Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin trên biên của ảnh nhị phân (Đồ án tốt nghiệp)

Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin trên biên của ảnh nhị phânTìm hiểu kỹ thuật giấu tin trên biên của ảnh nhị phânTìm hiểu kỹ thuật giấu tin trên biên của ảnh nhị phânTìm hiểu kỹ thuật giấu tin trên biên của ảnh nhị phânTìm hiểu kỹ thuật giấu tin trên biên của ảnh nhị phânTìm hiểu kỹ thuật giấu tin trên biên của ảnh nhị phânTìm hiểu kỹ thuật giấu tin trên biên của ảnh nhị phânTìm hiểu kỹ thuật giấu tin trên biên của ảnh nhị phânTìm hiểu kỹ thuật giấu tin trên biên của ảnh nhị phânTìm hiểu kỹ thuật giấu tin trên biên của ảnh nhị phânTìm hiểu kỹ thuật giấu tin trên biên của ảnh nhị phânTìm hiểu kỹ thuật giấu tin trên biên của ảnh nhị phân

c h t em xin bày t lòng bi c nh t t ng d n Ti n

hi u nghiên c u và hoàn thành báo cáo t t nghi p

Vì th i gian có h hi u bi t c a b n thân còn nhi u h n ch Cho

án không tránh kh i nh ng thi u sót, em r t mong nh c s

M T NG QUAN 5

1.1 T ng quan k thu t gi u tin trong nh 5

1.1.1 Khái ni m 5

1.1.2 Phân lo i k thu t gi u tin 5

1.1.3 Mô hình k thu t gi n 7

c tính c a gi u tin trong nh 8

ng gi u tin 9

1.1.6 ng d ng k thu t gi u tin trong nh 10

1.1.7 Tính ch a gi u tin trong nh 11

ng ti p c n c a gi u tin trong nh 12

1.2 C u trúc nh BITMAP 13

1.2.1 Bitmap header 13

1.2.2 Palette màu 14

1.2.3 nh nh phân 14

-to-noise ratio) 15

1.4 K thu t nén nh JPEG 16

1.4.1 Các k thu t nén c s d ng 16

1.4.2 Mã hoá bi i DCT 17

1.4.3 Bi i DCT thu n và ngh ch 17

ng t và gi ng t 19

1.4.5 Mã hóa và gi i mã Huffman 20

U TIN TRÊN NH NH PHÂN 24

2.1 Gi i thi u v gi u tin trong nh nh phân 24

2.2 M t s k thu t gi u tin trên nh nh phân 24

2.2.1 Gi u tin theo kh i bit 24

2.2.2 Thu t toán Wu-Lee 25

2.2.3 Thu t toán Chen-Pan-Tseng 26

t gi u tin trên nh biên 29

2.3 ng c t 29

2.3.2 M t s khái ni m 29

2.3.3 Thu t toán gi u tin F5 329

2.3.4 Thu t toán gi u tin và tách tin trên biên b ng F5 38

T QU TH C NGHI M 40

ng th nghi m 40

3.2 Giao di 40

3.2.1 Giao di 40

3.2.2 Giao di u tin 41

3.2.3 Giao di 47

3.3 K t qu th c nghi m và nh n xét 49

3.3.1 K t qu th c nghi m 49

3.3.2 Nh n xét 53

K T LU N 54

TÀI LI U THAM KH O 55

tintrên biên c a nh nh phân

Ch

-to-noise ration)

trên biên c a nh nh phân

trên biên c a nh nh phân

- Gi u tin s là gi u nh ng thông tin s vào trong m i ng d li u s khác

Hình 1 1 phân lo i k thu t gi u tin

Th y vân s (Watermarking): gi u m u tin ng i

- Th y vân b n v ng c ng d ng trong b o v b n quy n Th y vân

c nh ng trong s n ph t ng d ng trong b o v b n quy n trong

ng h p này, th y vân ph i t n t i b n v ng cùng v i s n ph m nh m ch ng

vi c t y xóa, làm gi hay bi i phá h y th y vân

- Th y vân d v : là k thu t nhúng th y vân vào trong m ng (s n ph m) sao cho khi phân b s n ph ng m ) n u có b t k phép bi n

không còn nguyên v c khi d u

c nh này t p trung vào k thu t gi u

tin m t, t c là gi u tin sao cho gi u

- Th y vân ph i b n v ng v i m i t n công có ch c không có ch

1.1.3

Các thành ph n chính c a m t h gi u tin và tách tin trong nh s g m:

- B n tin m t (Secret Message): có th n ho c t p nh hay b t k m t t p

nh phân nào, vì quá trình x u chuy n chúng thành chu i các bit

Hình 1 2 chung cho quá trình gi u tin

ng gi , audio, video, nh, b n tin

n ch a nh m t b nhúng, b nhúng là nh , tri n khai các thu gi c th c hi n v i m t khoá bí m t gi ng

u và phân ph i s d ng trên m ng

Hình 1 3 chung cho quá trình tách tin

- Hình 1.3 mô t vi c tách u Sau khi nh

ti n ch a có gi u thông tin, quá trình tách tin c th c hi n thông qua b

nhúng thông tin cùng v i khoá c a quá trình nhúng K t qu c g m

n ch a g c và b n tin m c gi u c ti p theo b n tin m t

c s c x lý ki nh so sánh v i thông tin gi u

1.1.4.

- Tính n (tính vô hình): Khi quan sát nh mang b ng m ng không phát hi n

c thông tin gi u và không gây nghi ng i xem.Tính n ph thu c vào m bi i c a nh mang so v i nh g c trong quá trình gi u tin

- Tính b n v ng: nh mang có th ph i ch u m bên ngoài

tin

- Tính an toàn: Là kh ng l i s t n công ho c gi m o t bên ngoài M t

h gi u tin t t ph m b o bí m t không b t n công m t cách có ch

và nh g c, có b gi

- ph c t p tính toán : Ch y u tính b ng các phép toán th c hi n trong vi c

gi u tin và gi i mã (tách tin) Yêu c u v ph c t p tính toán tùy thu c t ng

i b ng nh là r t l a gi u thông tin trong

ò h t s c quan tr ng trong h u h t các ng d ng b o v an toàn

nh xuyên t c thông tin, b o v quy n tác gi

d ng r t ph bi n thì gi u thông tin trong i nhi u nh ng ng d ng

hàng tài chính Ph n m m WinWord c

b o tính an toàn c a thông tin

1.1.5.2 Gi u tin trong audio

Gi u thông tin trong audio mang nh m riêng khác v i gi u thông

là h th ng thính giác c c các tín hi u các gi i t n r ng và

i l i kém trong vi c phát hi n s khác bi t c a các gi i t n và

công su t, , cao t n có th che gi c các âm thanh

nh th p m t cách d dàng

V i v i gi u tin trong audio là kênh truy n tin, kênh

trong h th ng thính giác c i

1.1.5.3 Gi u tin trong video

u thông tin trong nh hay audio, gi u tin trong video

c quan tâm và phát tri n m nh m cho nhi u ng d u khi n truy

c p thông tin, nh n th c thông tin, b n quy n tác gi M u tin

i thông tin gi u dàn tr i theo t n s c a d li u g c Nhi u nhà nghiên c ng hàm cosin riêng và các h s truy

gi u tin Trong các thu t toán kh i ngu ng các k thu t cho phép gi u các

i gian g thu t cho phép gi u c âm thanh hình nh vào video

1.1.5.4 Gi u tin trong d n text

c a ngôn ng M t cách khác là t n d nh d n (mã hóa thông tin

K thu t gi u c áp d ng cho nhi u lo ng ch không

c u gi d li u quân h , các gói IP truy n trên m ng, ch c ch n sau này còn phát tri n ti p cho cá ng d li u s khác

1.1.6

- Liên l c bí m t : Gi u tin trong nh r i g ng ít gây s

v i s d ng m t mã Ngoài ra vi c s d ng công ngh mã hóa có th b h n ch

p nh y c m

- B o v b n quy n tác gi: M n s h u tác

gi (ví d a công ty c bí m t nhúng vào trong các s n ph

xác nh n quy n s h u khi bán ho c phân ph i s n ph

- u khi n truy nh p: Các thi t b phát hi n th y vân ( d

pháp phát hi n th u mà không c n thông tin g c c gán s n vào trong các h th c ghi, tùy thu c vào vi c có th u khi n (cho phép / c m) truy c p Ví d th ng qu

c ng d ng Nh t

1.1.7.

i xem nh b ng th giác, d li u i theo th i gian Khác v i d li u audio hay video, khi xem hay nghe, thì d li u g c s thay

i liên t c v i tri giác c n hay các bài , các nh

1.1.7.2 Gi u tin ph thu c nh

K thu t gi u tin ph thu c vào các lo i nh khác nhau Ch ng h i v i

ng, nh xám hay nh màu, ta có nh ng k thu t riêng do các lo i nh v i

tin khác nhau, vì nh nén có th làm m t thông tin khi nén nh

Gi u tin trong ng tha i trên d li u nh g c D li u

c quan sát b ng h th ng th i, nên các k thu t gi u tin ph i

m b o yêu c u gây ra nh ng th b n là nh i trên nh ph i r t nh , sao

m b an toàn cho thông tin gi u

Các phép toán gi u tin s c th c hi n trên d li u c a nh D li u nh

vùng d li u), b ng màu (có th có) và d li u nh Khi gi

gi u bi i giá tr c a các bít trong d li u c hay sau khi gi u tin, là

1.1.7.5 m b o ch ng nh sau khi gi u tin

u quan tr i v i gi u tin trong nh Sau khi gi u tin bên trong, nh ph m b o yêu c u không b bi có th không b phát hi n d

dàng so v i nh g c

1.1.8

1.1.8.1 ti p c n trên mi n không gian c a nh

ng ti p c n và t nhiên trong s các k thu t gi u tin Mi n không gian nh là mi n d li u nh g ng lên mi n không gian nh chính là

Least Significant Bit) c m nh là ch n ra t m m nh các bít ít có ý

tri giác nh t và bao nhiêu bít có th c l thay th u ph thu c vào kh

th ng th giác c i và nhu c u v ch ng nh trong các úng

o sát gián ti p s n r t nhi u các công vi c g p

M i file nh Bitmap g m 3 ph n theob ng sau:

nh nh phân là nh k thu t s mà ch có hai giá tr có th cho m i pixel

ng hai màu s c s d ng cho m t nh nh

tr ng m c dù có th s d ng b t kì hai màu s c khác Các màu s c s d ng

ng trong hình là màu n c khi ph n còn l i c a hình nh là màu

c, phân gi i, s bit dùng cho m t pixel, cách mã hóa, v trí b

th a thông tin c a nh Th c t , có hai ki c phân lo

sau:

ng các pixel lân c n c a nh có giá tr g n gi ng nhau (tr

nh ng pixel ng biên nh)

ph khác nhau

Tr ng tâm c a các nghiên c u v nén nh là tìm cách gi m s bit c bi u

di n nh b ng vi c lo i b a trong mi n không gian và mi n t n s càng nhi u càng t t

1.4.1

- Nén nh không m t thông tin : v i nén ta

Huffman, mã hoá thu

- Nén nh có m t thông tin: nh gi i nén có m t s sai khác nh so v i nh

ng t hoá vector

Mã hoá bi i: bi i cosin r i r c (DCT), bi i Fourier nhanh (FFT)

Hình 1.5. kh i m t h th ng nén n hình

cosin r i r c DCT (Discrete Co c dùng trong chu n nén

nh JPEG hi n nay

1.4.2

pixel c a nh trong mi n không gian sang m t t p các giá tr khác trong mi n t n s

ph n th i gian tính toán các h s chung, m t khác bi i v i các kh i

nh s chính xác khi tính toán v i d u ph m thi u sai s do làm tròn sinh ra

b c g i là h s m t chi u DC, h s này chính là giá tr trung bình c a 64

m nh trong kh i 63 h s còn l i g i là các h s xoay chi u AC H s m t chi u DC t p trung ph n l ng c a nh

B ng 1.6. c c a quá trình mã hóa bi i v i 1 kh i

Chú ý r ng b n thân bi i DCT không làm m t thông tin vì DCT là m t

bi i tuy n tính chuy n các giá tr c m nh t mi n không gian thành các h

s trong mi n t n s N u bi i DCT thu n và ngh c tính toán v

chính xác tuy i và n u các h s DCT không ph i qua ng t và mã

Công th c (3) th hi n vi ng t v i F(u,v) là các h s DCT, F Q (u,v) là các h

Hình 1.7 Ma tr ng t

(3)

bi i b ng vi c gi chính xác c a các h s ng t là quá trình x lý có m t thông tin

s sau b gi i mã entropy s nhân v c nh y trong b ng t (b ng

ng t t trong ph n header c a nh JPEG) K t qu c

c

1.4

c cu i cùng trong h th ng nén nh d a trên bi i DCT Chu n nén nh JPEG hi

hoá không làm m t thông tin

g pháp d a vào mô hình th ng kê

D a vào d li u g i ta tính t n su t xu t hi n c a các ký t Vi c tính t n

xu c th c hi n b ng cách duy t tu n t t p g c t n cu i Vi c x lý

i ta gán cho các ký t có t n su t cao m t t mã ng n, các ký t có t n xu t th p t mã dài Nói m t cách khác, các

Thu t toán mã hoá bao g c chính:

các nút lá Vi c mã hoá r n: m i l n xu ng bên ph i ta thêm 1 bit "1" vào

t mã; m i l nxu ng bên trái ta thêm 1 bit "0" T t nhiên có th c l i,

Quá trình gi i nén ti n hành theo chi c l i ta

"3" 1110 "8" 111110

"5" 1100 "7" 110101

"2" 0111 "9" 110100

Áp d i ta tính t n su t xu t hi n các h s Vi c tính t n su c th c hi n b ng cách duy t tu n t t u kh n cu i kh i, sau

s có t n s th c các h s t n s cao Các h s này s c mã hoá d a trên b ng mã Huffman sao cho chi u dài trung bình c a t mã là nh nh t B ng mã

t trong ph u c a th c hi n gi i nén nh

:Wu-Lee[2], CPT[3], CPTE[4] Các toán này trên thao tác ma

bit

n c a k thu t này là chia nh g c thành các kh i nh và trong

m i kh i nh s gi u 1 bit thông tin [1]

Quá trình gi u tin:

- V i m t nh g c kích c MxN, chia ph n thông tin nh thành các kh i nh

c m×n, s các kh i nh s là (M×N)/(m×n) kh i Vì ng nên m i kh i là m t ma tr n hai chi u m dòng, n c t các ph n t có giá tr 0

ho c 1

khi gi u h t các thông tin c n gi u ho n h t các kh i

gi u bit b sao cho:

- y, m i l n gi u m t bit, có th x ng h p: SUM (F) mod 2 =

b, nguyên kh i nh c l i ch n ng u nhiên m t bit trong kh i

Quá trình tách tin: Khi nh c u tin, vi c tách tin s th c hi n c:

- Chia nh thành các kh i có kích c gi ng kích c kh d ng khi

- V i m i kh i u tin c ch n theo th t u tin,

- y, sau khi xét h t các kh u, c m t chu i bit, chu i này

là thông tin nh u c n ph i l y ra

-Lee

Là m t thu t toán gi u tin khá ph bi n c a M Wu và J Lee [2] Trong thu t

ma tr n nh phân m i ph n t c a ma tr n là m c chia ra thành các kh i

m x n bit, m i kh i gi c m t bit thông tin b i nhi u nh t là

m t bit trong kh i Khóa K là m t ma tr c m x n

2.2.2.1 N i dung thu t toán Wu-Lee

- Thu t toán s d ng K nh m t cho thu t toán gi tìm

c ma tr t m, n các thu t toán thám mã ph i duy t O(2mxn)

ng h p khác nhau

K) cùng tính ch n l v i b Do v y, n u b không cùng tính ch n l v K) thì thu t toán s th c hi o giá tr c a

tr n tr ng s W trong quá trình gi u tin và tách thông tin

= b1b2 r c th c hi n sao cho :

- Công th c (1 c s d tách chu i bit b = b1b2 kh i

2.2.3.1 Tóm t t n i dung thu t toán CPT

- D li u vào :

+) Xét trên m t ma tr n nh phân F = (Fij)mxn

+) K t h p 1 ma tr n khóa nh phân c p mxn : K = (Fij)mxn

+) W là ma tr n trong s t nhiên c p mxn : W = (Wij)mxn

+) b là dãy r bit c n gi u vào ma tr n Fmxn: b = b1b2 r

S mod 2r.

c 4:

c :mod 2r

- Và ch c i nhi u nh t là 2 bit lên m t kh y, thu

có c i ti n r t l n so v i nh ng thu t toán khác ch gi c m t bit vào m i

- Thu t toán Chen-Pan-Tseng s d ng m t ma tr n tr ng s nh m gi c m t dãy nhi u bit vào trong m i kh i, và ma tr n tr ng s t thành ph n bí m t cùng v i ma tr n khóa, do v an toàn c a thu t toán Chen-Pan-Tseng s n thu t toán Wu-Lee.

s d ng k thu t ch n ra bit quan tr ng nh t c a m m xây

- N u áp d ng t t thu t toán này cho nh màu thì có th nói thu t yêu

c n c a m t ng d ng gi u tin m m b o tính n c a thông tin

gi u, s ng thông tin gi u cao

Phép toán hình thái h xu t c a Ti Serra là giáo viên Mather

hình h c, t p trung vào các hình h c và m i quan h c a hình nh M t s ho t

(M)x= {y|y = a +x, a }

Trong công th c (2.7):quá trình c a s giãn n c a B b i các

m nh trung tâm c a B l i các giá tr c a B cho x, giao

c a X và B không ph i là t p r ng Nói cách khác, t ng h p các giá tr c a B v i X

là, m t t p h m nh trung tâm c a B, khi có ít nh t m t y u t khác không giao nhau gi a c , công th c (2.5)có th c vi

ch x v n còn trong X Nói cách khác, t ng h p mà B xói mòn X

là t ng h p c a v u c a B khi B là hoàn toàn n m trong X

2.3.2.2 L a ch n y u t c u trúc

Vi u ch nh hình thái toán h c cho c d a trên khái ni m y

d a trên các y u t c u trúc, l a ch n y u t c u trúc và các thông tin c a nh có

m i quan h ch t ch , chúng ta có th hoàn thành phân tích hình nh khác nhau

Chúng ta có th nhìn th y t mô t trên, n u c giãn b ng m t ma

cùng m t giá tr (giá tr cùng m t màu xám), vì s khác bi t v giá tr là l n, giá tr

ch n ma tr n c u trúc kích c 3 × 3 y u t c u trúc cho các thnghi m

Hình 2.2 là k t qu c a nh nh c mô ph ng trong hình thái toán

m t

(a) Hình nh nh u (b)Hình c giãn (c) Hình nh c nh

Hình 2.2 Tách c nh trên nh nh phân

nh và nh danh Chia nh biên hình 2.2 (c) thành các mô

2.3.3 Thu t toán gi u tin F5

tr n mã hoá (matric e gi m thi u s i c n thi t khi gi u thông

trên nh so v i Jsteg Theo miêu t c a thu t toán F5 phiên b

yêu c u các thông tin vào g m có

Y u t ch ng Q c a nh stego

nh vào ( d ng TIFF, BMP, JPEG, ho c GIF)Tên t u ra

vì matrix encoding g m ba ph n (dmax, n,k) cho nên m t t mã v i n v trí s

i không quá dmax v nhúng k bit F5 th c hi n maxtrix encoding v i

Và t l nhúng

R(k)=

12)1(

1

k

k n

ld n n k

nhúng W(k) Nó có th ch ra giá tr bit trung bình chúng ta có th nhúng trên s

k D

k R

k

k

.12

2)(

)(

Chúng ta có th tìm ra m t tham s k t t nh t cho m nhúng

trong v t mang Ví d , n u chúng ta mu n nhúng m p 1000 bit vào

R=1000:50000=2% Giá tr này n m gi a R(k=8) và R(k=9) trong b ng 2.1 Chúng

ta ch n k=8 và có th nhúng 50000:255=196 t mã v dài n=255, hay matrix encoding là (1,255,8) có th nhúng 196.8=1568 bit N u chúng ta ch n k = 9 chúng