An toàn cơ sở dữ liệu Đề tài TÌM HIỂU MÃ HÓA ẢNH SỬ DỤNG LOGIC MỜ

Hiện nay công nghệ sử dụng mã hóa hình ảnh sử dụng Logic mờ đang là một công nghệ có tiềm năng để chống lại các rủi ro về bảo mật khi thực hiện các giao dịch online.. - Các hệ thống con

BAN CƠ YẾ CHÍNH PHỦ HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ

An toàn cơ sở dữ liệu

Đề tài:

TÌM HIỂU MÃ HÓA ẢNH SỬ DỤNG LOGIC MỜ

Sinh viên thực hiện: Hoàng Nhật Hồng AT150122

Nguyễn Thu Thảo AT150154 Trần Hùng Mạnh AT150137 Nguyễn Trí Khanh AT150129

Giảng viên hướng dẫn:

Hà Nội, 10-2021

Mục lục

Lời nói đầu 3

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ LOGIC MỜ 4

1.1 Khái niệm về logic mờ (Fuzzy logic) 4

1.2 Ứng dụng logic mờ trong đời sống 4

PHÂN 2: MÃ HÓA HÌNH ẢNH 5

2.1 Vai trò mã hóa hình ảnh 5

2.2 Các phương pháp mã hóa hình ảnh 6

2.2.1 Phương pháp biến đổi giá trị 6

2.2.2 Phương pháp hoán đổi vị trí pixel 6

2.2.3 Phương pháp hệ thống hỗn loạn: 7

PHẦN 3: ỨNG DỤNG LOGIC MỜ TRONG MÃ HÓA HÌNH ẢNH 8

3.1 Mục đích ứng dụng logic mờ trong mã hóa hình ảnh 8

3.2 Thuật toán mã hóa logic mờ 8

3.3 Thuật toán giải mã: 9

3.2 Ví dụ hình ảnh được mã hóa và giải mã 11

3.2.1 Hình ảnh trước khi mã hóa 11

3.2.1 Hình ảnh sau mã hóa 11

3.2.3 Hình ảnh sau giải mã 11

Lời nói đầu

Xã hội ngày càng phát triển trong nền công nghiệp 4.0 hiện nay, đặc biệt là

sự phát triển và đang thịnh hành của ngành công nghệ thông tin, đang là điểm mạnh của nền kinh tế thị trường Việc chia sẻ dữ liệu diễn ra thường xuyên một cách dễ dàng, đó là sự tiện lợi tuy nhiên song song với đó cũng tiềm ẩn nhiều rủi ro

về bảo mật

Hiện nay việc chia sẻ dữ liệu bao gồm gửi và nhận hình ảnh kỹ thuật số rất phổ biến Các hình ảnh được gửi đi trên môi trường internet, điều này đồi hỏi phải

có biện pháp ngăn chặn lộ lọt thông tin Việc sử dụng mật mã là một phương pháp hiệu quả giúp chúng ta bảo vệ thông tin của mình

Hiện nay công nghệ sử dụng mã hóa hình ảnh sử dụng Logic mờ đang là một công nghệ có tiềm năng để chống lại các rủi ro về bảo mật khi thực hiện các giao dịch online

Sau đây là tài liệu nghiên cứu về phương pháp mã hóa hình ảnh sử dụng logic mờ

PHẦN 1: TỔNG QUAN VỀ LOGIC MỜ

1.1 Khái niệm về logic mờ (Fuzzy logic)

Theo logic truyền thống (traditional logic), một biểu thức logic chỉ nhận một trong hai giá trị: True hoặc False Khác với lý thuyết logic truyền thống, một biểu thức logic mờ có thể nhận một trong vô số giá trị nằm trong khoảng số thực từ 0 đến 1 Nói cách khác, trong logic truyền thống, một sự kiện chỉ có thể hoặc là đúng (tương đương với True - 1) hoặc là sai (tương đương với False - 0) còn trong logic

mờ, mức độ đúng của một sự kiện được đánh giá bằng một số thực có giá trị nằm giữa 0 và 1, tuỳ theo mức độ đúng “nhiều” hay “ít” của nó

Giá trị thể hiện trong các biểu thức logic mờ không phải là những con số mà

là các khái niệm Ví dụ như “nhanh”, “chậm”, “trung bình” khi nói về tốc độ, hay

“nóng”, “lạnh”, “vừa” khi nói về nhiệt độ Chính vì vậy logic mờ rất gần gũi với đời sống con người

Hình 1 Sự khác biệt giữa logic mờ và logic truyền thống

1.2 Ứng dụng logic mờ trong đời sống

Dưới đây là ứng dụng của logic mờ trong đời sống

- Logic mờ được ứng dụng rộng rãi trong cuộc sống con người đặc biệt trong lĩnh vực tự động hóa và trí tuệ nhân tạo

- Các hệ thống con của ô tô và các phương tiện giao thông khác, chẳng hạn các hệ thống con như ABS và quản lý hơi (ví dụ Tokyo monorail)

- Máy điều hòa nhiệt độ

- Phần mềm MASSIVE dùng trong các tập phim Chúa nhẫn (Lord of the Rings), phần mềm đã giúp trình diễn những đội quân lớn, tạo các chuyển động một cách ngẫu nhiên nhưng vẫn có thứ tự

- Camera

- Xử lý ảnh số (Digital image processing), chẳng hạn như phát hiện biên (edge detection)

- Nồi cơm điện

- Máy rửa bát

- Thang máy

- Máy giặt và các thiết bị gia dụng khác

- Trí tuệ nhân tạo trong trò chơi điện tử

- Các bộ lọc ngôn ngữ tại các bảng tin (message board) và phòng chat để lọc bỏ các đoạn văn bản khiếm nhã

- Nhận dạng mẫu trong Cảm nhận từ xa (Remote Sensing)

PHÂN 2: MÃ HÓA HÌNH ẢNH

2.1 Vai trò mã hóa hình ảnh

Thế giới gần đây đã chứng kiến sự phát triển vượt bậc trong công nghệ thông tin truyền thông và thế giới kỹ thuật số Khoa học máy tính được sử dụng trong mọi lĩnh vực của cuộc sống, bao gồm cả việc gửi và nhận hình ảnh Hình ảnh được gửi và xử lý, điều này yêu cầu cần phải bảo mật dữ liệu được gửi đi, tránh mất mát

và rò rỉ dữ liệu Chính vì thế việc mã hóa thông tin nói chung cũng như mã hóa hình ảnh nói riêng có vai trò rất quan trọng

- Hình 2: Nguy cơ mất mát thông tin trên internet

2.2 Các phương pháp mã hóa hình ảnh

Có nhiều phương pháp mã hóa hình ảnh khác nhau, nhưng nhìn chung chúng được phân loại thành ba loại chính đó là:

- Biến đổi giá trị

- Hoán vị vị trí pixel

- Hệ thống hỗn loại

2.2.1 Phương pháp biến đổi giá trị

Biểu thức đưa ra một phương pháp mới để lưu trữ hình ảnh thang độ xám ở trạng thái lượng tử trên cơ sở các thuộc tính sở hữu của giá trị và vị trí thang màu cho mỗi pixel

2.2.2 Phương pháp hoán đổi vị trí pixel

Đây là phương pháp mã hóa hình ảnh bằng cách hoãn đổi vị trí các pixel để người khác không thể nhận ra được hình ảnh ban đầu Vì thế không gian khóa của

nó là rất lớn Nó là hỗn loạn ảnh gốc, làm rối loạn các đặc điểm phân phối của các mức RGB và giảm đáng kể xác suất của các của các cuộc tấn công toàn diện

Khả năng áp dụng cho thấy hình ảnh được mã hóa có tính tương tác cao và chứng minh tốt tiềm năng trong ứng dụng mã hóa hình ảnh màu kỹ thuật số

Ví dụ:

Hình ảnh gốc

Hình sau khi mã hóa

2.2.3 Phương pháp hệ thống hỗn loạn:

Đây là một kỹ thuật mã hóa hình ảnh mới Việc định vị các vị trí và thay đổi các giá trị xám của các pixel hình ảnh được kết hợp đồng thời để đảm bảo an toàn

và bảo mật Thuật toán đề xuất có ba đặc điểm:

(1) Thuật toán có không gian khóa đủ lớn để chống lại tất cả các cuộc tân công burteforce;

(2) Hình ảnh mật mã có thuộc tính thống kê tốt;

(3) Thuật toán mã hóa rất nhạy cảm với các khóa bí mật;

PHẦN 3: ỨNG DỤNG LOGIC MỜ TRONG MÃ HÓA HÌNH ẢNH

3.1 Mục đích ứng dụng logic mờ trong mã hóa hình ảnh

Mục đích của ứng dụng logic mờ trong mã hóa hình ảnh nhằm xây dựng hệ thông mã hóa dựa trên logic mờ để bảo mật các hình ảnh trong các giao dịch bí mật, hạn chế tối đa dữ liệu bị lộ ra bên ngoài

3.2 Thuật toán mã hóa logic mờ

Xử lý ảnh mờ là tập hợp tất cả các cách tiếp cận hiểu, biểu diễn và xử lý ảnh, các phân đoạn và đặc trưng của chúng dưới dạng các tập mờ Việc biểu diễn và xử

lý phụ thuộc vào kỹ thuật Mờ đã chọn và vào vấn đề cần giải quyết

Xử lý ảnh mờ có ba giai đoạn chính: làm mờ ảnh, sửa đổi các giá trị thành viên nếu cần, và làm mờ ảnh

Để đạt được bảo mật, thuật toán sử dụng các khóa biến Vị trí số 0 cho thuật toán xử lý hoàn toàn thấp và vị trí số 1 cho thuật toán được bảo mật hoàn toàn

Độ mờ thay đổi tùy thuộc vào kích thước khóa và số lượng bảng ánh xạ của thuật toán mã hóa Người dùng có thể nhập khóa mong muốn Một ký tự sẽ dài 8 bit

- Các bước của thuật toán mã hóa như sau:

1, Chọn hình ảnh cần mã hóa

2, Xử lý hình ảnh bằng fuzzy set (bộ mờ)

3, Tạo số nguyên tố ngẫu nhiên trong khoảng 1-256 để làm khóa

4, Tạo một ma trận A để lưu trữ bảy khóa ngẫu nhiên

5, Lấy giá trị chiều rộng và chiều cao của hình ảnh

6, Chia hình ảnh thành một tập hợp các khối

7, Mã hóa mỗi 7 bit bằng 7 khóa được lưu ở ma trận A

8, Lặp lại bước số 7 trong mỗi 7 bit trong cùng một khối

9, lặp lại các bước số 7 và bước số 8 trong tất cả các khối

10, Thay thế từng khối trong ảnh bằng cách chuyển đổi hàng sang cột

11, Lấy mỗi 2 bit liền kề theo chiều dọc từ dưới cùng của hình ảnh (b1, b2) và thực hiện XOR giữa b1 và b2

12, Thực hiện XOR giữa b và 256

- Dưới đây là sơ đồ thuật toán:

Sơ đồ thuật toán mã hóa logic mờ

3.3 Thuật toán giải mã:

- Các bước của thuật toán giải mã:

1, Lấy mỗi 2 bit liền k ề theo chiều dọc từ đầu hình ảnh (b1, b2) và thực hiện XOR giữa b1 và b2

2, Thực hiện XOR giữa (b và 256)

3, Thực hiện thay thế đườ ng cho mỗi khối trong ảnh bằng cách chuyển đổi hàng thành cột

4, Lấy các khóa được lưu trong tiêu đề của hình ảnh

5, Tìm nghịch đảo của từng khóa từ các khóa được lưu trong ma trận ngược dòng (A)

6, Chia hình ảnh thành một tập hợp các khối

7, Giải mã mỗi 7 bit của khối kèm theo nghịch đảo của các khóa được lưu trữ trong ma trận (A)

8, Lăp lại cùng một bước số 7 cho mỗi 7 bit trong cùng một khối

9, Lặp lại các bước số 7 và 8 cho tất cả các khối

Dưới đây là sơ đồ thuật toán:

Thuật toán giải mã

3.2 Ví dụ hình ảnh được mã hóa và giải mã

3.2.1 Hình ảnh trước khi mã hóa

Hình 3: Ảnh gốc

3.2.1 Hình ảnh sau mã hóa

Hình 4: Ảnh mã hóa

3.2.3 Hình ảnh sau giải mã

Hình 5: Ảnh sau giải mã