ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ DƢ CÔNG THÀNH NGHIÊN CỨU VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN MẬT TRONG ẢNH KỸ THUẬT SỐ LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Hà Nội - 2015 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ DƢ CÔNG THÀNH NGHIÊN CỨU VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN MẬT TRONG ẢNH KỸ THUẬT SỐ Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 60480104 LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS Hồ Văn Canh HÀ NỘI - 2015 LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn công trình nghiên cứu thân Luận văn hoàn toàn chép công trình nghiên cứu ngƣời khác, mang tính độc lập định với tất công trình nghiên cứu trƣớc Tất tài liệu tham khảo có xuất xứ rõ ràng đƣợc trích dẫn hợp pháp Nếu có vi phạm gì, xin hoàn toàn chịu trách nhiệm Hà Nội, ngày 21 tháng 05 năm 2015 Học viên Dƣ Công Thành LỜI CẢM ƠN Đầu tiên, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến cán hƣớng dẫn khoa học TS Hồ Văn Canh, ngƣời tận tình hƣớng dẫn cho từ buổi tiếp cận với đề tài luận văn tốt nghiệp TS Hồ Văn Canh hƣớng dẫn, bảo cho phƣơng pháp nghiên cứu khoa học, cách làm việc khoa học suốt thời gian qua Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn chân thành đến toàn thể thầy cô giáo trƣờng Đại học Công nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội tận tình giảng dạy tạo điều kiện cho học tập, nghiên cứu hoàn thành đề tài luận văn Tôi đƣợc học hỏi thầy cô tinh thần làm việc khoa học, đầy trách nhiệm, thầy cô cung cấp cho kiến thức tảng suốt trình học tập Chính thế, qua xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành sâu sắc tới thầy cô Tiếp đến, xin đƣợc gửi lời cảm ơn đến khoa Công nghệ thông tin – Đại học Công nghệ - Đại học Quốc Gia Hà Nội tạo điều kiện sở vật chất để học tập, nghiên cứu hoàn thành luận văn Tôi xin chân thành cảm ơn bạn học viên cao học K19, chuyên ngành Hệ thống thông tin giúp đỡ trình học tập, nghiên cứu Cuối cùng, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến gia đình, bạn bè, đồng nghiệp tôi, ngƣời động viên, tạo điều kiện tốt cho học tập lao động suốt thời gian qua Xin chúc tất ngƣời mạnh khỏe công tác tốt Xin chúc thầy cô đạt đƣợc nhiều thành tựu nghiên cứu giảng dạy Hà Nội, ngày 21 tháng 05 năm 2015 Học viên Dƣ Công Thành MỤC LỤC  CHƢƠNG - MộT Số KHÁI QUÁT Về GIấU TIN TRONG ĐA PHƢƠNG TIệN 1.1 GIớI THIệU CHUNG 1.2 GIớI THIệU ảNH TĨNH VÀ MộT Số KHÁI NIệM 1.3 CÁC Kỹ THUậT GIấU TIN TRONG ảNH Kỹ THUậT Số 1.4 PHÂN LOạI Kỹ THUậT GIấU TIN TRONG ảNH 1.5 TIÊU CHÍ ĐÁNH GIÁ Kỹ THUậT GIấU TIN TRONG ảNH 1.5.1 Tính vô hình 1.5.2 Khả giấu thông tin 1.5.3 Chất lượng ảnh có giấu thông tin 1.5.4 Tính bền vững thông tin giấu 1.5.5 Thuật toán độ phức tạp thuật toán CHƢƠNG - MộT Số Kỹ THUậT GIấU TIN MậT VÀ PHÁT HIệN GIấU TIN MậT TRONG ảNH Kỹ THUậT Số 2.1 GIớI THIệU Về Kỹ THUậT GIấU TIN MậT (STEGANOGRAPHY) 2.2 PHƢƠNG PHÁP GIấU TIN MậT STEGANOGRAPHY 2.3 THUậT TOÁN GIấU TIN MậT TRONG ảNH Số 2.3.1 Thuật toán giấu tin ảnh số sử dụng hai lớp bảo mật 2.3.2 Thuật toán giấu tin ảnh số phương pháp module năm 2.4 ĐÁNH GIÁ PHƢƠNG PHÁP GIấU TIN MậT TRONG ảNH Số ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED CHƢƠNG - MộT Số Kỹ THUậT PHÁT HIệN Để ĐÁNH GIÁ CHấT LƢợNG CÁC THUậT TOÁN GIấU TIN MậT ĐÃ ĐƢợC CÔNG Bố ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED 3.1 MộT Số Kỹ THUậT PHÁT HIệN GIấU TIN MậT TRONG ảNH Số ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED 3.2 PHÂN LOạI CÁC Kỹ THUậT PHÁT HIệN GIấU TIN TRONG ảNH ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED 3.3 Kỹ THUậT PHÁT HIệN GIấU TIN Cụ THể ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED 3.3.1 Phát giấu tin chữ ký Error! Bookmark not defined 3.3.2 Phát giấu tin dựa thống kê cụ thể Error! Bookmark not defined 3.4 Kỹ THUậT PHÁT HIệN GIấU TIN TổNG QUÁT ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED 3.4.1 Đặc trưng markov Error! Bookmark not defined 3.4.2 Metric chất lượng hình ảnh Error! Bookmark not defined 3.4.3 Đặc trưng sóng biến đổi wavelet Error! Bookmark not defined 3.4.4 Ma trận đồng thời xuất Error! Bookmark not defined 3.4.5 Đặc trưng Histogram Error! Bookmark not defined 3.5 PHÁT HIệN GIấU TIN TRONG ảNH Sử DụNG Kỹ THUậT TấN CÔNG TRựC QUAN ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED 3.6 PHÁT HIệN GIấU TIN TRONG ảNH Sử DụNG Kỹ THUậT TấN CÔNG CHI-SQUARE ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED 3.7 TổNG QUÁT ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED CHƢƠNG - THựC NGHIệM ĐÁNH GIÁ KếT QUả VÀ HƢớNG PHÁT TRIểN ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED KếT LUậN VÀ HƢớNG PHÁT TRIểN ERROR! BOOKMARK NOT DEFINED TÀI LIệU THAM KHảO 11 DANH SÁCH HÌNH ẢNH  Hình 1: Sơ đồ phƣơng pháp giấu tin ảnh số với hai lớp bảo mật Hình 2: Sơ đồ thuật toán giấu tin ảnh với lớp bảo mật Hình 3: Quá trình trích xuất thông tin bị che giấu ảnh Hình 4: Ảnh trƣớc sau biến đổi theo phƣơng pháp module năm Error! Bookmark not defined Hình 5: Ảnh trƣớc sau giấu tin sử dụng phƣơng pháp giấu tin mật hai lớp Error! Bookmark not defined Hình 7: Ảnh trƣớc (bên trái) sau (bên phải) giấu tinError! Bookmark not defined Hình 8: Phân biệt ảnh trƣớc (bên trái) sau (bên phải) giấu tin sau công trực quan Error! Bookmark not defined Hình 9: Tần số xuất ảnh trƣớc giấu tin (trái) ảnh sau giấu tin (phải) Error! Bookmark not defined Hình 10: Ảnh gốc "beat girl" Error! Bookmark not defined Luận văn tốt nghiệp Chƣơng - Dư Công Thành Một số khái quát giấu tin đa phƣơng tiện 1.1 Giới thiệu chung Sự đời phát triển Internet kéo theo nhiều lĩnh vực khác lĩnh vực bảo mật thông tin lĩnh vực đƣợc quan tâm hàng đầu Ngày liệu số đƣợc lan truyền chép nhanh chóng, dễ dàng nên vấn đề bảo mật thông tin số ngày trở nên cấp bách Thông tin số cần bảo mật đƣợc mã hóa theo cách thức đó, cách thức cần đƣợc bí mật đạt hiệu cao Hiện nhiều ngành, nhiều đơn vị toàn quốc có hệ thống mạng nội thông suốt tỉnh thành nƣớc Hệ thống đảm bảo đƣợc thông tin truy ền mạng không bị lộ lọt nhƣng điểm hệ thống chƣa đạt đƣợc tính động Việc sử dụng mạng Internet dễ dàng nhiều so với việc sử dụng mạng nội để truyền tin Tuy nhiên, Internet phát tán thông tin đâu giới Đi kèm với việc truyền tin qua Internet rủi ro mát sai lệch thông tin Do đó, bảo mật thông tin truyền Internet vấn đề cấp thiết thực tế “Giấu tin” kỹ thuật nhúng (giấu) lƣợng thông tin số vào đối tƣợng liệu số khác Giấu tin ảnh số giấu mẩu tin dạng số máy tính vào tệp ảnh nhị phân cho không bị ngƣời phát 1.2 Giới thiệu ảnh tĩnh số khái niệm Ảnh BITMAP (BMP) đƣợc phát triển Microsoft Corporation, đƣợc lƣu trữ dƣới dạng độc lập thiết bị cho phép Windows hiển thị liệu không phụ thuộc vào khung định màu phần cứng Tên tệp mở rộng mặc định tệp ảnh Bitmap BMP, nét vẽ đƣợc thể điểm ảnh Qui ƣớc màu đen, trắng tƣơng ứng với giá trị 0, Ảnh BMP đƣợc sử dụng Microsoft Windows ứng dụng chạy Windows từ version 3.0 trở lên BMP thuộc loại ảnh mảnh Cấu trúc ảnh BITMAP, JPEG Các thuộc tính tiêu biểu tập tin ảnh BMP là: Số bit điểm ảnh thƣờng đƣợc ký hiệu n Một ảnh BMP n bit có 2n màu Giá trị n lớn ảnh có nhiều màu rõ nét Giá trị tiêu biểu n (ảnh đen trắng), Luận văn tốt nghiệp Dư Công Thành (ảnh 16 màu), (ảnh 256 màu), 16 (ảnh 65536 màu) 24 (ảnh 16 triệu màu) Ảnh BMP 24 - bit có chất lƣợng hình ảnh trung thực Chiều cao ảnh (height), cho điểm ảnh Chiều rộng ảnh (width), cho điểm ảnh Đặc điểm bật định dạng BMP tập tin ảnh thƣờng không đƣợc nén thuật toán Khi lƣu ảnh, điểm ảnh đƣợc ghi trực tiếp vào tập tin điểm ảnh đƣợc mô tả hay nhiều byte tùy thuộc vào giá trị n ảnh Do đó, hình ảnh lƣu dƣới dạng BMP thƣờng có kích cỡ lớn, gấp nhiều lần so với ảnh đƣợc nén (chẳng hạn GIF, JPEG hay PNG) Cấu trúc tệp ảnh BMP gồm có bốn phần: - Bitmap File Header: Lƣu trữ thông tin tổng hợp tệp ảnh BMP Bitmap Information: Lƣu trữ thông tin chi tiết ảnh bitmap Color Palette: Lƣu trữ định nghĩa màu đƣợc sử dụng cho bitmap Bitmap Data: Lƣu trữ điểm ảnh hình ảnh thực tế 1.3 Các kỹ thuật giấu tin ảnh kỹ thuật số Kỹ thuật giấu tin nhằm hai mục đích: bảo mật cho liệu đƣợc đem giấu, hai bảo vệ cho đối tƣợng mang tin giấu Hai mục đích khác dẫn đến hai kỹ thuật chủ yếu giấu tin Đó giấu tin mật thủy vân số Nói chung giấu tin đa phƣơng tiện tận dụng “độ dƣ thừa” phƣơng tiện giấu để thực việc giấu tin mà ngƣời “khó” cảm nhận đƣợc có thông tin giấu Một cách tiếp cận bảo mật thông tin giấu tin, có nghĩa thông tin số cần đƣợc bảo mật đƣợc ngƣời dùng giấu vào đối tƣợng liệu số khác (môi trƣờng giấu tin) cho biến đổi môi trƣờng sau giấu tin khó nhận biết, đồng thời ngƣời dùng lấy lại đƣợc thông tin giấu cần Giấu thông tin số, phát thông tin số ẩn giấu liệu đa phƣơng tiện đặc biệt ảnh số vấn đề đƣợc quan tâm nhiều lĩnh vực Để phát phân biệt đƣợc ảnh số có mang tin mật hay không đòi hỏi nhiều yếu tố kỹ thuật phức tạp Một ứng dụng điển hình phát triển thƣơng mại điện tử, phát triển thƣơng mại điện tử mang lại nhiều lợi ích, nhiên bên cạnh mặt tiêu cực nhƣ vi phạm quyền, giả mạo thƣơng hiệu ngày gia tăng Phƣơng pháp giấu tin đƣợc ứng dụng rộng rãi để gài thông tin nhƣ chữ ký, nhãn thƣơng hiệu để chứng minh hợp pháp sản phẩm, bảo vệ quyền… Luận văn tốt nghiệp Dư Công Thành 1.4 Phân loại kỹ thuật giấu tin ảnh Hàng thập kỷ qua, ngƣời phát triển đáng kể phƣơng pháp sáng tạo giao tiếp bí mật Trong có kỹ thuật có mối tƣơng quan với giấu tin, thủy vân số mật mã Có thể coi giấu tin nhánh ngành mật mã với mục tiêu nghiên cứu phƣơng pháp che giấu thông tin Giấu tin mật mã có mục đích để đối phƣơng không phát tin cần giấu, nhiên giấu tin khác với mật mã chỗ: Mật mã giấu ý nghĩa thông tin giấu tin giấu diện thông tin Có nhiều cách phân loại giấu tin khác dựa tiêu chí khác Theo Fabien A.P Petitcolas đề xuất năm 1999, chia lĩnh vực giấu tin thành hai hƣớng lớn, giấu tin mật thủy vân số Độ an toàn bảo mật thông tin kỹ thuật giấu tin đƣợc thể hai khía cạnh Một bảo vệ cho liệu đem giấu hai bảo vệ cho đối tƣợng đƣợc sử dụng để giấu tin Ứng với hai khía cạnh có hai hƣớng kỹ thuật rõ ràng giấu tin mật thuỷ vân số Từ “thuỷ vân” có xuất xứ từ kỹ thuật đánh dấu nƣớc thời xƣa Kỹ thuật kỹ thuật đánh dấu chìm hình ảnh logo lên giấy nhằm mục đích trang trí phân biệt đƣợc xuất xứ sản phẩm giấy Trong thuỷ vân số thông tin giấu đƣợc gọi thuỷ vân (watermark) Luận văn tốt nghiệp Dư Công Thành 1.5 Tiêu chí đánh giá kỹ thuật giấu tin ảnh 1.5.1 Tính vô hình Kỹ thuật giấu thông tin ảnh phụ thuộc nhiều vào hệ thống thị giác ngƣời Tính vô hình hay không cảm nhận đƣợc mắt ngƣời thƣờng giảm dần vùng ảnh có màu xanh tím, thủy vân ẩn thƣờng đƣợc chọn giấu vùng 1.5.2 Khả giấu thông tin Khả giấu thông tin (Hiding Capacity) hay lƣợng thông tin giấu đƣợc (dung lƣợng) ảnh đƣợc tính tỉ lệ lƣợng thông tin giấu kích thƣớc ảnh Các thuật toán giấu tin cố gắng đạt đƣợc mục tiêu giấu đƣợc nhiều tin gây nhiễu không đáng kể Thực tế, ngƣời ta phải cân nhắc dung lƣợng thông tin cần giấu với tiêu chí khác nhƣ chất lƣợng (Quality), tính bền vững (Robustness) thông tin giấu 1.5.3 Chất lƣợng ảnh có giấu thông tin Chất lƣợng ảnh có giấu tin đƣợc đánh giá qua cảm nhận mắt ngƣời Nên chọn ảnh có nhiễu, có vùng góc cạnh có cấu trúc, làm ảnh môi trƣờng mắt thƣờng nhận biết đƣợc biến đổi, có tin giấu, ảnh 1.5.4 Tính bền vững thông tin đƣợc giấu Tính bền vững thể qua việc thông tin giấu không bị thay đổi ảnh mang tin phải chịu tác động phép xử lý ảnh nhƣ nén, lọc, biến đổi, tỉ lệ,… 1.5.5 Thuật toán độ phức tạp thuật toán Cần nắm đƣợc số kiến thức cấu trúc ảnh để chọn thuật toán tìm miền ảnh thích hợp cho việc giấu tin Độ phức tạp thuật toán mã hóa giải mã yếu tố quan trọng để đánh giá phƣơng pháp giấu tin ảnh Yêu cầu độ phức tạp tính toán phụ thuộc vào ứng dụng Những ứng dụng theo hƣớng Watermark thƣờng có thuật toán phức tạp hƣớng Steganography Luận văn tốt nghiệp Chƣơng - Dư Công Thành Một số kỹ thuật giấu tin mật phát giấu tin mật ảnh kỹ thuật số 2.1 Giới thiệu kỹ thuật giấu tin mật (Steganography) Kỹ thuật giấu tin mật Steganography kỹ thuật để giấu thông tin liệu vào đối tƣợng liệu khác Theo Lou et al [1], giấu tin mật phƣơng pháp che giấu tồn thông tin vào đối tƣợng mang khác Mục đích việc che giấu để ngăn chặn việc phát thông tin đƣợc che giấu Các phƣơng pháp giấu tin mật tiếng kỹ thuật giấu tin mật truyền thống đƣợc thực từ năm 440 trƣớc Công nguyên Các phƣơng pháp đƣợc sử dụng nhƣ che giấu tài liệu bí mật mực vô hình, giống nhƣ sử dụng nƣớt cốt chanh để che giấu thông tin Phƣơng pháp khác để đánh giấu tên nhân vật tài liệu lỗ kim sinh mô hình chữ ký [2] Tuy nhiên đại đa số việc phát triển sử dụng giấu tin mật máy tính xảy từ năm 2000 Ƣu điểm phƣơng pháp giấu tin mật chế bảo mật đơn giản thông tin đƣợc giấu đƣợc lồng ghép cách vô hình đƣợc che phủ bên nguồn vô hại khác (nhƣ ảnh, âm thanh, video, file…) Rất khó phát thông điệp che giấu mà tồn thông tin lƣợc đồ mã hóa thích hợp [3] Có số kỹ thuật cho giấu tin mật là: giấu tin mật hàng loạt (batch steganography), giấu tin mật hoán vị (permutation steganography), sử dụng bit có trọng số thấp (Least signification bit), phân đoạn phức tạp bit-plane (bit-plane complexity segmentation) xáo trộn dựa lan truyền quang phổ hình ảnh (chaos based spead spectrum image steganography) 2.2 Phương pháp giấu tin mật Steganography Phƣơng pháp giấu tin mật ảnh kỹ thuật số đƣợc nghiên cứu thực nhiều nhà nghiên cứu (ví dụ nhƣ từ [4] – [8]) Warkentin et al [4] đề xuất cách tiếp cận để che giấu thôn tin file nghe nhìn Trong thuật toán giấu tin mật họ, thông tin mật đƣợc che giấu bên thông điệp chứa (cover message) El-Elmam [5] đề xuất phƣơng pháp để che giấu lƣơng lớn liệu với độ bảo mật cao Thuật toán El-Elmam dựa giâu số lƣợng lớn tệp tin Luận văn tốt nghiệp Dư Công Thành liệu (ảnh, âm thanh, video, chữ ) bên ảnh màu bitmap Chen et al [6] sửa đổi phƣơng pháp sử dụng [7] sử dụng phƣơng pháp kết hợp phụ Họ tập trung vào ẩn chứa liệu phần cạnh hình ảnh Wu et all [8], mặt khác sử dụng điểm ảnh có giá trị khác cách phân vùng hình ảnh ban đầu thành khối không chồng chéo hai khối điểm ảnh liên tiếp 2.3 Thuật toán giấu tin mật ảnh số 2.3.1 Thuật toán giấu tin ảnh số sử dụng hai lớp bảo mật Hình phƣơng pháp giấu tin ảnh số sử dụng hai lớp bảo mật để đảm bảo quyền riêng tƣ, bảo mật độ xác liệu đƣợc giấu ảnh số Hệ thống giấu liệu vào ảnh số lấy liệu từ ảnh đƣợc giấu Ở hình cho thấy giấu liệu vào ảnh, bƣớc cần phải cung cấp tên đăng nhập mật trƣớc sử dụng hệ thống Khi ngƣời dùng đăng nhập vào hệ thống, họ sử dụng thông tin với khóa bí mật để ẩn liệu bên hình ảnh đƣợc chọn Sử dụng phƣơng pháp giấu tin mật, thông tin đƣợc nhúng che giấu ảnh mà gần nhƣ không làm biến dạng hình ảnh ban đầu Quá trình lấy liệu giấu bên ảnh đƣợc thực cách sử dụng khóa bí mật để lấy thông tin đƣợc giấu bên ảnh Nếu khóa bí mật lấy đƣợc thông tin giấu bên ảnh Điều giúp đảm bảo tính toàn vẹn bảo mật liệu Luận văn tốt nghiệp Dư Công Thành Hình 1: Sơ đồ phƣơng pháp giấu tin ảnh số với hai lớp bảo mật Hình mô tả kiến trúc thuật toán giấu tin ảnh với hai lớp bảo mật Đầu tiên thông tin bí mật đƣợc chuyển thành dạng file văn sau tệp tin đƣợc nén thành file zip Các tệp tin file zip dùng để chuyển đổi thành mã nhị phân Mục đích việc nén tệp tin văn giúp thông tin đƣợc bảo mật so với tệp tin không nén Các nội dung tệp tin khó phát đọc đƣợc Hơn hàng loạt mã nhị phân file nén khóa đoạn mã dài ngẫu nhiên gồm toàn số Một phƣơng pháp che giấu liệu đƣợc sử dụng để giấu hai mã nhị phân cuối serial đƣợc mã hóa thành điểm ảnh hình ảnh Sau hai mã nhị phân đƣợc mã hóa mã hóa đến điểm ảnh hình ảnh Quá trình đƣợc lặp lặp lại đến tất mã nhị phân đƣợc mã hóa Khóa bí mật đóng vai trò nhƣ ổ khóa sử dụng để khóa mở khóa thông tin mật đƣợc giấu Cứ hai bít cuối đƣợc mã hóa thành điểm ảnh hình ảnh ban đầu đảm bảo đƣợc hình ảnh ban đầu không bị thay đổi biến dạng nhiều Luận văn tốt nghiệp Dư Công Thành Bắt đầu Input: Cover_Image, Secret_Message, Secret_Key; Chuyển Secret_Message sang Text_File; Nén Text_File; Chuyển Zip_Text_File sang Binary_Codes; Chuyển Secret_Key sang Binary_Codes; Gán BitsPerUnit 0; Mã hóa Message thành Binary_Codes; Thêm đơn vị cho bitsPerUnit; Output: Stego_Image; Kết thúc Hình 2: Sơ đồ thuật toán giấu tin ảnh với lớp bảo mật Một thông tin đƣợc giấu bên ảnh chứa thông tin giấu, thông tin đƣợc trích lại từ ảnh sau giấu Hình cho thấy trình trích xuất thông tin bị giấu từ ảnh bị giấu Để lấy thông tin xác từ hình ảnh, cần khóa bí mật cho việc xác minh trƣớc lấy thông tin bị che giấu Quá trình trích xuất liệu hình cho thấy khóa bí mật dùng để so sánh khóa có phù hợp với khóa đƣợc giải mã từ hàng loạt mã nhị phân hay không Khi khóa bí mật phù hợp trình tiếp tục cách tạo mã nhị phân vào tệp văn tin nén giải nén tập tin văn Sau thuật toán lấy thông tin mật từ file văn thành thông điệp gốc Bắt đầu Input: Stego_Image, Secret_Key; Kiểm tra so sánh Secret_Key; Tính toán BitsPerUnit; Giải mã All_Binary_Codes; Thay đổi đơn vị cho bitsPerUnit; Luận văn tốt nghiệp Dư Công Thành Chuyển Binary_Codes thành Text_File; Giải nén Text_File; Output: Secret_Message; Kết thúc Hình 3: Quá trình trích xuất thông tin bị che giấu ảnh Trọng tâm thuật toán việc chuyển thông điệp bí mật vào tệp tin văn bản, nén tệp tin, sau sử dụng khóa bí mật để chuyển đổi file nén khóa bí mật thành hàng loạt mã nhị phân việc mã hóa hai mã nhị phân cuối thành điểm ảnh hình ảnh Chất lƣợng hình ảnh bị biến dạng đƣợc giảm tới mức tối thiểu không làm biến dạng Thông điệp bí mật khó để phát steganalysis 2.3.2 Thuật toán giấu tin ảnh số phƣơng pháp module năm Phƣơng pháp module năm (the five modules method) đƣợc giới thiệu lần vào năm 2012 [9] Ý tƣởng phƣơng pháp dựa khái niệm sau: điểm chung hình ảnh điểm ảnh lân cận có mối tƣơng quan với Vì vậy, ảnh đa mức xám (bi-level image), điểm ảnh lân cận dƣờng nhƣ giống với điểm ảnh gốc Do phƣơng pháp module năm phân chia thành khối k x k điểm ảnh Rõ ràng ảnh đa mức xám, biết điểm ảnh có giá trị từ đến 255 Do đó, biến đổi số phạm vi thành số chia hết cho không ảnh hƣởng tới hệ thống thị giác ngƣời (human visual system) Ý tƣởng phƣơng pháp module năm để kiểm tra toàn điểm ảnh khối k x k chuyển điểm ảnh vào thành số chia hết cho theo thuật toán: If Pixel mod = Pixel = Pixel + Else if Pixel mod = Pixel = Pixel + Else if Pixel mod = Pixel = Pixel - Else if Pixel mod = Pixel = Pixel – Luận văn tốt nghiệp Dư Công Thành Với Pixel đại diện ảnh block k x k Bảng chƣa thông tin chuyển đổi: Bảng 1: Bảng chuyển đổi module năm Cũ 10 Mới 0 5 5 10 10 10 Cũ 111 112 113 114 115 … 221 222 … 254 255 … Mới 110 110 115 115 115 … 220 220 … 255 255 Nhƣ số nằm khoảng từ – 255 biến đổi theo bảng thành số chia hết cho tùy thuộc vào phần dƣ số ban đầu chia cho (a) (b) 10 Luận văn tốt nghiệp Dư Công Thành (c) (d) Tài liệu tham khảo [1] D.C Lou, J.L Liu, H.K Tso, Evolution of information – hiding technology, in H Nemati (Ed.), Premier Reference Source–Information Securityand Ethics: Concepts, Methodologies, Tools and Applications, New York: Information Science Reference, 2008, pp 438-450 [2] Schneider, Secrets & Lies, Indiana:Wiley Publishing, 2000 [3] T Jahnke, J Seitz, (2008) An introduction in digital watermarking applications, principles and problems, in: H Nemati (Ed), Premier Reference Source–Information Security and Ethics: Concepts, Methodologies, Tools and Applications, New York: Information Science Reference, 2008, pp 554-569 [4] M Warkentin, M.B Schmidt, E Bekkering, Steganography and steganalysis, Premier reference Source–Intellectual Property Protection for Multimedia Information technology, Chapter XIX, 2008, pp 374-380 [5] N.N El-Emam, Hiding a large amount of data with high security using steganography algorithm, Journal of Computer Science (2007) 223-232 [6] P.Y Chen, W.E Wu, A modifed side match scheme for image steganography, International Journal of Applied Science & Engineering (2009) 53-60 [7] C.C Chang, H.W Tseng, A steganographic method for digital image using side match, Pattern Recognition Letters 25 (2004) 1431-1437 [8] P.C Wu, W.H Tsai, A steganographic method for images by pixel-value differencing, Pattern Recognition Letters 24 (2003) 1613-1626 [9] Jassim F A., "Five Modulus Method for Image Compression", Signals and Image Processing: An International Journal (SIPIJ), vol.3, no.5, pp., 2012 [10] I Avcibas, N Memon and B Sankur, “Steganalysis using Image Quality Metrics,” IEE Transactions on Image Processing, vol 12, no 2, pp 221 – 229, 11 Luận văn tốt nghiệp Dư Công Thành February 2003 [11] S Lyu and H Farid, “Detecting Hidden Messages using Higher-order Statistics and Support Vector Machines,” Lecture Notes in Computer Science, vol 2578, pp 340 – 354, 2002 [12] N.F Johnson, S Jajodia, Steganalysis: The investigation of hidden information, in: Proc IEEE Information Technology Conference, Syracuse, NY, 1998 [13] J Fridrich, M Goljan, Practical steganalysis of digital images-state of the art, in: Proc SPIE Photonics West, Electronic Imaging (2002), Security and Watermarking of Multimedia Contents, San Jose, CA, vol 4675, pp 1–13, Jan 2002 [14] R Chandramouli, M Kharrazi, N Memon, Image steganography and steganalysis: Concepts and practices, in: Proc 2nd Int Workshop Digital Watermarking, Seoul, Korea, pp 35–49, January 2003 [15] J Fridrich, R Du, L Meng, Steganalysis of LSB encoding in color images, in: Proc IEEE Int Conf on Multimedia and Expo, New York, July 31–August 2, 2000 [16] J Fridrich, M Goljan, R Du, Detecting LSB steganography in color and grayscale images, IEEE Multimedia Magaz., Special Issue on Security 22–28, 2001 [17] T Zhang, X Ping, A fast and effective steganalytic technique against JSteg-like algorithms, in: ACM Symposium on Applied Computing, Florida, USA, March 9–12, 2003 [18] X Yu, Y Wang, T Tan, On estimation of secret message length in JSteg-like steganography, in: Proc of 7th ICPR, 2004 [19] J Fridrich, Feature-based steganalysis for JPEG images and its implications for future design of steganographic schemes, in: Proc Inf Hiding Workshop, Lecture 12 Luận văn tốt nghiệp Dư Công Thành Notes in Computer Science, vol 3200, Springer, pp 67–81, 2004 [20] Y.Shi, C.Chen, W.Chen, A Markov process based approach to effective attacking JPEG steganography, Information Hiding, in: Proceedings of the 8th International Workshop, Springer, Berlin, 2006, pp.249–264 13 [...]... Một số kỹ thuật giấu tin mật và phát hiện giấu tin mật trong ảnh kỹ thuật số 2.1 Giới thiệu về kỹ thuật giấu tin mật (Steganography) Kỹ thuật giấu tin mật Steganography là kỹ thuật để giấu thông tin hoặc dữ liệu vào trong một đối tƣợng dữ liệu khác Theo Lou et al [1], giấu tin mật là phƣơng pháp che giấu sự tồn tại của thông tin vào trong các đối tƣợng mang khác nhau Mục đích chính của việc che giấu. .. vùng hình ảnh ban đầu thành các khối không chồng chéo của hai khối điểm ảnh liên tiếp 2.3 Thuật toán giấu tin mật trong ảnh số 2.3.1 Thuật toán giấu tin trong ảnh số sử dụng hai lớp bảo mật Hình 1 là phƣơng pháp giấu tin trong ảnh số sử dụng hai lớp bảo mật để đảm bảo quyền riêng tƣ, sự bảo mật và độ chính xác của dữ liệu đƣợc giấu trong ảnh số Hệ thống có thể giấu dữ liệu vào trong ảnh số và lấy các... Steganography Phƣơng pháp giấu tin mật trong ảnh kỹ thuật số đã đƣợc nghiên cứu và thực hiện bởi nhiều nhà nghiên cứu (ví dụ nhƣ từ [4] – [8]) Warkentin et al [4] đề xuất một cách tiếp cận để che giấu thôn tin trong một file nghe nhìn Trong thuật toán giấu tin mật của họ, thông tin mật đƣợc che giấu bên trong một thông điệp chứa (cover message) El-Elmam [5] đề xuất một phƣơng pháp để che giấu một lƣơng lớn... loại kỹ thuật giấu tin trong ảnh Hàng thập kỷ qua, con ngƣời đã phát triển đáng kể các phƣơng pháp sáng tạo trong giao tiếp bí mật Trong đó có 3 kỹ thuật có mối tƣơng quan với nhau là giấu tin, thủy vân số và mật mã Có thể coi giấu tin là một nhánh của ngành mật mã với mục tiêu là nghiên cứu các phƣơng pháp che giấu thông tin Giấu tin và mật mã tuy cùng có mục đích là để đối phƣơng không phát hiện ra tin. .. cần giấu, tuy nhiên giấu tin khác với mật mã ở chỗ: Mật mã là giấu đi ý nghĩa của thông tin còn giấu tin là giấu đi sự hiện diện của thông tin Có nhiều cách phân loại giấu tin khác nhau dựa trên những tiêu chí khác nhau Theo Fabien A.P Petitcolas đề xuất năm 1999, có thể chia lĩnh vực giấu tin thành hai hƣớng lớn, đó là giấu tin mật và thủy vân số Độ an toàn và bảo mật thông tin của kỹ thuật giấu tin. .. Sơ đồ thuật toán giấu tin trong ảnh với 2 lớp bảo mật Một khi thông tin đƣợc giấu bên trong ảnh chứa thông tin giấu, thông tin này có thể đƣợc trích lại từ các ảnh sau khi giấu Hình 3 cho thấy quá trình trích xuất thông tin bị giấu từ ảnh bị giấu Để lấy một thông tin chính xác từ hình ảnh, cần một khóa bí mật cho việc xác minh trƣớc khi lấy ra thông tin bị che giấu Quá trình trích xuất dữ liệu trong. .. hình ảnh ban đầu Quá trình lấy dữ liệu giấu bên trong ảnh đƣợc thực hiện bằng cách sử dụng một khóa bí mật để lấy các thông tin đƣợc giấu bên trong ảnh Nếu không có khóa bí mật thì không thể lấy đƣợc các thông tin giấu bên trong bức ảnh Điều này giúp đảm bảo tính toàn vẹn và bảo mật của dữ liệu 6 Luận văn tốt nghiệp Dư Công Thành Hình 1: Sơ đồ phƣơng pháp giấu tin trong ảnh số với hai lớp bảo mật Hình... chí đánh giá kỹ thuật giấu tin trong ảnh 1.5.1 Tính vô hình Kỹ thuật giấu thông tin trong ảnh phụ thuộc rất nhiều vào hệ thống thị giác của con ngƣời Tính vô hình hay không cảm nhận đƣợc của mắt ngƣời thƣờng giảm dần ở những vùng ảnh có màu xanh tím, thủy vân ẩn thƣờng đƣợc chọn giấu trong vùng này 1.5.2 Khả năng giấu thông tin Khả năng giấu thông tin (Hiding Capacity) hay lƣợng thông tin giấu đƣợc (dung... liệu đem giấu và hai là bảo vệ cho chính đối tƣợng đƣợc sử dụng để giấu tin Ứng với hai khía cạnh đó có hai hƣớng kỹ thuật rõ ràng đó là giấu tin mật và thuỷ vân số Từ “thuỷ vân” có xuất xứ từ kỹ thuật đánh dấu nƣớc thời xƣa Kỹ thuật này là kỹ thuật đánh dấu chìm một hình ảnh logo nào đó lên trên giấy nhằm mục đích trang trí và phân biệt đƣợc xuất xứ của sản phẩm giấy Trong thuỷ vân số thông tin giấu đƣợc... liệu này ra từ ảnh đã đƣợc giấu Ở hình 1 cho thấy khi giấu dữ liệu vào trong ảnh, bƣớc đầu tiên cần phải cung cấp tên đăng nhập và mật khẩu trƣớc khi sử dụng hệ thống Khi ngƣời dùng đã đăng nhập vào hệ thống, họ có thể sử dụng các thông tin cùng với khóa bí mật để ẩn các dữ liệu bên trong các hình ảnh đƣợc chọn Sử dụng phƣơng pháp giấu tin mật, các thông tin đƣợc nhúng và che giấu trong ảnh mà gần nhƣ