Đồ án tốt nghiệp "Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh, xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu kín trong ảnh".doc (báo cáo tốt nghiệp)

Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh MỤC LỤC Trang DANH MỤC HÌNH VẼ.......................................................................................3 DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT..............................................................4 LỜI CẢM ƠN......................................................................................................5 MỞ ĐẦU.............................................................................................................6 NỘI DUNG BÁO CÁO.......................................................................................7 CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ AN TOÀN THÔNG TIN........................7 1.1. Một số khái niệm cơ bản.....................................................................7 1.1.1. Khái niệm thông tin.........................................................................7 1.1.2. Khái niệm an toàn, bảo mật thông tin.............................................7 1.1.3. Vai trò của an toàn thông tin...........................................................8 1.2. Các phương pháp bảo vệ thông tin.....................................................8 1.2.1. Phương pháp bảo vệ thông thường..................................................8 1.2.2. Phương pháp bảo vệ vật lý..............................................................8 1.2.3. Phương pháp bảo vệ dùng phần mềm.............................................8 1.3. Đánh giá độ an toàn và bảo vệ thông tin dữ liệu................................9 1.3.1. Tổng quan........................................................................................9 1.3.2. An toàn phần mềm..........................................................................9 1.3.3. Ảnh hưởng của sự phát triển công nghệ đến việc bảo vệ thông tin.9 1.4. Mật mã và ứng dụng của mật mã......................................................10 1.4.1. Khái niệm......................................................................................10 1.4.2. Các hệ mật mã cổ điển..................................................................10 1.4.3. Các hệ mật mã khóa công khai......................................................11 1.4.4. Mật mã khối và mã hóa dòng........................................................12 1.4.5. Ứng dụng thực tế của mật mã.......................................................12 CHƯƠNG II : TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN TRONG ẢNH..................13 2.1. Giới thiệu chung về giấu thông tin...................................................13 2.2. Vài nét về lịch sử của giấu tin...........................................................14 2.3. Các khái niệm về giấu thông tin trong ảnh số...................................15 2.4. Một số đặc điểm của việc giấu thông tin trên ảnh số........................17 2.4.1. Tính vô hình của thông tin............................................................18 2.4.2. Tính bảo mật..................................................................................18 2.4.3. Tỷ lệ giấu tin..................................................................................18 2.4.4. Ảnh môi trường đối với quá trình giải mã.....................................18 CHƯƠNG III: CÁC THUẬT TOÁN GIẤU TIN TRONG ẢNH............22 3.1. Giới thiệu chung...............................................................................22 3.2. Các đặc trưng của giấu thông tin trong ảnh......................................23 3.3. Sự khác nhau giữa giấu tin trong ảnh đen trắng với ảnh màu..........25 3.4. Các thuật toán giấu tin trong ảnh......................................................27 GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 1 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh 3.4.1. Giấu tin trong ảnh thứ cấp.............................................................27 3.4.1.1. Đặt bài toán.............................................................................27 3.4.1.2. Các khái niệm cơ bản.............................................................28 3.4.1.3. Các kỹ thuật giấu tin trong ảnh thứ cấp..................................31 3.4.2. Giấu tin trong ảnh màu và ảnh đa cấp xám...................................42 3.4.2.1. Ảnh đa cấp xám......................................................................43 3.4.2.2. Ảnh nhỏ hơn hoặc bằng 8 bit màu:.........................................43 3.4.3. Giấu tin trong ảnh hi - color (16 bit màu).....................................46 3.4.4. Ảnh true color (24 bit màu)...........................................................47 3.5. Kết quả thực nghiệm và đánh giá.....................................................47 CHƯƠNG IV: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG TÍCH HỢP MẬT MÃ VÀO GIẤU TIN TRONG ẢNH............................................................................49 4.1. Môi trường làm việc.........................................................................49 4.2. Ngôn ngữ thực hiện thuật toán..........................................................49 4.3. Tổ chức và thực hiện chương trình...................................................49 4.3.1. Thiết kế bộ mã hóa và giải mã......................................................50 4.3.2. Thiết kế chương trình giấu tin vào ảnh và tách tin từ ảnh.............52 4.3.2.1. Giấu thông tin vào ảnh...........................................................52 4.3.2.2. Phép tách ảnh thứ cấp từ ảnh môi trường...............................52 4.3.2.3. Giấu tin file dữ liệu vào ảnh thứ cấp:.....................................53 4.3.2.4. Trả ảnh thứ cấp vào ảnh môi trường......................................53 4.3.2.5. Lấy thông tin từ ảnh kết quả...................................................53 4.4. Chương trình ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh......54 4.4.1. Giao diện chính của chương trình.................................................54 4.4.2. Các chức năng chính của chương trình.........................................54 KẾT LUẬN........................................................................................................61 TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................63 Các thủ tục chính của chương trình.........................................................64 1. Mô đun mã hóa:.............................................................................64 2. Mô đun giấu tin:..........................................................................101 GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 2 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh DANH MỤC HÌNH VẼ Trang Hình 1.1: Hệ thống mã hóa đối xứng.................................................................11 Hình 1.2: Hệ thống mã hóa khóa công khai.......................................................11 Hình 3.1. Một ảnh thẻ chứng minh đã được giấu tin sử dụng trong công tác nhận dạng...........................................................................................................22 Hình 3.2. Ảnh màu sau khi giấu tin rất khó phát hiện sự thay đổi....................26 Hình 3.3. Ảnh đen trắng sau khi giấu cùng một lượng thông tin như ảnh màu nhưng chất lượng kém hơn (rất nhiều chấm đen lạ)..........................................26 Hình 4.1: Mô hình hoạt động của chương trình.................................................50 Hình 4.2: Mô hình mã hóa dữ liệu.....................................................................51 Hình 4.3: Mô hình giải mã dữ liệu.....................................................................51 Hình 4.4: Phép giấu thông tin vào ảnh...............................................................52 Hình 4.5: Mô hình tách thông tin từ ảnh kết quả...............................................53 Hình 4.6: Giao diện chính của chương trình......................................................54 Hình 4.7: Giao diện chọn file ảnh......................................................................54 Hình 4.8: Giao diện chọn file văn bản cần giấu.................................................55 Hình 4.9: Giao diện chọn các thuật toán mã hóa...............................................55 Hình 4.10: Chọn nơi lưu ảnh kết quả.................................................................56 Hình 4.11: Ảnh trước và sau khi giấu tin...........................................................56 Hình 4.12: Thuộc tính không đổi của ảnh trước và sau giấu tin........................57 Hình 4.13: Giao diện khi hoàn tất quá trình giấu tin vào trong ảnh..................57 Hình 4.14: Giao diện đọc thông tin từ ảnh.........................................................58 Hình 4.15: Chương trình đang đọc dữ liệu từ ảnh file.......................................58 Hình 4.16: Chương trình phát hiện ra thông tin giấu trong bức ảnh..................59 Hình 4.17: Chọn nơi lưu giữ dữ liệu được lấy ra...............................................59 Hình 4.18: Giao diện khi chương trình hoàn thành...........................................60 GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 3 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh DANH MỤC CÁC KÝ TỰ VIẾT TẮT C: Cipher text (bản mã) D: Decryption (giải mã) E: Encryption (mã hóa) P: Plaint text (bản rõ) RC2: R SHA: Secure Hash Algorithm (thuật toán băm an toàn) MD2: Message Digest 2 MD4: Message Digest 4 MD5: Message Digest 5 DES: Data Encryption Standard (chuẩn mã hóa dữ liệu) AES: Advanced Encryption Standard (chuẩn mã hóa tiên tiến) GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 4 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh LỜI CẢM ƠN Qua hai tháng nghiên cứu và học hỏi, đồng thời được sự giúp đỡ, chỉ bảo tận tình của thầy giáo Thạc sỹ Bùi Đức Trình đồ án tốt nghiệp của tôi đã hoàn thành. Nội dung đồ án là những gì tôi đã nghiên cứu suốt thời gian qua. Mặc dù tôi đã hết sức cố gắng, nhưng vì khối lượng công việc khá lớn, kiến thức và thời gian còn nhiều mặt hạn chế nên đồ án của tôi không tránh khỏi thiếu sót, có những thuật toán, kỹ thuật chưa được đề cập đến hoặc là chỉ tóm tắt, hy vọng chúng sẽ được hoàn thiện hơn trong tương lai. Để hoàn thành tốt đồ án này, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy giáo Thạc sỹ Bùi Đức Trình người đã giúp đỡ tôi rất nhiều trong quá trình tìm hiểu, xây dựng và phát triển bài toán. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trong và ngoài trường đã trang bị cho tôi những kiến thức cơ bản để tôi có thể hoàn thành đồ án như ngày hôm nay. Hà Nội ngày 01 tháng 6 năm 2009 Sinh viên thực hiện Nguyễn Văn Mạnh GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 5 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh MỞ ĐẦU Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành khoa học công nghệ thông tin, internet đã trở thành một nhu cầu, phương tiện không thể thiếu đối với mọi người, việc truyền tin qua mạng ngày càng lớn. Tuy nhiên, với lượng thông tin được truyền qua mạng nhiều hơn thì nguy cơ dữ liệu bị truy cập trái phép cũng tăng lên vì vậy vấn đề bảo đảm an toàn và bảo mật thông tin cho dữ liệu truyền trên mạng là rất cần thiết. Để đảm bảo an toàn và bí mật cho một thông điệp truyền đi người ta thường dùng phương pháp truyền thống là mã hóa thông điệp theo một qui tắc nào đó đã được thỏa thuận trước giữa người gửi và người nhận. Tuy nhiên, phương thức này thường gây sự chú ý của đối phương về tầm quan trọng của thông điệp. Thời gian gần đây đã xuất hiện một cách tiếp cận mới để truyền các thông điệp bí mật, đó là giấu các thông tin quan trọng trong những bức ảnh thông thường. Nhìn bề ngoài các bức ảnh có chứa thông tin cũng không có gì khác với các bức ảnh khác nên hạn chế được tầm kiểm soát của đối phương. Mặt khác, dù các bức ảnh đó bị phát hiện ra là có chứa thông tin trong đó thì với các khóa có độ bảo mật cao thì việc tìm được nội dung của thông tin đó cũng rất khó có thể thực hiện được. Xét theo khía cạnh tổng quát thì giấu thông tin cũng là một hệ mã mật nhằm bảo đảm tính an toàn thông tin, nhưng phương pháp này ưu điểm là ở chỗ giảm được khả năng phát hiện được sự tồn tại của thông tin trong nguồn mang. Không giống như mã hóa thông tin là chống sự truy cập và sửa chữa một cách trái phép thông tin, mục tiêu của giấu thông tin là làm cho thông tin trộn lẫn với các điểm ảnh. Điều này sẽ đánh lừa được sự phát hiện của các tin tặc và do đó làm giảm khả năng bị giải mã. Kết hợp các kỹ thuật giấu tin với các kỹ thuật mã hóa ta có thể nâng cao độ an toàn cho việc truyền tin. GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 6 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh NỘI DUNG BÁO CÁO CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ AN TOÀN THÔNG TIN 1.1. Một số khái niệm cơ bản 1.1.1. Khái niệm thông tin Trong cuộc sống con người luôn có nhu cầu trao đổi thông tin với nhau. Những thông tin được trao đổi rất phong phú và được truyền trên nhiều dạng khác nhau ví dụ như dùng thư tay, sóng điện từ, hay internet,… Vậy, thông tin là gì? Theo lý thuyết thông tin thì thông tin được định nghĩa là vật liệu đầu tiên được gia công trong hệ thống truyền tin. Thực ra thông tin là toàn bộ những gì con người cảm nhận về thế giới xung quanh thông qua các giác quan của mình. 1.1.2. Khái niệm an toàn, bảo mật thông tin Ngày nay, khi mà nhu cầu trao đổi thông tin dữ liệu ngày càng lớn và đa dạng, các tiến bộ về điện tử viễn thông và công nghệ thông tin không ngừng được phát triển để nâng cao chất lượng cũng như lưu lượng truyền tin thì biện pháp bảo vệ thông tin ngày càng được đổi mới. An toàn, bảo mật thông tin là một chủ đề rộng lớn, có liên quan đến nhiều lĩnh vực khác nhau trong cuộc sống. Vậy, an toàn, bảo mật thông tin là gì? Đó là việc đảm bảo an toàn cho thông tin gửi cũng như thông tin nhận, giúp xác nhận đúng thông tin khi nhận và đảm bảo không bị tấn công hay thay đổi thông tin khi truyền đi. Các hệ thống an toàn là những hệ thống có những dịch vụ có khả năng chống lại những tai họa, lỗi và sự tác động không mong đợi, các thay đổi tác động đến độ an toàn của hệ thống là nhỏ nhất. Có ba đặc tính cơ bản của an toàn thông tin đó là tính bí mật, tính toàn vẹn và tính sẵn sàng phục vụ. Như vậy, ta có thể hiểu, an toàn thông tin là việc đảm bảo các thuộc tính này. Tuy nhiên, tùy vào mục đích sử dụng thông tin, mà người ta có thể chú trọng đến thuộc tính này hơn thuộc tính kia, hoặc tập trung đảm bảo thật tốt cho thuộc tính này mà không cần đảm bảo thuộc tính kia. Ví dụ, để công bố một văn bản nào đó thì người ta chú trọng đến việc làm sao để tài liệu này không bị sửa đổi, còn đảm bảo bí mật thì không cần thiết. GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 7 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh 1.1.3. Vai trò của an toàn thông tin An toàn thông tin đang là vấn đề đang rất được quan tâm hiện nay, bởi xã hội phát triển không ngừng dẫn đến nhu cầu trao đổi thông tin không ngừng tăng lên, các thông tin đòi hỏi được đảm bảo an toàn ở mức tốt nhất có thể trước sự tấn công để đánh cắp, cũng như sửa đổi thông tin. Ví dụ như, muốn trao đổi tiền với ngân hàng phải sử dụng thẻ tín dụng và hệ thống mạng để thực hiện giao dịch, bây giờ giả sử giao dịch không an toàn, người dùng bị mất số tài khoản và mã PIN thì tác hại là rất lớn. Hay một ví dụ khác như khi truyền một thông tin tối mật từ chính phủ đến cơ quan chỉ huy quân sự, chẳng hạn thông tin này không được đảm bảo tốt, để xảy ra tình trạng thông tin lọt vào tay kẻ khác hoặc bị sửa đổi trước khi đến nơi nhận thì hậu quả cũng thật khôn lường. Từ đó, ta có thể thấy vai trò của an toàn thông tin là vô cùng quan trọng trong tất cả các lĩnh vực trong cuộc sống chứ không riêng gì lĩnh vực công nghệ thông tin. 1.2. Các phương pháp bảo vệ thông tin 1.2.1. Phương pháp bảo vệ thông thường Đây là phương pháp hành chính để bảo vệ thông tin, thông tin được đăng ký và được bảo vệ bởi các cơ quan hành chính nhưng thông tin chỉ được bảo vệ hạn hẹp trong một số lĩnh vực nhất định. Chẳng hạn, thông tin về hồ sơ của cán bộ tình báo sẽ được đảm bảo chỉ cấp trên quản lý anh ta mới được biết, và đảm bảo thông tin được bí mật tuyệt đối và không được truyền đến bất kỳ ai. 1.2.2. Phương pháp bảo vệ vật lý Đây là phương pháp bảo vệ thông tin dùng các biện pháp kỹ thuật vật lý nhằm đảm bảo thông tin bí mật, chống xem trộm và không bị sửa đổi. Chẳng hạn dùng thư có niêm phong khi niêm phong bị gỡ ra thì nó đã bị xem trộm. Hoặc dùng khóa bảo vệ tủ tài liệu. Hoặc dùng hộp mật mã bên trong có thông tin viết trên giấy mềm bọc quanh chai dấm. Nếu một người không biết mật mã mà cố tình mở ra, chai dấm sẽ vỡ và phá hủy toàn bộ thông tin bên trong…. 1.2.3. Phương pháp bảo vệ dùng phần mềm Đây là phương pháp được quan tâm nhất bởi môi trường truyền tin hiện nay là môi trường mạng, đây là môi trường dễ xâm nhập nhất, đồng thời dữ liệu dễ xảy ra sự cố nhất. Biện pháp bảo vệ dùng phần mềm vừa đáp ứng được các GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 8 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh nhu cầu của an toàn thông tin, vừa tỏ ra rất có hiệu quả đặc biệt trong môi trường mạng. Biện pháp bảo vệ thông tin sử dụng phần mềm thực ra là dùng các thuật toán mã hóa, hay dùng một thông tin khác làm vỏ bảo vệ hoặc kết hợp cả hai. Trong đó phương pháp thứ hai dùng một thông tin khác làm vỏ bảo vệ chính là sử dụng dữ liệu đa phương tiện như hình ảnh, audio, video,… để làm lớp vỏ bọc cho thông tin giấu trong đó, đồng thời kết hợp với những phương pháp mã hóa để thông tin được bảo vệ an toàn hơn. Đây cũng là vấn đề được chú trọng trình bày trong báo cáo này. 1.3. Đánh giá độ an toàn và bảo vệ thông tin dữ liệu 1.3.1. Tổng quan Bảo vệ an toàn thông tin dữ liệu là một chủ đề khó đánh giá được như thế nào là tối ưu, nó căn cứ vào rất nhiều yếu tố như kinh tế, độ phức tạp của hệ thống, mục đích sử dụng thông tin,… Một hệ thống được chấp nhận là đảm bảo an toàn nếu như nhu cầu an toàn thông tin dữ liệu bên nhận và bên gửi được thỏa mãn. Phải dự kiến được trước các tình huống xảy ra, để có thể có những biện pháp khắc phục nhanh chóng kịp thời, hạn chế tối đa những tác hại khi sự cố xảy ra. Các phương pháp bảo vệ phụ thuộc vào chính chủ sở hữu thông tin đó và hệ thống bảo vệ đó cũng chỉ có tính tương đối. Không có một phương pháp bảo vệ nào hiệu quả tuyệt đối với mọi trường hợp, tùy theo mục đích sử dụng, mức độ quan trọng của thông tin mà ta có những biện pháp bảo vệ tương ứng, phù hợp. 1.3.2. An toàn phần mềm Phần mềm là yếu tố đảm bảo an toàn dữ liệu đầu tiên, phần mềm quy định phần cứng hỗ trợ cho nó để có khả năng bảo vệ hiệu quả nhất thông tin dữ liệu người dùng 1.3.3. Ảnh hưởng của sự phát triển công nghệ đến việc bảo vệ thông tin. Công nghệ thông tin đang ngày càng phát triển chóng, đồng thời cũng gia tăng các nguy cơ xâm nhập thông tin dữ liệu vào các hệ thống thông tin. Với kẻ tấn công, tùy theo mục đích mà có những cách thức xâm nhập ngày càng tinh vi hơn, đòi hỏi yêu cầu bảo vệ cần được cải tiến và phải hiệu quả hơn. GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 9 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh Các công nghệ bảo mật mới cần được nghiên cứu và ứng dụng vào trong thực tế để kịp đáp ứng nhu cầu bảo vệ an toàn thông tin. 1.4. Mật mã và ứng dụng của mật mã 1.4.1. Khái niệm Mã hóa là quá trình biến đổi thông tin từ định dạng bình thường sang một dạng thông tin khác sao cho nghĩa của nó không bị lộ ra nếu không có phương tiện để giải mã. Giải mã là quá trình đưa thông tin đã được mã hóa thành dạng thông tin ban đầu. Định dạng ban đầu của thông tin được gọi là bản rõ (Plain text), còn dạng đã mã được gọi là bản mã (Cipher text). Một hệ thống mã hóa bao gồm các thành phần thông tin trước khi mã hóa (P – Plain text), thông tin sau khi mã hóa (C -Cipher text), khóa để mã (K – Keys), các hàm để mã (E - Encryption), và các hàm giải mã (D - Decryption). Một cách hình thức, các phép biến đổi giữa bản rõ và bản mã được ký hiệu là C = E(P), và P = D(C) => P = D(E(P)).. Hệ thống mã hóa có thể chia thành hai loại là hệ thống mã hóa đối xứng và hệ thống mã hóa phi đối xứng. Hai loại này khác nhau ở số lượng khóa. Mã hóa đối xứng sử dụng cùng một khóa để tiến hành mã và giải mã. Trong khi đó, mã hóa phi đối xứng sử dụng hai khóa khác nhau để mã và giải mã thông tin. Mỗi loại hệ thống mã hóa có những ưu, nhược điểm riêng chẳng hạn, mật mã đối xứng thì xử lý nhanh nhưng độ an toàn không cao, ngược lại mã hóa phi đối xứng có độ an toàn và tính thuận tiện trong quản lý khóa cao hơn nhưng xử lý mất thời gian nhiều hơn. Trong các ứng dụng mã hóa hiện tại người ta thường kết hợp các ưu điểm của hai hệ thống mã hóa này chẳng hạn dùng mật mã bất đối xứng để mã những thông tin quan trọng nhưng nhỏ, còn đối với những thông tin lớn thì dùng mã khóa đối xứng. 1.4.2. Các hệ mật mã cổ điển Mật mã cổ điển là một dạng mật mã đã được sử dụng trong lịch sử phát triển của loài người, hệ mật này hoạt động trên cơ sở bảng chữ cái và được thực hiện bằng tay hoặc một số máy móc đơn giản. Ngày nay, các hệ mật mã cổ điển đã trở nên lạc hậu do các phương thức mã hóa này quá đơn giản và những kẻ tấn công dễ dàng bẻ khóa qua nhiều phương thức tấn công như vét cạn, hay thống kê,… GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 10 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh Các hệ mật mã cổ điển gồm: - Hệ mật mã dịch vòng - Hệ mật mã Affine - Hệ mật mã hoán vị - Hệ mật mã Viginere Hệ mật mã cổ điển chính là hệ mật mã đối xứng, việc mã hóa và giải mã thông tin sử dụng cùng chung một khóa. Khóa Bản rõ Mã hóa Giải mã Bản rõ ban đầu Hình 1.1: Hệ thống mã hóa đối xứng 1.4.3. Các hệ mật mã khóa công khai. Mật mã khóa công khai là một dạng mật mã cho phép người sử dụng trao đổi các thông tin mật mà không cần trao đổi các khóa chung bí mật. Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng một cặp khóa có quan hệ toán học với nhau là khóa công khai (Public key), và khóa bí mật (Private key). Trong mật mã khóa công khai, khóa bí mật phải được giữ bí mật trong khi khóa công khai được công bố trên toàn bộ hệ thống mạng, trong hai khóa này một dùng để mã hóa, một dùng để giải mã thông tin. Điều quan trọng của hệ thống là không thể tìm được khóa bí mật nếu chỉ biết khóa công khai và bản mã. Khóa K(E) Bản rõ Khóa K(D) Mã hóa Giải mã Bản rõ ban đầu Hình 1.2: Hệ thống mã hóa khóa công khai Một số hệ mật mã khóa công khai như: - Hệ mật Revest Sharmir Aleman (RSA) GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 11 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh - Hệ mật Diffe Hellman - Hệ mật Elgamal Các hệ thống mật mã khóa công khai chính là hệ mật mã khóa xứng. Các hệ mật này có độ an toàn (độ phức tạp tính toán) phụ thuộc toán khó. Chẳng hạn, hệ mật RSA phụ thuộc vào bài toán phân tích nguyên dương thành tích các thừa số nguyên tố, còn hệ mật Engamal vào bài toán logarit rời rạc,… phi đối vào bài một số thì dựa 1.4.4. Mật mã khối và mã hóa dòng Mật mã khối là những thuật toán mã hóa đối xứng hoạt động trên những khối thông tin có độ dài xác định (block) với những chuyển đổi xác định. Ví dụ, việc mã có thể xử lý khối 128 bít đầu vào và biến nó thành 128 bit đầu ra, quá trình chuyển đổi còn sử dụng thêm một tham số nữa là khóa bí mật để đảm bảo an toàn cho dữ liệu, quá trình giải mã tiến hành ngược lại với khối 128 bit mã để trả về 128 bit ban đầu. Thuật toán mã hóa khối đã được sử dụng như: DES (Data Encryption Standard) do IBM phát triển, tiêu chuẩn thay thế DES là AES (Advanved Encryption Standard). Mã dòng là loại mật mã làm việc trên từng bit của dòng dữ liệu và quá trình này biến đổi theo sự biến đổi của quá trình mã hóa. 1.4.5. Ứng dụng thực tế của mật mã Mật mã có vai trò rất quan trọng trong nhiều lĩnh vực đặc biệt là trong giao dịch điện tử, thương mại điện tử và truyền tin liên lạc. Nó giúp đảm bảo tính bí mật, toàn vẹn của thông tin khi chúng được truyền trên mạng. Đây là nền tảng của kỹ thuật chữ ký số, chữ ký điện tử trong hệ thống các thẻ tín dụng và tài khoản ngân hàng,… Mật mã khóa công khai sử dụng trong kỹ thuật mạng riêng ảo giúp liên lạc an toàn. Như vậy, cùng với nhu cầu trao đổi thông tin ngày càng lớn của con người, thì việc đảm bảo an toàn cho thông tin đó càng trở nên cấp thiết. Với việc sử dụng các hệ mật mã đối xứng hay phi đối xứng không những giúp đảm bảo thông tin được truyền đi một cách an toàn, mà còn trở thành tiền đề để xây dựng các tiện ích hiện đại giúp con người ngày càng phát triển. GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 12 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh CHƯƠNG II : TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN TRONG ẢNH 2.1. Giới thiệu chung về giấu thông tin Giấu thông tin (steganography) là một kỹ thuật nhúng dữ liệu vào một nguồn đa phương tiện gọi là môi trường, ví dụ như file âm thanh, ảnh động, ảnh tĩnh . . . Mục đích của che giấu thông tin là làm cho dữ liệu trở lên không thể nghe thấy hay nhìn thấy. Điều đó có nghĩa là đối phương không nhận thấy sự tồn tại của dữ liệu đã được nhúng dù có lắng nghe hay cố gắng nhìn thật cẩn thận vào môi trường có giấu dữ liệu. Mỗi kỹ thuật giấu tin gồm : - Thuật toán giấu tin. - Bộ giải mã thông tin. Thuật toán giấu tin được dùng để giấu thông tin vào một phương tiện mang bằng cách sử dụng một khóa bí mật được dùng chung bởi người mã và người giải mã, việc giải mã thông tin chỉ có thể thực hiện được khi có khoá. Bộ giải mã trên phương tiện mang đã chứa dữ liệu và trả lại thông điệp ẩn trong nó. Khoá Phương tiện mang Thông tin giấu Nhúng thông tin vào phương tiện chứa Thông tin giấu Phân phối trên mạng Bộ giải mã Khoá Hình 2.1. Lược đồ chung cho giấu thông tin Hình vẽ trên biểu diễn quá trình giấu tin cơ bản. Phương tiện chứa bao gồm các đối tượng được dùng làm môi trường để giấu tin như text, audio, video, ảnh …, thông tin giấu là mục đích của người sử dụng. Thông tin giấu là GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 13 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh một lượng thông tin mang một ý nghĩa nào đó như ảnh, logo, đoạn văn bản… tùy thuộc vào mục đích của người sử dụng. Thông tin sẽ được giấu vào trong phương tiện chứa nhờ một bộ nhúng, bộ nhúng là những chương trình, triển khai các thuật toán để giấu tin và được thực hiện với một khóa bí mật giống như các hệ mã cổ điển. Sau khi giấu tin ta thu được phương tiện chứa phương tiện chứa bản tin đã giấu và phân phối sử dụng trên mạng. Sau khi nhận được đối tượng phương tiện có giấu thông tin, quá trình giải mã được thực hiện thông qua một bộ giải mã tương ứng với bộ nhúng thông tin cùng với khóa của quá trình nhúng. Kết quả thu được gồm phương tiện chứa gốc và thông tin đã giấu. Bước tiếp theo thông tin giấu sẽ được xử lý kiểm định so sánh với thông tin giấu ban đầu. Tóm lại, giấu thông tin là nghệ thuật và khoa học của truyền thông bên trong một truyền thông, mục đích của steganography là che giấu những thông báo bên trong những thông báo khác mà không làm ảnh hưởng đáng kể đến thông báo này; và bằng một cách thức nào đó sao cho người không có thẩm quyền không thể phát hiện hoặc không thể phá huỷ chúng. 2.2. Vài nét về lịch sử của giấu tin Kỹ thuật giấu thông tin nhằm mục đích đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin rõ ràng ở hai khía cạnh. Một là bảo mật cho giữ liệu được đem giấu, hai là bảo mật cho chính đối tượng được dùng để giấu tin. Hai khía cạnh khác nhau này dẫn đến hai khuynh hướng kỹ thuật chủ yếu của giấu tin. Khuynh hướng thứ nhất là giấu tin mật (steganography). Khuynh hướng này tập trung vào các kỹ thuật giấu tin sao cho thông tin giấu được nhiều và quan trọng là người khác khó phát hiện được một đối tượng có bị giấu tin bên trong hay không. Khuynh hướng thứ hai là thuỷ vân số (watermarking). Khuynh hướng thuỷ vân số đánh dấu vào đối tượng nhằm khẳng định bản quyền sở hữu hay phát hiện xuyên tạc thông tin. Thuỷ vân số có miền ứng dụng lớn hơn nên được quan tâm nghiên cứu nhiều hơn và thực tế đã có nhiều những kỹ thuật dành cho khuynh hướng này. Từ Steganography bắt nguồn từ Hi Lạp và được sử dụng cho tới ngày nay, nó 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 tin (thông tin được hiểu theo nghĩa nguyên thủy của nó) thuộc về sử gia Hy-Lạp Herodotus. Khi bạo chúa Hy-Lạp Histiaeus bị vua Darius bắt giữ ở Susa vào thế kỷ thứ năm trước Công nguyên, ông ta đã gửi GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 14 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh một thông báo bí mật cho con rể của mình là Aristagoras ở Miletus. Histiaeus đã cạo trọc đầu của một nô lệ tin cậy và xăm một thông báo trên da đầu của người nô lệ ấy. Khi tóc của người nô lệ này mọc đủ dài người nô lệ được gửi tới Miletus. Một câu chuyện khác về thời Hy-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 Hy-Lạp, cần thông báo cho Sparta rằng Xerxes định xâm chiếm Hy-Lạp. Để tránh bị phát hiện, anh ta đã bóc lớp sáp 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 mới. Những viên thuốc được để ngỏ và lọt qua mọi sự kiểm tra một cách dễ dàng. Mực không màu là phương tiện hữu hiệu cho bảo mật thông tin trong một thời gian dài. Người Romans cổ đã biết sử dụng những chất sẵn có như nước quả, nước tiểu và sữa để viết các thông báo bí mật giữa những hàng văn tự thông thường. Khi bị hơ nóng, những thứ mực không nhìn thấy này trở nên sẫm màu và có thể đọc dễ dàng. Mực không màu cũng được sử dụng rất gần đây như trong thời gian chiến tranh Thế giới II. Ý tưởng về che giấu thông tin đã có từ hàng nghìn năm về trước nhưng kỹ thuật này được dùng chủ yếu trong quân đội và trong các cơ quan tình báo. Mãi cho tới vài thập niên gần đây, giấu thông tin mới nhận được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu và các viện công nghệ thông tin với hàng loạt công trình nghiên cứu giá trị. Cuộc cách mạng số hoá thông tin và sự phát triển nhanh chóng của mạng truyền thông là nguyên nhân chính dẫn đến sự thay đổi này. Những phiên bản sao chép hoàn hảo, các kỹ thuật thay thế, sửa đổi tinh vi, cộng với sự lưu thông phân phối trên mạng của các dữ liệu đa phương tiện đã sinh ra nhiều vấn đề nhức nhối về nạn ăn cắp bản quyền, phân phối bất hợp pháp, xuyên tạc trái phép... 2.3. Các khái niệm về giấu thông tin trong ảnh số Giấu dữ liệu là quá trình ẩn một dữ liệu vào một tệp dữ liệu khác. Dữ liệu trước khi giấu có thể được nén và mã hoá, trong các ứng dụng đòi hỏi độ mật cao, giấu dữ liệu chính là một phương pháp bảo mật thông tin hiệu quả. Giấu dữ liệu được ứng dụng trong nhiều lĩnh vực khác nhau như bảo vệ bản quyền, ngăn ngừa sao chép trái phép, truyền thông bí mật v.v.. Giấu thông tin trong ảnh số là một phần của khái niệm giấu thông tin với việc sử dụng ảnh số làm phương tiện mang. Giấu thông tin trong ảnh số có GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 15 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh nhiều ứng dụng trong thực tế như trong việc xác định quyền sở hữu, chống xuyên tạc thông tin và chuyển giao dữ liệu một cách an toàn. Ảnh mà ta đem nhúng thông tin vào được gọi là ảnh môi trường hay ảnh gốc (host image). Ảnh thu được sau khi đã giấu thông tin gọi là ảnh kết quả (result image). Ảnh kết quả sẽ có những điểm khác so với ảnh gốc gọi là nhiễu. Ảnh kết quả càng ít nhiễu càng khó gây ra nghi ngờ về sự tồn tại của thông tin trong ảnh.  Ảnh môi trường: là ảnh gốc được dùng để nhúng thông tin. Trong giấu thông tin trong ảnh thì nó mang tên ảnh môi trường, còn trong audio là audio môi trường v.v..  Thông tin nhúng: Là lượng thông tin được nhúng vào trong ảnh môi trường  Phương tiện nhúng: Là một đối tượng đa phương tiện như ảnh, audio hay video đã có thông tin nhúng  Tính không nhìn thấy: là một trong ba yêu cầu của bất kỳ một hệ giấu tin nào. Tính không nhìn thấy là tính chất vô hình của thông tin nhúng trong phương tiện nhúng.  Tính mạnh mẽ: Là yêu cầu thứ hai của một hệ giấu tin. Tính mạnh mẽ là nói đến khả năng chịu được các thao tác biến đổi nào đó trên phương tiện nhúng và các cuộc tấn công có chủ đích.  Khả năng nhúng: Là yêu cầu thứ ba của một hệ giấu tin. Khả năng nhúng chính là số lượng thông tin nhúng được nhúng trong phương tiện chứa.  Nhiễu: Là phương tiện nhúng xuất hiện những đặc điểm lạ so với phương tiện chứa ban đầu. GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 16 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh  Thuỷ vân số: Là một kỹ thuật giấu các thuỷ vân vào trong phương tiện chứa, kỹ thuật không yêu cầu về tính không nhìn thấy của thông tin nhúng. Có nhiều cách để phân loại các kỹ thuật giấu thông tin trong ảnh số, dựa trên lĩnh vực áp dụng các kỹ thuật người ta chia kỹ thuật giấu tin trong ảnh thành hai loại: watermarking và image hiding.  Watermarking : là kỹ thuật nhúng một biểu tượng, còn gọi là thuỷ vân (watermark) vào trong ảnh môi trường để xác định quyền sở hữu ảnh môi trường. Kích thước của biểu tượng thường nhỏ ( từ vài bit đến vài nghìn bit ). Kỹ thuật này cho phép đảm bảo nguyên vẹn biểu tượng khi ảnh môi trường bị biến đổi bởi các phép thao tác như lọc (filtering), nén mất dữ liệu (lossy compression), hay các biến đổi hình học, ... Tuy nhiên, việc đảm bảo nguyên vẹn biểu tượng không kể đến khi có sự tấn công dựa trên việc hiểu rõ thuật toán và có bộ giải mã trong tay.  Image hiding : là kỹ thuật dùng một ảnh môi trường để lưu trữ và chuyển giao các dữ liệu quan trọng với kích thước tương đối lớn một cách an toàn. Mục đích của ảnh image hiding là làm cho dữ liệu trở nên không quan sát được đối với thị giác của con người. 2.4. Một số đặc điểm của việc giấu thông tin trên ảnh số Hiện nay giấu thông tin trong ảnh là kỹ thuật còn tương đối mới và đang có xu hướng phát triển rất nhanh. Một kỹ thuật giấu tin trong ảnh được đánh giá dựa trên một số đặc điểm sau: - Tính vô hình của thông tin được giấu trong ảnh. - Số lượng thông tin được giấu. - Tính an toàn và bảo mật của thông tin. GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 17 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh - Chất lượng của ảnh sau khi giấu thông tin bên trong. 2.4.1. Tính vô hình của thông tin Khái niệm này dựa trên đặc điểm của hệ thống thị giác của con người. Thông tin nhúng là không tri giác được nếu một người với thị giác là bình thường không phân biệt được ảnh môi trường và ảnh kết quả. Trong khi image hiding yêu cầu tính vô hình của thông tin giấu ở mức độ cao thì watermarking lại chỉ yêu cầu ở một cấp độ nhất định. Chẳng hạn như người ta áp dụng watermarking cho việc gắn một biểu tượng mờ vào một chương trình truyền hình để bảo vệ bản quyền. 2.4.2. Tính bảo mật Thuật toán nhúng tin được coi là có tính bảo mật nếu thông tin được nhúng không bị tìm ra khi bị tấn công một cách có chủ đích trên cơ sở những hiểu biết đầy đủ về thuật toán nhúng tin và có bộ giải mã (trừ khoá bí mật), hơn nữa còn có được ảnh có mang thông tin (ảnh kết quả). Đối với ảnh image hiding đây là một yêu cầu rất quan trọng. Chẳng hạn đối với thuật toán dò tin trong ảnh đen trắng kích thước m*n, độ phức tạp vẫn còn lên tới 2m*n phép tính (O(2m*n)) khi đã biết ma trận trọng số dùng trong quá trình giấu tin. 2.4.3. Tỷ lệ giấu tin Lượng thông tin giấu so với kích thước ảnh môi trường cũng là một vấn đề cần quan tâm trong một thuật toán giấu tin. Rõ ràng là có thể chỉ giấu một bit thông tin vào mỗi ảnh mà không cần lo lắng về độ nhiễu của ảnh nhưng như vậy sẽ rất kém hiệu quả khi mà thông tin cần giấu có kích thước được tính bằng KB. Các thuật toán đều cố gắng đạt được mục đích làm thế nào giấu được nhiều thông tin nhất mà không gây ra nhiễu đáng kể. 2.4.4. Ảnh môi trường đối với quá trình giải mã Yêu cầu cuối cùng là thuật toán phải cho phép lấy lại được thông tin đã giấu trong ảnh mà không có ảnh môi trường. Điều này là một thuận lợi khi ảnh môi trường là duy nhất nhưng lại làm giới hạn khả năng ứng dụng của kỹ thuật giấu tin. Để thực hiện việc giấu tin trong ảnh, trước hết ta phải xử lý được ảnh tức là phải số hoá ảnh. Quá trình số hoá các dạng ảnh khác nhau thì không như GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 18 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh nhau. Có nhiều loại ảnh đã được chuẩn hoá như: JPEG, PCX, BMP,. . . Trong đồ án nay chỉ sử dụng ảnh *.BMP. Ảnh BMP (Bitmap) được phát triển bởi Microsoft Corporation, được lưu trữ dưới dạng độc lập thiết bị cho phép Windows hiển thị dữ liệu không phụ thuộc vào khung chỉ định màu trên bất kì phần cứng nào. Tên file mở rộng mặc định của một file ảnh Bitmap là .BMP. Ảnh BMP được sử dụng trên Microsoft Windows và các ứng dụng chạy trên Windows từ version 3.0 trở lên. Mỗi file ảnh Bitmap gồm 3 phần: - Bitmap Header - Palette màu - BitmapData Các cấu trúc cụ thể của ảnh Bitmap - Bitmap Header Byte thứ Ý nghĩa 1-2 Nhận dạng file 3-6 Kích thước file 7-10 Dự trữ 11-14 Byte bắt đầu vùng dữ liệu Giá trị ‘BM’ hay 19778 Kiểu long trong Turbo C Thường mang giá trị 0 Offset của byte bắt đầu vùng 15-18 19-22 23-26 27-28 29-30 Số byte cho vùng info Chiều rộng ảnh BMP Chiều cao ảnh BMP Số Planes màu Số bit cho một pixel dữ liệu 4 byte Tính bằng pixel Tính bằng pixel Cố định là 1 Có thể là1, 4, 8, 16, 24 tuỳ Kiểu nén dữ liệu theo loại ảnh 0: Không nén 31-34 1: Nén runlength 8bits/pixel 35-38 39-42 43-46 47-50 51-54 Kích thước ảnh Độ phân giải ngang Độ phân giải dọc Số màu sử dụng trong ảnh Số màu được sử dụng khi hiển thị ảnh GVHD: ThS. Bùi Đức Trình 2: Nén runlength 4bits/pixel Tính bằng byte Tính bằng pixel / metter Tính bằng pixel / metter SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 19 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh - Palette màu: Bảng màu của ảnh, chỉ những ảnh nhỏ hơn hoặc bằng 8 bit màu mới có palette màu. - BitmapData: Phần này nằm ngay sau phần palette màu của ảnh BMP. Đây là phần chứa giá trị màu của điểm ảnh trong BMP. Các dòng ảnh được lưu từ dưới lên trên, các điểm ảnh được lưu trữ từ dưới lên trên từ trái sang phải. Giá trị của mỗi điểm ảnh là một chỉ số trỏ tới phần tử màu tương ứng của Palette màu. Thành phần BitCount của cấu trúc BitmapHeader cho biết số bit dành cho mỗi điểm ảnh và số lượng màu lớn nhất của ảnh. BitCount có thể nhận các giá trị sau: - Giá trị 1: Bimap là ảnh đen trắng, mỗi bit biểu diễn một điểm ảnh. Nếu bit mang giá trị 0 thì điểm ảnh là điểm đen, bit mang giá trị 1 điểm ảnh là điểm ảnh trắng. - Giá trị 4: Bitmap là ảnh 16 màu, mỗi điểm ảnh được biểu diễn bởi 4 bit. - Giá trị 8: là ảnh Bitmap 256 màu, mỗi điểm ảnh dược biểu diễn bởi 1 byte. - Giá trị 16: là ảnh Bitmap high color, mỗi dãy 2 byte liên tiếp trong bitmap biểu diễn cường độ tương đối của màu đỏ, xanh lá cây, xanh lơ của một điểm ảnh. - Giá trị 24: Bitmap là ảnh true color (24 bit màu), mỗi dãy 3 byte liên tiếp trong bitmap biểu diễn cường độ tương đối của màu đỏ, xanh lá cây, xanh lơ (RGB) của một điểm ảnh. Thành phần ColorUsed của cấu trúc BitmapHeader xác định số lượng màu của palette màu thực sự được sử dụng để hiển thị bitmap. Nếu thành phần này được đặt là 0, bitmap sử dụng số màu lớn nhất tương ứng với giá trị của BitCount. GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 20 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 21 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh CHƯƠNG III: CÁC THUẬT TOÁN GIẤU TIN TRONG ẢNH 3.1. Giới thiệu chung Hiện nay, giấu thông tin trong ảnh là một bộ phận 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 được trao đổi bằng ảnh là rất lớn và hơn nữa giấu thông tin trong ảnh cũng đóng vai trò hết sức quan trọng trong các hầu hết các ứng dụng bảo vệ an toàn thông tin như: nhận thực thông tin, xác định xuyên tạc thông tin, bảo vệ bản quyền tác giả, điều khiển truy cập, giấu thông tin mật...Chính vì thế mà vấn đề này đã nhận được sự quan tâm rất lớn của các cá nhân, tổ chức, trường đại học, và viện nghiên cứu trên thế giới. Thông tin sẽ được giấu cùng với dữ liệu ảnh nhưng chất lượng ảnh ít thay đổi và chẳng ai biết được đằng sau ảnh đó mang những thông tin có ý nghĩa. Và ngày nay, khi ảnh số đã được sử dụng rất phổ biến, thì giấu thông tin trong ảnh đã đem lại nhiều những ứng dụng quan trọng trên các lĩnh vực trong đời sống xã hội. Ví dụ như đối với các nước phát triển, chữ kí tay đã được số hoá và lưu trữ sử dụng như là hồ sơ cá nhân của các dịch vụ ngân hàng và tài chính. Nó được dùng để nhận thực trong các thẻ tín dụng của người tiêu dùng. Hay trong một số những ứng dụng về nhận diện như thẻ chứng minh, thẻ căn cước, hộ chiếu…người ta có thể giấu thông tin trên các ảnh thẻ để xác định thông tin thực. Ví dụ như hình vẽ bên dưới là một thẻ chứng minh đã được giấu tin trong ảnh. Thông tin giấu là số thẻ ‘123456789’ trùng với số đã được in rõ ở trên thẻ ngay phía dưới ảnh. Hình 3.1. Một ảnh thẻ chứng minh đã được giấu tin sử dụng trong công tác nhận dạng Phần mềm WinWord của MicroSoft cũng cho phép người dùng lưu trữ chữ kí trong ảnh nhị phân rồi gắn vào vị trí nào đó trong file văn bản để đảm GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 22 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh bảo tính an toàn của thông tin. Tài liệu sau đó được truyền trực tiếp qua máy fax hoặc lưu truyền trên mạng. Theo đó, việc nhận thực chữ kí, xác thực thông tin đã trở thành một vấn đề cực kì quan trọng khi mà việc ăn cắp thông tin hay xuyên tạc thông tin bởi các tin tặc đang trở thành một vấn nạn đối với bất kì quốc gia nào, tổ chức nào. Thêm vào đó, lại có rất nhiều loại thông tin quan trọng cần được bảo mật như những thông tin về an ninh, thông tin về bảo hiểm hay các thông tin về tài chính. Các thông tin này được số hoá và lưu trữ trong hệ thống máy tính hay trên mạng. Chúng rất dễ bị lấy cắp và bị thay đổi bởi các phần mềm chuyên dụng. Việc nhận thức cũng như phát hiện thông tin xuyên tạc đã trở nên vô cùng quan trọng, cấp thiết. Một đặc điểm của giấu thông tin trong ảnh nữa đó là thông tin được giấu một cách vô hình. Nó như là cách truyền thông tin mật cho nhau mà người khác không thể biết được, bởi sau khi giấu thông tin thì chất lượng ảnh gần như không thay đổi đặc biệt đối với ảnh mầu hay ảnh đa cấp xám. Gần đây báo chí đã đưa tin vụ việc ngày 11-9 gây chấn động nước Mĩ và toàn thế giới: chính tên trùm khủng bố quốc tế Osama BinLaDen đã dùng cách thức giấu thông tin trong ảnh để liên lạc với đồng bọn, và hắn đã qua mặt được cục tình báo trung ương Mỹ CIA và các cơ quan an ninh quốc tế. Chắc chắn sau vụ việc này, thì việc nghiên cứu các vấn đề liên quan đến giấu thông tin trong ảnh sẽ rất được quan tâm. Từ năm học 1995-1996, Bộ giáo dục và Đào tạo đã bắt đầu ứng dụng công nghệ thông tin vào công tác bảo mật đề thi tốt nghiệp trung học phổ thông thay cho việc niêm phong, đóng dấu đề thi để chuyển qua theo đường bưu điện. Trong mục này đề cập tới một kỹ thuật đơn giản đáng tin cậy để giấu những thông tin quan trọng nào một ảnh đen trắng (ảnh nhị phân) bằng cách sử dụng khoá bí mật và một ma trận trọng số. Phương pháp này được chứng minh là có độ an toàn cao, đảm bảo chất lượng ảnh gốc và có tỉ lệ giữa kích thước thông tin giấu được với kích thước ảnh môi trường tương đối so với các phương pháp khác và cho phép giấu được tới [ log 2 (m*n+1)] bit dữ liệu vào trong mỗi khối ảnh kích thước m*n mà chỉ cần thay đổi nhiều nhất 2 bit trong khối ảnh đó. 3.2. Các đặc trưng của giấu thông tin trong ảnh Như đã nói ở trên nhúng thông tin trong ảnh có hai khái niệm khác nhau đó là thuỷ vân số (digital watermarking) và giấu thông tin trong ảnh (data hiding). Trong khi thuỷ phân số không yêu cầu thông tin giấu phải vô hình và GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 23 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh chịu được các thao tác biến đổi trên ảnh thì giấu thông tin trong ảnh yêu cầu các thông tin giấu phải ẩn không bị phát hiện và không thực hiện được phép thao tác nào trên ảnh. Hai phương pháp này có những đặc điểm khác nhau, cách thực hiện khác nhau nhưng trong báo cáo này là giấu tin trong ảnh nên chỉ đề cập tới các đặc trưng chính của giấu thông tin trong ảnh. - Phương tiện chứa có dữ liệu tri giác tĩnh Dữ liệu gốc ở đây là dữ liệu của ảnh tĩnh, dù đã giấu thông tin vào trong ảnh hay chưa thì khi ta xem ảnh bằng thị giác dữ liệu ảnh được tri giác tĩnh nghĩa là ảnh không thay đổi theo thời gian khi tri giác, điều này khác với đa phương tiện audio hay video vì khi ta tri giác các dữ liệu phương tiện chứa gốc là hình ảnh hay âm thanh thì dữ liệu gốc sẽ thay đổi liên tục với tri giác của con người theo các đoạn hay các bài, các cảnh . . . Sự khác biệt này ảnh hưởng lớn đối với các kỹ thuật giấu tin trong audio hay video. Đối với giấu thông tin trong ảnh phương pháp giấu và kỹ thuật giấu phụ thuộc vào đặc điểm thị giác của con người ví dụ như độ sáng tối, hay yếu tố khoảng cách to nhỏ. . . - Giấu tin trong ảnh tác động lên dữ liệu ảnh nhưng không thay đổi kích thước ảnh. Các phép toán thực hiện công việc giấu tin sẽ được thực hiện trên dữ liệu của trên ảnh. Dữ liệu ảnh bao gồm các phần header, bảng phân màu và dữ liệu ảnh. Khi giấu thông tin, các phương pháp đều biến đổi giá trị của các bit trong dữ liệu ảnh chứ không chứ không thêm vào hay bớt đi dữ liệu ảnh. Do vậy mà kích thước ảnh trước hay sau khi giấu thông tin là như nhau. - Đảm bảo yêu cầu chất lượng ảnh sau khi giấu thông tin. Đây là một yêu cầu quan trọng đối với giấu thông tin trong ảnh. Sau khi giấu thông tin bên trong, ảnh phải đảm bảo được yêu cầu không bị biến đổi để có thể bị phát hiện dễ dàng so với ảnh gốc. Yêu cầu này giường như quá đơn giản đối với ảnh màu và ảnh xám bởi mỗi pixel ảnh được biểu diễn bởi nhiều bit, nhiều giá trị và khi ta thay đổi một giá trị nhỏ nào đó chất lượng ảnh không thay đổi, thông tin giấu khó bị phát hiện, nhưng đối với ảnh đen trắng thì việc giấu thông tin phức tạp hơn nhiều, vì ảnh đen trắng mỗi pixel ảnh chỉ có hai giá trị đen hoặc trắng, và nếu ta biến đổi một bit từ đen thành trắng mà không khéo thì sẽ rất bị phát hiện. Do đó yêu cầu với các kỹ thuật giấu tin trong ảnh màu hay ảnh xám và giấu thông tin trong ảnh đen trắng là khác nhau. Trong khi đối GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 24 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh với ảnh màu thì các thuật toán chú trọng vào việc làm sao cho giấu dược càng nhiều thông tin càng tốt thì các thuật toán áp dụng cho ảnh đen trắng lại tập trung vào làm thế nào để thông tin giấu khó bị phát hiện. - Thông tin trong ảnh sẽ bị biến đổi nếu có bất kỳ một biến đổi nào trên ảnh. Vì phương pháp giấu ảnh dựa trên việc điều chỉnh các giá trị của các khối bit theo một quy tắc nào đó và khi giải mã sẽ theo các giá trị đó để tìm được thông tin giấu. Theo đó, nếu một phép biến đổi nào đó trên ảnh sẽ làm thay đổi giá trị của các bit thì sẽ làm thông tin sai lệch. Chính đặc điểm này mà giấu thông tin trong ảnh có tác dụng nhận thực và phát hiện xuyên tạc thông tin. - Không cần ảnh gốc khi giải mã ảnh Thông tin được giấu trong ảnh sẽ được mang cùng dữ liệu ảnh, khi giải mã chỉ cần ảnh đã mang thông tin mà không cần dùng đến ảnh gốc để so sánh đối chiếu. 3.3. Sự khác nhau giữa giấu tin trong ảnh đen trắng với ảnh màu Khởi nguồn của giấu thông tin trong ảnh là thông tin được giấu trong các ảnh màu hoặc ảnh xám, trong đó mỗi pixel ảnh mang nhiều giá trị, được biểu diễn bằng nhiều bit. Với ảnh đó thì việc thay đổi một giá trị nhỏ ở một pixel thì chất lượng ảnh gần như không thay đổi, và khả năng bị phát hiện rất thấp dưới con mắt người bình thường. Do đó hệ thống thị giác của con người cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc bảo đảm tính không nhìn thấy thông tin được giấu trên ảnh. Với những ảnh mà mỗi điểm ảnh chỉ mang một giới hạn nhỏ các giá trị thì việc giấu thông tin trong ảnh đảm bảo tính vô hình của thông tin che giấu là một công việc khó khăn hơn nhiều. Đặc biệt với ảnh đen trắng, mỗi điểm ảnh chỉ mang một trong hai giá trị trắng hoặc đen. Vậy thì khi thay đổi giá trị một pixel từ đen thành trắng hoặc ngược lại thì rất dễ bị phát hiện. Một số thuật toán khác thì giấu chất lượng ảnh tốt hơn nhưng lượng thông tin giấu được bít và quá đơn giản không đảm bảo được độ an toàn thông tin. Bảng sau sẽ liệt kê những khác nhau cơ bản giữa giấu thông tin trong ảnh đen trắng và ảnh mầu. Sự khác nhau giữa giấu thông tin trong ảnh đen trắng và ảnh màu GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 25 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh Giấu thông tin trong ảnh đen trắng Giấu thông tin trong ảnh màu hoặc ảnh xám Thông tin giấu ít hơn đối ảnh Thông tin giấu nhiều hơn Có cùng kích cỡ với ảnh Khả năng bị phát hiện phương tiện có Khả năng bị phát hiện thấp giấu thông tin cao hơn ảnh màu Độ an toàn thông tin thấp do dễ bị Độ an toàn cao phát hiện có thông tin chứa thông tin bên trong Các thuật toán giấu ít, phức tạp Nhiều thuật toán và có nhiều hướng mở rộng phát triển. Như áp dụng giải thuật di truyền. Hình 3.2. Ảnh màu sau khi giấu tin rất khó phát hiện sự thay đổi Hình 3.3. Ảnh đen trắng sau khi giấu cùng một lượng thông tin như ảnh màu nhưng chất lượng kém hơn (rất nhiều chấm đen lạ). GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 26 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh 3.4. Các thuật toán giấu tin trong ảnh 3.4.1. Giấu tin trong ảnh thứ cấp 3.4.1.1. Đặt bài toán Trong mục này đề cập tới các kỹ thuật đơn giản và đáng tin cậy để giấu những thông tin quan trọng vào một ảnh thứ cấp (đen trắng ) bằng cách: - Sử dụng khoá bí mật K cố định. - Sử dụng khoá bí mật K cố định với chiều dài thay đổi. - Sử dụng khoá bí mật K cố định là một ma trận ảnh. - Sử dụng khoá K (ma trận khoá kích thước m*n (ma trận 0/1) dùng chung bởi người nhận và người gửi), và ma trận trọng số cấp r, kích thước m*n cũng được dùng chung bởi người gửi và người nhận. Bài toán: Giả sử ta có dữ liệu quan trọng B cần gửi qua mạng. Người ta dùng một ảnh môi trường F đủ lớn để giấu dữ liệu, sau đó gửi đi bức ảnh đã chứa thông tin dữ liệu mà không sợ bị nghi ngờ về sự tồn tại thông tin trong đó. Sử dụng một kỹ thuật giấu tin trong ảnh (chọn khoá bí mật K và có thể kết hợp với ma trận trọng số) ta biến đổi ảnh F thành ảnh F’ có mang lượng tin trên mà không làm cho F’ sai khác nhiều so với F. Để thu được thông tin B đã giấu, chỉ cần có ảnh kết quả và các khoá mà không cần đến ảnh môi trường. Kí hiệu: F: Ảnh môi trường được dùng để mang dữ liệu B, được chia thành từng khối Fi kích thước m*n. K: Dùng chung bởi người gửi và người nhận (nếu K là ma trận khoá thì có kích thước m*n là ma trận chỉ gồm 0 và 1). W: Ma trận trọng số cấp r, kích thước m*n cũng được dùng chung bởi người gửi và người nhận. GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 27 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh r: Số lượng bit được giấu trong mỗi khối ảnh kích thước m*n của F, r phải thoả mãn bất đẳng thức: 2r-1 m*n. B: k*r bít dữ liệu cần giấu, được tách thành k chuỗi r bit . 3.4.1.2. Các khái niệm cơ bản  Ảnh thứ cấp và ma trận nhị phân Trước hết ta quan tâm đến các đối tượng chính là các ảnh thứ cấp hay ảnh một bit màu. Đó là những bức ảnh mà mỗi điểm ảnh chỉ là đen hoặc trắng, được qui định bởi 1 bit. Nếu bit mang giá trị 0 thì điểm ảnh là điểm đen, nếu là 1 thì điểm ảnh là điểm trắng. Do đó, để biểu diễn một điểm ảnh đen trắng ta có thể dùng một ma trận nhị phân, là ma trận mà mỗi phần tử chỉ nhận một trong hai gía trị là 0 hoặc 1.  Khoá bí mật Khoá bí mật K có thể: - Có độ dài không thay đổi. - Có độ dài biến thiên. - Khoá bí mật là một ma trận ảnh. - Khoá bí mật là một ma trận nhị phân có cùng kích thước khối ảnh được dùng chung bởi người giấu tin và người giải mã thông tin.  Ma trận trọng số cấp r Ma trận trọng số cũng là một ma trận số có cùng kích thước với khoá và được sử dụng bởi người giấu tin và người giải mã thông tin. Tuy nhiên, ma trận trọng số cần phải thoả mãn số yêu cầu xác định. Một ma trận w kích thước m*n được gọi là ma trận cấp r nếu mỗi phần tử của tập hợp { 1,2,...,2r-1} xuất hiện trong w ít nhất một lần và các phần tử của w chỉ nhận giá trị trong tập hợp {1,2,...,2r-1} với n, m, r là các số tự nhiên thoả mãn 2r-1 m*n. GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 28 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh Từ những định nghĩa ta nhận thấy với mỗi m,n,r thoả mãn 2 r-1 m*n sẽ có biểu thức:  c 2r  1 mn r * (2 r  1)!*(2 r  1) mn ( 2  1) khả năng chọn w. Ví dụ: - Với m = n = 2, r = 2 ta sẽ có 128 khả năng chọn w. - Với m = n = 4, r = 4 ta sẽ có 2.326.692.130.963.200 khả năng lựa chọn w. Con số này đủ lớn để làm giảm nguy cơ thông tin bị giải mã bởi những kẻ phá hoại.  Phép đảo bit Phép đảo bit là một phép biến đổi trên các bit nhị phân. Đảo bit b tương đương với phép biến đổi thay b bởi (1 – b)mod2, tức là nếu ban đầu b nhận giá trị 0 thì sau khi đảo thì nó nhận giá trị 1 và ngược lại, nếu ban đầu b có giá trị 1 thì sau khi đảo nó sẽ mang giá trị 0.  Các phép toán trên ma trận Trước hết, ta coi một bitmap như là một ma trận số nguyên, vì vậy thuật ngữ bitmap và ma trận đôi khi được dùng với nghĩa tương đương. Giả sử có ma trận B, kí hiệu: + B[i,j] là phần tử nằm ở hàng thứ i, cột thứ j của ma trận B. + SUM(B) là tổng tất cả các phần tử của ma trận B. Cho hai ma trận A và B có cùng kích thước ta định nghĩa hai phép toán ma trận:  Định nghĩa 1: Phép hoặc loại trừ  :  : là phép toán trên hai ma trận nhị phân xác định như sau: A  B =C C[i,j]=A[i,j]  B[i,j] GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 29 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh Trong đó: A B A B 0 0 0 0 1 1 1 0 1 1 1 0  Ví dụ 1:  0 1 0   Giả sử có hai ma trận Fi và K sau: Fi =  1 0 1  1 1 0  0 1 1   K =  1 1 0  0 1 1 Khi đó phép hoặc loại trừ giữa hai ma trận này cho ta kết quả:  0 1 0   Fi  K =  1 0 1   1 1 0  Định nghĩa 2: Phép nhân  : Kí hiệu: A  B là phép toán xác định như sau A  B=C Trong đó: C[i,j] = A[i,j] * B[i,j]  Ví dụ 2: Giả sử có Fi , K, W như sau: GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 30 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh 1 1 0  0 1 1 1 2 3 1 0 0  1 1 0   Fi =   K=   W= 1 2 3 1 1 0  0 1 1 1 2 3 Thực hiện phép toán Fi  K ta được: 1 1 0  0 1 1   1 0 1 1 0 0     Fi  K=     1 1 0  =  0 1 0 1 1 0  0 1 1  1 0 1 Tiếp theo thực hiện phép  với W.  1 0 1 1 2 3  1 0 3   (Fi  K)  W =  0 1 0  1 2 3 =  0 2 0  1 0 1 1 2 3  1 0 3 Và cuối cùng tính tổng SUM ((Fi  K)  W) =1+3+2+1+3=10. 3.4.1.3. Các kỹ thuật giấu tin trong ảnh thứ cấp  Sử dụng khoá bí mật K cố định - Thuật toán:  Mã hoá: Giả sử chung ta cần giấu bit b vào trong ảnh. Cắt một đoạn gồm có k điểm ảnh và giấu b vào trong ảnh. Trong đó k là khoá (k lẻ). d= F/k = số đoạn. Giải thuật dựa vào tính chẵn lẻ:  Bước 1: Đọc liên tiếp k điểm ảnh. Gọi là f. Ký hiệu Sum(f): là tổng số bit 1 có trong k. Đặt t= Sum(f) mod 2.  Bước 2: So sánh t và b: Nếu b và t cùng tính chẵn lẻ: thì không làm gì. Nếu t và b khác tính chẵn lẻ: thì ta tìm cách sửa đúng 1 bit trong f: GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 31 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh Khi đó f  f’: sao cho f’ và b là cùng tính chẵn lẻ.  Bước 3: Việc sửa bit được tiến hành như sau: Ta chọn chính sách: - Nếu có nhiều điểm đen và có điểm trắng thì sửa điểm trắng thành điểm đen. - Nếu có nhiều điểm trắng và có điểm đen thì sửa điểm đen thành điểm trắng. - Nếu số điểm đen và điểm trắng xấp xỉ bằng nhau thì chọn ngẫu nhiên 1 bit để sửa. - Nếu bit không quan trọng, bit nằm ở những đoạn cùng màu thì việc sửa tập trung vào bit không quan trọng của những đoạn cùng màu lớn nhất.  Giải mã : Chỉ cần có ảnh f’ và khoá k.  Bước 1: Đọc k điểm ảnh liên tiếp. Gọi là f.  Bước 2: Tính Sum(f) : Nếu Sum(f) : chẵn. Suy ra : bít b = 0 Nếu Sum(f) : lẻ. Suy ra : bit b=1  Bước 3: Chuyển đổi bít thành kí tự - Đặc điểm của thuật toán: Giải mã nhanh. Nhưng vì khoá cố định nên dễ bị phát hiện. Có thể cải tiến thuật toán bằng cách nén trước khi mã hoá. - Tính đúng của thuật toán GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 32 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh Người ta chứng minh tính đúng đắn của thuật toán bằng cách dưa trên chính văn bản của thuật toán đã trình bày.  Sử dụng khoá bí mật K cố định với chiều dài thay đổi - Thuật toán:  Mã hóa: Giả sử chúng ta cần giấu bit b vào trong ảnh. Cắt một đoạn gồm có ki (i=1, 2 ,.., n) điểm ảnh và giấu b vào trong ảnh. Trong đó k là khóa, là số tự nhiên ngẫu nhiên. K= ( k1 , k2 ,..., k n ) d = (n x m) sum ( k1 , k2 ,..., k n ) x 1 = số đoạn Giải thuật dựa vào tính chẵn lẻ:  Bước 1: Đọc liên tiếp ki điểm ảnh. Gọi là fi. Ký hiệu sum( f i ): Là tổng số bit 1 có trong ki . Đặt t = Sum( ki ) mod 2.  Bước 2: So sánh t và b : Nếu t và b có cùng tính chẵn lẻ : thì không làm gì. Nếu t và b khác tính chẵn lẻ: thì ta tìm cách sửa đúng 1 bit trong f : Khi đó f  f ' : sao cho f ' và b là cùng tính chẵn lẻ.  Bước 3 : Việc sửa bit được tiến hành như sau : Ta chọn chính sách : - Nếu có nhiều điểm đen và có điểm trắng thì sửa điểm trắng thành điểm đen. - Nếu có nhiều điểm trắng và có điểm đen thì sửa điểm đen thành điểm trắng. GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 33 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh - Nếu số điểm đen và điểm trắng xấp xỉ bằng nhau thì chọn ngẫu nhiên 1 bit để sửa. - Nếu bit không quan trọng, bit nằm ở nhữngđoạn cùng màu thì việc sửa tập trung vào bit không quan trọng của những đoạn cùng màu lớn nhất.  Giải mã : Chỉ cần có ảnh f ' và khóa ki .  Bước 1: Đọc ki điểm ảnh liên tiếp. Gọi là fi  Bước 2: tính Sum( f i ): - Nếu Sum( f i ): Chẵn Suy ra bit b = 0 - Nếu Sum( f i ) : Lẻ suy ra bit b = 1  Bước 3 : Chuyển đổi bit thành kí tự. - Đặc điểm của thuật toán: Như vậy, khi chọn các bit thay đổi trong từng đoạn phù hợp thì bức ảnh sau khi giấu sẽ ít thay đổi so với bức ảnh ban đầu. - Ưu điểm thuật toán: Một bit dữ liệu được ẩn trong bức ảnh có thể không làm thay đổi hình ảnh ban đầu bức ảnh. Do đó độ an toàn sẽ cao hơn. Vì khóa thay đổi nên việc tìm cách giải mã của đối phương sẽ gặp nhiều khó khăn. Khóa k chỉ được trao đổi giữa người nhận và người gửi.  Sử dụng khoá bí mật K là một ma trận ảnh (WL) - Thuật toán: Ta xem một bức ảnh nhị phân F, khoá K là một ma trận ảnh kích thước m x n và một số bit cần giấu. Để đơn giản ta xem kích thước của ảnh F là bội số của m x n. Việc giấu bằng cách thay đổi một số bit của F. GVHD: ThS. Bùi Đức Trình SVTH: Nguyễn Văn Mạnh Trang 34 Đồ án tốt nghiệp Tìm hiểu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh,xây dựng ứng dụng tích hợp mật mã vào giấu tin trong ảnh  Mã hoá:  Bước 1: Chia F thành những khối, mỗi khối có kích thước m x n. Tính S = Sum( Fi  K), S k = SUM(K)  Bước 2: Với mỗi khối Fi , kiểm tra điều kiện 0 < S < S k thì cho phép giấu tin Fi . Nếu không thoả mãn điều kiện thì giữ nguyên Fi , không thay đổi bit nào.  Bước 3: Xem bit muốn giấu vào khối Fi là b, sau đó thực hiện các bước sau để thay đổi Fi : Nếu (S mod 2=b) thì giữ nguyên Fi . Nếu S =1 thì chọn ngẫu nhiên một bít Fi [j,k]=0 mà K[j,k] = 1 thì đổi Fi [j,k] về 1; Nếu S=Sk-1 thì chọn ngẫu nhiên 1 bit Fi [j,k] =1 mà K [j,k] = 0 thì đổi Fi [j,k] về 0; Nếu 1 sum( Fi  K)= b mod 2 Khi người thu xác định được 0 < sum(Fi  K)

This site is protected by reCAPTCHA and the Google Privacy Policy and Terms of Service apply.