LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các số liệu, kết quả trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được ai công bố trong bất kỳ công trình luận văn nào trước đây. Tác giả luận văn 1 MỤC LỤC Nội dung Trang PHẦN MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ KĨ THUẬT GIẤU TIN 5 1.1. Một số khái niệm cơ bản 5 1.1.1 Một số thuật ngữ được sử dụng trong lĩnh vực giấu tin 5 1.1.2. Khái niệm về giấu tin 6 1.1.2.1 Khái niệm chung về giấu tin 6 1.1.2.2 Mục đích giấu tin……………………………… 6 1.1.2.3 Khái niệm về thủy vân (watermarking)……… 6 1.1.2.4 Khái niệm về phủ tin (steganography)……… 7 1.1.3. Mô hình chung cho quá trình giấu tin 7 1.2. Lịch sử các kỹ thuật giấu tin………………………………… 8 1.3. Phân loại các kỹ thuật giấu tin……………………………… 9 1.4. Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin 11 1.5. Môi trường giấu tin 13 1.5.1. Giấu tin trong văn bản 13 1.5.2. Giấu tin trong ảnh… 14 1.5.3. Giấu tin trong audio 15 1.5.4. Giấu tin trong video… 15 1.6. Giấu tin trong ảnh……………………… 16 1.6.1.Giấu tin trên miền không gian ảnh 18 1.6.2.Giấu tin trên miền tần số ảnh 18 1.7. Thủy vân số trên ảnh 19 1.7.1. Các yêu cầu cơ bản của hệ thuỷ vân 22 1.7.2. Mô hình hệ thống thuỷ vân 23 1.7.3. Những tấn công trên hệ thuỷ vân 25 1.7.4. Đánh giá chất lượng ảnh trong thuỷ vân 26 1.8 Tổng kết chương…………………………………………… 28 2 CHƯƠNG 2: MỘT SỐ THUẬT TOÁN GIẤU TIN 29 2.1. Một số thuật toán giấu tin trên miền không gian 29 2.1.1. Kỹ thuật giấu tin theo khối bít 29 2.1.2. Kỹ thuật giấu tin Wu – Lee 30 2.1.3. Kỹ thuật giấu tin Chen – Pan – Tseng 34 2.2. Một số thuật toán giấu tin trên miền tần số…… 38 2.2.1 Kỹ thuật giấu tin trên miền tần số ảnh dựa trên biến đổi DCT………………………………………………………… 38 2.2.2. Kỹ thuật giấu tin LSB ………………………………… 42 2.2.3. Thuật toán Jsteg……………………………… 43 2.2.4. Thuật toán F5…. …………………………… 44 2.3. Tổng kết chương……………………………………… 49 CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN TRONG TẬP TIN VIDEO - AVI 50 3.1 Thuật toán LSB sửa đổi ……………………………………… 50 3.2. Kĩ thuật che giấu ………………………………… 52 3.3. Biến đổi………………………………………………………… 52 3.4. Đề xuất………………………………………………………… 48 3.5. Tính toán năng lực giấu tin 56 3.6. Thiết kế chương trình giấu tin trong dữ liệu AVI …………… 57 3.7 Tổng kết chương ………………………………………………. 68 KẾT LUẬN 69 DANH SÁCH CÁC HÌNH Nội dung Trang Hình 1.1. Mô hình chung của hệ thống thủy vân và phủ tin…………… 7 3 Hình 1.2. Sơ đồ phân loại kỹ thuật giấu tin 9 Hình 1.3. Phân loại các kỹ thuật thuỷ vân………………………………. 20 Hình 1.4. Mô hình quá trình nhúng thuỷ vân……………………………. 24 Hình 1.5. Mô hình quá trình tách và kiểm định thuỷ vân………………. 25 Hình 2.1. Sơ đồ mã hóa và giải mã dùng biến đổi DCT… 39 Hình 2.2. Các bước của quá trình mã hóa biến đổi DCT đối với một khối……………………………………………… . 41 Hình 2.3. Ma trận lượng tử……………………………………………… 42 Hình 3.1. Tập tin AVI và thuật toán giấu tin…………………………… 56 Hình 3.2. Kiểu RGB……………………………………………………… 56 4 DANH SÁCH CÁC BẢNG Nội dung Trang Bảng 2.1 Sự liên hệ giữa mật độ thay đổi và tỉ lệ nhúng…………… 46 Bảng 2.2 Sự phụ thuộc ( × ) giữa bit thông điệp Xi và các bit từ mã a’j 47 5 MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT 1 DCT (Discrete Cosine Transform): Phép biến đổi cosin rời rạc từ miền không gian ảnh sang miền tần số 2 CPT (Y.Chen, H.Pan, Y.Tseng):: Tên ba tác giả đề xuất thuật toán giấu r bit vào một khối bit nhưng chỉ biến đổi tối đa hai phần tử. 3 BMP Basic Metabolic Panel - Ảnh bipmap 4 JPEG Joint Photographic Experts Group - Ảnh nén JPEG 5 GIF Graphics Interchange Format - Ảnh có định dạng GIF 6 PNG Portable Network Graphics - Ảnh nén PNG 7 TIFF Tagged Image File Format – tập tin định dạng TIFF chứa nhiều ảnh 8 Huffman mã Huffman là một thuật toán mã hóa dùng để nén dữ liệu 6 PHẦN MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Thông tin kỹ thuật số với cuộc cách mạng bùng nổ những năm gần đây đã đem lại những thay đổi sâu sắc trong xã hội và trong cuộc sống hiện đại của chúng ta. Bên cạnh những thuận lợi và cơ hội lớn lao mà thông tin kỹ thuật số mang lại là những khó khăn và thách thức cho quá trình đổi mới. Một nhân tố vô cùng quan trọng đó là sự ra đời mạng toàn cầu internet với địa chỉ trang web đầu tiên do Berners-Lee đưa vào hoạt động từ năm 1991. Tiếp đó là việc Công ty Netscape đưa ra trình duyệt thương mại rộng rãi khiến từ em bé đến cụ già đều có thể dễ dàng sử dụng Internet . Giá trị của khả năng số hóa thông tin làm cho con người có thể số hóa mọi thứ, và mọi văn bản, hình ảnh, âm nhạc, phim truyện đều được chuyển thành các đơn vị bit và byte. Người ta chụp ảnh bằng máy ảnh kỹ thuật số, quay phim bằng các máy ghi hình gọn nhẹ, ghi âm bằng máy nhỏ như chiếc bút, gửi thư qua e-mail và có lẽ nhu cầu sử dụng phim ảnh cùng tem thư đã giảm đi đáng kể. Nhu cầu đối với các công ty dịch vụ mạng và nhu cầu xây dựng các đường cáp quang bùng nổ một cách mạnh mẽ. Xa lộ cáp quang đã thuộc về cả thế giới chứ không nằm trong phạm vi của bất kỳ quốc gia nào. Mỗi sợi trong dây cáp quang giờ đây có khả năng truyền tải đồng thời nhiều nghìn tỷ bit dữ liệu một lúc. Mạng Internet toàn cầu đã biến thành một xã hội ảo nơi diễn ra quá trình trao đổi thông tin trong mọi lĩnh vực chính trị, quân sự, quốc phòng, kinh tế, thương mại Nhân tố thứ hai là các tiến bộ của những phương tiện không dây truyền đạt thông tin. Ví dụ như máy nghe nhạc số iPod nhỏ hơn bàn tay có thể kết nối không dây với Internet và những thiết bị khác sử dụng các 7 kết nối hồng ngoại, Bluetooth, Wi-fi, Wimax, Gprs, EDGE, 3G. Với ổ đĩa USB 2.0 và một máy tính có bộ xử lý trung bình 2GHz ngày nay, để tải một bức ảnh từ máy ảnh số xuống máy tính chỉ cần chưa đến 0,2 giây. Với máy nghe nhạc iPod 40GB nhỏ xíu ngày nay con người có thể lưu giữ vài nghìn bài hát yêu thích. Đã có tới 5 tỷ bản nhạc được tải miễn phí nhờ sử dụng các chương trình chia sẻ file như e-Donkey, Bit’Torrent, Kazaa Sự ra đời những phần mềm có tính năng rất mạnh, các thiết bị mới như máy ảnh kỹ thuật số, máy quét chất lượng cao, máy in, máy ghi âm kỹ thuật số,… đã với tới thế giới tiêu dùng rộng lớn để sáng tạo, xử lý và thưởng thức các dữ liệu đa phương tiện Tất cả những thông tin trên cho thấy tính sẵn sàng và phổ biến của thông tin số ngày nay. Tuy nhiên, bên cạnh những thuận lợi đó là những khó khăn mà chúng ta phải đối mặt liên quan đến vấn đề đảm bảo bản quyền tác giả, đảm bảo tính nguyên gốc cũng như đối mặt với vấn nạn sao chép và sử dụng bất hợp pháp, xuyên tạc thông tin, truy nhập thông tin trái phép. Đi tìm giải pháp cho những vấn đề này không chỉ giúp ta hiểu thêm về công nghệ phức tạp đang phát triển rất nhanh này mà còn đưa ra những cơ hội kinh tế mới cần khám phá. Trong một quá trình phát triển lâu dài, nhiều phương pháp bảo vệ thông tin đã được đưa ra trong đó giải pháp dùng mật mã học là giải pháp được ứng dụng rộng rãi nhất. Các hệ mã mật đã được phát triển nhanh chóng và được ứng dụng rất phổ biến cho đến tận ngày nay. Thông tin ban đầu sẽ được mã hoá thành các ký hiệu vô nghĩa, sau đó sẽ được lấy lại thông qua việc giải mã nhờ khoá của hệ mã. Đã có rất nhiều những hệ mã phức tạp được sử dụng như DES, RSA, NAPSACK và phương pháp này đã được chứng minh thực tế là rất hiệu quả và được ứng dụng phổ biến. 8 Trong luận văn này, tác giả không trình bày nhiều về các hệ mã mật mà tìm hiểu sâu về một phương pháp đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng rất mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới đó là phương pháp giấu tin (data hiding). Đây là phương pháp mới và phức tạp, nó đang được xem như một công nghệ chìa khoá cho vấn đề bảo vệ bản quyền, nhận thực thông tin và điều khiển truy cập, ứng dụng trong an toàn và bảo mật thông tin Giấu thông tin là kỹ thuật nhúng thông tin vào trong một nguồn đa phương tiện mà không gây ra sự nhận biết về sự tồn tại của thông tin giấu 2. Mục đích của luận văn Giấu dữ liệu (data hiding) là một lĩnh vực rộng lớn, luận văn này đề cập đến việc nghiên cứu các kỹ thuật giấu dữ liệu trong ảnh, âm thanh, và đặc biệt là video. Luận văn tập trung vào việc nghiên cứu và cải tiến một số kỹ thuật giấu dữ liệu trong ảnh đã được công bố, sau đó phát triển, mở rộng kỹ thuật giấu dữ liệu trong môi trường không gian, tần số và tiến đến xây dựng các thư viện cung cấp cho người dùng có thể sử dụng vào thực tế. 3. Những đóng góp của luận văn - Luận văn cung cấp cho người dùng một cách nhìn tổng quát và đầy đủ của mô hình hệ thống giấu tin. Từ đó, người dùng sẽ chọn cách thức, môi trường phù hợp để tiếp cận các bài toán cụ thể. - Luận văn trình bày phương pháp biến đổi DCT (Discrete cosine transform) từ miền không gian sang miền tần số và một số thuật toán LSB (Least Significant Bit), JSteg, F5 - Đề xuất một phương pháp giấu tin trong dữ liệu video 9 - Xây dựng một chương trình thử nghiệm giấu tin trong tập tin AVI (audio video interleave) 10 [...]... Hướng thứ hai là phủ tin - giấu tin mật, nhằm tập trung vào các kỹ thuật giấu tin sao cho người khác khó phát hiện được đối tượng có chứa thông tin mật bên trong 1.1.2.2 Mục đích giấu tin Mục đích của giấu tin thường là mang tính riêng tư, cá nhân, sao cho thông tin đem giấu chỉ đến được một phạm vi hẹp các đối tượng mục tiêu Giấu tin có hai mục đích: một là bảo mật cho dữ liệu được đem giấu, hai là bảo... ảnh hưởng đến chất lượng thông tin sau khi giấu Giấu thông tin trong audio mang những đặc điểm riêng khác với giấu thông tin trong các đối tượng đa phương tiện khác Một trong những yêu cầu cơ bản của giấu tin là đảm bảo tính chất ẩn của thông tin được giấu đồng thời không làm ảnh hưởng nhiều đến chất lượng của dữ liệu gốc Để đảm bảo yêu cầu này, kỹ thuật giấu thông tin trong audio phụ thuộc vào hệ thống... trị đó để tìm được thông tin đã giấu Theo đó, nếu một phép biến đổi nào đó trên ảnh làm thay đổi giá trị của các bit thì sẽ làm cho thông tin giấu bị sai lệch Nhờ đặc điểm này mà giấu thông tin trong ảnh có tác dụng nhận thức và phát hiện xuyên tạc thông tin  Đảm bảo chầt lượng ảnh sau khi giấu tin Đây là một yêu cầu quan trọng đối với giấu tin trong ảnh Sau khi giấu tin bên trong, ảnh phải đảm bảo... lĩnh vực khoa học giấu tin Bên cạnh đó, tác giả đã phân loại các hệ thống giấu tin một cách hệ thống, từ đó làm rõ được sự giống và khác nhau giữa ba khái niệm: giấu tin, phủ tin và thủy vân 35 CHƯƠNG 2: MỘT SỐ THUẬT TOÁN GIẤU TIN 2.1 Một số thuật toán giấu tin trên miền không gian 2.1.1 Kỹ thuật giấu tin theo khối bít Ý tưởng Đây là kỹ thuật đơn giản nhất trong các kỹ thuật giấu tin theo hướng tiếp... hướng này, các kỹ thuật giấu tin được thực hiện như kỹ thuật giấu tin trong ảnh Hướng thứ hai, phương tiện chứa sử dụng cho quá trình giấu tin được lưu dưới dạng văn bản Theo hướng này, các kỹ thuật giấu tin cũng được tiến hành như giấu tin trong ảnh bằng cách thay đổi một số ký tự tại một số vị trí trên văn bản mà không làm ảnh hưởng nhiều đến nội dung văn bản gốc 1.5.2 Giấu tin trong ảnh 20 Nhận được... trên thế giới Giấu thông tin trong ảnh hiện nay chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các chương trình ứng dụng, các phần mềm, hệ thống giấu tin trong đa phương tiện bởi lượng thông tin trao đổi được trao đổi bằng ảnh là rất lớn, hơn nữa giấu thông tin trong ảnh cũng đóng vai trò hết sức quan trọng đối với hầu hết các ứng dụng bảo vệ an toàn thông tin như: nhận thực thông tin, xác định xuyên tạc thông tin, bảo vệ... thông tin Chú giải: Các thông tin được giấu trong những trường hợp này càng nhiều càng tốt Việc giải mã để lấy thông tin không cần sử dụng đến phiên bản gốc - phương tiện gốc ban đầu Yêu cầu chống tấn công của đối thủ không phải là ưu tiên số một, mà thay vào đó là thông tin giấu phải hoàn toàn được giữ bí mất (có thể sử dụng trong truyền thông tin mật) 1.5 Môi trường giấu tin 1.5.1 Giấu tin trong. .. các kỹ thuật giấu tin trong ảnh thường tập trung vào những đặc trưng và tính chất cơ bản sau đây:  Giấu thông tin trong ảnh nhưng không thay đổi kích thước ảnh Các thuật toán thực hiện việc giấu thông tin sẽ được thực hiện trên dữ liệu ảnh Dữ liệu ảnh bao gồm cả phần header, bảng màu (có thể có) và giá trị của các điểm ảnh Khi giấu thông tin, các phương pháp giấu đều biến đổi các giá trị trong phần... THUẬT GIẤU TIN 1.1 Một số khái niệm cơ bản 1.1.1 Một số thuật ngữ được sử dụng trong lĩnh vực giấu tin Kĩ thuật giấu tin đang trong quá trình nghiên cứu và phát triển, do vậy các thuật ngữ trong lĩnh vực này chưa hoàn thiện và thống nhất Trong luận văn này tác giả sẽ thống nhất sử dụng một số thuật ngữ cơ bản sau: Giấu tin (data hiding, information hiding) – là thuật ngữ biểu thị quá trình giấu dữ... vào trong video 22 1.6 Giấu tin trong ảnh Giấu tin trong ảnh chiếm tỉ trọng lớn và đã trở nên tương đối quen thuộc mỗi khi nhắc đến lĩnh vực giấu tin Vì vậy mà ở đây, tác giả chọn phân tích kỹ thuật giấu tin với phương tiện là hình ảnh làm điển hình cho các môi trường khác như văn bản, audio, video… qua đó làm nổi bật nên khái niệm, yêu cầu và đặc điểm của kĩ thuật giấu tin trong truyền thông đa phương . tin ……………………………… 8 1.3. Phân loại các kỹ thuật giấu tin …………………………… 9 1.4. Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin 11 1.5. Môi trường giấu tin 13 1.5.1. Giấu tin trong văn bản 13 1.5.2. Giấu tin trong. trong ảnh… 14 1.5.3. Giấu tin trong audio 15 1.5.4. Giấu tin trong video… 15 1.6. Giấu tin trong ảnh……………………… 16 1.6.1 .Giấu tin trên miền không gian ảnh 18 1.6.2 .Giấu tin trên miền tần số ảnh. tin - giấu tin mật, nhằm tập trung vào các kỹ thuật giấu tin sao cho người khác khó phát hiện được đối tượng có chứa thông tin mật bên trong. 1.1.2.2 Mục đích giấu tin Mục đích của giấu tin