Luận văn Thạc sĩ Khoa học máy tính: Nghiên cứu kỹ thuật LSB và kết hợp thuật toán RSA để giấu tin trong ảnh

Chia sẻ: _ _ | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:71

Thêm vào BST

Báo xấu

54
lượt xem 8
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Luận văn nghiên cứu hệ thống lý thuyết liên quan đến ẩn mã và ảnh số phục vụ cho việc giấu tin trong dữ liệu đa phương tiện. Tìm hiểu và đánh giá phương pháp ẩn mã dựa trên kỹ thuật LSB kết hợp với thuật toán mã hóa khóa công khai RSA, từ đó xây dựng một phần mềm để giấu thông điệp dạng text vào trong ảnh Bitmap 24 bit. Mời các bạn cùng tham khảo!

Chủ đề:

Bình luận(0) Đăng nhập để gửi bình luận!

Lưu

Nội dung Text: Luận văn Thạc sĩ Khoa học máy tính: Nghiên cứu kỹ thuật LSB và kết hợp thuật toán RSA để giấu tin trong ảnh

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG TRẦN THẾ ANH NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT LSB VÀ KẾT HỢP THUẬT TOÁN RSA ĐỂ GIẤU TIN TRONG ẢNH LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHOA HỌC MÁY TÍNH THÁI NGUYÊN, NĂM 2015 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG TRẦN THẾ ANH NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT LSB VÀ KẾT HỢP THUẬT TOÁN RSA ĐỂ GIẤU TIN TRONG ẢNH Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 0101 LUẬN VĂN THẠC SĨ: KHOA HỌC MÁY TÍNH HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. TRẦN ĐỨC SỰ THÁI NGUYÊN, NĂM 2015 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
~i~ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Nghiên cứu kỹ thuật LSB và kết hợp thuật toán RSA để giấu tin trong ảnh” là sản phẩm của riêng cá nhân, không sao chép lại của ngƣời khác. Trong toàn bộ nội dung của luận văn, những điều đƣợc trình bày hoặc là của cá nhân hoặc là đƣợc tổng hợp, nghiên cứu từ nhiều nguồn tài liệu. Tất cả các tài liệu tham khảo đều có xuất xứ và trích dẫn rõ ràng. Tôi xin hoàn toàn chịu trách nhiệm và chịu mọi hình thức kỷ luật theo quy định cho lời cam đoan của mình. Thái Nguyên, ngày tháng năm 2015 Học viên Trần Thế Anh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
~ ii ~ LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn đến thầy TS Trần Đức Sự - Ban Cơ Yếu Chính Phủ, ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn này. Tôi xin chân thành cảm ơn các thầy cô giáo trƣờng Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền thông - Đại học Thái Nguyên đã giảng dạy và cung cấp cho chúng tôi những kiến thức rất bổ ích trong thời gian học cao học, giúp tôi có nền tảng tri thức để phục vụ nghiên cứu khoa học sau này. Tôi cũng xin cảm ơn Lãnh đạo và đồng nghiệp tại đơn vị đã tạo điều kiện và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình nghiên cứu và hoàn thành luận văn. Tôi cũng xin bày tỏ lòng cảm ơn đến gia đình và bạn bè, những ngƣời luôn quan tâm, động viên và khuyến khích tôi trong quá trình học tập. Thái Nguyên, ngày tháng năm 2015 Trần Thế Anh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
~ iii ~ MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN ................................................................................................... ii MỤC LỤC ........................................................................................................ iii DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH ..................................................................... vii DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU .................................................................. viii MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ẨN MÃ VÀ ẢNH SỐ ................................. 5 1.1. Giới thiệu chung về ẩn mã ......................................................................... 5 1.1.1. Khái niệm ẩn mã ................................................................................. 6 1.1.2. Nguyên lý cơ bản của ẩn mã học ........................................................ 6 1.1.3. Ẩn mã thuần túy .................................................................................. 8 1.2. Hệ mật mã RSA ......................................................................................... 9 1.2.1. Hệ thống mã hóa công khai................................................................. 9 1.2.2. Hệ mật mã khóa công khai RSA ....................................................... 11 1.3. Độ an toàn và độ an toàn hoàn hảo trong ẩn mã ...................................... 11 1.3.1. Độ an toàn của ẩn mã ........................................................................ 11 1.3.2. Độ an toàn hoàn hảo trong ẩn mã ..................................................... 12 1.3.3. Độ an toàn hoàn hảo của một hệ ẩn mã ............................................ 12 1.4. Ứng dụng của ẩn mã trong môi trƣờng thực tế ........................................ 13 1.5. Giới thiệu chung về ảnh số....................................................................... 14 1.5.1. Khái niệm ảnh số............................................................................... 14 1.5.2. Điểm ảnh ........................................................................................... 14 1.6. Các kỹ thuật giấu tin trong ảnh ................................................................ 16 1.6.1. Kỹ thuật giấu tin trên miền không gian ảnh...................................... 16 1.6.1.1. Kỹ thuật giấu tin trong khối bit ............................................ 16 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
~ iv ~ 1.6.1.2. Kỹ thuật giấu tin thay thế các bit có trọng số thấp nhất ....... 18 1.6.2. Kỹ thuật giấu tin trên miền tần số ảnh .............................................. 19 1.7. Một số dạng tấn công trong môi trƣờng ảnh số hóa ................................ 19 1.7.1. Tấn công trực quan............................................................................ 19 1.7.1.1. Tấn công trực quan dựa trên việc giấu và tìm kiếm tuần tự . 19 1.7.1.2. Tấn công trực quan dựa trên việc giấu và tìm kiếm ngẫu nhiên....................................................................................................... 20 1.7.2. Tấn công cấu trúc .............................................................................. 21 1.7.2.1. Tấn công cấu trúc trên dung lƣợng tập tin ........................... 21 1.7.2.2. Tấn công cấu trúc dựa trên việc ẩn mã bằng bảng màu ....... 22 1.7.3. Tấn công thống kê ............................................................................. 23 CHƢƠNG 2. KẾT HỢP KỸ THUẬT LSB VÀ THUẬT TOÁN RSA GIẤU TIN TRONG ẢNH BITMAP 24 BIT ............................................................. 24 2.1. Cấu trúc ảnh Bitmap................................................................................. 24 2.2. Kỹ thuật giấu tin LSB .............................................................................. 28 2.2.1. Quá trình giấu tin .............................................................................. 28 2.2.2. Quá trình tách tin............................................................................... 29 2.2.3. Đánh giá thuật toán ........................................................................... 30 2.3. Mô hình sử dụng kỹ thuật LSB kết hợp thuật toán RSA để tăng độ an toàn cho việc giấu tin trong ảnh ...................................................................... 31 2.3.1. Thuật toán mã hóa khóa công khai RSA .......................................... 32 2.3.2. Mô hình giấu tin sử dụng kỹ thuật LSB kết hợp thuật toán RSA ..... 36 2.4. Đánh giá mô hình sử dụng kỹ thuật LSB kết hợp thuật toán RSA .......... 39 CHƢƠNG 3. TRIỂN KHAI CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM ................. 42 3.1. Mục đích, yêu cầu .................................................................................... 42 3.2. Yêu cầu về cấu hình hệ thống .................................................................. 42 3.3. Lựa chọn định dạng file ảnh trong thực nghiệm ...................................... 42 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
~v~ 3.4. Sơ đồ chức năng chƣơng trình ................................................................. 43 3.5. Sơ đồ hoạt động của chƣơng trình ........................................................... 45 3.6. Thuật toán RSA, giấu tin và trích rút tin theo kỹ thuật đề xuất ............... 48 3.6.1. Thuật toán RSA ................................................................................. 48 3.6.1.1. Tạo khóa công khai và khóa bí mật ...................................... 48 3.6.1.2. Thuật toán mã hóa ................................................................ 49 3.6.1.3. Thuật toán giải mã ................................................................ 49 3.6.2. Giấu tin .............................................................................................. 50 3.6.3. Trích rút ............................................................................................. 51 3.7. Kết quả thực nghiệm ................................................................................ 52 3.7.1. Chức năng tạo khóa........................................................................... 52 3.7.2. Chức năng giấu thông tin .................................................................. 53 3.7.3. Chức năng trích rút tin mật ............................................................... 54 3.8. Đánh giá kết quả thực nghiệm ................................................................. 55 KẾT LUẬN VÀ HƢỚNG PHÁT TRIỂN ...................................................... 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 58 PHỤ LỤC ........................................................................................................ 59 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
~ vi ~ DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT TRONG LUẬN VĂN BMP - Định dạng ảnh Bitmap (Bitmap) BPP - Số bit trên 1 pixel (Bits per pixel) CGA - Bộ điều hợp đồ họa màu (Color Graphics Adapter) CPT - Kỹ thuật giấu tin (Cheng - Pan - Tseng) DCT - Phép biến đổi Cosin rời rạc (Discrete Cosine Tranform) DES - Hệ mật mã chuẩn (Data Encryption Standard) EGA - Bộ điều hợp đồ họa nâng cao (Enhanced Graphics Adapter) GIF - Định dạng ảnh Gif (Graphics Interchange Format) LSB - Bit có trọng số thấp nhất (Least Significant Bit) JPEG - Định dạng ảnh JPEG (Join Photographic Experts Group) RSA - Mã hóa công khai RSA (Rivest, Shamir và Adleman) SVGA - Bộ điều hợp đồ họa video cao cấp (Super Video Graphics Adapter) VGA - Bộ điều hợp đồ họa video (Video Graphics Adapter) WEP - Thuật toán mã hóa sử dụng trên mạng không dây (Wired Equivalent Privacy) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
~ vii ~ DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH Trang Hình 1.1. Phân loại kỹ thuật giấu tin................................................................. 6 Hình 1.2. Mô hình cơ bản của kỹ thuật giấu tin................................................ 7 Hình 1.3. Sơ đồ hệ thống mã hóa khóa công khai .......................................... 11 Hình 2.1. Ảnh đen trắng .................................................................................. 24 Hình 2.2. Ảnh đa mức xám ............................................................................. 25 Hình 2.3. Ảnh màu .......................................................................................... 26 Hình 2.4. Ảnh trƣớc và sau khi giấu tin bằng kỹ thuật LSB........................... 30 Hình 2.5. Sơ đồ tạo khóa, mã hóa và giải mã RSA ........................................ 34 Hình 2.6. Quá trình xử lý giấu thông điệp bí mật ........................................... 37 Hình 2.7. Quá trình trích xuất thông điệp ....................................................... 38 Hình 3.1. Sơ đồ chức năng chƣơng trình thử nghiệm ..................................... 43 Hình 3.2. Sơ đồ hoạt động của quá trình giấu tin ........................................... 45 Hình 3.3. Sơ đồ hoạt động của quá trình trích rút tin ..................................... 47 Hình 3.4. Quá trình tạo khóa ........................................................................... 53 Hình 3.5. Quá trình giấu tin của chƣơng trình ................................................ 54 Hình 3.6. Quá trình trích rút tin mật của chƣơng trình ................................... 55 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
~ viii ~ DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU Trang Bảng 2.1. Ý nghĩa các trƣờng trong vùng Bitmap Header ............................. 27 Bảng 2.2. Bảng số hóa thông tin cần giấu....................................................... 29 Bảng 2.3. Bảng giá trị của bản mã và bản rõ .................................................. 35 Bảng 3.1. Một số phần mềm giấu tin .............................................................. 42 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
~1~ MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề Ngày nay, Internet là môi trƣờng phổ biến cho việc trao đổi thông tin giữa các nhà cung cấp và ngƣời sử dụng. Do đó, vấn đề an toàn dữ liệu trên mạng luôn luôn là một thách thức đối với các nhà quản lý và các nhà nghiên cứu. Các thông tin trên Internet có thể dễ dàng bị làm giả mạo, sai lệch và bị đánh cắp bởi hacker trong quá trình truyền tải dữ liệu. Thông tin của cá nhân, tổ chức hoặc quốc gia đứng trƣớc nguy cơ bị xâm nhập bất cứ lúc nào. Cùng với nó là vấn nạn ăn cắp bản quyền, xuyên tạc thông tin,... ngày càng gia tăng. Vì vậy, vấn đề đặt ra làm thế nào để đảm bảo đƣợc sự an toàn, và toàn vẹn thông tin trong quá trình truyền tải trên Internet. Hai giải pháp cho vấn đề này là mã hóa và giấu thông tin có vai trò quan trọng trong việc bảo vệ quá trình truyền tải thông tin mật. Sự xác thực và bản quyền trong môi trƣờng trao đổi công cộng. Việc tìm giải pháp cho những vấn đề này giúp ta hiểu thêm về một công nghệ đang phát triển và còn tạo ra những cơ hội mới [1]. Một dạng quan trọng của kỹ thuật giấu tin đó là kỹ thuật ẩn mã (Steganography), nó đã xuất hiện từ rất lâu nhƣng việc ứng dụng của kỹ thuật này trên dữ liệu số mới xuất hiện gần đây. Steganography là kỹ thuật che giấu thông tin nhằm ngăn chặn việc phát hiện sự tồn tại của những thông điệp đƣợc ẩn trong một đối tƣợng số. Mục tiêu chính của ẩn mã là liên lạc an toàn theo một cách thức mà khó có thể phát hiện và tránh những nghi ngờ trong quá trình truyền tải. Đối với kỹ thuật này, những thông tin cần bảo mật sẽ đƣợc ẩn trong một đối tƣợng khác (gọi là môi trƣờng giấu tin) sao cho sau khi giấu tin, sự biến đổi của đối tƣợng này là rất khó nhận biết, đồng thời vẫn có thể lấy lại đƣợc thông điệp đã đƣợc giấu đi khi cần. Với Steganography, các kẻ tấn công khó xác định đƣợc là có thông tin đƣợc giấu ở trong đó hay không, đó chính là ƣu điểm của hƣớng tiếp cận này so với mã hóa [2]. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
~2~ Kỹ thuật LSB là một trong những kỹ thuật đƣợc sử dụng trong ẩn mã. Tuy nhiên, LSB đơn thuần có độ an toàn không cao, dễ bị kẻ tấn công trích xuất thông tin đƣợc giấu. Bởi vậy, ngƣời ta thƣờng sử dụng kỹ thuật này với sự hỗ trợ từ các thuật toán mã hóa nhằm nâng cao độ an toàn, hạn chế việc thông tin đƣợc giấu bị trích xuất bởi những kẻ tấn công. Sau khi tiến hành nghiên cứu các tài liệu liên quan đến lĩnh vực giấu tin trong đa phƣơng tiện và nhận thấy các kỹ thuật trên đều cho kết quả tốt với việc đảm bảo đƣợc tính chất ẩn của thông tin đƣợc giấu và không làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng của dữ liệu gốc. Với mong muốn phát triển các kỹ thuật giấu thông tin nhằm bảo vệ các thông tin mật trong quá trình trao đổi. Đƣợc sự sự đồng ý, động viên của cán bộ hƣớng dẫn khoa học, tôi đã chọn đề tài “Nghiên cứu kỹ thuật LSB và kết hợp thuật toán RSA để giấu tin trong ảnh” làm vấn đề nghiên cứu cho luận văn cao học của mình. Mong rằng kết quả của đề tài khi đƣợc triển khai thực tế sẽ góp phần tăng thêm độ an toàn cho các thông tin mật trong quá trình trao đổi. 2. Mục tiêu nghiên cứu Luận văn nghiên cứu hệ thống lý thuyết liên quan đến ẩn mã và ảnh số phục vụ cho việc giấu tin trong dữ liệu đa phƣơng tiện. Tìm hiểu và đánh giá phƣơng pháp ẩn mã dựa trên kỹ thuật LSB kết hợp với thuật toán mã hóa khóa công khai RSA, từ đó xây dựng một phần mềm để giấu thông điệp dạng text vào trong ảnh Bitmap 24 bit. 3. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu Với mỗi dữ liệu đa phƣơng tiện có các định dạng, tính chất, đặc trƣng khác nhau. Để xây dựng một kỹ thuật giấu tin trên các dữ liệu này thƣờng đòi hỏi các thuật toán phức tạp. Trong luận văn này, ngoài việc tìm hiểu khát quát về giấu tin, các kỹ thuật giấu tin. Nghiên cứu một số kỹ thuật giấu tin bằng LSB và thuật toán mã hóa RSA để giấu thông tin mã hóa vào hình ảnh. Luận Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
~3~ văn còn tập trung nghiên cứu về cấu trúc ảnh Bitmap và triển khi thực nghiệm giấu tin trong ảnh có định dạng BMP. 4. Phƣơng pháp nghiên cứu Luận văn sử dụng phƣơng pháp nghiên cứu tƣ liệu kết hợp với triển khai thực nghiệm. Trên cơ sở nguyên cứu tổng hợp từ các kỹ thuật giấu tin trong ảnh. Luận văn đƣa ra một kỹ thuật giấu tin mới và tiến hành cài đặt chƣơng trình thực nghiệm giấu tin trong ảnh Bitmap 24 bit. 5. Ý nghĩa khoa học của đề tài Về lý thuyết: - Tiếp cận một hƣớng nghiên cứu trong lĩnh vực an toàn và bảo mật thông tin. Đây là phƣơng pháp mới và phức tạp. Phƣơng pháp này đang đƣợc xem nhƣ một giải pháp có nhiều triển vọng cho vấn đề bảo vệ bản quyền, nhận thức thông tin và điều khiển truy cập ứng dụng trong an toàn và bảo mật thông tin. - Trình bày tƣơng đối đầy đủ một hệ thống lý thuyết giấu tin và đƣa ra một mô hình kết hợp để thực hiện giấu tin trong ảnh. Về thực tiễn: Với việc triển khai thực tế của đề tài, sẽ góp phần tăng thêm độ an toàn cho các thông tin mật trong việc bảo vệ và truyền thông tin mật. 6. Bố cục của luận văn Dựa trên đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu, luận văn sẽ đƣợc phân làm 3 chƣơng chính với các nội dung cụ thể nhƣ sau: Chương 1. Tổng quan về ẩn mã và ảnh số. Ở chƣơng này đề tài sẽ đi vào tìm hiểu các khái niệm về ẩn mã và ảnh số, mục đích cũng nhƣ tính cấp thiết của việc giấu tin trong đa phƣơng tiện, trong đời sống thông tin và truyền tin hiện nay. Tìm hiểu một môi trƣờng cụ thể mà luận văn sử dụng để giấu tin là ảnh Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
~4~ số. Khái quát một số ứng dụng và các tấn công trên hệ thống giấu tin. Chương 2. Kết hợp kỹ thuật LSB và thuật toán giấu tin trong ảnh Bitmap 24 bit. Trong chƣơng này sẽ đi vào tìm hiểu về cấu trúc của hình ảnh Bitmap và thuật toán RSA. Và nghiên cứu quá trình giấu tin và tách thông tin trên ảnh. Từ đó đề xuất mô hình kết hợp giữa kỹ thuật LSB và thuật toán RSA để giấu tin trong ảnh. Đánh giá thuật toán nhƣ độ phức tạp hay tính an toàn, bảo mật của thông tin đƣợc giấu. Chương 3. Xây dựng chương trình thử nghiệm Chƣơng này sẽ đƣa ra mục đích, yêu cầu cũng nhƣ mô tả sơ đồ chƣơng trình thực nghiệm đã đƣợc xây dựng. Lựa chọn định dạng file ảnh để thử nghiệm thuật toán đƣợc mô tả tại Chƣơng 2. Mô tả thuật toán mã hóa RSA, giấu và trích rút thông tin trong ảnh trên mô hình kết hợp đã đƣợc đề xuất trong chƣơng 2. Các kết quả thực nghiệm và đối sánh. Đồng thời đánh giá kết quả thực nghiệm đạt đƣợc và đƣa ra các khả năng ứng dụng của chƣơng trình thực nghiệm. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
~5~ CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ẨN MÃ VÀ ẢNH SỐ 1.1. Giới thiệu chung về ẩn mã Theo xu hƣớng phát triển của các kỹ thuật giấu tin hiện nay, và dựa trên mục đích sử dụng khác nhau, kỹ thuật giấu tin có thể đƣợc ra làm 2 loại lớn: Ẩn mã và Thủy vân số. • Ẩn mã (Steganography): Che giấu thông tin bí mật vào môi trƣờng gốc, đòi hỏi dung lƣợng tin cần giấu càng lớn và độ an toàn càng cao càng tốt. Ẩn mã thuần túy (Pure Steganography) Ẩn mã có xử lý (Intrinsic Steganography) • Thủy vân số (Watermarking): Che giấu thông tin mà đòi hỏi độ bền vững cao của thông tin đó. Thủy vân bền vững: Thƣờng đƣợc ứng dụng trong bảo vệ bản quyền. Thủy vân đƣợc nhúng trong sản phẩm nhƣ một hình thức dán tem bản quyền. Trong trƣờng hợp này, thủy vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm nhằm chống lại việc tẩy xóa, làm giả hay biến đổi phá hủy thủy vân. Thủy vân dễ vỡ: Là kỹ thuật nhúng thủy vân vào trong một đối tƣợng sao cho khi phân bố sản phẩm trong môi trƣởng mở nếu có bất kỳ phép biến đổi nào làm thay đổi sản phẩm gốc thì thủy vân đã đƣợc giấu trong đối tƣợng sẽ không còn nguyên vẹn nhƣ trƣớc khi giấu. Thủy vân ẩn: Cũng giống nhƣ giấu tin, thủy vân ẩn không thể nhìn thấy bằng mắt thƣờng. Thủy vân hiện: Là loại thủy vân hiện ngay trên sản phẩm và mắt thƣờng có thể nhìn thấy đƣợc. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
~6~ Hình 1.1. Phân loại kỹ thuật giấu tin 1.1.1. Khái niệm ẩn mã Steganography có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp: Stegos có nghĩa là “Cover” - Che đậy và Grafia có nghĩa là “Writing” – Văn bản. Cover Writing đƣợc hiểu là văn bản đƣợc che đậy. Do vậy, Steganography là khoa học và nghệ thuật về thông tin liên lạc vô hình. Kỹ thuật này đƣợc thực hiện thông qua việc che giấu sự tồn tại của thông tin bằng việc ẩn nó vào một thông tin khác [2]. 1.1.2. Nguyên lý cơ bản của ẩn mã học Hiện nay có rất nhiều khía cạnh và ứng dụng đƣợc phát triển từ khái niệm ẩn mã Steganography nhƣng hầu hết chúng đều dựa trên một mô hình, một nguyên lý cơ bản chung nhƣ sau: Alice muốn chia sẻ một thông điệp bí mật (Secret Message) với Bob, bằng cách chọn ngẫu nhiên một thông điệp bao phủ (Cover Message hay môi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
~7~ trƣờng giấu tin) có thể là ảnh, văn bản, audio… Alice nhúng thông điệp bí mật vào môi trƣờng giấu tin, kết hợp với khóa bí mật (Secret Key) sẽ thu đƣợc thông điệp mang tin mật (Stego Message) để truyền cho Bob nhằm tránh sự nghi ngờ của bên thứ ba. Điều này cần đƣợc thực hiện hết sức cẩn thận, để chắc chắn rằng bên thứ ba Wendy chỉ biết thông điệp chứa tin mật là vô hại và không thể phát hiện ra thông điệp bí mật đƣợc chứa trong đó [3]. Hình 1.2. Mô hình cơ bản của kỹ thuật giấu tin Tuy vậy, trong thực tế không phải dữ liệu nào cũng có thể đƣợc sử dụng làm vật phủ trong truyền tin mật, bởi vì sự thay đổi thực hiện trong quá trình giấu tin phải đƣợc coi là không nhìn thấy đối với những ngƣời không liên quan đến quá trình truyền thông. Điều này đòi hỏi vật phủ phải có một lƣợng dữ liệu dƣ thừa đủ để giấu thông tin mật, hay nói cách khác là đủ để thay thế đƣợc thông tin mật. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
~8~ Nếu một ngƣời tấn công truy nhập đƣợc vào hai “phiên bản” của một vật phủ thì sẽ dễ dàng phát hiện sự có mặt của thông tin mật và thậm chí có thể xây dựng lại đƣợc những thông tin đó. Vì vậy, một vật phủ không nên đƣợc sử dụng hai lần. Do đó, để tránh việc sử dụng lại, cả ngƣời gửi và ngƣời nhận phải huỷ bỏ các vật phủ đã đƣợc sử dụng trong quá trình truyền tin. Trong quá trình giấu tin, để làm tăng tính bảo mật của thông điệp cần giấu, có thể dùng nhiều phƣơng pháp khác nhau. Tuy nhiên, về cơ bản thì có hai loại giao thức ẩn mã học, đó là ẩn mã thuần tuý và ẩn mã có xử lý. 1.1.3. Ẩn mã thuần túy Một hệ ẩn mã trong đó không trao đổi các thông tin bí mật hay một khóa bí mật (Secret Key) đƣợc goi là hệ ẩn mã thuần túy. Định nghĩa Hệ ẩn mã thuần túy (Pure Steganography): Một bộ , trong đó là tập các vật phủ có thể, là tập thông điệp cần giấu với điều kiện | | | | Quá trình gắn tin đƣợc mô tả bởi ánh xạ là một hàm nhúng thông điệp vào thông điệp chứa (hay còn gọi là hàm gắn tin) và là hàm giải mã thông điệp sao cho ( ) với mọi đƣợc gọi là một hệ ẩn mã thuần túy. Trong hầu hết các hệ ẩn mã, tập các vật phủ có thể đƣợc chọn nhƣ tập các ảnh số, hoặc tập các văn bản, video hay âm thanh. . ., hai bên có thể trao đổi mà không bị nghi ngờ. Quá trình gắn tin đƣợc thực hiện sao cho giữa vật phủ và thông điệp bí mật tƣơng ứng trông tƣơng tự nhau. Tính chất tƣơng tự có thể đƣợc định nghĩa qua một hàm tƣơng tự, ta có định nghĩa sau: Định nghĩa Hàm tương tự: Cho là một tập không rỗng Một hàm sim: đƣợc gọi là hàm tƣơng tự trên nếu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
~9~ Trong trƣờng hợp ảnh số hoặc âm thanh số, tƣơng quan giữa hai tín hiệu có thể đƣợc dùng làm hàm tƣơng tự. Nhƣ vậy, hầu hết các hệ ẩn mã trong thực tế đều cố gắng thoả mãn điều kiện ( ) với mọi và . Một ngƣời tấn công phải không đƣợc quyền truy nhập vào các vật phủ sử dụng trong truyền thông mật. Ngƣời gửi có thể tạo vật phủ bằng kĩ thuật ghi âm hoặc quét ảnh. Với mỗi quá trình truyền tin, một vật phủ đƣợc chọn một cách ngẫu nhiên. Tuy nhiên, ngƣời gửi có thể tìm kiếm trong cơ sở dữ liệu các vật phủ dùng đƣợc và chọn một vật phủ mà quá trình gắn tin sẽ làm thay đổi ít nhất nó. Một quá trình lựa chọn nhƣ vậy có thể đƣợc thực hiện thông qua hàm tƣơng tự sim. Khi mã hoá, ngƣời gửi chọn một vật phủ với Đối với các vật phủ là bản thu âm hoặc quét ảnh thì ngƣời gửi có thể số hóa nhiều lần, do sự nhiễu trong thiết bị số hóa, với mỗi lần nhƣ vậy sẽ thu đƣợc một vật phủ đƣợc coi là hơi khác, ngƣời gửi có thể lựa chọn một vật phủ phù hợp nhất cho quá trình gắn tin của mình. 1.2. Hệ mật mã RSA 1.2.1. Hệ thống mã hóa công khai Vấn đề phát sinh trong các hệ thống mã hóa quy ƣớc (mã hóa cổ điển) là việc quy ƣớc chung mã khóa k giữa ngƣời gửi A và ngƣời nhận B. Trên thực tế, nhu cầu thay đổi nội dung của mã khóa k là cần thiết, do đó, cần có sự trao đổi thông tin về mã khóa k giữa A và B. Để bảo mật mã khóa k, A và B phải trao đổi với nhau trên một kênh liên lạc thật sự an toàn và bí mật. Tuy nhiên, rất khó có thể bảo đảm đƣợc sự an toàn của kênh liên lạc nên mã khóa k vẫn có thể bị phát hiện bởi ngƣời C! Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn
~ 10 ~ Ý tƣởng về hệ thống mã hóa khóa công khai đƣợc Martin Hellman, Ralph Merkle và Whitfield Diffie tại Đại học Stanford giới thiệu vào năm 1976. Sau đó, phƣơng pháp Diffie-Hellman của Martin Hellman và Whitfield Diffie đã đƣợc công bố. Năm 1977, trên báo "The Scientific American", nhóm tác giả Ronald Rivest, Adi Shamir và Leonard Adleman đã công bố phƣơng pháp RSA, phƣơng pháp mã hóa khóa công khai nổi tiếng và đƣợc sử dụng rất nhiều hiện nay trong các ứng dụng mã hóa và bảo vệ thông tin. RSA nhanh chóng trở thành chuẩn mã hóa khóa công khai trên toàn thế giới do tính an toàn và khả năng ứng dụng của nó. Một hệ thống khóa công khai sử dụng hai loại khóa trong cùng một cặp khóa: khóa công khai (Public key) đƣợc công bố rộng rãi và đƣợc sử dụng để mã hóa thông tin, khóa bí mật hay khóa riêng (Private key) đƣợc sử dụng để giải mã thông tin đã đƣợc mã hóa bằng khóa công khai. Các phƣơng pháp mã hóa này khai thác những ánh xạ f mà việc thực hiện ánh xạ ngƣợc f –1 rất khó so với việc thực hiện ánh xạ f. Chỉ khi biết đƣợc mã khóa bí mật thì mới có thể thực hiện đƣợc ánh xạ ngƣợc f –1. Khi áp dụng hệ thống mã hóa khóa công khai, ngƣời A sử dụng khóa công khai để mã hóa thông điệp và gửi cho ngƣời B. Do biết đƣợc khóa bí mật nên B mới có thể giải mã thông điệp mà A đã mã hoá. Ngƣời C nếu phát hiện đƣợc thông điệp mà A gửi cho B, kết hợp với thông tin về khóa công khai đã đƣợc công bố, cũng rất khó có khả năng giải mã đƣợc thông điệp này do không nắm đƣợc khóa bí mật của B. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn