ninh quốc phòng 5 1.4.2 Bảo vệ bản quyền tác giả 1.4.3 Xác nhận chủ sở hữu 1.4.4 Chứng thực nội dung 1.4.5 Lưu vết giao tác 1.4.6 Kiểm soát sao chép 1.5 CÁC YÊU CẦU VÀ PHÂN LOẠI CỦA HỆ THỐNG GIẤU TIN MẬT 1.5.1 Tính bền vững của thông tin giấu 1.5.2 Tính không bị phát hiện 1.5.3 Tính vô hình 1.5.4 Tính bảo mật của thông tin giấu 1.5.5 Lượng thông tin cần giấu 1.5.6 Tính chất ẩn hay hiện của thông tin giấu 1.6 PHÂN LOẠI VỀ GIẤU TIN MẬT Có nhiều mô hình phân loại Data Hiding theo các tiêu chí khác nhau. Dựa trên việc thống kê phân loại của nhiều công trình đã công bố trên các tạp chí khoa học, lĩnh vực giấu tin được chia ra làm hai hướng lớn là thủy vân số (watermarking) và giấu tin mật (steganography). Dựa vào ứng dụng và kỹ thuật giấu tin[17], Data Hiding được phân loại theo sơ đồ trong Hình 1.5. Sơ đồ phân loại các kỹ thuật giấu tin trên Hình 1.5 như một bức tranh khái quát về ứng dụng và kỹ thuật giấu thông tin. 6 DATA HIDING (Giấu dữ liệu) Covert Channels (Kênh bí mật) Steganography (Giấu tin mật) Anonymity (Giấu tên) Coppyright Marking (Đánh dấu bản quyền) Coppyright marking (Đánh dấu bản quyền bền vững) Linguistic Steganography (Ngôn ngữ giấu tin mật) Technical Steganography (Kỹ thuật giấu tin mật) Fragile Watermarking (Thủy vân dễ vỡ) Fingerprinting (Dấu vân tay) Watermarking (Thủy vân số) Imperceptible Watermarking (Thủy vân ẩn) Visible Watermarking (Thủy vân hiện) Hình 1.5 Phân loại các phương pháp giấu tin Đánh dấu bản quyền (copyright marking) phải đảm bảo rằng dữ liệu được nhúng vẫn có thể dò tìm được sau khi đối tượng chứa đã bị sửa đổi. Các kỹ thuật đánh dấu bản quyền được chia thành hai loại là thủy vân “bền vững” và thủy vân “dễ vỡ”. 1.7 CÁC HƯỚNG NGHIÊN CỨU VỀ GIẤU TIN MẬT 1.7.1 Giấu tin trong văn bản 1.7.2 Giấu tin trong ảnh 1.7.3 Giấu tin trong Audio 1.7.4 Giấu tin trong Video 1.7.5 Giấu tin trong đường cong tham số B-Spline Đối tượng giấu tin ở đây là các điểm trong đường cong được xây dựng dựa trên tập các điểm điều khiển. Cũng giống như các môi trường khác, giấu tin trong đường cong tham số B-Spline cũng chia thành hai loại là giấu tin thủy vân và giấu tin mật. Giấu tin thuỷ vân đảm bảo lượng tin cần giấu ít, thường dùng cho việc đánh dấu bản quyền, ẩn giấu số hiệu sản phẩm, chống sao chép. Còn giấu tin mật dùng cho việc truyền thông tin mật và phải đảm bảo lượng thông tin 7 giấu nhiều và phải đảm bảo bí mật, khi bị tấn công vẫn bảo toàn được thông tin. Các phương pháp giấu tin trong đường cong tham số B-Spline dựa vào việc chèn các knot vector trên đường cong để giấu tin. Các hình thức giấu tin này được điều khiển bởi một khóa bí mật (là chuỗi bít), thông qua khóa bí mật này, người gửi và người nhận dễ dàng tìm ra được thông tin ẩn giấu bên trong. 1.8 KẾT CHƯƠNG Mặc dù các kỹ thuật giấu tin trên các môi trường mới phát triển trong giai đoạn gần đây, nhưng đã có ứng dụng rất lớn trong khoa học kỹ thuật, mở ra một kỷ nguyên mới đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin. Việc tìm hiểu các kỹ thuật và ứng dụng của giấu tin giúp người đọc có cái nhìn tổng quan về các phương pháp cũng như cách thức thực hiện. 8 CHƯƠNG 2 BIỂU DIỄN ĐỐI TƯỢNG THAM SỐ 3D 2.1 GIỚI THIỆU ĐƯỜNG CONG B-SPLINE Từ spline đến từ ngành công nghiệp đóng tàu, nơi mà nó ban đầu được gọi một dải gỗ mỏng mà bản thảo được sử dụng như một đường cong linh hoạt. Trọng lượng kim loại (gọi là vít) được vẽ trên bề mặt và spline luồn được giữa những con vít như trong hình 2.1. Chúng ta biết trong kết cấu cơ khí moment M uốn là một chức năng vô hạn liên tục dọc theo spline ngoại trừ tại một con vít, trong đó M nói chung chỉ C 0 liên tục. Kể từ khi độ cong của spline tỷ lệ với M (κ = M / EI), spline ở khắp mọi nơi là đường cong liên tục. 2.2 ĐƯỜNG CONG THAM SỐ B-SPLINE 2.2.1 Phương trình đường cong B-spline Một đường cong tham số B-spline bậc k được biểu diễn như sau: ( ) ( ) (2.1) , 0 n C t P N t i ik i Trong đó: - i P với ni .0 là các điểm kiểm soát. - Với N i,k (t) là các hàm hợp liên tục trong mỗi đoạn con ]u,u[ ii 1 và liên tục trên mọi nút. - Một vector nút ( , , , ., ) 0 1 2 1 U u u u u nk - (n+1) điểm kiểm soát. - Bậc k của các hàm B-Spline và công thức cơ bản của hàm N i,k (t) là: 1 1 1 1 1              i u ki u )t( k , i N)t ki u( i u ki u )t( k,i N) i ut( k,i N với i= 0…n