Báo cáo bài tập lớn môn an toàn và bảo mật thông tin Đề tài giấu thông tin trong file video

Giấu tin là một quá trình bí mật nhúng thông tin hay một đối tượng trong mộ nguồn dữ liệu khác mà không làm thay đổi cảm nhận về nó.. Ngày nay nghệ thuật giấu tin được nghiên cứu để phục

TRƯỜNG ĐẠI HỌC HẢI PHÒNG KHOA KINH TẾ & QUẢN TRỊ KINH DOANH

Hải Phòng, tháng 4 năm 2024

MỤC LỤC

LỜI MỞ ĐẦU 1

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN TRONG FILE ẢNH 2

1 Khái niệm về giấu tin 2

2 Mục đích của giấu tin 3

3 Giấu tin trong file ảnh 4

4 Đặc trưng và tính chất của giấu tin trong file ảnh 4

5 Mô hình kỹ thuật giấu tin trong ảnh cơ bản 6

6 Các yêu cầu đối với giấu tin trong ảnh 7

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG FILE ẢNH 9

1 Bit ít quan trọng LSB 9

2 Phương pháp giấu tin trong k – LSBs cổ điển 9

3 Phương pháp giấu tin trong k – LSBs nâng cao 11

CHƯƠNG 3: CÀI ĐẶT ỨNG DỤNG 13

1 Cài đặt ứng dụng 13

2 Sử dụng ứng dụng 16

KẾT LUẬN 25

TÀI LIỆU THAM KHẢO 26

LỜI 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, nhucầu trao đổi thông tin qua mạng ngày càng lớn Và với lượng thông tin lớn như vậy đượctruyền qua mạng thì nguy cơ dữ liệu bị truy cập trái phép cũng tăng lên vì vậy vấn đề bảođảm an toàn và bảo mật thông tin cho dữ liệu truyền trên mạng là rất cần thiết Nhiều kỹthuật đã được nghiên cứu nhằm giải quyết vấn đề này Một trong những kỹ thuật quantrọng nhất là mã hóa thông tin Tuy nhiên một thông điệp bị mã hóa dễ gây ra sự chú ý vàmột khi các thông tin mã hóa bị phát hiện thì các tin tặc sẽ tìm mọi cách để giải mã Một công nghệ mới phần nào giải quyết được những khó khăn trên là giấu thông tintrong các nguồn đa phương tiện như các nguồn âm thanh, hình ảnh Xét theo khía cạnhtổng quát thì giấu thông tin cũng là một dạng mật mã nhằm đảm bảo tính an toàn củathông tin, nhưng phương pháp này ưu điểm ở chỗ là giảm được khả năng phát hiện ra sựtồn tại của thông tin trong các nguồn mang

Giấu thông tin là một kỹ thuật còn tương đối mới và đanh phát triển rất nhanh, thu hútđược cả sự quan tâm của giới khoa học và giới công nghiệp và cũng còn nhiều tháchthức Nội dung của báo cáo này chủ yếu nghiên cứu về kỹ thuật giấu tin nói chung vàgiấu tin trong văn bản nói riêng

CHƯƠNG I: TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN TRONG

FILE ẢNH

1 Khái niệm về giấu tin

Giấu tin là một quá trình bí mật nhúng thông tin hay một đối tượng trong mộ nguồn

dữ liệu khác mà không làm thay đổi cảm nhận về nó Kỹ thuật này đã và đang được sửdụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực như giải trí, đời sống, trao đổi hay mã hóa thông tin,

…

Giấu tin thực tế không còn là một khái niệm mới mẻ Việc che giấu thông tin đểtruyền hoặc trao đổi đã được con người nghĩ ra và sử dụng từ hằng nghìn năm trước.Nhiều câu chuyện lịch sử đã nó đến vấn đề từ rất sớm Vào năm 440 trước Công nguyênbạo chúa Histaiacus bị vua Darius bắt và giam giữ cẩn mật Để có thể liên lạc với con rể

là Aristagoras, ông đã cạo đầu một sứ giả tin cây và xăm trên da đầu của người đó mộtthông điệp thì anh ta sẽ được “gửi đi”

Thời kỳ này, các kỹ thuật giấu tin được áp dụng chủ yếu để truyền thông tin bí mậttrong chiến tranh và một số ít trong các lĩnh vực khác

Về khoảng thời gian đầu công nguyên, khi sự phát triển của các kỹ thuật viết chữ,kiểu chữ, ngôn ngữ, hình tượng với các kích cỡ lớn, nhỏ khác nhau cũng như các dạngchất lỏng không màu được đưa vào sử dụng đem lại cho kỹ thuật giấu tin những kỹ thuậtmới, đa dạng và tinh vi hơn thời kỳ trước Thời kỳ này họ đã có thể mã hóa các dạng chữviết tay theo các ngôn ngữ, thể hiện nội dung bên ngoài hoàn toàn khác với các nội dungthông điệp ẩn chứa bên trong Sau đó các bức thư, bản viết tay, hay các bản chạm khắc

đã được mã hóa và sẽ được gửi đi qua các cách truyền gửi khác nhau Điều này ngănchặn việc nội dung thông tin cần gửi bị lộ khi đối phương hoặc không phải người cẩnthận được vật chứa thông tin

Trong thời kỳ chiến tranh, do sự phát triển và tiến bộ về khoa học kỹ thuật ở thời kỳnày kỹ thuật giấu thông tin đã được đưa lên một tầm cao mới Các thông tin mật ở thời kỳnày được mã hóa đa dạng hơn “vật chứa” thông tin không còn hẳn là mang vẻ bề ngoàigiống như thông tin được ẩn bên trong Thông tin có thể được chuyển thành các dạng

như bảng đục lỗ, băng ảnh, thậm chí có thể giấu thông điệp trong một dấu chấm nhỏ trênbảng từ.

Ngày nay, cuộc cách mạng thông tin kỹ thuật số đã và đang mang tới những thay đổirộng rãi và đi sâu vào trong xã hội và trong cuộc sống của mỗi người Lợi ích mà thôngtin kỹ thuật số mang lại rất lớn là sự tiện ích, tính linh hoạt, tính giải trí, hỗ trợ cuộc sống,tăng hiệu quả công việc,… Nhưng song hành cũng những lợi ích đó là những thách thứckhông hỏng Sự ra đời những phần mềm có tính cách mạng và được sử dụng rộng rãi, cácthiết bị mới như ô tô thông minh, xe tự hành, điện thoại thông minh, máy tính, máy ảnh

kỹ thuật,… đã được sáng tạo trên cơ sở thỏa mãn nhu cầu của con người, nhằm mục tiêu

hỗ trợ cuộc sống và thưởng thức các dữ liệu đa phương tiện Các ứng dụng này đi đôi vớiviệc cuộc sống của người dùng mở hơn dễ bị tấn công và xâm phạm hơn Gần đâyTadayoshi Kohno của trường đại học Washington đã nhúng câu lên vào một đoạn audio

và truyền vào điện thoại cố định có hệ thống lưu lại tin nhắn thoại được tích hợp trên ô tô

để thử tấn công và đã có thể điều khiển được hệ thống phanh, đèn, cửa, khóa và cả hệthống GPS của xe

Mạng Internet đã được kết nối toàn cầu nó hình thành các xã hội ảo nơi diễn ra quátrình trao đổi, cập nhật thông tin thời trong mọi lĩnh vực chính trị, quân sự, quốc phòng,kinh tế, thương mại…Chính trong môi trường mở và thuận tiện khi có ít rào cản này xuấthiện những vấn đề đang rất cần đến các giải pháp hữu hiệu về an toàn, xác thực thông tin,nạn ăn cắp bản quyền, xuyên tạc thông tin, lấy 13 cắp thông tin v v Việc nghiên cứu

và phát triển các giải pháp để giải quyết các vấn đề trên không chỉ hỗ trợ cho việc ngàycàng phát triển công nghệ mới mà còn là cơ hội để phát triển kinh tế và tạo ra các đặc thùmới

2 Mục đích của việc giấu tin

Mục đích của việc giấu tin là đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin Có 2 khía cạnh cầnđược quan tâm đó là:

+ Bảo mật cho dữ liệu được đem giấu

+ Bảo mật cho chính đối tượng được đem giấu thông tin

Ngày nay nghệ thuật giấu tin được nghiên cứu để phục vụ các mục đích tích cực như:bảo vệ bản quyền các tài liệu số hóa (dùng thuỷ ấn số), hay giấu các thông tin bí mật vềquân sự và kinh tế.

Sự phát triển của công nghệ thông tin đã tạo ra những môi trường giấu tin mới vô cùngtiện lợi và phong phú Người ta có thể giấu tin trong các văn bản, hình ảnh, âm thanh.Cũng có thể giấu tin ngay trong các khoảng trống hay các phân vùng ẩn của môi trườnglưu trữ như đĩa cứng, đĩa mềm Các gói tin truyền đi trên mạng cũng là môi trường giấutin thuận lợi Các tiện ích phần mềm cũng là môi trường lý tưởng để gài các thông tinquan trọng, để xác nhận bản quyền

3 Giấu tin trong file ảnh

Giấu thông tin trong ảnh là một lần của khái niệm giấu thông tin với việc sử dụng ảnhlàm phương tiện mang Giấu thông tin trong ảnh có nhiều ứng dụng thực tế như trongviệc xác định quyền sở hữu, chống xuyên tạc thông tin và chuyển giao dữ liệu một cách

an toàn Có nhiều phương pháp để thực hiện kỹ thuật giấu tin trong ảnh, 2 kỹ thuật phổbiến hiện nay là:

 Kỹ thuật Steganography (Giấu tin trong hình ảnh) đây là kỹ thuật có thể giấulượng thông tin lớn bằng cách ẩn thông tin trong hình ảnh mà không gây thay đổiđáng kể đối với ngoài hình của hình ảnh

 Kỹ thuật Watermarking (Đánh dấu ảnh) Kỹ thuật này thêm một đánh dấu ẩn vàohình ảnh để bảo vệ quyền sở hữu hoặc xác định nguồn gốc

Các khái niệm thường được dùng trong giấu tin trong ảnh:

 Ảnh môi trường: Là ảnh gốc được dùng để nhúng thông tin.

 Thông tin nhúng: Là các thông tin mật cần gửi.

 Ảnh đã nhúng: Là ảnh gốc sau khi đã được nhúng thông tin mật.

 Khóa mật: Là khóa tham gia vào quá trình nhúng, được trao đổi giữa người gửi

và người nhận

4 Đặc trưng và tính chất của giấu tin trong file ảnh

Khi giấu thông tin trong ảnh, thông tin sẽ được giấu cùng với dữ liệu ảnh nhưng chấtlượng ảnh ít thay đổi và gần như khi nhìn bình thường vào ảnh đó chúng ta không thểphát hiện ra rằng đằng sau ảnh là khối thông tin được ẩn trong đó Và một đặc điểm củagiấu thông tin trong ảnh đó là thông tin được giấu một cách vô hình, nó là một cáchtruyền thông tin mật cho nhau mà người khác không thể biết được bởi sau khi giấu thôngtin thì chất lượng ảnh gần như không thay đổi

Kỹ thuật giấu tin trong ảnh thường chú ý những đặc trưng và các tính chất cơ bản sauđây:

 Phương tiện có chứa dữ liệu tri giác hình: Dữ liệu gốc ở đây là dữ liệu tĩnh, dù đãgiấu thông tin vào trong ảnh hay chưa ta xem ảnh bằng thị giác, dữ liệu ảnh khôngthay đổi theo thời gian, điều này khác với dữ liệu âm thanh và dữ liệu bằng hành

vi khi ta hay xem thì dữ liệu gốc sẽ thay đổi liên tục với tri giác của con ngườitheo các đoạn, các bài hay các cảnh,…

 Kỹ thuật giấu phụ thuộc ảnh: Kỹ thuật giấu tin khác nhau tùy theo các loại ảnhkhác nhau (ảnh đen trắng, ảnh xám, ảnh màu)

 Kỹ thuật giấu tin lợi dụng tính chất hệ thống thị giác của con người: Dữ liệu ảnhđược quan sát bằng hệ thống thị giác của con người nên các kỹ thuật giấu tin phảiđảm bảo một yêu cầu cơ bản là những thay đổi trên ảnh phải rất nhỏ sao cho bằngmát thường khó nhận thấy được sự thay đổi đó vì có như thế thì mới đảm bảo chođược độ an toàn cho thông tin giấu

 Giấu tin trong ảnh tác động lên dữ liệu nhưng không thay đổi kích thước ảnh: Cácthuật toán thực hiện việc giấu thông tin sẽ được thực hiện trên dữ liệu của ảnh Dữliệu ảnh bao gồm phần header, bảng màu (có thể có) và dữ liệu ảnh Do vậy màkích thước ảnh trước hay sau khi giấu tin thông tin là như nhau

 Đảm bảo chất lượng sau khi giấu tin: đây là một yêu cầu quan trọng đối với giấutin trong ảnh Sau khi giấu tin bên trong ảnh, ảnh phải đảm bảo được yêu cầukhong bị biến đổi để có thể bị phát hiện dễ dàng so với ảnh gốc

 Thông tin trong ảnh sẽ bị biến đổi nếu có bất cứ biến đổi nào trên ảnh: Vì phươngpháp giấu thông tin trong ảnh dựa trên việc điều chỉnh các giá trị của các bit theo

một quy tắc nào đó khi giải mã theo các giá tri đó để tìm được thông tin giấu.Theo đó, nếu một phép biến đổi nào trên ảnh làm thay đổi giá trị của các bit thì sẽlàm cho thông tin giấu bị sai lệch Nhờ đặc điểm này mà giấu thông tin trong ảnh

có tác dụng nhận biết và phát hiện xuyên tạc thông tin

 Vai trò của ảnh gốc khi giấu tin: các kỹ thuật giấu tin phải xác định rõ rang quátrình lọc ảnh để lấy thông tin giấu cần đến ảnh gốc hay không cần

5 Mô hình kỹ thuật giấu tin trong ảnh cơ bản

Kỹ thuật giấu tin trong ảnh bao gồm hai quá trình đó là:

 Quá trình 1: Giấu tin vào ảnh

Hình 5.1 Mô hình cơ bản giấu tin

Đầu vào:

- Thông tin giấu: Tùy theo mục đích của người sử dụng mà giấu thông tin

ở đây có thể là thông điệp, hình ảnh, video, âm thanh…

- Ảnh gốc: là ảnh được chọn làm môi trường để giấu tin

Đầu ra:

- Ảnh đã giấu được tin

 Quá trình 2: tách tin từ ảnh giấu tin

6 Các yêu cầu đối với giấu tin trong ảnh

 Tính bền vững: Thể hiện khả năng ít bị thay đổi (về nội dung, hình dạng) trước

những tấn công từ bên ngoài Hiện nay, chưa có kỹ thuật giấu tin nào đảm bảođược yêu cầu này một cách tuyệt đối

 Khả năng không bị phát hiện: Thể hiện ở việc khó xác định được đối tượng có

chứa thông tin mật hay không Các kỹ thuật giấu tin hiện nay cố gắng đảm bảo yêucầu này dựa vào hệ thống thị giác của con người

 Khả năng lưu trữ: Thể hiện ở lượng thông tin được lưu trữ Do còn phải đảm bảo

“khả năng không bị phát hiện” nên với những thông tin mật lớn, ta thường chianhỏ nó ra, nhúng nhiều lần và vào các đối tượng khác nhau

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG FILE

Ví dụ: Tách bit cuối cùng trong 8 bit biểu diễn mỗi điểm ảnh của ảnh 256 màu

Hình 1 Mỗi điểm ảnh bểu diễn bởi 8 bit bit cuối cùng được coi

là bit ít quan trọng nhất tức là bit bên phải nhất

Trong phép tách này ta coi bit cuối cùng là bit ít quan trọng nhất, thay đổi giá trị của bitnày thì sẽ thay đổi giá trị của điểm ảnh lên hoặc xuống đúng một đơn vị, với sự thay đổinhỏ đó ta hi vọng là cấp độ màu của điểm ảnh sẽ không bị thay đổi nhỉều

2 Phương pháp giấu tin trong k – LSBs cổ điển

Để có thể thực hiện tốt chương trình, trước hết cần bổ sung một số hàm thành phần vớimục đích cài đặt chương trình thuận lợi:

 Hàm chuyển đổi từ chuỗi kí tự sang số nhị phân

 Hàm chuyển đổi từ chuỗi số nhị phân sang chuỗi kí tự

Tóm tắt thuật toán thay thế LSB đơn giản:

Thuật toán giấu tin:

Bước 1: Biểu diễn ma trận điểm ảnh về dạng số thập phân với m x n phần tử, rồi chuyển

ma trận ảnh về mảng 1 chiều I với i phần tử, chuyển các điểm ảnh về dạng nhị phân.Bước 2: Biểu diễn thông điệp dưới dạng số nhị phân

Bước 3: Cứ 8 bit ảnh tách bỏ số bit LSB ngoài cùng bên phải và ghép phần còn lại với 2bit nhị phân đầu của thông điệp, kết quả thu được đưa về dạng thập phân rồi gán ngượclại vào I(i)

Bước 4: Thực hiện lại bước 3 cho đến khi lấy hết các bit của chuỗi nhị phân thông điệpghép với các bit ảnh Chuyển đổi ảnh I từ mảng một chiều về mảng 2 chiều m x n phần

tử Được ảnh mới đã giấu tin

Thuật toán tách tin

Bước 2: Chuyển các bit ảnh về dạng nhị phân, cứ 8 bit ảnh tách lấy 2 bit ngoài cùng bênphải Đem ghép các kết quả này lại với nhau.

Bước 3: Kết quả thu được sử dụng hàm chuyển đổi từ chuỗi số nhị phân về chuỗi kí tự Sau khi lặp lại quá trình trên số lần bằng số lần duyệt, ta thu được nội dung thông điệp.Với trường hợp giấu trên 4 bit thông điệp làm tương tự, nhưng tách lấy 4 bit nhị phân đầucủa ảnh ghép với 4 bit nhị phân thông điệp

3 Phương pháp giấu tin trong k – LSBs nâng cao

Để có thể thực hiện tốt chương trình, trước hết cần bổ sung một số hàm thành phần vớimục đích cài đặt chương trình thuận lợi:

- Hàm mã hóa thông điệp

- Hàm giải mã thông điệp

Tóm tắt thuật toán thay thế k bit LSB nâng cao:

Thuật toán giấu

Bước 2: Biểu diễn thông tin giấu dưới dạng chuỗi nhị phân

Bước 3: Sử dụng một khóa 8 bit bất kỳ (khóa là kí tự, chuyển khóa về dạng mảng nhưvới thông điệp) đem mã hóa với chuỗi thông điệp bí mật bằng phép XOR: cứ 8 bit khóa

đem XOR với 8 bit đầu vào của thông điệp Thực hiện lại bước này cho đến khi nội dungthông điệp được mã hóa hết.

Bước 4: Thông điệp đã mã hóa đem giấu vào ảnh tương tự như phương pháp thay thế kbit LSB cổ điển: Là tách lấy 6 bit đầu của bit ảnh đem ghép với 2 bit đầu trong thông điệprồi chuyển về dạng thập phân và gán ngược lại vào ảnh

Bước 5: Thực hiện bước 4 cho đến khi lấy hết các bit của chuỗi nhị phân thông điệp đểghép với các bit ảnh Chuyển đổi ảnh I từ mảng một chiều về mảng 2 chiều m x n phần

tử, được ảnh mới đã giấu tin

Thuật toán tách tin

bảng quy đổi các kí tự và chữ số theo một chuẩn do người lập trình tự định nghĩa Đến bước tách ta lại quy đổi ngược lại về dạng kí tự và số ban đầu.

CHƯƠNG 3: CÀI ĐẶT ỨNG DỤNG

1 Cài đặt ứng dụng

Hình 1: Phần mềm giấu tin

Hình 2: bước cài đặt

2 Sử dụng ứng dụng

Hình 1: giao diện bắt đầu của phần mềm

Hình 2: Giao diện chính

Hình 3: giấu tin trong hình ảnh

Hình 4: Thêm ảnh chứa và hình ảnh ra

Hình 5: Thêm mật khẩu để bảo mật thông tin

Hình 6: Hoàn thành giấu thông tin

Hình 7: xem lại thông tin giấu trong ảnh

Hình 8: nhập mât khẩu để xem thông tin

Hình 9: file ảnh đã hiện thông tin được giấu

KẾT LUẬN

Hiện nay giấu thông tin trong ảnh là một bộ phận chiếm tỉ lệ lớn nhất trong các chươngtrình ứng dụng hệ thống giấu tin trong đa phương tiện bởi lượng thông tin được trao đổibằng ảnh là rất lớn và hơn nữa giấu thông tin trong ảnh cũng đóng vai trò hết sức quantrọng trong hầu hết các ứng dụng bảo vệ an toàn thông tin Chính vì thế mà vấn đề nàynhận được sự quan tâm rất lớn của các cá nhân, tổ chức, trường đại học và nhiều việnnghiên cứu trên thế giới Trong đồ án này tìm hiểu về kỹ thuật giấu tin trên k bit LSB củaảnh

Trong thời gian làm đồ án em đã nghiên cứu được những vấn đề sau:

- Nghiên cứu tổng quan kỹ thuật giấu tin trong ảnh

- Nghiên cứu cấu trúc ảnh Bitmap

- Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin trên k bit LSB của ảnh

- Cài đặt và thử nghiệm bằng Matlap 2007b

Kỹ thuật giấu tin trên k bit LSB có thể triển khai tương tự cho ảnh màu, ảnh PNG, ảnhJPG… Việc cài đặt thuật toán không quá phức tạp, lại cho phép triển khai để giấu lượngthông tin khá lớn Hơn nữa, kết quả đánh giá chất lượng ảnh sau khi giấu tin PSNR chothấy kỹ thuật trên có độ tin cậy cao