Đang tải... (xem toàn văn)
ứng dụng giấu tin trong mã hóa & xác thực
BÁO CÁO ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP Sinh viên thực hiện: NHỮ BẢO VŨ Chuyên ngành: Toán – Tin ứng dụng Lớp: Toán Tin 1 – K52 Giáo viên hướng dẫn: PGS.TS. PHAN TRUNG HUY Nhận xét của giáo viên hướng dẫn: Giáo viên hướng dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực MỤC LỤC Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 2 Nhữ Bảo Vũ 2 Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực DANH MỤC VIẾT TẮT STT Nội dung Viết tắt 1 Least Significant Bit LSB 2 Uniform Resource Locator URL 3 Advanced Encryption Standard AES 4 Bitmap BMP 5 Graphics Interchange Format GIF 6 Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 3 Nhữ Bảo Vũ 3 Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực LỜI MỞ ĐẦU Sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật trên nhiều lĩnh vực đặc biệt là trong lĩnh vực đa phương tiện giúp cho các hệ thống sản xuất, quản lý và phân phối các sản phẩm: hình ảnh, âm thanh, tài liệu văn bản… là rất dễ dàng. Cùng với sự phổ biến rộng rãi các mạng internet tốc độ cao làm cho quá trình phân phối chúng trở nên nhanh chóng và thuận tiện, đem lại những thuận lợi to lớn thông qua các hệ thống thương mại điện tử. Trên môi trường mở, nhanh chóng và tiện nghi như vậy, việc tìm kiếm, sao chép thông tin trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết. Những phiên bản sao chép hoàn hảo, các kỹ thuật thay thế, sửa đổi tinh vi, cộng với sự lưu thông phân phối trên mạng của các dữ liệu đa phương tiện đã phát sinh ra nhiều vấn đề nhức nhối về nạn ăn cắp bản quyền, phân phối bất hợp pháp, giả mạo, xuyên tạc, … Tình trạng vi phạm bản quyền số đang xảy ra hàng ngày, hàng giờ một cách liên tục. Nhằm bảo vệ các sản phẩm số không bị sử dụng trái phép, song song với việc kêu gọi ý thức tự giác thực thi luật bản quyền, các công ty công nghệ lớn trên thế giới đã và đang thực hiện các giải pháp kỹ thuật kiểm soát bản quyền số. Một trong những vấn đề được đặt ra là làm sao bảo vệ quyền sở hữu đối với các sản phẩm đa phương tiện này. Đứng trước tình hình đó vấn đề về bảo mật thông tin hiện nay luôn nhận được sự quan tâm đặc biệt trong nhiều lĩnh vực. Đã có nhiều phương pháp để bảo mật thông tin, một trong những phương pháp được sử dụng phổ biến để bảo vệ quyền sở hữu đối với nội dung của các sản phẩm đa phương tiện là mã hoá. Nội dung của sản phẩm đó được mã hoá và gửi cho người sử dụng. Người sử dụng chỉ đọc được các thông tin này khi nhận được khoá giải Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 4 Nhữ Bảo Vũ 4 Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực mã đi kèm. Phương pháp mã hoá trên chỉ hiệu quả trong việc truyền thông tin nhưng không hiệu quả trong việc bảo vệ quyền sở hữu. Sau khi sản phẩm được giải mã, người dùng ngoài việc lưu trữ còn có thể nhân bản và phân phối lại. Giấu tin là phương pháp đã và đang tiếp tục được nghiên cứu và ứng dụng rất mạnh mẽ. Đây là phương pháp mới và phức tạp nó đang được xem như một công nghệ cốt lõi cho vấn đề bảo vệ bản quyền, chống nhân bản bất hợp pháp, chống lại truy cập trái phép, chống xuyên tạc, chống giả mạo thông tin, xác thực thông tin và điều khiển truy cập ứng dụng trong an toàn và bảo mật thông tin. Sự khác biệt chủ yếu giữa mã hoá thông tin và giấu tin là phương pháp mã hoá làm cho các thông tin hiện rõ là nó có được mã hoá hay không còn đối với phương pháp giấu tin thì người ta sẽ khó biết được là có thông tin giấu bên trong do tính chất ẩn hình (invisible) của thông tin được giấu. Các phương pháp mã hóa thường thu hút sự chú ý, một khi những thông tin mã hoá bị phát hiện thì những tên tin tặc sẽ tìm mọi cách để triệt phá. Và cuộc chạy đua giữa những người bảo vệ thông tin và bọn tin tặc vẫn chưa kết thúc tuyệt đối về bên nào. Trong hoàn cảnh đó thì giấu tin trở thành một phương pháp hữu hiệu để che giấu tin làm cho tin tặc không thể phát hiện. Trên cơ sở ứng dụng đa dạng, đặc tính nổi bật của giấu tin cùng với xuất phát từ các yêu cầu dự án thực tế “Xây dựng giao thức bảo vệ đề thi trắc nghiệm trên môi trường Wireless” mà tác giả đã được tiếp cận và đã lựa chọn đề tài “Ứng dụng giấu tin trong mã hóa và xác thực” làm đồ án tốt nghiệp của mình. Đồ án trình bày tổng quan về giấu tin, một số phương pháp giấu tin, giới thiệu một phương pháp giấu tin mới vào trong ảnh xám dựa trên tiếp cận Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 5 Nhữ Bảo Vũ 5 Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực của lý thuyết module. Xây dựng ứng dụng giấu tin kết hợp mã hóa, thiết kế và cài đặt giao thức xác thực người dùng trên môi trường mạng sử dụng phương pháp giấu tin để làm tăng độ an toàn cho người dùng tham gia vào một hệ thống cần có sự xác minh người sử dụng, hoặc có các giao dịch yêu cầu độ an toàn cao có khả năng phát hiện và chống lại được sự giả mạo. Đồ án bao gồm các nội dung sau: Phần 1. Mở đầu Sơ lược về bối cảnh mạng máy tính hiện nay, mức độ an toàn dữ liệu. Phương hướng, phạm vi nghiên cứu và giải pháp tiếp cận, từ đó đặt ra nhiệm vụ của đồ án. Phần 2. Nội dung chính, bao gồm có 4 chương Chương 1: Tổng quan giấu tin và cơ sở toán học Giới thiệu tổng quan về giấu tin, một số khái niệm cơ bản. Phân loại và trình bày một số kỹ thuật giấu tin cơ bản, các yêu cầu đối với bài toán giấu tin và một số ứng dụng của giấu tin. Đồng thời trình bày các khái niệm cơ bản lý thuyết đồng dư modulo và lý thuyết module làm cơ sở để trình bày các thuật toán giấu tin. Chương 2: Giấu tin trong ảnh nhị phân Trình bày một số phương pháp, kĩ thuật giấu tin trên ảnh nhị phân định dạng ảnh Bitmap. Chương 3: Giấu tin trong ảnh màu, ảnh xám Trình bày một số phương pháp, kĩ thuật giấu tin trên ảnh màu, ảnh xám định dạng ảnh Bitmap. Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 6 Nhữ Bảo Vũ 6 Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực Chương 4: Xây dựng chương trình ứng dụng Đề cập đến một số vấn đề bảo mật an toàn thông tin, thiết kế và xây dựng giải pháp ứng dụng giấu tin vào trong ứng dụng mã hóa và xác thực người sử dụng. Phần 3. Kết luận Phần 4. Tài liệu tham khảo Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 7 Nhữ Bảo Vũ 7 Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực LỜI CẢM ƠN Em xin chân thành gửi lời cảm ơn tới thầy Phan Trung Huy, thầy đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ em có thể hoàn thành được đồ án tốt nghiệp của mình. Em cũng xin được gửi lời cảm ơn tới các thầy cô trong Viện toán ứng dụng và tin học đã giảng dạy, cung cấp cho em những kiến thức và các kỹ năng để có thể vận dụng trong quá trình nghiên cứu. Và cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn tới gia đình và bạn bè, những người đã luôn ở bên cạnh, chia sẻ và động viên em trong suốt thời gian thực hiện và hoàn thành đồ án. Hà Nội, ngày 28 tháng 05 năm 2012 Sinh viên thực hiện Nhữ Bảo Vũ Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 8 Nhữ Bảo Vũ 8 Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN GIẤU TIN VÀ CƠ SỞ TOÁN HỌC 1.1. Bài toán giấu tin và vai trò 1.1.1. Bài toán giấu tin Giấu tin là một kỹ thuật nhúng thông tin vào trong một nguồn đa phương tiện gọi là đối tượng chứa như: tập tin ảnh, tập tin âm thanh, tập tin văn bản… mà không gây ra sự nhận biết về sự tồn tại của thông tin đã được giấu. Phương pháp giấu tin được tiến hành theo nhiều cách khác nhau tùy theo từng phương pháp và mục đích. Bài toán giấu tin thông thường gồm hai quá trình: Nhúng tin (mã hóa) Trích rút tin (giải mã) Ví dụ 1: Thông điệp cần gửi được mã hóa và nhúng các bit thông tin của vào trong ảnh Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 9 Nhữ Bảo Vũ 9 Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực Hình . Ảnh đã được nhúng thông tin mật Ví dụ 2: Thông điệp cần gửi được chứa trong một đoạn văn bản, ở đây đối tượng chứa là một đoạn văn bản có nội dung sau: “Apparently neutral’s protect is thoroughly discounted and ignored. Isman hard hit. Blockade issue affects for pretext embargo on by-products, ejecting suets and vegetable oils” Có thể thấy được nội dung truyền tải là bức điện mật được sử dụng trong chiến tranh thế giới lần thứ 2: “Pershing sails for YN June 1” Bài toán giấu tin gồm 4 đối tượng chính là: - Thông tin mật: Là thông tin nhúng vào đối tượng chứa và là thông tin cần được bảo vệ. - Đối tượng chứa: Đối tượng được sử dụng chứa thông điệp mật. - Đối tượng đã nhúng: Là đối tượng chứa sau khi nhúng thông tin mật. Ví dụ nếu đối tượng chứa là ảnh thì đối tượng đã nhúng là Stego-Image. Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 10 Nhữ Bảo Vũ 10 [...]... tiếp trong của họ {Nα }α∈I khi và chỉ khi mỗi phần tử x của nó có thể biểu diễn một cách duy nhất dưới dạng sau: x = xα1 + xα2 + + xα n ; xαi ∈ Nαi ; α i ∈ I ; 1 ≤ i ≤ n 29 Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 29 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực 30 Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 30 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực CHƯƠNG 2 GIẤU TIN TRÊN ẢNH NHỊ PHÂN 2.1 Giới thiệu về giấu. .. Lược đồ quá trình giấu tin mật 13 Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 13 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực Hình 4 biểu diễn mô hình giấu tin cơ bản Trong đó, phương tiện chứa tin có thể bao gồm: văn bản, ảnh, audio, video… Thông tin cần giấu tùy theo mục đích của người sử dụng Thông tin được giấu vào trong phương tiện chứa tin nhờ một bộ nhúng Bộ nhúng là những chương trình thực hiện theo... của a đồng dư với s theo modulo b 21 Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 21 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực • Nếu 0 ≤ s < b thì s là số dư trong phép chia a cho b Ngược lại, xét tiếp tính đồng dư của s theo modulo b, rồi lặp lại theo bước vừa rồi 22 Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 22 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực 1.3.2 Lý thuyết module 1.3.2.1 Các định nghĩa Định nghĩa... các thuật toán giấu tin trong ảnh màu hay ảnh xám và giấu tin trong ảnh đen trắng là khác nhau Trong khi đối với ảnh màu thì các thuật toán chú trọng vào việc làm sao giấu được càng nhiều thông tin càng tốt thì 18 Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 18 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực các thuật toán áp dụng cho ảnh đen trắng lại tập trung vào việc làm thế nào để thông tin giấu khó bị phát... tại nêu trên bằng cách được thêm khóa K cho việc giấu tin và đưa thêm các điều kiện để đảo bit trong mỗi khối, theo điều kiện đó các khối ảnh gốc toàn màu đen hoặc toàn màu trắng sẽ không được sử dụng để giấu tin 32 Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 32 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực Thuật toán giấu tin biến đổi khối ảnh F thành F’ để giấu 1 bit b được thực hiện sao cho: SUM ( K ⊕ F ')... Dụng & Tin Học 15 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực quản lý sao chép DVD đã được ứng dụng ở Nhật Các ứng dụng loại này cũng yêu cầu thủy vân phải được đảm bảo an toàn và cũng sử dụng phương pháp phát hiện thủy vân đã giấu mà không cần thông tin gốc Giấu tin mật: Các thông tin giấu được trong trường hợp này càng nhiều càng tốt, việc giải mã để nhận được thông tin cũng không cần phương... loại thông tin quan trọng cần được bảo mật, chúng rất 16 Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 16 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực dễ bị lấy cắp và bị thay đổi bởi các phần mềm chuyên dụng Phát hiện thông tin xuyên tạc đã trở nên vô cùng quan trọng và cấp thiết Một đặc điểm của giấu tin trong ảnh đó là thông tin được giấu trong ảnh một cách vô hình, nó như là một cách truyền thông tin mật cho... thông tin đã được giấu trước đó Đầu vào là phương tin có chứa tin giấu, qua một bộ giải mã tin (tương ứng với bộ nhúng tin) cùng với khóa sẽ được thực hiện việc giải mã thông tin Đầu ra của quá trình là phương tiện chứa tin và thông tin mật đã giấu trước đó Trong trường hợp cần thiết, thông tin lấy ra có thể được xử lý, kiểm định và so sánh với thông tin đã giấu ban đầu 1.1.4 Các ứng dụng của kỹ thuật giấu. .. thông tin Thuỷ vân số có miền ứng dụng lớn hơn, đòi hỏi độ bền vững cao của các thông tin 12 Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 12 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực cần giấu đối với các biến đổi thông thường của các tệp dữ liệu môi trường nên được quan tâm nghiên cứu nhiều hơn và thực tế đã có nhiều những kỹ thuật dành cho khuynh hướng này Ngành mật mã (Cryptology) Mật mã (Cryptography) Giấu. .. muốn ẩn một thông tin có kích thước tương đối lớn ta thường chia nhỏ ra nhiều thành phần và thực hiện nhúng từng phần Lưu trữ Bảo mật Bản quyền Khả năng Lưu trữ Khả năng không bị phát hiện Tính bền vững Hình Các yêu cầu trong bài toán giấu tin Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 11 11 Nhữ Bảo Vũ Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực 1.1.2 Phân loại các kỹ thuật giấu tin Kỹ thuật giấu tin nhằm mục đích . dẫn (Ký, ghi rõ họ tên) Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực MỤC LỤC Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 2 Nhữ Bảo Vũ 2 Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực DANH MỤC VIẾT TẮT STT. pháp ứng dụng giấu tin vào trong ứng dụng mã hóa và xác thực người sử dụng. Phần 3. Kết luận Phần 4. Tài liệu tham khảo Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 7 Nhữ Bảo Vũ 7 Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã. - Kỹ thuật giấu tin lợi dụng tính chất hệ thống thị giác của con người Viện Toán Ứng Dụng & Tin Học 17 Nhữ Bảo Vũ 17 Ứng Dụng Giấu Tin Trong Mã Hóa & Xác Thực Giấu tin trong ảnh ít