Luận án tiến sĩ nghiên cứu phương pháp bảo mật thông tin giấu trong ảnh số

BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG –––––––––––––––––––––––– LÊ HẢI TRIỀU NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP BẢO MẬT THÔNG TIN GIẤU TRONG ẢNH SỐ LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT HÀ NỘI - 2019 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com BỘ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƢU CHÍNH VIỄN THÔNG –––––––––––––––––––––––– LÊ HẢI TRIỀU NGHIÊN CỨU PHƢƠNG PHÁP BẢO MẬT THÔNG TIN GIẤU TRONG ẢNH SỐ CHUYÊN NGÀNH: KỸ THUẬT VIỄN THÔNG MÃ SỐ: 9.08 LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: GS.TSKH ĐỖ TRUNG TÁ HÀ NỘI, 2019 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com i LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu do tôi thực hiện. Các số liệu và kết quả trình bày trong luận án là trung thực, chƣa đƣợc công bố bởi bất kỳ luận án nào hay ở bất kỳ công trình nào khác. Tác giả Lê Hải Triều LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ii LỜI CẢM ƠN Luận án Tiến sĩ này đƣợc thực hiện tại Học viện Công nghệ bƣu chính viễn thông dƣới sự hƣớng dẫn khoa học của GS. Tôi xin trân trọng cảm ơn Lãnh đạo Học viện Công nghệ bƣu chính viễn thông, Hội đồng Khoa học, Hội đồng Tiến sĩ của Học viện vì đã tạo điều kiện để luận án đƣợc thực hiện và hoàn thành chƣơng trình nghiên cứu của mình.

Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới GS.TSKH Đỗ Trung Tá về định hƣớng khoa học, thƣờng xuyên góp ý, tạo điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình nghiên cứu hoàn thành cuốn luận án. Xin chân thành cảm ơn các thầy cô ở Khoa Đào tạo Sau đại học, khoa Kỹ thuật Viễn thông 1 và và các nhà khoa học thuộc Học viện Công nghệ bƣu chính viễn thông, các nhà khoa học trong và ngoài Ngành Công an, các tác giả đồng công bố, các tác giả có tài liệu đã trích dẫn trong luận án về sự hỗ trợ, hợp tác có hiệu quả trong suốt quá trình nghiên cứu khoa học của mình. Tôi xin đƣợc chân thành cảm ơn TS Hồ Văn Canh, TS Hoàng Trọng Minh vì những chỉ dẫn về học thuật hóa, kết nối giữa lý luận với kết quả thực nghiệm thời gian thực. Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Lãnh đạo Viện Kỹ thuật điện tử và cơ khí nghiệp vụ, Tổng cục IV, Bộ Công an (trƣớc đây) nay là Viện Khoa học và công nghệ, sự biết ơn đối với gia đình, bạn bè thân thiết, các đồng nghiệp vì đã tạo nhiều điều kiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập, liên tục động viên để duy trì nghị lực, sự cảm thông, chia sẻ về thời gian lẫn công việc và các khía cạnh khác của cuộc sống trong suốt quá trình để hoàn thành luận án.

Hà Nội, tháng 7 năm 2019 Tác giả Lê Hải Triều LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com iii MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN. ii MỤC LỤC. iii DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT. vi DANH MỤC HÌNH VẼ.

viii DANH MỤC BẢNG BIỂU. Tính cấp thiết của đề tài. Mục tiêu, đối tƣợng, phạm vi và nhiệm vụ nghiên cứu. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu.

Đối tƣợng nghiên cứu. Phƣơng pháp nghiên cứu. Nội dung nghiên cứu. Bố cục luận án.

TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU. Một số vấn đề về an ninh, an toàn và bảo mật thông tin trên mạng viễn thông. Bảo mật thông tin giấu trong ảnh số. Khái nhiệm và phân loại bảo mật thông tin giấu trong đa phƣơng tiện.

Sơ đồ giấu tin tổng quát trong dữ liệu đa phƣơng tiện. Kỹ thuật giấu tin mật trong ảnh số và nghiên cứu liên quan. Kỹ thuật đánh dấu watermark và nghiên cứu liên quan. Đánh giá khả năng an toàn của hệ thống khi bị tấn công.

Đánh giá hiệu suất xử lý ảnh có đánh dấu watermark. Đánh giá độ an toàn của kỹ thuật watermark trong truyền ảnh số trên mạng viễn thông. Đánh giá hiệu suất xử lý xung đột lên mạng khi bị tấn công. Các vấn đề luận án cần giải quyết.

Nguồn ảnh dùng để thử nghiệm .35 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Kết luận chƣơng 1. BẢO MẬT THÔNG TIN GIẤU TRONG ẢNH SỐ VÀ TRAO ĐỔI KHÓA BÍ MẬT. Thuật toán giấu tin mật trong ảnh số.

Đánh giá khả năng giấu tin mật trong ảnh số. Thuật toán giấu tin ban đầu và thuật toán cải tiến trƣớc đây. Thuật toán giấu tin mới dựa trên mã hóa khối 5 bit. Nhận xét và đánh giá.

Thuật toán sinh số giả ngẫu nhiên có chu kỳ cực đại bằng phƣơng pháp đồng dƣ tuyến tính. Đặt bài toán. Một số ví dụ chứng minh. Nhận xét và đánh giá.

Phƣơng pháp và thuật toán đánh giá độ an toàn hệ thống mật mã và giấu tin trong ảnh số. Phƣơng pháp đánh giá độ an toàn của hệ thống mật mã. Phƣơng pháp đánh giá độ an toàn của kỹ thuật giấu tin. Nhận xét và đánh giá.

Kết luận chƣơng 2. BẢO MẬT ẢNH SỐ CÓ ĐÁNH DẤU WATERMARK VÀ HIỆU SUẤT MẠNG KHI BỊ TẤN CÔNG. Bảo mật ảnh số thông qua đánh giá và so sánh về hiệu suất xử lý ảnh JPEG/JPEG2000 có đánh dấu watermark. Một số nghiên cứu liên quan.

Các giả định và mô hình thực tế.76 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Các phƣơng trình biến đổi. Kết quả mô phỏng và đánh giá. Nhận xét và đánh giá.

Phân tích và đánh giá hiệu suất xử lý xung đột của các thuật toán back-off khác nhau lên mạng vô tuyến khi bị tấn công. Một số nghiên cứu liên quan. Các mô hình trạng thái dùng để đánh giá hiệu suất. Các tham số hiệu suất.

Kết quả mô phỏng và đánh giá. Nhận xét và đánh giá. Kết luận chƣơng 3. XÂY DỰNG HỆ THỐNG THÔNG TIN LIÊN LẠC BÍ MẬT THÔNG QUA TRUYỀN ẢNH SỐ.

Giới thiệu chung. Giải pháp và công nghệ. Triển khai hệ thống. Kết quả thử nghiệm và đánh giá.

Kết luận chƣơng 4. Các đóng góp chính của luận án. Những nội dung nghiên cứu tiếp theo .117 DANH MỤC CÁC CÔNG TRÌNH ĐÃ CÔNG BỐ.118 TÀI LIỆU THAM KHẢO. MỘT SỐ MÔ ĐUN PHẦN MỀM.

MỘT SỐ KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM. Kết quả thử nghiệm lần 1. Kết quả thử nghiệm lần 2. Kết quả thử nghiệm lần 3 .147 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com vi DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Từ viết tắt Nghĩ tiếng Anh Nghĩa tiếng Việt AES Advanced Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa tiên tiến Thuật toán tính toán khoảng BEB Binary Exponential Back-off thời gian chờ khi có xung đột Định dạng ảnh bitmap của hệ BMP Windows Bitmap điều hành Windows CIA Central Intelligence Agency Cơ quan tình báo trung ƣơng CPU Central Processing Unit Bộ xử lý trung tâm Carrier Sence Multi Giao thức đa truy cập/tránh va CSMA/CA Access/Collision Avoidance chạm DCT Discrete Cosine Transform Biến đổi cô-sin rời rạc DES Data Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa dữ liệu DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Fu-ri-ê rời rạc Direction Sequence Spread DSSS Trải phổ chuỗi trực tiếp Spectrum DWT Discrete Wavelet Transform Biến đổi sóng con rời rạc Exponential Increase Exponential Thuật toán backoff tăng giảm EIED Decrease hàm mũ Frequency Hopping Spread FH Trải phổ nhảy tần Spectrum GIF Graphics Interchange Format Định dạng trao đổi hình ảnh Institute of Electrical and IEEE Viện kỹ nghệ Điện và Điện tử Electronics Engineers Định dạng của Nhóm chuyên JPEG Joint Photographic Experts Group gia nhiếp ảnh LSB Least Significant Bit Bit có trọng số nhỏ nhất LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com vii Điều khiển truy nhập đa MAC Media Access Control phƣơng tiện MD Message-Digest algorithm 5 giải thuật Tiêu hóa tin 5 MSB Most Significant Bit Bit có trọng số cao nhất Orthogonal frequency- Ghép kênh phân chia theo tần OFDM division multiplexing số trực giao Định dạng chuyển đổi mạng PNG Portable Network Graphics lƣới đồ hóa PSRN Pick Signal-to-Noise Ratio Tỷ số tín hiệu trên tạp âm QIM Quantization Index Modulation Điều chỉnh hệ số lƣợng tử RC5 Rivest Cipher 5 Mật mã Rivest RGB Red-Green-Blue Đỏ-Xanh da trời-Xanh lá RF Radio Frequency Tần số vô tuyến Ron Rivest, Adi Shamir và Len RSA Thuật toán mã hóa công khai Adleman Vô tuyến định nghĩa bằng phần SDR Software Defined Radio mềm SHA Secure Hash Algorithm thuật giải băm an toàn SS Spread Spectrum Trải phổ TTL Time to Live Thời gian sống của gói tin WSN Wireless Sensor Network Mạng cảm biến không dây LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com viii DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1.

Phân loại kỹ thuật giấu thông tin. Sơ đồ trích tin. Số lƣợng nghiên cứu về Steganography và các dạng giấu tin trong ảnh, video, audio đƣợc IEEE xuất bản từ năm 1996 đến năm 2015. Tỷ lệ và số lƣợng các ứng dụng giấu dữ liệu trong dữ liệu đa phƣơng tiện năm 2008.

Sơ đồ quá trình giấu tin trong ảnh. Giấu tin vào bit LSB, lúc này giá trị điểm ảnh từ 1 thành 0. Nghiên cứu về Steganography và Digital Watermark đƣợc IEEE công bố từ 1991 đến 2006. Sơ đồ tổng quát watermark.

Phân loại thủy vân số. Sơ đồ bảo mật/giải mật thông tin giấu trên ảnh số trong hệ thống thông tin liên lạc bí mật. Mô hình cảm biến hình ảnh không dây đề xuất. Các kịch bản xử lý ảnh.

Sơ đồ khối quá trình đánh dấu bảo mật watermark. Xác suất tìm thấy watermark với các độ lớn trung bình khác nhau. Xác suất tìm thấy watermark với tỷ số nén thay đổi. Xác suất tìm thấy watermark với trƣờng hợp DCT và DWT.

Xác suất tìm thấy bị ảnh hƣởng bởi xác suất cảnh báo cố định. Xác suất tìm thấy watermark với các p f khác nhau. Mô hình trạng thái kênh. Phân tích lƣu lƣợng truyền tải mạng theo các thuật toán.

Tỷ lệ rớt gói nút bình thƣờng so với nút lỗi.96 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com ix Hình 3. Độ trễ của các nút bình thƣờng và nút lỗi tƣơng ứng với thuật toán BED và EIED. Sơ đồ khối của hệ thống. Sơ đồ khối các mô đun.

Sơ đồ khối điều khiển hệ thống. Lƣu đồ chƣơng trình phần mềm điều khiển hệ thống. Chọn ảnh C để giấu tin. Nhập bản tin M và sinh khóa K, dấu thủy vân W => Bản tin M’.

Chọn giấu tin M vào ảnh C => ảnh S. Đánh dấu thủy vân W lên ảnh S=> ảnh SW. Lƣu ảnh SW trƣớc khi gửi. Gửi ảnh SW thành công.

Phổ tần số tại 917. Phổ tần số tại 912.109 LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com x DANH MỤC BẢNG BIỂU Bảng 1. Mối quan hệ giữa các giá trị PSNR và MOS .