giấu tin trong tập tin avi

- Thủy vân dễ vỡ: là kỹ thuật nhúng thuỷ vân vào trong ảnh sao cho khi phân bố sản phẩm trong môi trường mở nếu có bất cứ một phép biến đổi nào làm thay đổi đối tượng sản phẩm gốc thì th

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân Các

số liệu, kết quả trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được

ai công bố trong bất kỳ công trình luận văn nào trước đây

Tác giả luận văn

MỤC LỤC

CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ KĨ THUẬT GIẤU TIN 5

1.1 Một số khái niệm cơ bản 5

1.1.1 Một số thuật ngữ được sử dụng trong lĩnh vực giấu tin 5 1.1.2 Khái niệm về giấu tin 6

1.1.2.1 Khái niệm chung về giấu tin 6

1.1.2.2 Mục đích giấu tin……… 6

1.1.2.3 Khái niệm về thủy vân (watermarking)……… 6

1.1.2.4 Khái niệm về phủ tin (steganography)……… 7

1.1.3 Mô hình chung cho quá trình giấu tin 7

1.2 Lịch sử các kỹ thuật giấu tin……… 8

1.3 Phân loại các kỹ thuật giấu tin……… 9

1.4 Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin 11

1.5 Môi trường giấu tin 13

1.5.1 Giấu tin trong văn bản 13

1.5.2 Giấu tin trong ảnh… 14

1.5.3 Giấu tin trong audio 15

1.5.4 Giấu tin trong video… 15

1.6 Giấu tin trong ảnh……… 16

1.6.1.Giấu tin trên miền không gian ảnh 18

1.6.2.Giấu tin trên miền tần số ảnh 18

1.7 Thủy vân số trên ảnh 19

1.7.1 Các yêu cầu cơ bản của hệ thuỷ vân 22

1.7.2 Mô hình hệ thống thuỷ vân 23

1.7.3 Những tấn công trên hệ thuỷ vân 25

1.7.4 Đánh giá chất lượng ảnh trong thuỷ vân 26

1.8 Tổng kết chương……… 28

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ THUẬT TOÁN GIẤU TIN 29

2.1 Một số thuật toán giấu tin trên miền không gian 29

2.1.1 Kỹ thuật giấu tin theo khối bít 29

2.1.2 Kỹ thuật giấu tin Wu – Lee 30

2.1.3 Kỹ thuật giấu tin Chen – Pan – Tseng 34

2.2 Một số thuật toán giấu tin trên miền tần số…… 38

2.2.1 Kỹ thuật giấu tin trên miền tần số ảnh dựa trên biến đổi DCT……… 38

2.2.2 Kỹ thuật giấu tin LSB ……… 42

2.2.3 Thuật toán Jsteg……… 43

2.2.4 Thuật toán F5….……… 44

2.3 Tổng kết chương……… 49

CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN TRONG TẬP TIN VIDEO - AVI 50 3.1 Thuật toán LSB sửa đổi ……… 50

3.2 Kĩ thuật che giấu ……… 52

3.3 Biến đổi……… 52

3.4 Đề xuất……… 48

3.5 Tính toán năng lực giấu tin 56

3.6 Thiết kế chương trình giấu tin trong dữ liệu AVI ……… 57

3.7 Tổng kết chương ……… 68

KẾT LUẬN 69 DANH SÁCH CÁC HÌNH Nội dung Trang Hình 1.1 Mô hình chung của hệ thống thủy vân và phủ tin……… 7

Hình 1.2 Sơ đồ phân loại kỹ thuật giấu tin 9

Hình 1.3 Phân loại các kỹ thuật thuỷ vân………. 20

Hình 1.4 Mô hình quá trình nhúng thuỷ vân………. 24

Hình 1.5 Mô hình quá trình tách và kiểm định thuỷ vân………. 25

Hình 2.1 Sơ đồ mã hóa và giải mã dùng biến đổi DCT… 39

Hình 2.2 Các bước của quá trình mã hóa biến đổi DCT đối với một khối………

. 41 Hình 2.3 Ma trận lượng tử……… 42

Hình 3.1 Tập tin AVI và thuật toán giấu tin……… 56

Hình 3.2 Kiểu RGB……… 56

DANH SÁCH CÁC BẢNG

Bảng 2.1 Sự liên hệ giữa mật độ thay đổi và tỉ lệ

Bảng 2.2 Sự phụ thuộc (×) giữa bit thông điệp Xi và các bit từ mã a’j 47

3 BMP Basic Metabolic Panel - Ảnh bipmap

4 JPEG Joint Photographic Experts Group -

7 TIFF Tagged Image File Format – tập tin

định dạng TIFF chứa nhiều ảnh

8 Huffman mã Huffman là một thuật toán mã

hóa dùng để nén dữ liệu

PHẦN MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Thông tin kỹ thuật số với cuộc cách mạng bùng nổ những năm gần đây đã đem lại những thay đổi sâu sắc trong xã hội và trong cuộc sống hiện đại của chúng ta Bên cạnh những thuận lợi và cơ hội lớn lao mà thông tin kỹ thuật số mang lại là những khó khăn và thách thức cho quá trình đổi mới

Một nhân tố vô cùng quan trọng đó là sự ra đời mạng toàn cầu internet với địa chỉ trang web đầu tiên do Berners-Lee đưa vào hoạt động từ năm 1991 Tiếp đó là việc Công ty Netscape đưa ra trình duyệt thương mại rộng rãi khiến từ em bé đến cụ già đều có thể dễ dàng sử dụng Internet Giá trị của khả năng số hóa thông tin làm cho con người

có thể số hóa mọi thứ, và mọi văn bản, hình ảnh, âm nhạc, phim truyện đều được chuyển thành các đơn vị bit và byte Người ta chụp ảnh bằng máy ảnh kỹ thuật số, quay phim bằng các máy ghi hình gọn nhẹ, ghi âm bằng máy nhỏ như chiếc bút, gửi thư qua e-mail và có lẽ nhu cầu sử dụng phim ảnh cùng tem thư đã giảm đi đáng kể Nhu cầu đối với các công ty dịch vụ mạng và nhu cầu xây dựng các đường cáp quang bùng nổ một cách mạnh mẽ Xa lộ cáp quang đã thuộc về cả thế giới chứ không nằm trong phạm vi của bất kỳ quốc gia nào Mỗi sợi trong dây cáp quang giờ đây có khả năng truyền tải đồng thời nhiều nghìn tỷ bit dữ liệu một lúc Mạng Internet toàn cầu đã biến thành một xã hội ảo nơi diễn ra quá trình trao đổi thông tin trong mọi lĩnh vực chính trị, quân sự, quốc phòng, kinh tế, thương mại

Nhân tố thứ hai là các tiến bộ của những phương tiện không dây truyền đạt thông tin Ví dụ như máy nghe nhạc số iPod nhỏ hơn bàn tay

có thể kết nối không dây với Internet và những thiết bị khác sử dụng các

kết nối hồng ngoại, Bluetooth, Wi-fi, Wimax, Gprs, EDGE, 3G Với ổ đĩa USB 2.0 và một máy tính có bộ xử lý trung bình 2GHz ngày nay, để tải một bức ảnh từ máy ảnh số xuống máy tính chỉ cần chưa đến 0,2 giây Với máy nghe nhạc iPod 40GB nhỏ xíu ngày nay con người có thể lưu giữ vài nghìn bài hát yêu thích Đã có tới 5 tỷ bản nhạc được tải miễn phí nhờ sử dụng các chương trình chia sẻ file như e-Donkey, Bit’Torrent, Kazaa Sự ra đời những phần mềm có tính năng rất mạnh, các thiết bị mới như máy ảnh kỹ thuật số, máy quét chất lượng cao, máy in, máy ghi

âm kỹ thuật số,… đã với tới thế giới tiêu dùng rộng lớn để sáng tạo, xử

lý và thưởng thức các dữ liệu đa phương tiện

Tất cả những thông tin trên cho thấy tính sẵn sàng và phổ biến của thông tin số ngày nay Tuy nhiên, bên cạnh những thuận lợi đó là những khó khăn mà chúng ta phải đối mặt liên quan đến vấn đề đảm bảo bản quyền tác giả, đảm bảo tính nguyên gốc cũng như đối mặt với vấn nạn sao chép và sử dụng bất hợp pháp, xuyên tạc thông tin, truy nhập thông tin trái phép

Đi tìm giải pháp cho những vấn đề này không chỉ giúp ta hiểu thêm

về công nghệ phức tạp đang phát triển rất nhanh này mà còn đưa ra những cơ hội kinh tế mới cần khám phá Trong một quá trình phát triển lâu dài, nhiều phương pháp bảo vệ thông tin đã được đưa ra trong đó giải pháp dùng mật mã học là giải pháp được ứng dụng rộng rãi nhất Các hệ mã mật đã được phát triển nhanh chóng và được ứng dụng rất phổ biến cho đến tận ngày nay Thông tin ban đầu sẽ được mã hoá thành các ký hiệu vô nghĩa, sau đó sẽ được lấy lại thông qua việc giải

mã nhờ khoá của hệ mã Đã có rất nhiều những hệ mã phức tạp được

sử dụng như DES, RSA, NAPSACK và phương pháp này đã được chứng minh thực tế là rất hiệu quả và được ứng dụng phổ biến

Trong luận văn này, tác giả không trình bày nhiều về các hệ mã mật mà tìm hiểu sâu về một phương pháp đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng rất mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới đó là phương pháp giấu tin (data hiding) Đây là phương pháp mới và phức tạp, nó đang được xem như một công nghệ chìa khoá cho vấn đề bảo vệ bản quyền, nhận thực thông tin và điều khiển truy cập, ứng dụng trong an toàn và bảo mật thông tin

Giấu thông tin là kỹ thuật nhúng thông tin vào trong một nguồn đa phương tiện mà không gây ra sự nhận biết về sự tồn tại của thông tin giấu

2 Mục đích của luận văn

Giấu dữ liệu (data hiding) là một lĩnh vực rộng lớn, luận văn này đề cập đến việc nghiên cứu các kỹ thuật giấu dữ liệu trong ảnh, âm thanh,

và đặc biệt là video

Luận văn tập trung vào việc nghiên cứu và cải tiến một số kỹ thuật giấu dữ liệu trong ảnh đã được công bố, sau đó phát triển, mở rộng kỹ thuật giấu dữ liệu trong môi trường không gian, tần số và tiến đến xây dựng các thư viện cung cấp cho người dùng có thể sử dụng vào thực tế

3 Những đóng góp của luận văn

- Luận văn cung cấp cho người dùng một cách nhìn tổng quát và đầy đủ của mô hình hệ thống giấu tin Từ đó, người dùng sẽ chọn cách thức, môi trường phù hợp để tiếp cận các bài toán cụ thể

- Luận văn trình bày phương pháp biến đổi DCT (Discrete cosine transform) từ miền không gian sang miền tần số và một số thuật toán LSB (Least Significant Bit), JSteg, F5

- Đề xuất một phương pháp giấu tin trong dữ liệu video

- Xây dựng một chương trình thử nghiệm giấu tin trong tập tin AVI (audio video interleave)

Chương 1 TÌM HIỂU VỀ KĨ THUẬT GIẤU TIN 1.1 Một số khái niệm cơ bản

1.1.1 Một số thuật ngữ được sử dụng trong lĩnh vực giấu tin

Kĩ thuật giấu tin đang trong quá trình nghiên cứu và phát triển, do vậy các thuật ngữ trong lĩnh vực này chưa hoàn thiện và thống nhất Trong luận văn này tác giả sẽ thống nhất sử dụng một số thuật ngữ cơ bản sau:

“Giấu tin” (data hiding, information hiding) – là thuật ngữ biểu thị quá

trình giấu dữ liệu vào một đối tượng nào đó

“Phủ tin” (steganography) – là thuật ngữ có nguồn gốc từ Hy lạp để nói

về kỹ thuật giấu tin mật trong một đối tượng

“Thuỷ vân” (Watermarking) – là thuật ngữ chỉ những kỹ thuật giấu tin

kiểu đánh dấu được dùng để bảo vệ những đối tượng chứa thông tin giấu

“Phiên bản gốc” – một đoạn văn bản, bản nhạc, một đoạn video hay hình ảnh hoặc một bản sao của chúng được gọi là “phiên bản gốc”

‘Bản phủ’ – phiên bản gốc không bị sửa chữa đôi khi được gọi là “bản phủ” (cover works) – trong đó người ta giấu hoặc “phủ” những thông tin

cần giấu ví dụ như một thông điệp bí mật

“Thông điệp” (Message) – là thuật ngữ dùng để chỉ các thông tin được

giấu trong các phương tiện chứa để chuyển đi Thông điệp có thể có nhiều dạng như dạng văn bản hoặc hình ảnh

“Đa phương tiện” là thuật ngữ để chỉ việc thể hiện, truyền tin và ghi lại

những nội dung của bản phủ

“Thám ẩn liệu” (Steganalysis) - là thuật ngữ để nói về kỹ thuật phát hiện

đối tượng có mang tin nói chung

1.1.2 Khái niệm về giấu tin

1.1.2.1 Khái niệm chung về giấu tin

Giấu tin (data hiding, information hiding) là một khái niệm chung, rộng lớn bao gồm tất cả các vấn đề liên quan đến việc nhúng một thông điệp vào một nội dung hay một đối tượng nào

đó Thuật ngữ “giấu” ở đây được hiểu là làm cho thông tin không nhận thấy hay cảm thụ được, hoặc là giữ được sự tồn tại của bí mật thông tin hướng thứ nhất là thuỷ vân, thuỷ vân có miền ứng dụng lớn hơn nên được quan tâm nghiên cứu nhiều hơn và thực

tế đã có rất nhiều kỹ thuật đã được đề xuất Hướng thứ hai là phủ tin - giấu tin mật, nhằm tập trung vào các kỹ thuật giấu tin sao cho người khác khó phát hiện được đối tượng có chứa thông tin mật bên trong

1.1.2.2 Mục đích giấu tin

Mục đích của giấu tin thường là mang tính riêng tư, cá nhân, sao cho thông tin đem giấu chỉ đến được một phạm vi hẹp các đối tượng mục tiêu Giấu tin có hai mục đích: một là bảo mật cho dữ liệu được đem giấu, hai là bảo vệ cho chính đối tượng được giấu tin ở trong Từ các mục đích này mà giấu tin sẽ hình thành các kĩ thuật khác nhau

1.1.2.3 Khái niệm về thủy vân (watermarking)

Thủy vân (watermarking) là việc nhúng một thông điệp có nội dung liên quan đến tác phẩm (bản phủ) vào chính tác phẩm đó mà không làm thay đổi nội dung của tác phẩm

1.1.2.4 Khái niệm về phủ tin (steganography)

Phủ tin (steganography) là việc nhúng một thông điệp bí mật vào bản phủ mà những thay đổi trên bản phủ không bị phát hiện

1.1.3 Mô hình chung của quá trình giấu tin

Cả hai phương pháp thủy vân và phủ tin đều hướng đến kĩ thuật giấu tin, hai hệ thống đều bao gồm bộ nhúng và bộ tách, được mô tả ở hình 1.1 Bộ nhúng có hai đầu vào: một là dữ liệu nhúng - thông tin cần nhúng (ví dụ như thủy vân hay thông điệp mật); hai là bản phủ – là nơi

mà ta sẽ nhúng thông tin cần nhúng vào đó Đầu ra của bộ nhúng điển hình là thông tin đã được trộn vào nhau và sau đó được truyền đi hoặc ghi lại Sau đó, các phiên bản gốc (kể cả các phiên bản khác không qua

bộ nhúng) sẽ xuất hiện ở đầu vào của bộ tách Hầu hết các bộ tách sẽ

cố gắng xác định sự tồn tại của thông tin nhúng, và nếu có, nó sẽ xuất ra thông điệp đã được nhúng

Hình 1.1 Mô hình chung của hệ thống thủy vân và phủ tin

Giấu tin là một kỹ thuật giấu một lượng thông tin số nào đó vào một đối tượng dữ liệu khác

Dữ liệu nhúng

Bản phủ

Dữ liệu nhúng đã được tách

Yêu cầu cơ bản của giấu tin là đảm bảo tính chất ẩn của thông tin được giấu đồng thời không ảnh hưởng đến chất lượng của dữ liệu gốc.

1.2 Lịch sử các kỹ thuật giấu tin

Vào cuối những năm 1990, trên thế giới bùng nổ các hệ thống thủy vân số Mục đích của các hệ thống này tập trung chủ yếu vào hình ảnh, âm thanh và video, tuy nhiên các nội dung khác như ảnh nhị phân, văn bản, hình vẽ, mô hình ba chiều, thông số động, mã chạy chương trình, mạch tích hợp… cũng được quan tâm đáng kể Ứng dụng của những phương pháp này rất nhiều và

đa dạng, bao gồm: nhận dạng quyền tác giả, thiết lập chỉ số cho thiết bị ghi để những nội dung được đánh dấu sẽ không được phép ghi chép, xác nhận việc thông tin không bị sửa chữa kể từ khi thông tin được giấu, kiểm soát các kênh quảng bá và tìm kiếm thông tin được đánh dấu

Lĩnh vực giấu tin - “phủ tin” được quan tâm đặc biệt và đáng

kể nhất là sau khi xảy ra vụ tấn công khủng bố ngày 11-09-2001, khi mà người ta đã có chứng cứ rõ ràng rằng tội phạm đã sử dụng kĩ thuật giấu tin để liên lạc với nhau Những kĩ thuật phủ tin đầu tiên tập trung vào kĩ thuật giấu tin phổ biến nhất đó là LSB (Least Significant Bit) trong ảnh BMP và GIF, tiếp đó là JPEG và các tệp audio

1.3 Phân loại các kỹ thuật giấu tin

Hình 1.2 Sơ đồ phân loại kỹ thuật giấu tin [1]

Kỹ thuật giấu tin nhằm mục đích đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin ở hai khía cạnh:

+ Một là bảo mật cho dữ liệu được đem giấu

+ Hai là bảo mật cho chính đối tượng được dùng để giấu tin

Từ hai khía cạnh khác nhau này dẫn đến hai khuynh hướng kỹ thuật chủ yếu của giấu tin

“Giấu tin” (data hiding), “phủ tin” (steganograpy) và thủy vân (watermarking) là ba khái niệm tương đối gần nhau, dễ lấn sân và chồng chéo nhau Tuy nhiên, bên trong các hệ thống này có những điểm khác nhau về cơ bản, về lí luận, dẫn đến khác nhau

về yêu cầu hệ thống, thiết kế hệ thống và giải pháp kĩ thuật

Trong phần này, tác giả phân loại và chỉ ra sự khác nhau giữa các khái niệm này

1 F.A.P Petitcolas, R.J Anderson, and M.G Kuhn, “Information Hiding - A Survey,” in Proc Of the IEEE, vol

Như đã đề cập đến ở phần 1.1.2, giấu tin (data hiding,

information hiding) là một khái nhiệm chung, rộng lớn bao gồm tất

cả các vấn đề liên quan đến việc nhúng một thông điệp vào một nội dung hay tác phẩm nào đó Thuật ngữ “giấu” ở đây được hiểu

là làm cho thông tin không nhận thấy hay cảm thụ được, hoặc là giữ được sự tồn tại của bí mật thông tin

Phủ tin (steganography) bắt nguồn từ tiếng Hy lạp

”steganos” có nghĩa là “phủ”, và “graphia” có nghĩa là “bài viết” hay “tin” Phủ tin là một nghệ thuật liên lạc kín, ẩn Sự tồn tại của thông điệp là bí mật

Khuyng hướng này tập trung vào các kỹ thuật giấu tin sao cho thông tin giấu được càng nhiều càng tốt và quan trọng là người khác khó phát hiện được một đối tượng có bị giấu tin bên trong hay không bằng kỹ thuật thông thường

Một ví dụ phổ biến của “phủ tin” thường được nhắc đến đó là một câu chuyện cổ từ Herodotus, một nhân vật Hy lạp cổ đại, ông

ta đã gửi một nô lệ đến thành phố Miletus cho người thầy của mình là Histiaeus Thông tin bí mật được săm trên đầu người nô

lệ Sau khi săm, anh ta được để cho mọc lại tóc để phủ lên thông điệp Sau đó anh ta đi đến Miletus, ngay sau khi đến nơi Histiaeus cạo đầu người nô lệ và tấu trình với hoàng thân Aristagoras Thông điệp được săm trên đầu người nô lệ khích lệ Aristagoras tiến hành cuộc bạo loạn chống lại nhà vua Ba tư Trong ngữ cảnh này, vai trò của thông điệp có giá trị thiết thực với Histiaeus và người nô lệ chỉ đơn thuần là người mang tin

Thủy vân

Đánh dấu vào đối tượng nhằm khẳng định bản quyền sở hữu hay phát hiện xuyên tạc thông tin Thủy vân số được phân thành hai loại thủy vân bền vững và thủy vân dễ vỡ.

- Thuỷ vân bền vững: thường được ứng dụng trong các ứng dụng bảo vệ bản quyền Thuỷ vân được nhúng trong sản phẩm như một hình thức dán tem bản quyền Trong trường hợp này, thuỷ vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm nhằm chống việc tẩy xoá, làm giả hay biến đổi phá huỷ thuỷ vân Thuỷ vân bền vững lại được phân thành hai loại:

+ Thuỷ vân ẩn: cũng giống như giấu tin, bằng mắt thường không thể nhìn thấy thuỷ vân

+ Thuỷ vân hiện: là loại thuỷ vân được hiện ngay trên sản phẩm và người dùng có thể nhìn thấy được

- Thủy vân dễ vỡ: là kỹ thuật nhúng thuỷ vân vào trong ảnh sao cho khi phân bố sản phẩm trong môi trường mở nếu có bất

cứ một phép biến đổi nào làm thay đổi đối tượng sản phẩm gốc thì thuỷ vân đã được giấu trong đối tượng sẽ không còn nguyên vẹn như trước khi giấu nữa (dễ vỡ)

1.4 Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin

Bảo vệ bản quyền tác giả: Một thông tin nào đó mang ý

nghĩa bản quyền được sở hữu bởi tác giả gọi là thuỷ vân, thông tin này sẽ được nhúng vào trong các sản phẩm multimedia, và đó

là minh chứng cho bản quyền của tác giả nhằm bảo vệ các sản phầm chống lại các hành vi lấy cắp hoặc làm nhái Yêu cầu kỹ thuật đối với ứng dụng này là thuỷ vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm, khi muốn bỏ thuỷ vân này mà không được phép của người

chủ sở hữu thì chỉ còn cách là phá huỷ sản phẩm Đây là ứng dụng cơ bản nhất của kỹ thuật thuỷ vân số.

Xác thực thông tin: Với kiểu ứng dụng này các thuỷ vân

nên được ẩn để tránh được sự tò mò của đối phương, hơn nữa việc làm giả các thuỷ vân hợp lệ hay xuyên tạc thông tin nguồn cũng cần được xem xét Một tập các thông tin sẽ được giấu trong

dữ liệu nguồn và thông tin sẽ được sử dụng để nhận biết xem dữ liệu nguồn có bị thay đổi hay không.Trong các ứng dụng thực tế, người ta mong muốn tìm được vị trí bị xuyên tạc cũng như phân biệt được các thay đổi

Giấu tin mật: Việc giải mã để nhận được thông tin cũng

không cần dữ liệu môi trường gốc Đối với các thuật toán giấu tin mật chúng ta không chú trọng đến việc bảo vệ thông tin mật trước

sự tấn công của các đối thủ mà thay vào đó các thuật toán quan tâm đến tính ẩn và tính an toàn đối với dữ liệu cần giấu Do đó, các thuật toán giấu tin có độ bảo mật cao sẽ được sử dụng trong các ứng dụng giấu tin mật Thông tin được giấu trong những trường hợp này cần được bảo mật trước các đối thủ

Dấu vân tay hay dán nhãn: Ví dụ như các vân khác nhau

sẽ được nhúng vào các bản sao khác nhau của thông tin gốc trước khi chuyển cho nhiều người Với những ứng dụng này thì yêu câu là đảm bảo độ an toàn cao cho các thuỷ vân tránh sự xoá dấu vết trong khi phân phối Thuỷ vân số trong những ứng dụng này được sử dụng để nhận diện người gửi hay người nhận của một thông tin nào đó

Kiểm soát sao chép: Các thiết bị phát hiện ra thuỷ vân

thường được gắn sẵn vào trong các hệ thống đọc/ghi Ví dụ như

hệ thống quản lí sao chép DVD đã được sử dụng ở Nhật Các ứng dụng loại này yêu cầu thuỷ vân phải được đảm bảo an toàn

và cũng sử dụng phương pháp phát hiện thuỷ vân đã giấu mà không cần thông tin gốc Các thuỷ vân trong những trường hợp này được sử dụng để kiểm soát việc sao chép thông tin

Chú giải: Các thông tin được giấu trong những trường hợp này

càng nhiều càng tốt Việc giải mã để lấy thông tin không cần sử dụng đến phiên bản gốc - phương tiện gốc ban đầu Yêu cầu chống tấn công của đối thủ không phải là ưu tiên số một, mà thay vào đó là thông tin giấu phải hoàn toàn được giữ bí mất (có thể sử dụng trong truyền thông tin mật)

1.5 Môi trường giấu tin

1.5.1 Giấu tin trong văn bản

Trong việc trao đổi thông tin qua hệ thống máy tính, văn bản chiếm một tỷ lệ rất lớn so với các loại phương tiện chứa khác Tuy vậy, giấu tin trong văn bản lại chưa được quan tâm nghiên cứu nhiều Các nghiên cứu về giấu tin trong văn bản được chia theo hai hướng, thứ nhất văn bản được sử dụng để giấu tin là những văn bản được chụp lại và lưu trên máy như một bức ảnh nhị phân Theo hướng này, các kỹ thuật giấu tin được thực hiện như

kỹ thuật giấu tin trong ảnh Hướng thứ hai, phương tiện chứa sử dụng cho quá trình giấu tin được lưu dưới dạng văn bản Theo hướng này, các kỹ thuật giấu tin cũng được tiến hành như giấu tin trong ảnh bằng cách thay đổi một số ký tự tại một số vị trí trên văn bản mà không làm ảnh hưởng nhiều đến nội dung văn bản gốc

1.5.2 Giấu tin trong ảnh

Nhận được sự quan tâm rất lớn của các cá nhân, tổ chức, trường đại học, và viện nghiên cứu trên thế giới Giấu thông tin trong ảnh hiện nay chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các chương trình ứng dụng, các phần mềm, hệ thống giấu tin trong đa phương tiện bởi lượng thông tin trao đổi được trao đổi bằng ảnh là rất lớn, hơn nữa giấu thông tin trong ảnh cũng đóng vai trò hết sức quan trọng đối với hầu hết các ứng dụng bảo vệ an toàn thông tin như: nhận thực thông tin, xác định xuyên tạc thông tin, bảo vệ bản quyền tác giả, điều khiển truy cập, giấu thông tin mật…

Ví dụ như đối với các nước phát triển, chữ kí tay đã được số hoá

và lưu trữ sử dụng như là hồ sơ cá nhân của các dịch vụ ngân hàng và tài chính, nó được dùng để nhận thực trong các thẻ tín dụng của người tiêu dùng Phần mềm WinWord của MicroSoft cũng cho phép người dùng lưu trữ chữ kí trong ảnh nhị phân rồi gắn vào vị trí nào đó trong file văn bản để đảm bảo tính an toàn của thông tin Tài liệu sau đó được truyền trực tiếp qua máy fax hoặc lưu truyền trên mạng Theo đó, việc xác nhận chữ kí, xác thực thông tin đã trở thành một vấn đề cực kì quan trọng khi mà việc ăn cắp thông tin hay xuyên tạc thông tin bởi các tin tặc đang trở thành một vấn nạn đối với bất kì quốc gia nào, tổ chức nào Thêm vào đó, lại có rất nhiều loại thông tin quan trọng cần được bảo mật như những thông tin về an ninh, thông tin về bảo hiểm hay các thông tin

về tài chính, các thông tin này được số hoá và lưu trữ trong hệ thống máy tính hay trên mạng Chúng rất dễ bị lấy cắp và bị thay đổi bởi các phần mềm chuyên dụng

Thông tin sẽ được giấu cùng với dữ liệu ảnh nhưng chất lượng ảnh ít thay đổi và chẳng ai biết được đằng sau ảnh đó mang những thông tin có ý nghĩa Ngày nay, khi ảnh số đã được sử dụng rất phổ biến, thì giấu thông tin trong ảnh đã đem lại rất nhiều những ứng dụng quan trọng trên nhiều lĩnh vực trong đời sống xã hội

1.5.3 Giấu tin trong audio

Vấn đề khó khăn ở đây là hệ thống thính giác của con người nghe được các tín hiệu ở các giải tần rộng và công suất lớn nên

đã gây khó dễ đối với các phương pháp giấu tin trong audio Nhưng theo một số tài liệu, công trình nghiên cứu đã công bố, hệ thống thính giác lại gặp những khó khăn trong việc phát hiện sự thay đổi nhỏ về âm lượng, tần số của tín hiệu audio Điều này có nghĩa là các âm thanh lớn, tấn số cao có thể che giấu được các

âm thanh nhỏ, tần số thấp một cách dễ dàng Và thông tin này sẽ giúp ích cho việc chọn các audio thích hợp cho việc giấu tin Vấn

đề khó khăn thứ hai đối với giấu thông tin trong audio là kênh truyền tin Kênh truyền hay băng thông chậm sẽ ảnh hưởng đến chất lượng thông tin sau khi giấu Giấu thông tin trong audio mang những đặc điểm riêng khác với giấu thông tin trong các đối tượng

đa phương tiện khác Một trong những yêu cầu cơ bản của giấu tin là đảm bảo tính chất ẩn của thông tin được giấu đồng thời không làm ảnh hưởng nhiều đến chất lượng của dữ liệu gốc Để đảm bảo yêu cầu này, kỹ thuật giấu thông tin trong audio phụ thuộc vào hệ thống thính giác của con người

1.5.4 Giấu tin trong video

Giấu tin trong video cũng được quan tâm và được phát triển mạnh mẽ cho nhiều ứng dụng như điều khiển truy cập thông tin, nhận thực thông tin và bảo vệ bản quyền tác giả Ta có thể lấy một ví dụ là hệ thống chương trình trả tiền xem theo video clip, các thuật toán trước đây thường cho phép giấu ảnh vào trong video, nhưng gần đây kỹ thuật cho phép giấu cả âm thanh và ảnh vào trong video

1.6 Giấu tin trong ảnh

Giấu tin trong ảnh chiếm tỉ trọng lớn và đã trở nên tương đối quen thuộc mỗi khi nhắc đến lĩnh vực giấu tin Vì vậy mà ở đây, tác giả chọn phân tích kỹ thuật giấu tin với phương tiện là hình ảnh làm điển hình cho các môi trường khác như văn bản, audio, video… qua đó làm nổi bật nên khái niệm, yêu cầu và đặc điểm của kĩ thuật giấu tin trong truyền thông đa phương tiện Đối tượng ảnh là một đối tượng dữ liệu tĩnh có nghĩa là dữ liệu tri giác không biến đổi theo thời gian Dữ liệu ảnh có nhiều định dạng, mỗi định dạng có những tính chất khác nhau nên các

kỹ thuật giấu tin trong ảnh thường tập trung vào những đặc trưng và tính chất cơ bản sau đây:

 Giấu thông tin trong ảnh nhưng không thay đổi kích thước ảnh

Các thuật toán thực hiện việc giấu thông tin sẽ được thực hiện trên

dữ liệu ảnh Dữ liệu ảnh bao gồm cả phần header, bảng màu (có thể có)

và giá trị của các điểm ảnh Khi giấu thông tin, các phương pháp giấu đều biến đổi các giá trị trong phần dữ liệu ảnh chứ không thực hiện việc thêm vào hay bớt đi dữ liệu ảnh Do vậy mà kích thước ảnh trước hay sau khi giấu thông tin là như nhau

 Kỹ thuật giấu tin lợi dụng tính chất hệ thống thị giác của con người

Giấu tin trong ảnh ít nhiều cũng gây ra những thay đổi trên dữ liệu ảnh gốc Dữ liệu ảnh được quan sát bằng hệ thống thị giác của con người nên các kỹ thuật giấu tin phải đảm bảo một yêu cầu cơ bản là những thay đổi trên ảnh phải rất nhỏ, sao cho bằng mắt thường khó nhận ra được sự thay đổi đó vì có như thế thì mới đảm bảo được độ an toàn cho thông tin giấu Rất nhiều các kỹ thuật đã lợi dụng các tính chất của hệ thống thị giác để giấu tin, chẳng hạn như mắt người cảm nhận về

sự biến đổi về độ chói kém hơn sự biến đổi về màu hay cảm nhận của mắt về màu xanh da trời là kém nhất trong ba màu cơ bản.

 Thông tin giấu trong ảnh sẽ bị biến đổi nếu có bất cứ biến đổi nào trên ảnh

Vì phương pháp giấu tin trong ảnh dựa trên việc điều chỉnh các giá trị của các bit theo một quy tắc nào đó và khi giải mã sẽ theo các giá trị đó để tìm được thông tin đã giấu Theo đó, nếu một phép biến đổi nào đó trên ảnh làm thay đổi giá trị của các bit thì sẽ làm cho thông tin giấu bị sai lệch Nhờ đặc điểm này mà giấu thông tin trong ảnh có tác dụng nhận thức và phát hiện xuyên tạc thông tin

 Đảm bảo chầt lượng ảnh sau khi giấu tin

Đây là một yêu cầu quan trọng đối với giấu tin trong ảnh Sau khi giấu tin bên trong, ảnh phải đảm bảo được yêu cầu không được biến đổi quá nhiều dẫn đến dễ dàng phát hiện sự khác biệt giữa ảnh gốc và ảnh

có chứa tin Yêu cầu này dường như khá đơn giản đối với ảnh màu hoặc ảnh xám bởi mỗi một điểm ảnh được biểu diễn bởi nhiều bit và khi ta thay đổi một giá trị nhỏ nào đó thì chất lượng ảnh thay đổi không đáng

kể, thông tin giấu khó bị phát hiện, nhưng với ảnh đen trắng thì việc giấu thông tin phức tạp hơn nhiều, vì đối với ảnh đen trắng mỗi một điểm ảnh chỉ có thể nhận một trong hai giá trị đen hoặc trắng Vì vậy, trong các kỹ thuật giấu tin khi chúng ta thực hiện thao tác biến đổi điểm ảnh từ đen sang trắng hoặc ngược lại nếu không khéo sẽ rất dễ bị lộ vị trí điểm ảnh

đã biến đổi Do đó, với ảnh đen trắng tập trung vào việc làm thế nào để thông tin giấu khó bị phát hiện nhưng với ảnh màu hay ảnh xám thì lại chú trọng đến khả năng giấu của thuật toán

1.6.1.Giấu tin trên miền không gian ảnh

Đây là hướng tiếp cận tự nhiên bởi vì khi nói đến việc giấu tin trong ảnh người ta thường nghĩ ngay đến việc thay đổi giá trị các điểm ảnh nguồn, một phương pháp phổ biến của hướng tiếp cận này là phương pháp tác động đến bit ít quan trọng của mỗi điểm ảnh Miền không gian ảnh là miền dữ liệu ảnh gốc, tác động lên miền không gian ảnh chính là tác động lên các điểm ảnh, thay đổi giá trị trực tiếp của điểm ảnh.

Tuy nhiên, phương pháp này cũng có nhiều hạn chế, chẳng hạn như không đảm bảo được tính bền vững của thông tin giấu đối với các thao tác biến đổi như quay ảnh hoặc nén ảnh Jpeg Điều này là dễ hiểu vì các thao tác nói trên cũng loại bỏ hoặc làm sai lệch các bit ít quan trọng nhất của mỗi điểm ảnh

1.6.2 Giấu tin trên miền tần số ảnh

Hướng tiếp cận dựa trên miền không gian ảnh như đã trình bày ở trên là cách tiến hành khảo sát tín hiệu và hệ thống rời rạc một cách trực tiếp trên miền giá trị rời rạc của các điểm ảnh gọi là trên miền biến số độc lập tự nhiên Nhưng trong nhiều trường hợp, cách khảo sát trực tiếp này gặp phải những khó khăn nhất định hoặc rất phức tạp và hiệu quả không cao

Ngoài phương pháp khảo sát trực tiếp, có thể dùng phương pháp khảo sát gián tiếp thông qua các kỹ thuật biến đổi Các biến đổi này làm nhiệm vụ chuyển miền biến số độc lập sang các miền khác và như vậy tín hiệu và hệ thống rời rạc sẽ được biểu diễn trong các miền mới với các biến số mới Phương pháp biến đổi này cũng giống như phương pháp biến đổi trong phép tính tích phân hay phương pháp đổi hệ toạ độ trong giải tích của toán phổ thông quen thuộc

Phương pháp khảo sát gián tiếp sẽ làm đơn giản rất nhiều các công việc gặp phải khi dùng phương pháp khảo sát trực tiếp trong miền biến số độc lập tự nhiên Hệ thống rời rạc cần khảo sát chính là miền không gian các điểm ảnh Có một số phương pháp biến đổi được sử dụng rất phổ biến như: Furier, Cosin rời rạc (DCT), Wavelet… Đây là những phép biến đổi được sử dụng nhiều trong các kỹ thuật xử lý ảnh và âm thanh Trong giấu tin, đặc biệt trong kỹ thuật thuỷ vân tiếp cận theo miền tần số, các phép biến đổi từ miền biến số tự nhiên của ảnh sang miền tần số như biến đổi Furier, biến đổi cosin rời rạc, Wavelet được sử dụng phổ biến.

Mỗi cách biến đổi sẽ có những thuận lợi riêng, tuỳ từng trường hợp mà chúng ta chọn phép biến đổi nào cho phù hợp Sau khi khảo sát, biến đổi xong các tín hiệu và hệ thống rời rạc trong miền các biến số mới này, nếu cần thiết có thể dùng cả biến đổi ngược để đưa chúng trở lại miền biến số độc lập

1.7 Thủy vân số trên ảnh

Thuỷ vân trên ảnh số là kỹ thuật nhúng một lượng thông tin

số vào một bức ảnh số và thông tin nhúng được gắn liền với bức ảnh chứa và dữ liệu thuỷ vân có thể được hiển thị hoặc ẩn phụ thuộc vào mỗi kỹ thuật thuỷ vân cụ thể

Như đã giới thiệu ở trên, tính an toàn và bảo mật thông tin của kỹ thuật giấu tin được thể hiện ở hai khía cạnh Một là bảo vệ cho dữ liệu đem giấu và hai là bảo vệ cho chính đối tượng sử dụng để giấu tin Tương ứng với hai khía cạnh đó có hai khuynh hướng kỹ thuật rõ ràng đó là phủ tin và thuỷ vân số

Trong kỹ thuật thuỷ vân số thì thông tin nhúng được gọi là thuỷ vân Thuỷ vân có thể là một chuỗi ký tự, hay một hình ảnh, biểu tượng nào đó.

Nói đến thuỷ vân số là nói đến kỹ thuật giấu tin nhắm đến những ứng dụng bảo đảm an toàn dữ liệu cho đối tượng được sử dụng để giấu tin như: bảo vệ bản quyền, chống xuyên tạc, nhận thực thông tin, điều khiển sao chép… Có thể thấy rõ là phần ứng dụng của thuỷ vân rất lớn, mỗi ứng dụng lại có những yêu cầu riêng, do đó các kỹ thuật thủy vân cũng có những tính năng khác biệt tương ứng Có thể chia các kỹ thuật thủy vân theo nhóm như trong hình 1.3

Các kỹ thuật thủy vân trên hình 1.3 được phân biệt nhau bởi những đặc trưng, tính chất của từng kỹ thuật và khía cạnh ứng dụng những kỹ thuật đó Trong thực tế, tuỳ theo mục đích, yêu cầu của bài toán mà ta sẽ chọn kỹ thuật thuỷ vân phù hợp Tuy nhiên, các kỹ thuật trên cũng có một số đặc điểm giống nhau

Thuỷ vân

Thuỷ vân bền vững Thuỷ vân dễ vỡ

Thuỷ vân ẩn Thuỷ vân hiện Thuỷ vân ẩn Thuỷ vân hiện

Hình 1.3 Phân loại các kỹ thuật thuỷ vân

Thuỷ vân bền vững lại được chia thành hai loại là thủy vân

ẩn và thuỷ vân hiện Thuỷ vân hiện là loại thuỷ vân được hiện ngay trên sản phẩm và người dùng có thể nhìn thấy được giống như các biểu tượng kênh chương trình vô tuyến VTV1, VCT2, TV5… Các thuỷ vân hiện trên ảnh thường dưới dạng chìm, mờ hoặc trong suốt để không gây ảnh hưởng đến chất lượng ảnh gốc Đối với thuỷ vân hiện, thông tin bản quyền hiển thị ngay trên sản phẩm Còn đối với thuỷ vân ẩn thì cũng giống như giấu tin, yêu cầu tính ẩn cao, bằng mắt thường không thể nhìn thấy thuỷ vân Trong vấn đề bảo vệ bản quyền, thủy vân ẩn mang tính bất ngờ hơn trong việc phát hiện sản phẩm bị lấy cắp Trong trường hợp này, người chủ sở hữu hợp pháp sẽ chỉ ra bằng chứng là thuỷ vân đã được nhúng trong sản phẩm bị đánh cắp

Thuỷ vân dễ vỡ là kỹ thuật nhúng thuỷ vân vào trong ảnh sao cho sản phẩm khi phân phối trong môi trường nếu có bất cứ một phép biến đổi nào làm thay đổi đối tượng sản phẩm gốc thì thuỷ vân đã được giấu trong đối tượng sẽ không còn nguyên vẹn như thuỷ vân gốc Các kỹ thuật thuỷ vân có tính chất này được sử dụng trong các ứng dụng nhận thực thông tin và phát hiện xuyên tạc thông tin Rất dễ hiểu vì sao những ứng dụng này cần đến kỹ thuật thủy vân dễ vỡ Ví dụ như để bảo vệ chống xuyên tạc, một ảnh nào đó ta nhúng một thuỷ vân vào trong ảnh và sau đó phân phối, quảng bá ảnh đó Khi cần kiểm tra lại ảnh ta sử dụng hệ thống đọc thuỷ vân Nếu không đọc được thuỷ vân hoặc thuỷ vân

đã bị sai lệch nhiều so với thuỷ vân ban đầu đã nhúng vào ảnh thì

có nghĩa là ảnh đó đã bị thay đổi

Ngược lại, với kỹ thuật thủy vân dễ vỡ là kỹ thuật thuỷ vân bền vững Các kỹ thuật thủy vân bền vững thường được sử dụng

trong các ứng dụng bảo vệ bản quyền Trong những ứng dụng

đó, thuỷ vân đóng vai trò là thông tin sở hữu của người chủ hợp pháp Thuỷ vân được nhúng trong các sản phẩm như một hình thức dán tem bản quyền Trong trường hợp như thế, thuỷ vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm nhằm chống việc tẩy xoá, làm giả hay biến đổi phá huỷ thuỷ vân Một yêu cầu lý tưởng đối với thuỷ vân bền vững là nếu muốn loại bỏ thuỷ vân thì cách duy nhất là phá huỷ sản phẩm

1.7.1 Các yêu cầu cơ bản của hệ thuỷ vân

- Phương tiện chứa là ảnh hai chiều tĩnh

- Thủy vân trên ảnh tác động lên dữ liệu ảnh nhưng không làm thay đổi kích thước ảnh

- Thông tin được giấu vào trong ảnh nhưng không ảnh hưởng nhiều đến chất lượng ảnh

- Kỹ thuật giấu phụ thuộc vào bản chất của hệ thống thị giác con người.Ngoài một số đặc điểm chung nêu trên, kỹ thuật thuỷ vân trên ảnh số được phân biệt với kỹ thuật giấu tin mật ở những đặc trưng sau đây:

Thuỷ vân ẩn, thuỷ vân hiện

Không giống như giấu in mật với yêu cầu bắt buộc là thông điệp giấu phải ẩn bên trong ảnh sao cho mắt thường không phát hiện được sự tồn tại của thông tin giấu thì kỹ thuật thủy vân số lại

có hai loại là thuỷ vân ẩn và thuỷ vân hiện Nghĩa là có loại thuỷ vân cho phép nhìn thấy được thông tin đem nhúng vào, có loại không nhìn thấy Loại thuỷ vân hiện được sử dụng cho mục đích công bố công khai về quyền sở hữu, ngược lại, thuỷ vân ẩn được

sử dụng với mục đích giấu bí mật các thông tin xác nhận quyền

sở hữu sản phẩm

Tính chất bền vững

Đây là tính chất quan trọng nhất của một hệ thuỷ vân bền vững Đối với hệ thống thuỷ vân này, yêu cầu hàng đầu là hệ thuỷ vân phải chống lại được các phép biến đổi, hay các tấn công có chủ định hoặc không có chủ định lên ảnh chứa thuỷ vân Tiêu chuẩn của hệ thuỷ vân này là thủy vân phải tồn tại cùng với sự tồn tại của ảnh chứa, thủy vân chỉ bị phá huỷ khi chấp nhận mất đi đáng kể chất lượng của ảnh chứa

Thông tin thuỷ vân có hoặc không bị biến đổi khi ảnh chứa bị thay đổi

Đối với hệ thống thuỷ vân bền vững, yêu cầu thông tin thuỷ vân không thay đổi trước các tác động làm thay đổi thông tin trên ảnh chứa thuỷ vân Ngược lại, hệ thống thuỷ vân dễ vỡ yêu cầu thông tin thuỷ vân sẽ bị thay đổi (vỡ) nếu có bất cứ thay đổi nào trên ảnh chứa thuỷ vân

1.7.2 Mô hình hệ thống thuỷ vân

Hình 1.4 Một mô hình hệ thống thuỷ vân tổng quát bao gồm

- Có thể sử dụng một hệ thống khoá K làm khoá cho quá trình nhúng và tách thuỷ vân.

- Một thuật toán trong hệ thống sẽ kết hợp giữa thông tin về ảnh gốc, thông tin thuỷ vân, và thông tin khoá để tạo thành một bức ảnh mới gọi là ảnh đã nhúng thuỷ vân hay ảnh chứa thuỷ vân

SW Bức ảnh này sẽ được sử dụng để phân phối

Mô hình quá trình nhúng thuỷ vân được thể hiện qua hình 1.4

Hình 1.4 Mô hình quá trình nhúng thuỷ vân Quá trình tách thuỷ vân

Ảnh chứa thuỷ vân SW trong quá trình phân phối có thể bị

sử dụng trái phép, người sử dụng có thể đã dùng một số phép biến đổi ảnh thông thường để tấn công vào SW nhằm phá huỷ thủy vân nếu có trong SW, các tấn công trên SW tạo ra SW*

Quá trình tách thuỷ vân từ ảnh chứa SW* (SW* có thể trùng với SW) tiến hành:

- Sử dụng ảnh chứa thuỷ vân SW*, hệ thống khoá K đã sử dụng trong quá trình nhúng thuỷ vân;

- Tuỳ theo kỹ thuật, ảnh gốc S có thể sử dụng ;

Ảnh gốc S

Thuỷ vân W

Thuật toán thuỷ vân thuỷ vân SWẢnh chứa Khoá K

- Việc tách thủy vân được thực hiện theo một thuật toán đã xác định Kết quả là thông tin thủy vân W* tách được từ SW*.

- Thuỷ vân tách được cần so sánh với thuỷ vân gốc W để đưa ra những kết luận

Mô hình quá trình tách thuỷ vân trong hệ thống thuỷ vân được trình bày trong hình 1.5

Hình 1.5 Mô hình quá trình tách và kiểm định thuỷ vân

1.7.3 Những tấn công trên hệ thuỷ vân

Tuỳ theo mục tiêu bảo vệ, trong thực tế khi tiến hành thuỷ vân phải cân nhắc giữa tính bền vững với các thuộc tính khác như lượng thông tin giấu, tính ẩn… Hệ thống thủy vân cần chống lại được một số phép xử

lý ảnh thông thường và một số tấn công có chủ định đối với ảnh chứa thuỷ vân Dựa vào những biến đổi có chủ định hay không có chủ định đối với hệ thuỷ vân mà ta có thể phân biệt thành một số loại tấn công sau:

Thuỷ vân tách W*

Kiểm định

Thuỷ vân gốc W

Kết luận

- Giảm dữ liệu: cropping, sửa histogram;

- Biến đổi tín hiệu, làm sắc nét, thay đổi độ tương phản, màu, gam màu

- Nhiễu cộng, nhiễu nhân;

- Thuỷ vân nhiều lần

Yêu cầu cơ bản nhất của hệ thống thuỷ vân bền vững là đảm bảo tính bền vững của thuỷ vân sao cho các tấn công có chủ định với mục đích loại bỏ thuỷ vân sẽ làm cho giá trị thương mại của ảnh gốc bị ảnh hưởng lớn thậm chí đến việc huỷ sản phẩm gốc

1.7.4 Đánh giá chất lượng ảnh trong thuỷ vân

Trong hệ thống thuỷ vân ẩn, thuỷ vân được nhúng mang tính bất ngờ trong việc chứng minh quyền sở hữu cho nên yêu cầu cơ bản đối với kỹ thuật này là: tính ẩn của thuỷ vân trong ảnh chứa, ảnh được nhúng thuỷ vân vẫn đảm bảo chất lượng thương mại so với ảnh gốc: tính bền vững của thuỷ vân trước các tấn công thông thường lên ảnh chứa Hệ thống thuỷ vân theo hai hướng, thuỷ vân dễ vỡ và thuỷ vân bền vững Trong thuỷ vân bền vững thì kỹ thuật thuỷ vân ẩn có nhiều hướng ứng dụng.Liên quan đến những yếu tố này, các kỹ thuật đánh giá chất lượng ảnh được sử dụng

1.7.4.1 Chất lượng ảnh gốc và ảnh chứa thuỷ vân

Có thể sử dụng hệ thống thị giác của con người để cảm nhận và đánh giá tiêu chuẩn này Trong giấu tin nói chung, và trong hệ thống thuỷ vân ẩn nói riêng, một yêu cầu cao được đặt ra

là ảnh sau khi nhúng thông tin có sự sai khác so với ảnh gốc càng ít càng tốt

Việc đánh giá, so sánh một cách chính xác sự sai khác về chất lượng ảnh gốc F và ảnh sau khi nhúng thông tin thuỷ vân G

có thể thực hiện qua việc tính giá trị PSNR[2] (Peak Signal to Noise Ratio) giữa ảnh gốc F và ảnh chứa thuỷ vân G cùng có kích thước min theo công thức

; ) ( log

Trong đó:

2 1

)) , (

1( ( , )min

1

j i

1.7.4.2 So sánh thuỷ vân tách được với thủy vân gốc

Trong một số trường hợp thì thuỷ vân là một chuỗi bit, khi đó công việc nhận diện thuỷ vân sẽ không đơn giản Hoặc ngay cả trong trường hợp thuỷ vân là những thông tin mang ý nghĩa nhận biết được thì cũng phải có kỹ thuật để kiểm định, định lượng sự đúng sai của thuỷ vân

Thủy vân được nhúng sau khi giải mã sẽ được so sánh để kiểm định, chứng thực thuỷ vân Có những thuỷ vân nhìn thấy được và mang ý nghĩa nhận biết thì công việc trở nên đơn giản chẳng hạn như thuỷ vân là một chuỗi ký tự ASCII mang thông tin

2 Tham khảo http://en.wikipedia.org/wiki/Peak_signal-to-noise_ratio

nào đó như tên tác giả,ngày tháng… thì khi giải mã ta cũng dễ dàng nhận biết được thông tin Hay như thuỷ vân là một ảnh nào

đó chẳng hạn thì giải mã ta cũng được một ảnh tương tự và ta có thể nhìn thấy sự khác biệt giữa hai ảnh

Có nhiều kỹ thuật để kiểm định, định lượng thuỷ vân Kỹ thuật đơn giản nhất là ta tính tỷ lệ đúng sai từng bit theo công thức:

1.8 Tổng kết chương

Chương 1 đã trình bày một số thuật ngữ, khái niệm và lịch sử của lĩnh vực khoa học giấu tin Bên cạnh đó, tác giả đã phân loại các hệ thống giấu tin một cách hệ thống, từ đó làm rõ được sự giống và khác nhau giữa ba khái niệm: giấu tin, phủ tin và thủy vân

CHƯƠNG 2: MỘT SỐ THUẬT TOÁN GIẤU TIN 2.1 Một số thuật toán giấu tin trên miền không gian

2.1.1 Kỹ thuật giấu tin theo khối bít

Ý tưởng.

Đây là kỹ thuật đơn giản nhất trong các kỹ thuật giấu tin theo hướng tiếp cận trên miền không gian ảnh Ý tưởng cơ bản của thuật toán trong kỹ thuật này là chia ảnh gốc thành các khối nhỏ và trong mỗi khối nhỏ sẽ giấu một bít b (b = 0 hoặc b = 1) Thuật toán này được áp dụng cho ảnh đen trắng

Thuật toán giấu tin theo khối bit

Input

- Một ảnh nhị phân F

- Dãy bít cần giấu b1 b2 ……… bN với N cho trước

Output

Ảnh nhị phân G được biến đổi từ F và G có chứa dãy bít b1 b2 bN

Nội dung thuật toán

Bước 1: Chia ảnh gốc F thành các ma trận điểm ảnh Fi có kích thước mxn Để không mất tính tổng quát, chúng ta giả sử F luôn chia được thành N khối kích thước mxn

Bước 2: Với mỗi khối Fi (i = 1,2, ….,N) sẽ tiến hành giấu một bit bi

(bi = 0 hoặc bi =1) bằng cách biến đổi Fi thành Gi sao cho Gi thỏa mãn bất biến sau:

n v

,

| 2

mod ) , (

Bước 3: Kết hợp các khối Gi ta sẽ thu được ảnh G chứa dãy bít b1

b2 ……… bN

Quá trình giải tin

Khi nhận được ảnh đã giấu tin, quá trình giải mã tin sẽ được thực hiện theo các bước sau đây

Chia ảnh thành các khối có kích thước giống kích thước khối đã

sử dụng khi thực hiện giấu, đây chính là khoá để giải mã

Với mỗi khối việc giải tin theo quy tắc: đếm số bít 1 trong khối, nếu tổng số bít 1 là lẻ thì thu được bít 1, ngược lại thu được bít 0 Và cứ tiếp tục cho đến khi hết các khối đã giấu

Như vậy, sau khi xét hết các khối đã giấu ta thu được một chuỗi bit Chuỗi bit này chính là thông tin đã giấu trong ảnh nhị phân

2.1.2 Kỹ thuật giấu tin Wu – Lee

Thuật toán

Cho hai ma trận A và B cùng kích thước, ta định nghĩa một

số phép toán trên ma trận như sau:

0 1 0

1 0 1 0 4 3

0 1 1

1 1 1 1 1

0

1 1

0

1 0

1

Theo định nghĩa 2.1.2.1, nếu phép toán ⊗ được áp dụng trên hai

ma trận nhị phân khi đó nó sẽ tương đương với phép toán and nhị phân thông thường

được định nghĩa: Cij = NOT (Aij), vơi Cij = 1 nếu Aij = 0 và Cij = 0 nếu Aij=1

SUM(A) ) được định nghĩa: s= SUM(A) = ∑∑

= =

m i

3 1 0

1 0 1

- Kmxn là ma trận nhị phân khoá và giá trị của ma trận K phải được giữ bí mật

- b là bít nhị phân cần giấu (b = 0 hoặc b = 1)

Output:

Nếu thuật toán thực hiện thành công, kết quả thu được là ma trận Gđược biến đổi tối đa một phần tử từ ma trận F và G thoả mãn hai bất biến sau:

+ 0 < SUM(G⊗ K) < SUM(K) (2.2)

+ SUM(G⊗ K) mod 2 = b (2.3)

Theo đầu ra của thuật toán, khi nhận được G để kiểm tra ma trận

G có giấu thông tin hay không chúng ta sẽ cần kiểm tra G có thoả mãn bất biến (2.2) hay không Với bất biến (2.3) quá trình giải mã thông tin giấu trong ma trận G có thể dễ dàng xác định được G chứa giá trị bit đã giấu bằng 0 hay bằng 1 theo (2.4)

b =SUM(G ⊗K) mod 2 (2.4)

Bước 1: đặt s = SUM(F⊗K)

Bước 2: if 0 < s < SUM(K) then

// sẽ biến đổi F thành G thoả mãn bất biến 2.2 và 2.3

Xét các trường hợp sau:

Trường hợp 1 if s mod 2 = b then

G = F // giấu mà không cần biến đổi

Trường hợp 2 if s = SUM(K) -1 then

- Chọn ngẫu nhiên phần tử (i,j) thoả Fi,j = 1 và Ki,j =1

Trường hợp 4 if (s >1) and (s <SUM(K) -1 ) then

- Chọn ngẫu nhiên phần tử (i,j) thoả Ki,j =1

- Fi,j = NOT (Fi,j)

- G = F

Phân tích

Thuật toán sử dụng K nhằm làm tăng độ mật cho thuật toán giấu tin, nếu trước đây chỉ biết kích thước khối là mxn thì đối phương đã có thể dễ dàng giải mã được tin mật thông qua ảnh chứa tin, nhưng với thuật toán của Wu-Lee ngoài giá trị m,n các thuật toán thám mã còn phải xác định giá trị cụ thể của ma trận K

Do vậy, để tìm được ma trận khóa K khi đã biết m, n các thuật

toán thám mã phải duyệt O(2m * n) trường hợp khác nhau.

Theo định nghĩa phép toán ⊗, và bất biến (2.3) nên nội dung thuật toán Wu-Lee sẽ biến đổi F thành G sao cho SUM(G ⊗ K) cùng tính chẵn lẻ với b Do vậy, nếu b không cùng tính chẵn lẻ với SUM(G⊗ K) thì thuật toán sẽ thực hiện đảo giá trị của phần tử Fi,j