Đề tài Nghiên cứu kỹ thuật "che giấu" tin trong tài liệu "số hóa"

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHÒNGNGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN----------------------*----------------------BÁO CÁO TỐT NGHIỆP Đề Tài: NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT “CHE GIẤU” TIN TRONG TÀI LIỆU “SỐ HOÁ” Giáo viên hướng dẫn : PSG.TS.Trịnh Nhật Tiến Sinh viên thực hiện : Nguyễn Thị Thuỳ Liên Lớp : CT701 Mã SV : 10405 Khoá : 7NỘI DUNG CHÍNHChương 1: VẤN ĐỀ MÃ HOÁ THÔNG TINChương 2: VẤN ĐỀ GIẤU TINChương 3: PHỐI HỢP MÃ HOÁ VÀ GIẤU TINChương 1: VẤN ĐỀ MÃ HOÁ THÔNG TIN1.1 KHÁI NIỆM MÃ HOÁ THÔNG TIN Định nghĩa: Hệ mật mã là một bộ 5 (P, C, K, E, D) thoả mãn các điều kiện sau:1. P là một tập hữu hạn các bản rõ có thể.2. C là tập hữu hạn các bản mã có thể.3. K (không gian khoá) là tập hữu hạn các khoá có thể.4. Đối với mỗi k K có một quy tắc mã: P → C và một quy tắc giải mã tương ứng dk D. Mỗi ek: P → C và dk: C → P là những hàm mã: dk (ek (x)) = x với mọi bản rõ x P. Kênh liên lạcTSBộ mã hoáBộ giải mãRKênh an toànNguồn khoá1.2 PHÂN LOẠI MÃ HOÁCác hệ thống mã hoá phổ biến thuộc một trong 2 loại sau: Mã hoá với khoá đối xứng(Symmetric-key Encryption) Mã hoá với khoá công khai (Public-key Encryption) Mã hóa đối xứng là hệ mã hoá mà biết được khoá lậpmã thì “dễ ” tính khoá giải mã và ngược lại. Trong một số trường hợp, hệ mã hoá khoá đối xứng có khoá lập mã giải mã trùng nhau. Mã hóa với khoá công khai sử dụng 2 khóa khác nhau để mã hóa và giải mã thông tin. 1 Hệ mã hoá đối xứng cổ điển 1.Mã dịch vòng 2. Mã thay thế 3. Mã Affine 4. Mã Vigenere 5. Mã Hill 6. Mã Hoán vị 7. Mã dòng1.2 HỆ MÃ HOÁ ĐỐI XỨNG2 Hệ mã hoá đối xứng hiện đại 1. Mã theo chuỗi bit 2. Mã theo chữ 3. Mã theo khối 4. Mã mũ 5. DES1. 3 HỆ MÃ HOÁ KHOÁ CÔNG KHAI1 Hệ mật mã RSA Định nghĩa:Cho n = p * q với p, q là số nguyên tố lớn. Đặt P = C = ZnChọn b nguyên tố với , = (p - 1)(q - 1).K = {(n, a, b): a * b 1 (mod )}.Giá trị n và b là công khai, và a là bí mậtVới mỗi K = (n, a, b), mỗi x P, y C, ta có:Hàm mã hoá: y = ek(x) = xb mod nHàm giải mã: dk (x) = ya mod n Thực hiện hệ mật Để thiết lập hệ thống, R sẽ tuân theo các bước sau:1. R tạo 2 số nguyên tố lớn p và q.2. R tính n = p * q và = (p - 1)(q - 1)3. R chọn một số ngẫu nhiên b (1 Thuỷ vân sốGiấu thông tin bí mậtMô hình giấu tin Mô hình giấu tin vào phương tiệnchứa Thông tin cần giấu MKhoá giấu tinPhương tiện chứa tin CBộ nhúng thông tinPhương tiện chứa tin đã được giấu (S)Phân phối Mô hình tách tin từ phương tiện chứa Thông tin đã giấu MKhoá giấu tinPhương tiện chứa tin CPhương tiện chứa tin đã được giấu (S)Bộ nhúng thông tinPhân loại kỹ thuật giấu tin (1) Phân loại theo phương tiện chứa tin. (2) Phân loại theo cách thức tác động lên phương tiện. (3) Phân loại theo mục đích sử dụng.Các thành phần trong kỹ thuật giấu tin (1) Phương tiện chứa tin (2) Thông tin cần che giấu (3) Khoá giấu tin 2.2 CÁC GIAO THỨC GIẤU TIN1. Giấu tin thuần thuý Định nghĩa 1: Giấu tin thuần tuý Bộ bốn giá trị δ = (C, M, D, E) được gọi là Hệ giấu tin thuần tuý trong đó: - C là tập các phương tiện chứa thông tin có thể, M là tập các thông điệp cần giấu |C| ≥ |M|. - E: C×M  C là hàm nhúng và D: C  M là hàm tách, với tính chất D(E (c, m) ) = m với m € M và c € C.2. Giấu tin sử dụng khoá bí mật Định nghĩa 2: Giấu tin sử dụng khoá bí mật Bộ năm giá trị δ = (C, M, K, Dk, Ek) được gọi là hệ giấu tin sử dụng khoá bí mật, trong đó: - C là tập các phương tiện chứa có thể, M là tập các thông điệp cần giấu với |C| ≥ |M|, K là tập các khoá bí mật. - Ek: C ×M×K  C và Dk: C ×K  M với điều kiện Dk(Ek (c, m, k), k) = m với mọi m € M, c € C và k € K.3. Giấu tin với khoá công khai Hệ thống giấu tin với khoá công khai cũng yêu cầu có hai khoá: khóa bí mật và khóa công khai. Khóa công khai được lưu trong Cơ sở dữ liệu khoá công khai, giống như mật mã với khoá công khai, và được dùng trong quá trình nhúng thông tin. Khoá bí mật chỉ người nhận mới biết và được dùng trong quá trình tách lấy thông tin, tái tạo lại thông điệp ban đầu.2.3 GIẤU TIN TRONG DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN 1. Giấu tin trong ảnh 2. Giấu tin trong audio 3. Giấu tin trong video 2. 4 PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN TRONG MÔI TRƯỜNG ĐA PHƯƠNG TIỆN1.Một số ký hiệu- Ký hiệu c là phương tiện chứa, giả sử nó có độ dài là l(c), được biểu diễn bằng chuỗi các thành phần ci (1 ≤ i ≤ l(c)). - Phương tiện chứa đã có tin giấu, ký hiệu là s, là chuỗi các phần tử si, và độ dài phương tiện chứa (đã có giấu tin) không thay đổi.- Khoá được dùng để giấu tin, ký hiệu là k.- Thông điệp bí mật cần giấu là m, có độ dài là l(m). Các bit của m là mi, ta có 1 ≤ i ≤ l(m). mi có giá trị là 0,1 trừ trường hợp đặc biệt.2. Nguyên lý giấu tin bằng cách thay thếCó hai cách thay thế:- Thay thế các bit ít quan trọng (LSB) (Least Significant Bit) được thực hiện với ảnh màu (ví dụ loại 16 bit và 24 bit) và ảnh đa cấp xám. - Thay thế các bit trong các vùng ma trận ảnh: Người ta phải chia ma trận ảnh ra thành các khối không giao nhau, thường là các khối hình vuông, hình chữ nhật. Dựa trên các tính chất của mỗi khối đó, người ta giấu tin bằng phép đảo bit theo quy ước.3. Thay đổi các bit ít quan trọng nhất (LSB) Các thành phần trong thuật toán giấu tin LSB Ảnh F dùng làm phương tiện chứa Thuật toán lựa chọn các điểm giấu tinẢnh F’ đã chứa tinGiấu tin bằng cách thay đổi LSBThuật toán Ta xét trên phương tiện chứa là các ảnh và sẽ trình bày các bước cơ bản của thuật toán giấu thông tin qua việc thay đổi LSB. + Lựa chọn tập con {j1,..,jl(m)} các phần tử trong phương tiện chứa. + Thực hiện thay đổi LSB của bởi mi (mi có giá trị 0 hoặc 1). Khi tách thông tin ra khỏi phương tiện chứa, người ta thực hiện ngược lại: các điểm tương ứng được lựa chọn, các bit LSB của các phần tử được lựa chọn này được tách ra theo đúng quy ước, rồi tất cả được ghép lại để có được thông tin ban đầu.Thuật toán : Quá trình nhúng bằng phương pháp thay đổi LSBFor i : = 1 to l(c) do si : = ci ;End forFor i : = 1 to l(m) do Tính toán ji để lưu trữ bit thứ i của thông điệp; : = ; mi : = LSB( ) ;End forThuật toán : Quá trình tách bằng phương pháp thay đổi LSBFor i : = 1 to l(m) do Tính toán ji để lưu trữ bit thứ i của thông điệp ; mi : = LSB( ) ;End for Nhận xét Phương pháp giấu tin mật bằng cách thay đổi các bit LSB dễ bị tấn công phá vỡ. Để sử dụng phương pháp giấu tin này an toàn, người ta phải mã hoá thông điệp trước khi giấu. Một phép mã hoá đơn giản cũng sẽ làm cho kẻ tấn công lạc đường, bởi khi tách tin từ các LSB và sắp xếp chúng lại, kẻ tấn công sẽ bị nhầm với các ký tự ngẫu nhiên, khi đó phương tiện chứa được xem là không mang tin. Ngoài cách tiền xử lý, mã hoá thông tin cần gửi đi, người ta có thể dùng cách lựa chọn các điểm giấu tin trên phương tiện chứa theo một thuật toán quy ước giữa hai phía người gửi và người nhận. Thuật toán: Nhúng thông tin sử dụng lặp ngẫu nhiên. For i : = 1 to l(c) do si : = ci ; End for Tạo chuỗi ngẫu nhiên ki sử dụng mầm khoá k: n : = k1 ; for i : = 1 to l(m) do sn : = cn ; mi : = LSB(cn) ; n : = n + ki ; end forThuật toán: Tách thông tin sử dụng lặp ngẫu nhiên Tạo chuỗi ngẫu nhiên ki sử dụng mầm khoá k: n : = k1 ; for i : = 1 to l(m) do mi : = LSB(cn) ; n : = n + ki ; end for 4. Phương pháp giấu tin vào các vùng của phương tiện chứa Với ảnh đen trắng thì mỗi điểm chỉ được biểu diễn bằng một bit. Không có khái niệm bit LSB nữa, lúc này, người ta không lấy điểm ảnh làm phần tử cơ bản, mà phải lựa chọn khối điểm ảnh (vùng ảnh) làm phần tử cơ bản, để giấu tin. Định nghĩa: Vùng của phương tiện chứa là một tập con khác rỗng {c1, , cl(c)}. Thuật toán Một bit chẵn lẻ của một vùng chứa I trong phương tiện chứa, được tính theo công thức: p( I ) = Trong bước nhúng, l(m) được chọn để không giao nhau với các vùng trong phương tiện chứa tin Ii (1≤i≤l(m)), mỗi bước mã một bit mi bí mật trong bit chẵn lẻ p(Ii). Nếu bit chẵn lẻ của một vùng không phù hợp với bit mi, một LSB của giá trị trong Ii được thay đổi. Kết quả là p(Ii) = mi. Giấu tin trong ảnh đen trắngFile thông điệp cần giấu PMa trận khoá giấu tin kFile ảnh đã giấu tin F’Hệ thống giấu tin bí mậtFile ảnh bitmap đen trắng F 5. Hoán vị giả ngẫu nhiên Thuật toán Cách thứ nhất: Người gửi phải dùng chương trình tạo số giả ngẫu nhiên, tạo ra chuỗi j1, , jl(m) các phần tử chỉ mục, và lưu bit thứ k trong phần tử chỉ mục thứ jk. Cách giấu tin như vậy rất dễ xảy ra xung đột (giấu nhiều hơn một bit vào một điểm của phương tiện chứa). Cách thứ 2: Để giải quyết vấn đề xung đột, ta cần kiểm soát đầu ra của bộ tạo số giả ngẫu nhiên. Rất đơn giản, ta kiểm soát các phần tử đã được giấu tin trong đó, chỉ giấu tin vào các phần tử chưa được giấu tin mà thôi. 6. Giảm chất lượng ảnh để giấu tin. Thuật toán Với một ảnh làm phương tiện chứa và một ảnh bí mật cần gửi đi, bằng các kỹ thuật tách các bit LSB, người gửi thay đổi 4 bit có trọng số thấp nhất (của các giá trị xám hoặc màu) của ảnh làm phương tiện chứa, bằng 4 bit có trọng số cao nhất của ảnh bí mật. Tại phía người nhận một thủ tục ngược lại sẽ được thực hiện để tách các dữ liệu bí mật ra khỏi phương tiện chứa. 7. Giấu tin trong ảnh màua.Giấu tin trong các định dạng ảnh dùng bảng màu Ý tưởng Ảnh có sử dụng bảng màu thường gồm hai phần, một bảng màu xác định N màu và một danh sách cặp chỉ số (i, ci) gán vectơ màu ci­ cho mỗi chỉ mục i, phần tử thứ hai là dữ liệu ảnh thực sự được gán chỉ số màu cho mỗi điểm chứ không phải là một màu. Thuật toán Ta có thể giấu tin vào bảng màu, dựa trên trật tự sắp xếp trong bảng màu. Trong ảnh có sử dụng N màu, như vậy có thể có N! cách sắp xếp các màu trong bảng màu, với giá trị N không lớn, N! cũng đủ độ lớn để cho ta mã hoá một thông điệp cỡ nhỏ. b. Giấu tin trong các ảnh màu thông thường Sơ đồ nguyên lý giấu tin trong ảnh màu Ảnh màu FPhần ảnh F2Ảnh BW F1Ảnh BW F1’Ảnh màu F’Tách bit LSBGiấu tinKết hợp KẾT LUẬN Giấu thông tin là một kỹ thuật đang được sử dụng rất phổ biến trong việc liên lạc bí mật. Nó đảm bảo các yêu cầu liên lạc bí mật và an toàn trong các trường hợp nhạy cảm, phức tạp. Việc bảo vệ thông tin bằng 2 lớp: mã hoá và giấu tin, bảo đảm truyền thông tin được an toàn, hiệu quả. Mã hóa thông tin, sau đó giấu tin vào trong phương tiện chứa làm cho kẻ giám sát không phát hiện việc truyền tin, nếu có phát hiện thì cũng “khó” lấy được thông tin. Em xin ch©n thµnh c¶m ¬n