Nghiên cứu kỹ thuật giấu tin trong audio hỗ trợ xác thực

- Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự nhiên và Công nghệ Nghiên cứu kỹ thuật giấu tin trong audio hỗ trợ xác thực Nguyễn Xuân Huy1, Huỳnh Bá Diệu 2,* 1 Viện Công nghệ thông tin, Viện Khoa học Công nghệ Việt Nam, 18 Hoàng Quốc Việt, Hà Nội, Việt Nam 2 Khoa Công nghệ thông tin, Trường ðại học Công nghệ, ðHQGHN, 144 Xuân Thuỷ, Hà Nội, Việt Nam Nhận ngày 26 tháng 12 năm 2008 Tóm tắt.
- Bài báo này trình bày một kỹ thuật giấu tin mật trong dữ liệu audio.
- Do dữ liệu chứa tin giấu ñược truyền trên các kênh công khai nên có thể bị một số tấn công dẫn ñến thay ñổi dữ liệu chứa.
- Kết quả là khi giải tin, ta có thể nhận lại tin giấu bị sai.
- ðiểm mới của bài báo này là ñề xuất áp dụng các kỹ thuật mã hóa nhằm mục ñích phát hiện và sửa lỗi trên tin giấu sau khi giải tin.
- Từ khóa: Dữ liệu chứa, mã Hamming.
- Giới thiệu∗ việc có thể tin giấu khi nhận M’ có thể bị sai khác với tin giấu M ban ñầu và người nhận có Bảo mật dữ liệu là vấn ñề ñang ñược quan thể không biết có sự sai này và vẫn sử dụng tin tâm hiện nay.
- Trong một số ứng dụng, việc sai sót này ñược nghiên cứu và triển khai là mã hóa và giấu trong một mức nào ñó là có thể cho phép nhưng thông tin.
- Mã hóa dữ liệu sẽ thực hiện việc biến ña số ứng dụng thì việc sai này là không chấp ñổi bản tin gốc M thành bản mã và gửi cho bên nhận và có thể gây ra hậu quả nghiêm trọng.
- Bên nhận sẽ thực hiện việc giải mã bản thuật giấu tin ñược ñưa ra dưới ñây là một cải mã ñể lấy lại bản tin gốc.
- Kỹ thuật giấu tin tiếp tiến giúp cho người nhận tin hạn chế thấp nhất cận theo hướng khác, sẽ giấu tin vào các “khe khả năng nhận tin sai, có thể biết ñược tin khi hở” của dữ liệu chứa C.
- Dữ liệu chứa có thể là nhận M’ có bị sai khác với bản tin gốc M dữ liệu audio, ảnh hay video.
- liệu ñược hiểu là khoảng biến thiên giá trị của ðối tượng dữ liệu chứa ñược chọn là các dữ dữ liệu có cùng ảnh hưởng ñến hệ thống tri giác liệu audio.
- Sau khi giấu tin xong, dữ liệu chứa tin giấu C’ sẽ ñược truyền ñi cho bên nhận và bên nhận sẽ giải tin ñể lấy lại tin giấu.
- Một số kỹ thuật giấu tin trong audio Trong qua trình truyền, ñối tượng C’ có thể chịu một số tấn công làm cho nội dung C’ bị Các kỹ thuật giấu tin trong audio dựa vào thay ñổi.
- Việc nhận C’ ñể giải tin họ nhận ñược C” có nội giấu tin trong audio thường là khó hơn trong dung có thể sai khác với C’.
- ðiều này dẫn ñến các dữ liệu media khác do hệ thống thính giác.
- là một số phương pháp giấu.
- Mã hóa LSB (Least Significant Bit) Cả hai phương pháp LSB và Parity ñều có những hạn chế.
- Do tai người khá nhạy nên Phương pháp mã hóa LSB là cách ñơn giản những thay ñổi trên dữ liệu chứa sẽ sinh nhiễu nhất ñể nhúng thông tin vào trong dữ liệu audio.
- Một ñiểm nữa là Phương pháp này sẽ thay thế bít ít quan trọng hai phương pháp này không bền vững và thông nhất (thường là bít cuối) của mỗi mẫu dữ liệu tin sẽ bị mất sau khi thực hiện việc lấy mẫu lại.
- bằng bít thông tin giấu.
- Sau khi giấu bít 1 sẽ như sau: 2.3 Mã hóa Phase (Phase Coding Phương pháp mã hóa pha giải quyết ñược các hạn chế do sinh ra nhiễu của hai phương pháp giấu dữ liệu trên.
- Phương pháp mã hóa Hình 1.
- Minh họa kỹ thuật giấu LSB.
- pha dựa vào tính chất là các thành phần của pha Ưu ñiểm của phương pháp này là dễ cài ñặt không gây ảnh hưởng ñến hệ thống thính giác và cho phép giấu dữ liệu nhiều.
- Có thể tăng của con người như nhiễu.
- Việc giấu tin ñược thêm dữ liệu giấu bằng cách dùng hai bít LSB.
- thực hiện bằng cách ñiều chỉnh pha trong phổ Tuy nhiên cách này làm cũng làm tăng nhiễu pha của dữ liệu số[ 3].
- trên ñối tượng chứa dẫn ñến ñối phương dễ phát hiện và thực hiện các tấn công.
- Vì vậy dữ liệu chứa cần phải ñược chọn trước khi giấu sử dụng phương pháp mã hóa LSB.
- ðể tăng ñộ an toàn cho kỹ thuật này, ta sử dụng bộ sinh số nguyên ngẫu nhiên ñể sinh ra các vị trí các mẫu ñược chọn giấu chứ không phải các mẫu liên tục.
- Bộ sinh số này sử dụng Dữ liệu gốc Dữ liệu sau khi giấu một khóa bí mật key như là phần tử khởi tạo của bộ sinh số.
- Kỹ thuật mã hóa pha.
- trong cả quá trình giấu tin và giải tin.
- Lưu ý là Quá trình mã hóa pha ñược chia thành các bộ sinh số không tạo ra các giá trị trùng nhau ñể bước sau: tránh trường hợp một vị trí ñược giấu hai lần.
- Dữ liệu âm thanh gốc ñược chia thành các segment nhỏ hơn có dài bằng chiều dài 2.2.
- Mã hóa Parity (Parity Coding) chiều dài bằng với thông tin cần giấu.
- Thay vì chia dữ liệu thành các mẫu riêng lẻ, b.
- Thực hiện biến ñổi Fourier rời rạc DFT phương pháp mã hóa chẵn lẻ chia dữ liệu thành trên mỗi ñoạn các nhóm mẫu và giấu từng bit thông tin vào c.
- Phương pháp này cho ta ñảm bảo, vì vậy thông tin giấu chỉ ñược phép nhiều sự lựa chọn hơn khi thay ñổi 1 bít và có giấu trong vector pha của ñoạn ñầu tiên.
- Diệu / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ tín hiệu có thể trộn lẫn và người nghe khó có (1) thể phân biệt giữa hai tín hiệu.
- Số lượng tin giấu có liên quan ñến thời gian trễ của tiếng vang và biên ñộ của nó[3].
- Ghép các segment lại và tiến hành DFT ngược ñể tạo lại dữ liệu âm thanh.
- ðể nhận ñược tin giấu bằng kỹ thuật này, người nhận phải biết ñộ dài của segment, sau ñó thực hiện DFT ñể nhận tin.
- Một yếu ñiểm của phương pháp này là tỉ lệ dữ liệu thấp do thông tin chỉ ñược giấu vào segment ñầu tiên.
- Có thể cải thiện bằng cách tăng ñộ dài segment.
- Tuy nhiên cách này sẽ làm cho tin giấu dễ phát hiện.
- Phương pháp mã hóa pha chỉ thích hợp cho việc giấu lượng nhỏ ðộ lệch ñể giấu bit 0 thông tin.
- Kỹ thuật trải phổ Thông thường các file audio ñược truyền Hình 3.
- Kỹ thuật giấu ñiều chỉnh echo.
- qua các kênh truyền thông, các kênh truyền thông này sẽ tập trung dữ liệu audio trong vùng 2.6.
- Kỹ thuật mã hóa echo hẹp của phổ tần số ñể duy trì năng lượng và tiết Bằng cách dùng thời gian trễ khác nhau kiệm băng thông.
- Các kỹ thuật trải phổ cố gắng giữa tín hiệu gốc và tiếng vang ñể thể hiện trải thông tin mật vào trong phổ tần số của dữ tương ứng giá trị nhị phân 1 hoặc 0, theo cách liệu audio càng nhiều càng tốt.
- Nó cũng tương ñó dữ liệu ñược giấu vào file audio.
- ðể giấu tự như kỹ thuật LSB là trải ngẫu nhiên thông tin nhiều hơn một bit, tín hiệu gốc ñược chia thành giấu trên toàn bộ file audio.
- Lợi ñiểm của các ñoạn ngắn hơn và mỗi ñoạn sau ñó có thể phương pháp trải phổ là nó bền vững trước một ñược tạo tiếng vang ñể giấu số bit mong muốn.
- số tấn công.
- Tuy nhiên nó cũng có hạn chế là Dữ liệu chứa cuối cùng bao gồm các ñoạn sinh nhiễu và dễ nhận ra.
- Hai phương pháp trải ñược mã ñộc lập nối lại theo thứ tự chia ban phổ sử dụng trong giấu tin audio là DSSS ñầu.
- Kỹ thuật giấu tin dựa vào tiếng vang rất (Direct Sequency Spread Spectrum) và FHSS (Frenquency Hopped Spread Spectrum).
- Kỹ thuật giấu dựa vào tiếng vang (Echo) kỹ thuật này ñể giấu tin.
- Kỹ thuật giấu dựa vào tiếng vang thực hiện Một cách tiếp cận khác là tiến hành mã hóa giấu tin bằng cách thêm vào tiếng vang trong chuỗi bit theo một cách nào ñó giúp ta phát hiện tín hiệu gốc.
- Dữ liệu nhúng ñược giấu bằng ra lỗi.
- Các tấn công trên các hệ giấu tin 4.
- Kỹ thuật ñề xuất và các kết quả ñạt ñược Dữ liệu chứa sau khi ñược nhúng tin C’ có 4.1 Mã Hamming hỗ trợ xác thực thể chịu một số tấn công.
- Các tấn công này có thể làm sai lệch một phần hoặc toàn bộ tin giấu.
- Sau ñây là một loại số tấn công[5].
- Thuật toán (7,4) của Hamming có Tấn công này làm thay ñổi cấu trúc lưu trữ thể sửa chữa bất cứ một bit lỗi nào, và phát hiện của file dữ liệu gốc.
- Một mẫu dữ liệu trong file tất cả lỗi của 1 bit, và các lỗi của 2 bit gây ra mới sẽ ñược lưu lại bằng một số bit có thể [6,7].
- Các phương pháp giấu trên miền tần số sẽ bị ảnh hưởng nếu chịu các tấn công loại này.
- Thêm nhiễu Tấn công này ñược thực hiện bằng cách thêm các tín hiệu nhiễu vào trong dữ liệu chứa, dẫn ñến khi giải tin người nhận sẽ nhận lại tin sai với tin giấu.
- Sơ ñồ bit dữ liệu và bít kiểm tra của mã Hamming.
- Tấn công này thực hiện bằng cách biến ñổi C’ từ dạng số sang dạng analog sau ñó thực Mã Hamming sử dụng hai ma trận, gọi là hiện biến ñổi từ analog sang lại số, và kết quả là ma trận sinh G và ma trận kiểm tra H.
- ðối với ñược C’’ có thể khác C’.
- mã (7,4) ma trận G và H sẽ như sau: Ngoài ra còn các tấn công khác như nén, lượng tử hóa v.v.
- Các tấn công trên các hệ giấu tin có thể làm cho tin giấu nhận ñược khi giải tin bị sai.
- ðể kiểm chứng lại tin giấu có bị sai không khi giải tin, ta có thể kết hợp các kỹ thuật mã hóa cho phép phát hiện và sửa lỗi.
- Kỹ thuật ñề xuất trong bài báo này là sử dụng mã Hamming ñể mã hóa tin giấu trước khi nhúng vào trong dữ liệu chứa.
- Chuỗi bit thông tin u sẽ ñược mã hóa bằng cách nhân với ma trận sinh G, kết quả ñược từ mã v.
- thức ñể kiểm tra lỗi: Trường hợp 1: Nếu như toàn bộ kết quả v*H = 0 (3) nhân các ñoạn của M’ với H ñều cho kết quả 0 thì kết luận là không có tấn công trên C’ và Ví dụ chuỗi bít thông tin giấu là u=1011 sẽ thực hiện trích các bit dữ liệu của M’ ñể tạo tin ñược mã hóa thành từ mã là v=0110011.
- quả khác 0 thì kết luận là có tấn công hoặc do Ta có thể viết r= v+e trong ñó e là vector nhiễu và ghi nhận cách sửa lỗi.
- Nếu e chỉ gồm có một bit lỗi thì mã hợp này cũng rút trích dữ liệu từ M’ sau khi Hamming có thể sửa ñược.
- Nếu e gồm 2 lỗi thì thực hiện sửa lỗi và tạo lại tin giấu (chưa chắc mã Hamming chỉ phát hiện ñược lỗi chứ không chắn ñúng, có thể ñề nghị gửi lại).
- Các kết quả thử nghiệm dưới ñây sử dụng Mã Hamming (7,4) có thể mở rộng sang phần mềm WavePad ñể thực hiện các tấn công.
- (8,4) bằng cách thêm một dòng bit chẵn lẻ ở Dữ liệu âm thanh là file WindowsLogOn.wav.
- dòng ñầu tiên của ma trận G và thêm bít chẵn lẽ Chuỗi thông tin giấu là “AAA”.
- Quá trình giấu tin Bước 1: Mã hóa Chuỗi bit thông tin ñược chia thành các ñoạn có ñộ dài 4, tiến hành mã hóa cho từng Hình 5.
- Dữ liệu gốc trước khi giấu tin.
- ñoạn này ta thu ñược chuỗi M’ Bước 2: Giấu tin ðọc header, trích phần dữ liệu audio của dữ (a) liệu chứa C, tùy thuộc vào kỹ thuật giấu tin ñược chọn, có thể thực hiện các biến ñổi từ miền thời gian sang miền tần số hoặc thực hiện giấu tin trực tiếp trên miền thời gian.
- Trong quá trình giấu có thể có sử dụng các (b) khóa mật.
- Ghi lại dữ liệu sau khi ñã thực hiện giấu tin, Hình 6.
- Dữ liệu sau khi giấu tin (a) và thực hiện tấn ta ñược C’.
- Quá trình giải tin xác thực tin giấu 5.
- Kết luận Bước 1: Trích thông tin Dựa vào khóa k, kỹ thuật giấu và số bit giấu Kỹ thuật giấu tin ñề xuất ở trên ñã giải ñã ñược biết trước, ta tiến hành trích chuỗi bit quyết ñược một phần vấn ñề xác thực tin giấu từ dữ liệu C.
- kết quả ta thu ñược M’ trong kỹ thuật giấu tin.
- Các kết quả thử nghiệm Bước 2: Xác thực cho thấy hầu hết các tấn công làm sai lệch tin 74 N.X.
- Diệu / Tạp chí Khoa học ĐHQGHN, Khoa học Tự Nhiên và Công nghệ giấu có thể phát hiện ra nhưng khả năng sửa lỗi Techniques for Protection of Intellectual Property, thấp.
- Có thể cải tiến bằng cách sử dụng các kỹ IDEA Group Publishing, 2005.
- thuật mã hóa khác có khả năng phát hiện và sửa [4] Nedeljko Cvejic, Tapio Seppänen, Fusing Digital lỗi cao hơn