Thuật toán ẩn thông tin trên ảnh số bằng kỹ thuật hoán vị hệ số kết hợp nén và mã hóa cho ứng dụng bảo mật dữ liệu

Phân loại các kỹ thuật giấu tin

Giấu tin mật với mục đích đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin tập trung vào các kỹ thuật giấu thông tin sao cho người khác khó phát hiện nhất việc có tin được giấu, hơn nữa nếu phát hiện có tin giấu thì giải tin cũng khó thực hiện. - Mục tiêu của thuỷ vân số là nhúng thông tin không lớn thường là biểu tượng, chữ ký hay các đánh dấu khác vào môi trường phủ nhằm phục vụ việc xác nhận bản quyền.

Nhu cầu, ứng dụng của giấu tin trong ảnh số .1 Nhu cầu của giấu tin trong ảnh số

Trong các ứng dụng thực tế người ta mong muốn tìm được vị trí bị xuyên tạc cũng như phân biệt được các thay đổi (ví dụ như phân biệt xem một đối tượng đa phương tiện chứa thông tin giấu đã bị thay đổi, xuyên tạc nội dung hay là chỉ bị nén mất dữ liệu). Thủy vân mang các giá trị chỉ trạng thái cho phép sao chép dữ liệu như “copy never” - không được sao chép hay “copy once” - chỉ được copy một lần, sau khi copy xong bộ đọc ghi thủy vân sẽ ghi thủy vân mới chỉ trạng thái mới lên DVD.

Mô hình và các phương pháp giấu tin cơ bản .1 Mô hình giấu tin cơ bản

Jung and Yoo lấy mẫu thu nhỏ (down-sampled) một ảnh thành ẵ kớch cỡ của nó và sau đó sử dụng phương pháp nội suy đã cải biên, đặt tên là Nội suy dựa vào láng giềng (neighbour mean interpolation (NMI)), rồi lại phóng to mẫu của ảnh vừa có về kích thước ban đầu để nhúng [87]. Thay vì xem xét toàn bộ ảnh, Piyu Tsai và các đồng nghiệp đã chia ảnh thành các khối nhỏ 5x5 còn phần dôi ra được tính toán sử dụng dự đoán tuyến tính (từ khác của sai phân của các pixel). Trong khi sự duy trì có thể được yêu cầu trong các ứng dụng thông thường, khả năng giấu tin bị hạn chế trong các phương pháp này, bên cạnh đó chiến thuật nhúng "±1" có thể bị phát hiện.

Các thuật toán mới kế tục các nổi trội từ hiệu quả của các thuật toán cũ (phương pháp miền không gian), bởi sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin và bởi nhu cầu của hệ thống bảo mật được cải thiện. Manikopoulos và các cộng sự [98] đã thảo luận một thuật toán lợi dụng hàm mật độ xác suất để sinh ra các đặc trưng phân biệt để cho vào hệ thống mạng nhân tạo sẽ phát hiện dữ liệu ẩn trong miền này. Paulson báo cáo rằng một nhóm các nhà khoa học tại Đại học bang Iowa đang tập trung vào việc phát triển một ứng dụng sáng tạo mà họ gọi là ''công nghệ mạng nơ ron nhân tạo cho steganography (ANNTS)'' nhằm phát hiện tất cả các kỹ thuật steganography bao gồm DCT, DWT và DFT.

Các phép biến đổi từ miền không gian ảnh sang miền tần số .1 Phép biến đổi wavelet - Descrete Wavelet Transform (DWT)

Hệ số góc trên là lớn và đặc trưng cho giá trị trung bình thành phần một chiều gọi là hệ số DC, còn các hệ số khác có giá trị nhỏ hơn biểu diễn cho các thành phần tần số cao theo hướng ngang và theo hướng thẳng đứng gọi là hệ số AC. Kỹ thuật giấu tin theo khối bít sử dụng tính chẵn lẻ của tổng số bit 1 trong khối thể hiện độ an toàn không cao do chỉ có duy nhất kích thước khối là khóa cho quá trình giấu tin, đồng thời ảnh chứa thông tin giấu cũng dễ bị phát hiện do kỹ thuật có thể sẽ đảo bit trong các khối ảnh toàn màu đen hoặc màu trắng dẫn tới sự bất thường ở vị trí đảo so với các điểm lân cận trong khối. Thuật toán giấu tin trong ảnh đen trắng do M.Y.Wu và J.H.Lee đưa ra năm 1989 đã khắc phục được phần nào những tồn tại nêu trên bằng cách đưa thêm khóa K cho việc giấu tin và các điều kiện để đảo bít trong mỗi khối.

Với mục tiêu là giấu được càng nhiều thông tin vào trong ảnh mà vẫn đảm bảo được chất lượng ảnh càng tốt, ý tưởng chính của thuật toán là chia ảnh ra thành các khối bằng nhau, tìm khối nào ít bị phát hiện nhất, giấu một bít thông tin vào khối đó. Yu Yuan, Hsiang Kuang Pan và Yu Chee Tseng - Khoa Công nghệ Thông tin và khoa học máy tính thuộc trường Đại học quốc gia Đài Loan đã phát triển một kỹ thuật giấu tin mới trên cơ sở thuật toán Wu_Lee. Ý tưởng chính của thuật toán giấu tin Yuang_Pan_Tseng là sử dụng thêm một ma trận trọng số kết hợp với ma trận khóa K và để giấu được r bit dữ liệu vào một khối m x n nhưng chỉ thay đổi nhiều nhất hai bít dữ liệu trên khối.

Quá trình giấu tin Input

Ta thực hiện việc đảo bít trên Fi để được F’i sao cho tổng sum tính được ở bước 2 khi thay F’i sẽ tăng lên d.

Quá trình giải tin Input

Giấu tin dựa trên kỹ thuật hoán vị hệ số kết hợp với nén và mã hoá dữ liệu

Kỹ thuật hoán vị các hệ số [3] được thực hiện dựa trên phép hoán vị (permutation) các hệ số trong ảnh, các hệ số của ảnh có thể là kết quả của các phép biến đổi Cosine rời rạc (DCT), biến đổi Fouriter rời rạc (DFT), biến đổi Wavelet (DWT) hoặc các hệ số của bản đồ màu…. Khi thực hiện kỹ thuật này thông tin được ẩn tuần tự đưa vào dữ liệu gốc thông qua sự thay đổi vị trí của các hệ số mà không làm thay đổi giá trị của chúng.[2] Theo toán học, với p hệ số ta có p!. Nén Huffman là phương pháp mã hóa bằng mã có độ dài thay đổi (variable length encoding) trong đó chỉ sử dụng vài bit để biểu diễn 1 ký tự và độ dài mã bit cho các ký tự không giống nhau (ký tự xuất hiện nhiều lần được biểu diễn bằng mã ngắn và ngược lại).

Bước 2: Duyệt từ gốc của cây tới nút lá căn cứ vào giá trị bit đọc được từ ký tự (nếu bit có trị 1 ta duyệt tiếp con bên phải, nếu bit có trị 0 ta duyệt tiếp con bên trái). Trong mật mã học, AES (viết tắt của từ tiếng Anh: Advanced Encryption Standard, hay Tiêu chuẩn mã hóa tiên tiến) là một thuật toán mã hóa khối được chính phủ Hoa kỳ áp dụng làm tiêu chuẩn mã hóa. Tiếp đó, bài đã trình bày một số kỹ thuật giấu tin trong ảnh và đi sâu vào phương pháp giấu tin bằng kỹ thuật hoán vị hệ số kết hợp với mã hóa và nén dữ liệu làm cơ sở để xây dựng chương trình trong chương tiếp theo.

Thuật toán giấu thông tin bằng kỹ thuật hoán vị hệ số

Thực hiện hoán vị các hệ số chuyển dịch lần lượt các hệ số từ vị trí hiện hành đến vị trí mô tả bởi pos’. Lần lượt đưa các hệ số về vị trí mới, theo chiều từ trái sang phải.

Chương trình thực nghiệm

- Thông điệp cần giấu được mã hóa bằng bộ mã hóa AES với một khóa mã. + Nhập thông điệp cần giấu, nhập mật khẩu và chọn nút mã hóa để mã hóa thông điệp. + Sau khi có được thông điệp đã mã hóa chọn nút nén để nén lại thông điệp trước khi giấu.

- Nhấn vào nút mở ảnh để chọn file ảnh chứa thông điệp đã được nhúng. - Chọn nút “Giải tin” sẽ hiện lên thông điệp sau khi nén và mã hóa. - Nhấn nút giải mã tin sau khi tách: Chọn nút giải nén, nhập mật khẩu và chọn giải mã sẽ được chuỗi như ban đầu.