Báo cáo môn MẬT MÃ VÀ AN TOÀN DỮ LIỆU CHỮ KÝ SỐ TRÊN ÂM THANH SỐ

Báo cáo môn MẬT MÃ VÀ AN TOÀN DỮ LIỆU CHỮ KÝ SỐ TRÊN ÂM THANH SỐ Nội Dung Đặc trưng của dữ liệu âm thanh Xử lý tín hiệu số Đại diện tài liệu và hàm băm Chữ ký số Mã nguồn và chương trình thử nghiệm Âm thanh số là kết quả của quá trình biến đổi từ sóng âm thanh thành tín hiệu số. Sóng âm thanh là sóng cơ học có dạng hình sin tuần hoàn liên tục, âm thanh số là những xung điện rời rạc, mô phỏng gần giống với âm thanh thực tế. Mô phỏng âm thanh số có các đặc trưng: + Bit rate + Sample + Sample rate

MẬT MÃ VÀ AN TOÀN DỮ LIỆU

CHỮ KÝ SỐ TRÊN ÂM THANH SỐ

• Giảng viên: PGS.TS Trịnh Nhật Tiến

• Học viên: Bùi Trung Hiếu

Đặc trưng của dữ liệu âm thanh

thành tín hiệu số Sóng âm thanh là sóng cơ học có dạng hình sin tuần hoàn liên tục, âm thanh số là những xung điện rời rạc,

mô phỏng gần giống với âm thanh thực tế.

+ Bit rate

+ Sample

+ Sample rate

3

Đặc trưng của dữ liệu âm thanh

+ Bit Depth

+ Kênh âm thanh (channel)

+ Âm thanh lossy, lossless và uncompressed

+ Các dạng bit rate CBR/ABR/VBR

+ Âm thanh Stereo, joint stereo, và dual channel

4

Đặc trưng của dữ liệu âm thanh

 Bit Rate: là thông số thu gọn, đại diện cho dung

lượng (tính theo bit) của âm thanh số trên 1 giây, đơn vị Kbps (Kilobits per second)

 Sample: gọi là mẫu, chỉ một điểm đơn lẻ trong

chuỗi âm thanh số, là đơn vị nhỏ nhất của dữ liệu biểu diễn tín hiệu âm thanh tại một khoảng thời gian nhất định

 Sample rate: là số mẫu trong một khoảng thời gian

nhất định (thường là 1 giây) của âm thanh số

5

Đặc trưng của dữ liệu âm thanh

 Bit Depth: Để lưu lại dưới dạng số, mỗi mẫu được

biểu diễn bằng một lượng bit dữ liệu nhất định Bit Depth càng lớn, âm thanh càng sắc nét, trung thực

 Kênh âm thanh (Channel): sử dụng các thuật toán

để tách tín hiệu số thành nhiều kênh sao cho khi nghe bằng hệ thống loa thích hợp, sẽ có cảm giác như khi nghe âm thanh trong thực tế

6

Đặc trưng của dữ liệu âm thanh

 Âm thanh lossy, lossless và uncompressed

+ Âm thanh uncompressed là loại âm thanh không

áp dụng kỹ thuật nén nào, được sử dụng dưới định dạng WAV hoặc PCM

+ Âm thanh lossless là loại âm thanh sử dụng phương pháp loại bỏ những dữ liệu không liên quan tồn tại trong file gốc để thu được một file nhỏ hơn nhưng vẫn giữ được chất lượng như ban đầu Thường định dạng AC3, AAC, DTS, MPEG-1/2/3

7

Chữ ký số trên âm thanh số

Đặc trưng của dữ liệu âm thanh

+ Âm thanh lossy là loại âm thanh thu được khi sử dụng những phần mềm encode âm thanh phổ biến hiện nay để chuyển đổi các định dạng âm thanh, là loại âm thanh bị giảm chất lượng vì quá trình lossy encode không giữ nguyên những phần cần thiết trong âm thanh gốc

8

Đặc trưng của dữ liệu âm thanh

 Các dạng bit rate CBR/ABR/VBR

CBR – Constant bit rate là hằng số bit rate của một dòng âm thanh, không thay đổi tại bất kỳ điểm nào.

ABR – Average bit rate: dòng có thể sử dụng bit rate thay đổi cho mỗi frame, nhưng giá trị trung bình của toàn bộ dòng âm thanh là cố định.

VBR – Variable bit rate: dòng âm thanh có thể sử dụng bit rate thay đổi cho mỗi frame và tùy biến để đạt được cho mỗi frame, không xác định được giá trị trung bình.

9

Đặc trưng của dữ liệu âm thanh

 Âm thanh Stereo, joint stereo, và dual channel

Dual channel tích hợp bởi 2 kênh môn, mỗi kênh sẽ được encode với một nửa của toàn bộ bit rate

Stereo tích hợp bởi 2 kênh âm thanh độc lập với nhau Bit rate cung cấp giữa 2 kênh âm thanh thay đổi phù hợp với lượng thông tin được chứa trong mỗi kênh

Joint Stereo cũng tích hợp 2 kênh âm thanh nhưng có một bước tiến xa hơn là có thể sử dụng được những mẫu chung thường xuất hiện ở cả 2 kênh Do đó độ nén sẽ tốt hơn so với stereo bình thường

10

Xử lý tín hiệu số

 Tín hiệu là sự biến thiên của biên độ theo thời gian, có dạng

hình sin.

 Nhiễu là do chính bản thân mạch điện từ và môi trường

truyền thông phát sinh ra Nhiễu trắng là nhiễu có độ lớn như nhau ở mọi tần số, hoặc là tín hiệu có mật độ công suất phổ cố định ở mọi băng tần.

 Có 2 loại phân bổ xác xuất của nhiễu

+ Phân bổ đều là phân bô có hàm mật độ PDF f(x) không đổi trong khoảng biên thiên của x, có giá trị kỳ vọng µ=0

+ Phân bổ Gauss là phân bổ chuẩn.

11

Xử lý tín hiệu số

 Phân loại tín hiệu: Tùy theo từng tiêu chuẩn mà có

nhiều cách phân loại khác nhau:

+ Dạng sóng: tín hiệu sin, vuông, tam giác, xung…+ Tần số: hạ tần, cao tần (HF), âm tần (AF), siêu cao tần (VHF)…

+ Sự liên tục: tín hiệu liên tục, tín hiệu rời rạc

+ Tính xác định: tín hiệu xác định, tín hiệu ngẫu nhiên

12

Xử lý tín hiệu số

 Phân tích Fourier

Biến đổi Fourier rời rạc (DFT): tín hiệu tuần hoàn ít gặp trong thực tế, trong khi tín hiệu không tuần hoàn và có số mẫu giới hạn lại thường xảy ra Những tín hiệu như này không phù hợp với biến đổi Fourier rời rạc theo thời gian Do đó thường xem tín hiệu này như là tín hiệu tuần hoàn ở chu kỳ N

13

Xử lý tín hiệu số

 Phân tích Fourier

Biến đổi Fourier nhanh (FFT): Biểu thức biến đổi fourier rời rạc (DFT) và biến đổi Fourier ngược (IDFT) chỉ thực hiện trên các phép nhân và phép cộng, nhưng vì có quá nhiều phép toán nên cần nhiều thời gian xử lý Do vậy, FFT là thuật toán để tính nhanh DFT và IDFT Lợi điểm của DFT và IDFT là có hàm mũ, sin, cosin dẫn tới trùng lặp trong các phép tính

14

Xử lý tín hiệu số

 Phân tích Fourier

Ứng dụng: Phân tích phổ để phân ly tín hiệu số thành các thành phần tần số Đáp ứng cửa sổ: biến đổi fourier là phương pháp cơ bản để thiết kế các lọc phổ phi đệ quy Độn không thực hiện chèn bit 0 vào các thành phần trống của tín hiệu sau khi thực hiện lọc qua cửa sổ Nhân chập nhanh giúp thực hiện nhanh thao tác tính toán nhân chập trên tín hiệu Đáp ứng xung

15

Xử lý tín hiệu số

 Trải phổ

Trải phổ là kỹ thuật truyền tín hiệu, sử dụng rộng rãi trong truyền thông, năng lượng của tín hiệu được “trải” trên một băng thông rộng hơn nhiều lần lượng băng thông cần thiết tối thiểu nhờ sử dụng

mã giả ngẫu nhiên

Có 4 kiểu trải phổ: trải phổ trực tiếp, nhảy tần, nhảy thời gian, hệ lai

16

Xử lý tín hiệu số

 Trải phổ

Đặc điểm:

+ Chống lại các nhiễu cố ý hay vô tình.

+ Có khả năng loại trừ ảnh hưởng của truyền sóng nhiễu tin + Có khả năng dùng chung băng tần với người sử dụng khác.

+ Sử dụng được cho thông tin vệ tinh ở chế độ CDMA.

+ Đảm bảo tính riêng tư nhờ sử dụng các mã trải phổ giả ngẫu nhiên.

+ Được phép hoạt động không cần giấy phép ở lĩnh vực công nghiệp, khoa học, y tế.

17

Xử lý tín hiệu số

 Chuỗi giả ngẫu nhiên

Tín hiệu trải phổ băng thông rộng tựa tạp âm được tạo ra bằng các chuỗi giả ngẫu nhiên theo một quy luật xác định nhưng ngẫu nhiên

 Mô hình giả lập hệ thính giác: là thuật toán cố

gắng mô phỏng lại cơ chế cảm nhận âm thanh của tai người, sử dụng kiến thức tổng hợp từ nhiều ngành, đặc biệt là sinh lý học và thính âm học

18

Đại diện tài liệu và Hàm băm

Nhiều bản tin đầu vào khác nhau, sử dụng hệ mã hóa hay sơ đồ ký số có thể giống nhau hoặc khác nhau, nhưng lại cho ra bản mã hay chữ ký giống nhau.

19

Đại diện tài liệu và Hàm băm

 Cách giải quyết các vấn đề trên

Chặt bản tin thành nhiều đoạn nhỏ, sau đó ký lên các đoạn đó độc lập nhau Nhưng kết quả sau khi

ký, nội dung của thông điệp có thể bị xáo trộn với nhau, hoặc bị một số đoạn bị mất mát thông tin

Dùng ham băm để tạo đài diều cho tài liệu, rồi ký lên đại diện này

20

Hàm băm

 Hàm băm là thuật toán không dùng khóa để mã hóa

bản tin và cho kết quả là một giá trị cố định.

 Ứng dụng là ký lên đại diện tài liệu, giảm thời gian ký

và thời gian truyền chữ ký và bộ nhớ lưu giữ chữ ký.

21

+ Hàm băm SHA có giá trị băm có độ dài cố định 160

22

Chữ ký số

 Chữ ký số để chứng thực nguồn gốc hay xác định hiệu

lực pháp lý của một tài liệu điện tử.

Chữ ký số

 Phân loai chữ ký

Chữ ký có thể khôi phục thông điệp (ví dụ RSA), chữ

ký không thể khôi phục thông điệp (ví dụ Elgamal).

Chữ ký không thể phủ nhận (ví dụ chữ ký không phủ định Chaum – Van Antverpen), chữ ký một lần (Lamport).

Chữ ký theo ứng dụng đặc trưng: chữ ký mù, chữ ký nhóm, chữ ký bội, chữ ký mù nhóm, chữ ký mù bội.

24

Chữ ký số

- Tạo cặp khóa (bí mật, công khai) – a, b

Chọn bí mật số nguyên tố lớn p, q, tính n = p * q, công khai n, đặt P = C = Zn

Tính bí mật ϕ(n) = (p-1).(q-1) Chọn khóa công khai

b < ϕ(n), nguyên tố cùng nhau với ϕ(n)

Khóa bí mật a là phần tử nghịch đảo của b theo mod ϕ(n)

Chữ ký số

 Chữ ký Elgamal

- Tạo cặp khóa (bí mật, công khai) – a, b

Chọn số nguyên tố p sao cho bài toán logarit rời rạc trong ZP là “khó” giải.

Chữ ký số

 Chữ ký Elgamal

Các giá trị p, g, h được công khai, phải giữ bí mật a.

- Ký số

Chữ ký số

- Tạo cặp khóa (bí mật, công khai) – a, b

kà “khó” giải Chọn q là ước nguyên tố của p-1 Tức là p-1 Tức là p-1 = t * q hay p = t * q + 1 (Số nguyên tố p cỡ 512 bit, q cỡ 160 bit).

Chữ ký trên x Є Z*P là Sigk’ (x, r) = (γ, δ), y Є A), trong đó

γ = (α r mod p) mod q, δ), y Є A = (x + a * γ) * r -1 mod q.

- Kiểm tra chữ ký

Với e1 = x * δ), y Є A -1 mod q, e2 = γ * δ), y Є A -1 mod q.

Ver (x, γ, δ), y Є A) = đúng  (α e1 * h e2 mod p) mod q = γ

29

Ứng dụng chữ ký số trên âm thanh số

 Bảo vệ bản quyền tập tin âm thanh

 Xác định được nguồn gốc của tập tin âm thanh 30

Mã nguồn chương trình và thử nghiệm

 Xây dựng lớp BigInteger

 Xây dựng phương thức chính của chữ ký điện tử RSA

31