Giấu tin trong video 3D kết hợp mật mã

Chia sẻ: Huỳnh Ngọc Bảo | Ngày: | Loại File: PDF | Số trang:8

Thêm vào BST

Báo xấu

38
lượt xem 3
download

Download Vui lòng tải xuống để xem tài liệu đầy đủ

Bài báo này trình bày một hệ thống truyền tin mật an toàn, kết hợp các thuật toán mã hóa mạnh mẽ nhất (AES, RSA và SHA3) với kỹ thuật giấu tin trong video 3D. Sự kết hợp này tạo nên một hệ thống truyền tin mật mạnh mẽ trước nhiều loại tấn công thám mã và giả mạo. Dữ liệu mật sẽ được mã hóa bởi các thuật toán đủ mạnh trước khi nhúng vào video 3D bằng kỹ thuật Steganography.

Chủ đề:

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

Lưu

Nội dung Text: Giấu tin trong video 3D kết hợp mật mã

Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) Giấu tin trong video 3D kết hợp mật mã Nguyễn Lương Nhật Đào Duy Liêm, Nguyễn Thị Minh Thy Học Viện Công Nghệ Bưu Chính Viễn Thông Đại Học Công Nghệ Sài Gòn Tp. Hồ Chí Minh, Việt Nam Tp. Hồ Chí Minh, Việt Nam Email: nhatnl@ptithcm.edu.vn Email: liem.daoduy@stu.edu.vn, thy.nguyenthiminh@stu.edu.vn Tóm tắt—Bài báo này trình bày một hệ thống truyền II. CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN tin mật an toàn, kết hợp các thuật toán mã hóa mạnh mẽ nhất (AES, RSA và SHA3) với kỹ thuật giấu tin trong Trong [3], [4], tác giả đã trình bày phương pháp giấu video 3D. Sự kết hợp này tạo nên một hệ thống truyền tin tin trong miền không gian chủ yếu dùng kỹ thuật LSB mật mạnh mẽ trước nhiều loại tấn công thám mã và giả (Least Significant Bit). Phương pháp này dễ thực hiện và mạo. Dữ liệu mật sẽ được mã hóa bởi các thuật toán đủ cũng dễ dàng bị tấn công để bóc tách thông tin. Trong mạnh trước khi nhúng vào video 3D bằng kỹ thuật [5] [6] các tác giả đã thực hiện giấu thông tin trong video Steganography. Trong khi các tầng mã hóa đảm bảo tính nhưng thực tế thông tin chỉ được nhúng trong các khung an toàn, xác thực cho thông tin mật và đối tượng chứa thì ảnh của video còn phần âm thanh đi kèm thi chưa được kỹ thuật Steganography sẽ tạo thêm một mức bảo mật khai thác. nữa: sự che giấu. Phương pháp kết hợp kỹ thuật mật mã và giấu tin Từ khóa— AES; RSA; SHA3; Steganography; Video 3D cũng đã được thực hiện trong [7] [8] [9] và kết quả đạt được rất đáng ghi nhận vì đã tăng tính bảo mật cho hệ I. GIỚI THIỆU thống truyền tin. Tuy nhiên, vẫn còn tồn tại một số vấn Truyền thông tin an toàn trên các kênh không an đề: trong [7] việc truyền các khóa mật trên các kênh an toàn, ví dụ như internet, đã trở thành vấn đề nóng trong toàn gây không ít tốn kém cho hệ thống, trong [8] thuật các nghiên cứu từ nhiều năm nay. Với sự phát triển toán RSA (Rivest, Shamir & Adelman) được sử dụng để không ngừng của mật mã khóa đối xứng và bất đối xứng, mã hóa thông tin mật, khi dung lượng thông tin mật lớn truyền thông qua internet ngày càng an toàn và bảo mật. thì phương pháp này không hiệu quả, còn trong [9] khóa công khai được lựa chọn để mã hóa truyền các khóa mật Cũng với mục đích bảo mật thông tin, một hướng nhưng hệ thống này chỉ dùng thuật toán RSA 512 bit tiếp cận khác thực hiện ghi thông tin ẩn vào các đối thực tế là không an toàn theo NIST (National Institute of tượng chứa số khác, đó là kỹ thuật giấu tin Standards and Technology) và vẫn chưa đảm bảo tính (Steganography). Không giống với mật mã, kỹ thuật chứng thực của thông tin mật. giấu tin sẽ làm cho thông tin mật “vô hình” trên đối tượng chứa, vì vậy đối tượng chứa được chọn phải là Trong hệ thống của chúng tôi sử dụng sử dụng thuật loại phương tiện phổ biến trên đường truyền. Cùng với toán giấu tin parity, cùng với việc tăng tính ngẫu nhiên nhu cầu ngày càng cao của con người, công nghệ 3D của các bit nhúng vào đối tượng chứa. Điều này giúp hệ ngày càng phát triển. Một khi mọi người đã dần quen với thống chống lại các phương pháp tấn công nhằm bóc việc sử dụng công nghệ 3D thì giấu tin trong các đối tách thông tin. Thông tin sẽ được nhúng vào cả phần âm tượng chứa 2D sẽ không còn đảm bảo tính ngụy trang thanh và hình ảnh của video 3D chứa. Thiết kế sử dụng nữa [1], [2]. Khi đó cần có các hướng nghiên cứu tiếp đồng thời hai thuật toán mã hóa AES và RSA nên sẽ làm theo về kỹ thuật giấu tin với phương tiện chứa là các đối tăng độ bảo mật và tăng tốc độ thực hiện của hệ thống. tượng 3D. III. CHUẨN MẬT MÃ TIÊN TIẾN AES Sự kết hợp của mật mã và giấu tin sẽ làm tăng độ tin Chuẩn mã hóa dữ liệu tiên tiến AES (Advanced cậy của một kênh thông tin mật, vì ngoài quá trình mã Encryption Standard) là một hệ mã khóa bí mật có tên là hóa và giải mã, chúng được bổ sung thêm hai quá trình Rijndael cho phép xử lý các khối dữ liệu đầu vào có kích là giấu tin và tách tin. Hệ thống kết hợp này sẽ làm cho thước 128 bit sử dụng các khóa có độ dài 128, 192 hoặc các thám mã khó khăn hơn khi phải cố gắng nhận ra đối 256 bit [10]. Ban đầu hệ mã Rijndael được thiết kế để có tượng có ẩn dữ liệu trước khi bóc tách và giải mã chúng. thể làm việc với các khóa và các khối dữ liệu có độ dài Ngay cả trong các hệ thống sử dụng mật mã yếu hơn lớn hơn. Tuy nhiên khi được NIST chọn là một chuẩn cũng rất khó để nhận ra việc truyền tin có ẩn dữ liệu mật vào năm 2001, nó được qui định chỉ làm việc với các bởi tính ngụy trang cao của các kỹ thuật giấu tin tiên khối dữ liệu 128 bit và các khóa có độ dài 128, 192 hoặc tiến. 256 bit (do đó còn gọi là AES-128, AES-192, AES-256). ISBN: 978-604-67-0349-5 366
Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) Plaintext Secret key Plaintext khóa là những số cố định sử dụng trong quá trình mã hóa và giải mã. Khóa công khai được công bố rộng rãi cho AddRoundKey w[0, 3] AddRoundKey mọi người và được dùng để mã hóa. Những thông tin được mã hóa bằng khóa công khai chỉ có thể được giải Round Nr SubBytes InvSubBytes mã bằng khóa bí mật tương ứng. Nói cách khác, mọi người đều có thể mã hóa nhưng chỉ có người biết khóa InvShiftRows cá nhân (bí mật) mới có thể giải mã được. Round 1 ShiftRows MixColumns InvMixColumns Hoạt động của RSA dựa trên ba quá trình: tạo khóa, mã hóa và giải mã. Round (Nr-1) AddRoundKey w[4, 7] AddRoundKey A. Tạo khóa InvSubBytes  Chọn 2 số nguyên tố lớn p và q với p≠q là lựa KeyExpansion chọn ngẫu nhiên và độc lập. Sau đó tính n=p.q. SubBytes Algorithm InvShiftRows  Tính giá trị hàm số Euler: Round (Nr -1) ShiftRows Φ(n)=(p-1)(q-1) (1) MixColumns InvMixColumns  Chọn một số tự nhiên e sao cho 1
Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) VI. STEGANOGRAPHY Giấu thông tin là một kỹ thuật nhúng thông tin vào trong một nguồn đa phương tiện gọi là các phương tiện chứa mà không gây ra sự nhận biết về sự tồn tại của thông tin giấu (invisible). Phương pháp giấu tin là làm cho người ta khó có thể biết được có thông tin giấu bên trong đó do tính chất ẩn của thông tin được giấu. Sự khác biệt giữa mã hoá thông tin và giấu thông tin là mức độ biểu thị của đối tượng mang tin mật. Nếu ta Hình 2. Sơ đồ tổng thể MD5 phối hợp hai phương pháp trên thì độ an toàn dữ liệu mật sẽ được nâng cao. Chẳng hạn, ta có thể mã hoá bản tin Mẩu tin đầu vào được chia thành từng đoạn 512 bit, mật R thành R’ sau đó mới giấu R’ vào đối tượng chứa F mẩu tin sau đó được đệm sao cho chiều dài của nó chia để thu được F’. Tóm lại, giấu thông tin và hệ mật mã có chẵn cho 512. Công việc đệm vào như sau: đầu tiên một quan hệ mật thiết với nhau, cùng xây dựng nên một hệ bit đơn (bit 1) được gắn vào cuối mẩu tin. Tiếp theo là thống an toàn và bảo mật cho thông tin. một dãy các bit 0 sao cho chiều dài của mẩu tin lên tới 64 bit ít hơn so với bội số của 512. Những bit còn lại Hệ thống của chúng tôi sử dụng kỹ thuật được lấp đầy bằng một số nguyên 64 bit đại diện cho Steganography dựa trên phương pháp kiểm tra tính chẵn chiều dài của mẩu tin gốc. lẻ (Parity) của khối bit. Ý tưởng của thuật toán này là chia đối tượng chứa đầu vào thành các khối nhỏ, mỗi Quá trình tính giá trị băm của thông điệp là quá trình khối sẽ giấu một bit thông tin. Dựa vào tính chẵn lẻ của lũy tiến. Trước tiên block M1 kết hợp với giá trị khởi tạo tống số bit 1 trong khối để quy định bit giấu là bit 1 hay H0 thông qua hàm F để tính giá trị H1. Sau đó block M2 bit 0. Cụ thể sau khi giấu thì tổng số bit 1 trong khối và được kết hợp với H1 để cho ra giá trị là H2 . Block M3 bit cần giấu sẽ có cùng tính chẵn lẻ. kết hợp với H2 cho ra giá trị H3. Cứ như vậy cho đến block MN thì ta có giá trị băm của toàn bộ thông điệp là Giả sử một bit thông tin thứ i (Si = 1) sẽ được giấu H N. vào một khối hai pixel liên tiếp của ảnh chứa biểu diễn dưới dạng 24 bit như hình 4. B. Hàm băm SHA3 Tổng số bit 1 trong hai pixel là Pi = 24, bit cần giấu Hàm băm SHA3 (Secure Hash Algorithm-3) dựa trên Si = 1 nên cần thay đổi sao cho (Pi + Si) mod 2 = 0. Một giải thuật Keccak (do nhóm các nhà mật mã người Bỉ bit có trọng số thấp nhất (LSB) được lựa chọn ngẫu thiết kế, đứng đầu là Daemen – đồng tác giả của AES), nhiên trong khối (6 byte) sẽ được đảo bit  sau khi giải thuật đã được NIST lựa chọn thắng cuộc trong cuộc nhúng P’i = 23. Vì vậy khi tách S’i= (23 mod 2) = 1. thi về các giải thuật hàm băm mật mã vào tháng 10 năm 2012. Họ hàm SHA3 bao gồm 4 hàm băm mật mã Vị trí bit sẽ thực hiện đảo bit được thay đổi ngẫu (SHA3-224, SHA3-256, SHA3-384, SHA3-512) và 2 nhiên sau mỗi lần nhúng để chống lại các phương pháp hàm mở rộng (SHAKE-128, SHAKE-256). Sáu hàm này dò tìm thống kê . sử dụng cấu trúc Sponge [12] là một cấu trúc dùng để biểu diễn các hàm dưới dạng dữ liệu nhị phân với chiều 2 Pixel ảnh gốc dài ngõ ra bất kỳ được mô tả như hình 3. F2i 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 Hàm f sắp xếp các chuỗi có chiều dài cố định, ký F2i+1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 hiệu là b thành các chuỗi có cùng chiều dài, b gọi là độ R G B rộng của f và b=r+c. Với tốc độ r là một số nguyên Tổng số bít 1 Pi=24 ; thông tin cần giấu Si =1 dương và phải nhỏ hơn độ rộng b. Dung lượng ký hiệu là c, là một số nguyên dương c=b-r (đối với SHA3 thì 2 Pixel sau khi ẩn dữ liệu r+c=1600). F’2i 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 0 F’2i+1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 0 0 0 1 R G B P’i= 23  S’i = 23 mod 2 = 1 Hình 4. Mô tả kỹ thuật giấu tin Parity VII. PHƯƠNG PHÁP ĐỀ XUẤT Trong bài báo này chúng tôi đề xuất một hệ thống Hình 3. Cấu trúc Sponge sử dụng trong SHA3 truyền tin mật sử dụng các thuật toán mã hóa mạnh mẽ AES-256, RSA-15360 và hàm băm SHA3 kết hợp với ISBN: 978-604-67-0349-5 368
Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) Steganography để đảm bảo độ an toàn và tính chứng Khóa AES đầy đủ: thực cho thông tin mật. Thuật toán AES sử dụng để cung cấp tốc độ mã hóa cao khi khối lượng thông tin lớn. RSA AF A7 06 A8 A7 2D 64 94 59 E7 5A 3C 89 2B 95 8C sử dụng cho việc truyền tin một chiều và cũng làm tăng B5 72 ED 5D 7E 38 9D 5F 8A 3C 52 53 41 AF 46 EB độ bảo mật cho hệ thống bằng cách mã hóa chuỗi khóa Lớp bảo mật sau cùng là chứng thực, trong phương dùng trong AES. Các hàm băm dùng để chứng thực cho pháp này sử dụng hai thuật toán MD5 và SHA3 cho mục thông tin mật và cho một phần của đối tượng chứa. đích chứng thực. Thuật toán MD5 dùng để chứng thực Steganography dùng để ngụy trang cho thông tin mật, cho đối tượng chứa, đảm bảo tính nguyên vẹn của đối đảm bảo rằng chúng hoàn toàn “vô hình” trên đối tượng tượng khi đến phía thu. Giá trị băm 128 bit của MD5 chứa trước những tấn công thống kê và dò tìm tiên tiến. được sử dụng làm nửa khóa AES. Thuật toán hàm băm Quá trình truyền thông tin trong hệ thống này được tốt nhất hiện nay SHA3 được sử dụng để chứng thực cho mô tả như trong hình 5 với ba cấp độ bảo mật cho dữ thông tin mật. Giá trị băm 256 bit của thông tin mật liệu. được mã hóa bởi RSA và truyền đến phía thu phục vụ cho quá trình chứng thực thông điệp mật tại phía thu. Ngụy trang là lớp bảo mật ngoài cùng có chức năng Hình thức chứng thực này được sử dụng với mục đích che giấu thông tin để truyền trên kênh truyền. Thuật toán chống lại các tấn công xuyên tạc hay cố tình làm sai lệch giấu tin sử dụng trong lớp này phải đảm bảo tính vô hình thông tin mật. Đảm bảo rằng thông tin đến được người và tính toàn vẹn cho dữ liệu mật. Tính bền vững không nhận thật sự chính xác. cần xét đến trong mô hình này vì nếu đối tượng chứa tin nhận được là không nguyên vẹn, hay bất kỳ kẻ tấn công Để hiểu rõ hơn về quá trình hoạt động của hệ thống nào cố tình thay đổi đối tượng chứa cũng sẽ làm thông từ khi bắt đầu đến khi kết thúc, chúng tôi xin trình bày tin mật bị hủy với sự bảo vệ của lớp chứng thực. giải thuật chi tiết của mô hình với sự kết hợp của hàm băm, mật mã và giấu tin như hình 6. Lớp bảo mật thứ hai là mã hóa. Dữ liệu mật trước khi nhúng vào video 3D phải qua bước mã hóa để đảm bảo A. Đầu phát độ an toàn. Hai thuật toán mã hóa mạnh nhất hiện nay Video 3D chứa (Cover 3D Video) ở ngõ vào được (AES-256 và RSA-15360) được sử dụng. Thuật toán tách làm 3 phần: âm thanh (Audio) dùng để chứa AES dùng để mã hóa dữ liệu mật vì có khả năng mã hóa Header, các khung ảnh trái (Left Images) dùng để chứa khối dữ liệu lớn với thời gian nhanh. Thuật toán RSA dữ liệu mật và các khung ảnh phải (Right Images) là dùng để mã hóa khóa của AES và một phần của lớp phần không thay đổi trong quá trình nhúng sẽ được tạo chứng thực. Khóa dùng cho RSA là khóa một chiều, chứng thực bởi thuật toán MD5. người gởi dùng khóa công khai và chỉ có người nhận mới có khóa giải mã. Khóa sử dụng cho AES được tạo Dữ liệu mật (Secret Data) trước tiên sẽ được tạo mới mỗi lần mã hóa bao gồm 2 phần: phần ngẫu nhiên chứng thực bởi thuật toán SHA3-256, đồng thời sẽ được 128 bit đầu (in đậm) được tạo ra từ bộ phát chuỗi giả mã hóa bởi thuật toán AES-256 (AES Encryption) với ngẫu nhiên, phần được tính toán 128 bit sau tạo ra từ khóa dùng để mã hóa gồm: ½ khóa là 128 bit ngõ ra của hàm băm MD5 trong lớp chứng thực. Phần khóa ngẫu hàm băm MD5, ½ khóa còn lại (Secret Key) được tạo từ nhiên sẽ được mã hóa bởi RSA và nhúng vào video 3D bộ tạo chuỗi giả ngẫu nhiên (PRPG – Pseudo Random rồi truyền đến phía thu. Chỉ người có khóa riêng chính Pattern Generator). Ngoài 128 bit dùng làm khóa mật xác mới có thể giải mã được thông tin. cho AES, bộ tạo chuỗi giả ngẫu nhiên còn tạo ra các địa chỉ ngẫu nhiên (Address), đây là địa chỉ các khung ảnh Public Cover 3D Secret Private Secret dùng để nhúng dữ liệu mật. key Video Data key Data Giá trị băm (Hash value) 256 bit tại ngõ ra của khối Configuring Authentication SHA3 cùng với địa chỉ nhúng tạo ra từ khối PRPG sẽ được sẽ được mã hóa bởi thuật toán RSA (RSA Encryption key generation Authentication Encryption) với khóa công khai lấy từ ngõ vào (Public key). Thông tin trước khi mã hóa RSA có thể thêm vào AES key encryption Data decryption các bit đệm để tăng tính bảo mật. Ngõ ra của khối RSA Encryption được gọi là header có chiều dài tương đương Data encryption Decryption key recovery với khóa công khai và sẽ được nhúng vào phần âm thanh của video 3D bởi khối Header Embedding. Steganographic Embedding Steganographic Extraction Dữ liệu mật sau khi được mã hóa AES gọi là Cipher SENDER RECEIVER data sẽ được nhúng vào các khung ảnh trái bởi khối Internet Cipher data Embedding với thứ tự các khung nhúng cho bởi Address. Quá trình nhúng thông tin được thực hiện Hình 5. Mô hình hệ thống truyền tin mật bằng phương pháp Parity với trình tự các bước như sau: ISBN: 978-604-67-0349-5 369
Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014)  Chia đối tượng chứa thành các khối nhỏ N x M B. Truyền tin byte, mỗi bit thông tin Si sẽ được nhúng vào một Video 3D chứa tin mật được truyền đi một cách an khối. toàn trên kênh truyền với nhiều giao thức truyền thông  Tính tổng số bit 1 trong khối – Pi. khác nhau. Nội dung ẩn chứa rất khó bị phát hiện vì video là một dạng media phổ biến trên internet.  Nếu Pi mod 2 = Si thì giữ nguyên dữ liệu của khối, ngược lại thì đảo một bit LSB bất kỳ trong Trong trường hợp dữ liệu bị chặn trên đường truyền, khối. rất khó để phát hiện video có chứa tin mật hay không vì khả năng ngụy trang cao của thuật toán giấu tin Parity. Sau đó, các khung ảnh và âm thanh sau khi nhúng sẽ Nói cách khác, phương pháp giấu tin này không làm được ghép lại theo đúng thứ tự để tạo thành video 3D đã tăng sự nghi ngờ vì thông tin ẩn giấu gần như “vô hình” nhúng dữ liệu mật (Stegano 3D Video) rồi truyền đến trên đối tượng chứa. phía thu . C. Đầu thu Cover 3D Secret Public Tương tự như đầu phát, tại đầu thu video 3D có chứa Video Data Key dữ liệu cũng sẽ được tách làm 3 phần: âm thanh, các khung ảnh trái và các khung ảnh phải. Phần âm thanh sẽ được đưa qua khối Header Extraction để bóc tách ra các - byte header, các byte này sẽ được giải mã RSA (RSA PRPG Decryption) với khóa riêng (Private Key) của người nhận. Header sau khi được giải mã sẽ bao gồm: Address Audio Left Images Right Images SHA3  Các bit đệm vào tại phía phát (nếu có) sẽ được Hash value Secret key loại bỏ. MD5  Address: địa chỉ các khung ảnh trái sẽ thực hiện Cipher data AES RSA tách thông tin. Embedding Encryption Encryption  Secret key: ½ khóa mật dùng để giải mã AES. Header  Hash value: 256 bit giá trị băm của thuật toán Embedding SHA3 từ đầu phát gởi đến để phục vụ cho bước chứng thực thông tin mật. + SENDER Các khung ảnh phải sẽ được chứng thực bởi hàm băm MD5. Nếu trong quá trình truyền video 3D không Stegano có bất kỳ sự thay đổi gì thì tại ngõ ra hàm băm MD5 sẽ 3D Video cho 128 bit giống với phía phát, 128 bit này là ½ khóa dùng để giải mã dữ liệu mật. Đây là bước chứng thực RECEIVER thứ nhất, nếu có sự thay đổi không mong muốn trên đối - tượng chứa thì dữ liệu mật sẽ không được khôi phục. Các khung ảnh trái sau khi chọn được một số khung Audio Left Images Right Images theo địa chỉ (Address) sẽ được bóc tách dữ liệu bởi khối Cipher data Extraction và ngõ ra sẽ là dữ liệu mật đã MD5 được mã hóa. Dữ liệu này sẽ được giải mã bởi AES Header Cipher data Decryption với khóa giải mã cho bởi: 128 bit Secret key Extraction Extraction và 128 bit ngõ ra của MD5 cho ra dữ liệu mật ban đầu. Address RSA Secret key AES Quá trình bóc tách dữ liệu ở khối Header Extraction Decryption Decryption và khối Cipher data Extraction được thực hiện theo phương pháp parity với trình tự các bước như sau: Hash value Authentication  Chia đối tượng chứa tin mật thành các khối nhỏ N x M byte, mỗi bit thông tin S’i sẽ được tách từ một khối. Private Secret Key Data  Tính tổng số bit 1 trong khối – P’i.  S’i = P’i mod 2. Hình 6. Giải thuật thực hiện ISBN: 978-604-67-0349-5 370
Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) Authentication là bước chứng thực cuối cùng, bước này thực hiện băm dữ liệu mật và so sánh với 256 bit giá trị băm nhận được tại header. Hàm băm SHA3 được sử dụng để chắc chắn rằng đây là dữ liệu chính xác từ đầu phát muốn gởi đến, dữ liệu này sẽ xuất hiện tại ngõ ra của đầu thu kết thúc một quá trình truyền tin thành công. VIII. KẾT QUẢ THỰC NGHIỆM Các kết quả sau đây được thực hiện trên trên Matlab 2014a với video 3D chứa có kích thước mỗi khung ảnh 720 x 1280 pixel, thông tin mật thử nghiệm lần lượt là: một ảnh xám 128 x 192 pixel, một ảnh màu 256 x 256 pixel, một file âm thanh (wav) 1.5 giây và một file âm thanh (mp3) 2 giây. Để đánh giá kết quả chúng tôi sử dụng các tham số: MSE (Mean Squared Error), SNR (Signal-to-Noise Ratio) và PSNR (Peak Signal-to-Noise Hình 7. Kết quả thực hiện với dữ liệu mật là ảnh xám 128 x 192 và Ratio). đối tượng chứa là video 3D Over Under MSE là sai số bình phương trung bình, dùng để so sánh dữ liệu mật trước khi nhúng và sau khi tách và được cho bởi (5). Giá trị này càng thấp thì sai số càng ít và ngược lại. MSE = 0 khi hai khối dữ liệu giống nhau hoàn toàn. M N 1 MSE  MN   (I i 1 j 1 ' i, j  Ii , j )2 (5) Với: M,N là kích thước khối dữ liệu. Ii,j và I’i,j là giá trị của các khối dữ liệu tại điểm i,j. PSNR là tỉ lệ tín hiệu đỉnh trên nhiễu, thường dùng để so sánh sự khác nhau của hai bức ảnh và được cho bởi (6). PSNR càng cao thì hai ảnh càng giống nhau . 2 I peak Hình 8. Kết quả thực hiện với dữ liệu mật là bức ảnh màu 256 x 256 PSNR  10.log10 (dB ) (6) và đối tượng chứa là video 3D Side by Side MSE Với Ipeak là giá trị đỉnh (max) của tín hiệu ngõ vào, với ảnh 8 bit thì Ipeak=255. Một thông số khác cũng dùng để đánh giá chất lượng của một hệ thống truyền tin là giá trị tín hiệu trên nhiễu SNR. Giống như PSNR, giá trị SNR càng cao càng tốt và thường sử dụng để đánh giá chất lượng của âm thanh.  M N    I 2 i, j  SNR  10.log10  M  (dB) (7) i 1 j 1  2  Ii, j  Ii, j   N   '  i 1 j 1  Hình 7, 8, 9 và 10 cho thấy kết quả của các quá trình mã hóa, nhúng, tách và giải mã của của hệ thống. Hình 9. Kết quả thực hiện với dữ liệu mật là file wav 1.5 giây và đối tượng chứa là video 3D Over Under ISBN: 978-604-67-0349-5 371
Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) BẢNG 2. THỜI GIAN THỰC HIỆN TẠI ĐẦU PHÁT VÀ ĐẦU THU Mã hóa / giải Mã hóa / giải Nhúng / tách Dữ liệu mật mã AES mã RSA (giây) (giây) (giây) Đầu phát 0.86346 0.068945 0.327090 Ảnh xám Đầu thu 1.11169 0.776509 0.086750 Đầu phát 6.79380 0.018027 1.674700 Ảnh màu Đầu thu 7.90651 0.769565 0.672842 Đầu phát 1.17140 0.018662 0.387620 1.5s.wav Hình 10. Kết quả thực hiện với dữ liệu mật là file mp3 2 giây với đối Đầu thu 1.35613 0.758561 0.119912 tượng chứa là video 3D Side by Side Đầu phát 12.0312 0.017678 2.914800 Kết quả mô phỏng cho thấy kỹ thuật giấu tin đã làm 2s.mp3 cho thông tin mật gần như biến mất trên đối tượng chứa. Đầu thu 14.2855 0.761344 1.365858 Hoàn toàn không thể nhận ra bằng mắt thường sự khác biệt của đối tượng chứa trước và sau khi nhúng. Nhưng IX. TỔNG KẾT tham số SNR và PSNR cho thấy sự khác biệt này. Bảng 1 cho thấy các giá trị SNR, PSNR của âm thanh và các Trong bài báo này chúng tôi giới thiệu một hệ thống khung ảnh trái trước và sau khi nhúng. truyền tin an toàn chống lại được các kỹ thuật tấn công và dò tìm tiên tiến. Hệ thống hoàn chỉnh bao gồm 3 lớp So với các nghiên cứu liên quan, thuật toán giấu tin bảo mật: của chúng tôi cho tính vô hình cao hơn rất nhiều. Cụ thể SNR = 88.7 dB >> 54.7 dB trong [13] và PSNR = 57.5  Steganography là lớp bảo mật ngoài cùng, dùng dB >> 38.7 dB trong [6]. video 3D che phủ toàn bộ thông tin mật. Thông tin mật được phân bố một cách ngẫu nhiên, hợp Để đánh giá tính hiệu quả của hệ thống, bảng 2 sẽ lý vào đối tượng chứa và không thể nhận ra cho thấy thời gian thực hiện của đầu phát và đầu thu với được bằng mắt thường hoặc bằng máy tính. các quá trình mã hóa, nhúng, tách và giải mã.  AES_RSA là sự kết hợp hoàn hảo của hệ mật BẢNG 1. KẾT QUẢ GIẤU TIN VỚI THUẬT TOÁN PARITY khóa công khai và hệ mật khóa bí mật. Hệ thống mật mã này bao gồm 3 loại khóa: khóa mật dùng Video 3D chứa trong AES, khóa công khai dùng để mã hóa Dữ liệu mật Tham số RSA và khóa riêng dùng để giải mã RSA. Chỉ Over Under Side by Side duy nhất người nhận có khóa riêng đúng thì mới có thể trích xuất được thông tin mật. SNR (dB) 88.75716 96.85605 Ảnh xám  Authentication có khả năng chứng thực cả đối PSNR (dB) 59.60560 59.61165 tượng chứa và thông tin mật để loại trừ những thay đổi không mong muốn lên đối tượng chứa. SNR (dB) 88.75207 96.87903 Giải thuật hàm băm hiện đại nhất là SHA3 được Ảnh màu sử dụng để đảm bảo tính chứng thực cao nhất PSNR (dB) 57.57225 57.56982 cho thông tin mật. Sự kết hợp này tạo nên một hệ thống truyền tin gần SNR (dB) 88.73344 96.89987 như hoàn hảo, có độ tin cậy cao với thời gian thực hiện 1.5s.wav hợp lý. Vì vậy có thể sử dụng để truyền các thông điệp PSNR (dB) 58.32555 58.33469 nhạy cảm hay các dữ liệu tuyệt mật. SNR (dB) 88.71097 96.87847 Hướng nghiên cứu tiếp theo của chúng tôi là xây 2s.mp3 dựng một lược đồ chữ ký số mới với sự kết hợp của PSNR (dB) 57.58762 57.58505 SHA3 và RSA, đồng thời nghiên cứu các thuật toán nhằm tăng tốc độ thực hiện RSA khi dung lượng dữ liệu lớn. ISBN: 978-604-67-0349-5 372
Hội thảo quốc gia 2014 về Điện tử, Truyền thông và Công nghệ thông tin (ECIT2014) TÀI LIỆU THAM KHẢO [9] Septimiu Fabian Mare, Mircea Vladutiu and Lucian Prodan, “Secret data communication system using Steganography, AES [1] Woods, A.J, and Sehic, A. “The compatibility of LCD TVs with and RSA”, 2011 IEEE 17th International Symposium for Design time-sequential stereoscopic 3D visualization” in Stereoscopic and Technology in Electronic Packaging (SIITME), pp. 339- Displays and Applications XX, Proceedings of Electronic 344, 20-23 Oct. 2011. Imaging, Proc SPIE Vol. 7237. [10] J. Daemen, V. Rijmen, „The Design of Rijndael: AES – The [2] Z. Shahid, W. Puech, “Synchronization of Texture and depth Advanced Encryption Standard.“, Springer, 2002. Map by Data Hiding For 3D H.264 Video”, 2011 IEEE International Conference on Image Processing, pp.2773-2776. [11] Chandra M. Kota and Cherif Aissi1 , "Implementation of the RSA algorithm and its cryptanalysis", ASEE Gulf Southwest [3] R. Shreelekshmi, M. Wilscy, C.E. Madhavan, “Cover Image Annual Conference on 2002, Houston, USA. Preprocessing for More Reliable LSB Replacement [12] Charles H. Romine, “SHA-3 Standard: Permutation-Based Hash Steganography“, IEEE 2010 International Conference on Signal Acquisition and Processing, pp. 153-156, February 2010. and Extendable-Output Functions”, Information Technology Laboratory Gaithersburg, MD 20899-8900, 2014. [4] RigDas, Themrichon Tuithung, “A Novel Steganography [13] R.F. Olanrewaju, Othman Khalifa and Husna (2013), Method for Image Based on Huffman Encoding”, 2012 IEEE, “Increasing the Hiding Capacity of Low-Bit Encoding Audio Emerging Trends and Applications in Computer Science (NCETACS), pp. 14-18. Steganography Using a Novel Embedding Technique”, World Applied Sciences Journal 2, pp. 79-83. [5] R. Balaji, G. Naveen, “Secure Data Transmission Using Video Steganography”, 2011 IEEE International Conference on [14] Philipp Merkle, Karsten Müller, Thomas Wiegand, “3D Video: Electro/Information Technology (EIT), pp. 1-5. Acquisition, Coding, and Display”, 2010 IEEE Transactions on Consumer Electronics, Vol. 56, No. 2, May 2010, pp. 946-950. [6] B. Suneetha, Ch. Hima Bindu, S. Sarath Chandra, “Secured Data Transmission Base Video Steganograhy”, International Journal [15] Elaine Barker, Allen Roginsky, “Transitions: Recommendation of Mechanical and Production Engineering (IJMPE) ISSN No.: for Transitioning the Use of Cryptographic Algorithms and Key 2315-4489, Vol-2, Iss-1, 2013, pp. 78-81. Lengths”, NIST Special Publication 800-131A, 2011. [7] Parag Kadam, Mangesh Nawale, Akash Kandhare, Mukesh [16] Junko Takahashi, Toshinori Fukunaga (2010), “Differential Patil, “Separable Reversible Encrypted Data Hiding in Fault Analysis on AES with 192 and 256-Bit Keys”, NTT Encrypted Image Using AES algorithm and Lossy Technique”, Information Sharing Platform Laboratories Nippon Telegraph IEEE Proceedings of the 2013 International Conference on and Telephone Corporation 3-9-1 Midori-cho, Musashino-shi, Tokyo, 180-8585, Japan. Pattern Recognition, Informatics and Mobile Engineering (PRIME), pp. 312-316, 21-22 Feb. 2013. [8] Nadiya, P.V.; Imran, B.M., "Image steganography in DWT domain using double-stegging with RSA encryption," 2013 International Conference on Signal Processing Image Processing & Pattern Recognition (ICSIPR), pp.283,287, 7-8 Feb. 2013. ISBN: 978-604-67-0349-5 373