5 Cac Dang Tan Cong

7/30/2019 5 Cac Dang Tan Cong

http://slidepdf.com/reader/full/5-cac-dang-tan-cong 1/9

Trang 69

Chươ ng V: Cá c dạ ng tấ n công

5.1 Khái quát về tấn công

Trong hầu hết các ứng dụng watermarking, các watermark đượ c nhúng có

thể bị thay đổi có hoặc không có chủ ý bở i một số quá trình nào đó. Vì vậy, trong

kỹ thuật watermark xuất hiện khái niệm tấn công. Tấn công có thể xem như là một

quá trình, hoạt động trên ảnh đượ c nhúng watermark nhằm làm suy yếu đi

watermark hay thậm chí loại bỏ watermark nhúng. Ta có thể phân biệt thành hai

loại là tấn công cố ý và tấn công vô ý. Mục đích duy nhất của tấn công cố ý là cố

loại bỏ watermark, trong khi tấn công vô ý xảy ra trong suốt quá trình xử lý ảnhthông thườ ng ví dụ như nén ảnh. Ngoài ra còn có những quá trình khác cũng có thể

gây khó khăn trong quá trình trích watermark.

Các quá trình xử lý gọi là tấn công này có thể là quá trình nén có tổn hao,

nhiễu trên đườ ng truyền và một vài thao tác khác như cắt, lọc, … đượ c mô tả như

hình 5.1, cụ thể bao gồm :

Nén tổn hao: nhiều loại sơ đồ nén ví dụ JPEG, MPEG, JPEG2000 làm suy

giảm chất lượ ng của dữ liệu.

Các méo dạng hình học: đặc biệt đối vớ i ảnh và video bao gồm các thao tác

xoay, dịch, lấy tỉ lệ và cắt.

Các thao tác xử lý tín hiệu thông thườ ng như : Tăng cườ ng tín hiệu; Biến đổi

tín hiệu từ dạng số sang tươ ng tự (D/A); Biến đổi tín hiệu từ tươ ng tự sang số (A/

D); Lấy mẫu lại; Lượ ng tử hóa lại; Sự méo dạng trạng thái; Nén; Lọc tuyến tính như

lọc thông cao và lọc thông thấp; Lọc không tuyến tính như lọc median; Sự giảm

màu; Cộng một giá trị offset vào các giá trị pixel; Cộng nhiễu Gauss và phi Gauss;

Sự thay đổi cục bộ của các pixel .

Trong hình 5.1 “đườ ng truyền” dùng để chỉ ứng dụng của mã hóa kênh hay

mã hóa dữ liệu hay các loại mã hóa tiêu chuẩn khác tác động lên dữ liệu. Hầu hết



Trang 70

các bướ c này dữ liệu không bị mất đi nhưng các sơ đồ nén (JPEG, MPEG,..) có thể

làm suy giảm chất lượ ng dữ liệu và loại bỏ các phần dữ liệu mà không thể khôi

phục lại.

Hình 5.1 Các t ấ n công lên ảnh watermarked

Các dạng tấn công điển hình

Nén

tổn hao

Ảnh đã nhúngwatermark I

Truyền

JPEG

MPEG

Méo dạng

hình học

Xoay

Lấy tỉ lệ

Cắt

Các thao tác xử lý tín hiệu

thông thườ ng

Biến đổi D/A, A/D;

Lấy mẫu lại;

Lượ ng tử hóa lại;

Sự méo dạng trạng thái;

Nén;

Lọc tuyến tính;

Lọc phi tuyến tính;

Sự giảm màu;

Cộng nhiễu Gauss (phi Gauss);

Sự thay đổi cục bộ các pixel .

Các méo dạng

khác

In;

Scan;

Watermarking lại;

Kết cấu lại;

Tấn công IBM;

Tần công Unzign;

Tấn công

Stirmark.

Truyền

Ảnh đã nhúng watermarkthự c tế I’



Trang 71

5.2 Vấn đề bảo mật

Trong ứng dụng watermarking, những quá trình sau cần đượ c bảo vệ để

chống lại những tấn công cố ý.- Quá trình phát hiện watermark

- Quá trình trích watermark

- Quá trình sửa đổi watermark

- Quá trình loại bỏ watermark

Cần biết những thông tin cần thiết trong những quá trình trên. Bao gồm sự

hiểu biết về thuật toán watermarking, watermark đượ c nhúng trong miền biến đổinào, thông số sử dụng trong quá trình nhúng, thuật toán sử dụng, khóa. Hơ n nữa,

việc truy xuất đến ảnh gốc hoặc đến ảnh nhúng watermark cũng cần quan tâm đến

vấn đề bảo mật.

5.3 Phân loại tấn công cố ý

Watermarking bền vững chỉ ở mức độ tươ ng đối, một watermark đượ c xem

là bền nhưng khi nó bị làm suy yếu thì dữ liệu cũng có thể bị phá hủy. Độ bền của

watermark đượ c xét đồng thờ i vớ i mức suy yếu của watermark và mức biến dạng

của dữ liệu. Một tấn công đượ c xem là thành công thì phải làm hư hay phá hủy

watermark trong khi vẫn bảo toàn chất lượ ng thươ ng mại của ảnh. Vì vậy mục tiêu

của kẻ tấn công tập trung vào việc giảm tỷ lệ truyền thông tin cậy vớ i méo cho

phép.

Khi xem xét các dạng tấn công, có thể chia làm 4 loại : tấn công loại bỏ, tấn

công hình học, tấn công mã hóa và tấn công giao thức.



Trang 72

Hình 5.2 : Phân loại t ấ n công vô ý

5.3.1 Tấn công loại bỏ (Removal attack)

Dạng tấn công này chú trọng vào việc loại bỏ hoàn toàn thông tin watermark

từ dữ liệu nhúng watermark mà không ảnh hưở ng hay gây ra những tác động có thể

nhận biết đến tính an toàn của dữ liệu. Có nghĩ a là không có giải thuật nào có thể

khôi phục lại thông tin watermark từ dữ liệu nhúng trong trườ ng hợ p này. Loại tấn

công này gồm có các quá trình triệt nhiễu, lượ ng tử, nén có tổn hao, tái điều chế và

dạng tấn công kết cấu.

Các dạng tấn công loại bỏ như triệt nhiễu, nén và lượ ng tử: trong sơ đồ dự

đoán watermark, kẻ tấn công xem ảnh như ảnh nhiễu trong đó watermark như nhiễu

đượ c cộng vào ảnh, bằng cách triệt nhiễu cộng vào ảnh, kẻ tấn công sẽ ướ c lượ ng

dữ liệu bao phủ gốc (ảnh chứa watermark), và kẻ tấn công hoàn toàn đạt đượ c mục

đích loại bỏ watermark dựa vào một bản sao của dữ liệu đã watermark.

Dạng tấn công kết cấu, lấy trung bình có thể thực hiện khi nhiều bản sao

khác nhau của một tập dữ liệu nằm trong tay các kẻ tấn công, mỗi bản đượ c đánh

dấu vớ i những chìa khóa khác nhau hay watermark khác nhau. Trong trườ ng hợ p

tập dữ liệu đủ lớ n, watermark nhúng có thể không phát hiện đượ c. Kẻ tấn công lấy

Cá c loại tấ n công

Tấn côngloại bỏ

Tấn cônghình học

Tấn côngmật mã

Tấn cônggiao thức

Triệt nhiễu Nén tổn hao Lượ ng tử Điều chế lại Kết cấu Trung bình

Biến đổi toànbộ, cục bộ, loại

bỏ mẫu tựtươ ng quan

Tìm kiếmkhóa Oracle

Nghịch đảowatermark;Tấn công saochép



Trang 73

trung bình tất cả các bản sao hay chỉ dựa trên một phần nhỏ của các bản sao khác

nhau trong tập dữ liệu và xây dựng lại thành tập dữ liệu tấn công. Các kết quả gần

đây cho thấy vớ i khoảng 10 bản sao khác nhau, các kẻ tấn công có thể xóa bỏ

watermark thành công.

5.3.2 Tấn công hình học

Ngượ c vớ i tấn công loại bỏ, dạng tấn công này không chú trọng loại bỏ

watermark nhúng nhưng làm méo nó thông qua các thay đổi về thờ i gian hoặc

không gian của dữ liệu đã nhúng watermark. Các tấn công loại này tập trung vào

việc loại bỏ sự đồng bộ giữa bộ phát hiện vớ i thông tin nhúng. Đối vớ i ảnh nhúng

watermark, các công cụ đánh giá tốt nhất có thể xét đến như Unzign và Stirmark, nótổng hợ p các loại tấn công khác nhau. Unzign đưa ra những xáo trộn các pixels và

rất hiệu quả trong việc tấn công vào kỹ thuật watermarking trong miền không gian.

Stirmark đưa ra những biến dạng toàn cục; tỉ lệ; thay đổi tỉ số, cắt xén, xoay và

dịch. Các méo cục bộ vớ i nhiễu cộng Gauss; nó khai thác đặc tính mắt ngườ i không

nhạy vớ i việc dịch và hiệu chỉnh affine cục bộ.

Những kỹ thuật watermarking vượ t qua những dạng tấn công này thườ ng sử

dụng các kỹ thuật đồng bộ đặc biệt. Tính bền vững trướ c những thay đổi hình họcthườ ng dựa trên việc sử dụng miền biến đổi bất biến như Fourier – Melline hay

thêm một bản mẫu (template) hay thiết kế watermark tuần hoàn đặc biệt. Các kẻ tấn

công có thể thực hiện tấn công dựa trên sự hiểu biết về sơ đồ đồng bộ.

5.3.3 Tấn công mã hóa (Cryptographic attack)

Dạng tấn công này sẽ bẻ gãy tính an toàn của hệ thống watermark và tìm

cách loại bỏ thông tin watermark nhúng vào hay tìm cách nhúng watermark giả. Đó

là các tấn công bẻ khóa nhằm tìm kiếm thông tin bí mật thông qua việc tìm kiếmtoàn diện. Một dạng tấn công thuộc dạng này đượ c biết đến là Oracle, nó tạo ra ảnh

không có watermark khi một bộ phát hiện watermark đượ c sử dụng.



Trang 74

5.3.4 Tấn công giao thứ c (Protocal attack)

Có 2 loại tấn công giao thức : tấn công đảo ngượ c (inverse attack) và tấn

công sao chép (copy attack).Dạng tấn công đảo ngượ c dựa trên cơ cấu watermark có thể đảo ngượ c, kẻ

tấn công có thể tuyên bố là chủ sở hữu của dữ liệu, vì dữ liệu cũng chứa watermark

của kẻ tấn công khi trích ra watermark của chính hắn. Việc này tạo ra sự không rõ

ràng trong việc xác định ngườ i chủ bản quyền và do đó, trong vấn đề bảo vệ bản

quyền đòi hỏi watermark không có tính đảo ngượ c là kỹ thuật watermarking không

thể trích watermark từ dữ liệu không có watermark. Giải pháp cho vấn đề này là tạo

watermark từ hàm một chiều.Dạng khác của tấn công giao thức là tấn công sao chép. Dạng này không tìm

cách phá hủy watermark từ ảnh nhúng watermark hay làm hư hại việc phát hiện mà

sao chép nó cho những ảnh khác. Dạng tấn công sao chép không cần biết giải thuật

watermarking cũng như khóa sử dụng trong quá trình nhúng watermark, kẻ tấn công

xem ảnh như ảnh nhiễu trong đó watermark là nhiễu đượ c cộng vào ảnh đích nhằm

mục đích thích ứng vớ i ảnh đích để không thể cảm thụ đượ c trong khi vẫn có năng

lượ ng tối đa. Đó là do ướ c lượ ng watermark thích ứng vớ i đặc tính cục bộ của dữliệu đã watermark dựa trên việc khai thác độ nhạy HVS.

Trong thực tế, một kẻ tấn công cố ý thườ ng không chỉ dùng một loại mà kết

hợ p nhiều loại tấn công cùng một lúc.

5.4 Sơ lượ c biện pháp chống lại nhữ ng tấn công

Để tăng độ bền vững của watermark trướ c những kẻ tấn công, có một số

cách sau :

Image registration: Dữ liệu ảnh nhận đượ c phải đượ c “ánh xạ” vớ i ảnh gốc

để xác định vùng trích watermark. Đăng ký ảnh không hoàn hảo là do những tấn

công hình học hoặc những vấn đề đồng bộ (đặc biệt là trong ứng dụng

watermarking âm thanh). Đăng ký ảnh trở thành vấn đề thứ yếu khi việc trích



Trang 75

watermark cần có ảnh gốc. Mặt khác, khi không cần tham chiếu đến ảnh gốc, việc

đăng ký ảnh cần thiết. Đăng ký ảnh là một giai đoạn riêng biệt ưu tiên trướ c giai

đoạn trích watermark.

Re – correlation : một biện pháp chống lại Stirmark (uốn cong ngẩu nhiên)

và tấn công hình học giả ngẩu nhiên là phân ảnh thành những khối nhỏ và cố gắng

ướ c lượ ng vùng biến đổi, ví dụ như cố gắng kết hợ p các thay đổi hình học như dịch,

xoay, tỉ lệ để cực đại hàm tự tươ ng quan của chính watermark. Ngoài ra, miền biến

đổi bất biến như fourier – Melline cũng đượ c sử dụng. Miền wavelets có thể cung

cấp tỉ lệ bất biến và dịch bất biến trong một chừng mực nào đó.

Information rate : số pixels hay hệ số mã hóa một bit thông tin watermarkkhông đượ c thấp. Rõ ràng, dung lượ ng watermark bị giớ i hạn bở i sự méo dạng của

ảnh. Phải tính đến dung lượ ng watermark tối đa có thể đạt đượ c trong một hệ thống

watermarking.

Strong crytographical components: sự an toàn của nhiều thuật toán

watermarking phụ thuộc vào bộ sinh số ngẫu nhiên giả, ví dụ tạo ra chuỗi số thực

Gauss trong watermarking trải phổ. Hầu hết thuật toán watermarking, nhúng

watermark là logo thì triệt tươ ng quan ảnh logo trướ c khi nhúng (có thể là phân rãlogo ra và xáo trộn nó).

Power-adapter Tín hiệu watermark đượ c nhúng phải đủ mạnh để có thể tồn

tại sau những tấn công giớ i hạn năng lượ ng (energy-bound attacks). Vì thế, một sơ

đồ watermarking phải thích ứng vớ i ảnh để đặt hầu hết năng lượ ng của tín hiệu

watermark vào những thành phần năng lượ ng cao của ảnh chủ. Biến đổi wavelets

cung cấp mô hình hóa ngầm định tốt HVS và vì thế dễ dàng chấp nhận

watermarking bền vững trong khi thực hiện việc trong suốt ảnh cùng một lúc. Tuynhiên, nếu tận dụng mặt nạ kết cấu ngầm định thì mức độ thành công sẽ tiến xa hơ n.

Attack charaterization : Kundur đưa ra mô hình nhúng một watermark

tham khảo đã biết để mà ướ c lượ ng dạng tấn công ảnh. Trong giai đoạn tươ ng quan

và trích watermark, ướ c lượ ng tấn công đượ c sử dụng để dễ hồi phục watermark.



Trang 76

Complementary modulation Để chống lại một mức độ tấn công rộng. Lu

sử dụng cả hai quá trình đánh giá và điều chế phức tạp, watermark điều chế âm và

dươ ng trong quá trình trích watermark .

5.5 Giớ i thiệu về chuẩn nén JPEG

JPEG là một chuẩn nén ảnh (nhằm giảm kích thướ c dữ liệu lưu trữ) đượ c

thiết lập bở i tổ chức đượ c biết đến là JPEG (Joint Photographic Expert Group). Đây

là một tổ chức đượ c thành lập vào những năm 80, muốn thực hiện một chuẩn nén

cho ảnh đen trắng (grayscale) và ảnh màu. Ngay từ đầu, tổ chức này đã đặt ra những

điều kiện cho chuẩn nén:

- Chất lượ ng ảnh phải trung thực so vớ i ảnh gốc, có nhiều tỉ lệ nén khác nhau

và ngườ i dùng có thể dung hòa giữa chất lượ ng của ảnh và tỉ lệ nén.

- Có khả năng ứng dụng vớ i bất kỳ loại ảnh số nào (không có giớ i hạn đối vớ i

kích thướ c ảnh, không gian màu, …)

- Có khả năng thực thi bằng phần mềm chạy trên các CPU hay khả năng thực

thi bằng phần cứng vớ i chi phí có thể chấp nhận đượ c đối vớ i những ứng

dụng đòi hỏi chất lượ ng cao.

Chuẩn nén có các chế độ thực hiện:

- Mã hóa tuần tự (sequential encoding): mỗi thành phần ảnh đượ c mã hóa

trong một lần quét từ trái sang phải, từ trên xuống dướ i.

- Mã hóa tiến tớ i (Progressive encoding) : ảnh đượ c mã hóa trong nhiều lần

quét, dùng trong những ứng dụng có thờ i gian truyền lâu và ngườ i xem có

thể xem trướ c ảnh vớ i chất lượ ng tạm chấp nhận đến mức chất lượ ng cao

hơ n theo thờ i gian.

- Mã hóa không tổn hao (Lossless encoding) : ảnh đượ c mã hóa và đảm bảo

khôi phục chính xác mọi giá trị của ảnh gốc (chất lượ ng ảnh vẫn tốt so vớ i

ảnh đượ c nén ở chế độ mất tổn hao mức thấp).



Trang 77

- Mã hóa phân cấp (Hierarchcal encoding) : ảnh đượ c mã hóa vớ i nhiều

mức độ phân giải và các phiên bản của độ phân giải thấp có thể đượ c truy

xuất mà không cần phải giải nén ảnh vớ i độ phân giải ở mức tối đa.

5.6 Giớ i thiệu về chuẩn nén JPEG2000

Khác vớ i nén JPEG, JPEG2000 dùng biến đổi wavelets (DWT) thay cho biến

đổi DCT. Ý tưở ng cơ bản của biến đổi wavelets là phân tích ảnh thành các thành

phần trơ n và chi tiết. Nén JPEG2000 có nhiều chức năng đặc biệt hơ n JPEG.

Một số ưu điểm của nén JPEG2000:

- Cho chất lượ ng ảnh tốt nhất khi áp dụng nén ảnh t ĩ nh có tổn thất.

- Sử dụng đượ c vớ i truyền dẫn và hiển thị luỹ tiến về chất lượ ng, độ phân giải,

các thành phần màu và có tính định vị không gian.

- Truy cập và giải nén tại mọi thờ i điểm khi nhận dữ liệu.

- Giải nén từng vùng ảnh mà không cần giải nén toàn bộ ảnh.

- Có khả năng mã hoá ảnh vớ i tỷ lệ nén theo từng vùng khác nhau.

-

Nén một lần nhưng có thể giải nén vớ i nhiều cấp chất lượ ng tuỳ theo yêu cầucủa ngườ i sử dụng.

- JPEG2000 có thể sử dụng nhiều phươ ng pháp mã hóa khác nhau cũng như

nhiều phép biến đổi wavelet khác nhau để có thể thu đượ c chất lượ ng ảnh

tươ ng ứng vớ i ứng dụng cần xử lý nên có tính mềm dẻo hơ n JPEG.

- Trên thực tế vớ i cùng một tỉ lệ nén và một loại ảnh thì nén bằng JPEG2000

hầu như luôn có chất lượ ng hơ n nén bằng JPEG.

Documents

5 Cac Dang Tan Cong