Luận Văn Tìm hiểu ảnh JPEG và thuật toán giấu tin trong ảnh JPEG

Đồ án tốt nghiệp
Đề tài: Tìm hiểu ảnh JPEG và thuật toán giấu tin trong ảnh JPEG


PHỤC LỤC
PHỤC LỤC . 1
LờI CảM ƠN . 3
MỞ ĐẦU . 5
CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT GIẤU TIN . 8
1.1 KHÁI NIệM 8
1.2 CÁC Kỹ THUậT GIấU TIN . 8
1.3 MÔ HÌNH GIấU TIN VÀ GIảI TIN TổNG QUÁT 9
1.4 Sự KHÁC BIệT GIŨA STEGANOGRAPHY, WATERMARKING VÀ CRYPTOGRAPHY 10
1.5 MộT Số ứNG DụNG ĐƯợC TRIểN KHAI . 11
1.6 MÔI TRƯờNG GIấU TIN . 13
1.6.1 Giấu tin trong audio 13
1.6.2 Giấu thông tin trong video 14
1.6.3 Giấu tin trong ảnh số 14
CHƯƠNG 2. ẢNH SỐ 18
2.1 GIớI THIệU Về ảNH Số 18
2.2 ẢNH RASTER 18
2.2.1 Các loại ảnh raster 19
2.2.2 Định dạng ảnh raster 19
2.3 ẢNH VECTOR 20
2.4 CÁC Kỹ THUậT NÉN ảNH (IMAGE COMPRESSION) . 22
CHƯƠNG 3. ẢNH BITMAP (BMP) VÀ THUẬT TOÁN LSB ĐƠN GIẢN 24
3.1 ẢNH BMP 24
3.1.1 Khả năng lưu trữ . 24
3.1.2 Device-independent bitmaps và định dạng file BMP . 25
3.1.3 BMP file header . 26
3.1.4 Bitmap information (DIB header) . 27
3.1.5 Bảng màu (Color palette) . 29
3.1.6 Dữ liệu ảnh bitmap 30
3.2 THUậT TOÁN LSB ĐƠN GIảN TRÊN MIềN KHÔNG GIAN . 31
CHƯƠNG 4. ẢNH JPEG 34
4.1 CHUẩN JPEG VÀ ứNG DụNG 34
4.2 CấU TRÚC ảNH JPEG . 35
4.3 VÍ Dụ MÃ HÓA VÀ GIảI MÃ ảNH JPEG . 42
4.3.1 Mã hóa 43
4.3.2 Giải mã file JPEG 53
CHƯƠNG 5. THUẬT TOÁN LSB (YU-YUAN, HSIANG-KUANG PAN VÀ YU-CHEE TSENG) VÀ ỨNG DỤNG VỚI ẢNH BMP VÀ JPEG . 57
5.1 GIớI THIệU 57
5.2 THUậT TOÁN . 58
5.2.1 Các kí hiệu dùng trong thuật toán . 58
5.2.2 Đặt vấn đề 58
5.2.3 Các bước giấu tin vào Fi . 60
5.3 Độ AN TOÀN CủA THUậT TOÁN . 62
5.4 VÍ Dụ MINH HọA GIấU TIN TRONG ảNH BITMAP (BMP) . 63
5.5 GIấU TIN TRONG ảNH JPEG 66
CHƯƠNG 6. CÀI ĐẶT VÀ CHƯƠNG TRÌNH MINH HỌA . 70
6.1 CÀI ĐặT CHƯƠNG TRÌNH 70
6.2 MÔ HÌNH LớP . 70
6.3 MÔ HÌNH TUầN Tự CHO CHứC NĂNG GIấU TIN . 73
6.3.1 Mô hình giấu tin vào ảnh bitmap . 74
6.3.2 Mô hình giấu tin vào ảnh JPEG . 75
6.4 MÔ HÌNH TUầN Tự CHO CHứC NĂNG GIảI TIN 76
6.4.1 Mô hình giải tin từ ảnh BMP . 77
KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN 86
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 88


MỞ ĐẦU
Giới thiệu và mục tiêu của đề tài
Cuộc cách mạng thông tin kỹ thuật số đã đem lại những thay đổi sâu sắc trong xã
hội và trong cuộc sống của chúng ta. Những thuận lợi mà thông tin kỹ thuật số mang
lại cũng sinh ra những thách thức và cơ hội mới cho quá trình đổi mới. Sự ra đời những
phần mềm có tính năng mạnh, các thiết bị mới như máy ảnh kỹ thuật số, máy quét chất
lượng cao, máy in, máy ghi âm kỹ thuật số, v.v cùng với mạng Internet toàn cầu như
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 đã tác động rất lớn đến đời sống con người
chúng ta. Và, chính trong môi trường mở, tiện nghi như thế các vấn nạn và tiêu cực xã
hội cũng không ngừng tăng cao. Do đó, xã hội đang rất cần đến các giải pháp hữu hiệu
cho vấn đề an toàn thông nhằm ngăn ngừa và chống lại các tệ nạn ăn cắp bản quyền,
nạn xuyên tạc thông tin, truy nhập thông tin trái phép v.v
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, AES .và phương pháp này đã
được chứng minh thực tế là rất hiệu quả và được ứng dụng phổ biến.
Nhưng ở đây ta không định nói về các hệ mã mật mà ta tìm hiểu 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 (Steganography) là một kỹ thuật nhúng thông tin (embedding)
vào trong một nguồn đa phương tiện gọi là các phương tiện chứa (host data) mà không
gây ra sự nhận biết về sự tồn tại của thông tin giấu (invisible).
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, 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 rất nhiều các công
trình nghiên cứu. 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. Các kỹ thuật sao
chép, 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 rất nhiều vấn đề nhức nhối về nạn ăn cắp bản quyền,
phân phối bất hợp pháp, xuyên tạc trái phép .
Sự khác biệt chủ yếu giữa mã hoá thông tin và giấu thông tin là phương pháp mã
hoá làm cho các thông tin hiện rõ là nó có được mã hoá hay không, còn đối với phương
pháp giấu thông tin thì người ta sẽ khó biết được là có thông tin giấu bên trong do tính
chất ẩn (invisible) của thông tin được giấu. Một khi những thông tin mã hoá bị phát
hiện thì những tên tin tặc sẽ tìm mọi cách để triệt phá. Và cuộc chạy đua giữa những
người bảo vệ thông tin và bọn tin tặc vẫn chưa kết thúc tuyệt đối về bên nào. Trong
hoàn cảnh đó thì giấu thông tin trở thành một phương pháp hữu hiệu.
Mục tiêu của đề tài
Với mục đích hiểu rõ thêm về information hiding (IH),đề tài của em sẽ tìm hiểu
về một nhánh của IH đó là steganography (giấu tin mật) và đây là một nhánh nghiên
cứu khá nổi trội trong vấn đề bảo mật ngày nay.
Đề tài sẽ áp dụng kỹ thuật này lên đối tượng ảnh số bitmap và quan trọng hơn cả
là ảnh JPEG sủ dụng thuật toán giấu tin vào các bit ít quan trọng (LSB - least
significant bit) của 3 nhà khoa học Đài Loan là Yu-Yuan, Hsiang-Kuang Pan và Yu-Chee Tseng (Department of Computer Science and Information Engineering National
Chiao Tung University Hsin-Chu, 30050, Taiwan).

CHƯƠNG 1. KỸ THUẬT GIẤU TIN
1.1 Khái niệm
Giấu tin là kỹ thuật nhúng một thông tin nào đó có tính chất nhạy cảm vào một
đối tượng chứa nhằm che giấu sự tồn tại của tin đó trước các đối thủ nhưng vẫn không
làm ảnh hưởng nhiều đến chất lượng của đối tượng chứa.
1.2 Các kỹ thuật giấu tin
Do kỹ thuật giấu tin mới được hình thành trong những năm gần đây nên hướng
phát triển chưa ổn định. Nhiều phướng pháp mới theo nhiều khía cạnh khác nhau đang
được đề xuất, bởi vậy một định nghĩa chình xác, một đánh giá phân loại rõ ràng chưa
thể thực hiện được. Sơ đồ phân loại được Fabien A.P Peticolas đề xuất năm 1999 như
sau:


TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. INTERNATIONAL TELECOMMUNICATION UNION (ITU, Information
Technology – Digital Compression and Coding of Continuous-Tone Still
Images - Requirements and GuildLines.
[2]. John Miano, Compressed Image File Formats JPEG, PNG, GIF, XBM, BMP.
[3]. Niels Provos, Peter Honeyman - University of Michigan, Hide and Seek - An
Introduction to Steganography
[4]. Yu-Yuan, Hsiang-Kuang Pan và Yu-Chee Tseng, A Secure Data Hiding Sheme
for Binary Image.
Các website:
◦ www.impulseadventure.com
◦ www.wikipedia.org
◦ http://www.visualwatermark.com/watermarking_faq.htm
◦ Các diễn đàn khác.