一個BTC影像的認證方法

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一個BTC影像的認證方法

1 黃樹乾 , 2鄭昀姍 , 3郭映晴 1 國立屏東大學資訊科學系 E-mail:schuang@mail.nptu.edu.tw 2 國立屏東大學資訊科學系 E-mail: suzanne030288@gmail.com 3 國立屏東大學資訊科學系 E-mail:lindafir255@gmail.com

摘要

在這個資料數位化且大量普及的年代，資訊的傳遞越來越快速及便利。許多商業、學術、軍事、政府等機構的重要資料可能便是透過將資料數位化的方式在點與點之間傳送、溝通。但是在享受科技所帶來的便利性時，人們也必須考慮到資訊在傳遞、交流的過程中所衍生出的相關問題，例如資料是否被攔截、修改。因為資料無論是透過影片、影像或音訊等形式傳遞，都有可能遭到竄改。而如何確認在傳輸的過程中資訊是否被第三方惡意竄改、破壞，便是一個值得使用者們探討、研究並努力解決的議題。在本篇論文研究中，我們主要是針對經過BTC壓縮後的灰階影像提出了一個偵測影像是否被竄改的方法。透過認證傳遞資料的雙方事先所共同約定的一個機密key值和一組經公 式修改、調整後所嵌入每個影像區塊當中的（a,b）值，影像在經歷壓縮、重建後，若遭到 有心人士的竄改或破壞，便可被偵測出來遭到竄改的部分並且可以顯示在輸出後的影像當中。由此，接收方便能知道所接收到的資訊是否完整、正確，以進行後續對資料的運用與處理。

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肆﹒研究成果

一﹒執行結果

（一）BTC 部分：首先，我們會先被要求輸入欲進行 BTC 的圖片儲存路徑及其檔名。

若輸入的路徑及檔案名稱正確則程式會進行讀檔，並顯示「Read image OK!」，否則會

顯示「File open error!」的提示。此處我們選擇使用 D 槽下 test 資料夾中的 Airplane512 圖片進行 BTC，故輸入：D:\test\Airplane512.raw。

檔案讀取成功後，程式會將圖片切割成 16384 個區塊，並顯示「Transfer to blocks OK!」，

接著我們便輸入雙方約定好的 key 值。此處我們約定的 key 值為 1024。接下來程式開始計算每個區塊的平均值、XL 值、XH 值、（a,b），此時會顯示「Block Truncation Coding:」，我們便可以輸入想檢視的區塊編碼。例如當我們輸入 20 時，會顯示區塊 20 號的原始區塊像素值、其對應的一組（a,b）、區塊平均值、更新後的 XL 值和 XH 值以及其位元圖。若檢視完區塊資訊，在 block num 輸入 0 則程式會先顯示區塊編號 0 的原始區塊像素值、其對應的一組（a,b）、區塊平均值、更新後的 XL 值和 XH 值以及其位元圖後將整張 BTC 圖片儲存並計算 PSNR。在此例中，PSNR 為 31.025。再將要儲存的圖片路徑及檔名輸入後，即完成 BTC 的程式執行的部分。此處我們儲存的路徑及檔名為

D:\test\airplane_BTC.raw，程式成功儲存後會顯示「Wirte image OK!」。螢幕顯示截圖

如下：

圖 9 BTC 結果

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程式一開始執行時一樣會先要求輸入欲偵測的圖片路徑及檔名，此處我們輸入

D:\test\airplane_tempered.raw，若輸入正確則會顯示「Read image OK!」，否則會顯示「File open error!」。接著程式會繼續將圖片切割成 16384 個區塊，並且要求輸入一個雙方約定好的 key 值。此處 key 值必須與 BTC 輸入的 key 值相等，故我們輸入 1024。程式便開始進行錯誤偵測，並且會將偵測出被竄改的區塊編號印出。我們用「#」代表此被偵測出竄改的區塊為XL 值=XH 值的區塊，「&」代表 XL 值≠XH 值的區塊。而程式也會計算一共偵測出多少倍串改的區塊，在此例中，一共有 481 個區塊被偵測出遭竄改。我們可以輸入欲檢視相關資訊的區塊編號來看它裡面的內容，包含原始區塊像素值、其對應的一組（a,b）、區塊平均值、XL 值和 XH 值以及其位元圖。若欲檢視的區塊都已檢視完，則可以輸入 0 讓程式將圖片儲存在你輸入的路徑。此處我們輸入的路徑為 D:\test\airplane_detection.raw，儲存成功後會顯示「Write image OK!」。螢幕顯示截圖如下：

圖 10 Tamper 結果 二﹒PSNR、準確率及圖片結果

（一）規則形竄改區域（圖 9 與圖 10 之例子）：此例之 PSNR=31.025，偵測竄改的準

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圖 11 原始影像圖 12 BTC 後影像

圖 13 竄改後影像圖 14 偵測結果之影像

（二）不規則形竄改區域（以一顆青椒為例）：此例之 PSNR=34.486，偵測竄改的準

確率=95.21%（取到小數點後第二位）。

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圖 17 竄改後影像圖 18 偵測結果之影像

伍﹒結論與建議

一﹒結論透過我們所提出的方法，可以將所產生出來的機密資料藏入影像當中，以作為後續影 像認證及偵測的判斷基準。且在藏完機密資料後，其壓縮碼的格式仍然為（a,b,BM），所以在傳送過程中能避免被第三者察覺其中有藏入機密資料。因此我們得以判斷影像在傳輸過程中是否被第三方竄改，達到資訊安全的保障。而雖然我們資訊隱藏技術所提出的藏入與認證方法簡單，但在偵測結果方面，對於沒被竄改的區域，沒有被誤判出被竄改。因此我們有效達成了這份研究一開始的動機與目的— 成功認證一個 BTC 影像。二﹒未來展望雖然目前在偵測影像是否被竄改的部分已經有大約百分之九十以上的準確率。但我們希望，在未來可以應用到不同形式的圖片上(如：彩色圖片)。在竄改偵測上希望能找出更精密的邊緣偵測方法，以繼續努力提升偵測的品質，並完成更縝密的偵測。

陸﹒參考文獻

[1] 盧琬瑜, “適用於區塊截短碼的可回復式資訊隱藏技術之研究”, 靜宜大學資訊管理學系碩士論文, 2013