ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG LÃ ĐĂNG HIỆP BẢO VỆ CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ BẰNG PHƯƠNG PHÁP MỞ RỘNG HIỆU VÀ DỰ BÁO TRÊN CÁC THUỘC TÍNH KIỂU SỐ THỰC LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2016 ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG LÃ ĐĂNG HIỆP BẢO VỆ CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ BẰNG PHƯƠNG PHÁP MỞ RỘNG HIỆU VÀ DỰ BÁO TRÊN CÁC THUỘC TÍNH KIỂU SỐ THỰC Chuyên ngành : Khoa học máy tính Mã số : 60 48 01 LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS Phạm Văn Ất Thái Nguyên - 2016 LỜI CAM ĐOAN Tên là: Lã Đăng Hiệp Sinh ngày: 08/04/1985 Học viên lớp cao học CK13A - Trường Đại học Công nghệ thông tin Truyền thông - Đại học Thái Nguyên Hiện công tác tại: Trường Đại học Hoa Lư Ninh Bình Xin cam đoan: Đề tài “Bảo vệ sở liệu quan hệ phương pháp mở rộng hiệu dự báo thuộc tính kiểu số thực” PGS.TS Phạm Văn Ất hướng dẫn công trình nghiên cứu riêng Tất tài liệu tham khảo có nguồn gốc, xuất xứ rõ ràng Tác giả xin cam đoan tất nội dung luận văn nội dung đề cương yêu cầu thầy giáo hướng dẫn Nếu sai hoàn toàn chịu trách nhiệm trước hội đồng khoa học trước pháp luật Thái Nguyên, ngày 08 tháng năm 2016 TÁC GIẢ LUẬN VĂN MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục Danh mục chữ viết tắt, tiếng anh Danh mục bảng Danh mục hình vẽ MỞ ĐẦU CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ THỦY VÂN CSDL QUAN HỆ 1.1 Một số khái niệm 1.1.1 Cơ sở liệu quan hệ 1.1.2 Thủy vân sở liệu quan hệ 1.1.3 Sự cần thiết thủy vân sở liệu quan hệ 12 1.2 Các yêu cầu thủy vân sở liệu quan hệ 13 1.2.1 Khả nhúng 14 1.2.2 Tính che giấu 15 1.2.3 Tính bảo mật 15 1.2.4 Tính dễ vỡ 15 1.2.5 Tính bền vững 15 1.3 Những công hệ thủy vân sở liệu quan hệ 15 1.3.1 Cập nhật thông thường 16 1.3.2 Tấn công có chủ đích 17 1.4 Thủy văn thuận nghịch CSDL 17 1.5 Kết luận chương 17 CHƯƠNG II: THỦY VÂN THUẬN NGHỊCH TRÊN CSDL QUAN HỆ SỬ DỤNG MỞ RỘNG HIỆU VÀ DỰ BÁO TRÊN CÁC THUỘC TÍNH SỐ THỰC 18 2.1 Tổng quan thủy vân thuận nghịch 18 2.2 Một số hướng tiếp cận thủy vân thuận nghịch 18 2.2.1 Lược đồ Tian 19 2.2.2 Lược đồ Alattar 21 2.2.3 Lược đồ Mohammad 23 2.2.4 Lược đồ Lee 24 2.2.5 Lược đồ Khodaei 26 2.2.6 Phương pháp dịch chuyển Histogram 27 2.3 Thủy vân thuận nghịch ảnh số sử dụng phương pháp mở rộng hiệu 28 2.3.1 Tổng quan phép biến đổi mở rộng hiệu 28 2.3.2 Lược đồ Tian 28 2.4 Thủy vân sở liệu quan hệ phương pháp mở rộng hiệu dự báo 37 2.4.1 Ý tưởng chung 37 2.4.2 Nhúng thủy vân 39 2.4.3 Trích thủy vân 43 2.5 Áp dụng để xây dựng lược đồ thủy vân bền vững để bảo vệ quyền 47 2.6 Kết luận chương 49 CHƯƠNG III: CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 50 3.1 Mô tả toán Ứng dụng Nhúng giấu thủy vân vào CSDL 50 3.2 Phương pháp giải toán 50 3.3 Giao diện chương trình 51 3.4 Kết thực nghiệm 54 KẾT LUẬN 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 62 DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT, TIẾNG ANH CSDL: Cơ sở liệu LSB: Least significant bit – Bit ý nghĩa MSB - Most Significant Bit – Bit ý nghĩa DE: Difference Expansion – Mở rộng hiệu PEE: Prediction Error Expansion – Mở rộng sai số dự báo DANH MỤC BẢNG Bảng 1.1 Bảng biểu diễn quan hệ r Bảng 2.1 Bảng CSDL trước nhúng thủy vân 41 Bảng 2.2 Bảng CSDL sau nhúng thủy vân 43 Bảng 2.3 Bảng CSDL sau trích thủy vân 47 DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.2 Sơ đồ mô tả lược đồ thủy vân sở liệu quan hệ 11 Hình 2.1 Biểu đồ histogram ảnh màu Pepper 27 Hình 2.2 Lược đồ thủy vân bền vững để bảo vệ quyền 48 Hình 3.1 Giao diện chương trình 50 Hình 3.2 Giao diện Nhúng thủy vân CSDL phương pháp mở rộng sai số dự báo 51 Hình 3.3 Giao diện khôi phục thủy vân CSDL 52 Mở đầu Ngày với phát triển khoa học công nghệ, việc truy cập Internet cách dễ dàng thúc đẩy tăng trưởng mạnh mẽ nhiều ngành nghề với nhiều lĩnh vực khác Việc chia sẻ thông tin trực tuyến hoạt động quan trọng kinh doanh nghiên cứu, vậy, liên quan đến việc mua bán sở liệu Ví dụ, việc chia sẻ liệu liên quan đến thời tiết, thị trường chứng khoán, tiêu thụ điện năng, ý tế, khoa học…vv thực thường xuyên Do đó, có nhu cầu lớn việc cung cấp bảo mật sở liệu để ngăn cản việc chép phân phối bất hợp pháp môi trường internet Kỹ thuật thủy vân xem giải pháp đạt kết cao việc bảo vệ quyền xác thực tính toàn vẹn liệu số Vì năm gần đây, xu hướng nghiên cứu thủy vân sở liệu quan hệ thực nhà khoa học nước quan tâm nhiều Trong vấn đề bảo vệ quyền đảm bảo toàn vẹn sở liệu vấn đề quan tâm nhiều Gần có số công trình nghiên cứu nước thủy vân sở liệu, thuận nghịch, nên không khôi phục sở liệu gốc Để khôi phục sở liệu gốc cần dùng thủy vân thuận nghịch Trong phương pháp thủy vân thuận nghịch, phương pháp dựa phép biến đổi mở rộng hiệu tỏ hiệu Chính em chọn đề tài “Bảo vệ sở liệu quan hệ phương pháp mở rộng hiệu dự báo thuộc tính kiểu số thực” làm luận văn tốt nghiệp Cấu trúc luận văn: Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, phần mục lục tài liệu tham khảo Luận văn bố cục gồm chương cụ thể sau: Chương Tổng quan thủy vân CSDL quan hệ Chương Thủy vân thuận nghịch CSDL quan hệ sử dụng mở rộng hiệu dự báo thuộc tính kiểu số thực Chương 3: Chương trình thử nghiệm Kết luận kiến nghị hướng phát triển Mặc dù trình nghiên cứu hoàn thành luận văn em nỗ lực cố gắng Song thời gian trình độ hạn chế nên luận văn khó tránh khỏi thiếu sót, kính mong nhận đóng góp ý kiến, bảo thầy giáo, cô giáo bạn để luận văn hoàn thiện Em xin trân trọng cảm ơn! 2.6 Kết luận chương Trong chương luận văn trình bày số lược đồ thủy vân thuận nghịch với CSDL theo hướng tiếp cận như: Dịch chuyển Histogram, phương pháp mở rộng hiệu, phương pháp mở rộng sai số dự báo Đối với phương pháp Dịch chuyển Histogram, luận văn trình bày kỹ thuật giấu thuận nghịch NSAS, kỹ thuật HKC kỹ thuật HKC cải tiến Với phương pháp mở rộng hiệu dự báo, luận văn trình bày lược đồ thủy vân thuận nghịch Tian lược đồ thủy vân CSDL quan hệ phép mở rộng sai số dự báo Mahmoud E Farfoura cộng áp dụng phương pháp mở rộng hiệu nhằm tăng khả nhúng 49 CHƯƠNG III: CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM Để khảo sát đánh giá khả giấu tin, khôi phục liệu bit nhúng thủy vân, luận văn tiến hành cài đặt lược đồ giấu tin thuận nghịch với phương pháp mở rộng sai số dự báo ngôn ngữ lập trình Access CSDL “ThuyvanCSDL” Trong CSDL gồm nhiều bảng, bảng gồm nhiều trường (thuộc tính) nhiều ghi (bộ) Và yêu cầu tối thiểu CSDL phải có: - trường khóa (để phân biệt ghi với ghi khác); - Tối thiểu có Trường kiểu số thực 3.1 Mô tả toán Ứng dụng Nhúng giấu thủy vân vào CSDL Hàng năm Trường Đại học Hoa Lư Ninh Bình tổ chức thi tuyển sinh hệ vừa học vừa làm, kết thi thí sinh gửi đến ban thư ký hội đồng chấm thi Kết ban thư ký kiểm tra, nhập điểm vào phần mềm, sau chạy tổng hợp kết Kết Tổng hợp truyền cần đảm bảo thông tin truyền không bị lộ Hội đồng chấm thi nhận kết phải xác thực kết chuẩn CSDL ứng dụng luận văn kết thi tuyển sinh Trường Đại học Hoa Lư Đây toán mà luận văn đề cập đến cần giải 3.2 Phương pháp giải toán Sau thời gian nghiên cứu thủy vân thuận nghịch sử dụng phương pháp mở rộng sai số dự báo, luận văn đưa phương hướng giải cho toán sau: Kết tổng hợp điểm thi ban thư ký hội đồng chấm thi trước truyền lên Hội đồng chấm thi cần nhúng dấu thủy vân vào trường số thực CSDL Khi Hội đồng chấm nhận CSDL cần phải tiến hành trích dấu thủy vân khôi phục lại CSDL gốc 50 Để tiến hành nhúng dấu thủy vân CSDL, trích thủy vân khôi phục CSDL gốc có nhiều lược đồ khác làm việc Trong phạm vi luận văn sử dụng lược đồ MỞ RỘNG HIỆU VÀ DỰ BÁO, gồm thuật toán nhúng thủy vân thuật toán trích thủy vân, khôi phục CSDL gốc 3.3 Giao diện chương trình Hình 3.1 Giao diện chương trình Đây giao diện chương trình, từ ta gọi đến giao diện “Nhúng Thủy Vân” “Khôi phục” thông qua nút lệnh Chọn nút lệnh “Nhúng thủy vân” gọi đến Form chứa giao diện: Giao diện dùng để Nhúng thủy vân Gồm có chức sau: - Chọn Bảng CSDL để thủy vân 51 - Sau chọn Trường để thủy vân - Chọn tệp chứa dãy bit thủy vân - Thực Nhúng thủy vân - Kết thúc việc Nhúng thủy vân Hình 3.2 Giao diện Nhúng TV CSDL PP mở rộng sai số dự báo Các giao diện thể việc nhúng dãy bit Giao diện dùng để Khôi phục thủy vân Gồm có chức sau: 52 - Bảng CSDL cần khôi phục thủy vân - Trường cần khôi phục thủy vân - Tệp chứa thủy vân cần trích - Độ dài dãy bit cần khôi phục - Thực khôi phục - Thoát khỏi khôi phục Hình 3.3 Giao diện khôi phục thủy vân CSDL Các giao diện thể việc khôi phục dãy bit 53 3.4 Kết thực nghiệm 3.4.1 Thử nghiệm với CSDL Để cho việc thử nghiệm dễ hiểu đơn giản luận văn sử dụng Bảng BanLeHH, bảng gồm 17 ghi.Và Bảng lược bỏ bớt số trường liệu cần thiết Trong bảng gồm có trường: id, chitiet, Maso, DT_thangTH, DT_thangBC, Cong6Tdaunam, Congnam, Tyle%thangBC, Tyle%thangTH… Trong trường “id” trường Khóa để phân biệt ghi với ghi khác, trường “Tyle%thangBC” trường số thực dấu thủy vân giấu vào phần thập phân trường số thực Dãy số thủy vân gồm 15 bit: 110010110001110 Cơ sở liệu trước Thủy vân Cơ sở liệu sau Thủy vân 54 Cơ sở liệu sau khôi phục: 3.4.2 Tính bền vững CSDL sau bị công Để kiểm định tính bền vững CSDL luận văn chọn số phương pháp công điển hình như: * Thêm ghi Thực công thêm ghi vào CSDL 55 Tiến hành Khôi phục lại CSDL dãy bit thủy vân kết cho giá trị dãy bit CSDL gốc không thay đổi * Sắp xếp lại CSDL 56 Thực công xếp lại CSDL (thử nghiệm xếp CSDL theo giá trị giảm dần Trường DT_thangTH) Tiến hành Khôi phục lại CSDL dãy bit thủy vân kết cho giá trị dãy bit CSDL gốc không thay đổi * Xóa bớt ghi Thực công xóa bớt ghi CSDL 57 Tiến hành Khôi phục lại CSDL dãy bit thủy vân kết sau: CSDL khôi phục 11 ghi Và Dãy bit trích 11 bit 3.5 Kết luận chương Trong chương luận văn trình bày nội dung toán, tiến hành cài đặt lược đồ giấu tin thuận nghịch với phương pháp mở rộng sai số dự báo phần mềm Microsoft Access 2010 Với CSDL ban đầu cho trước để bảo vệ CSDL mình, tác giả nhúng thông tin quyền vào CSDL gốc phương pháp mở rộng sai số dự báo; CSDL sau nhúng thủy vân chịu số phép công thông thường như: thêm ghi, xóa ghi, 58 xếp lại liệu cách kiểm tra dấu thủy vân như: khôi phục thủy vân khôi phục CSDL gốc tác giả đưa kết luận bền vững trước cập nhật thông thường 59 KẾT LUẬN Kết đạt Qua thời gian nghiên cứu tìm hiểu, bảo, hướng dẫn tận tình thầy PGS.TS Phạm Văn Ất cố gắng nỗ lực thân Luận văn tập trung nghiên cứu số kỹ thuật thủy vân thuận nghịch CSDL quan hệ, luận văn đạt số kết sau: - Định nghĩa số khái niệm CSDL, CSDL quan hệ, mô hình CSDL quan hệ - Định nghĩa số khái niệm thủy vân sở liệu quan hệ, khóa thủy vân, thuộc tính phân loại sở liệu quan hệ - Đưa đánh giá thử nghiệm lược đồ thủy vân thuận nghịch sở liệu quan hệ dựa vào phương pháp mở rộng sai số dự báo - Cài đặt chương trình thử nghiệm nhúng thủy vân khôi phục thủy vân phương pháp mở rộng hiệu dự báo CSDL Quá trình xây dựng nghiên cứu đề tài thời gian thực ngắn, nên độ chi tiết đề tài hạn chế như: Chương trình Demo chưa xử lý trường hợp nhập nhằng (gây hiểu sai) Ví dụ: ti.Aj = 7.05 lúc PN = 7; SZ = 1; PP = 5; Bit cần giấu widx = 0; Trong trường hợp phần thập phân PP = theo thuật toán ta có: Tính hiệu h = PP – p = – = 7; // Giả thiết p=0 bit dự báo Nhúng bit w(idx) vào h phương pháp mở rộng hiệu h’ = 2*h + w(idx) = 2*5 + = 10; PP’ = h’ + p = 10 + = 10 Ghép (ti.A’j ) = [PN, SZ, PP’] = 7.1 60 Cập nhật vào CSDL Trích thủy vân ta thực sau: Tính hiệu h’ = PP’ – p = – = 1; Trích bit w[idx] = h’ mod = mod = 1; Khôi phục hiệu: h = h’ div = div = Khôi phục PP: PP = h + p = + = Ghép (ti.Aj ) = [PN, SZ, PP] = 7.0  sai so với giá trị gốc ban đầu ti.Aj = 7.05; Do đó, cần có thêm thời gian nghiên cứu để khắc phục nhược điểm tiếp tục phát triển đề tài thêm phong phú, đa dạng Hướng phát triển luận văn Với phương pháp thủy vân thuận nghịch, chương trình cài đặt thử nghiệm với thuật toán mở rộng hiệu dự báo cho CSDL, chương trình thực nhúng thủy vân, khôi phục thủy vân với số CSDL cho trước, chưa áp dụng với tất CSDL Trong tương lai cần tiếp tục xây dựng chương trình thủy vân thuận nghịch phương pháp mở rộng sai số dự báo ứng dụng với tất loại CSDL Như trình bày Chương trình Demo chưa xử lý trường hợp nhập nhằng (gây hiểu sai) Luận văn cần có thêm thời gian để xử lý việc nhập nhằng thuật toán 61 TÀI LIỆU THAM KHẢO Tiếng Việt [1] Phạm Văn Ất, Nguyễn Hữu Cường, Đỗ Văn Tuấn (2007), Giấu tin ảnh nhị phân ứng dụng, Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, số 19 [2] Đỗ Năng Toàn Phạm Việt Bình, Đại học Thái Nguyên, Giáo trình xử lý ảnh số Nxb khoa học kỹ thuật, Hà Nội, 2008 [3] Đỗ Văn Tuấn, Trần Đăng Hiên, Phạm Đức Long, Phạm Văn Ất (2015),Một lược đồ thủy vân thuận nghịch sử dụng mở rộng hiệu véc tơđiểm ảnh, Tạp chí Khoa học Kỹ thuật, Học viện KTQS số [4] Hồ Thị Hương Thơm, Hồ Văn Canh , Trịnh Nhật Tiến, Phát ảnh giấu tin sử dụng kỹ thuật giấu thuận nghịch dựa dịch chuyển Histogram, Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên Công nghệ 26 (2010) [5] Nguyễn Xuân Huy – Trần Quốc Dũng, Giáo trình giấu tin thủy vân ảnh [6] Luận án Tiến sĩ Toán học Thủy vân CSDL quan hệ “Nghiên cứu phát triểnkỹ thuật thủy vân sở liệu quan hệ” – tác giả Lưu Thị Bích Hương - VIỆN CÔNG NGHỆ THÔNG TIN năm 2014 Tiếng Anh [7] J Tian, Reversible data embedding using a difference expansion IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, vol 13, no 8, august 2003 62 [8] A novel blind reversible method for watermarking relational databasesMahmoud E Farfoura, Shi-Jinn Horng and Xian Wang (Received 13 December 2010; final version received September 2011) [9] Adnan M Alattar, Reversible Watermark Using the Difference Expansion of A Generalized Integer Transform, IEEE, 2004 [10] Zhicheng Ni, Yun-Qing Shi, Nirwan Ansari, and Wei Su, Reversible Data Hiding, IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, vol 16, no 3, august 2006 63 ... CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG LÃ ĐĂNG HIỆP BẢO VỆ CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ BẰNG PHƯƠNG PHÁP MỞ RỘNG HIỆU VÀ DỰ BÁO TRÊN CÁC THUỘC TÍNH KIỂU SỐ THỰC Chuyên ngành : Khoa học máy tính Mã số : 60... niệm sở liệu quan hệ Cơ sở liệu xây dựng dựa mô hình liệu quan hệ gọi sở liệu quan hệ Trong sở liệu quan hệ, bảng gọi quan hệ, cột gọi thuộc tính, hàng gọi (bản ghi), kiểu liệu gọi miền liệu Hệ. .. …} Kiểu thuộc tính: Mỗi thuộc tính phải thuộc kiểu liệu Kiểu liệu vô hướng - kiểu liệu chuỗi, số, logic, ngày tháng,… kiểu có cấu trúc định nghĩa dựa kiểu liệu có sẵn Khoá quan hệ Khoá quan hệ