Thuật toán mã hóa ảnh màu bất đối xứng

Bài viết đề xuất một thuật toán mã hóa ảnh màu mới sử dụng kỹ thuật phân hủy đơn trị gọi là thuật toán IESvd. Thuật toán IESvd xây dựng một quy trình mã hóa ảnh màu đơn giản và hiệu quả. Thực nghiệm được tiến hành trên các ảnh màu để đánh giá hiệu suất của thuật toán được đề xuất. Bài viết cũng cũng phân tích tính an toàn của hệ thống quản trị mạng sử dụng thuật toán IESvd đã đề xuất.
Nội dung trích xuất từ tài liệu:
Thuật toán mã hóa ảnh màu bất đối xứng Nghiên cứu khoa học công nghệ<br /> <br /> THUẬT TOÁN MÃ HÓA ẢNH MẦU BẤT ĐỐI XỨNG<br /> Nguyễn Duy Thái1, Trần Quân1, Phạm Đức Cương1,<br /> Đồng Thanh Tùng2, Phạm Văn Nhã3*<br /> Tóm tắt: Sự phát triển không ngừng của Công nghệ thông tin đã kéo theo nhu<br /> cầu ngày càng tăng về trao đổi và lưu trữ ảnh số trên internet. Do vậy, việc bảo vệ<br /> hệ thống khỏi các cuộc tấn công trái phép nhằm đánh cắp thông tin trong ảnh số là<br /> chủ đề được trú trọng quan tâm bởi các nhà quản lý và nghiên cứu. Gần đây, đã có<br /> nhiều kỹ thuật mã hóa ảnh số được đề xuất, các kỹ thuật này đều tỏ ra hiệu quả<br /> trong việc bảo mật và đảm bảo an toàn khi trao đổi dữ liệu ảnh qua các phương tiện<br /> truyền thông. Tuy nhiên, mức độ hạn chế về lỗ hổng bảo mật, độ phức tạp tính toán<br /> và cài đặt làm cho các kỹ thuật này khó có thể triển khai rộng rãi. Trong bài báo<br /> này, chúng tôi đã đề xuất một thuật toán mã hóa ảnh mầu mới sử dụng kỹ thuật phân<br /> hủy đơn trị gọi là thuật toán IESvd. Thuật toán IESvd xây dựng một quy trình mã<br /> hóa ảnh mầu đơn giản và hiệu quả. Thực nghiệm được tiến hành trên các ảnh mầu<br /> để đánh giá hiệu suất của thuật toán được đề xuất. Bài báo cũng cũng phân tích tính<br /> an toàn của hệ thống quản trị mạng sử dụng thuật toán IESvd đã đề xuất.<br /> Từ khóa: Mã hóa bất đối xứng, Mã hóa ảnh mầu, Phân hủy đơn trị.<br /> <br /> 1. MỞ ĐẦU<br /> Với sự phát triển nhanh chóng của công nghệ mạng máy tính, phân phối và<br /> trao đổi thông tin trở nên nhanh chóng và dễ dàng. Tuy nhiên, làm thế nào để đảm<br /> bảo sự an toàn thông tin quan trọng được trao đổi trên mạng cần được quan tâm<br /> nghiên cứu và xử lý triệt để. Kể từ khi Refregier và Javidi [14] đề xuất kỹ thuật mã<br /> hóa pha ngẫu nhiên kép, các kỹ thuật mã hoá quang học như sử dụng biến đổi<br /> quang học [4], [8], [13], [24], [27], nhiễu [19], [20], và mã hoá ánh sáng phân<br /> cực[16] đã thu hút sự chú ý ngày càng tăng. Các kỹ thuật mã hoá quang học cho<br /> thấy nhiều ưu điểm như hoạt động đa chiều và khả năng xử lý song song. Tuy<br /> nhiên, các kỹ thuật mã hoá quang học truyền thống dễ bị tấn công bởi các kiểu tấn<br /> công khác nhau do tính tuyến tính vốn có của hệ thống. Để khắc phục những hạn<br /> chế này, các kỹ thuật pha cắt phi tuyến [11], [22] và các phương pháp mã hoá phi<br /> tuyến dựa trên thuật toán truy hồi pha [17], [25] đã được đề xuất. Bên cạnh các<br /> phương pháp nói trên, khả năng tàng hình của các ảnh giải mã được [18], [21] đề<br /> xuất để đảm bảo tính an toàn của hệ thống mã đối xứng. Các kỹ thuật toán học như<br /> phép toán vector [23], phép toán logarithm tự nhiên [10], biến đổi toán học [15], sự<br /> bất định [7], [9] và sự phân huỷ đơn trị (SVD) [12], [22] cũng đã được sử dụng<br /> trong các hệ thống mã hóa để khắc phục vấn đề tuyến tính.<br /> <br /> <br /> Tạp chí Nghiên cứu KH&CN quân sự, Số Đặc san An toàn Thông tin, 05 - 2017 121<br />  Công nghệ thông tin<br /> <br /> Phân rã đơn trị (SVD) [3] là một hệ số quan trọng của ma trận thực hoặc phức<br /> hình chữ nhật với nhiều ứng dụng trong xử lý ảnh. Các kỹ thuật watermarking trên<br /> nền SVD [1],[2] đã được quan tâm nhất trong những năm gần đây, chủ yếu là do sự<br /> biến đổi lớn của các giá trị đơn lẻ không xảy ra khi một nhiễu nhỏ được thêm vào<br /> ảnh. Khi SVD đưa ra một thuật toán phân hủy bất đối xứng một chiều [12], các kỹ<br /> thuật mã hoá hình ảnh dựa trên SVD đã được đề xuất tiếp nối trong những năm gần<br /> đây. Trong các phương pháp này, ba thành phần kết quả của SVD luôn được sử<br /> dụng như ba bản mã màu xám sau khi được mã hoá riêng lẻ. Chen và đồng nghiệp<br /> đã trình bày mã hóa ảnh dựa vào SVD và biến đổi Arnold trong miền phân đoạn [6].<br /> Trong kỹ thuật này, phổ phân đoạn Fourier của ảnh xám ban đầu được phân chia<br /> thành 3 đoạn bởi SVD. Tất cả ba phần được biến đổi Arnold để nhận ba ảnh đã mã<br /> hóa và được giao cho các người dùng được ủy quyền khác nhau để bảo mật.<br /> Abuturab đã đề xuất hệ thống xác thực thông tin màu dựa trên SVD trong các miền<br /> chuyển đổi Gyrator [12]. Trong kỹ thuật này, mỗi kênh của ảnh màu gốc được điều<br /> chế độc lập bằng các mặt nạ pha ngẫu nhiên và sau đó được biến đổi Gyrator riêng<br /> biệt. Ba phổ gyrator được nhân lên để nhận ảnh mã hóa. Ảnh sau đó được chia thành<br /> 3 đoạn bởi SVD. Tất cả ba phần đều được chuyển đổi gyrator riêng biệt và gán cho<br /> người dùng được ủy quyền khác nhau để bảo mật. Trong bài báo này, chúng tôi đề<br /> xuất kỹ thuật mã hóa ảnh màu bất đối xứng dựa trên SVD. Các thành phần màu red,<br /> green và blue của ảnh màu được mã hóa lần lượt bởi một hàm phức, sau đó được<br /> chia thành các phần U, S và V bởi SVD. Các ma trận trực giao thu được U và V được<br /> nhân và cắt theo pha để nhận ma trận dữ liệu của ảnh mật mã, trong khi các thành<br /> phần đường chéo trong ba ma trận S được trừu tượng để tạo thành sơ đồ màu của<br /> ảnh mật mã. Theo cách này, ảnh gốc với 3×N×N điểm ảnh được mã hóa thành một<br /> ảnh chỉ mục có N×N + N×3 điểm ảnh, làm giảm gánh nặng lưu trữ và truyền dẫn so<br /> với các phương pháp mã hóa ảnh dựa trên SVD nói trên [6], [12]. Hơn nữa, trong<br /> phương pháp được đề xuất, các khóa cá nhân thu được từ pha cắt đảm bảo sự an<br /> toàn, và các khó ...