KHOA SAU ĐẠI HỌC BÀI TIỂU LUẬN MÔN HỌC PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC ĐỀ TÀI GVHD : GS.TSKH. Hoàng Kiếm Lớp : Cao học ngành khoa học máy tính K2 đợt 1 Họ và tên học viên: Trương Thành Tú Mã số học viên: 136011012 LỜI CÁM ƠN NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT GIẤU THÔNG TIN VÀO TRONG ẢNH Nhìn vào cuộc sống hiện tại ta dễ nhận thấy rằng cuộc sống của chúng ta có muôn vàng thay đổi đáng kể và một trong những thay đổi mà chúng ta dễ nhận thấy nhất đó là khoa học và công nghệ. Khoa học và công nghệ như là đặc trưng của thời đại, và theo đó hoạt động nghiên cứu khoa học đã trở thành hoạt động khá sôi nổi và rộng khắp trên đất nước Việt Nam, cũng như trên phạm vi toàn cầu. Khoa học công nghệ trở thành động lực thúc đẩy sự tiến bộ của nhân loại. Và không phải dừng lại ở đây, chúng ta chắc chắn một điều rằng khoa học công nghệ sẽ càng ngày càng phát triển và cuộc sống của chúng ta sẽ có những thay đổi theo thời gian. Ở đây, tại thời điểm này nhắc đến khoa học và công nghệ chúng ta sẽ không thể nào liệt kê hết được, nhưng trong một khía cạnh rất nhỏ chúng ta hãy xem khoa học công nghệ phát triển như thế nào và việc áp dụng những nguyên lý sáng tạo để giải quyết một vấn đề ra sao? Trong bài thu hoạch nhỏ này em sẽ trình bày về một số kỹ thuật cơ bản giấu thông tin vào trong ảnh. Qua đây em cũng xin được gửi lời cảm ơn đến Giáo sư - Tiến sỹ Khoa Học Hoàng Kiếm, người đã tận tâm truyền đạt những kiến thức nền tảng cơ bản cho chúng em về môn học “Phương pháp nhiên cứu khoa học trong tin học”. Xin chân thành cám ơn Thầy/Cô khoa sau đại học Trường đại học Quốc Tế Hồng Bàng, cảm ơn các bạn trong lớp đã đồng hành học tập cùng nhóm chúng tôi, và cám ơn các bạn trong nhóm đã cùng hỗ trợ giúp đỡ, cùng nghiên cứu để hoàn tất báo cáo này. MỤC LỤC TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN TRONG ẢNH 1 I.MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1 1. Định nghĩa về giấu tin 1 2. Sơ lược về lịch sử giấu tin 1 3. Mục đích của giấu tin 2 4. Kỹ thuật giấu thông tin bí mật (Steganography) 3 5. Kỹ thuật giấu thông tin theo kiểu đánh dấu (Watermarking) 3 6. Mô hình kỹ thuật giấu tin 3 6.1. Mô hình kỹ thuật giấu tin 3 6.2. Mô hình kỹ thuật tách tin 4 II.GIẤU TIN TRONG ẢNH 5 1. Khái niệm giấu tin trong ảnh 5 2. Một sốđặc trưng và tính chất của giấu tin trong ảnh 5 2.1. Phương tiện có chứa dữ liệu tri giác tĩnh 5 2.2. Giấu tin phụ thuộc loại ảnh 5 2.3. Kỹ thuật giấu tin lợi dụng tính chất hệ thống thị giác của con người 6 2.4. Giấu thông tin không làm thay đổi kích thước ảnh 6 2.5. Đảm bảo chất lượng sau khi giấu tin 6 3. Các tiêu chí đánh giá kỹ thuật giấu tin trong ảnh 6 3.1. Tính vô hình 6 3.2. Khả năng giấu thông tin (Hiding Capacity) 6 3.3. Chất lượng của ảnh có giấu thông tin 7 3.4. Tính bền vững của thông tin được giấu 7 3.5. Thuật toán và độ phức tạp của thuật toán 7 4. Các hướng tiếp cận cũa kỹ thuật giấu tin trong ảnh 7 4.1. Tiếp cận trên miền không gian ảnh 7 4.2. Tiếp cận trên miền tần số ảnh 8 MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN MẬT 9 I.MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN MẬT TRONG ẢNH 9 1. Giấu tin mật trong khối bit sử dụng tính chẵn lẻ của tổng số bit 1 9 1.1. Ý tưởng 9 1.2. Thuật toán 9 1.3. Quá trìnhtách tin 12 1.4. Phân tích thuật toán 13 1.5. Áp dụng thuật toán cho ảnh màu và ảnh đa cấp xám 14 2. Kỹ thuật giấu tin Wu _ Lee 15 2.1. Ý tưởng 15 2.2. Thuật toán 16 2.3. Quá trìnhtách tin 19 2.4. Phân tích thuật toán 19 3. Kỹ thuật giấu tin Yuan_Pan_Tseng 21 3.1. Ý tưởng 21 3.2. Thuật toán 22 3.3. Quá trình tách tin 26 3.4. Phân tích thuật toán 27 II.KỸ THUẬT THỦY VÂN TRÊN ẢNH 28 1. Một số khái niệm cơ bản trong thủy vân số 28 1.1. Khái niệm thủy vân số 28 1.2. Phân loại các kỹ thuật thủy vân 28 1.3. Mô hình hệ thống thủy vân 29 1.4. Các đặc trưng của một hệ thủy vân 31 2. Một số kỹ thuật thủy vân trên ảnh 32 2.1. Phép biến đổi cosin rời rạc 32 2.2. Đặc điểm của phép biến đổi DCT trên ảnh hai chiều: 33 2.3. Kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DCT 34 KHẢ NĂNG PHÁT HIỆN ẢNH CÓ GIẤU TIN 41 III.PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN ẢNH GIẤU TIN 41 1. Bài toán phân tích tin giấu 41 2. Phân loại phương pháp phát hiện ảnh giấu tin 41 2.1. Phân tích trực quan 41 2.2. Phân tích định dạng ảnh 42 2.3. Phân tích thống kê 42 IV.KỸ THUẬT PHÂN TÍCH CẶP GIÁ TRỊ ĐIỂM ẢNH 42 1. Khái niệm cặp giá trị 42 2. Thuật toán PoV3 43 2.1. Ý tưởng 43 2.2. Cách thức thực hiện 44 2.3. Phân tích thuật toán 44 V.KỸ THUẬT PHÂN TÍCH ĐỐI NGẪU 45 1. Các khái niệm 45 2. Thuật toán RS (Regular – Singular) 47 2.1. Tư tưởng: 47 2.2. Cách thực hiện 48 2.3. Phân tích thuật toán RS 49 DANH MỤC HÌNH ẢNH Hình 1 Phân loại các kỹ thuật giấu tin 2 Hình 2 Lược đồ chung cho quá trình giấu tin 3 Hình 3 Lược đồ chung cho quá trình tách tin 4 Hình 4 Mô hình quá trình nhúng thủy vân 29 Hình 5 Mô hình quá trình nhúng thủy vân 31 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT LSB Least Significant Bit Phương pháp tác động đến các bit ít quan trọng nhất của các điểm ảnh DCT Discrete Cosine Transform DCT Phép biến đổi cosine rời rạc RGB Red Green Blue PoV Pairs of Values Khái niệm về cặp giá trị LỜI NÓI ĐẦU Nói về vấn đề bảo mật thông tin ngày nay với công nghệ ngày càng phát triển thì càng có nhiều kỹ thuật mới ra đời,với việc đưa ra rất nhiều hướng bảo mật thông tin khác nhau sẽ giúp người dùng tìm được một sự bảo mật theo đúng sở thích cá nhân cũng như nâng cao kinh nghiệm cho người dùng trong khâu bảo mật.Do đó phương pháp bảo mật thông tin bằng cách đưa dấu vào trong môi trường khác như ảnh, audio, video, văn bản, …các thông tin mật cần giấu được gửi đi bằng các phương tiện giấu tin này là phương pháp bảo mật khá hiệu quả. Trong báo cáo này chúng tôi xin được giới thiệu về nội dung bảo mật bằng cách giấu thông tin vào trong ảnh. Kỹ thuật này sử dụng kết hợp giữa dữ liệu mật với các giá trị của điểm ảnh. Các bit có trọng số thấp của điểm ảnh được thay thế để đánh dấu sự hiện diện của dữ liệu bên trong điểm ảnh đó. Đối với việc lựa chọn các kênh để đánh dấu sự hiện diện của dữ liệu, một bộ tạo số giả ngẫu nhiên được sử dụng nên có thêm một lớp bảo mật cho kỹ thuật và làm cho việc khai thác các thông tin mật rất khó khăn cho những kẻ xâm nhập. Kết quả cho thấy kỹ thuật là bảo mật chống lại các cuộc tấn công trực quan, thống kê và cố gắng để có thể giấu nhiều dữ liệu hơn bằng cách sử dụng nhiều bit trên mỗi điểm ảnh. Tiểu luận An Toàn & Bảo Mật Dữ Liệu GVHDTS. Lê Xuân Trường TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN TRONG ẢNH I. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1. Định nghĩa về giấu tin Giấu tin là kỹ thuật giấu (nhúng) một lượng thông tin số nào đó vào trong một đối tượng dữ liệu số khác như giấu thông tin trong ảnh, audio, video, văn bản, …. 2. Sơ lược về lịch sử giấu tin Giấu thông tin(Steganography) có nghĩa là kỹ thuật giấu thông tin quan trọng vào đối tượng khác. Nó đã có lịch sử phát triển từ hàng nghìn năm và trải qua nhiều thời kỳ biến động của xã hội loài người, ngày nay khi kỹ thuật số bùng nổ, con người cũng số hoá lĩnh vực này phục vụ cho cuộc sống hiện đại. Từ “Steganography” bắt nguồn từ tiếng Hi Lạp. Từ “stegano” trong tiếng Hi Lạp có nghĩa là “covered”, còn “graphien” có nghĩa là “to write”. Như vậy, “steganography” có nghĩa là tài liệu được phủ “covered writing”. Các câu chuyện kể về kỹ thuật giấu thông tin được truyền qua nhiều thế hệ. ♦ Có lẽ những ghi chép sớm nhất về kỹ thuật giấu thông điệp thuộc về sử gia Hi Lạp Herodotus. Khi bạo chúa Hi Lạp Histiaeus bị vua Darius bắt giữ ở Susa vào thế kỷ thứ V trước Công nguyên, ông ta đã gửi một thông báo bí mật cho con rể của mình là Aristagoras ở Miletus. Histiaeus đã cạo trọc đầu một nô lệ tin cậy và xăm một thông điệp trên da đầu của anh ta. Khi tóc của người nô lệ mọc ra đủ dài thì người nô lệ được gửi tới Miletus. ♦ Một câu chuyện khác về thời Hi Lạp cổ đại cũng do Herodotus ghi lại. Môi trường để ghi văn bản chính là các viên thuốc được bọc trong sáp ong. Demeratus, một người Hi Lạp định báo cho Sparta rằng Xerxes định xâm chiếm Hi Lạp. Để tránh bị phát hiện, anh ta đã bóc lớp sáp ong ra khỏi các viên thuốc và khắc thông báo lên bề mặt các viên thuốc này, sau đó bọc lại các viên thuốc bằng một lớp sáp ong mới. Những viên thuốc mang tin mật đã ngụy trang được để cùng với các viên thuốc thông thường khác và lọt qua mọi sự kiểm soát một cách dễ dàng. ♦ Mực không màu là phương tiện hữu ích cho bảo mật thông tin trong một thời gian dài. Người Romans cổ đã biết sử dụng những Trang 1 [...]... được đằng sau ảnh đó mang những thông tin có ý nghĩa gì 2 Một sốđặc trưng và tính chất của giấu tin trong ảnh Giấu tin trong ảnh chiếm vị trí chủ yếu trong các kỹ thuật giấu tin, vì vậy mà các kỹ thuật giấu tin phần lớn cũng tập trung vào các kỹ thuật giấu tin trong ảnh Các phương tiện chứa khác nhau thì cũng sẽ có các kỹ thuật giấu khác nhau nên các kỹ thuật giấu tin trong ảnh thường chú ý những đặc trưng... dụng nhiều trong các kỹ thuật xử lý ảnh Trong giấu tin, nó cũng được sử dụng, đặc biệt trong các kỹ thuật thủy vân Trang 8 Tiểu luận An Toàn & Bảo Mật Dữ Liệu GVHDTS Lê Xuân Trường MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN MẬT I MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN MẬT TRONG ẢNH 1 Giấu tin mật trong khối bit sử dụng tính chẵn lẻ của tổng số bit 1 1.1 Ý tưởng Đây là kỹ thuật đơn giản nhất trong các kỹ thuật giấu tin Ý tưởng... tượng phương tiện chứa có giấu thông tin, quá trình giải mã được thực hiện thông qua một bộ giải mã ứng với bộ giấu thông tin cùng với khoá của quá trình giấu ♦ giấu Kết quả thu được gồm phương tiện chứa gốc và thông tin đã ♦ Bước tiếp theo thông tin đã giấu sẽ được xử lý kiểm định so sánh với thông tin ban đầu II GIẤU TIN TRONG ẢNH 1 Khái niệm giấu tin trong ảnh Giấu tin trong ảnh tuykhông phải là một... chung giấu tin trong đa phương tiện chính là tận dụng “độ dư thừa” của phương tiện giấu để thực hiện việc giấu tin, mà người ngoài cuộc “khó” cảm nhận được có thông tin cất giấu trong đó Hình 1 Phân loại các kỹ thuật giấu tin Trang 2 Tiểu luận An Toàn & Bảo Mật Dữ Liệu GVHDTS Lê Xuân Trường 4 Kỹ thuật giấu thông tin bí mật (Steganography) Đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin tập trung vào các kỹ thuật giấu. .. Mô hình kỹ thuật giấu tin Giấu thông tin vào phương tiện chứa và tách lấy thông tin là hai quá trình trái ngược nhau và có thể mô tả qua sơ đồ khối của hệ thống như sau 6.1 Mô hình kỹ thuật giấu tin Thông tin cần giấu Phương tiện chứa tin (ảnh, audio, video, …) Thuật toán nhúng tin Dữ liệu chứa tin mật Kiểm tra Khóa Hình 2 Lược đồ chung cho quá trình giấu tin Trên lược đồ: ♦ Thông tin cần giấu (Secret... giá kỹ thuật giấu tin trong ảnh 3.1 Tính vô hình Kỹ thuật giấu thông tin trong ảnh phụ thuộc rất nhiều vào hệ thống thị giác của con người Tính vô hình hay không cảm nhận được của mắt người thường giảm dần ở những vùng ảnh có màu xanh tím, thủy vân ẩn thường được chọn giấu trong vùng này 3.2 Khả năng giấu thông tin (Hiding Capacity) Khả năng giấu thông tin hay lượng thông tin (dung lượng) giấu được trong. .. toán để giấu tin và được thực hiện với khóa bí mật ♦ Khóa (Key): Khóa bí mật được sử dụng trong giấu tin ♦ mật Dữ liệu chứa tin mật (Stego Data): môi trường đã chứa tin ♦ Kiểm tra thông tin (Control):Kiểm tra thông tin sau khi giấu tin 6.2 Mô hình kỹ thuật tách tin Khóa Dữ liệu chứa tin mật Thuật toán tách tin Phương tiện chứa tin (ảnh, audio, video, …) Kiểm tra Thông tin cần giấu ♦ Tách thông tin ồ... điểm ảnh cho F ♦ Bước 2: Giấu tin vào ảnh đen trắng F để thu được ảnh đen trắng F’ ♦ Bước 3: Đưa lại các bit của F’ vào mỗi điểm ảnh màu tương ứng của Fc để thu được ảnh màu kết quả là F’c Như vậy ta thấy thuật toán giấu tin trong ảnh đen trắng là cơ sở cho các thuật toán giấu tin nói chung 2 Kỹ thuật giấu tin Wu _ Lee 2.1 Ý tưởng Kỹ thuật giấu tin theo khối bit sử dụng tính chẵn lẻ của tổng số bit 1 trong. .. Kỹ thuật giấu tin Yuan_Pan_Tseng 3.1 Ý tưởng Yu Yuan, Hsiang Kuang Pan và Yu Chee Tseng đã phát triển một kỹ thuật giấu tin mới trên cơ sở của thuật toán Wu_Lee Kỹ thuật này sử dụng một ma trận khóa và một ma trận trọng số để giấu tin Thuật toán đảm bảo được độ an toàn của thông tin giấu và cũng giấu được nhiều thông tin trong ảnh bằng cách chỉ thay đổi nhiều nhất 2 bit trong mỗi khối ảnh Đối với ảnh. .. thuật giấu tin để có thể giấu được nhiều thông tin nhất Thông tin mật được giấu trong đối tượng sao cho người khác không phát hiện được 5 Kỹ thuật giấu thông tin theo kiểu đánh dấu (Watermarking) Để bảo vệ bản quyền của đối tượng chứa thông tin, kỹ thuật giấu tin tập trung đảm bảo một số yêu cầu như đảm bảo tính bền vững… Đây chính là ứng dụng cơ bản nhất của kỹ thuật thuỷ vân số Giấu thông tin bí mật . 3 6.1. Mô hình kỹ thuật giấu tin 3 6.2. Mô hình kỹ thuật tách tin 4 II.GIẤU TIN TRONG ẢNH 5 1. Khái niệm giấu tin trong ảnh 5 2. Một sốđặc trưng và tính chất của giấu tin trong ảnh 5 2.1. Phương tiện. trong ảnh Giấu tin trong ảnh chiếm vị trí chủ yếu trong các kỹ thuật giấu tin, vì vậy mà các kỹ thuật giấu tin phần lớn cũng tập trung vào các kỹ thuật giấu tin trong ảnh. Các phương tiện chứa. mật thông tin tập trung vào các kỹ thuật giấu tin để có thể giấu được nhiều thông tin nhất. Thông tin mật được giấu trong đối tượng sao cho người khác không phát hiện được. 5. Kỹ thuật giấu thông