TRƯỜNG …………………. KHOA………………………. [\[\ Báo cáo tốt nghiệp Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng thủy ký bảo vệ bản quyền tài liệu số TÓM TẮT NỘI DUNG: Khóa luận trình bày về những kết quả đạt đƣợc trong nghiên cứu ứng dụng thủy vân số vào việc bảo vệ bản quyền tài liệu số hóa. Khóa luận đƣợc trình bày thành bốn chƣơng, với nội dung nhƣ sau: Chƣơng 1: tóm tắt các kiến thức cơ bản về bảo vệ an toàn dữ liệu, bảo mật thông tin cũng nhƣ tổng quan về thủy vân số trên các tài liệu số. Chƣơng 2: trình bày về thủy vân số trên ảnh số, cùng các thuật toán và các phép biến đổi, là nội dung quan trọng và có nhiều ứng dụng thực tiễn hiện nay. Chƣơng 2 có trình bày về các phép biến đổi và xử lý ảnh, rất quan trọng trong việc thực hiện thủy vân số đối với ảnh. Chƣơng 3: trình bày về thủy vân số trên các tài liệu đa phƣơng tiện khác, nhƣ trên các file audio hoặc video. Chƣơng 3 có trình bày một thuật toán thủy vân số trên audio sử dụng công nghệ trải phổ. Chƣơng 4: chƣơng trình thử nghiệm thuật toán thủy vân số trên ảnh. Cuối cùng là kết luận và hƣớng nghiên cứu tiếp theo. MỤC LỤC: MỞ ĐẨU 1 Chƣơng 1: CÁC KHÁI NIỆM CƠ BẢN 3 1.1. KHÁI NIỆM TRONG TOÁN HỌC 3 1.1.1.Khái niệm trong số học. 3 1.1.1.1. Tính chia hết, quan hệ đồng dƣ và số nguyên tố. 3 1.1.1.2. Không gian Z n và cấu trúc nhóm. 4 1.1.1.3. Dãy số giả ngẫu nhiên. 5 1.1.2. Khái niệm độ phức tạp thuật toán. 5 1.2. KHÁI NIỆM MÃ HÓA. 7 1.2.1. Hệ mã hóa. 7 1.2.2. Mã hóa khóa đối xứng. 8 1.2.3. Mã hóa khóa công khai. 12 1.3. KHÁI NIỆM CHỮ KÝ SỐ. 15 1.3.1. Sơ đồ ký số: 15 1.3.2. Sơ đồ ký số RSA. 16 1.4. MỘT SỐ CÔNG CỤ BẢO VỆ BẢN QUYỀN KHÁC. 17 1.4.1. Hàm băm. 17 1.4.2. Truy vết. 18 1.5. THỦY VÂN SỐ. 19 1.5.1. Khái niệm thủy vân số. 19 1.5.1.1. Lịch sử thủy vân số. 19 1.5.1.2. Quá trình nghiên cứu thủy vân số. 21 1.5.1.3. Một số hệ thống thủy vân. 24 1.5.2. Các ứng dụng của thủy vân số. 25 1.5.3. Các đặc tính của thủy vân. 26 1.5.4. Phân loại thủy vân 27 1.5.5. Quy trình thực hiện thủy vân. 28 Chƣơng 2. SỬ DỤNG THỦY VÂN SỐ BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH 29 2.1. CÁC ĐỊNH DẠNG ẢNH. 29 2.1.1. Định dạng ảnh BMP 29 2.1.2. Định dạng ảnh PNG. 31 2.1.3. Định dạng ảnh GIF. 33 2.1.4. Định dạng ảnh JPEG. 37 2.1.4.1. Kỹ thuật nén ảnh JPEG. 37 2.1.4.2. Mã hoá biến đổi DCT. 39 2.1.5. Định dạng ảnh JPEG2000. 47 2.1.6. Định dạng ảnh PGM. 49 2.2. CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI ẢNH. 50 2.2.1. Các toán tử không gian. 50 2.2.1.1. Toán tử tuyến tính. 50 2.2.1.2. Toán tử nhân chập. 51 2.2.1.3. Các kỹ thuật lọc số. 52 2.2.2. Các toán tử tần số. 57 2.2.2.1. Phép biến đổi Fourier. 57 2.2.2.2. Phép biến đổi Cosine rời rạc. 59 2.2.2.3. Phép biến đổi sóng con rời rạc. 60 2.3. CÁC THUẬT TOÁN THỦY VÂN TRÊN ẢNH. 61 2.3.1. Thuật toán giấu thủy vân vào các bit có trọng số thấp. 61 2.3.2. Thuật toán thủy vân ghép nối. 63 2.3.3. Thuật toán thủy vân ảnh trên miền DCT. 64 2.3.4. Thuật toán thủy vân ảnh trên miền DWT. 66 2.3.5. Thuật toán thủy vân sử dụng biến đổi Karhunen – Loeve. 68 2.3.6. Thủy vân dễ vỡ. 70 2.3.7. Thủy vân giòn. 72 2.4. TẤN CÔNG THỦY VÂN. 73 Chƣơng 3. SỬ DỤNG THỦY VÂN SỐ BẢO VỆ BẢN QUYỀN CÁC TÀI LIỆU SỐ KHÁC 75 3.1. SỬ DỤNG THỦY VÂN SỐ BẢO VỆ BẢN QUYỀN AUDIO. 75 3.1.1. Giới thiệu audio số. 75 3.1.2. Tổng quan về thủy vân trên audio. 76 3.1.2.1. Thủy vân dựa trên miền dữ liệu. 76 3.1.2.2. Thủy vân dựa trên miền tần số: 77 3.1.2.3. Thủy vân dựa trên miền thời gian thực. 78 3.1.3. Một thuật toán thủy vân trên audio sử dụng kỹ thuật trải phổ. 79 3.1.3.1. Mô hình giả lập hệ thính giác. 79 3.1.3.2. Thuật toán thủy vân. 81 3.2. SỬ DỤNG THỦY VÂN SỐ BẢO VỆ BẢN QUYỀN VIDEO. 84 3.3. SỬ DỤNG THỦY VÂN SỐ BẢO VỆ BẢN QUYỀN PHẦN MỀM. 85 CHƢƠNG IV: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM. 87 4.1. THỦY VÂN HIỆN. 87 4.1.1. Microsoft Word 2007. 87 4.1.2. Fast Watermark. 90 4.1.3. Watermark Master. 91 4.2. THỦY VÂN ẨN. 92 4.2.1. Sử dụng chƣơng trình. 92 4.2.2. Một số kết quả thử nghiệm. 95 4.2.3. Thử nghiệm các phép tấn công. 99 4.2.1.1. Phép co hình. 99 4.2.1.2. Nén ảnh JPEG. 101 4.2.1.3. Phép xoay ảnh. 101 4.2.1.4. Phép cắt ảnh. 102 4.2.1.5. Thực hiện thủy vân lên một ảnh đã đƣợc thủy vân. 103 KẾT LUẬN 104 PHỤ LỤC 105 TÀI LIỆU THAM KHẢO 107 DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ TRONG KHÓA LUẬN: Hình 1. Sơ đồ hệ mã hóa DES 10 Hình 2. Thủy vân trên đồng dollar của Mỹ 19 Hình 3. Số lƣợng các bài báo nghiên cứu về thủy vân số trong cơ sở dữ liệu của IEEE 23 Hình 4. Một số phƣơng pháp phân loại thủy vân tiêu biểu 27 Hình 5. Quy trình thực hiện thủy vân 28 Hình6. Sơ đồ khối một hệ thống nén ảnh điển hình 38 Hình 7. Sơ đồ mã hóa và giải mã dùng biến đổi DCT 39 Hình 8. Các bƣớc của quá trình mã hóa biến đổi DCT đối với một khối 40 Hình 9. Ma trận lƣợng tử 41 Hình 10. Cây mã Huffman. 44 Hình 11. Bảng zigzag của các thành phần ảnh JPEG 46 Hình 12. Lấy tổ hợp các điểm ảnh lân cận. 53 Hình 12. Biến đổi Fourier cho một tín hiệu 57 Hình 13. Mô hình nhúng thủy vân của Cox. 64 Hình 14. Biến đổi DWT ba mức 66 Hình 15. Thủy vân tín hiệu bằng điều biến cơ số thời gian. 78 Hình 16. Sự sai khác thời gian của tín hiệu gốc và tín hiệu đã nhúng thủy vân 78 Hình 17. Mô hình giả lập hệ thính giác. 79 Hình 18. Thành phần tín hiệu sau khi thủy vân. 81 Hình 19. Sơ đồ tạo thủy vân 81 Hình 20. Sơ đồ nhúng thủy vân. 82 Hình 21. Sơ đồ tách thủy vân 83 Hình 22. Thủy vân hiện trên góc trái của hình ảnh truyền hình 84 Hình 23. Chọn chức năng Watermark trong Word 2007 88 Hình 24. Cửa sổ Custom watermark. 89 Hình 26. Ví dụ chèn thủy vân bằng Microsoft Word 2007. 89 Hình 27. Giao diện phần mềm Fast Watermark. 90 Hình 28. Giao diện phần mềm Watermark Master 91 Hình 27. Các tham số của câu lệnh gen_cox_sig 93 Hình 28. Ảnh lena 95 Hình 29. Ảnh sau khi đƣợc nhúng thủy vân bằng thuật toán Cox với tham số tạo thủy vân mặc định. 96 Hình 30. So sánh ảnh trƣớc và sau khi nhúng thủy vân 97 Hình 31. Ảnh sau khi đƣợc nhúng thủy vân bằng thuật toán của Corvi với tham số tạo thủy vân mặc định 98 Hình 32. Ảnh sau khi đã đƣợc nhúng thủy vân và thay đổi kích thƣớc. 99 Hình 33. Ảnh sau khi phục hồi lại kích thƣớc gốc. 100 Hình 34. Ảnh sau khi nén JPEG với chất lƣợng 10%. 101 Hình 35. Ảnh nhúng thủy vân và bị cắt. 102 Hình 36. Ảnh sau khi đƣợc nhúng thêm thủy vân 2 lần liên tiếp. 103 DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU TRONG KHÓA LUẬN: Bảng 1. Cấu trúc định dạng ảnh BMP 29 Bảng 2. Định dạng tổng quát ảnh GIF 33 Bảng 3. Cấu trúc khối bản đồ màu tổng thể ảnh GIF 34 Bảng 4. Cấu trúc bộ mô tả ảnh GIF 35 Bảng 5. Bảng tần suất ký tự. 43 Bảng 6. Bảng từ mã gán cho các ký tự bởi mã hoá Huffman. 45 Bảng 7. So sánh một số định dạng ảnh nén. 48 BẢNG VIẾT TẮT THUẬT NGỮ: Từ viết tắt Thuật ngữ tiếng Anh Thuật ngữ tiếng Việt DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc DCT Discrete Cosine Transform Biến đổi Cosine rời rạc DWT Discrete Wavelet Transform Biến đổi sóng con rời rạc IDFT Inverse Discrete Fourier Transform Biến đổi Fourier rời rạc ngƣợc PCA Pricipal Component Analysis Phân tích các thành phần quan trọng LSB Least Significant Bit Bit ít quan trọng nhất [...]... là thủy vân số có thể gắn liền với tài liệu, đảm bảo tài liệu đƣợc bảo vệ bản quyền cho tới khi bị hủy hoại Trong nội dung khóa luận này, tôi xin tập trung trình bày những kết quả nghiên cứu đã đạt đƣợc trong việc ứng dụng thủy vân số để bảo vệ bản quyền tài liệu điện tử, đặc biệt là ảnh số Ngoài ra khóa luận cũng trình bày những ứng dụng của thủy vân số trong việc bảo vệ bản quyền tài liệu một số. .. đã giải mã đƣợc tài liệu, thì có toàn quyền đối với tài liệu đó Thủy vân (watermarking) là một ứng dụng đã có từ lâu đời để bảo vệ bản quyền cho các cuốn sách Tuy nhiên, thủy vân số (digital watermarking) lại là một lĩnh vực mới, đang nhận đƣợc nhiều sự quan tâm cũng nhƣ nghiên cứu của chuyên gia trên thế giới Sử dụng thủy vân số có thể thay đổi và tác động vào chất lƣợng của tài liệu số nhƣ ý muốn,... đời, đã có nhiều kết quả nghiên cứu thành công và có ứng dụng rất lớn trong việc đảm bảo an toàn thông tin liên lạc Tuy nhiên, mã hóa gặp phải một vấn đề rất lớn, đó là bản thân công cụ mã hóa không gắn liền với tài liệu đƣợc bảo vệ, mà chỉ nhƣ một dạng vỏ bọc (cover) của tài liệu mà thôi Do đó, mã hóa không thể đƣợc sử dụng nhƣ là một công cụ an toàn để bảo vệ bản quyền tài liệu số khi phát hành trên... chữ ký, nhƣng quan trọng hơn, là sẽ tốn thời gian để ký, và thời gian truyền chữ ký trên mạng Ngƣời ta mong muốn, chữ ký số sẽ có khả năng nhƣ chữ ký tay, đó là chỉ cần một đoạn văn bản nhỏ, cho dù độ dài của tài liệu có lớn đến mức nào đi chăng nữa Nhƣng đặc trƣng của chữ ký điện tử, đó là ký trên từng bit của tài liệu đƣợc ký, nên chỉ có cách thu gọn tài liệu mới mong làm giảm độ dài chữ ký Nhƣng bản. .. thử chữ ký: verk(x, y) = true  x = yb mod n Ngoài ra còn có nhiều hệ chữ ký điện tử khác, nhƣ chữ ký Elgamal, chữ ký DSS, chữ ký dùng một lần, chữ ký chống chối bỏ, v.v… 16 1.4 MỘT SỐ CÔNG CỤ BẢO VỆ BẢN QUYỀN KHÁC 1.4.1 Hàm băm Hàm băm (hash function) là một công cụ để đảm bảo toàn vẹn dữ liệu, cũng nhƣ tạo ra đại diện cho một tài liệu nào đó Nhƣ trên chúng ta đã thấy, chữ ký điện tử đƣợc ký trên... không cần ký trên toàn văn bản nữa, mà chỉ cần ký trên giá trị băm của tài liệu Do mỗi tài liệu có một giá trị băm duy nhất, nên điều này hoàn toàn khả thi 17 Hàm băm dùng để bảo vệ toàn vẹn dữ liệu Do dữ liệu chỉ cần thay đổi 1 bit là giá trị băm cũng sẽ thay đổi, nên ta có thể xác định dữ liệu có toàn vẹn sau khi truyền tin hay không Hàm băm đƣợc ứng dụng trong việc bảo vệ truy cập Khi ngƣời sử dụng gõ... và bộ dò thủy vân tên là Digimarc 20 1.5.1.2 Quá trình nghiên cứu thủy vân số Thủy vân số đƣợc coi là ra đời từ năm 1954, với bằng sáng chế của Emile Hembrooke Tuy nhiên, nghiên cứu thủy vân vẫn chƣa đƣợc đặt ra nhƣ là một lĩnh vực nghiên cứu độc lập cho tới những năm 1980 Tuy nhiên khái niệm thủy vân chỉ đƣợc hoàn thiện vào giữa những năm 90 của thế kỷ trƣớc Những nghiên cứu đầu tiên về thủy vân đều... này của thủy vân, các nghiên cứu trƣớc kia đều cố gắng áp dụng một mô hình tổng quát lên toàn bộ tài liệu Tuy nhiên, vào năm 1995, Cox và các đồng nghiệp đã nhận ra, họ có thể sử dụng mô hình tri giác 21 (perceptual model) để giảm dung lƣợng thủy vân cần giấu Thay vì cố gắng áp dụng một mô hình tổng quát lên toàn bộ tài liệu, thực ra chỉ cần áp dụng thủy vân lên một số phần quan trọng của tài liệu mà... thủy vân giàu, vì nội dung thủy vân cũng bị phụ thuộc vào tài liệu Nhƣ một chân lý của cuộc sống, luôn tồn tại sự thống nhất và đấu tranh giữa các mặt đối lập Với sự ra đời của thủy vân, thì khoảng từ năm 1990 trở về sau, đã có nhiều nghiên cứu về tấn công cũng nhƣ chống tấn công đối với thủy vân Những nghiên cứu này đã thúc đẩy quá trình nghiên cứu thủy vân đạt đƣợc nhiều kết quả mới Thủy vân sử dụng. .. giác quan thông thƣờng Thủy vân số là một lĩnh vực nghiên cứu mới, có nhiều triển vọng Những năm gần đây lĩnh vực này có đƣợc sự quan tâm đáng kể của các nhà nghiên cứu 22 Hình 3 Số lượng các bài báo nghiên cứu về thủy vân số trong cơ sở dữ liệu của IEEE 23 1.5.1.3 Một số hệ thống thủy vân Ngày nay, các công ty chuyên kinh doanh các hệ thống thủy vân đã tăng đáng kể, dƣới đây là một số ví dụ về các công . Đề tài: Nghiên cứu ứng dụng thủy ký bảo vệ bản quyền tài liệu số TÓM TẮT NỘI DUNG: Khóa luận trình bày về những kết quả đạt đƣợc trong nghiên cứu ứng dụng thủy vân số vào việc bảo. thủy vân số để bảo vệ bản quyền tài liệu điện tử, đặc biệt là ảnh số. Ngoài ra khóa luận cũng trình bày những ứng dụng của thủy vân số trong việc bảo vệ bản quyền tài liệu một số file đa phƣơng. Thuật toán thủy vân. 81 3.2. SỬ DỤNG THỦY VÂN SỐ BẢO VỆ BẢN QUYỀN VIDEO. 84 3.3. SỬ DỤNG THỦY VÂN SỐ BẢO VỆ BẢN QUYỀN PHẦN MỀM. 85 CHƢƠNG IV: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM. 87 4.1. THỦY VÂN HIỆN.