Luận Văn Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật và thủy vân ảnh

LỜI MỞ ĐẦU​ Các kỹ thuật đảm bảo an toàn thông tin cho thông tin liên lạc số được chia thành 3 loại (Categories). Đó là mật mã (Cryptography), giấu tin mật (Steganography) và thủy vân số (watermarking). Mỗi loại có những ứng dụng và mục tiêu khác nhau nhưng đều đảm bảo an toàn cho việc truyền tin mật trên kênh không an toàn.
Các kỹ thuật Cryptography và steganography nói chung được dùng để truyền những thông tin nhạy cảm (confidential infomation) giữa hai hay nhiều thực thể trong cùng một nhóm với nhau. Tuy nhiên giữa chúng có những sự khác nhau.
Cryptography sử dụng những phép biến đổi toán học để mã hóa bản thông điệp, biến một thông điệp đọc được có nghĩa thành một dãy giả ngẫu nhiên, mà người ta gọi là bản mã, để truyền trên mạng công cộng đến người nhận có chủ đích. Đó là khi hai người chẳng hạn là Alice và Bob liên lạc mật với nhau thì mặc dù Wendy không đọc được nội dung thông tin nhưng Wendy rõ ràng là biết được giữa Alice và Bob đang có ý đồ “đen tối” nào đó.
Ngược lại, với steganography thì Wendy không thể biết được giữa Alice và Bob đang có sự liên lạc truyền thông tin mật cho nhau. Để đảm bảo được điều này, Alice và Bob sử dụng một vật trung gian số ở đây là audio, video, hoặc images
Trong phạm vi nghiên cứu, ta giả thiết vật trung gian ở đây là ảnh số(ảnh đen trắng, ảnh màu hoặc ảnh đa cấp xám). Người ta đã lợi dụng độ “dư thừa” trong ảnh để nhúng (embedding) các bít thông điệp mật vào đó, do sự “dư thừa” này có thay đổi chút ít sẽ không làm thay đổi đến ảnh. Để đảm bảo bí mật tuyệt đối người ta sẽ mã hóa bức thông điệp trước khi thực hiện nhúng chúng vào ảnh.
Còn thủy vân số(watermarking) về nguyên lý tương tự như steganography nhưng có khác nhau về mục đích ứng dụng. Mục tiêu của watermarking là những thông tin được nhúng trong ảnh phải đảm bảo sao cho watermark không thể bị dịch chuyển mà không phá hủy chính ảnh mang tin đó. Watermaking thường được ứng dụng trong các lĩnh vực như bảo vệ bản quyền.
Hiện nay ngoài mật mã học, steganography và watermaking đang phát triển rất mạnh. Trên thế giới cho đến nay đã có nhiều công trình nghiên cứu vấn đề này và đang trở thành một hướng đi mới trong lĩnh vực An toàn thông tin, chống giả mạo. Ở trong nước thì đây là một lĩnh vực mới được nghiên cứu trong những năm gần đây của thế kỷ 21, và cũng mới đươc quan tâm chủ yếu ở một số viện nghiên cứu khoa học, và một số trường Đại học lớn như viện công nghệ thông tin, trường Đại Học Công nghệ thuộc Đại Học Quốc Gia Hà Nội và TP. HCM, Đại Học Đà Nẵng.
Tin rằng lĩnh vực nghiên cứu này có nhiều hứa hẹn trong tương lai gần và dần trở thành một hướng đi mới trong lĩnh vực Bảo Đảm An toàn thông tin rất có hiệu quả. Chính vì vậy, em đã chọn đề tài : « ìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật và thuỷ vân ảnh » làm đồ án tốt nghiệp của mình. Do đây là hướng mới của an toàn thông tin với lại do trình độ của em có phần hạn chế nên kết quả của nó chắc còn nhiều thiếu sót, em kính mong được sự góp ý, chỉ bảo của thầy (cô).


Mục lục​ LỜI MỞ ĐẦU . 4
CHƯƠNG 1: NHỮNG KHÁI NIỆM CƠ BẢN 6
1.1 Mở đầu . 6
1.2 Những khái niệm cơ bản 7
1.2.1 Những quy ước 7
1.2.2 Những tính chất cơ bản của steganography và watermarking 7
1.2.2.1 steganography . 7
1.2.2.2 Watermarking 8
1.3 Một số ứng dụng và xu hướng phát triển . 9
CHƯƠNG 2: STEGANOGRAPHY SECURITY (MỨC ĐỘ AN TOÀN CỦA GIẤU TIN MẬT) 10
2.1 Khái quát chung . 10
2.2 Dung lượng chứa thông tin ẩn(steganography capacity) 11
2.3 Các kỹ thuật giấu tin mật trong ảnh (image steganography ) . 12
2.3.1 Nhúng tin trong miền không gian (Spatial Domain Embedding) 12
2.3.2 Nhúng thông tin trong miền biến đổi(Transform Domain Embedding). 12
CHƯƠNG 3: GIẤU TIN TRÊN ẢNH TĨNH . 14
3.1 Giấu tin trong ảnh những đặc trưng và tính chất 14
3.1.1 Phương tiện chứa có giữ liệu tri giác tĩnh . 14
3.1.2 Kỹ thuật giấu phụ thuộc vào ảnh 14
3.1.3 Kỹ thuật giấu tin lợi dụng tính chất hệ thống thị giác của con người (HSV) 14
3.1.4 Giấu thông tin trong ảnh tác động lên dữ liệu ảnh nhưng không thay đổi kích thước của ảnh . 15
3.1.5 Đảm bảo yêu cầu chất lượng ảnh sau khi giấu thông tin 15
3.1.6 Thông tin trong ảnh sẽ bị biến đổi nếu có bất cứ một biến đổi nào trên ảnh 16
3.1.7 Cần thiết ảnh gốc khi giải mã ảnh? 16
3.2 Giấu thông tin trong ảnh đen trắng, ảnh màu và ảnh đa cấp xám 17
3.3 Cấu trúc ảnh BITMAP . 18
3.4 Một số kỹ năng xử lý ảnh trong kỹ thuật giấu tin 21
CHƯƠNG 4: MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH ĐEN TRẮNG VÀ ẢNH MÀU . 29
4.1 Một kỹ thuật giấu tin đơn giản . 29
4.1.1 Ý tưởng 29
4.1.2 Thuật toán giấu tin 29
4.1.3 Phân tích thuật toán . 32
4.1.4 Cài đặt . 34
4.1.5 Vấn đề áp dụng thuật toán trong ảnh đen trắng và ảnh màu, ảnh đa cấp xám. 37
4.2 Kỹ thuật giấu WU_LEE . 41
4.2.2 Phân tích thuật toán 45
4.2.3 Cài đặt . 46
4.3 Kỹ thuật giấu tin CHEN_PAN_TSENG(CPT) 48
4.3.1 Một số khái niệm dùng trong thuật toán: . 48
4.3.2 Thuật toán . 49
4.3.3 Chứng minh tính đúng đắn của thuật toán . 55
4.2.4 Độ an toàn của thuật toán . 56
4.3.5 Phân tích đánh giá thuật toán 58
CHƯƠNG 5: THỦY VÂN SỐ TRÊN ẢNH TĨNH 59
5.1 Giới thiệu chung về kỹ thuật thủy vân . 59
5.1.1 Watermarking và Steganography 59
5.1.2 Các yêu cầu cơ bản của hệ thủy vân trên ảnh 61
5.1.3 Những tấn công trên hệ thủy vân . 63
5.2 Những khuynh hướng tiếp cận thủy vân 65
5.2.1 Hướng tiếp cần dựa trên miềm không gian ảnh 65
5.2.2 Hướng tiếp cận dựa trên miền tần số của ảnh 66
5.3 Một số kỹ thuật bổ trợ cho các kỹ thuật thủy vân số trên ảnh tĩnh 67
5.3.1 Các phép biến đổi miền không gian ảnh sang miền tần số . 68
5.3.1.1 Phép biến đổi Fourier rời rạc . 68
5.3.1.2 Phép biến đổi cosin rời rạc 69
5.3.1.3 Phép biến đổi sóng lăn (Wavelet) 72
5.3.2 Kỹ thuật sinh chuỗi giả ngẫu nhiên 73
5.3.3 Các kỹ thuật trải phổ trong truyền thông . 74
5.3.4 Các thuật toán kiểm định thủy vân 76
CHƯƠNG 6: GIỚI THIỆU MỘT SỐ KỸ THUẬT THỦY VÂN TRÊN ẢNH 77
6.1 Một số kỹ thuật thuỷ vân trên miền tần số 77
6.1.1 Kỹ thuật 1 77
6.1.1.1. Mô tả thuật toán . 77
6.1.1.2. Quá trình Watermarking . 78
6.1.1.3. Quá trình giải nhúng để lấy lại thông tin: . 79
6.1.1.4. Chứng minh tính đúng đắn của thuật toán. . 79
6.1.1.5. Kết luận 80
KẾT LUẬN 82
TÀI LIỆU THAM KHẢO . 83