Tin học - An toàn và bảo mật thông tin
Chia sẻ bởi Lê Thị Hạt |
Ngày 09/10/2018 |
46
Chia sẻ tài liệu: Tin học - An toàn và bảo mật thông tin thuộc Tự nhiên và xã hội 1
Nội dung tài liệu:
Viện Hàn lâm Quốc tế về khoa học - Kỹ thuật và Công nghệ 44 2010
1
Dữ liệu ẩn trong hình ảnh rời rạc trong miền Wavelet sử dụng PMM
Tác giả: Souvik Bhattacharyya và Gautam Sanyal
I.GIỚI THIỆU
Bảo mật thông tin là một thuật ngữ chung bao gồm nhiều ngành lĩnh vực . Một trong những ngành lĩnh vực quan trọng nhất là giấu tin ảnh.
Stego(Kỹ thuật giấu thông tin bí mật ) có nguồn gốc từ một tác phẩm của Johannes Trithemus (1462 -1516) mang tên "Steganographia" và xuất phát từ tiếng Hy Lạp được định nghĩa là "văn bản được bao phủ".
Hình thức của bảo mật thông tin là kỷ thuật của sự làm mờ tức là quá trình nhúng thông tin, cái mà được gọi là hình mờ được gắn hoặc dán vào trong một đối tượng đa phương tiện.Như vậy hình mờ chỉ có thể được phát hiện hoặc giải nén sau để có một khẳng định về đối tượng đó. Đối tượng có thể là một hình ảnh, âm thanh, video hoặc chỉ là văn bản.Trong số đó giấu tin hình ảnh là phổ biến nhiều nhất .
Trong phương pháp này, các thông tin bí mật được nhúng vào một hình ảnh, tiếng ồn để nó gần như không thể phân biệt bằng mắt của con người.Trong giấu tin video, cùng một phương pháp có thể được sử dụng để nhúng một thông tin.Giấu tin âm thanh nhúng thông tin vào một tập tin âm thanh như tiếng ồn ở tần số ra khỏi phạm vi nghe của con người .
Một số thuật ngữ:
Hình ảnh stego: là ảnh sau khi đã nhúng tin mật vào đó.
Cover Image:Hình ảnh bìa.
PVD(Pixel Value Differencing):Phương pháp vi phân điểm ảnh.
PMM (Pixel Mapping Method):Phương pháp ánh xạ điểm ảnh.
Steganalysis: là khoa học về tìm kiếm thông tin mật.
Peak Signal Noise Ratio (PSNR): Đỉnh tín hiệu nhiễu.
Integer Wavelet Tranform:Số nguyên chuyển đổi Wavelet.
Một số thuật ngữ:
DCT (Discrete Cosine Transformation): Phép biến đổi cosin rời rạc.
DFT(Fast Fourier Transformation ).
DWT(Discrete Wavelet Transformation): Kỷ thuật bảo mật dựa trên wavelet .
secret message : thông tin bí mật.
GLM (Gray level modification):Điều chỉnh mức độ màu xám.
LSB (Least significant bit): bít ít quan trọng.
II. HỆ THỐNG GIẤU TIN HÌNH ẢNH
Hình 2. Hình thức chung của giấu tin hình ảnh
Một thông tin được nhúng vào trong một hình ảnh kỹ thuật số (ảnh bìa) thông qua một thuật toán nhúng, với sự giúp đỡ của một khóa bí mật. Kết quả của hình ảnh stego được truyền qua một kênh đến người nhận, nơi mà nó được xử lý bằng các thuật toán khai thác sử dụng cùng khóa. Trong quá trình truyền hình ảnh stego, nó có thể được giám sát bởi những người xem không được thẩm định là những người sẽ chỉ nhận thấy việc truyền tải một hình ảnh mà không phát hiện ra sự tồn tại của thông điệp ẩn.
A.kỹ thuật giấu tin hình ảnh:
(i) Kỷ thuật thay thế trong miền không gian.
(ii) Chuyển đổi kỹ thuật miền.
(iii) Kỷ thuật phổ lan rộng.
(iv) Kỷ thuật thống kê.
(v) Kỷ thuật biến dạng.
B. Steganalysis
Steganalysis là khoa học về tìm kiếm thông tin mật.
Mục tiêu chính của Steganalysis là để phá vỡ thông tin mật và phát hiện hình ảnh stego.
Giao dịch Steganalysis với ba hạng mục quan trọng:
(a) Các cuộc tấn công trực quan.
(b) Các cuộc tấn công thống kê.
(c) Các cuộc tấn công kết cấu.
III.CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN
A. Phương pháp bảo mật miền không gian
1) Dữ liệu Ẩn của LSB (Least significant bit)
2) Dữ liệu Ẩn của PVD (Pixel Value Differencing)
3) Ẩn dữ liệu của GLM (Gray level modification) 4) Ẩn dữ liệu theo phương pháp của Ahmad T và cộng sự đề xuất:
A.PHƯƠNG PHÁP BẢO MẬT MIỀN KHÔNG GIAN
1.Dữ liệu Ẩn bởi LSB:
LSB (Least significant bit):bít ít quan trọng.
Là kỹ thuật phổ biến được dựa trên thao tác sử dụng ít số bít nhất. Phép chiếu nằm ngang bằng cách thay thế trực tiếp các LSB của việc che giấu hình ảnh với các bit thông tin. Phương pháp LSB thường đạt được công suất cao nhưng không may chèn LSB thì dễ tấn công hình ảnh yếu như cắt và nén.
2) Dữ liệu Ẩn của PVD
PVD (Pixel Value Differencing) :Phương pháp vi phân điểm ảnh.
Do Wu và Tsai đề xuất có thể cung cấp thành công cả hai khả năng nhúng cao và nổi bật với tính không thể nhận thấy được hình ảnh stego.
Nó được sử dụng để phân vùng hình ảnh stego bởi cùng phương pháp sử dụng hình ảnh bìa.
3) Ẩn dữ liệu của GLM:
GLM (Gray level modification):Điều chỉnh mức độ màu xám
Là kỹ thuật sử dụng để sắp xếp dữ liệu bằng cách thay đổi mức độ xám của các điểm ảnh của hình ảnh.
Kỹ thuật giấu tin sửa đổi cấp độ màu xám là một kỹ thuật để sắp xếp dữ liệu (không nhúng hoặc ẩn nó) bằng cách thay đổi các giá trị mức xám của các điểm ảnh của hình ảnh.
GLM là kỹ thuật sử dụng các khái niệm về số lẻ và số chẵn để ánh xạ dữ liệu trong một hình ảnh. Nó là một ánh xạ một –một giữa các dữ liệu nhị phân và các điểm ảnh được lựa chọn trong một hình ảnh. Từ một hình ảnh cho một tập hợp các điểm ảnh được lựa chọn dựa trên một hàm toán học. Các giá trị cấp độ màu xám của các điểm ảnh được kiểm tra và so sánh với các dòng bit đã được ánh xạ trong hình ảnh.
4) Ẩn dữ liệu theo phương pháp của Ahmad T và cộng sự đề xuất:
Phương pháp mới steganographic bảo mật thông tin trong các tên miền không gian của các hình ảnh màu xám đã được đề xuất.
Phương pháp đề xuất hoạt động bằng cách chia ảnh tin thành các khối có kích thước bằng nhau và sau đó nhúng các thông tin trong các cạnh của khối tùy thuộc vào số lượng bốn bit trái của các điểm ảnh
B. PHƯƠNG PHÁP BẢO MẬT CHUYỂN ĐỔI TÊN MIỀN :
1) Bảo mật dữ liệu dựa trên DCT (Discrete Cosine Transformation): Phép biến đổi cosin rời rạc.
2) Bảo mật dữ liệu dựa trên DWT (Discrete Wavelet Transformation): Chuyển đổi rời rạc Wavelet.
1.Bảo mật dữ liệu dựa trên DCT
DCT(Phép biến đổi cosin rời rạc)là một cơ chế được sử dụng trong các thuật toán nén file JPEG để biến đổi khối 88 điểm ảnh từ miền không gian đến 64 hệ số DCT trong mỗi miền tần số. Các bit quan trọng nhất của hệ số lượng tử DCT được sử dụng như là các bít dư thừa mà vào đó thông tin ẩn được nhúng. Các điều chỉnh của hệ số DCT duy nhất ảnh hưởng đến tất cả các điểm ảnh 64. Vì sửa đổi này xảy ra trong miền tần số và không phải là miền không gian, không nhận thấy sự khác biệt của hình ảnh.
Ưu điểm của hệ số DCT có sự biến đổi vượt trội hơn là khả năng giảm thiểu sự xuất hiện khối như kết quả khi ranh giới giữa các tiểu hình ảnh 8x8 trở nên hữu hình (được gọi là ngăn chặn hiện vật). Các thuộc tính thống kê của các tập tin JPEG cũng được bảo tồn. Nhược điểm của phương pháp này là nó chỉ hoạt động trên các file JPEG vì nó giả định một số phân phối thống kê các dữ liệu bao gồm phổ biến được tìm thấy trong file JPEF
2) Bảo mật dữ liệu dựa trên DWT (Discrete Wavelet Transformation): Chuyển đổi rời rạc Wavelet
Là một ý tưởng mới trong việc áp dụng chuyển đổi sóng con. Tuy nhiên các kỹ thuật tiêu chuẩn lưu trữ trong các bit ít quan trọng nhất (LSB) của một điểm ảnh vẫn được áp dụng. Sự khác biệt duy nhất là các thông tin được lưu trữ trong các hệ số wavelet của một hình ảnh thay vì thay đổi bit của các điểm ảnh thực tế.
Ý tưởng là lưu trữ trong các hệ số quan trọng nhất của mỗi khối 4 x 4 Haar, chuyển đổi sẽ không làm suy giảm về mặt cảm nhận hình ảnh. Trong khi quá trình suy nghĩ này là vốn có trong hầu hết các kỹ thuật bảo mật, sự khác biệt ở đây là cách lưu trữ thông tin trong các hệ số wavelet, sự thay đổi cường độ trong hình ảnh sẽ không thể nhận thấy.
IV. PHƯƠNG PHÁP ÁNH XẠ ĐIỂM ẢNH (PMM)
Đây một phương pháp để bảo mật thông tin trong miền không gian của bất kỳ màu xám quy mô ảnh.Nhúng điểm ảnh được chọn lọc dựa trên một số hàm toán học mà phụ thuộc vào các điểm ảnh, giá trị cường độ của các điểm ảnh và 8 điểm ảnh lân cận được chọn lọc ngược chiều kim đồng hồ. Trước khi nhúng một quá trình kiểm tra đã được thực hiện để tìm hiểu xem các điểm ảnh nhúng được chọn lọc hoặc các điểm lân cận nằm ở ranh giới của hình ảnh hay không.
Hình 3. Kỹ thuật ánh xạ cho nhúng hai bit
Hình 4. Kỹ thuật ánh xạ cho nhúng bốn bit
Nhúng dữ liệu được thực hiện bằng cách vạch ra hai hoặc bốn bit của dữ liệu bí mật trong mỗi điểm ảnh lân cận dựa trên đặc điểm của điểm ảnh đó.
Quá trình xử lý bắt đầu lại bằng cách chọn các điểm ảnh cần phải có trong quá trình nhúng. Ở phía người nhận khác nhau thực hiện đảo ngược hoạt động để lấy lại các thông tin ban đầu
A.Phương pháp lựa chọn điểm ảnh
Random Pixel Generation về nhúng bit thông tin phụ thuộc trên giá trị cường độ của các điểm ảnh lựa chọn. Nó bao gồm một yếu tố quyết định (dp) phụ thuộc vào cường độ với 1 phương pháp cố định về tính toán các thuật toán điểm ảnh
• Đầu vào: Điểm C, hiển thị vị trí điểm ảnh (x,y), giá trị cường độ điểm ảnh (v).
• Xem xét dp (yếu tố quyết định) = 1 nếu (cường độ ≤80),
dp = 2 nếu (cường độ ≥ 80 và ≤ 160),
dp = 3 nếu (cường độ> 160 và ≤ 255).
• t = x + 2 + dp
• nếu (t ≥ n) m = 2, n = y + 2 + dp
• Ngược lại m = x + 2 + dp, n = y
• Quay trở lại m và n.
• Cuối
B. Các thuật toán cho phương pháp nhúng dữ liệu
Giả sử C ban đầu là 8 bit màu xám quy mô hình kích thước N x N tức là Cho MSG là thông tin bí mật n bit biểu diễn như một điểm ảnh Prc có thể lựa chọn với hàng (r) và cột (c). Bước tiếp theo là tìm 8 điểm lân cận Prc của điểm ảnh Prc như:
r = r + l, c = c + l, -1 ≤ l ≤ 1.
Quá trình nhúng sẽ kết thúc khi tất cả các bit của mỗi byte của thông tin bí mật là ánh xạ hoặc nhúng.
Thuật toán của phương pháp nhúng được mô tả như sau:
• Đầu vào: Vỏ hình ảnh (C), thông tin (MSG)
• Tìm các điểm ảnh đầu tiên Prc .
• Đếm = 1.
•Trong khi (đếm ≤ n)
• Bắt đầu (Nhúng thông tin trong xung quanh thông tin một điểm ảnh).
• cnt = Đếm số lượt những điểm của một trong các cường độ Pr c
(V).
• mk = Nhận bit tiếp theo
• Đếm = đếm + 1.
• mk +1 = Nhận bit thông điệp tiếp theo.
• Đếm = đếm + 1.
• Bincvr = nhị phân của V.
• Nếu (mk = 0 & mk +1 = 1)
• Bincvr (zerothbit) = 0
• Nếu (cnt mod 2 = 0)
• Bincvr (f irstbit) = ¬ Bincvr (f irstbit)
• Nếu (mk = 0 & mk +1 = 0)
• Bincvr (zerothbit) = 1
• Nếu (cnt ÷ 2 = 0)
• Bincvr (f irstbit) = ¬ Bincvr (f irstbit)
• Nếu (mk = 0 & mk +1 = 0)
• Bincvr (zerothbit) = 0
• Nếu ( cnt mod 2 = 0)
• Bincvr (f irstbit) = ¬ Bincvr (f irstbit)
• Nếu (mk = 0 & mk +1 = 1)
• Bincvr (zerothbit) = 1
• Nếu (cnt mod 2 = 0)
• Bincvr (f irstbit) = ¬ Bincvr (f irstbit)
• Kết thúc
• Nhận các điểm ảnh lân cận tiếp theo Pr c cho nhúng dựa trên Pr c trước và lặp lại.
• Kết thúc
• Trở lại hình ảnh stego (S).
C. Các thuật toán trong phương pháp khai thác dữ liệu
Quá trình tiến hành xử lý bằng cách chọn những điểm
gần với các điểm lân cận của nó. Quá trình xuất sẽ được kết thúc khi tất cả các bit của mỗi byte của thông tin bí mật được xuất.
Thuật toán của phương pháp khai thác được mô tả như:
• Đầu vào: stego hình ảnh (S), đếm
• đếm = đếm ÷ 2.
• BinMsg = " ".
• Tìm các điểm ảnh đầu tiên cường độ Prc.
• i = 0.
• Trong khi (count ≤ N)
• bắt đầu ( dành cho trích xuất thông tin trong thông tin xung quanh một điểm ảnh).
• Lấy (điểm đầu / điểm gần) điểm lân cận Pr c.
• cnt = Số lượt những điểm của một trong các cường độ Pr c (V).
• Bincvr = nhị phân của V.
• Binmsg (i) = ZerothBit của Bincvr.
• Đếm= Đếm + 1.
• i = i + 1.
• Binmsg (i) = Vào theo một trong những cường độ (1cho lẻ : 0 cho chẵn).
• i = i + 1.
• Kết thúc.
• Nhận các điểm ảnh lân cận tiếp theo Pr c cho nhúng dựa trên Pr c trước và lặp lại.
• Kết thúc vòng lặp.
• Binmsg được chuyển đổi trở lại thông tin gốc.
• Trở lại thông tin gốc.
• Kết thúc thuật toán.
V. PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT
Trong phần này, các tác giả đề xuất một phương pháp mới về bảo mật thông tin trong miền số nguyên bề mặt của màu xám quy mô hình ảnh.Các thông tin nhập có thể ở bất kỳ dạng kỹ thuật số, và thường được coi là một luồng.Cách tiếp cận được đề xuất làm việc bằng cách chuyển đổi hình ảnh cấp độ màu xám trong chuyển đổi bằng cách sử dụng kỹ thuật tên miền số nguyên rời rạc bề mặt thông qua chương trình nâng.
VI. ỨNG DỤNG WAVELET
A. Chuyển đổi Wavelet:
Kỹ thuật miền Wavelet đang trở nên rất phổ biến vì những phát triển trong dòng Wavelet trong những năm gần đây.Chuyển đổi Wavelet được sử dụng để chuyển đổi một tên miền không gian vào tần số phạm vi. Việc sử dụng Wavelet trong mẫu hình ảnh stenographic nằm trong thực tế biến đổi bề mặt rõ ràng tách tần số cao và tần số thấp thông tin trên cơ sở điểm ảnh bằng pixel.
Một biến đổi bề mặt liên tục (CWT) được sử dụng để chia một hàm số thời gian liên tục wavelets
B.Biến đổi số nguyên Wavelet thông qua chương trình nâng
Đề án nâng là một kỹ thuật cho cả hai thiết kế chuyển đổi sóng con và thực hiện chuyển đổi wavelet rời rạc. Thực tế nó là đáng giá để kết hợp các bước và thiết kế các bộ lọc wavelet trong khi thực hiện các biến đổi wavelet.Bộ lọc wavelet được giới thiệu bởi Wim Sweldens. Đề án nâng là một thuật toán để tính toán biến đổi wavelet trong một cách hiệu quả. Nó cũng là một phương pháp chung để tạo ra cái gọi là chuyển đổi sóng con thế hệ thứ hai.
C. Nâng đề án chuyển đổi Haar
Trong phiên bản chương trình nâng của biến đổi Haar, bước dự đoán dự báo rằng thậm chí các phần tử odd(lẻ) sẽ bằng các phần tử even (chẵn).
Sự khác biệt giữa các giá trị trước (nguyên tố chẵn) và giá trị thực tế của phần tử lẻ thay thế các phần tử lẻ.
C. Nâng đề án chuyển đổi Haar
Thay vào mức trung bình chúng ta nhận được:
Cho trước chuyển đổi lặp j và yếu tố i, yếu tố mới j +1, i sẽ là :
VII. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
Trong phần này, kết quả thực nghiệm của phương pháp đề xuất được hiển thị dựa trên hai hình ảnh nổi tiếng: Lena và Pepper.Công suất nhúng của PMM trong số nguyên miền wavelet đã được minh họa trong hình sau:
Hình 10. Khả năng nhúng của phương pháp đề xuất
(Công suất)
Hình 11. A) Cover Image; B) stego hình ảnh của Lena sau khi nhúng
"Tôi là một người Ấn Độ và tôi cảm thấy tự hào là người Ấn Độ."
Hình 12. A) Cover Image ; B) stego hình ảnh của Pepper sau khi nhúng
"Tôi là một người Ấn Độ và tôi cảm thấy tự hào là người Ấn Độ."
Hình 13. Cấp 1 wavelet phân hủy của Lena
Hình 14. Cấp 1 wavelet phân hủy của Pepper
A. Peak Signal Noise Ratio (PSNR):Đỉnh tín hiệu nhiễu
PSNR đo lường chất lượng của hình ảnh bằng cách so sánh
hình ảnh ban đầu hoặc ảnh bìa với hình ảnh stego
Công thức Các PSNR sau đây:
Hình 15. PSNR sau khi nhúng vào các hệ số ước tính (CA) hình ảnh của Lena
Hình 16. PSNR sau khi nhúng vào hệ số(CH) hình ảnh của Lena
Hình 17. PSNR sau khi nhúng vào các chi tiết hệ số (CV) hình ảnh của Lena.
Kết luận: Giá trị PSNR của hình ảnh stego đã chứng minh sau khi nhúng trong hệ số wavelet khác nhau của hình ảnh bìa.
B. ĐƠN VỊ ĐO SỰ ĐỒNG DẠNG
Để so sánh sự giống nhau giữa hình ảnh bìa và hình ảnh stego, sự chuẩn hóa hệ số tương quan chéo (r) đã được tính toán.
Hình 18. PSNR sau khi nhúng vào các chi tiết hệ số (CD)
hình ảnh của Lena
Hình. 19. Đo giống nhau giữa bìa và stego
VIII. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ
Trong bài viết này các tác giả đã đề xuất một phương pháp tiếp cận steganography dựa trên khả năng cho ẩn thông tin miền bề mặt của một hình ảnh màu xám quy mô. Phép nhúng màu xám quy mô của các phương pháp đề xuất đã được tính là tốt hơn trong hầu hết trường hợp so với các phương pháp hiện có.Nó đảm bảo rằng hình ảnh bìa và hình ảnh stego là gần như giống hệt nhau.
IX. KẾT LUẬN
Việc xử lý kỷ thuật cho steganography miền bề mặt như liên quan đến hình ảnh màu xám quy mô. Một phương pháp bảo mật mới và hiệu dụng để đưa các thông tin bí mật vào hình ảnh mà không sinh ra bất kỳ thay đổi quan trọng nào đã được đề xuất.
Mặc dù trong phương pháp này đã chứng minh được rằng mỗi hai bit của thông tin bí mật đã được ánh xạ trong các điểm ảnh của hình ảnh bìa, nhưng phương pháp này có thể được mở rộng để ánh xạ n bít bằng cách xem xét nhiều hơn tính năng của các điểm ảnh nhúng.
Phương pháp này cũng có khả năng trích xuất các thông tin bí mật bên ngoài hình ảnh bìa. Như vậy cách tiếp cận này có thể được sửa đổi để làm việc trên hình ảnh màu sắc.
Viện Hàn lâm Quốc tế về khoa học - Kỹ thuật và Công nghệ 44 2010
48
Chào tạm biệt-Hẹn gặp lại
Chân thành cảm ơn Thầy giáo và các bạn!
Giáo viên: ĐẶNG TRÍ
1
Dữ liệu ẩn trong hình ảnh rời rạc trong miền Wavelet sử dụng PMM
Tác giả: Souvik Bhattacharyya và Gautam Sanyal
I.GIỚI THIỆU
Bảo mật thông tin là một thuật ngữ chung bao gồm nhiều ngành lĩnh vực . Một trong những ngành lĩnh vực quan trọng nhất là giấu tin ảnh.
Stego(Kỹ thuật giấu thông tin bí mật ) có nguồn gốc từ một tác phẩm của Johannes Trithemus (1462 -1516) mang tên "Steganographia" và xuất phát từ tiếng Hy Lạp được định nghĩa là "văn bản được bao phủ".
Hình thức của bảo mật thông tin là kỷ thuật của sự làm mờ tức là quá trình nhúng thông tin, cái mà được gọi là hình mờ được gắn hoặc dán vào trong một đối tượng đa phương tiện.Như vậy hình mờ chỉ có thể được phát hiện hoặc giải nén sau để có một khẳng định về đối tượng đó. Đối tượng có thể là một hình ảnh, âm thanh, video hoặc chỉ là văn bản.Trong số đó giấu tin hình ảnh là phổ biến nhiều nhất .
Trong phương pháp này, các thông tin bí mật được nhúng vào một hình ảnh, tiếng ồn để nó gần như không thể phân biệt bằng mắt của con người.Trong giấu tin video, cùng một phương pháp có thể được sử dụng để nhúng một thông tin.Giấu tin âm thanh nhúng thông tin vào một tập tin âm thanh như tiếng ồn ở tần số ra khỏi phạm vi nghe của con người .
Một số thuật ngữ:
Hình ảnh stego: là ảnh sau khi đã nhúng tin mật vào đó.
Cover Image:Hình ảnh bìa.
PVD(Pixel Value Differencing):Phương pháp vi phân điểm ảnh.
PMM (Pixel Mapping Method):Phương pháp ánh xạ điểm ảnh.
Steganalysis: là khoa học về tìm kiếm thông tin mật.
Peak Signal Noise Ratio (PSNR): Đỉnh tín hiệu nhiễu.
Integer Wavelet Tranform:Số nguyên chuyển đổi Wavelet.
Một số thuật ngữ:
DCT (Discrete Cosine Transformation): Phép biến đổi cosin rời rạc.
DFT(Fast Fourier Transformation ).
DWT(Discrete Wavelet Transformation): Kỷ thuật bảo mật dựa trên wavelet .
secret message : thông tin bí mật.
GLM (Gray level modification):Điều chỉnh mức độ màu xám.
LSB (Least significant bit): bít ít quan trọng.
II. HỆ THỐNG GIẤU TIN HÌNH ẢNH
Hình 2. Hình thức chung của giấu tin hình ảnh
Một thông tin được nhúng vào trong một hình ảnh kỹ thuật số (ảnh bìa) thông qua một thuật toán nhúng, với sự giúp đỡ của một khóa bí mật. Kết quả của hình ảnh stego được truyền qua một kênh đến người nhận, nơi mà nó được xử lý bằng các thuật toán khai thác sử dụng cùng khóa. Trong quá trình truyền hình ảnh stego, nó có thể được giám sát bởi những người xem không được thẩm định là những người sẽ chỉ nhận thấy việc truyền tải một hình ảnh mà không phát hiện ra sự tồn tại của thông điệp ẩn.
A.kỹ thuật giấu tin hình ảnh:
(i) Kỷ thuật thay thế trong miền không gian.
(ii) Chuyển đổi kỹ thuật miền.
(iii) Kỷ thuật phổ lan rộng.
(iv) Kỷ thuật thống kê.
(v) Kỷ thuật biến dạng.
B. Steganalysis
Steganalysis là khoa học về tìm kiếm thông tin mật.
Mục tiêu chính của Steganalysis là để phá vỡ thông tin mật và phát hiện hình ảnh stego.
Giao dịch Steganalysis với ba hạng mục quan trọng:
(a) Các cuộc tấn công trực quan.
(b) Các cuộc tấn công thống kê.
(c) Các cuộc tấn công kết cấu.
III.CÔNG TRÌNH LIÊN QUAN
A. Phương pháp bảo mật miền không gian
1) Dữ liệu Ẩn của LSB (Least significant bit)
2) Dữ liệu Ẩn của PVD (Pixel Value Differencing)
3) Ẩn dữ liệu của GLM (Gray level modification) 4) Ẩn dữ liệu theo phương pháp của Ahmad T và cộng sự đề xuất:
A.PHƯƠNG PHÁP BẢO MẬT MIỀN KHÔNG GIAN
1.Dữ liệu Ẩn bởi LSB:
LSB (Least significant bit):bít ít quan trọng.
Là kỹ thuật phổ biến được dựa trên thao tác sử dụng ít số bít nhất. Phép chiếu nằm ngang bằng cách thay thế trực tiếp các LSB của việc che giấu hình ảnh với các bit thông tin. Phương pháp LSB thường đạt được công suất cao nhưng không may chèn LSB thì dễ tấn công hình ảnh yếu như cắt và nén.
2) Dữ liệu Ẩn của PVD
PVD (Pixel Value Differencing) :Phương pháp vi phân điểm ảnh.
Do Wu và Tsai đề xuất có thể cung cấp thành công cả hai khả năng nhúng cao và nổi bật với tính không thể nhận thấy được hình ảnh stego.
Nó được sử dụng để phân vùng hình ảnh stego bởi cùng phương pháp sử dụng hình ảnh bìa.
3) Ẩn dữ liệu của GLM:
GLM (Gray level modification):Điều chỉnh mức độ màu xám
Là kỹ thuật sử dụng để sắp xếp dữ liệu bằng cách thay đổi mức độ xám của các điểm ảnh của hình ảnh.
Kỹ thuật giấu tin sửa đổi cấp độ màu xám là một kỹ thuật để sắp xếp dữ liệu (không nhúng hoặc ẩn nó) bằng cách thay đổi các giá trị mức xám của các điểm ảnh của hình ảnh.
GLM là kỹ thuật sử dụng các khái niệm về số lẻ và số chẵn để ánh xạ dữ liệu trong một hình ảnh. Nó là một ánh xạ một –một giữa các dữ liệu nhị phân và các điểm ảnh được lựa chọn trong một hình ảnh. Từ một hình ảnh cho một tập hợp các điểm ảnh được lựa chọn dựa trên một hàm toán học. Các giá trị cấp độ màu xám của các điểm ảnh được kiểm tra và so sánh với các dòng bit đã được ánh xạ trong hình ảnh.
4) Ẩn dữ liệu theo phương pháp của Ahmad T và cộng sự đề xuất:
Phương pháp mới steganographic bảo mật thông tin trong các tên miền không gian của các hình ảnh màu xám đã được đề xuất.
Phương pháp đề xuất hoạt động bằng cách chia ảnh tin thành các khối có kích thước bằng nhau và sau đó nhúng các thông tin trong các cạnh của khối tùy thuộc vào số lượng bốn bit trái của các điểm ảnh
B. PHƯƠNG PHÁP BẢO MẬT CHUYỂN ĐỔI TÊN MIỀN :
1) Bảo mật dữ liệu dựa trên DCT (Discrete Cosine Transformation): Phép biến đổi cosin rời rạc.
2) Bảo mật dữ liệu dựa trên DWT (Discrete Wavelet Transformation): Chuyển đổi rời rạc Wavelet.
1.Bảo mật dữ liệu dựa trên DCT
DCT(Phép biến đổi cosin rời rạc)là một cơ chế được sử dụng trong các thuật toán nén file JPEG để biến đổi khối 88 điểm ảnh từ miền không gian đến 64 hệ số DCT trong mỗi miền tần số. Các bit quan trọng nhất của hệ số lượng tử DCT được sử dụng như là các bít dư thừa mà vào đó thông tin ẩn được nhúng. Các điều chỉnh của hệ số DCT duy nhất ảnh hưởng đến tất cả các điểm ảnh 64. Vì sửa đổi này xảy ra trong miền tần số và không phải là miền không gian, không nhận thấy sự khác biệt của hình ảnh.
Ưu điểm của hệ số DCT có sự biến đổi vượt trội hơn là khả năng giảm thiểu sự xuất hiện khối như kết quả khi ranh giới giữa các tiểu hình ảnh 8x8 trở nên hữu hình (được gọi là ngăn chặn hiện vật). Các thuộc tính thống kê của các tập tin JPEG cũng được bảo tồn. Nhược điểm của phương pháp này là nó chỉ hoạt động trên các file JPEG vì nó giả định một số phân phối thống kê các dữ liệu bao gồm phổ biến được tìm thấy trong file JPEF
2) Bảo mật dữ liệu dựa trên DWT (Discrete Wavelet Transformation): Chuyển đổi rời rạc Wavelet
Là một ý tưởng mới trong việc áp dụng chuyển đổi sóng con. Tuy nhiên các kỹ thuật tiêu chuẩn lưu trữ trong các bit ít quan trọng nhất (LSB) của một điểm ảnh vẫn được áp dụng. Sự khác biệt duy nhất là các thông tin được lưu trữ trong các hệ số wavelet của một hình ảnh thay vì thay đổi bit của các điểm ảnh thực tế.
Ý tưởng là lưu trữ trong các hệ số quan trọng nhất của mỗi khối 4 x 4 Haar, chuyển đổi sẽ không làm suy giảm về mặt cảm nhận hình ảnh. Trong khi quá trình suy nghĩ này là vốn có trong hầu hết các kỹ thuật bảo mật, sự khác biệt ở đây là cách lưu trữ thông tin trong các hệ số wavelet, sự thay đổi cường độ trong hình ảnh sẽ không thể nhận thấy.
IV. PHƯƠNG PHÁP ÁNH XẠ ĐIỂM ẢNH (PMM)
Đây một phương pháp để bảo mật thông tin trong miền không gian của bất kỳ màu xám quy mô ảnh.Nhúng điểm ảnh được chọn lọc dựa trên một số hàm toán học mà phụ thuộc vào các điểm ảnh, giá trị cường độ của các điểm ảnh và 8 điểm ảnh lân cận được chọn lọc ngược chiều kim đồng hồ. Trước khi nhúng một quá trình kiểm tra đã được thực hiện để tìm hiểu xem các điểm ảnh nhúng được chọn lọc hoặc các điểm lân cận nằm ở ranh giới của hình ảnh hay không.
Hình 3. Kỹ thuật ánh xạ cho nhúng hai bit
Hình 4. Kỹ thuật ánh xạ cho nhúng bốn bit
Nhúng dữ liệu được thực hiện bằng cách vạch ra hai hoặc bốn bit của dữ liệu bí mật trong mỗi điểm ảnh lân cận dựa trên đặc điểm của điểm ảnh đó.
Quá trình xử lý bắt đầu lại bằng cách chọn các điểm ảnh cần phải có trong quá trình nhúng. Ở phía người nhận khác nhau thực hiện đảo ngược hoạt động để lấy lại các thông tin ban đầu
A.Phương pháp lựa chọn điểm ảnh
Random Pixel Generation về nhúng bit thông tin phụ thuộc trên giá trị cường độ của các điểm ảnh lựa chọn. Nó bao gồm một yếu tố quyết định (dp) phụ thuộc vào cường độ với 1 phương pháp cố định về tính toán các thuật toán điểm ảnh
• Đầu vào: Điểm C, hiển thị vị trí điểm ảnh (x,y), giá trị cường độ điểm ảnh (v).
• Xem xét dp (yếu tố quyết định) = 1 nếu (cường độ ≤80),
dp = 2 nếu (cường độ ≥ 80 và ≤ 160),
dp = 3 nếu (cường độ> 160 và ≤ 255).
• t = x + 2 + dp
• nếu (t ≥ n) m = 2, n = y + 2 + dp
• Ngược lại m = x + 2 + dp, n = y
• Quay trở lại m và n.
• Cuối
B. Các thuật toán cho phương pháp nhúng dữ liệu
Giả sử C ban đầu là 8 bit màu xám quy mô hình kích thước N x N tức là Cho MSG là thông tin bí mật n bit biểu diễn như một điểm ảnh Prc có thể lựa chọn với hàng (r) và cột (c). Bước tiếp theo là tìm 8 điểm lân cận Prc của điểm ảnh Prc như:
r = r + l, c = c + l, -1 ≤ l ≤ 1.
Quá trình nhúng sẽ kết thúc khi tất cả các bit của mỗi byte của thông tin bí mật là ánh xạ hoặc nhúng.
Thuật toán của phương pháp nhúng được mô tả như sau:
• Đầu vào: Vỏ hình ảnh (C), thông tin (MSG)
• Tìm các điểm ảnh đầu tiên Prc .
• Đếm = 1.
•Trong khi (đếm ≤ n)
• Bắt đầu (Nhúng thông tin trong xung quanh thông tin một điểm ảnh).
• cnt = Đếm số lượt những điểm của một trong các cường độ Pr c
(V).
• mk = Nhận bit tiếp theo
• Đếm = đếm + 1.
• mk +1 = Nhận bit thông điệp tiếp theo.
• Đếm = đếm + 1.
• Bincvr = nhị phân của V.
• Nếu (mk = 0 & mk +1 = 1)
• Bincvr (zerothbit) = 0
• Nếu (cnt mod 2 = 0)
• Bincvr (f irstbit) = ¬ Bincvr (f irstbit)
• Nếu (mk = 0 & mk +1 = 0)
• Bincvr (zerothbit) = 1
• Nếu (cnt ÷ 2 = 0)
• Bincvr (f irstbit) = ¬ Bincvr (f irstbit)
• Nếu (mk = 0 & mk +1 = 0)
• Bincvr (zerothbit) = 0
• Nếu ( cnt mod 2 = 0)
• Bincvr (f irstbit) = ¬ Bincvr (f irstbit)
• Nếu (mk = 0 & mk +1 = 1)
• Bincvr (zerothbit) = 1
• Nếu (cnt mod 2 = 0)
• Bincvr (f irstbit) = ¬ Bincvr (f irstbit)
• Kết thúc
• Nhận các điểm ảnh lân cận tiếp theo Pr c cho nhúng dựa trên Pr c trước và lặp lại.
• Kết thúc
• Trở lại hình ảnh stego (S).
C. Các thuật toán trong phương pháp khai thác dữ liệu
Quá trình tiến hành xử lý bằng cách chọn những điểm
gần với các điểm lân cận của nó. Quá trình xuất sẽ được kết thúc khi tất cả các bit của mỗi byte của thông tin bí mật được xuất.
Thuật toán của phương pháp khai thác được mô tả như:
• Đầu vào: stego hình ảnh (S), đếm
• đếm = đếm ÷ 2.
• BinMsg = " ".
• Tìm các điểm ảnh đầu tiên cường độ Prc.
• i = 0.
• Trong khi (count ≤ N)
• bắt đầu ( dành cho trích xuất thông tin trong thông tin xung quanh một điểm ảnh).
• Lấy (điểm đầu / điểm gần) điểm lân cận Pr c.
• cnt = Số lượt những điểm của một trong các cường độ Pr c (V).
• Bincvr = nhị phân của V.
• Binmsg (i) = ZerothBit của Bincvr.
• Đếm= Đếm + 1.
• i = i + 1.
• Binmsg (i) = Vào theo một trong những cường độ (1cho lẻ : 0 cho chẵn).
• i = i + 1.
• Kết thúc.
• Nhận các điểm ảnh lân cận tiếp theo Pr c cho nhúng dựa trên Pr c trước và lặp lại.
• Kết thúc vòng lặp.
• Binmsg được chuyển đổi trở lại thông tin gốc.
• Trở lại thông tin gốc.
• Kết thúc thuật toán.
V. PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT
Trong phần này, các tác giả đề xuất một phương pháp mới về bảo mật thông tin trong miền số nguyên bề mặt của màu xám quy mô hình ảnh.Các thông tin nhập có thể ở bất kỳ dạng kỹ thuật số, và thường được coi là một luồng.Cách tiếp cận được đề xuất làm việc bằng cách chuyển đổi hình ảnh cấp độ màu xám trong chuyển đổi bằng cách sử dụng kỹ thuật tên miền số nguyên rời rạc bề mặt thông qua chương trình nâng.
VI. ỨNG DỤNG WAVELET
A. Chuyển đổi Wavelet:
Kỹ thuật miền Wavelet đang trở nên rất phổ biến vì những phát triển trong dòng Wavelet trong những năm gần đây.Chuyển đổi Wavelet được sử dụng để chuyển đổi một tên miền không gian vào tần số phạm vi. Việc sử dụng Wavelet trong mẫu hình ảnh stenographic nằm trong thực tế biến đổi bề mặt rõ ràng tách tần số cao và tần số thấp thông tin trên cơ sở điểm ảnh bằng pixel.
Một biến đổi bề mặt liên tục (CWT) được sử dụng để chia một hàm số thời gian liên tục wavelets
B.Biến đổi số nguyên Wavelet thông qua chương trình nâng
Đề án nâng là một kỹ thuật cho cả hai thiết kế chuyển đổi sóng con và thực hiện chuyển đổi wavelet rời rạc. Thực tế nó là đáng giá để kết hợp các bước và thiết kế các bộ lọc wavelet trong khi thực hiện các biến đổi wavelet.Bộ lọc wavelet được giới thiệu bởi Wim Sweldens. Đề án nâng là một thuật toán để tính toán biến đổi wavelet trong một cách hiệu quả. Nó cũng là một phương pháp chung để tạo ra cái gọi là chuyển đổi sóng con thế hệ thứ hai.
C. Nâng đề án chuyển đổi Haar
Trong phiên bản chương trình nâng của biến đổi Haar, bước dự đoán dự báo rằng thậm chí các phần tử odd(lẻ) sẽ bằng các phần tử even (chẵn).
Sự khác biệt giữa các giá trị trước (nguyên tố chẵn) và giá trị thực tế của phần tử lẻ thay thế các phần tử lẻ.
C. Nâng đề án chuyển đổi Haar
Thay vào mức trung bình chúng ta nhận được:
Cho trước chuyển đổi lặp j và yếu tố i, yếu tố mới j +1, i sẽ là :
VII. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM
Trong phần này, kết quả thực nghiệm của phương pháp đề xuất được hiển thị dựa trên hai hình ảnh nổi tiếng: Lena và Pepper.Công suất nhúng của PMM trong số nguyên miền wavelet đã được minh họa trong hình sau:
Hình 10. Khả năng nhúng của phương pháp đề xuất
(Công suất)
Hình 11. A) Cover Image; B) stego hình ảnh của Lena sau khi nhúng
"Tôi là một người Ấn Độ và tôi cảm thấy tự hào là người Ấn Độ."
Hình 12. A) Cover Image ; B) stego hình ảnh của Pepper sau khi nhúng
"Tôi là một người Ấn Độ và tôi cảm thấy tự hào là người Ấn Độ."
Hình 13. Cấp 1 wavelet phân hủy của Lena
Hình 14. Cấp 1 wavelet phân hủy của Pepper
A. Peak Signal Noise Ratio (PSNR):Đỉnh tín hiệu nhiễu
PSNR đo lường chất lượng của hình ảnh bằng cách so sánh
hình ảnh ban đầu hoặc ảnh bìa với hình ảnh stego
Công thức Các PSNR sau đây:
Hình 15. PSNR sau khi nhúng vào các hệ số ước tính (CA) hình ảnh của Lena
Hình 16. PSNR sau khi nhúng vào hệ số(CH) hình ảnh của Lena
Hình 17. PSNR sau khi nhúng vào các chi tiết hệ số (CV) hình ảnh của Lena.
Kết luận: Giá trị PSNR của hình ảnh stego đã chứng minh sau khi nhúng trong hệ số wavelet khác nhau của hình ảnh bìa.
B. ĐƠN VỊ ĐO SỰ ĐỒNG DẠNG
Để so sánh sự giống nhau giữa hình ảnh bìa và hình ảnh stego, sự chuẩn hóa hệ số tương quan chéo (r) đã được tính toán.
Hình 18. PSNR sau khi nhúng vào các chi tiết hệ số (CD)
hình ảnh của Lena
Hình. 19. Đo giống nhau giữa bìa và stego
VIII. PHÂN TÍCH KẾT QUẢ
Trong bài viết này các tác giả đã đề xuất một phương pháp tiếp cận steganography dựa trên khả năng cho ẩn thông tin miền bề mặt của một hình ảnh màu xám quy mô. Phép nhúng màu xám quy mô của các phương pháp đề xuất đã được tính là tốt hơn trong hầu hết trường hợp so với các phương pháp hiện có.Nó đảm bảo rằng hình ảnh bìa và hình ảnh stego là gần như giống hệt nhau.
IX. KẾT LUẬN
Việc xử lý kỷ thuật cho steganography miền bề mặt như liên quan đến hình ảnh màu xám quy mô. Một phương pháp bảo mật mới và hiệu dụng để đưa các thông tin bí mật vào hình ảnh mà không sinh ra bất kỳ thay đổi quan trọng nào đã được đề xuất.
Mặc dù trong phương pháp này đã chứng minh được rằng mỗi hai bit của thông tin bí mật đã được ánh xạ trong các điểm ảnh của hình ảnh bìa, nhưng phương pháp này có thể được mở rộng để ánh xạ n bít bằng cách xem xét nhiều hơn tính năng của các điểm ảnh nhúng.
Phương pháp này cũng có khả năng trích xuất các thông tin bí mật bên ngoài hình ảnh bìa. Như vậy cách tiếp cận này có thể được sửa đổi để làm việc trên hình ảnh màu sắc.
Viện Hàn lâm Quốc tế về khoa học - Kỹ thuật và Công nghệ 44 2010
48
Chào tạm biệt-Hẹn gặp lại
Chân thành cảm ơn Thầy giáo và các bạn!
Giáo viên: ĐẶNG TRÍ
* Một số tài liệu cũ có thể bị lỗi font khi hiển thị do dùng bộ mã không phải Unikey ...
Người chia sẻ: Lê Thị Hạt
Dung lượng: 1,57MB|
Lượt tài: 2
Loại file: ppt
Nguồn : Chưa rõ
(Tài liệu chưa được thẩm định)