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

TRƯỜNG ĐẠI HỌC DÂN LẬP HẢI PHềNGNGÀNH CễNG NGHỆ THễNG TIN----------------------*---------------------- BÁO CÁO TỐT NGHIỆP Đề Tài: NGHIấN CỨU KỸ THUẬT “CHE GIẤU” TIN TRONG TÀI LIỆU “SỐ HOÁ” Giỏo viờn hướng dẫn : PSG.TS.Trịnh Nhật Tiến Sinh viờn thực hiện : Nguyễn Thị Thuỳ Liờn Lớp : CT701 Mó SV : 10405 Khoỏ : 7 NỘI DUNG CHÍNH Chương 1: VẤN ĐỀ MÃ HOÁ THễNG TIN Chương 2: VẤN ĐỀ GIẤU TIN Chương 3: PHỐI HỢP MÃ HOÁ VÀ GIẤU TIN Chương 1: VẤN ĐỀ MÃ HOÁ THễNG TIN 1.1 KHÁI NIỆM MÃ HOÁ THễNG TIN Định nghĩa: Hệ mật mó là một bộ 5 (P, C, K, E, D) thoả món cỏc điều kiện sau: 1. P là một tập hữu hạn cỏc bản rừ cú thể. 2. C là tập hữu hạn cỏc bản mó cú thể. 3. K (khụng gian khoỏ) là tập hữu hạn cỏc khoỏ cú thể. 4. Đối với mỗi k K cú một quy tắc mó: P → C và một quy tắc giải mó tương ứng dk D. Mỗi ek: P → C và dk: C → P là những hàm mó: dk (ek (x)) = x với mọi bản rừ x P. Kờnh liờn lạc T S Bộ mó hoỏ Bộ giải mó R Kờnh an toàn Nguồn khoỏ 1.2 PHÂN LOẠI MÃ HOÁ Cỏc hệ thống mó hoỏ phổ biến thuộc một trong 2 loại sau: Mó hoỏ với khoỏ đối xứng(Symmetric-key Encryption) Mó hoỏ với khoỏ cụng khai (Public-key Encryption) Mó húa đối xứng là hệ mó hoỏ mà biết được khoỏ lập mó thỡ “dễ ” tớnh khoỏ giải mó và ngược lại. Trong một số trường hợp, hệ mó hoỏ khoỏ đối xứng cú khoỏ lập mó giải mó trựng nhau. Mó húa với khoỏ cụng khai sử dụng 2 khúa khỏc nhau để mó húa và giải mó thụng tin. 1 Hệ mó hoỏ đối xứng cổ điển 1.Mó dịch vũng 2. Mó thay thế 3. Mó Affine 4. Mó Vigenere 5. Mó Hill 6. Mó Hoỏn vị 7. Mó dũng 1.2 HỆ MÃ HOÁ ĐỐI XỨNG 2 Hệ mó hoỏ đối xứng hiện đại 1. Mó theo chuỗi bit 2. Mó theo chữ 3. Mó theo khối 4. Mó mũ 5. DES 1. 3 HỆ MÃ HOÁ KHOÁ CễNG KHAI 1 Hệ mật mó RSA Định nghĩa: Cho n = p * q với p, q là số nguyờn tố lớn. Đặt P = C = Zn Chọn b nguyờn tố với , = (p - 1)(q - 1). K = {(n, a, b): a * b 1 (mod )}. Giỏ trị n và b là cụng khai, và a là bớ mật Với mỗi K = (n, a, b), mỗi x P, y C, ta cú: Hàm mó hoỏ: y = ek(x) = xb mod n Hàm giải mó: dk (x) = ya mod n Thực hiện hệ mật Để thiết lập hệ thống, R sẽ tuõn theo cỏc bước sau: 1. R tạo 2 số nguyờn tố lớn p và q. 2. R tớnh n = p * q và = (p - 1)(q - 1) 3. R chọn một số ngẫu nhiờn b (1 Thuỷ võn số Giấu thụng tin bớ mật Mụ hỡnh giấu tin Mụ hỡnh giấu tin vào phương tiệnchứa Thụng tin cần giấu M Khoỏ giấu tin Phương tiện chứa tin C Bộ nhỳng thụng tin Phương tiện chứa tin đó được giấu (S) Phõn phối Mụ hỡnh tỏch tin từ phương tiện chứa Thụng tin đó giấu M Khoỏ giấu tin Phương tiện chứa tin C Phương tiện chứa tin đó được giấu (S) Bộ nhỳng thụng tin Phõn loại kỹ thuật giấu tin (1) Phõn loại theo phương tiện chứa tin. (2) Phõn loại theo cỏch thức tỏc động lờn phương tiện. (3) Phõn loại theo mục đớch sử dụng. Cỏc thành phần trong kỹ thuật giấu tin (1) Phương tiện chứa tin (2) Thụng tin cần che giấu (3) Khoỏ giấu tin 2.2 CÁC GIAO THỨC GIẤU TIN 1. Giấu tin thuần thuý Định nghĩa 1: Giấu tin thuần tuý Bộ bốn giỏ trị δ = (C, M, D, E) được gọi là Hệ giấu tin thuần tuý trong đú: - C là tập cỏc phương tiện chứa thụng tin cú thể, M là tập cỏc thụng điệp cần giấu |C| ≥ |M|. - E: CìM  C là hàm nhỳng và D: C  M là hàm tỏch, với tớnh chất D(E (c, m) ) = m với m € M và c € C. 2. Giấu tin sử dụng khoỏ bớ mật Định nghĩa 2: Giấu tin sử dụng khoỏ bớ mật Bộ năm giỏ trị δ = (C, M, K, Dk, Ek) được gọi là hệ giấu tin sử dụng khoỏ bớ mật, trong đú: - C là tập cỏc phương tiện chứa cú thể, M là tập cỏc thụng điệp cần giấu với |C| ≥ |M|, K là tập cỏc khoỏ bớ mật. - Ek: C ìMìK  C và Dk: C ìK  M với điều kiện Dk(Ek (c, m, k), k) = m với mọi m € M, c € C và k € K. 3. Giấu tin với khoỏ cụng khai Hệ thống giấu tin với khoỏ cụng khai cũng yờu cầu cú hai khoỏ: khúa bớ mật và khúa cụng khai. Khúa cụng khai được lưu trong Cơ sở dữ liệu khoỏ cụng khai, giống như mật mó với khoỏ cụng khai, và được dựng trong quỏ trỡnh nhỳng thụng tin. Khoỏ bớ mật chỉ người nhận mới biết và được dựng trong quỏ trỡnh tỏch lấy thụng tin, tỏi tạo lại thụng 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 MễI TRƯỜNG ĐA PHƯƠNG TIỆN 1.Một số ký hiệu - Ký hiệu c là phương tiện chứa, giả sử nú cú độ dài là l(c), được biểu diễn bằng chuỗi cỏc thành phần ci (1 ≤ i ≤ l(c)). - Phương tiện chứa đó cú tin giấu, ký hiệu là s, là chuỗi cỏc phần tử si, và độ dài phương tiện chứa (đó cú giấu tin) khụng thay đổi. - Khoỏ được dựng để giấu tin, ký hiệu là k. - Thụng điệp bớ mật cần giấu là m, cú độ dài là l(m). Cỏc bit của m là mi, ta cú 1 ≤ i ≤ l(m). mi cú giỏ trị là 0,1 trừ trường hợp đặc biệt. 2. Nguyờn lý giấu tin bằng cỏch thay thế Cú hai cỏch thay thế: - Thay thế cỏc bit ớt quan trọng (LSB) (Least Significant Bit) được thực hiện với ảnh màu (vớ dụ loại 16 bit và 24 bit) và ảnh đa cấp xỏm. - Thay thế cỏc bit trong cỏc vựng ma trận ảnh: Người ta phải chia ma trận ảnh ra thành cỏc khối khụng giao nhau, thường là cỏc khối hỡnh vuụng, hỡnh chữ nhật. Dựa trờn cỏc tớnh chất của mỗi khối đú, người ta giấu tin bằng phộp đảo bit theo quy ước. 3. Thay đổi cỏc bit ớt quan trọng nhất (LSB) Cỏc thành phần trong thuật toỏn giấu tin LSB Ảnh F dựng làm phương tiện chứa Thuật toỏn lựa chọn cỏc điểm giấu tin Ảnh F’ đó chứa tin Giấu tin bằng cỏch thay đổi LSB Thuật toỏn Ta xột trờn phương tiện chứa là cỏc ảnh và sẽ trỡnh bày cỏc bước cơ bản của thuật toỏn giấu thụng tin qua việc thay đổi LSB. + Lựa chọn tập con {j1,…..,jl(m)} cỏc phần tử trong phương tiện chứa. + Thực hiện thay đổi LSB của bởi mi (mi cú giỏ trị 0 hoặc 1). Khi tỏch thụng tin ra khỏi phương tiện chứa, người ta thực hiện ngược lại: cỏc điểm tương ứng được lựa chọn, cỏc bit LSB của cỏc phần tử được lựa chọn này được tỏch ra theo đỳng quy ước, rồi tất cả được ghộp lại để cú được thụng tin ban đầu. Thuật toỏn : Quỏ trỡnh nhỳng bằng phương phỏp thay đổi LSB For i : = 1 to l(c) do si : = ci ; End for For i : = 1 to l(m) do Tớnh toỏn ji để lưu trữ bit thứ i của thụng điệp; : = ; mi : = LSB( ) ; End for Thuật toỏn : Quỏ trỡnh tỏch bằng phương phỏp thay đổi LSB For i : = 1 to l(m) do Tớnh toỏn ji để lưu trữ bit thứ i của thụng điệp ; mi : = LSB( ) ; End for Nhận xột Phương phỏp giấu tin mật bằng cỏch thay đổi cỏc bit LSB dễ bị tấn cụng phỏ vỡ. Để sử dụng phương phỏp giấu tin này an toàn, người ta phải mó hoỏ thụng điệp trước khi giấu. Một phộp mó hoỏ đơn giản cũng sẽ làm cho kẻ tấn cụng lạc đường, bởi khi tỏch tin từ cỏc LSB và sắp xếp chỳng lại, kẻ tấn cụng sẽ bị nhầm với cỏc ký tự ngẫu nhiờn, khi đú phương tiện chứa được xem là khụng mang tin. Ngoài cỏch tiền xử lý, mó hoỏ thụng tin cần gửi đi, người ta cú thể dựng cỏch lựa chọn cỏc điểm giấu tin trờn phương tiện chứa theo một thuật toỏn quy ước giữa hai phớa người gửi và người nhận. Thuật toỏn: Nhỳng thụng tin sử dụng lặp ngẫu nhiờn. For i : = 1 to l(c) do si : = ci ; End for Tạo chuỗi ngẫu nhiờn ki sử dụng mầm khoỏ k: n : = k1 ; for i : = 1 to l(m) do sn : = cn ; mi : = LSB(cn) ; n : = n + ki ; end for Thuật toỏn: Tỏch thụng tin sử dụng lặp ngẫu nhiờn Tạo chuỗi ngẫu nhiờn ki sử dụng mầm khoỏ k: n : = k1 ; for i : = 1 to l(m) do mi : = LSB(cn) ; n : = n + ki ; end for 4. Phương phỏp giấu tin vào cỏc vựng của phương tiện chứa Với ảnh đen trắng thỡ mỗi điểm chỉ được biểu diễn bằng một bit. Khụng cú khỏi niệm bit LSB nữa, lỳc này, người ta khụng lấy điểm ảnh làm phần tử cơ bản, mà phải lựa chọn khối điểm ảnh (vựng ảnh) làm phần tử cơ bản, để giấu tin. Định nghĩa: Vựng của phương tiện chứa là một tập con khỏc rỗng {c1, …, cl(c)}. Thuật toỏn Một bit chẵn lẻ của một vựng chứa I trong phương tiện chứa, được tớnh theo cụng thức: p( I ) = Trong bước nhỳng, l(m) được chọn để khụng giao nhau với cỏc vựng trong phương tiện chứa tin Ii (1≤i≤l(m)), mỗi bước mó một bit mi bớ mật trong bit chẵn lẻ p(Ii). Nếu bit chẵn lẻ của một vựng khụng phự hợp với bit mi, một LSB của giỏ trị trong Ii được thay đổi. Kết quả là p(Ii) = mi. Giấu tin trong ảnh đen trắng File thụng điệp cần giấu P Ma trận khoỏ giấu tin k File ảnh đó giấu tin F’ Hệ thống giấu tin bớ mật File ảnh bitmap đen trắng F 5. Hoỏn vị giả ngẫu nhiờn Thuật toỏn Cỏch thứ nhất: Người gửi phải dựng chương trỡnh tạo số giả ngẫu nhiờn, tạo ra chuỗi j1, …, jl(m) cỏc phần tử chỉ mục, và lưu bit thứ k trong phần tử chỉ mục thứ jk. Cỏch giấu tin như vậy rất dễ xảy ra xung đột (giấu nhiều hơn một bit vào một điểm của phương tiện chứa). Cỏch thứ 2: Để giải quyết vấn đề xung đột, ta cần kiểm soỏt đầu ra của bộ tạo số giả ngẫu nhiờn. Rất đơn giản, ta kiểm soỏt cỏc phần tử đó được giấu tin trong đú, chỉ giấu tin vào cỏc phần tử chưa được giấu tin mà thụi. 6. Giảm chất lượng ảnh để giấu tin. Thuật toỏn Với một ảnh làm phương tiện chứa và một ảnh bớ mật cần gửi đi, bằng cỏc kỹ thuật tỏch cỏc bit LSB, người gửi thay đổi 4 bit cú trọng số thấp nhất (của cỏc giỏ trị xỏm hoặc màu) của ảnh làm phương tiện chứa, bằng 4 bit cú trọng số cao nhất của ảnh bớ mật. Tại phớa người nhận một thủ tục ngược lại sẽ được thực hiện để tỏch cỏc dữ liệu bớ mật ra khỏi phương tiện chứa. 7. Giấu tin trong ảnh màu a.Giấu tin trong cỏc định dạng ảnh dựng bảng màu í tưởng Ảnh cú sử dụng bảng màu thường gồm hai phần, một bảng màu xỏc định N màu và một danh sỏch cặp chỉ số (i, ci) gỏn vectơ màu ciư cho mỗi chỉ mục i, phần tử thứ hai là dữ liệu ảnh thực sự được gỏn chỉ số màu cho mỗi điểm chứ khụng phải là một màu. Thuật toỏn Ta cú thể giấu tin vào bảng màu, dựa trờn trật tự sắp xếp trong bảng màu. Trong ảnh cú sử dụng N màu, như vậy cú thể cú N! cỏch sắp xếp cỏc màu trong bảng màu, với giỏ trị N khụng lớn, N! cũng đủ độ lớn để cho ta mó hoỏ một thụng điệp cỡ nhỏ. b. Giấu tin trong cỏc ảnh màu thụng thường Sơ đồ nguyờn lý giấu tin trong ảnh màu Ảnh màu F Phần ảnh F2 Ảnh BW F1 Ảnh BW F1’ Ảnh màu F’ Tỏch bit LSB Giấu tin Kết hợp KẾT LUẬN Giấu thụng tin là một kỹ thuật đang được sử dụng rất phổ biến trong việc liờn lạc bớ mật. Nú đảm bảo cỏc yờu cầu liờn lạc bớ mật và an toàn trong cỏc trường hợp nhạy cảm, phức tạp. Việc bảo vệ thụng tin bằng 2 lớp: mó hoỏ và giấu tin, bảo đảm truyền thụng tin được an toàn, hiệu quả. Mó húa thụng tin, sau đú giấu tin vào trong phương tiện chứa làm cho kẻ giỏm sỏt khụng phỏt hiện việc truyền tin, nếu cú phỏt hiện thỡ cũng “khú” lấy được thụng tin. Em xin chân thành cảm ơn