LUẬN VĂN Các phương pháp bảo vệ bản quyền tài liệu số

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG…………… LUẬN VĂN Các phương pháp bảo vệ quyền tài liệu số MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN MỞ ĐẦU BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT, THUẬT NGỮ Chương MỘT SỐ KHÁI NIỆM TRONG TOÁN HỌC .7 1.1 TÍNH CHIA HẾT VÀ SỐ NGUYÊN TỐ 1.1.1.Tính chia hết 1.1.2 Số nguyên tố 1.2 KHÔNG GIAN Zn VÀ CẤU TRÚC NHÓM 1.2.1.Khơng gian Zn phép tính 1.2.2 Cấu trúc nhóm 1.2.3 Dãy số giả ngẫu nhiên 1.3 KHÁI NIỆM ĐỘ PHỨC TẠP THUẬT TOÁN .10 1.4 HÀM PHI EULER VÀ QUAN HỆ “ĐỒNG DƢ” 11 1.4.1 Hàm Phi Euler .11 1.4.1.1 Định nghĩa 11 1.4.1.2 Tính chất hàm Phi Euler 11 Chương2 MỘT SỐ KHÁI NIỆM TRONG MẬT MÃ HỌC 13 2.1 VẤN ĐỀ MÃ HÓA 13 2.1.1 Khái niệm mã hóa 13 2.1.2 Hệ mã hóa khóa đối xứng 13 2.1.3 Hệ mã hóa khóa bất đối xứng 15 2.2 VẤN ĐỀ CHỮ KÝ SỐ .20 2.2.1 Giới thiệu chữ ký số .20 2.2.2 Sơ đồ chữ ký RSA 21 2.2.3 Sơ đồ chữ ký Elgamal 23 2.3 HÀM BĂM .25 2.3.1 Định nghĩa hàm băm 25 2.3.2 Đặc tính hàm băm 25 2.3.3 Ứng dụng hàm băm 25 2.3.4 Tính chất hàm băm .26 2.3.5 Hàm băm MD4 28 2.4.VẤN ĐỀ THỦY KÝ 34 2.4.1 Khái niệm .34 2.4.2 Quá trình nghiên cứu thủy vân số 34 2.4.3 Các đặc tính phân loại thủy vân 36 2.4.4 Qui trình thực thủy vân 38 2.4.5 Các thuật toán thủy vân ảnh .39 2.4.6 Thủy vân bảo vệ quyền audio 47 Chương BẢO VỆ BẢN QUYỀN TÀI LIỆU SỐ VÀ THỬ NGHIỆM CHƢƠNG TRÌNH .52 3.1 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP BẢO VỆ BẢN QUYỀN TÀI LIỆU SỐ 52 3.1.1 Bảo vệ quyền mã hóa 52 3.1.2 Bảo vệ quyền chữ ký số .52 3.1.3 Bảo vệ quyền hàm băm .52 3.1.4 Bảo vệ quyền thủy vân ký 53 3.2 CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM NHÚNG THỦY VÂN TRONG MIỀN LSB CỦA ẢNH 54 3.2.1 Giới thiệu toán 54 3.2.2 Kết thực .55 KẾT LUẬN 59 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn chân thành sâu sắc tới PGS.TS Trịnh Nhật Tiến, người thầy nhiệt tình hướng dẫn truyền đạt kiến thức cần thiết, để tơi hồn thành khóa luận Tơi xin gửi lời cảm ơn tới gia đình, nguồn lực động viên tơi phấn đấu học tập sống Tôi xin cảm ơn thầy, cô giáo khoa Công nghệ thông tin, Trường Đại học dân lập Hải Phịng tận tình dạy dỗ, bảo suốt năm học trường Tôi xin gửi lời cảm ơn tới bạn sinh viên lớp CT1001, Khoa Công Nghệ Thông Tin, Trường Đại Học Dân Lập Hải Phòng cho môi trường tốt để học tập Tuy có nhiều cố gắng q trình học tập thời gian làm khóa luận khơng thể tránh khỏi thiếu sót, tơi mong góp ý quý báu tất thầy cô giáo bạn để khóa luận tơi hồn thiện Tơi xin chân thành cảm ơn!! Hải Phịng ,ngày 10 tháng năm 2010 Sinh Viên NGUYỄN THỊ THÚY MỞ ĐẦU Bước vào thời kì kinh tế tri thức, tri thức trở lên đắt giá, đồng thời với đó, tài liệu máy tính hay tài liệu truyền qua mạng máy tính biểu diễn dạng số hóa (chỉ dùng số số 1), ta gọi tài liệu số, ngày nhiều phổ biến, vấn đề bảo vệ quyền cho tri thức người ngày trở lên quan trọng, đặc trưng tài liệu số: Dễ dàng chép: Chỉ cần vài thao tác đơn giản click chuột, tiểu thuyết dày hàng nghìn trang, hay tác phẩm trị giá nhiều triệu la danh họa Picasso chép vài giây Điều quan trọng chép tài liệu số chất lượng chép giữ nguyên so với gốc Dễ dàng phát tán: Ngày nay, sau vài phút tìm kiếm mạng, người sử dụng dễ dàng tìm tải phim cịn chưa trình chiếu rạp Cùng với đó, người sử dụng bình thường trở thành nguồn phát tán tài liệu dễ dàng, thông qua tin nhăn tức thời(IM_Instant Message), email hay dịch vụ chia sẻ file trực tuyến(online file sharing service) Dễ dàng lƣu trữ: dung lượng ổ cứng ngày lớn, giá thành thiết bị lưu trữ ngày rẻ khiến cho việc lưu trữ tà liệu số hóa trở lên đơn giản hết Vì vậy, trao đổi thơng tin mạng, tình nảy sinh: Người ta nhận tin mạng, lấy làm đảm bảo đối tác gửi cho họ Khi nhận tờ Sec điện tử hay tiền điện tử mạng, có cách để xác nhận đối tác tốn cho ta Tiền tiền thật hay giả? Thông thường, người gửi văn quan trọng phải ký phía Nhưng truyền mạng, văn hay giấy tốn bị trộm cắp phía dán chữ ký khác Để giải tình hình để đảm bảo cho nhu cầu giữ bí mật thơng tin liên lạc đảm bảo an toàn liệu, từ lâu người phát minh số công cụ hiệu như: Mã hóa hiểu thay đổi hình dạng thơng tin gốc, khiến người khác khó nhận ra, tức giấu ý nghĩa thơng tin gốc Mã hóa cơng cụ mạnh, có lịch sử lâu đời, có nhiều kết nghiên cứu thành cơng có ứng dụng lớn việc đảm bảo an tồn thơng tin liên lạc Chữ kí số (digital signature) đoạn liệu ngắn đính kèm với văn gốc thực tác giả (người kí văn bản) văn giúp người nhận kiểm tra tính nội dung văn gốc Thủy vân (watermarking) ứng dụng có từ lâu đời để bảo vệ quyền cho sách Tuy nhiên, thủy vân số (digital watermarking) lại lĩnh vực mới, nhận nhiều quan tâm nghiên cứu chuyên gia giới Sử dụng thủy vân số thay đổi tác động vào chất lượng tài liệu số ý muốn, đồng thời với thủy vân số gắn liền với tài liệu, đảm bảo tài liệu bảo vệ quyền bị hủy hoại Hàm băm (hash function) hàm có nhiệm vụ “lọc” (băm) tài liệu (bản tin) cho kết giá trị “băm”có kích thước cố định, gọi “đại diện tài liệu” hay “đại diện tin”, “đại diện thơng điệp đệm” Nhờ ta đảm bảo tài liệu vẹn tồn đường truyền Trong nội dung khóa luận này, tơi xin tập trung trình bày kết nghiên cứu đạt việc ứng dụng phương pháp bảo vệ quyền tài liệu số BẢNG CÁC CHỮ VIẾT TẮT, THUẬT NGỮ Viết tắt Tiếng anh Tiếng việt RSA Rivest, Shamir, Adleman Tên riêng LSB Least Significant Bit Bit có trọng số thấp DCT Discrete Cosine Transform Biến đổi cosine rời rạc FFT Fast Fourier Transform Biến đổi Fourier nhanh PN Pseu-random Number Dãy giả ngẫu nhiên MD Message Digist Thông báo Digist BSCNN Bội số chung nhỏ USCLN Ước số chung lớn DWT Discrete Wavelet Transform Biến đổi sóng rời rạc Chương MỘT SỐ KHÁI NIỆM TRONG TỐN HỌC 1.1 TÍNH CHIA HẾT VÀ SỐ NGUYÊN TỐ 1.1.1.Tính chia hết Xét số nguyên a b Ta gọi a chia hết cho b số nguyên n thỏa mãn a=b*n Khi a gọi bội số b, b gọi ước số a Kí hiệu a/b A gọi chia cho b dư r số nguyên k r thỏa mãn a = k.b+r Khi r gọi số dư phép chia a cho b Xét dãy số (a1, a2,…, an) Nếu b ước số chung tất số dãy số trên, tất ước số chung khác dãy ước số a, ta gọi b ước số chung lớn dãy Kí hiệu b = USCLN (a1, a2, , an) = gcd (a=a1, a2, , an) Nếu a bội số chung tất số dãy số trên, tất bội số chung khác dãy bội số b, ta gọi a bội số chung nhỏ dãy Ki hiệu b = BSCNN (a1, a2, , an) = lcm (a1, a2,…, an) Ta có: gcd (a, b) = a b nguyên tố 1.1.2 Số nguyên tố Số nguyên tố số tự nhiên lớn 1, chia hết cho Các số tự nhiên khơng phải số ngun tố gọi hợp số Số ngun tố đóng vai trị quan trọng lĩnh vực an tồn thơng tin Số lượng số nguyên tố vô hạn, đồng thời người ta chưa tìm quy luật dãy số nguyên tố Số nguyên tố nghiên cứu từ trước Công nguyên Hiện nay, có nhiều thuật tốn nghiên cứu nhằm xác định số có phải số nguyên tố hay không Gần nhất, vào tháng năm 2008, tìm số ngun tố có gần 13 triệu chữ số, số nguyên tố dạng Mersenne 1.2 KHƠNG GIAN Zn VÀ CẤU TRÚC NHĨM 1.2.1.Khơng gian Zn phép tính Zn định nghĩa tập hợp số tự nhiên nhỏ n Zn = {1,2, ,n-1} Zn* định nghĩa tập hợp số tự nhiên nhỏ n nguyên tố với n Zn* = {x/x N, x< n, gcd (x,n)=1} Trong không gian Zn, phép toán thực theo modulo n Phép cộng phép trừ phép nhân thực bình thường không gian Z, nhiên kết cuối phải tính theo modulo n Phép chia không gian Zn liên quan tới khái niệm phần tử nghịch đảo Phần tử nghịch đảo a Zn định nghĩa b Zn thỏa mãn a.b = 1(mod n), ký hiệu b = (mod n)/a Vì vậy, phép chia a cho b khơng gian Zn có nghĩa b có phần tử nghịch đảo, a/b= a.b-1 1.2.2 Cấu trúc nhóm Nhóm phần tử (G,*), G tập hợp khác rỗng, * phép tốn ngơi thỏa mãn: Tính kết hợp: (a*b)*c = a*(b*c) a,b,c € G - Tồn phần tử trung lập e G thỏa mãn : e *x = x * e= e - Nhóm nhóm (G,*) nhóm (S, *)thỏa mãn: x G S∩ G - Phần tử trung lập e G nằm S - S khép kín phép * lấy nghịch đảo G Nhóm gọi nhóm cyclic sinh từ phần tử Phần tử gọi phần tử nguyên thủy 1.2.3 Dãy số giả ngẫu nhiên Khái niệm “ngẫu nhiên” đóng vai trò quan trọng đời sống lĩnh vực an tồn thơng tin Một dãy bit coi ngẫu nhiên hoàn toàn, tức ta biết toàn bit từ tới bit n, ta khơng có thêm thơng tin để đoán nhận bit n+1 hay Như vậy, ta khơng có cách đốn nhận dãy bit ngẫu nhiên hay khơng, vả lại, máy tính, ta buộc phải sinh dãy bit theo số hữu hạn quy tắc đó, khơng thể coi ngẫu nhiên Vì vậy, thực tế, sử dụng dãy số giả ngẫu nhiên (pseu-random number) mà Các chuỗi giả ngẫu nhiên hiểu là, ta biết bit từ tới n, “khó” đốn bit n+1 Một số thuật toán sinh dãy số giả ngẫu nhiên thuật toán sinh dãy giả ngẫu nhiên RSA, thuật toán Blum Blum Shud,v.v… 1.3 KHÁI NIỆM ĐỘ PHỨC TẠP THUẬT TỐN Thuật tốn định nghĩa dãy hữu hạn thị mô tả q trình tính tốn Một tốn gọi “giải được” tồn thuật tốn giải tốn Ngược lại tốn gọi “không giải được” Tuy nhiên, tốn thuộc lớp tốn “giải được” giải thực tế Do đó, người ta đưa khái niệm chi phí để giải tốn, chi phí liên quan mật thiết tới thuật tốn giải tốn đó, phụ thuộc vào bốn tiêu chí sau: + Thuật tốn hiểu khơng + Thuật tốn cài đặt khơng + Số lượng nhớ cần sử dụng + Thời gian thực chương trình Trong tiêu chí đó, tiêu chí thời gian thực đánh giá quan trọng Độ phức tạp thời gian cực đại thuật toán, thường hiểu số phép tính mà thuật toán phải thực hiện, trường hợp xấu Với cỡ liệu đầu vào n, thời gian thực toán t(n) gọi tiệm cận tới hàm f(n) với n đủ lớn tồn số c thỏa mãn t(n) c.f(n) Nếu f(n) hàm đa thức thuật tốn gọi có độ phức tạp thời gian đa thức Hiện nay, hầu hết toán giải thực tế tốn có độ phức tạp thời gian đa thức Các tốn có độ phức tạp số mũ thực tế khó thể giải (có thể nhiều triệu tới nhiều tỷ năm) Từ lý thuyết độ phức tạp tính tốn, xuất khái niệm quan trọng lĩnh vực an tồn thơng tin: hàm phía hàm phía có cửa sập Hàm phía (one way function): hàm số y=f(x) gọi hàm phía, biết giá trị x ta dễ dàng tính giá trị y, ngược lại, biết giá trị y, ta “khó” tính giá trị x Hàm phía có cửa sập (trapdoor one way function): Hàm phía có cửa sập hàm phía, mà biết “cửa sập” ta dễ dàng tính giá trị x biết giá trị y 10 1.4 HÀM PHI EULER VÀ QUAN HỆ “ĐỒNG DƢ” 1.4.1 Hàm Phi Euler 1.4.1.1 Định nghĩa Hàm Phi Euler số nguyên dương n số số nguyên tố với n nhỏ n Kí hiệu θ(n) Ví dụ : θ(6)= 2, θ(26)= 12 1.4.1.2 Tính chất hàm Phi Euler + Nếu n số ngun tố θ (n)= n-1 Ví dụ :θ (7)=6 + Nếu p,q số nguyên tố θ (p*q) = θ(p) * θ(q) Ví dụ: θ(26) = θ(2*13) = θ(2)*θ(13) = 1*12 = 12 + Nếu p số nguyên tố :θ(p) = (p-1)*p Định lý: Nếu p số nguyên tố a =1 mod n 1.4.2 Quan hệ “đồng dƣ” 1.4.2.1.Khái niệm: Cho số nguyên a, b, m (m>0) Ta nói a b “đồng dư” với theo modulo m, chia a b cho m, ta nhận số dư Ký hiệu a ≡ b (mod n) Ví dụ: 17 ≡ (mod 3) chia 17 cho 3, số dư Nhận xét: Các mệnh đề sau tương đương: 1/ a ≡ b (mod m) 2/ m \ (a-b) 3/ Tồn số nguyên t cho a = b + mt 11 Chứng minh: 1/ 2/ Nếu có theo định nghĩa: a,b chia cho m, phải có số dư, : a = mqa + r ; b = mqb + r; Suy (a-b) = (qa - qb), tức m\(a-b) 2/ 3/ Nếu có tức m\ (a-b) Nghĩa có t Z cho (a-b) = mt hay a = b + mt 3/ 1/ Nếu có tức tồn số nguyên t cho a = b + mt Lấy a chia cho m, giả sử thương qa dư r, hay a = mqa + r (0 r