ĐẠI HỌC THÁI NGUN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ THƠNG TIN & TRUYỀN THƠNG ––––––––––––––––– LÊ THỊ HỒNG NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT PHÁT HIỆN SỰ THAY ĐỔI DỮ LIỆU TRONG CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ Chun ngành: Khoa học máy tính Mã số : 62.48.01 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Ngun, năm 2013 Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ MỞ ĐẦU Lý chọn đề tài Ngày nay, việc sử dụng sở liệu quan hệ, đặc biệt sở liệu quan hệ ứng dụng ngày tăng Tốc độ phát triển Internet cơng nghệ có liên quan đưa đến sức ép nặng nề cho người đảm bảo liệu việc tạo dịch vụ (thường gọi dịch vụ web tiện ích điện tử) cho phép người dùng tìm kiếm truy cập sở liệu quan hệ từ xa Mặc dù xu hướng hữu ích cho người dùng cuối bộc lộ mối nguy hiểm cho nhà cung cấp liệu trước kẻ trộm cắp liệu Do đó, nhà cung cấp liệu đòi hỏi phải có cơng cụ hỗ trợ cho việc bảo vệ quyền sản phẩm họ, nhận dạng sở liệu quan hệ họ bị đánh cắp bị xun tạc với ý đồ xấu Một cơng cụ hữu ích dùng để bảo vệ quyền chống giả mạo sở liệu quan hệ lược đồ thủy vân số Hiện tại, có nhiều lược đồ thủy vân đề xuất, chia thành hai lớp Một lớp lược đồ thủy vân dùng để bảo vệ quyền cho sở liệu quan hệ, điển hình lược đồ thủy vân dựa vào bit ý nghĩa (LSB), lược đồ thủy vân dựa vào bit ý nghĩa (MSB) lược đồ thủy vân dựa vào phương pháp tối ưu hóa ràng buộc Lớp thứ hai lược đồ thủy vân dùng để đảm bảo tồn vẹn cho sở liệu quan hệ, điển hình lược đồ khoanh vùng phát giả mạo cho sở liệu quan hệ có thuộc tính phân loại, phát giả mạo khơi phục liệu gốc cho sở liệu quan hệ có khả chịu số thay đổi nhỏ liệu Ngày nay, xu hướng nghiên cứu lược đồ thủy vân dùng để đảm bảo tồn vẹn cho sở liệu quan hệ ngày quan tâm từ nhu cầu thực tế chủ sở hữu sở liệu quan hệ Các lược đồ thực Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ nhiệm vụ kiểm tra xem sở liệu quan hệ có bị giả mạo hay khơng mà khơng gây tốn cho chủ sở hữu sở liệu quan hệ việc sử dụng lược đồ thủy vân để bảo vệ quyền cho sở liệu quan hệ Vì vậy, gần số lược đồ thủy vân dùng để đảm bảo tồn vẹn cho sở liệu quan hệ đề xuất Tuy nhiên, lược đồ thủy vân chủ yếu sử dụng cho sở liệu quan hệ chứa thuộc tính số Nhưng thực tế có nhiều sở liệu quan hệ mà thuộc tính chúng có kiểu khơng phải kiểu số, ví dụ kiểu văn bản, kiểu nhớ,… Xuất phát từ thực tế trên, em chọn đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật phát thay đổi liệu sở liệu quan hệ” Đối tƣợng phạm vi nghiên cứu Nghiên cứu, đánh giá kỹ thuật thủy vân dễ vỡ sở liệu quan hệ có thuộc tính phân loại Các cơng cụ lập trình phần mềm dùng để cài đặt chương trình thử nghiệm Hƣớng nghiên cứu đề tài Tìm hiểu giấu tin thủy vân Nghiên cứu thực cài đặt thử nghiệm lược đồ thủy vân dễ vỡ dùng để phát thay đổi liệu sở liệu quan hệ có thuộc tính phân loại Phƣơng pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu chủ yếu phương pháp tiếp cận lý thuyết, sau áp dụng lý thuyết vào ngơn ngữ lập trình cụ thể để kiểm chứng Dựa kết kiểm chứng để đưa kết luận đề xuất nhằm hồn thành mục tiêu nghiên cứu luận văn Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ Cụ thể luận văn này, tác giả lấy thơng tin điểm tuyển sinh đầu vào Trường Dự bị Đại học Dân tộc Trung ương làm sở liệu phục vụ cho việc kiểm chứng lý thuyết Ý nghĩa khoa học ý nghĩa thực tiễn đề tài Mục tiêu đề tài có ý nghĩa khoa học có ý nghĩa thực tiễn việc phát thay đổi liệu sở liệu quan hệ sau phân phối chuyển giao Đồng thời việc “phát hiện” vấn đề quan trọng mơi trường ứng dụng dựa Internet nhằm phát tán truyền tải thơng tin Nội dung luận văn: Tìm hiểu thủy vân, trình bày kỹ thuật phát thay đổi liệu sở liệu quan hệ Thực cài đặt thử nghiệm Nhận xét đánh giá lược đồ thủy vân Luận văn gồm chương: Chƣơng 1: Thủy vân sở liệu vấn đề liên quan Nhằm giới thiệu giấu tin thủy vân, giấu tin thủy vân ảnh, thủy vân sở liệu quan hệ, thủy vân bền vững, thủy vân dễ vỡ Chƣơng 2: Nghiên cứu kỹ thuật phát thay đổi liệu sở liệu quan hệ Trình bày thuật tốn nhúng thủy vân phát thay đổi liệu sở liệu quan hệ Chƣơng 3: Cài đặt thực nghiệm Cài đặt thử nghiệm lược đồ thủy vân dễ vỡ sở liệu quan hệ Đánh giá lược đồ thủy vân xây dựng Kết luận: Tóm tắt đánh giá kết nghiên cứu đạt Đưa hướng phát triển cải tiến lược đồ thủy vân Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ Tơi xin chân thành cảm ơn thầy giáo PGS TS Bùi Thế Hồng tận tình hướng dẫn, tạo điều kiện giúp đỡ tơi hồn thành đề tài luận văn Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ Chƣơng THỦY VÂN CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ VÀ CÁC VẤN ĐỀ LIÊN QUAN 1.1 Tổng quan thủy vân sởdữ liệu quan hệ 1.1.1 Một số khái niệm 1.1.1.1 Khái niệm thủy vân Thuật ngữ “thuỷ vân” có xuất xứ từ kỹ thuật đánh dấu nước thời xưa Đây kỹ thuật đánh dấu chìm hình ảnh hay liệu lên giấy nhằm mục đích trang trí phân biệt xuất xứ sản phẩm giấy Như vậy, thơng tin cần giấu gọi thuỷ vân (watermark) Thuỷ vân chứa đựng thơng tin dùng để chứng minh quyền sở hữu chống xun tạc, giả mạo Có thể phân chia thủy vân thành loại: Thuỷ vân bền vững (robust watermark): thuỷ vân tồn bền vững với liệu, khơng dễ dàng bị phá huỷ trước biến đổi, cơng lên liệu Các thủy vân thường dùng ứng dụng bảo vệ quyền, chứng minh quyền sở hữu Thuỷ vân dễ vỡ (fragile watermark): thuỷ vân dễ bị biến dạng trước thay đổi hay cơng lên liệu Các thủy vân thường dùng ứng dụng nhận thực thơng tin, đảm bảo tính tồn vẹn liệu Các kỹ thuật thuỷ vân từ đời nhận quan tâm lớn nhà khoa học Thuỷ vân nghiên cứu áp dụng nhiều mơi trường liệu khác như: liệu đa phương tiện (hình ảnh, text, âm thanh, video, ), hay sản phẩm phần mềm, gần nghiên cứu mơi trường sở liệu quan hệ Trong mơi trường liệu liệu đa phương tiện (đặc biệt hình ảnh) nghiên cứu áp dụng sớm mơi trường chiếm tỷ lệ chủ yếu Tuy Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ nhiên, nhà khoa học tập trung nghiên cứu kỹ thuật thuỷ vân sở liệu quan hệ nhu cầu đảm bảo an tồn sở liệu chủ sở hữu trước cơng từ bên ngồi 1.1.1.2 Lịch sử phát triển thuỷ vân Tanaka (1990), Caronni Tirkel (1993) đưa ấn thủy vân chưa nhận quan tâm mức Đến năm 1995, chủ đề bắt đầu quan tâm từ đó, thủy vân phát triển tốc độ nhanh với nhiều hướng nghiên cứu phương pháp thực khác Thủy vân ứng dụng nhiều lĩnh vực bảo vệ quyền sở hữu, điều khiển việc chép, xác thực giấy tờ, đảm bảo tính tồn vẹn hay truyền đạt thơng tin khác, Trong đó, ứng dụng phổ biến cung cấp chứng quyền tác giả liệu số cách nhúng thơng tin quyền đảm bảo tính tồn vẹn liệu 1.1.1.3 Mơ hình tổng qt lược đồ thủy vân Trong q trình nghiên cứu phát triển lược đồ thủy vân, nhà nghiên cứu đưa ý tưởng khác cho việc đưa thơng tin vào liệu Tuy nhiên, lược đồ thủy vân sử dụng chung mơ hình tổng qt ý tưởng sử dụng chúng để phát triển thêm Một lược đồ thủy vân bao gồm hai phần chính: - Nhúng thủy vân: Đưa thơng tin cần nhúng vào liệu cần bảo vệ - Phát thủy vân: Trích thơng tin nhúng vào liệu Q trình nhúng thủy vân đảm nhiệm vai trò đưa thơng tin chủ sở hữu vào liệu mà khơng làm ảnh hưởng tới giá trị sử dụng liệu Trong q trình này, liệu đầu vào bao gồm liệu cần nhúng thủy vân, khóa thủy vân, thủy vân tham số khác Trong đó: - Dữ liệu cần nhúng liệu đa phương tiện, sở liệu quan hệ,… cần bảo vệ Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ - Thủy vân chuỗi thơng tin dạng văn bản, hình ảnh, hay chuỗi bit Thủy vân đưa vào trực tiếp sinh thuật tốn nhúng thủy vân - Khóa thủy vân đại lượng giúp tăng độ bảo mật thủy vân sử dụng để chứng minh quyền sở hữu liệu Khóa thủy vân thuộc sở hữu chủ liệu Thơng thường, khóa thủy vân bí mật Trong hệ thống thực tế, thường sử dụng khóa thủy vân chí kết hợp nhiều khóa thủy vân - Các tham số khác sử dụng lược đồ thủy vân khác Các tham số thơng thường mức ý nghĩa, thơng số ảnh hưởng số lượng nhóm… Chúng có ảnh hưởng lớn lược đồ thủy vân thơng thường việc xác định tham số khơng dễ dàng Các yếu tố đầu vào kết hợp với thuật tốn nhúng thủy vân trả lại kết liệu nhúng thơng tin thủy vân Dữ liệu đem sử dụng phân phối Hình 1.1 mơ tả tổng qt q trình nhúng thủy vân Thủy vân Dữ liệu cần Thuật tốn Dữ liệu sau nhúng thủy nhúng thủy vân nhúng thủy vân vân Khóa thủy vân Hình 1.1 Sơ đồ q trình nhúng thủy vân Trong q trình sử dụng liệu, nghi ngờ có xuất giả mạo chủ sở hữu liệu sử dụng q trình phát thủy vân để kết luận xem liệu có bị xâm hại hay khơng Trong q trình này, yếu tố đầu vào Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ liệu cần phát thủy vân, khóa thủy vân, thủy vân (có thể có khơng) tham số khác Ở đây, khóa thủy vân, thủy vân, tham số khác phải trùng với q trình nhúng thủy vân Kết hợp yếu tố với thuật tốn phát thủy vân đưa kết luận liệu có bị xâm hại hay khơng Q trình phát thủy vân mơ tả Hình 1.2 Thủy vân Dữ liệu cần phát Thuật tốn phát Kết luận thủy vân thủy vân liệu Khóa thủy vân Hình 1.2 Sơ đồ q trình phát thủy vân 1.1.2 Thuỷ vân sở liệu quan hệ Ngày nay, sở liệu quan hệ sử dụng ngày nhiều ứng dụng Do đó, người cung cấp liệu đòi hỏi phải có cơng nghệ nhận dạng sở liệu quan hệ họ bị đánh cắp Cho dù có nhiều điều học hỏi từ kết đạt thủy vân liệu đa phương tiện nhiều thách thức kỹ thuật lĩnh vực thủy vân sở liệu quan hệ liệu quan hệ liệu đa phương tiện khác nhiều khía cạnh quan trọng Chẳng hạn như, phần khác đối tượng đa phương tiện khơng thể cắt bỏ thay cách tùy ý mà khơng gây thay đổi cảm quan đối tượng Ngược lại, việc thêm, bớt cập nhật bảng quan hệ lại phép tốn sở liệu quan hệ Do khác mà kỹ thuật Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ phát triển cho liệu đa phương tiện khơng thể sử dụng trực tiếp để thủy vân quan hệ Thuỷ vân sở liệu quan hệ phương pháp nhúng lượng thơng tin vào sở liệu quan hệ Thuỷ vân sở liệu quan hệ thuỷ vân bền vững thủy vân dễ vỡ Trong số trường hợp, sở liệu quan hệ chứa thuộc tính mang ý nghĩa quan trọng khơng thể chấp nhận sửa đổi cho thuộc tính sở liệu quan hệ Thủy vân cho sở liệu quan hệ phức tạp đòi hỏi việc nhúng thủy vân vào sở liệu quan hệ cách đặc biệt Chẳng hạn như, với sở liệu quan hệ tuyển sinh chứa thuộc tính điểm khơng thể thay đổi (hay sở liệu quan hệ dân số chứa thuộc tính số con) Cách nhúng thủy vân cho sở liệu quan hệ đổi chỗ sở liệu quan hệ [5] xây dựng hẳn sở liệu quan hệ khác sở liệu quan hệ gốc [2] Ngồi ra, nhiều cách để sử dụng phải tùy vào lược đồ thủy vân đề xuất Trong trường hợp lại, sở liệu quan hệ chứa thuộc tính chấp nhận thay đổi nhỏ thuộc tính mà khơng làm ảnh hưởng đến giá trị sử dụng sở liệu quan hệ Khi đó, việc nhúng thủy vân cho sở liệu quan hệ dễ dàng so với trường hợp trước Ví dụ, liệu khí tượng sử dụng để xây dựng mơ hình dự báo thời tiết Độ xác vectơ gió nhiệt độ tương ứng liệu đo xác đến 1.8 m/s 0.5 o C Các sai số đưa vào thuỷ vân dễ dàng hạn chế cho phép liệu Hay ví dụ khác đáng ý nhà xuất sách in bảng tốn học (như bảng logarit lịch thiên văn) thường cố ý đưa vào số lỗi nhỏ để dễ dàng nhận dạng bị ăn cắp Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ 10 Đối với hầu hết sở liệu quan hệ có chứa tham số sai lệch hệ thống thuỷ vân gây điều chỉnh cho chúng nằm miền dung sai độ đo Việc đánh giá độ đo ảnh hưởng thủy vân đến giá trị sử dụng sở liệu quan hệ nhúng thủy vân quan trọng định giá trị sử dụng lược đồ thủy vân xây dựng có tốt hay chưa tốt Đối với sở liệu quan hệ, khóa thủy vân, kiểu liệu việc sử dụng cơng cụ hỗ trợ cho việc nhúng thủy vân vào sở liệu vấn đề lược đồ thủy vân Các khái niệm chúng trình bày phần 1.1.3 Khái niệm khóa thủy vân Khóa thủy vân khái niệm dành cho thuật tốn thủy vân sở liệu mà ta có sử dụng đến số liệu làm khóa để tạo thủy vân nhận biết thủy vân sở liệu Khóa thủy vân sử dụng phải khóa bí mật Tức là, khóa thủy vân có chủ sở hữu sở liệu quan mà chủ sở hữu sở liệu đăng ký quyền sở hữu có Khi khóa thủy vân bị lộ bị lấy cắp, sở liệu Khóa thủy vân mấu chốt thủy vân sở liệu có sử dụng khóa thủy vân Thơng thường, khóa thủy vân đại diện cho quyền sở hữu sở liệu chủ sở hữu Khóa thủy vân nhúng vào sở liệu nhiều cách Điều quan trọng việc ta giấu khóa thủy vân vào sở liệu để khơng bị phát đồng thời lấy thủy vân giúp cho việc chứng minh quyền sở hữu sở liệu chủ sở hữu Hay nói cách khác, việc đưa khóa vào sở liệu vấn đề quan trọng tốn bảo vệ quyền sở liệu quan hệ hay đảm bảo tính tồn vẹn sở liệu có sử dụng khóa Phương pháp Số hóa Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/ [...]... quyền sở hữu cơ sở dữ liệu của chủ sở hữu Khóa thủy vân có thể được nhúng vào trong cơ sở dữ liệu bằng nhiều cách Điều quan trọng ở đây chính là việc ta giấu khóa thủy vân vào trong cơ sở dữ liệu như thế nào để khơng bị phát hiện đồng thời vẫn có thể lấy ra được thủy vân giúp cho việc chứng minh được quyền sở hữu cơ sở dữ liệu của chủ sở hữu Hay nói cách khác, việc đưa khóa vào trong cơ sở dữ liệu là... tạo ra thủy vân hoặc nhận biết thủy vân trong cơ sở dữ liệu Khóa thủy vân được sử dụng phải là khóa bí mật Tức là, khóa thủy vân chỉ có chủ sở hữu cơ sở dữ liệu hoặc cơ quan mà chủ sở hữu cơ sở dữ liệu đăng ký quyền sở hữu có được Khi khóa thủy vân bị lộ hoặc bị lấy cắp, thì có thể sẽ mất đi cơ sở dữ liệu Khóa thủy vân chính là mấu chốt của thủy vân cơ sở dữ liệu có sử dụng khóa thủy vân Thơng thường,... liệu quan hệ, khóa thủy vân, kiểu dữ liệu và việc sử dụng các cơng cụ hỗ trợ cho việc nhúng thủy vân vào trong cơ sở dữ liệu là một trong những vấn đề cơ bản của một lược đồ thủy vân Các khái niệm cơ bản về chúng sẽ được trình bày ở phần tiếp theo 1.1.3 Khái niệm về khóa thủy vân Khóa thủy vân là một khái niệm dành cho các thuật tốn thủy vân cơ sở dữ liệu mà trong đó ta có sử dụng đến một số dữ liệu. .. các cơ sở dữ liệu quan hệ trong đó có chứa các tham số thì những sai lệch do hệ thống thuỷ vân gây ra có thể được điều chỉnh sao cho chúng nằm trong miền dung sai của độ đo Việc đánh giá độ đo và ảnh hưởng của thủy vân đến giá trị sử dụng của cơ sở dữ liệu quan hệ khi nhúng thủy vân rất quan trọng quyết định giá trị sử dụng của lược đồ thủy vân được xây dựng có tốt hay còn chưa tốt Đối với cơ sở dữ liệu. .. minh được quyền sở hữu cơ sở dữ liệu của chủ sở hữu Hay nói cách khác, việc đưa khóa vào trong cơ sở dữ liệu là một trong những vấn đề quan trọng của bài tốn bảo vệ bản quyền cơ sở dữ liệu quan hệ hay đảm bảo tính tồn vẹn của cơ sở dữ liệu có sử dụng khóa Phương pháp Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://lrc.tnu.edu.vn/