Nghiên cứu thuật toán ẩn thông tin trên ảnh số bằng kỹ thuật hoán vị hệ số và ứng dụng trong bảo mật dữ liệu

Một trong cách tiếp cận trong bảo mật thông tin đó là giấu tin có nghĩa là những thông tin số cần được bảo mật sẽ được người dùng giấu vào trong một đối tượng dữ liệu số khác môi trường

TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG

NGUYỄN THỊ THANH XUÂN

NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ẨN THÔNG TIN

TRÊN ẢNH SỐ BẰNG KỸ THUẬT HOÁN VỊ HỆ SỐ

VÀ ỨNG DỤNG TRONG BẢO MẬT DỮ LIỆU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Thái Nguyên – 2013

Nguyễn Thị Thanh Xuân

NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN ẨN THÔNG TIN

TRÊN ẢNH SỐ BẰNG KỸ THUẬT HOÁN VỊ HỆ SỐ

VÀ ỨNG DỤNG TRONG BẢO MẬT DỮ LIỆU

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 60.48.01

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC

TS NGUYỄN NGỌC CƯƠNG

Thái Nguyên – 2013

Em xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS Nguyễn Ngọc Cương - Học viện An Ninh Nhân dân đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo và dành rất nhiều thời gian cho em trong suốt quá trình làm luận văn

Em xin gửi lời cảm ơn chân thành đến các thầy cô giáo Trường Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền Thông - Đại học Thái Nguyên, đã giảng dạy cung cấp, trang bị cho chúng em những kiến thức, chuyên ngành, chuyên môn chuyên sâu trong quá trình học tập tại trường cũng như quá trình làm luận văn này

Cuối cùng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc nhất gia đình, bạn bè và các đồng nghiệp đã động viên, cổ vũ, tạo điều kiện cho em trong quá trình học tập cũng như thời gian làm luận văn; giúp em hoàn thành khóa học, luận văn theo qui định

Tôi xin cam đoan luận văn là kết quả nghiên cứu của tôi, không sao

chép của ai Nội dung luận văn có tham khảo và sử dụng các tài liệu liên

quan, các thông tin trong tài liệu đƣợc đăng tải trên các tạp chí và các trang

website theo danh mục tài liệu của luận văn

Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Thanh Xuân

Hình 1.1: Phân loại các kỹ thuật giấu tin 11

Hình 2.1: Mô hình quá trình giấu tin 15

Hình 2.2: Mô hình quá trình giải tin 16

Hình 2.3: Thông điệp được hiển thị khi bức ảnh giấu tin mở bằng Notepad 17 Hình 2.4: Chuỗi văn bản được chèn vào tiêu đề EXIF được đánh dấu 18

Hình 2.5: Giấu tin trong miền không gian 19

Hình 2.6: Ví dụ kỹ thuật giấu tin trong miền không gian ảnh 20

Hình 2.7: Hệ thống báo cáo của Jung va Yoo [8] 22

Hình 2.8: Cấu trúc phân tích và ảnh nhận được qua phép biến đổi wavelet 2 chiều 27

Hình 2.9: Năng lượng phân bố của ảnh Lena qua phép biến đổi DCT 29

Hình 2.10: Phân chia 3 miền tần số của phép biến đổi DCT 30

Hình 2.11: Quá trình AddRoundKey 46

Hình 2.12: Quy trình SubBytes 46

Hình 2.13: Bước ShiftRows 47

Hình 2.14: Mô tả quá trình trộn 47

Hình 3.1: Mô tả kỹ thuật hoán vị hệ số 50

Hình 3.2: Sơ đồ quy trình nhúng cải tiến 53

Hình 3.3: Giao diện giấu tin 54

Hình 3.4: Giao diện tiền xử lý để giấu tin 54

Hình 3.5: Giao diện giải tin 55

Hình 3.6: Giao diện giải mã tin sau khi tách 55

HVS Hệ thống thị giác của con người

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

MỤC LỤC

MỞ ĐẦU 1

1 Đặt vấn đề 1

2 Lý do chọn đề tài 2

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 4

5 Phương pháp nghiên cứu 4

CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN TRONG ẢNH 5

1.1 Một số khái niệm cơ bản về giấu tin 5

1.1.1 Lịch sử kỹ thuật giấu tin 5

1.1.2 Khái niệm giấu tin 6

1.1.3 Môi trường giấu tin 7

1.1.3.1 Giấu tin trong ảnh 7

1.1.3.2 Giấu tin trong audio 8

1.1.3.3 Giấu tin trong video 8

1.1.3.4 Giấu tin trong văn bản 9

1.2 Phân loại các kỹ thuật giấu tin 10

1.3 Nhu cầu, ứng dụng của giấu tin trong ảnh số 12

1.3.1 Nhu cầu của giấu tin trong ảnh số 12

1.3.2 Ứng dụng của giấu tin trong ảnh số 12

Tổng kết chương 1 14

CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH SỐ 15

2.1 Mô hình và các phương pháp giấu tin cơ bản 15

2.1.2.2 Giấu tin trong miền không gian của ảnh 18

2.1.2.3 Giấu tin trong miền tần số ảnh 23

2.2 Các phép biến đổi từ miền không gian ảnh sang miền tần số 25

2.2.1 Phép biến đổi wavelet - Descrete Wavelet Transform (DWT) 25

2.2.2 Phép biến đổi Fourier rời rạc 27

2.3.3 Phép biến đổi Cosin rời rạc 28

2.3 Một số kỹ thuật giấu tin trong ảnh 30

2.3.1 Kỹ thuật giấu tin WU- LEE 30

2.3.2 Kỹ thuật giấu tin YUAN _ PAN _ TSENG 33

2.3.3 Kỹ thuật giấu tin sử dụng lý thuyết đại số hiện đại 37

2.4 Giấu tin dựa trên kỹ thuật hoán vị hệ số kết hợp với nén và mã hoá dữ liệu 43

2.4.1 Giấu tin bằng kỹ thuật hoán vị hệ số 43

2.4.2 Kỹ thuật nén dữ liệu Huffman 43

2.4.3 Mã hóa dữ liệu AES 44

Tổng kết chương 2 47

CHƯƠNG 3: XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH VÀ THỬ NGHIỆM 49

3.1 Thuật toán giấu thông tin bằng kỹ thuật hoán vị hệ số 49

3.2 Giải pháp nâng cao hiệu quả ẩn thông tin 51

3.3 Chương trình thực nghiệm 53

3.3.1 Quá trình giấu tin 54

3.3.2 Quá trình giải tin 55

3.4 Kết quả thực nghiệm 56

3.5 Kết luận và hướng phát triển 57

TÀI LIỆU THAM KHẢO 59

MỞ ĐẦU

1 Đặt vấn đề

Cùng với sự bùng nổ của Internet và các phương tiện multimedia, những vấn nạn như ăn cắp bản quyền, xuyên tạc thông tin, truy nhập thông tin trái phép cũng gia tăng, đòi hỏi phải không ngừng tìm các giải pháp mới, hữu hiệu cho an toàn và bảo mật thông tin Một trong các giải pháp nhiều triển vọng là giấu tin (DataHiding), được nghiên cứu phát triển trong khoảng 10 năm gần đây

Hiện nay nhiều ngành, nhiều đơn vị trên toàn quốc đã có hệ thống mạng nội bộ thông suốt các tỉnh thành trong cả nước Hệ thống đảm bảo được các thông tin truyền đi trong mạng không bị lọt ra ngoài nhưng điểm yếu của

hệ thống hiện tại chưa đạt được đó là tính cơ động Việc sử dụng mạng internet dễ dàng hơn nhiều so với mạng nội bộ để truyền tin Tuy nhiên internet có thể phát tán thông tin đi bất kỳ đâu trên thế giới Đi kèm với việc truyền tin qua internet là những rủi ro về mất mát và sai lệch thông tin Do đó bảo mật thông tin khi truyền trên internet là một vấn đề cấp thiết trong thực

tế

Bản chất của bảo mật thông tin là tìm cách để che giấu thông tin, có thể là mã hóa thông tin hoặc giấu thông tin trong các dữ liệu số khác Mục đích đặt ra là thông tin được bảo mật chỉ có thể đọc được bởi đối tượng có quyền đọc thông tin đó Một trong cách tiếp cận trong bảo mật thông tin đó là giấu tin có nghĩa là những thông tin số cần được bảo mật sẽ được người dùng giấu vào trong một đối tượng dữ liệu số khác (môi trường giấu tin) sao cho sự biến đổi của môi trường sau khi giấu tin là khó nhận biết, đồng thời người dùng có thể lấy lại được các thông tin đã giấu khi cần

2 Lý do chọn đề tài

Giấu thông tin trong ảnh hiện nay chiếm tỉ lệ lớn nhất trong các chương trình ứng dụng, các phần mềm, hệ thống giấu tin trong đa phương tiện bởi lượng thông tin 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

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 đem lại rất nhiều ứng dụng quan trọng trên nhiều lĩnh vực đời sống

xã hội Ví dụ, trong các dịch vụ ngân hàng và tài chính ở một số nước phát triển, thuỷ vân số được sử dụng để nhận diện khách hàng trong các thẻ tín dụng Mỗi khách hàng có một chữ kí viết tay, sau đó chữ kí này được số hoá

và lưu trữ trong hồ sơ của khách hàng Chữ kí này sẽ được sử dụng như là thuỷ vân để nhận thực thông tin khách hàng Trong các thẻ tín dụng, chữ kí tay được giấu trong ảnh của khách hàng trên thẻ Khi sử dụng thẻ, người dùng đưa thẻ vào một hệ thống, hệ thống có gắn thiết bị đọc thuỷ vân trên ảnh và lấy được chữ kí số đã nhúng trong ảnh Thuỷ vân được lấy ra sẽ so sánh với chữ kí số đã lưu trữ xem có trùng hợp không, từ đó xác định nhận thực khách hàng

Kỹ thuật ẩn thông tin được đề cập đến như một giải pháp nhằm giải

quyết bài toán truyền nhận thông điệp mật, tăng cường tính bảo mật và an

toàn trong các giao dịch thương mại điện tử trên mạng Internet cũng như bảo

vệ quyền sở hữu trí tuệ đối với các thông tin số có giá trị như phim, ảnh, âm thanh… Kỹ thuật ẩn thông tin kết hợp mã hóa được đánh giá như là giải pháp

hữu hiệu và thích hợp nhất cho vấn đề bảo vệ bản quyền trên Internet cũng như các dịch vụ truyền thông đa phương tiện

Hiện nay, đã có nhiều công trình nghiên cứu trong nước và trên thế giới để giấu tin vào ảnh gốc Các kỹ thuật và chương trình này đều có những đặc điểm nhất định dựa trên phương pháp biến đổi hình học (như phép quay, dịch chuyển cắt xén… ), điều này có thể dẫn đến quá trình kiểm tra xác định

sự tồn tại của thông điệp nhúng trong ảnh không chính xác

Người ta đã đưa ra kỹ thuật ẩn thông tin kết hợp với các kỹ thuật mã hóa và nén dữ liệu sẽ giúp cho quá trình ẩn thông tin được an toàn hơn, tăng cường độ bảo mật và dung lượng của thông tin ẩn Kỹ thuật này cho phép chống lại các tấn công bằng các phép biến đổi hình học

Để ứng dụng trên thực tế kỹ thuật này cần phải xây dựng chương trình trên cơ sở lý thuyết nêu trên và thử nghiệm trên thực tế nhằm đánh giá hiệu

quả của kỹ thuật, chính vì thế chúng tôi lựa chọn đề tài có tên: "Nghiên cứu thuật toán ẩn thông tin trên ảnh số bằng kỹ thuật hoán vị hệ số và ứng dụng trong bảo mật dữ liệu"

3 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Giấu tin trong ảnh là một chủ đề khá mới mẻ được quan tâm nhiều hiện nay, đặc biệt trong các ứng dụng trên mạng internet Đây là một lĩnh vực nghiên cứu có liên quan đến nhiều lĩnh vực bảo mật, an toàn dữ liệu và xử lý ảnh Đã có nhiều công trình nghiên cứu về lĩnh vực này và đến nay cũng đã

có khá nhiều phương pháp, kỹ thuật được đề xuất Tuy nhiên trong khuôn khổ của luận văn, tác giả chỉ tập trung tìm hiểu và nghiên cứu:

- Các kiểu dữ liệu: ảnh, file audio, video, text;

- Kỹ thuật ẩn thông tin kết hợp với các kỹ thuật mã hóa và nén dữ liệu;

- Xây dựng thuật toán hoán vị hệ số và giải pháp nâng cao hiệu quả ẩn thông tin trong ảnh số;

- Phương pháp chữ ký số, xác thực thông tin;

- Các phương pháp, kỹ thuật giấu tin trong ảnh số;

- Thiết lập mô hình và thử nghiệm chương trình

4 Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài

Data Hiding là phương pháp đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng rất mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới đó là phương pháp nhúng tin trong các phương tiện khác 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 thức thông tin và điều khiển truy cập ứng dụng trong an toàn và bảo mật thông tin

Trong hình ảnh viễn thám và quân sự thì độ chính xác cao là cần thiết, trong một số nghiên cứu khoa học dữ liệu thử nghiệm rất đắt phải đảm bảo được, còn trong ứng dụng như thực thi pháp luật, hệ thống hình ảnh y tế … mong muốn phải đúng với dữ liệu gốc để xem xét về mặt pháp lý tránh những lệch lạc thông tin Do vậy mà việc phục hồi dữ liệu sau khi giấu tin để đảm bảo tính chính xác là rất có ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Việc kết hợp giữa giấu tin và chứng thực cho phép bảo vệ nhãn thương hiệu chứng minh sự hợp pháp của sản phẩm bảo vệ bản quyền nhất là trong thương mại điện tử Đây là ý nghĩa thực tiễn của đề tài

5 Phương pháp nghiên cứu

Trong luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu lý thuyết, các phương pháp chứng thực, các kỹ thuật giấu tin, phương pháp mô hình hóa và thử nghiệm thực tế

CHƯƠNG 1 TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN TRONG ẢNH

1.1 Một số khái niệm cơ bản về giấu tin

1.1.1 Lịch sử kỹ thuật giấu tin

Từ Stenography bắt nguồn từ Hi Lạp và được sử dụng cho tới ngày nay, nó có nghĩa là tài liệu được phủ (covered writing) Mục đích cơ bản của giấu tin là nhúng mẩu tin mật vào một môi trường truyền tin bình thường sao cho người khác không thể phát hiện ra mẩu tin mật đó Trong lịch sử, những câu chuyện về giấu tin được lan truyền từ đời qua đời khác Ví dụ, vào thế kỷ thứ 5 trước Công Nguyên, Histaiacus đã cạo trọc đầu một nô lệ, xăm lên đó một thông điệp sau đó khi đầu nô lệ này mọc tóc trở lại, ông ta phái nô lệ đó mang thông điệp đã được giấu trên đầu đi Ở các tiểu vương quốc Ả Rập tại thành phố về khoa học và công nghệ của vua Abdulaziz, một dự án đã được khởi xướng để dịch thành tiếng anh các văn bản tiếng Ả Rập cổ về các dòng chữ bí mật được cho là đã viết cách đây 1200 năm Một vài văn bản này được tìm thấy ở Thổ Nhĩ Kỳ và Đức Khoảng 500 năm trước, một nhà toán học người Ý tên là Jerome Cardan đã sáng tạo lại một phương thức văn bản bí mật

cổ xưa của người Trung Quốc Văn bản được làm như sau: một tờ giấy làm mặt nạ có nhiều lỗ thủng mà người gửi và người nhận đều biết, mặt nạ này sẽ được đặt trên một tờ giấy trắng và người gửi sẽ viết thông điệp bí mật qua các

lỗ thủng trên mặt nạ sau đó vứt mặt nạ đó đi và điền phần còn lại vào tờ giấy trắng như thể tờ giấy này toàn các thông tin vô thưởng vô phạt

Ý tưởng về che giấu thông tin đã có từ hàng nghìn năm về trước nhưng

kỹ thuật này được dùng chủ yếu trong quân đội và trong các cơ quan tình báo Mãi cho tới vài thập niên gần đây, giấu thông tin mới nhận được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu và các viện công nghệ thông tin với hàng loạt công

trình nghiên cứu giá trị Cuộc cách mạng số hóa thông tin và sự phát triển nhanh chóng của mạng truyền thông là nguyên nhân dẫn đến sự thay đổi này

Ngày nay nghệ thuật giấu tin được nghiên cứu để phục vụ các mục đích tích cực như bảo vệ bản quyền, thủy vân số, hay phục vụ giấu các thông tin bí mật về quân sự và kinh tế Sự phát triển của công nghệ thông tin đã tạo ra những môi trường giấu tin mới vô cùng tiện lợi và phong phú Người ta có thể giấu tin trong các tệp ảnh, trong các tệp âm thanh, tệp văn bản Cũng có thể giấu tin ngay trong các khoảng trống hay các phân vùng ẩn của môi trường lưu trữ như đĩa cứng, đĩa mềm Các gói tin truyền đi trên mạng cũng là môi trường giấu tin quan trọng và ngay cả các tiện ích phần mềm cũng là môi trường lý tưởng để gài các thông tin quan trọng để xác nhận bản quyền

1.1.2 Khái niệm giấu tin

“ Giấu tin” là một kỹ thuật nhúng (giấu) một lượng thông tin số nào đó vào trong một đối tượng dữ liệu số khác Giấu tin trong ảnh số là giấu các mẩu tin cũng là dạng số trong máy tính vào các tệp ảnh nhị phân sao cho không bị người ngoài phát hiện

Kỹ thuật giấu thông tin nhằm mục đích đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin rõ ràng 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 Hai mục đích khác nhau này dẫn đến hai khuynh hướng kỹ thuật chủ yếu của giấu tin Khuynh hướng thứ nhất là giấu tin mật (steganography) Khuynh hướng này tập trung vào các kỹ thuật giấu tin sao cho thông tin giấu được nhiều và quan trọng là người khác khó phát hiện được một đối tượng có bị giấu tin bên trong hay không Khuynh hướng thứ hai là thủy vân số (watermarking) Khuynh hướng thủy vân số đánh giấu vào đối tượng nhằm khẳng định bản quyền sở hữu hay phát hiện xuyên tạc thông tin Thủy vân số có miền ứng dụng lớn hơn nên

được quan tâm nghiên cứu nhiều hơn và thực tế đã có nhiều những kỹ thuật dành cho khuynh hướng này Nói chung giấu tin trong đa phương tiện là tận dụng “độ dư thừa” của phương tiện giấu để thực hiện việc giấu tin mà người ngoài cuộc “khó” cảm nhận được có thông tin giấu trong đó

1.1.3 Môi trường giấu tin

1.1.3.1 Giấu tin trong ảnh

Hiện nay, giấu tin trong ảnh chiếm tỷ lệ lớn nhất hệ thống giấu tin trong các chương trình ứng dụng, các phần mềm, hệ thống giấu tin trong đa phương tiện Bởi lẽ lượng thông tin được trao đổi bằng hình ảnh là rất lớn, hơn nữa chúng còn đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng an toàn thông tin như: xác thực thông tin, bảo vệ quyền tác giả, điều khiển truy cập, phát hiện xuyên tạc thông tin Từ việc nghiên cứu kỹ thuật giấu tin trong ảnh số chuyển sang

kỹ thuật giấu tin trong các phương tiện khác như audio, video, trong văn bản,… không có gì khó khăn về nguyên tắc Chính vì lẽ đó, giấu tin trong ảnh

đã và đang được nhiều tổ chức, các trường đại học, các viện nghiên cứu, các

cá nhân quan tâm và đầu tư nghiên cứu

Thông tin được giấu cùng với dữ liệu ảnh nhưng chất lượng ảnh rất ít thay đổi mà người ta khó có thể nhận thấy sự thay đổi đó bằng mắt thường Sau vụ khủng bố ngày 11 tháng 9 năm 2001 gây chấn động không chỉ nước

Mĩ mà cả thế giới, Hãng AFP (2004) có đưa tin: chính trùm khủng bố quốc tế Osama Binladen đã dùng cách thức giấu thông tin trong ảnh để liên lạc với đồng bọn và chúng đã qua mặt được Cục tình báo Trung ương Mĩ và các cơ quan an ninh quốc tế Sự việc này càng cho thấy việc nghiên cứu các vấn đề liên quan đến giấu tin trong ảnh càng trở nên quan trọng

Ngày nay, khi ảnh số đã được sử dụng rất phổ biến thì giấu thông tin trong ảnh đã đem lại nhiều những ứng dụng quan trọng trên các lĩnh vực trong

đời sống xã hội Ví dụ như đối với các nước phát triển, chữ ký tay đã được số hóa 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 Hay trong một số những ứng dụng về nhận diện như thẻ chứng minh, thẻ căn cước, hộ chiếu… người ta có thể giấu thông tin trên các ảnh thẻ để xác định thông tin thực

1.1.3.2 Giấu tin trong audio

Giấu tin trong audio mang những đặc điểm riêng khác với giấu 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 đến chất lượng của dữ liệu Kỹ thuật giấu tin trong ảnh phụ thuộc vào hệ thống thị giác của con người (HVS - Human Vision System) còn

kỹ thuật giấu tin trong audio phụ thuộc vào hệ thống thính giác của con người (HAS - Human Auditory System) Vấn đề khó khăn ở đây là hệ thống tính 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 HAS cảm nhận được các tín hiệu ở dài tần rộng và công suất Điều này có nghĩa là các

âm thanh to, cao tần có thể che giấu được các âm thanh nhỏ, thấp tần một cách dễ dàng Kênh truyền tin cũng là một vấn đề khó khăn với giấu tin trong audio Kênh truyền hay băng thông chậm sẽ ảnh hưởng đến chất lượng thông tin sau khi giấu Giấu thông tin trong audio yêu cầu rất cao về tính đồng bộ và tính an toàn của thông tin

1.1.3.3 Giấu tin trong video

Cũng giống như giấu thông tin trong ảnh hay trong audio, 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 thức thông tin, bản quyền tác giả…Ta có thể lấy một ví dụ là các hệ thống chương trình trả tiền xem theo

video clip (pay per view application) Các kỹ thuật giấu tin trong video cũng được phát triển mạnh mẽ và cũng theo hai khuynh hướng là thủy vân số và data hiding Một phương pháp giấu tin trong video được đưa ra bởi Cox là phương pháp phân bố đều Ý tưởng cơ bản của phương pháp là phân phối thông tin giấu dàn trải theo tần số của dữ liệu chứa gốc Nhiều nhà nghiên cứu

đã dùng những hàm cosin riêng và các hệ số truyền sóng riêng để giấu tin Trong các thuật toán khởi nguồn thì thường các kỹ thuật cho phép giấu các ảnh vào trong video nhưng thời gian gần đây các kỹ thuật cho phép giấu cả

âm thanh và hình ảnh vào video Như phương pháp của Swanson đã sử dụng

để giấu theo khối, phương pháp này đã giấu được hai bít vào khối 8*8, hay gần đây nhất là phương pháp của Mukherjee là kỹ thuật giấu audio vào video

sử dụng cấu trúc lưới đa chiều… Kỹ thuật giấu thông tin áp dụng cả đặc điểm thị giác và thính giác của con người Kỹ thuật giấu tin đang được áp dụng cho nhiều loại đối tượng chứ không riêng gì dữ liệu đa phương tiện như hình ảnh, audio hay video Gần đây đã có một số nghiên cứu giấu tin trong cơ sở dữ liệu quan hệ Chính vì thế sau này chắc chắn kỹ thuật giấu tin còn phát triển tiếp

1.1.3.4 Giấu tin trong văn bản

Trong 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 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

1.2 Phân loại các kỹ thuật giấu tin

Khái niệm "Cái bạn nhìn thấy là cái bạn có được" ngày nay không còn

chính xác nữa Ảnh có thể làm được nhiều thứ hơn là cái mà con người nhìn thấy bằng mắt thường, chúng có thể chứa đựng tới hơn 1000 từ ẩn giấu bên trong Hàng thập kỷ qua, con người đã phát triển đáng kể các phương pháp sáng tạo trong giao tiếp bí mật Trong đó có 3 kỹ thuật có mối tương quan với nhau là giấu tin, thủy vân số và mật mã

Có nhiều cách phân loại giấu tin khác nhau dựa trên những tiêu chí khác nhau Theo Fabien A.P Petitcolas đề xuất năm 1999, có thể chia lĩnh vực giấu tin thành hai hướng lớn, đó là giấu tin mật và thủy vân số [5]

Giấu tin mật với mục đích đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin tập

trung vào các kỹ thuật giấu thông tin sao cho người khác khó phát hiện nhất việc có tin được giấu, hơn nữa nếu phát hiện có tin giấu thì giải tin cũng khó thực hiện Bên cạnh đó cũng đặt ra vấn đề về lượng tin được giấu càng nhiều càng tốt, ngoài ra tốc độ giấu cũng được yêu cầu mặc dù đây là vấn đề thứ yếu [4]

Thủy vân số là lĩnh vực nghiên cứu việc nhúng các thông tin phục vụ

xác thực, ví dụ như xác nhận bản quyền Nếu thông tin giấu là một định danh duy nhất, ví dụ định danh người dùng thì khi đó người ta gọi là Fingerprinting (nhận dạng vân tay, điểm chỉ) Thủy vân số lại được chia thành hai hướng nhỏ

là thủy vân dễ vỡ và thủy vân bền vững Trong đó thủy vân dễ vỡ yêu cầu thông tin giấu sẽ bị sai lệch nếu có bất kỳ sự thay đổi nào trên dữ liệu chứa tin Thủy vân bền vững quan tâm nhiều đến việc nhúng các mẩu tin đòi hỏi độ bền cao của thông tin được giấu trước các biến đổi thông thường trên dữ liệu chứa tin [5]

Xét về tính chất thuỷ vân số giống giấu tin ở chỗ tìm cách nhúng thông tin mật vào một môi trường Tuy nhiên, xét về bản chất thì thuỷ vân số có khác ở một số điểm:

- Giấu tin sau đó cần tách lại tin còn thuỷ vân số tìm cách biến tin giấu thành một thuộc tính của vật mang

- Mục tiêu của thuỷ vân số là nhúng thông tin không lớn thường là biểu tượng, chữ ký hay các đánh dấu khác vào môi trường phủ nhằm phục vụ việc xác nhận bản quyền

Chỉ tiêu quan trọng nhất của giấu tin là dung lượng còn của thuỷ vân số

là tính bền vững

Thuỷ vân số có thể vô hình hoặc hữu hình trên ảnh mang

Hình 1.1: Phân loại các kỹ thuật giấu tin

1.3 Nhu cầu, ứng dụng của giấu tin trong ảnh số

1.3.1 Nhu cầu của giấu tin trong ảnh số

Ngày nay, kỹ thuật giấu tin được triển khai trong nhiều ứng dụng khác nhau nhằm bảo vệ tính bí mật của thông tin, phục vụ các mục đích tích cực như bảo vệ bản quyền, thủy vân số, hay phục vụ giấu các thông tin bí mật về quân sự và kinh tế Trong đó giấu tin trong ảnh chiếm tỉ lệ lớn nhất ở hệ thống giấu tin trong đa phương tiện Bởi lẽ lượng thông tin được trao đổi bằng hình ảnh là rất lớn qua đó các thông tin cá nhân có thể được nhúng vào trong thẻ chứng minh với những thông tin mang tính duy nhất của một người,… Giấu tin có thể được sử dụng như một phần của quá trình in ấn bình thường

1.3.2 Ứng dụng của giấu tin trong ảnh số

- Bảo vệ quyền tác giả(copyright protection): Đây là ứng dụng cơ bản

nhất của kỹ thuật thủy vân số (digital watermarking) - một dạng của phương pháp giấu tin Một thông tin nào đó mang ý nghĩa quyền sở hữu tác giả gọi là thủy vân sẽ được nhúng vào trong các sản phẩm, thủy vân đó chỉ một mình người chủ sở hữu hợp pháp các sản phẩm đó có và được dùng làm minh chứng cho bản quyền sản phẩm Giả sử có một thành phẩm dữ liệu đa phương tiện như ảnh, âm thanh, video cần được lưu thông trên mạng Để bảo vệ các sản phẩm chống lại các hành vi lấy cắp hoặc làm nhái cần phải có một kỹ thuật để “dán tem bản quyền” vào sản phẩm này Việc dán tem này chính là việc nhúng thủy vân cần phải đảm bảo không để lại một ảnh hưởng lớn nào đến việc cảm nhận sản phẩm Yêu cầu kỹ thuật đối với ứng dụng này là thủy vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm, muốn bỏ thủy vân này mà không được phép của người chủ sở hữu thì chỉ có cách là phá hủy sản phẩm

- Xác thực thông tin hay phát hiện xuyên tạc thông tin (authentication and tamper detection): Một tập các thông tin sẽ được giấu trong các phương

tiện chứa sau đó sử dụng để nhận biết xem trên các phương tiện gốc đó có bị thay đổi hay không Các thủy vân nên được ẩn để tránh sự tò mò của kẻ thù hơn nữa việc làm giả các thủy vân hợp lệ hay xuyên tạc thông tin nguồn cũng cần được xem xét 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 (ví dụ như phân biệt xem một đối tượng đa phương tiện chứa thông tin giấu đã bị thay đổi, xuyên tạc nội dung hay là chỉ bị nén mất dữ liệu) Yêu cầu chung đối với ứng dụng này là khả năng giấu thông tin nhiều và thủy vân không cần bền vững trước các phép xử lý trên đối tượng đã được giấu tin

- Giấu vân tay hay dán nhãn (fingerprinting and labeling): Thủy vân

trong các ứng dụng này được sử dụng để nhận diện người gửi hay người nhận của một thông tin nào đó trong ứng dụng phân phối sản phẩm Thủy vân trong trường hợp này cũng tương tự như số serial của sản phẩm phần mềm Mỗi một sản phẩm sẽ mang một thủy vân riêng Ví dụ các vân khác nhau sẽ được nhúng vào các bản copy khác nhau của thông tin gốc trước khi chuyển cho nhiều người Với những ứng dụng này thì yêu cầu là đảm bảo độ an toàn cao cho các thủy vân, tránh sự xóa dấu vết trong khi phân phối

- Điều khiển sao chép (copy control): Điều mong muốn đối với các hệ

thống phân phối dữ liệu đa phương tiện là tồn tại một kỹ thuật chống sao chép trái phép dữ liệu Có thể sử dụng thủy vân để chỉ trạng thái sao chép của dữ liệu Các thủy vân trong những trường hợp này được sử dụng để điều khiển, sao chép đối với các thông tin Các thiết bị phát hiện ra thủy vân thường được gắn sẵn vào trong các hệ thống đọc ghi Ví dụ như hệ thống quản lý sao chép DVD đã được ứng dụng ở Nhật Thủy vân mang các giá trị chỉ trạng thái cho phép sao chép dữ liệu như “copy never” - không được sao chép hay “copy once” - chỉ được copy một lần, sau khi copy xong bộ đọc ghi thủy vân sẽ ghi thủy vân mới chỉ trạng thái mới lên DVD Các ứng dụng loại này cũng yêu

cầu thủy vân phải được đẩm bảo an toàn và cũng sử dụng phương pháp phát hiện thủy vân đã giấu mà không cần thông tin gốc

- Giấu tin mật(steganography): Các thông tin giấu được trong những

trường hợp này càng nhiều càng tốt, việc giải mã để nhận được thông tin cũng không cần phương tiện chứa gốc ban đầu Các yêu cầu mạnh về chống tấn công của kẻ thù không cần thiết lắm thay vào đó là thông tin giấu phải được bảo mật

Tổng kết chương 1

Trong chương này đã trình bày khái quát về lĩnh vực giấu tin, giới thiệu một số khái niệm cơ bản trong lĩnh vực giấu tin Chương đã tóm tắt một số kỹ thuật giấu tin cơ bản nhất và trình bày về nhu cầu và các ứng dụng giấu tin trong ảnh số Trong các kỹ thuật giấu tin, giấu tin trong ảnh số chiếm tỷ lệ lớn nhất do khả năng giấu thông tin trong lượng thông tin của hình ảnh khá lớn và khả năng ứng dụng rất cao Các kỹ thuật giấu tin được triển khai trong nhiều ứng dụng khác nhau nhằm bảo vệ tính bí mật của thông tin, có thể phục vụ cho nhiều ứng dụng trong đời sống ví dụ như bảo vệ bản quyền số

CHƯƠNG 2

KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH SỐ

2.1 Mô hình và các phương pháp giấu tin cơ bản

2.1.1 Mô hình giấu tin cơ bản

Với sự phát triển không ngừng của công nghệ thông tin, cùng với sự quan tâm rất lớn của các nhà khoa học, các tổ chức, các quốc gia về lĩnh vực

an toàn và bảo vệ thông tin, hiện nay đã có rất nhiều các kỹ thuật giấu tin được nghiên cứu và phát triển Tuy nhiên có thể thấy, tất cả đều xuất phát từ

mô hình giấu tin cơ bản cũng như từ những kỹ thuật giấu tin cơ bản nhất

Hình 2.1: Mô hình quá trình giấu tin

Trong mô hình này, phương tiện chứa tin bao gồm các đối tượng được dùng làm môi trường để giấu tin như văn bản, ảnh, audio, video… thông tin

Thông tin cần giấu

Phương tiện chứa

đã được giấu tin

Phân phối

cần giấu tùy theo mục đích của người sử dụng, nó có thể là các thông điệp, các logo, hình ảnh bản quyền… Thông tin được giấu vào trong phương tiện chứa tin nhờ bộ nhúng Bộ nhúng là những chương trình thực hiện theo những thuật toán để giấu tin và được thực hiện với một khóa bí mật giống như trong một số hệ mật mã Đầu ra của quá trình giấu tin là phương tiện chứa đã được giấu Các phương tiện này có thể được phân phối trên mạng

Hình 2.2 mô tả quá trình giải mã thông tin đã giấu Với đầu vào là phương tiện đã chứa tin giấu, một bộ phận giải mã tin ( tương ứng với bộ nhúng) cùng với khóa sẽ thực hiện việc giải mã thông tin Đầu ra của quá trình là phương tiện chứa tin và các thông tin đã giấu Trong trường hợp cần thiết, thông tin giấu lấy ra có thể được xử lý, kiểm định và so sánh với thông tin đã giấu ban đầu

Hình 2.2: Mô hình quá trình giải tin

Thông tin cần giấu

Phương tiện chứa tin (audio, ảnh, video )

Khóa

Bộ giải mã tin

Phương tiện chứa

đã được giấu tin

Phân

phối

Kiểm định

2.1.2 Các phương pháp giấu tin cơ bản

2.1.2.1 Giấu tin trong khuôn dạng ảnh

Các khuôn dạng ảnh phổ biến nhất hiện nay là graphics interchange format (GIF), Joint Photographic Experts Group (JPEG), đến portable network graphics (PNG) [5]

Giấu tin có thể được thực hiện bằng cách nhồi vào một cửa sổ lệnh của

hệ điều hành Windows (như Windows XP) các mã sau đây: C:>Copy Cover.jpg /b + Message.txt /b Stego.jpg Ý tưởng chính là lợi dụng việc nhận

biết EOF (End of file) Nói cách khác, tin nhắn được đóng gói và chèn vào sau thẻ EOF của tệp ảnh

Khi đó Stego.jpg được xem bằng cách sử dụng bất kỳ ứng dụng chỉnh sửa ảnh nào cũng sẽ chỉ hiển thị hình ảnh và bỏ qua bất cứ điều gì tới sau thẻ EOF Tuy nhiên, giả sử khi mở trong Notepad thông điệp của chúng ta cài vào

sẽ cho thấy chính nó sau khi hiển thị một số dữ liệu như trong hình 2.3

Hình 2.3: Thông điệp được hiển thị khi bức ảnh giấu tin mở bằng Notepad

Thông điệp khi được nhúng không làm giảm chất lượng hình ảnh gốc

Cả biểu đồ hình ảnh (histogram) cũng như nhận thức thị giác đều không thể phát hiện bất kỳ sự khác biệt giữa hai hình ảnh gốc và hình ảnh có các tin nhắn bí mật được ẩn sau thẻ EOF

Cài đặt giấu tin trong ảnh theo phương pháp Naive là thêm dữ liệu ẩn

các nhà sản xuất máy ảnh kỹ thuật số sử dụng để lưu trữ thông tin trong tập

tin ảnh, như tạo dựng mô hình của một máy ảnh, thời gian hình ảnh được chụp và số hóa, độ phân giải của hình ảnh, thời gian phơi sáng, và độ dài tiêu

cự Đây là thông tin dữ liệu về hình ảnh và nguồn của nó nằm ở phần đầu header của tập tin Hình 2.4 mô tả một số văn bản chèn vào các phần chú thích của một header ảnh GIF Phương pháp này không đáng tin cậy lắm vì nó

bị hạn chế giống như của phương pháp EOF Không phải lúc nào cũng nên giấu dữ liệu một cách trực tiếp mà không mã hóa nó như ở ví dụ này

Hình 2.4: Chuỗi văn bản được chèn vào tiêu đề EXIF được đánh dấu

2.1.2.2 Giấu tin trong miền không gian của ảnh

Trong các phương pháp miền không gian, một người giấu tin sẽ biên tập dữ liệu bí mật che phủ trong miền không gian, trong đó bao gồm mã hóa ở cấp độ của LSBs [4] Phương pháp này mặc dù đơn giản, nhưng nó lại có tác động rộng lớn Một framework thông thường chỉ ra khái niệm nằm bên trong được đánh dấu trong hình 2.5, hình 2.6 minh họa một ví dụ thực hiện nhúng vào trong LSB đầu tiên tới LSB thứ 4 Có thể thấy là nhúng trong LSB thứ 4

sinh ra nhiều méo mó hình ảnh của ảnh che phủ (cover image) khi thông tin

ẩn được cho là "không tự nhiên"

Hình 2.5: Giấu tin trong miền không gian

Sẽ thấy rõ ràng hơn khi hình 2.6 kết luận một điều là phải có một sự cân bằng giữa tải và độ méo ảnh che phủ, tuy nhiên tải (nhúng có thể lên tới LSB thứ 1, thứ 2, thứ 3 hoặc thứ 4), tương tự với ảnh nhúng được lấy lại Ví

dụ, Hình 2.6(k) (được lấy lại từ việc nhúng vào LSB thứ 4) thì ảnh được giấu

có ước lượng tốt (Hình 2.6c) nhưng dễ nhận thấy là có sự can thiệp của con người (Hình 2.6f) Mặt khác Hình 2.6j (được lấy lại từ việc nhúng vào LSB đầu tiên) chất lượng cân bằng kém với hầu hết vật mang đồng nhất với ảnh gốc ( So sánh hình 2.6d với 2.6a)

Potdar và các cộng sự đã sử dụng kỹ thuật miền không gian khi tạo ra một kỹ thuật giấu tin chia sẻ bí mật dấu vân tay để tạo thế mạnh chống lại các tấn công cắt xén ảnh [109] Kỹ thuật của họ thiên về cung cấp các hiệu ứng cắt xén ảnh hơn là đề xuất một kỹ thuật nhúng Phần logic nằm dưới công việc được họ đề xuất là chia ảnh thành các ảnh con sau đó nén và mã hóa những dữ liệu bí mật Dữ liệu có được sau đó cũng lần lượt được chia và nhúng vào các ảnh con nói trên Để lấy lại được dữ liệu, một đa thức nội suy

Lagrange được áp dụng cùng với một thuật toán mã hóa Độ phức tạp tính toán lớn, các tham số của thuật toán cụ thể là số lượng hình ảnh (n) và giá trị ngưỡng (k) không được thiết lập giá trị tối ưu, để người đọc phải đoán giá trị Giả sử rằng nếu n=32, có nghĩa là có 32 khóa công khai cần để cấp cho 32 người và 32 ảnh con, chúng lần lượt đều không thực tế Hơn nữa, độ dư thừa

dữ liệu mà họ định bỏ qua sẽ tìm thấy trong ảnh-stego

Hình 2.6: Ví dụ kỹ thuật giấu tin trong miền không gian ảnh

Shirali-Shahreza và Shirali-Shahreza đã khai thác hệ thống chấm câu của bảng chữ cái Arập và Ba Tư để giấu các thông điệp [87] Trong khi phương pháp của họ không có liên quan gì tới cách tiếp cận LSB, nó nghiêng

về miền không gian nếu như chữ được xử lý như là ảnh Không giống như tiếng Anh là thứ ngôn ngữ chỉ có 2 kí tự có dấu chấm là i và j, ngôn ngữ Ba

Tư rất phong phú với 18 chữ cái trong bảng chữ cái 32 chữ là có dấu chấm Thông điệp bí mật được nhị phân hóa và những dấu chấm của 14 chữ cái này phải được can thiệp tùy vào các giá trị của file nhị phân

Kỹ thuật giấu tin dựa vào bảng màu khai thác sự chuyển đổi màu đoạn dốc trơn nhẵn của màu sắc khi được chỉ ra trong bảng màu Các LSB ở đây được sửa đi tùy thuộc vào các vị trí của chúng trong chỉ số bảng màu Johnson

và Jajodia đã rất ưa dùng BMP (24 bit) thay vì ảnh JPEG [87] Sự lựa chọn tiếp theo là file GIF (256) màu Giấu tin dựa trên ảnh BMP cũng như GIF đều

áp dụng các kĩ thuật LSB, trong khi khả năng chống lại các cuộc phản công bằng thống kê và nén được cho là kém Các file BMP thường là nặng hơn so với các định dạng khác sẽ là bất lợi đối với truyền thông trên mạng Tuy nhiên các ảnh JPEG lúc đầu đều bị bỏ qua vì thuật toán nén của nó không hỗ trợ nhúng LSB trực tiếp vào miền không gian

Jung and Yoo lấy mẫu thu nhỏ (down-sampled) một ảnh thành ½ kích

cỡ của nó và sau đó sử dụng phương pháp nội suy đã cải biên, đặt tên là Nội suy dựa vào láng giềng (neighbour mean interpolation (NMI)), rồi lại phóng

to mẫu của ảnh vừa có về kích thước ban đầu để nhúng [87] Với quá trình nhúng ảnh sau khi được phóng được chia thành các khối không nằm đè lên nhau kích cỡ 2x2 được trình bày ở hình 2.7 Bài toán khả thi với phương pháp này là:

 Tính bất khả thi của việc phục hồi lại các bit bí mật không có lỗi, vì

sử dụng log2 luôn được sử dụng trong phân tích để tạo ra các giá trị dấu chấm động

 Vì trong 2x2 khối, giá trị chủ đạo ( có nghĩa là khối (1,1) là còn nguyên, vì vậy nó sẽ dẫn tới sự triệt tiêu sự tương liên mạnh mẽ vốn

có giữa các pixel liền kề là cái sẽ thông báo có quá trình không tự nhiên

Hình 2.7: Hệ thống báo cáo của Jung va Yoo [ 87 ]

Giấu tin dựa vào Histogram là một cách khác hay được sử dụng trong biểu đồ che giấu dữ liệu Li và các cộng sự đề xuất che giấu dữ liệu không mất mát sử dụng các giá trị khác nhau của các pixel liền kề [87] Nó được phân loại thành các thuật toán nhúng dữ liệu " 1" Nó khai thác sự liên quan giữa các pixel liền kề cuối cùng sẽ cho một histogram thu gọn được đặc trưng hóa bởi một phân phối Gaussian chuẩn

Thay vì xem xét toàn bộ ảnh, Piyu Tsai và các đồng nghiệp đã chia ảnh thành các khối nhỏ 5x5 còn phần dôi ra được tính toán sử dụng dự đoán tuyến tính (từ khác của sai phân của các pixel) Sau đó dữ liệu bí mật được nhúng vào các giá trị dư thừa này, theo sau là phép tái tạo khối [87] Với các biểu đồ này đều có ưu điểm ở tái tạo ảnh gốc từ ảnh stego Trong khi sự duy trì có thể được yêu cầu trong các ứng dụng thông thường, khả năng giấu tin bị hạn chế trong các phương pháp này, bên cạnh đó chiến thuật nhúng " 1" có thể bị phát hiện

2.1.2.3 Giấu tin trong miền tần số ảnh

Các thuật toán mới kế tục các nổi trội từ hiệu quả của các thuật toán cũ (phương pháp miền không gian), bởi sự phát triển nhanh chóng của công nghệ thông tin và bởi nhu cầu của hệ thống bảo mật được cải thiện Sự sáng tạo ra

kỹ thuật nhúng LSB thực sự là một thành tựu lớn [4] Mô tả của biến đổi cosine rời rạc DCT 2 chiều cho một ảnh đầu vào F và một ảnh đầu ra T được tính toán như sau:

Với:

Và:

Trong đó M, N là các kích thước của ảnh còn m, n là các biến biến thiên lần lượt 0 tới M-1 và 0 tới N-1 Mục tiêu của phần lượng hóa là để nới rộng độ chính xác bị bó hẹp bởi DCT khi duy trì các kí hiệu mô tả thông tin quan trọng Bước lượng hóa được tính bởi:

Trong đó: x,y là tọa độ, là hàm kết quả, là khối ảnh cường

lượng hóa có mối liên hệ với chất lược ảnh JPEG được cho bởi:

được Hầu hết dữ liệu dư thừa và nhiễu bị mất trong bước này, vì thế có tên là nén dữ liệu có mất mát

Hầu hết các kĩ thuật ở đây đều dùng ảnh JPEG như là phương tiện để nhúng dữ liệu Nén JPEG sử dụng DCT để biến đổi các khối ảnh con 8x8 lần lượt thành 64 hệ số DCT Tuy nhiên dữ liệu được chèn vào các bít điển hình của các hệ số sẽ biến đổi một hệ số nào đó có thể ảnh hưởng tới toàn bộ các pixel của 64 khối Vì biến đổi được thực hiện trong miền tần số thay vì miền không gian nên sẽ không có biến đổi nào quan sát được trong ảnh che phủ

Thuật toán JSteg trong các thuật toán nói trên đã dùng các ảnh JPEG Mặc dù thuật toán này khá mạnh khi chống lại các tấn công trực quan, người

ta thấy rằng kiểm tra phân phối thống kế của các hệ số DCT sẽ chỉ ra sự tồn tại của các dữ liệu ẩn Wayner xác định rằng các hệ số trong nén JPEG thông thường sẽ đổ theo đường cong hình chuông và thông tin ẩn nhúng bởi JSteg

đã làm méo điều này Manikopoulos và các cộng sự [98] đã thảo luận một thuật toán lợi dụng hàm mật độ xác suất để sinh ra các đặc trưng phân biệt để cho vào hệ thống mạng nhân tạo sẽ phát hiện dữ liệu ẩn trong miền này

OutGuess đã chọn lựa tốt vì đã sử dụng một bộ sinh số ngẫu nhiên giả pseudo-random-number để chọn ra các hệ số DCT Bộ test X2 đã không phát hiện ra dữ liệu được phân phối ngẫu nhiên Nhà phát triển OutGess thách thức một phản công lại thuật toán của anh ta Provos và các cộng sự đề xuất sử dụng một phiên bản mở rộng của test-X2 để chọn ra thông điệp nhúng ngẫu nhiên trong các ảnh JPEG

Các kỹ thuật nhúng dựa trên DWT vẫn còn trong giai đoạn trứng nước Paulson báo cáo rằng một nhóm các nhà khoa học tại Đại học bang Iowa đang tập trung vào việc phát triển một ứng dụng sáng tạo mà họ gọi là ''công nghệ mạng nơ ron nhân tạo cho steganography (ANNTS)'' nhằm phát hiện tất cả các kỹ thuật steganography bao gồm DCT, DWT và DFT Các biến đổi Fourier rời rạc ngược (iDFT) bao gồm lỗi không làm tròn DFT không phù hợp cho các ứng dụng steganography [98]

Abdelwahab và Hassan đề xuất một kỹ thuật ẩn dữ liệu trong miền DWT [98] Cả ảnh bí mật và ảnh che phủ đều được phân tích bằng cách sử dụng DWT (cấp 1) Mỗi ảnh trên được chia thành các khối phân chia 4x4 Các khối của ảnh

bí mật cho vào các khối che phủ để xác định độ phù hợp tốt nhất

2.2 Các phép biến đổi từ miền không gian ảnh sang miền tần số

2.2.1 Phép biến đổi wavelet - Descrete Wavelet Transform (DWT)

Ý tưởng: tín hiệu được chia thành 2 phần, phần tần số cao và phần tần số thấp Thành phần tần số thấp lại được chia tiếp thành hai phần có tần số cao

và thấp Với các bài toán nén và thủy vân thường áp dụng không quá năm lần bước phân chia trên Ngoài ra, từ các hệ số DWT, ta có thể tạo lại ảnh ban đầu bằng quá trình DWT ngược hay IDWT

Có thể mô tả bằng toán học DWT và IDWT như sau Đặt

k e g

G(  )   là lọc thông thấp và lọc thông cao tương ứng, mà thỏa mãn một vài điều kiện cho việc tái xây dựng ảnh ban đầu Một tín hiệu F(n) có thể được phân tích đệ quy như sau:

) ( )

n k n high

với j=J+1, J,…, J0 với fj+1(k)=F(j), kZ, J+1 là chỉ số mức phân giải cao

) ( ), , ( ), (

),

(

0 0

) (n h 2 f 1 g 2 f 1 k

k k n k

j k

k n low

Để đảm bảo quan hệ giữa DWT và IDWT, H(  ) và G(  )phải thỏa mãn điều kiện trực giao sau : |H(  )|2 + |G(  )|2=1

Biến đổi DWT và IDWT cho mảng hai chiều MxN được định nghĩa tương

tự bằng cách thực hiện các biến đổi một chiều DWT và IDWT cho mỗi chiều tương ứng

Trong hình sau, sau hai lần thực hiện phép biến đổi DWT, ta thu được bảy băng tần con Các tần số thấp (đạt được bằng lọc thông thấp liên tiếp) tập trung ở góc trái trên và trông giống như một ảnh thu nhỏ của ảnh gốc, vì vậy dải phụ này còn được gọi là băng tần chi tiết còn lại

LL

ngang