Luận án 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
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: 9.52.02.08
LUẬN ÁN TIẾN SĨ KỸ THUẬT
NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC:
GS.TSKH ĐỖ TRUNG TÁ
HÀ NỘI, 2019
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.TSKH Đỗ Trung Tá. 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
iii
MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ....................................................................................................... i
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................ ii
MỤC LỤC................................................................................................................. iii
DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT ....................................................................... vi
DANH MỤC HÌNH VẼ.......................................................................................... viii
DANH MỤC BẢNG BIỂU ........................................................................................x
MỞ ĐẦU.....................................................................................................................1
A. Tính cấp thiết của đề tài .........................................................................................1
B.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu .........................................................................3
B.2. Đối tƣợng nghiên cứu..........................................................................................4
B.3. Phƣơng pháp nghiên cứu.....................................................................................4
B.4. Nội dung nghiên cứu ...........................................................................................4
C. Bố cục luận án ........................................................................................................5
1.2. Bảo mật thông tin giấu trong ảnh số ....................................................................9
viễn thông..................................................................................................................31
1.4. Các vấn đề luận án cần giải quyết......................................................................34
1.5. Nguồn ảnh dùng để thử nghiệm.........................................................................35
iv
1.6. Kết luận chƣơng 1..............................................................................................36
KHÓA BÍ MẬT ........................................................................................................37
2.1. Thuật toán giấu tin mật trong ảnh số..................................................................37
2.1.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................37
2.1.2. Đánh giá khả năng giấu tin mật trong ảnh số..................................................38
2.1.5. Nhận xét và đánh giá.......................................................................................50
tuyến tính...................................................................................................................54
2.2.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................54
2.2.2. Đặt bài toán .....................................................................................................54
2.2.3. Một số ví dụ chứng minh ................................................................................57
2.2.4. Nhận xét và đánh giá.......................................................................................60
trong ảnh số...............................................................................................................61
2.3.1. Đặt vấn đề .......................................................................................................62
2.3.2. Cơ sở lý thuyết ................................................................................................62
2.3.5. Nhận xét và đánh giá.......................................................................................72
2.4. Kết luận chƣơng 2..............................................................................................74
SUẤT MẠNG KHI BỊ TẤN CÔNG ........................................................................75
JPEG/JPEG2000 có đánh dấu watermark.................................................................75
v
3.1.3. Các phƣơng trình biến đổi...............................................................................79
3.1.4. Kết quả mô phỏng và đánh giá........................................................................80
3.1.5. Nhận xét và đánh giá.......................................................................................87
nhau lên mạng vô tuyến khi bị tấn công ...................................................................88
3.2.1. Một số nghiên cứu liên quan...........................................................................89
3.2.3. Các tham số hiệu suất......................................................................................93
3.2.4. Kết quả mô phỏng và đánh giá........................................................................94
3.2.5. Nhận xét và đánh giá.......................................................................................97
3.3. Kết luận chƣơng 3..............................................................................................98
4.1. Giới thiệu chung.................................................................................................99
4.2. Giải pháp và công nghệ....................................................................................100
4.3. Triển khai hệ thống ..........................................................................................102
4.4. Kết quả thử nghiệm và đánh giá ......................................................................108
4.5. Kết luận chƣơng 4............................................................................................112
KẾT LUẬN.............................................................................................................113
A. Các đóng góp chính của luận án.........................................................................113
B. Những nội dung nghiên cứu tiếp theo ................................................................117
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................119
A. Kết quả thử nghiệm lần 1 ...................................................................................139
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
thời gian chờ khi có xung đột
Định dạng ảnh bitmap của hệ
điều hành Windows
BEB
BMP
Binary Exponential Back-off
Windows Bitmap
CIA
Central Intelligence Agency
Central Processing Unit
Carrier Sence Multi
Cơ quan tình báo trung ƣơng
Bộ xử lý trung tâm
CPU
Giao thức đa truy cập/tránh va
chạm
CSMA/CA
Access/Collision Avoidance
Discrete Cosine Transform
Data Encryption Standard
Discrete Fourier Transform
Direction Sequence Spread
Spectrum
DCT
DES
DFT
Biến đổi cô-sin rời rạc
Tiêu chuẩn mã hóa dữ liệu
Biến đổi Fu-ri-ê rời rạc
DSSS
DWT
EIED
Trải phổ chuỗi trực tiếp
Discrete Wavelet Transform
Exponential Increase Exponential
Decrease
Biến đổi sóng con rời rạc
Thuật toán backoff tăng giảm
hàm mũ
Frequency Hopping Spread
Spectrum
FH
Trải phổ nhảy tần
GIF
IEEE
Graphics Interchange Format
Institute of Electrical and
Electronics Engineers
Định dạng trao đổi hình ảnh
Viện kỹ nghệ Điện và Điện tử
Định dạng của Nhóm chuyên
gia nhiếp ảnh
JPEG
LSB
Joint Photographic Experts Group
Least Significant Bit
Bit có trọng số nhỏ nhất
vii
Điều khiển truy nhập đa
phƣơng tiện
MAC
Media Access Control
MD
Message-Digest algorithm 5
Most Significant Bit
giải thuật Tiêu hóa tin 5
Bit có trọng số cao nhất
Ghép kênh phân chia theo tần
số trực giao
MSB
Orthogonal frequency-
division multiplexing
OFDM
PNG
Định dạng chuyển đổi mạng
lƣới đồ hóa
Portable Network Graphics
PSRN
QIM
RC5
RGB
RF
Pick Signal-to-Noise Ratio
Quantization Index Modulation
Rivest Cipher 5
Tỷ số tín hiệu trên tạp âm
Điều chỉnh hệ số lƣợng tử
Mật mã Rivest
Red-Green-Blue
Đỏ-Xanh da trời-Xanh lá
Tần số vô tuyến
Radio Frequency
Ron Rivest, Adi Shamir và Len
Adleman
RSA
SDR
Thuật toán mã hóa công khai
Vô tuyến định nghĩa bằng phần
mềm
Software Defined Radio
SHA
SS
Secure Hash Algorithm
Spread Spectrum
thuật giải băm an toàn
Trải phổ
TTL
WSN
Time to Live
Thời gian sống của gói tin
Mạng cảm biến không dây
Wireless Sensor Network
viii
DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1. Phân loại kỹ thuật giấu thông tin ..............................................................10
Hình 1. 2. Sơ đồ giấu tin ...........................................................................................14
Hình 1. 3. Sơ đồ trích tin...........................................................................................15
năm 2008...................................................................................................................17
Hình 1. 6. Sơ đồ quá trình giấu tin trong ảnh............................................................18
từ 1991 đến 2006.......................................................................................................26
Hình 1. 9. Sơ đồ tổng quát watermark ......................................................................27
Hình 1. 10. Phân loại thủy vân số .............................................................................28
tin liên lạc bí mật.......................................................................................................35
Hình 3. 2. Các kịch bản xử lý ảnh.............................................................................77
Hình 3. 9. Mô hình trạng thái kênh. ..........................................................................92
Hình 3. 11. Tỷ lệ rớt gói nút bình thƣờng so với nút lỗi..............................................96
ix
và EIED.....................................................................................................................97
Hình 4. 1. Sơ đồ khối của hệ thống.........................................................................103
Hình 4. 2. Sơ đồ khối các mô đun...........................................................................104
Hình 4. 3. Sơ đồ khối điều khiển hệ thống..............................................................106
Hình 4. 5. Chọn ảnh C để giấu tin...........................................................................108
Hình 4. 7. Chọn giấu tin M vào ảnh C => ảnh S.....................................................108
Hình 4. 9. Lƣu ảnh SW trƣớc khi gửi.......................................................................108
Hình 4. 10. Gửi ảnh SW thành công ........................................................................108
x
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2. 1. Bộ mã 5 bit...............................................................................................46
Bảng 2. 2. Bộ mã chữ cái 5 bit ..................................................................................46
Bảng 2. 3. Ma trận H 5 x31.......................................................................................48
thƣớc ảnh thay đổi.....................................................................................................51
thƣớc ảnh không đổi..................................................................................................52
Bảng 4. 1. Đặc điểm kỹ thuật mô đun RF...............................................................103
1
MỞ ĐẦU
A. Tính cấp thiết của đề tài
Sự phát triển bùng nổ của Internet đã tạo điều kiện cho các loại hình tấn công
trái phép vào các hệ thống truyền tin cả về chiều rộng (trên quy mô toàn thế giới)
lẫn chiều sâu (can thiệp vào hệ thống truyền tin). Mỗi ngày, các hệ thống truyền tin
phải đối phó với hàng trăm đợt tấn công và gây ra những vấn đề tổn hại nghiêm
trọng cả về nội dung và hạ tầng truyền dẫn. Vấn đề bảo vệ thông tin bằng mật mã đã
và đang đƣợc nhiều quốc gia trên thế giới đặc biệt quan tâm, trong đó có rất nhiều
các nghiên cứu tạo ra các chuẩn bảo mật, các hệ mật và giải pháp bảo mật chống lại
tấn công cho hệ thống truyền tin. Theo quan điểm mật mã và yêu cầu thực tế, chúng
ta không thể sử dụng các sản phẩm bảo mật thông tin của nƣớc ngoài để bảo mật
thông tin trên mạng thuộc phạm vi bí mật Nhà nƣớc.
Hiện nay, việc bảo mật và xác thực thông tin bằng kỹ thuật mật mã đã đáp ứng
được các yêu cầu của người sử dụng nói chung và các yêu cầu về bảo mật không
ngặt nghèo trong các môi trường phổ thông. Tuy nhiên các kỹ thuật mật mã không
bảo mật được địa chỉ người gửi và người nhận thông tin. Do đó, kẻ tấn công có thể
sử dụng các kỹ thuật tấn công vào các giao thức mật mã (tức là tấn công vào tiền
mã hóa hoặc hậu mã dịch) mà không cần chặn bắt và giải bản mã mà vẫn có thể
đọc được bản rõ tương ứng. Ngoài ra, yêu cầu về xác thực và bảo vệ bản quyền số
ứng dụng trong môi trường an ninh quốc gia đòi hỏi phải nghiên cứu kỹ thuật giấu
tin nói chung…; Trong luận NCS không đi sâu phân tích vấn đề không chỉ bảo vệ
thông tin mật mà còn phải bảo vệ bí mật cho cả ngƣời gửi và ngƣời nhận thông tin
đó. Do đó, các nhà khoa học đã công khai giới thiệu nhiều công trình nghiên cứu về
kỹ thuật giấu tin trong đa phƣơng tiện nhƣ giấu tin trong ảnh kỹ thuật số (còn đƣợc
gọi là ảnh số), trong âm thanh, trong video, trong các văn bản và giấu tin ngay trong
các phần mềm máy tính,... Trong số đó, giấu tin trong ảnh kỹ thuật số đƣợc quan
tâm nghiên cứu nhiều nhất [1], [2]. Tùy theo yêu cầu ứng dụng cụ thể, ngƣời ta chia
kỹ thuật giấu thông tin trong đối tƣợng đa phƣơng tiện làm hai hƣớng nghiên cứu
2
chính, đó là nghiên cứu về kỹ thuật giấu tin mật (Steganography1) và kỹ thuật Thủy
vân số (Digital Watermarking2) nhƣ trong hình 1.1 [3], [4], [5]
Ở Việt Nam, kỹ thuật giấu tin mật và thủy vân số đã đƣợc nghiên cứu đầu tiên
vào khoảng năm 2001 bởi GS, TSKH Nguyễn Xuân Huy và cộng sự. Từ đó, đến
nay đã có nhiều Công trình khoa học về lĩnh vực này đã đƣợc công bố [2]. Ngoài ra,
có nhiều nghiên cứu khác nhƣ Luận án TS của NCS Đào Thị Hồng Vân “Vấn đề
bảo đảm an toàn thông tin trong môi trƣờng Web sử dụng kỹ thuật mật mã” (năm
2012 tại Viện KH&CN Quân sự), luận án TS của NCS Đỗ Văn Tuấn “Kỹ thuật thủy
vân số và mật mã học trong xác thực, bảo vệ bản quyền dữ liệu đa phƣơng tiện”
(năm 2015 tại Đại học Bách khoa Hà Nội),…; Luận án TS của NCS Chu Minh Yên
“Nghiên cứu, xây dựng hạ tầng cơ sở khóa công khai cho khu vực an ninh quốc
phòng” (năm 2012, Viện KH&CN Quân sự); Luận án TS của NCS Nguyễn Văn
Tảo “Nghiên cứu một số kỹ thuật giấu tin và ứng dụng” (năm 2009, Viện CNTT)
Đối với hƣớng nghiên cứu thứ nhất, kỹ thuật giấu tin mật đƣợc dựa trên hình
thức nhúng thông tin mật cần truyền đi vào một đối tƣợng đƣợc truyền đi (đƣợc gọi
là “vật mang tin”). Yêu cầu cơ bản của Steganography là giấu đƣợc càng nhiều
thông tin càng tốt nhƣng phải đảm bảo tính “vô hình” của ảnh gốc, nghĩa là những
kẻ tấn công khó có thể phát hiện ra sự có mặt của thông tin chứa trong ảnh gốc.
Nguồn gốc của Steganography là ghép của từ Steganos (bao bọc) và Graphia (bản
viết) có nghĩa là “bảo vệ bản viết” [3] , [6].
Hƣớng nghiên cứu thứ hai của giấu thông tin là kỹ thuật watermark. Kỹ thuật
watermark lại yêu cầu tính bền vững của thông tin chứa trong ảnh gốc. Watermark
là một quá trình nhúng dữ liệu gọi là watermark (thủy vân) hoặc chữ ký số (digital
signature) hoặc thẻ (tag) hoặc nhãn (title) vào một đối tƣợng đa phƣơng tiện (ảnh
số, âm thanh số, video số, văn bản) mà watermark có thể đƣợc phát hiện hoặc trích
lại sau đó nhằm mục đích xác thực nguồn gốc của đối tƣợng đa phƣơng tiện đó [3].
1 Thuật ngữ Steganography hoặc gọi là “giấu tin” đƣợc sử dụng trong toàn bộ luận án này.
2 Thuật ngữ Digital Watermarking hoặc Watermark hoặc gọi là “thuỷ vân số” đƣợc sử dụng trong toàn bộ
luận án này.
3
Từ đó, bài toán nghiên cứu các phƣơng pháp bảo mật thông tin giấu trong đa
phƣơng tiện chính là một ngành mật mã học trong lĩnh vực an toàn thông tin. Kỹ
thuật giấu tin (bao gồm cả Steganography và Digital Watermaking) là những công
cụ hiệu quả đối với vấn đề bảo mật thông tin trên mạng viễn thông ngoài mật mã
học. Vấn đề là phải chủ động tạo ra các sản phẩm bảo mật thông tin giấu trong đa
phƣơng tiện và kiểm soát cũng nhƣ bảo đảm độ an toàn của sản phẩm nghiên cứu.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế đó, nghiên cứu sinh đã lựa chọn luận án “Nghiên
cứu phương pháp bảo mật thông tin giấu trong ảnh số”.
Nội dung nghiên cứu của luận án còn nhằm ứng dụng để phục vụ cho công tác
thông tin liên lạc bí mật nghiệp vụ. Từ việc xác định tầm quan trọng của bảo mật
thông tin giấu trong ảnh số khi truyền thông, luận án đã nghiên cứu, xây dựng và
công bố thuật toán giấu tin mật trong ảnh số, thỏa thuận trao đổi khóa bí mật, đồng
thời phân tích và đánh giá khả năng bảo mật đƣờng truyền vô tuyến cho ảnh số khi
bị tấn công để có sự lựa chọn đúng đắn theo các thuật toán khác nhau.
Việc nghiên cứu này không chỉ mở rộng đa dạng hoá các phƣơng thức bảo mật
để nâng cao hiệu quả khai thác, ứng dụng và sử dụng ảnh số trong truyền thông, mà
còn hỗ trợ cho thông tin liên lạc bí mật thông qua truyền ảnh số phục vụ công tác
nghiệp vụ an ninh - quốc phòng.
B. Mục tiêu, đối tƣợng, phạm vi và nhiệm vụ nghiên cứu
B.1. Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu
Mục tiêu và phạm vi nghiên cứu của luận án nhƣ sau:
- Nghiên cứu về kỹ thuật giấu tin và trao đổi khóa bí mật. Từ đó đề xuất thuật
toán giấu tin mới trong ảnh số và trao đổi khóa bí mật bằng sinh số giả ngẫu nhiên
và đánh giá độ an toàn của hệ thống mật mã và giấu tin trong ảnh số.
- Nghiên cứu một số vấn đề về bảo mật ảnh số có đánh dấu watermark và hiệu
suất mạng khi bị tấn công. Từ đó đề xuất lựa chọn phƣơng pháp đánh dấu bảo mật
watermark nào tốt nhất cho cả hiệu năng lỗi và xác suất tìm thấy đánh dấu bảo mật
4
watermark, cũng nhƣ đánh giá hiệu suất xử lý của các thuật toán back-off khác nhau
trên mạng vô tuyến khi bị tấn công trong điều kiện thông thƣờng.
- Ứng dụng nội dung nghiên cứu trên vào thiết bị thông tin liên lạc bí mật
nghiệp vụ bằng hình ảnh.
B.2. Đối tƣợng nghiên cứu
Đối tƣợng nghiên cứu ở đây gồm ảnh số, bảo mật thông tin giấu trong ảnh số và
các yếu tố ảnh hƣởng đến bảo mật mạng vô tuyến trong quá trình truyền ảnh số khi
bị tấn công...
B.3. Phƣơng pháp nghiên cứu
Trên cơ sở mục tiêu, đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu, phƣơng pháp nghiên
cứu đƣợc sử dụng trong luận án là thông qua một số cơ sở lý thuyết toán học, dựa
trên các mô hình đề xuất để phân tích, đánh giá kết hợp với các thuật toán, công cụ
thống kê và một số kết quả về đại số. Ngoài ra, luận án còn sử dụng phƣơng pháp
thực nghiệm, mô phỏng số nhằm đánh giá giải pháp đề xuất.
B.4. Nội dung nghiên cứu
Từ các phân tích trên, trong phạm vi của đề tài, luận án tập trung vào giải quyết
các vấn đề sau:
- Thứ nhất xây dựng thuật toán giấu tin mật trong ảnh số
- Thứ hai là đƣa ra thuật toán sinh số giả ngẫu nhiên phục vụ thỏa thuận trao
đổi khóa bí mật;
- Thứ ba là xây dựng thuật toán đánh giá độ an toàn của hệ thống mật mã và
giấu tin trong ảnh số.
- Thứ tƣ là nghiên cứu, đánh giá hiệu năng lỗi và xác suất tìm thấy watermark
nhúng trong ảnh số khi bị tấn công.
- Thứ năm là đánh giá ảnh hƣởng của thuật toán back-off đến hiệu suất mạng
khi bị tấn công thông thƣờng.
5
- Thứ sáu trên cơ sở các nhiệm vụ nghiên cứu trên, luận án đề xuất ứng dụng
vào hệ thống liên lạc nghiệp vụ.
C. Bố cục luận án
Luận án đƣợc tổ chức thành 4 chƣơng với nội dung chính nhƣ sau
- Phần mở đầu
- Chƣơng 1. Tổng quan về vấn đề nghiên cứu.
Chương 1 trình bày tổng quan những vấn đề cần nghiên cứu của luận án. Thứ
nhất tổng quan về bảo mật khi truyền dữ liệu trên mạng viễn thông. Thứ hai giới
thiệu về giấu tin trong đa phương tiện và giấu tin trong ảnh số. Thứ ba là
watermark và các nghiên cứu liên quan, từ đó phân tích và đánh giá khả năng an
toàn bảo mật của hệ thống truyền tin vô tuyến khi giấu thông tin trong ảnh số. Đó
là những vấn đề nghiên cứu đặt ra để các chương tiếp theo giải quyết.
- Chƣơng 2. Bảo mật thông tin giấu trong ảnh số và trao đổi khóa bí mật.
Chương 2 giải quyết bài toán giấu tin mật và thỏa thuận trao đổi khóa bí mật.
Thứ nhất đối với giấu tin mật, luận án đề xuất thuật toán mã khóa khối 5 bit hiệu
quả và đơn giản, bảo đảm cân đối giữa tốc độ tính toán và độ phức tạp của thuật
toán [T4]. Thứ hai đối với hệ thống mật mã trao đổi khóa bí mật, luận án đề xuất
thuật toán sinh số giả ngẫu nhiên có chu kỳ cực đại bằng phương pháp đồng dư
tuyến tính [T5]. Thứ ba, từ các nghiên cứu về phương pháp đánh giá độ an toàn hệ
thống mật mã và giấu tin, luận án đề xuất thuật toán đánh giá độ an toàn của hệ
thống sinh bít giả ngẫu nhiên tùy ý, hệ thống sinh dãy giả ngẫu nhiên chữ cái latinh
và đối với kỹ thuật giấu tin mật [T3].
- Chƣơng 3. Bảo mật ảnh số có đánh dấu watermark và hiệu suất mạng khi
bị tấn công.
Chương ba giải quyết bài toán đánh giá khả năng bảo mật ảnh số thông qua
xác suất tìm thấy wartermark đã được đánh dấu và hiệu suất mạng lớp MAC của
6
IEEE 802.11 khi bị tấn công. Thứ nhất nghiên cứu và đánh giá so sánh hiệu năng
lỗi của ảnh JPEG/JPEG2000 [T2] đã đánh dấu bảo mật bằng watermark khi truyền
trên mạng vô tuyến, từ đó đề xuất lựa chọn phương pháp đánh dấu bảo mật
watermark nào tốt nhất cho cả vấn đề hiệu năng lỗi cũng như xác suất tìm thấy
đánh dấu bảo mật watermark [T6]. Thứ hai dựa trên việc hiệu suất lớp MAC của
mạng IEEE 802.11 bị hạ xuống do các cuộc tấn công thông thường, luận án xây
dựng mô hình trạng thái thuật toán Back-off, mô hình trạng thái kênh, các tham số
hiệu suất gồm 3 tham số: lưu lượng truyền tải, xác suất rớt gói và độ trễ truy cập.
Từ đó, luận án đánh giá hiệu suất xử lý của các thuật toán back-off khác nhau trong
điều kiện thông thường [T7].
- Chƣơng 4. Xây dựng hệ thống thông tin liên lạc bí mật thông qua truyền
ảnh số
Từ các kết quả đã đạt được trong chương 2 và chương 3, chương 4 luận án ứng
dụng nội dung nghiên cứu vào hệ thống thông tin liên lạc bí mật nghiệp vụ. Hệ
thống này ứng dụng kỹ thuật giấu tin mật bằng thuật toán mã hóa và có trao đổi
khóa bí mật vào ảnh số (chương 2) và đánh dấu bảo mật watermark lên ảnh số đó
(chương 3). Hệ thống thông tin liên lạc bí mật được sử dụng để trao đổi bản tin
giấu trong ảnh số cho nhau phục vụ cho công tác nghiệp vụ [T1].
Kết luận và phụ lục: Trong kết luận, luận án tóm tắt các kết quả nghiên cứu
chính đã đạt được, nêu các đóng góp mới và đề xuất hướng nghiên cứu tiếp theo.
Phần phụ lục là kết quả thử nghiệm đánh giá đối với hệ thống thiết bị thông tin liên
lạc bí mật.
Các đề xuất mới trong luận án đều đƣợc chứng minh, phân tích lý thuyết và
thực nghiệm, mô phỏng. Những kết quả chính của luận án đƣợc công bố trên 09
công trình.
7
CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ VẤN ĐỀ NGHIÊN CỨU
Tóm tắt: Chương này trình bày tổng quan những vấn đề nghiên cứu của luận
án. Thứ nhất tổng quan về bảo mật khi truyền dữ liệu trên mạng viễn thông. Thứ hai
giới thiệu về giấu tin trong đa phương tiện và ảnh số. Thứ ba là watermark và các
nghiên cứu liên quan, từ đó phân tích và đánh giá khả năng an toàn bảo mật của hệ
thống khi giấu thông tin trong ảnh số.
1.1. Một số vấn đề về an ninh, an toàn và bảo mật thông tin trên mạng viễn
thông
Dựa trên kỹ thuật ta có thể phân loại bảo mật thông tin thành hai nhóm: nhóm
thứ nhất là bảo mật thông tin bằng các kỹ thuật phần cứng và nhóm thứ hai là giải
pháp bằng phần mềm thông qua các thuật toán bảo mật. Luận án này tập trung vào
nhóm giải pháp thứ 2. Để đảm bảo an toàn dữ liệu một cách hiệu quả nhằm chống
các khả năng tấn công hoặc các rủi ro, sự cố ngẫu nhiên/cố ý có thể xảy ra trong quá
trình truyền tin nói chung, việc phòng chống và xác định chính xác các nguy cơ có
thể làm ảnh hƣởng đến dữ liệu là vô cùng quan trọng [1], [6].
Theo NCS, một số vấn đề liên quan đến an toàn, bảo mật thông tin đƣợc đề cập
dƣới đây
* An toàn đối với việc bảo vệ thông tin gồm:
- Tính bí mật: đảm bảo thông tin/dữ liệu trao đổi không bị lộ hoặc bị khám phá
bởi những kẻ tấn công.
- Tính xác thực: Đảm bảo thông tin/dữ liệu trao đổi không bị mạo danh giữa
ngƣời gửi và ngƣời nhận.
- Tính toàn vẹn: Đảm bảo thông tin/dữ liệu trao đổi không bị thay đổi hoặc bị
phá hủy bởi những kẻ tấn công.
- Tính sẵn sàng: Đảm bảo những ngƣời nhận và ngƣời gửi hợp pháp không bị
từ chối truy nhập một cách không chính đáng tới thông tin/dữ liệu trao đổi.
* Nguy cơ mất an toàn thông tin gồm:
8
- Rò rỉ thông tin: Thông tin/dữ liệu bị lộ hoặc bị khám phá từ chính ngƣời đƣợc
phép.
- Vi phạm tính toàn vẹn: Tính toàn vẹn của thông tin/dữ liệu bị phá hủy/ảnh
hƣởng thông qua việc tạo, thay đổi trái phép hay phá hoại thông tin/dữ liệu đó.
- Từ chối dịch vụ: Việc truy nhập thông tin/dữ liệu bị cản trở một cách có chủ
đích.
- Sử dụng trái phép: Thông tin/dữ liệu đƣợc sử dụng bởi kẻ tấn công hoặc theo
cách không đƣợc phép.
* Các dịch vụ an toàn thông tin gồm:
- Dịch vụ giữ bí mật: Bảo vệ chống lại thông tin bị lộ hoặc bị khám phá do các
kẻ tấn công.
- Dịch vụ xác thực: Cung cấp việc đảm bảo về định danh của thông tin/dữ liệu
đó.
- Dịch vụ toàn vẹn dữ liệu: Bảo vệ chống lại thông tin/dữ liệu bị thay đổi, xoá,
hoặc thay thế trái phép.
- Dịch vụ chống chối bỏ: Bảo vệ chống lại một nhóm trao đổi truyền thông từ
chối một cách không đúng khi trao đổi xảy ra.
- Dịch vụ điều khiển truy nhập: Bảo vệ chống lại việc sử dụng hoặc thao tác trái
phép trên các tài nguyên.
* Các hình thức tấn công thông tin trên đường truyền:
- Tấn công chủ động (Active) có một số hình thức nhƣ sau: Ngăn chặn thông
tin, sửa đổi thông tin và chèn thông tin giả; Trong đó Ngăn chặn thông tin là Thông
tin/dữ liệu bị phá hủy, không sẵn sàng phục vụ hoặc không sử dụng đƣợc. Đây là
hình thức tấn công làm mất khả năng sẵn sàng phục vụ của thông tin/dữ liệu. Sửa
đổi thông tin là kẻ tấn công truy nhập, chỉnh sửa thông tin/dữ liệu trên đƣờng
truyền. Đây là hình thức tấn công lên tính toàn vẹn của thông tin/dữ liệu. Chèn
thông tin giả là kẻ tấn công chèn thông tin/dữ liệu giả vào hệ thống. Đây là hình
thức tấn công lên tính xác thực của thông tin/dữ liệu. Mục đích của các hình thức
tấn công chủ động này là cho ngƣời nhận nhận đƣợc những thông tin đã bị sai
Tải về để xem bản đầy đủ
162 trang
20700
Free
Bạn đang xem 20 trang mẫu của tài liệu "Luận án Nghiên cứu phương pháp bảo mật thông tin giấu trong ảnh số", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên
File đính kèm:
- luan_an_nghien_cuu_phuong_phap_bao_mat_thong_tin_giau_trong.pdf
