CẢI THIỆN KHẢ NĂNG BẢO MẬT CỦA KỸ THUẬT STEGANOPHY BẰNG THUẬT TOÁN RSA

BAN CƠ YẾU CHÍNH PHỦ
HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ

AN TOÀN CƠ SỞ DỮ LIỆU
ĐỀ TÀI
CẢI THIỆN KHẢ NĂNG BẢO MẬT CỦA KỸ THUẬT STEGANOPHY
BẰNG THUẬT TOÁN RSA

HÀ NỘI, 2/2021
1


LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên nhóm em xin gửi lời biết ơn chân thành tới các cơ Hồng Thu
Phương. Trong suốt thời gian thực hiện môn học thầy đã tạo điều kiện cho nhóm
về cả thời gian cùng với sự giúp đỡ quý báu về kiến thức, sự chỉ dẫn, định hướng
và nhiều các tài liệu tham khảo.
Trong quá trình thực tập, cũng như là trong quá trình làm bài báo cáo thực tập,
khó tránh khỏi sai sót, rất mong cơ bỏ qua. Đồng thời do trình độ lý luận cũng
như kinh nghiệm thực tiễn còn hạn chế nên bài báo cáo khơng thể tránh khỏi
những thiếu sót, nhóm em rất mong nhận được ý kiến đóng góp cơ để nhóm học
thêm được nhiều kinh nghiệm và sẽ hồn thành tốt hơn bài báo cáo trong những
kỳ học tiếp theo.
Cuối cùng nhóm em xin chúc các cơ một sức khoẻ dồi dào, đạt được những
thành công trên con đường học tập và nghiên cứu khoa học.
Chúng em xin chân thành cảm ơn!

2


MỤC LỤC

MỤC LỤC.................................................................................................................3
LỜI NÓI ĐẦU..........................................................................................................1
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI.........................................................................................1
CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU........................................................................................2
1.1. Giới thiệu chung.............................................................................................2
1.2. Hệ thống mật mã khoá cơng khai...................................................................2
CHƯƠNG 2. MƠ HÌNH HYBRID...........................................................................4
2.1. Chức năng mã hố RSA.................................................................................4
2.2. Nhúng chức năng bằng phương pháp LSB.....................................................5
2.3. Chức năng truy xuất hình ảnh.........................................................................6
2.4. Chức năng giải mã RSA.................................................................................7
CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH........................................................................................8
CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ NHẬN ĐƯỢC...................................................................9
KẾT LUẬN.............................................................................................................10
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................................11

3


LỜI NÓI ĐẦU
LÝ DO CHỌN ĐỀ TÀI
Trong vài năm gần đây, các ứng dụng truy cập hệ thống đa phương tiện và nội dung
qua internet đã phát triển rất mạnh. Hơn nữa, một số người dùng hoặc những kẻ xâm
nhập có thể chỉ cần sử dụng các cơng cụ đơn giản để tổng hợp và sửa đổi thơng tin có
giá trị. Do đó, sự an tồn của thơng tin qua các kênh truyền thơng khơng an tồn ln là
mối quan tâm hàng đầu của các nhà nghiên cứu. Nó trở thành một trong những vấn đề
quan trọng nhất đối với công nghệ thông tin và là sự cần thiết để bảo vệ các thơng tin
q giá trong q trình truyền tải và hơn nữa là xác định vị trí và cách thức bảo mật của
một tệp đa phương tiện như vậy. Do đó, sự tồn tại của một cơng nghệ mới giúp bảo vệ

tính tồn vẹn của thơng tin và bảo vệ các đặc quyền sở hữu trí tuệ của chủ sở hữu là cần
thiết. Nhiều cách tiếp cận khác nhau đang được đưa ra để bảo vệ dữ liệu khỏi người
dùng khơng được phép.
Do vậy, để tìm hiểu tìm hiểu về những thách thức bảo mật cũng như có những kiến
thức tốt phục vụ cho công việc trong tương lai, nhóm đã quyết định chọn đề tài “Cải

thiện khả năng bảo mật của kỹ thuật Steganophy bằng thuật toán RSA”.

4


CHƯƠNG 1. GIỚI THIỆU

1.1. Giới thiệu chung
-

Trong cuộc sống hiện đại nói chung hay trong truyền thơng đa phương tiện nói

riêng, nhu cầu về bảo vệ quyền riêng tư và bí mật ngày càng trở nên quan trọng hơn,
chủ yếu là trong các mạng mở như Internet. Ở thời đại kết nối điện tử trên toàn thế giới
tồn tại rất nhiều hacker và tin tặc, thực sự cần phải bảo vệ thơng tin bị truyền đi khỏi
những cặp mắt tị mị, quan trọng nhất là khơng vào tay kẻ xấu. Do đó, an ninh đa
phương tiện cịn nhiều điều cần xem xét trong việc phân phối thông tin kỹ thuật số một
cách an toàn.
-

Ba hoặc bốn thập kỷ qua, việc truyền dữ liệu từ đầu này sang đầu kia của thế giới

đã phổ biến rộng rãi. Sự phát triển vượt bậc của internet cũng phát triển và làm nới lỏng
các ứng dụng Thương mại điện tử. Điều này đòi hỏi sự đảm bảo an tồn thơng tin. Hơn

nữa, giao tiếp giữa các bên riêng tư yêu cầu sự riêng tư tuyệt đối cũng đòi hỏi phải
truyền dữ liệu ở chế độ được sửa đổi hoặc mã hóa.
-

Trong truyền thơng đa phương tiện, sự cần thiết của quyền riêng tư và bí mật ngày

càng tăng thêm tầm quan trọng chủ yếu trong mạng truyền thơng mở, khơng an tồn
như internet. Kỷ nguyên hiện nay của kết nối toàn cầu xuất hiện vi rút, kẻ xâm nhập,
nghe trộm và gian lận kỹ thuật số nên cần phải bảo vệ an tồn thơng tin khơng bị phát
tán vào tay kẻ gian.
-

Vì thế, các kỹ thuật nhằm che giấu thông tin đã đang và sẽ luôn nhận được sự

quan tâm từ tất cả mọi lĩnh vực cũng như tất cả mọi người. Hiện tại, 2 kĩ thuật đang
được sử dụng rộng tãi là Cryptography và Steganography.
1.2. Hệ thống mật mã khố cơng khai
-

Một ý tưởng khác để đạt được kết quả tương tự như chữ ký điện tử và

Steganography là hệ thống mật mã khóa bất đối xứng sử dụng hai khóa được gọi là khóa
cơng khai và khóa riêng tư. Trong mã hóa đối xứng, khóa cần được giao tiếp trước với cả
người gửi và người nhận. Ngoài ra, để làm cho xác thực kỹ thuật số trông tương tự như
thực tiễn hiện tại, một số loại nhận dạng như chữ ký cần phải được chèn vào. Để đáp ứng
5


các yêu cầu trên, Diffie và Hellman đã đề xuất ý tưởng Hệ thống mật mã khóa cơng khai
vào năm 1976 được chấp nhận và thực hiện rộng rãi nhất.

-

Trái ngược với mã hóa khóa đối xứng, hệ thống mật mã khóa cơng khai sử dụng

một khóa để mã hóa và một khóa khác nhưng có liên quan để giải mã. Để đáp ứng yêu
cầu bảo mật, cách tiếp cận cần có các đặc điểm sau:
1) Sử dụng thuật tốn mật mã sao cho khơng thể tìm thấy khóa giải mã nếu chỉ có khóa
mã hóa và thuật tốn mật mã.
2) Một trong hai khóa có thể được sử dụng để mã hóa và khóa cịn lại được sử dụng để
giải mã.

-

Q trình mã hóa như sau:
1) Mỗi người dùng tạo một cặp khóa để mã hóa và giải mã.

2) Mỗi người dùng đặt một trong hai khóa ở chế độ công khai hoặc trong miền mở, tất
cả mọi người đều có thể truy cập được. Khóa này được gọi là khóa cơng khai. Mặt khác,
khóa cịn lại được giữ kín và được gọi là khóa riêng tư.
-

Các tin nhắn từ A được mã hóa bằng khóa cơng khai của B. Khi nhận được tin

nhắn, B giải mã bằng khóariêng của mình. Vì khóa riêng của B đã được B tự tạo và giữ
an toàn nên tin nhắn vẫn được bảo mật.
-

Ở đây, các khóa riêng tư được tạo ra cục bộ và không bao giờ được truyền đi cũng

như khơng được phân phối, do đó vẫn được bảo vệ và bí mật, và do đó cung cấp các u

cầu về bảo mậ
6


CHƯƠNG 2. MƠ HÌNH HYBRID
-

Mơ hình Steganographic được đề xuất dựa trên RSA.

-

Thuật tốn được mơ tả trong hình dưới.

2.1. Chức năng mã hố RSA
Đầu tiên ảnh bí mật sẽ được chọn ( ví dụ ảnh 256x256 ). Giá trị cường độ của mỗi
pixel hình ảnh được chuyển đổi từ giá trị nhị phân sang giá trị thập phân.
Tiếp theo các giá trị pixel đầu tiên từ hình ảnh được nhập vào chức năng mã hóa
RSA như mơ tả bên dưới:
1) Hai số p và q được chọn sao cho chúng là các số nguyên tố.
2) Tính giá trị n = p × q và cơng khai nó.
3) e được chọn sao cho ƯSCLN (φ(n), e) = 1; 1 < e < φ(n) và là công khai.
7


4) d là bí mật và được tính d = e -1 φ(n).
Cặp khóa bị mật là ( d,n ) và cặp khóa cơng khai là ( e,n ).
Giá trị mật mã tương đương cho pixel đầu tiên được tính bằng cặp khóa cơng khai (e,n).

-

Sau khi thực thi RSA, giá trị pixel đầu tiên bây giờ được mã hóa và giá trị này

được đặt ở vị trí đầu tiên bằng cách một lần nữa chuyển đổi nó thành giá trị thập phân.
Tiếp đó, lấy giá trị pixel thứ hai chuyển nó thành số thập phân và nhập vào hàm mã hóa
RSA để nhận được giá trị mã hóa pixel thứ hai, tương tự như vậy, tuần tự lấy từng pixel
một cho vào hàm mã hóa và nhận giá trị mã hóa của hình ảnh được mã hóa.
2.2. Nhúng chức năng bằng phương pháp LSB
Chia bit: Lấy hình ảnh được mã hóa bằng mật mã, các giá trị được chuyển đổi từ
thập phân sang nhị phân.
Giá trị nhị phân của (173) = ( 1 0 1 0 1 1 0 1 )
Tiếp đó chia 8 bit thành 4 phần với mỗi 2 bit. Sau khi chia, chúng ta có b1 = 1 0 , b2 = 1
0 , b3 = 1 1 , b4 = 0 1.

-

Chèn giá trị Bit vào ảnh phủ: Sau khi nhận các giá trị b1, b2, b3, b4, các giá trị này

được chèn vào ảnh phủ. 2 bit LSB của bốn pixel liên tiếp trong ảnh phủ được thay thế.
Lấy từng pixel một từ ảnh phủ, 2 bit LSB lần lượt được thay thế bằng 10,10,11,01.
-

Hình thành hình ảnh Stego: Sau khi nhận được giá trị pixel mới, hình ảnh stego

được hình thành bằng cách thay thế các giá trị này ở vị trí ban đầu của chúng. Tương tự
như vậy, lần lượt giá trị pixel từ hình ảnh được mã hóa chèn vào ảnh phủ và thay thế
chúng. Kết quả trở thành hình ảnh stego.

8

2.3. Chức năng truy xuất hình ảnh
* Việc giải mã hình ảnh stego được thực hiện như sau:
-

Tạo 2 bit LSB từ hình ảnh stego: Giá trị pixel được xử lý lần lượt từ hình ảnh

stego. Chuyển đổi giá trị pixel này từ giá trị thập phân sang giá trị nhị phân và lấy 2 bit
LSB từ bốn giá trị pixel liên tiếp đầu tiên:
Tương tự, lấy ba pixel tiếp theo, tức là 242, 35, 97;
(242) 10 = (1 1 1 1 0 0 1 0) 2
(35) 10 = (0 0 1 0 0 0 1 1) 2
(97) 10 = (0 1 1 0 0 0 0 1) 2
Ta được b 1 = 1 0 ; b 2 = 1 0 ; b 3 = 1 1 ; b 4 = 0 1 ;

9


-

Nối các bit: Bây giờ nối đầu vào, 8 bit giá trị pixel đầu tiên của hình ảnh được mã

hóa sẽ được thu dưới dạng

-

Lấy lại hình ảnh được mã hóa: Bây giờ giá trị được tạo ra được đặt ở vị trí đầu

tiên. Tương tự, lấy giá trị bốn pixel tiếp theo từ hình ảnh stego, quá trình này lặp lại và
tồn bộ hình ảnh bí mật được mã hóa sẽ được khơi phục.

2.4. Chức năng giải mã RSA
-

Tạo hình ảnh bí mật: Trong chức năng giải mã, giá trị pixel từ hình ảnh bí mật

được mã hóa một lần nữa được nhập vào chức năng giải mã RSA bằng cách sử dụng cặp
khóa riêng (d, n) để có được giá trị pixel của hình ảnh bí mật ban đầu như sau:

-

Sau khi thực hiện chức năng giải mã cho mỗi pixel, hình ảnh riêng biệt hoặc hình

ảnh gốc được tạo ra.

10


CHƯƠNG 3. PHÂN TÍCH
-

Mơ hình đề xuất sử dụng thuật tốn RSA là kỹ thuật Steganography mạnh mẽ bởi

vì nếu khơng biết khóa bí mật của người nhận thì việc trích xuất hình ảnh gốc từ hình ảnh
stego là khơng thể. Ở đây, các khóa riêng tư đã được tạo ra bởi mỗi người dùng cục bộ và
không bao giờ được truyền hoặc phân phối qua bất kỳ phương tiện truyền dẫn nào, do đó
khóa vẫn được bảo vệ và bí mật, và nhờ đó hệ thống cung cấp được các yêu cầu về bảo
mật và xác thực. Hơn nữa, trong quá trình nhúng, chất lượng của ảnh phủ cũng không bị
suy giảm do sự thay đổi trong hai LSB của mỗi pixel được thay thế chỉ chênh lệch 0 - 3
về giá trị pixel.
-

Hơn nữa, hệ thống được đề xuất có khả năng khơng chỉ xáo trộn dữ liệu mà cịn

thay đổi cường độ của các pixel góp phần vào sự an tồn của mã hóa.

11


CHƯƠNG 4. KẾT QUẢ NHẬN ĐƯỢC
Trong mơ hình RSA dựa trên Steganography được đề xuất an toàn hơn so với hệ
thống mật mã đối xứng truyền thống vì trong hệ thống mật mã khóa cơng khai, các khóa
riêng tư đã được tạo bởi mỗi người dùng cục bộ và không bao giờ được truyền hoặc phân
phối, do đó khơng có vấn đề ăn cắp hoặc tiết lộ khóa, đồng thời cải thiện chất lượng hình
ảnh và bảo mật so với các hệ thống hiện có. Steganography kết hợp với Cryptography là
một công cụ mạnh mẽ cho phép giao tiếp an tồn với ít q tải tính tốn trong hệ thống.

12


13