Crypto et sécurité de l’information
Chap 5: Cryptographie, tatouage, data hiding, attaques
Rhouma Rhouma
https://sites.google.com/site/rhoouma
Ecole superieure d’Economie Numerique
2ème Mastère Web Intelligence
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Pourquoi parler de sécurité ?
Evolution des menaces
Internet (IP), E-mail, Web, Mobilité, Messagerie instantanée, Réseaux
sans fil ...
⇒ Les sociétés qui utilisent Internet font face au défi qui consiste à
s’assurer que leur système d’information est sécurisé tout en assurant
un accès rapide et facile aux informations.
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Introduction
Les objectifs de base de la sécurité
Authentification
Contrôle d’accès
Vie Privée
Intégrité des données
Surveillance
La non répudiation
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Introduction
Cryptographie un outil de sécurité utilisée pour offrir quelques
principes importants de la sécurité
La vie privée (Le chiffrement)
Authentification (Signatures numériques)
Intégrité (fonctions de hachages)
Non répudiation (combinaison des autres)
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⇒ Pour minimiser les risques :
Pirate : tester la sécurité, voler des données
Homme d’affaires : connaître les plans de son concurrent
Ex-employé : se venger de son licenciement
Comptable : détourner de l’argent
Agent de change : renier sa promesse sur un courriel
Espion : connaitre le potentiel militaire de son ennemi
Terroriste : voler des infos sur la guerre bactériologique
Introduction
Pourquoi doit-on crypter ses données ?
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Pirate : tester la sécurité, voler des données
Homme d’affaires : connaître les plans de son concurrent
Ex-employé : se venger de son licenciement
Comptable : détourner de l’argent
Agent de change : renier sa promesse sur un courriel
Espion : connaitre le potentiel militaire de son ennemi
Terroriste : voler des infos sur la guerre bactériologique
Introduction
Pourquoi doit-on crypter ses données ? ⇒ Pour minimiser les risques :
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Introduction
Pourquoi doit-on crypter ses données ? ⇒ Pour minimiser les risques :
Pirate : tester la sécurité, voler des données
Homme d’affaires : connaître les plans de son concurrent
Ex-employé : se venger de son licenciement
Comptable : détourner de l’argent
Agent de change : renier sa promesse sur un courriel
Espion : connaitre le potentiel militaire de son ennemi
Terroriste : voler des infos sur la guerre bactériologique
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Introduction
Dans quel domaines la cryptographie est elle utilisée ?
Les messages top secrets dans la guerre
Cryptage des numéros de cartes de crédits en HTTPS
Signature électronique (authentifier) dans les communications
banquaires, cartes à puces
Confidentialité (disque / échange de message)
(...)
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Cryptographie classique
Cryptographie : la science des messages secrets
Chiffrement : Transformation d’un texte pour en cacher le sens
Déchiffrement : Transformation d’un texte en connaissant les clés pour en retrouver le sens
Cryptosystème à clé privée : Même clé utilisée pour le chiffrement et le déchiffrement. ex :
DES
Cryptosystème à clé publique : 2 clés ⇒ clé publique pour le chiffrement et clé secrète
pour le déchiffrement. ex : RSA
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Introduction
Problèmes de la cryptographie classique :
Basé totalement sur la théorie des nombres ⇒ Sécurité
mathématique
Problème de distribution des clés
Risque d’attaques plus élevé avec l’avance de la technologie et
l’arrivée de l’ordinateur quantique.
⇒ La solution ? La cryptographie basé sur la physique et non plus sur
les mathématiques :
La cryptographie quantique
La cryptographie par chaos
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Plan
1 Cryptosystèmes chaotiques
Un nouveau cryptosystème d’images couleurs
2 Cryptanalyse
Cryptanalyse d’un cryptosystème d’images basé sur la diffusion
3 Crypto-compression
CHT
4
Tatouage d’images
Motivation
Tatouage robuste pour la protection du copyright
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
5 Conclusion
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Plan
Cryptosystèmes chaotiques
1 Cryptosystèmes chaotiques
Un nouveau cryptosystème d’images couleurs
2 Cryptanalyse
Cryptanalyse d’un cryptosystème d’images basé sur la diffusion
3 Crypto-compression
CHT
4
Tatouage d’images
Motivation
Tatouage robuste pour la protection du copyright
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
5 Conclusion
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Baptista
Cryptosystèmes chaotiques
La fonction logistique f (xk ) = λxk (1 − xk )
Intervalle de variation [xmin, xmax ] divisé en S sous-intervalles.
Association entre S caractères et S sous-intervalles
La clé secrète : le paramètre λ, la condition initiale x0 et les S-associations
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Déchiffrement : Ci → Pi .
En partant de x0, on itère la f. logistique 1713 fois :
x1713 = 0.44160905447136 ∈ I104 → h.
En partant de x1713, on itère 364 fois, on trouve
x2077 = 0.44486572362642 ∈ I105 → i.
Donc le plaintext P="hi".
Baptista
Cryptosystèmes chaotiques
Chiffrement : Pi → Ci
Ex : plaintext P="hi" ; h → I104 = [0.44140625, 0.44375]
i → I105 = [0.44375, 0.44609375]
⇒ Ciphertext C = (1713, 364)
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Baptista
Cryptosystèmes chaotiques
Chiffrement : Pi → Ci
Ex : plaintext P="hi" ; h → I104 = [0.44140625, 0.44375]
i → I105 = [0.44375, 0.44609375]
⇒ Ciphertext C = (1713, 364)
Déchiffrement : Ci → Pi .
En partant de x0, on itère la f. logistique 1713 fois :
x1713 = 0.44160905447136 ∈ I104 → h.
En partant de x1713, on itère 364 fois, on trouve
x2077 = 0.44486572362642 ∈ I105 → i.
Donc le plaintext P="hi".
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Très lent pour l’utiliser dans des scénarios de cryptage de
données à temps réel.
la distribution de cryptogramme généré par Baptista est non
uniforme ⇒ suceptible d’être attaqué par des attaques statistiques
(attaque de l’entropie).
La fonction logistique présente beaucoup de problèmes :
Diagramme de bifurcation présentant des fenêtres causant la
défaillance du cryptage,
Densité naturelle invariante non uniforme,
Une source de symbôles de faible entropie.
Les faiblesses de Baptista
Cryptosystèmes chaotiques
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la distribution de cryptogramme généré par Baptista est non
uniforme ⇒ suceptible d’être attaqué par des attaques statistiques
(attaque de l’entropie).
La fonction logistique présente beaucoup de problèmes :
Diagramme de bifurcation présentant des fenêtres causant la
défaillance du cryptage,
Densité naturelle invariante non uniforme,
Une source de symbôles de faible entropie.
Les faiblesses de Baptista
Cryptosystèmes chaotiques
Très lent pour l’utiliser dans des scénarios de cryptage de
données à temps réel.
13 / 65
La fonction logistique présente beaucoup de problèmes :
Diagramme de bifurcation présentant des fenêtres causant la
défaillance du cryptage,
Densité naturelle invariante non uniforme,
Une source de symbôles de faible entropie.
Les faiblesses de Baptista
Cryptosystèmes chaotiques
Très lent pour l’utiliser dans des scénarios de cryptage de
données à temps réel.
la distribution de cryptogramme généré par Baptista est non
uniforme ⇒ suceptible d’être attaqué par des attaques statistiques
(attaque de l’entropie).
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Diagramme de bifurcation présentant des fenêtres causant la
défaillance du cryptage,
Densité naturelle invariante non uniforme,
Une source de symbôles de faible entropie.
Les faiblesses de Baptista
Cryptosystèmes chaotiques
Très lent pour l’utiliser dans des scénarios de cryptage de
données à temps réel.
la distribution de cryptogramme généré par Baptista est non
uniforme ⇒ suceptible d’être attaqué par des attaques statistiques
(attaque de l’entropie).
La fonction logistique présente beaucoup de problèmes :
13 / 65
Les faiblesses de Baptista
Cryptosystèmes chaotiques
Très lent pour l’utiliser dans des scénarios de cryptage de
données à temps réel.
la distribution de cryptogramme généré par Baptista est non
uniforme ⇒ suceptible d’être attaqué par des attaques statistiques
(attaque de l’entropie).
La fonction logistique présente beaucoup de problèmes :
Diagramme de bifurcation présentant des fenêtres causant la
défaillance du cryptage,
Densité naturelle invariante non uniforme,
Une source de symbôles de faible entropie.
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Plan
Cryptosystèmes chaotiques
Un nouveau cryptosystème d’images couleurs
1 Cryptosystèmes chaotiques
Un nouveau cryptosystème d’images couleurs
2 Cryptanalyse
Cryptanalyse d’un cryptosystème d’images basé sur la diffusion
3 Crypto-compression
CHT
4
Tatouage d’images
Motivation
Tatouage robuste pour la protection du copyright
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
5 Conclusion
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Clés
Cryptosystèmes chaotiques
Un nouveau cryptosystème d’images couleurs
Génération des conditions initiales et des paramètres
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Cryptage :
Décryptage :
Cn(1) = (Rn + int(xn(1) × L) + Cn−1(1))mod 256
Cn(2) = (Gn + int(xn(2) × L) + Cn−1(2))mod 256
Cn(3) = (Bn + int(xn(3) × L) + Cn−1(3))mod 256
Rn = (Cn(1) − int(yn(1) × L) − Cn−1(1))mod 256
Gn = (Cn(2) − int(yn(2) × L) − Cn−1(2))mod 256
Bn = (Cn(3) − int(yn(3) × L) − Cn−1(3))mod 256
Cryptage et décryptage
Cryptosystèmes chaotiques
Un nouveau cryptosystème d’images couleurs
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Décryptage :
Rn = (Cn(1) − int(yn(1) × L) − Cn−1(1))mod 256
Gn = (Cn(2) − int(yn(2) × L) − Cn−1(2))mod 256
Bn = (Cn(3) − int(yn(3) × L) − Cn−1(3))mod 256
Cryptage et décryptage
Cryptosystèmes chaotiques
Un nouveau cryptosystème d’images couleurs
Cryptage :
Cn(1) = (Rn + int(xn(1) × L) + Cn−1(1))mod 256
Cn(2) = (Gn + int(xn(2) × L) + Cn−1(2))mod 256
Cn(3) = (Bn + int(xn(3) × L) + Cn−1(3))mod 256
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Cryptage et décryptage
Cryptosystèmes chaotiques
Un nouveau cryptosystème d’images couleurs
Cryptage :
Décryptage :
Cn(1) = (Rn + int(xn(1) × L) + Cn−1(1))mod 256
Cn(2) = (Gn + int(xn(2) × L) + Cn−1(2))mod 256
Cn(3) = (Bn + int(xn(3) × L) + Cn−1(3))mod 256
Rn = (Cn(1) − int(yn(1) × L) − Cn−1(1))mod 256
Gn = (Cn(2) − int(yn(2) × L) − Cn−1(2))mod 256
Bn = (Cn(3) − int(yn(3) × L) − Cn−1(3))mod 256
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Analyses statistiques : Histogramme
Cryptosystèmes chaotiques
Un nouveau cryptosystème d’images couleurs
Histogramme de l’image originale
Histogramme de l’image cryptée
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Corrélations des pixels adjacents
Cryptosystèmes chaotiques
Un nouveau cryptosystème d’images couleurs
18 / 65
Advertisement
Coefficients de corrélation
Cryptosystèmes chaotiques
Un nouveau cryptosystème d’images couleurs
où,
r =
cov (p, q)
(cid:112)D(p)(cid:112)D(q)
D(p) =
1
S
S
(cid:88)
i=1
(pi − ¯p)2
cov (p, q) =
1
S
S
(cid:88)
i=1
(pi − ¯p)(qi − ¯q)
qi et pi sont les pixels adjacents (horizontaux ou verticaux).
S est le nombre total des paires (pi , qi ) obtenues de l’image ;
¯p et ¯q sont les valeurs moyennes de pi et qi , respectivement.
Correlation coefficient Original image
horizontal
vertical
0.9006
0.8071
Encrypted image
0.0681
0.0845
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Sensibilité au changement d’un seul bit de la clé
Cryptosystèmes chaotiques
Un nouveau cryptosystème d’images couleurs
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NPCR et UACI
Cryptosystèmes chaotiques
Un nouveau cryptosystème d’images couleurs
NPCRR,G,B =
(cid:80)
i,j DR,G,B(i, j)
L
× 100%
L est le nombre total des pixels dans l’image
DR,G,B(i, j) =
(cid:40)
0 if SR,G,B(i, j) = S(cid:48)
1 if SR,G,B(i, j) (cid:54)= S(cid:48)
R,G,B(i, j)
R,G,B(i, j)
SR,G,B(i, j) et S(cid:48)
R,G,B(i, j) sont les valeurs des pixels (R), (G) ou blue (B)
UACIR,G,B =
1
L
(cid:88)
(
i,j
|SR,G,B(i, j) − S(cid:48)
R,G,B(i, j)|
2BR,G,B − 1
) × 100%
Pour 2 images aléatoires : NPCRB = 99.609375% et UACIB = 33.46354%
Image
Lena
Baboon
Jet
Peppers
Mean NPCR (%)
G
99.5860
99.6265
99.6085
99.5790
B
99.6010
99.5776
99.6080
99.5880
R
99.5660
99.5469
99.6005
99.6100
Mean UACI (%)
G
33.2980
33.4525
33.4665
33.4236
B
33.4148
33.3468
33.4633
33.4163
R
33.4137
33.4600
33.4124
33.4111
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Entropie et vitesse de cryptage
Cryptosystèmes chaotiques
Un nouveau cryptosystème d’images couleurs
Entropie :
⇒
H(m) =
2N −1
(cid:88)
i=0
p(mi )log(
1
p(mi )
)
HR (m) =
HG(m) =
HB(m) =
28−1
(cid:88)
i=0
28−1
(cid:88)
i=0
28−1
(cid:88)
i=0
p(Ri )log(
p(Gi )log(
p(Bi )log(
1
p(Ri )
1
p(Gi )
1
p(Bi )
) = 7.9732 (cid:39) 8
) = 7.9750 (cid:39) 8
) = 7.9715 (cid:39) 8
Vitesse mesurée sur PC 1.6 GHz Pentium IV, 752 Mbytes de RAM sur Windows XP et
Matlab 7.0 :
Cryptage : 7.47 Mb/Sec
Décryptage : 7.26 Mb/Sec
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Plan
Cryptanalyse
1 Cryptosystèmes chaotiques
Un nouveau cryptosystème d’images couleurs
2 Cryptanalyse
Cryptanalyse d’un cryptosystème d’images basé sur la diffusion
3 Crypto-compression
CHT
4
Tatouage d’images
Motivation
Tatouage robuste pour la protection du copyright
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
5 Conclusion
23 / 65
Cryptanalyse
Cryptanalyse
L’art de casser les messages secrets : Exemple
24 / 65
Cryptanalyse : Types d’attaques classiques
Cryptanalyse
Ciphertext-only attack : détermination de la clé à partir du texte crypté ; Analyse statistique,
connaissance de la langue.
Known-plaintext attack : le cryptanalyste connaît quelques paires (plaintext, ciphertext).
Chosen-plaintext attack : le cryptanalyste est capable d’acquérir le ciphertext d’un plaintext
qu’il choisit.
Chosen-ciphertext attack : le cryptanalyste est capable d’acquérir le plaintext d’un
ciphertext qu’il choisit.
25 / 65
Plan
Cryptanalyse
Cryptanalyse d’un cryptosystème d’images basé sur la diffusion
1 Cryptosystèmes chaotiques
Un nouveau cryptosystème d’images couleurs
2 Cryptanalyse
Cryptanalyse d’un cryptosystème d’images basé sur la diffusion
3 Crypto-compression
CHT
4
Tatouage d’images
Motivation
Tatouage robuste pour la protection du copyright
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
5 Conclusion
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Algorithme
Cryptanalyse
Cryptanalyse d’un cryptosystème d’images basé sur la diffusion
1 MIX1 : F = P ⊕ X
2 Diffusion horizontale (HD) : E = HD(F )
3 Diffusion verticale (VD) : D = VD(E)
4 MIX2 : Mixer les pixels de D avec CKS :C = D ⊕ CKS
C = CKS ⊕ VD(HD(P ⊕ X ))
27 / 65
Attaque ? ⇒ Description équivalente
Cryptanalyse
Cryptanalyse d’un cryptosystème d’images basé sur la diffusion
C = CKS ⊕ VD(HD(P ⊕ X )), ⇐ Desc. originale
= CKS ⊕ VD(HD(P) ⊕ HD(X )),
= CKS ⊕ VD(H) ⊕ VD(HD(X ))),
= CKS ⊕ V ⊕ XHV ,
= Y ⊕ V
= Y ⊕ VD(HD(P)⇐ Desc. equivalente.
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Cryptanalyse
Cryptanalyse d’un cryptosystème d’images basé sur la diffusion
Attaques
Trouver Y par CPA
1 Si On choisit, P = 000 . . . ⇒ C = Y ⊕ VD(HD(0)) = Y
Trouver Y par KPA
1 Si on connaît une paire P/C ⇒ Y = VD(HD(P)) ⊕ C
Utilisation de Y
1 P = HD−1(VD−1(C ⊕ Y )).
2 L’adversaire peut effectuer ce calcul puisque VD et HD
n’impliquent aucune utilisation de la clé secrète
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Plan
Crypto-compression
1 Cryptosystèmes chaotiques
Un nouveau cryptosystème d’images couleurs
2 Cryptanalyse
Cryptanalyse d’un cryptosystème d’images basé sur la diffusion
3 Crypto-compression
CHT
4
Tatouage d’images
Motivation
Tatouage robuste pour la protection du copyright
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
5 Conclusion
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La crypto-compression
Crypto-compression
Conception d’un algorithme de cryptage de données et de
compression en meme temps.
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Plan
Crypto-compression
CHT
1 Cryptosystèmes chaotiques
Un nouveau cryptosystème d’images couleurs
2 Cryptanalyse
Cryptanalyse d’un cryptosystème d’images basé sur la diffusion
3 Crypto-compression
CHT
4
Tatouage d’images
Motivation
Tatouage robuste pour la protection du copyright
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
5 Conclusion
32 / 65
CHT : Chaotic Huffman Tree
Crypto-compression
CHT
M = EDCBBAFAADEEFEDDADADCDEFFCAECACADDDACFAECCAAFFAFAE.
Il y a 6 symboles S = {A, B, C, D, E, F }.
Table de Huffman classique
Symbol
A
B
C
D
E
F
Frequency
14
2
8
10
8
8
Probability
14/50 = 0.28
2/50 = 0.04
8/50 = 0.16
10/50 = 0.2
8/50 = 0.16
8/50 = 0.16
codeword
01
101
Advertisement
000
11
001
100
Arbre de Huffman
33 / 65
Mutation
Crypto-compression
CHT
Chaque noeud a 2 branches
La branche à gauche est libellée par "0" et la droite par "1"
Si on change cette convention pour le noeud n˚ 2, on obtient :
(cid:86)
Le CHT est inspiré de cette mutation
Compression ?
Le modèle statistique n’a pas été changé !
34 / 65
CHT : Algorithme
Crypto-compression
CHT
1 Générer l’arbre de Huffman T pour M ⇒ la table des codes des N symboles. i = 1.
2
Itérer f , n fois à partir de x0 pour générer xn.
n = 1 + V (mi−1) mod 10
3 Générer le symbole keystream ri :
ri = (cid:98)xn × 2α + V (mi−1) × 2β (cid:99) mod(N − 1) + 1
4 Mettre à jour l’arbre de Huffman T par mutation des labels des branches du noeud (ri ).
5 Coder mi par la nouvelle arbre T pour générer le code ci .
C = C||ci
6
i = i + 1. Si i > L alors le ciphertext de M est C. Sinon aller à l’étape 2.
7 Le codeur émet le code C plus l’arbre de Huffman initial T au décodeur.
35 / 65
CHT : Demonstration
Crypto-compression
CHT
CHT : C = 000 || 10 || 011 || 111 || 110 || 10 || 111 || 11 || 11 || 00 || 101
T
T
n
n
V (mi )
mi
ci
ri
ri
V (mi )
mi
–
E
D
C
B
B
–
69
–
6
–
4
68
10
3
67
66
66
9
8
7
2
2
5
–
000
10
011
A
F
A
A
65
70
7
7
5
5
65
1
1
65
6
5
111
D
68
6
5
ci
10
111
11
11
00
110
E
69
7
5
101
36 / 65
Crypto-compression
CHT
Encryption and Decryption Time of Calgary Corpus Files
File
Size (Kb)
paper5
paper4
obj1
paper6
progc
paper3
progp
paper1
progl
paper2
trans
geo
bib
obj2
news
pic
book2
11.954
13.286
21.504
38.105
39.611
46.526
49.379
53.161
71.646
82.199
93.695
102.400
111.261
246.814
377.109
513.216
610.856
Encryption time (sec)
Proposed
algorithm
0.6509
0.7110
0.6409
2.2232
2.1030
2.7439
2.4936
2.8641
4.1860
4.3062
2.7840
2.9743
5.6581
6.8599
20.6196
15.8127
32.5568
Huffman +
Cipher
0.3605
0.4106
0.2103
1.1316
1.2218
1.4521
1.4621
1.6023
2.1331
2.4235
0.8012
0.8512
3.3048
2.3634
10.9758
8.8828
17.6053
Decryption time (sec)
Proposed
algorithm
1.1617
1.2318
2.2633
3.6553
3.9557
4.2060
4.5766
5.1174
6.5494
7.4808
9.9543
9.6439
11.0459
26.5482
36.8930
18.9573
57.6930
Huffman +
Cipher
0.5508
0.5708
1.0215
1.7125
1.8426
1.9428
2.1331
2.3934
3.0444
3.3849
4.5065
4.3963
5.0272
12.2176
17.2448
8.5323
26.5982
37 / 65
Crypto-compression
CHT
Ciphertext−to−plaintext Ratio of Calgary Corpus Files
File
paper5
paper4
obj1
paper6
progc
paper3
progp
paper1
progl
paper2
trans
geo
bib
obj2
news
pic
book2
book1
Proposed algorithm Huffman
62.16%
59.16%
63.22%
63.04%
65.42%
58.62%
61.19%
62.71%
59.99%
57.93%
69.61%
56.92%
65.40%
67.81%
65.34%
17.97%
60.29%
57.02%
62.16%
59.16%
63.22%
63.04%
65.42%
58.62%
61.19%
62.71%
59.99%
57.93%
69.61%
56.92%
65.40%
67.81%
65.34%
17.97%
60.29%
57.02%
Advertisement
Arithmetic coding
61.71%
58.76%
74.36%
62.62%
64.99%
58.31%
60.86%
62.29%
59.62%
57.52%
69.16%
70.58%
65.01%
66.54%
63.34%
15.12%
60.23%
56.80%
38 / 65
Plan
Tatouage d’images
1 Cryptosystèmes chaotiques
Un nouveau cryptosystème d’images couleurs
2 Cryptanalyse
Cryptanalyse d’un cryptosystème d’images basé sur la diffusion
3 Crypto-compression
CHT
4
Tatouage d’images
Motivation
Tatouage robuste pour la protection du copyright
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
5 Conclusion
39 / 65
tatouage
Tatouage d’images
Conception d’un algorithme de tatouage d’image Robuste.
40 / 65
Plan
Tatouage d’images
Motivation
1 Cryptosystèmes chaotiques
Un nouveau cryptosystème d’images couleurs
2 Cryptanalyse
Cryptanalyse d’un cryptosystème d’images basé sur la diffusion
3 Crypto-compression
CHT
4
Tatouage d’images
Motivation
Tatouage robuste pour la protection du copyright
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
5 Conclusion
41 / 65
Pourquoi le tatouage ?
Tatouage d’images
Motivation
Protection des droits d’auteurs
Protection du Dvd
Protection des œuvres audio
Protection des images et documents numériques
Authentification
Intégrité et vérification du contenu
42 / 65
Contraintes du tatouage d’images
Tatouage d’images
Motivation
La marque doit être :
Invisible
Difficile à déceler
Ne doit pas dénaturer l’image d’origine
Indélébile même si elle a subit des attaques ⇒ Robustesse
43 / 65
Types de Tatouage :
Fragile : ne résiste à aucune attaque
Semi fragile : résiste à un certain nombre d’attaques
Robuste : résiste à toutes les attaques
Types d’attaques et tatouage
Tatouage d’images
Motivation
Type d’attaques
Attaques volontaires
Rotation
Découpage mosaïque
Filtrage
Changement d’échelle
Retournement horizontal
Attaques involontaires
Compression JPEG
Conversion au format GIF
Altération dues aux copies
Egalisation d’histogrammes
44 / 65
Types d’attaques et tatouage
Tatouage d’images
Motivation
Type d’attaques
Attaques volontaires
Rotation
Découpage mosaïque
Filtrage
Changement d’échelle
Retournement horizontal
Attaques involontaires
Compression JPEG
Conversion au format GIF
Altération dues aux copies
Egalisation d’histogrammes
Types de Tatouage :
Fragile : ne résiste à aucune attaque
Semi fragile : résiste à un certain nombre d’attaques
Robuste : résiste à toutes les attaques
44 / 65
Plan
Tatouage d’images
Tatouage robuste pour la protection du copyright
1 Cryptosystèmes chaotiques
Un nouveau cryptosystème d’images couleurs
2 Cryptanalyse
Cryptanalyse d’un cryptosystème d’images basé sur la diffusion
3 Crypto-compression
CHT
4
Tatouage d’images
Motivation
Tatouage robuste pour la protection du copyright
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
5 Conclusion
45 / 65
Algorithme d’insertion du tatouage
Tatouage d’images
Tatouage robuste pour la protection du copyright
En partant de X, image originale et W, le logo.
46 / 65
Exemple : Image 256 × 256 et logo (ENIT) 30 × 30
Tatouage d’images
Tatouage robuste pour la protection du copyright
Nombre de bits de tatouage : 30 × 30 = 900 ⇒ bi
Le nombre de bits insérés dans chaque image est : N = 30 × 30 × 2 × 4 = 7200 ⇒ mi (k )
47 / 65
Extraction du tatouage
Tatouage d’images
Tatouage robuste pour la protection du copyright
Détection aveugle du tatouage à partir de l’image test Y .
48 / 65
⇒ L’algorithme proposé nous donne un bon facteur d’imperceptibilité
L’imperceptibilité
Tatouage d’images
Tatouage robuste pour la protection du copyright
Mesure de PSNR sur les images tatouées :
PSNR = 10 log10
d 2
EQM
EQM =
1
M × M
M
(cid:88)
M
(cid:88)
i=1
j=1
(X (i, j) − Y (i, j))2
Le PSNR pour des images de bonne qualité varie entre 30 et 40 dB.
49 / 65
L’imperceptibilité
Tatouage d’images
Tatouage robuste pour la protection du copyright
Mesure de PSNR sur les images tatouées :
PSNR = 10 log10
d 2
EQM
EQM =
1
M × M
M
(cid:88)
M
(cid:88)
i=1
j=1
(X (i, j) − Y (i, j))2
Le PSNR pour des images de bonne qualité varie entre 30 et 40 dB.
⇒ L’algorithme proposé nous donne un bon facteur d’imperceptibilité
49 / 65
Robustesse
Tatouage d’images
Tatouage robuste pour la protection du copyright
Rotation, redimensionnement, coupure, bruitage, estompage,
compression JPEG
50 / 65
Plan
Tatouage d’images
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
1 Cryptosystèmes chaotiques
Un nouveau cryptosystème d’images couleurs
2 Cryptanalyse
Cryptanalyse d’un cryptosystème d’images basé sur la diffusion
3 Crypto-compression
CHT
4
Tatouage d’images
Motivation
Tatouage robuste pour la protection du copyright
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
5 Conclusion
51 / 65
Cat map
Tatouage d’images
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
Generalized cat map est definit par :
(cid:20) xi+1
yi+1
(cid:21)
=
(cid:18) 1
a
b ab + 1
(cid:21)
(cid:19) (cid:20) xi
yi
mod N
(1)
Elle a une periode T pour des valeurs de paramètres a, b et N
(cid:18) 1
(cid:19)T
a
b ab + 1
≡
(cid:19)
(cid:18) 1 0
0 1
(mod N)
. On peut operer sur les pixels ou sur des blocs de pixels.
par exemple, pour a=b=1, une image 256 × 256 P divisé sur des blocs
4 × 4, on genere une matrice Pb 64 × 64. La période est T = 48
52 / 65
Periode de cat map sur une matrice de blocs
Tatouage d’images
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
Si a=b=1, une image 256 × 256 divisé sur blocs 4 × 4, genere une matrice Pb 64 × 64. T = 48
(a) original
(b) k=1
(c) k=2
(d) k=3
(e) k=10
(f) k=20
(g) k=30
(h) k=40
(i) k=45
(j) k=46
(k) k=47
(l) k=48
53 / 65
FIGURE : Evolution of the cat map iteration on the 4 × 4 blocks of the
256 × 256 Jet image. The period of the cat map for a=1, b=1 is T=48.
images de test
Tatouage d’images
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
Camera-
(b) Clock
(c) Aerial1
(d) Lena
(e) Jet
(a)
man
(f) Boat
(g) Aerial2
(h) Tracks
(i) Tunk
(j) Astro1
(k) Barche
(l) Einstein
FIGURE : 12 test images.
54 / 65
DWT
Tatouage d’images
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
FIGURE : DWT decomposition of an image.
55 / 65
Embedding Process
Tatouage d’images
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
FIGURE : Embedding scheme.
56 / 65
Extraction Process
Advertisement
Tatouage d’images
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
FIGURE : Tamper Detection and Partial recovery scheme.
57 / 65
Images tatouées
Tatouage d’images
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
Camera-
(b) Clock
(c) Aerial1
(d) Lena
(e) Jet
(a)
man
(f) Boat
(g) Aerial2
(h) Tracks
(i) Tunk
(j) Astro1
(k) Barche
(l) Einstein
58 / 65
Tatouage d’images
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
Image
Cameraman
Clock
Aerial1
Lena
Peppers
Scene
Baboon
Jet
Boat
Aerial2
Tracks
Tunk
Astro1
Barche
Einstein
Galaxia
Leopard
Soil
Elaine
Donna
PSNR metric
PSNR
32.98
34.80
32.56
34.67
34.51
40.19
27.01
32.81
31.54
28.36
32.63
36.20
36.16
34.25
35.44
27.14
31.45
24.73
34.79
38.84
wPSNR
50.74
46.87
46.70
59.04
66.64
65.19
45.50
47.42
46.34
44.73
50.15
51.52
90.91
53.32
59.71
36.68
58.92
61.48
46.67
50.70
Watson metric
NB1
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
NB2
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
0
TPE
0.04
0.02
0.05
0.03
0.03
0.03
0.08
0.03
0.05
0.06
0.05
0.03
0.03
0.03
0.03
0.10
0.05
0.12
0.03
0.02
Structural similarity
UIQ
0.93
1
1
0.99
0.99
0.94
1
1
1
1
1
1
1
0.99
1
1
0.99
0.99
1
1
SSIM
0.93
0.90
0.96
0.95
0.95
0.98
0.90
0.91
0.94
0.92
0.94
0.92
0.92
0.95
0.94
0.81
0.94
0.93
0.93
0.96
59 / 65
Performance de detection
Tatouage d’images
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
True Positive pixels (TP) : the number of tampered pixels correctly identified as tampered.
False Positive pixels (FP) : the number of unmodified pixels incorrectly identified as
tampered.
True Negatives pixels (TN) : the number of unmodified pixels correctly identified as
unmodified.
False Negative pixels (FN) : the number of tampered pixels incorrectly identified as
unmodified.
Then, to quantify the tampering made on the watermarked image, the tampering ratio ρ is
defined as :
ρ =
FN + TP
M × M
× 100%
The tampering detection accuracy can be measured through two metrics :
The detection sensitivity or the True Positive Rate (TPR) : this metric relates to the test’s
ability to identify positive results. It’s a way to express the probability of correctly identifying
the tampered regions. The higher be the TPR, the better will be the result. The TPR is
defined as :
TP
TP + FN
The False alarm metric or the False Positive Rate (FPR) : this metric relates to the errors of
incorrectly identify unmodified pixels as tampered. It express the probability of the test’s
false alarm. The lower be the FPR, the better will be the result. The FPR can be expressed
as :
× 100%
TPR =
FPR =
FP
FP + TN
× 100%
60 / 65
Tatouage d’images
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
61 / 65
Tatouage d’images
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
62 / 65
Tatouage d’images
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
l’algorithme doit avoir un niveau TPR tel que 40% < TPR < 80%)
"semi-fragile algorithm". Et faible FPR (meaning FPR < 1%) "minimum
false alarm errors".
TABLE : Detection Performance of the proposed scheme tested for various
images.
Image
Clock
Barche
Tracks
Jet
aerial2
Lena
ρ
TPR
FPR
2.23 % 0.13 % 61.49 %
3.57 % 0.08 % 47.46 %
7.21 % 0.16 %
10.81 % 0.38 % 78.66 %
1.36 % 0.25 % 65.92 %
24.26 % 0.59 % 35.8 %
50 %
Average
8.24 % 0.26 % 56.55 %
63 / 65
Plan
Conclusion
1 Cryptosystèmes chaotiques
Un nouveau cryptosystème d’images couleurs
2 Cryptanalyse
Cryptanalyse d’un cryptosystème d’images basé sur la diffusion
3 Crypto-compression
CHT
4
Tatouage d’images
Motivation
Tatouage robuste pour la protection du copyright
Tatouage pour le contrôle d’intégrité
5 Conclusion
64 / 65
Conclusion
MERCI POUR VOTRE ATTENTION
Des Questions ?
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