Thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ dựa trên kỹ thuật tối ưu hóa áp dụng giải thuật di truyền

Theo thông tin thu vân watermark information .... Thu t toán nhúng thu vân ..... Information hiding Steganography Watermarking Robust Copyright marking Fragile marking Thu vân “d v ” Imp

H và tên tác gi

V V N HUY

Tên đ tài

TH Y VÂN C S D LI U QUAN H D A TRÊN K THU T T I U HOÁ ÁP D NG

GI I THU T DI TRUY N

LU N V N TH C S NGÀNH KHOA H C MÁY TÍNH

Thái Nguyên - 2009

H và tên tác gi

V V N HUY

Tên đ tài

TH Y VÂN C S D LI U QUAN H D A TRÊN K THU T T I U HOÁ ÁP D NG

Tôi xin cam đoan lu n v n “Th y vân c s d li u quan h d a trên k

thu t t i u hoá áp d ng gi i thu t di truy n” này là công trình nghiên c u

c a riêng tôi Các s li u s d ng trong lu n v n là trung th c Các k t qu nghiên c u đ c trình bày trong lu n v n ch a t ng đ c công b t i b t k công trình nào khác

V V n Huy

hoàn thành lu n v n này, tr c tiên tôi xin chân thành c m n s

ch b o t n tình c a TS Bùi Th H ng, ng i đã nhi t tình ch b o góp ý giúp tôi hoàn thành lu n v n này

Tôi xin chân thành c m n Khoa Công ngh thông tin – i h c Thái Nguyên, Vi n Công ngh thông tin đã t o đi u ki n giúp tôi hoàn thành lu n

v n này

Tôi xin chân thành c m n b n Võ Phúc Nguyên – Gv Khoa i n T

- H K thu t công nghi p Thái Nguyên đã tr giúp tôi r t nhi u trong quá trình hoàn thành lu n v n này

L i sau cùng tôi xin chân thành c m n nh ng ng i thân trong gia đình cùng các b n đ ng nghi p đã đ ng viên tôi hoàn thành lu n v n này

V V n Huy

M C L C

M C L C 1

DANH M C CÁC THU T NG 3

DANH M C CÁC HÌNH V 4

DANH M C CÁC B NG BI U 5

M U 6

1 Lý do l a ch n đ tài 6

2 M c tiêu nghiên c u 7

3 Ph m vi nghiên c u 7

4 Ph ng pháp nghiên c u 7

5 Ý ngh a khoa h c và ý ngh a th c ti n c a đ tài 8

6 C u trúc c a lu n v n 8

CH NG 1 – T NG QUAN V THU VÂN VÀ GI I THU T DI TRUY N 9

1.1 C b n v k thu t gi u tin 10

1.1.1 Khái ni m v gi u tin 10

1.1.2 Phân lo i các k thu t gi u tin 10

1.1.3 M c đích c a gi u tin 12

1.1.4 Môi tr ng gi u tin 12

1.2 C b n v thu vân 14

1.2.1 Khái ni m thu vân 14

1.2.2 M t s v n đ có liên quan đ n thu vân 16

1.2.3 Khái ni m thu vân c s d li u 17

1.3 M t s ng d ng c a thu vân 18

1.3.1 B o v b n quy n tác gi (copyright protection) 18

1.3.2 Phát hi n xuyên t c thông tin (authentication and tamper detection) 18

1.3.3 L y d u vân tay hay dán nhãn (fingerprinting and labeling) 19

1.3.4 i u khi n thi t b (Device control) 19

1.3.5 Theo dõi quá trình s d ng (Tracking) 19

1.3.6 Theo dõi truy n thông (Broadcast Monitoring) 19

1.3.7 Truy n tin bí m t (Concealed Communication) 20

1.4 Gi i thu t di truy n 20

CH NG 2 – TH C TR NG NGHIÊN C U THU VÂN C S D LI U QUAN H 22 2.1 Tình hình nghiên c u trong n c 22

2.2 Tình hình nghiên c u trên th gi i 22

2.2.2 Theo ki u bi n d ng (Distortion) 23

2.2.3 Theo đ nh y (Sensitivity) 24

2.2.4 Theo thông tin thu vân (watermark information) 25

2.2.5 Tính ki m tra đ c 26

2.2.6 Theo c u trúc d li u (Data structure) 27

CH NG 3 – N I DUNG VÀ CÁC K T QU NGHIÊN C U 29

3.1 Phân ho ch d li u 29

3.2 Nhúng thu vân 33

3.2.1 Mã hoá bit đ n 34

3.2.2 Áp d ng gi i thu t di truy n gi i bài toán t i u 38

3.2.3 Thu t toán nhúng thu vân 41

3.2.4 ánh giá ng ng gi i mã 42

3.3 Gi i mã thu vân 46

3.4 K t qu th c nghi m 48

K T LU N VÀ KI N NGH 52

PH L C 54

TÀI LI U THAM KH O 57

DANH M C CÁC THU T NG

MSB (Most significant bit): Bit ý ngh a nh t

LSB (Least significant bit): Bit ít ý ngh a nh t

MAC (Message Authentication Code) : Mã xác th c thông đi p

GA (Genetic Algorithms): Gi i thu t di truy n

DANH M C CÁC HÌNH V

Hình 1.1 1 M t cách phân lo i k thu t gi u tin 11 Hình 3 1 Cách phân ho ch b d li u 32 Hình 3 2 Th ng kê phân b t p Xmax, Xmin và cách l y ng ng T* 45

DANH M C CÁC B NG BI U

B ng 1 Danh m c các ký hi u 30

B ng 2 Th ng kê các t n công v i s l n t n công là 20 51

Ngày nay, các ng d ng và các s n ph m s trong đó bao g m c các

c s d li u quan h đ c phát tri n và phân ph i r ng kh p trong môi

tr ng Internet, vì v y vi c ch ng minh quy n s h u đ i v i các s n ph m này sau khi chuy n giao là m t v n đ r t c n thi t Vi c th c thi quy n s

h u d li u là m t yêu c u quan tr ng đòi h i các gi i pháp đ ng b , bao g m các khía c nh v k thu t, v t ch c, và c lu t pháp M c dù v n ch a có

đ c nh ng gi i pháp toàn di n nh v y nh ng trong các n m g n đây, các k thu t thu vân đã đóng m t vai trò quy t đ nh nh m gi i quy t v n đ v quy n s h u này

Hi n nay, m i ch có m t vài cách ti p c n đ i v i bài toán thu vân d

li u quan h đ c đ xu t Tuy nhiên, nh ng k thu t này không b n v ng

tr c các t n công thông th ng và các t n công gây h i, vì v y c n có m t

k thu t th y vân c s d li u quan h có đ b n v ng cao h n nh t là đ i

v i các t n công xoá, s a, và chèn các b n ghi

Lu n v n “th y vân c s d li u quan h d a trên k thu t t i u hoá áp d ng gi i thu t di truy n” trình bày k thu t thu vân c s d li u

d a vào k thu t t i u hoá K thu t này ph i đ m b o b n v ng tr c các

t n công thêm, b t và thay đ i giá tr c a các b trong quan h

2 M c tiêu nghiên c u

M c tiêu chính c a lu n v n là đi sâu nghiên c u k thu t t i u hoá đ

mã hoá và gi i mã thu vân Trong đó t p trung nghiên c u k thu t phân

ho ch d li u không ph thu c vào các b đ c đánh d u đ đ nh v các phân

ho ch; nghiên c u cách gi i bài toán t i u b ng gi i thu t di truy n v i các ràng bu c trên thu c tính đ c ch n đ ti n hành th y vân, và nghiên c u k thu t phát hi n th y vân d a vào m t ng ng t i u

3 Ph m vi nghiên c u

Ph m vi nghiên c u c a đ tài là đi sâu nghiên c u v m t lý thuy t c a thu vân và áp d ng cho c s d li u quan h

Nghiên c u v c ch mã hoá và gi i mã thu vân c s d li u quan

h d a trên k thu t t i u hoá áp d ng thu t toán di truy n

đ xu t nh m hoàn thành m c tiêu nghiên c u c a lu n v n

C th trong lu n v n này, tác gi l y thông tin tiêu th đi n làm c s

d li u ph c v cho nghiên c u; nghiên c u v lý thuy t thu vân; nghiên c u

v cách gi i bài toán t i u hoá b ng gi i thu t di truy n; s d ng ph n m m Matlab đ l p trình ki m ch ng lý thuy t

5 Ý ngh a khoa h c và ý ngh a th c ti n c a đ tài

a ra c s khoa h c c a vi c áp d ng k thu t t i u hoá đ mã hoá

và gi i mã thu vân trong đó s d ng gi i thu t di truy n đ gi i quy t bài toán t i u hoá

K t qu nghiên c u c a đ tài r t có ý ngh a trong vi c ch ng minh quy n s h u đ i v i các s n ph m s hoá, đ c bi t là trong c s d li u quan h sau khi đã phân ph i ho c chuy n giao ng th i vi c ch ng minh quy n s h u này c ng là m t v n đ r t quan tr ng trong môi tr ng ng

d ng d a trên Internet nh m phát tán và truy n t i thông tin

6 C u trúc c a lu n v n

Ngoài ph n m đ u và ph n k t lu n, lu n v n đ c trình bày thành ba

ch ng nh sau:

- Ch ng 1 T ng quan v thu vân và gi i thu t di truy n

Ch ng này ch y u trình bày v các thông tin c b n c a k thu t

gi u tin, các khái ni m c b n v thu vân và ng d ng th c ti n c a thu vân, s l c v gi i thu t di truy n

- Ch ng 2 Th c tr ng nghiên c u v thu vân c s d li u quan h

Ch ng này ch y u trình bày v th c tr ng nghiên c u v thu vân

c s d li u quan h trong n c và trên th gi i

- Ch ng 3 N i dung và các k t qu nghiên c u

Ch ng này đi sâu mô t chi ti t lý thuy t các b c ti n hành thí nghi m áp d ng k thu t t i u hoá cho mã hoá và gi i mã thu vân s

CH NG 1 – T NG QUAN V THU VÂN VÀ

đ i M ng Internet toàn c u đã bi n thành m t xã h i o n i di n ra quá trình trao đ i thông tin trong m i l nh v c c a đ i s ng Và chính trong môi tr ng

m và ti n nghi nh th xu t hi n nh ng v n n n, tiêu c c đang r t c n đ n các gi i pháp h u hi u cho các v n đ an toàn thông tin nh n n n c p b n quy n, n n xuyên t c thông tin, truy nh p thông tin trái phép, sao chép b t

h p pháp các s n ph m trí tu s v.v

Gi i pháp cho nh ng v n đ trên đã đ c bi t đ n và áp d ng đó là gi i

pháp gi u tin (DataHiding), đ c nghiên c u phát tri n trong kho ng h n

ch c n m g n đây Trong đó thu vân (watermark) là m t thành ph n c a

ph ng pháp gi u tin

Gi u thông tin bao g m hai k thu t chính là thu n (watermarking)

và gi u tin bí m t (steganograph) đang đ c quan tâm nghiên c u và phát tri n Các thành t u đ t đ c trong l nh v c nghiên c u này đã b t đ u đ c

áp d ng hi u qu cho m c đích b o v b n quy n, ch ng sao chép, phân tán

Nhi u ph ng pháp gi u thông tin khác nhau đã đ c đ xu t, m i ph ng pháp có nh ng u đi m, nh c đi m riêng và thích h p cho m t nhóm các

ng d ng

1.1 C b n v k thu t gi u tin

1.1.1 Khái ni m v gi u tin

yêu c u c b n c a gi u tin là đ m b o tính ch t n c a thông tin đ c gi u

1.1.2 Phân lo i các k thu t gi u tin

Do k thu t gi u thông tin s m i đ c hình thành trong th i gian g n đây nên xu h ng phát tri n ch a n đ nh Nhi u ph ng pháp m i, theo nhi u khía c nh khác nhau đang đ c đ xu t, vì v y đã t n t i nhi u cách phân lo i r t khác nhau

D a trên vi c th ng kê các công trình đã công b trên các t p chí, cùng

v i thông tin v tên và tóm t t n i dung c a các công trình đã công b trên Internet, ng i ta chia l nh v c gi u tin ra làm hai h ng l n, đó là watermarking và steganography

Steganography quan tâm t i ng d ng che gi u các b n tin đòi h i đ

bí m t cao và dung l ng l n

Watermark (th y vân) quan tâm nhi u đ n ng d ng gi u các m u tin

ng n nh ng đòi h i đ b n v ng l n c a thông tin c n gi u (tr c các bi n

đ i thông th ng c a t p d li u môi tr ng)

Hình 1.1 1 M t cách phân lo i k thu t gi u tin

i v i t ng h ng l n trên, quá trình phân lo i theo các tiêu chí khác nhau d a theo nh h ng các tác đ ng t bên ngoài, ng i ta có th chia watermark thành hai lo i, m t lo i b n v ng v i các tác đ ng sao chép trái phép, lo i th hai l i c n tính ch t hoàn toàn đ i l p: d b phá hu tr c các tác đ ng nói trên C ng có th chia watermark theo đ c tính, m t lo i c n

đ c che gi u đ ch có m t s ng i ti p xúc v i nó có th th y đ c thông tin, lo i th hai đ i l p, c n đ c m i ng i nhìn th y

Information hiding

Steganography

Watermarking

Robust Copyright marking

Fragile marking

Thu vân “d v ”

Imperceptible Watermarking Thu vân n

Visible Watermarking Thu vân hi n

1.1.3 M c đích c a gi u tin

B o m t thông tin b ng gi u tin có hai khía c nh M t là b o m t cho

d li u đem gi u (embedded data), ch ng h n nh gi u tin m t: thông tin

m t đ c gi u k trong m t đ i t ng khác sao cho ng i khác không phát

hi n đ c (steganography) Hai là b o m t chính đ i t ng đ c dùng đ

gi u d li u vào (host data), ch ng h n nh ng d ng b o v b n quy n, phát

hi n xuyên t c thông tin (watermarking)

1.1.4 Môi tr ng gi u tin

K thu t gi u tin đã đ c nghiên c u và áp d ng trong nhi u môi

tr ng d li u khác nhau nh trong d li u đa ph ng ti n (text, image, audio, video), trong s n ph m ph n m m và g n đây là nh ng nghiên c u trên môi tr ng c s d li u quan h Trong các môi tr ng d li u đó thì d li u

đa ph ng ti n là môi tr ng chi m t l ch y u trong các k thu t gi u tin

a Gi u tin trong nh

Gi u thông tin trong nh, hi n nay, là m t b ph n chi m t l l n nh t trong các ch ng trình ng d ng, các ph n m m, h th ng gi u tin trong đa

ph ng ti n b i l ng thông tin đ c trao đ i b ng nh là r t l n và h n n a

gi u thông tin trong nh c ng đóng vai trò h t s c quan tr ng trong các h u

h t các ng d ng b o v an toàn thông tin nh : nh n th c thông tin, xác đ nh xuyên t c thông tin, b o v b n quy n tác gi , đi u khi n truy c p, gi u thông tin m t Vì v y v n đ gi u tin trong nh này đang đ c quan tâm r t l n c a các nhà nghiên c u

Thông tin s đ c gi u cùng v i d li u nh nh ng ch t l ng nh ít b thay đ i và không th nh n bi t đ c b ng th giác c a con ng i, nó ch có

th b phát hi n b i “th giác máy” Ngày nay, khi nh s đã đ c s d ng r t

ph bi n, thì gi u thông tin trong nh đã đem l i r t nhi u nh ng ng d ng

quan tr ng trên nhi u l nh v c trong đ i s ng xã h i thì vi c nh n th c ch kí

s , xác th c thông tin đã tr thành m t v n đ c c kì quan tr ng khi mà vi c

n c p thông tin hay xuyên t c thông tin b i các tin t c đang tr thành m t

v n n n đ i v i b t kì qu c gia nào, t ch c nào M t đ c đi m c a gi u thông tin trong nh đó là thông tin đ c gi u trong nh m t cách vô hình, nó

nh là m t cách mà truy n thông tin m t cho nhau mà ng i khác không th

bi t đ c b i sau khi gi u thông tin thì ch t l ng nh g n nh không thay

đ i đ c bi t đ i v i nh m u hay nh xám

b Gi u tin trong audio

Gi u thông tin trong audio mang nh ng đ c đi m riêng khác v i gi u thông tin trong các đ i t ng đa ph ng ti n khác M t trong nh ng yêu c u

c b n c a gi u tin là đ m b o tính ch t n c a thông tin đ c gi u đ ng th i không làm nh h ng đ n ch t l ng c a d li u g c đ m b o yêu c u này, k thu t gi u thông tin trong nh ph thu c vào h th ng th giác c a con

ng i - HVS (Human Vision System) còn k thu t gi u thông tin trong audio

l i ph thu c vào h th ng thính giác HAS (Human Auditory System) Và

m t v n đ khó kh n đây là h th ng thính giác c a con ng i nghe đ c các tín hi u các gi i t n r ng và công su t l n nên đã gây khó d đ i v i các

ph ng pháp gi u tin trong audio Nh ng th t may là HAS l i kém trong vi c phát hi n s khác bi t các d i t n và công su t đi u này có ngh a là các âm thanh to, cao t n có th che gi u đ c các âm thanh nh th p m t cách d dàng Các mô hình phân tích tâm lí đã ch ra đi m y u trên và thông tin này s giúp ích cho vi c ch n các audio thích h p cho vi c gi u tin

V n đ khó kh n th hai đ i v i gi u thông tin trong audio là kênh truy n tin Kênh truy n hay b ng thông ch m s nh h ng đ n ch t l ng thông tin sau khi gi u Gi u thông tin trong audio đòi h i yêu c u r t cao v

tính đ ng b và tính an toàn c a thông tin Các ph ng pháp gi u thông tin trong audio đ u l i d ng đi m y u trong h th ng thính giác c a con ng i

c Gi u thông tin trong video

C ng gi ng nh gi u thông tin trong nh hay trong audio, gi u tin trong video c ng đ c quan tâm và đ c phát tri n m nh m cho nhi u ng d ng

nh đi u khi n truy c p thông tin, nh n th c thông tin và b o v b n quy n tác gi Các k thu t gi u tin trong video c ng đ c phát tri n m nh m và

c ng theo hai khuynh h ng là thu vân s và datahiding M t ph ng pháp

gi u tin trong video đ c đ a ra b i Cox là ph ng pháp phân b đ u Ý

t ng c b n c a ph ng pháp là phân ph i thông tin gi u dàn tr i theo t n s

c a d li u ch a g c M t s nhà nghiên c u khác đã dùng nh ng hàm Cosin riêng và các h s truy n sóng riêng đ gi u tin Trong các thu t toán kh i ngu n thì th ng các k thu t cho phép gi u các nh vào trong video nh ng

th i gian g n đây các k thu t cho phép gi u c âm thanh và hình nh vào video

Gi u tin là m t công ngh m i r t ph c t p, nó đang đ c các nhà khoa

h c t p trung nghiên c u nhi u n c trên th gi i Tuy nhiên, nh ng k t

qu th c nghi m cho th y đ th c s ng d ng th c t thì l nh v c này c n

ph i có thêm th i gian đ nghiên c u và th m đ nh

1.2 C b n v thu vân

1.2.1 Khái ni m thu vân

Thu vân s (digital watermarking) là quá trình chèn thông tin vào d

li u s đ m b o không th c m nh n đ c b ng các giác quan c a con ng i

nh ng l i d dàng phát hi n b i các thu t toán c a máy tính M t d u thu

vân (watermark) mà m t m u thông tin trong su t và không th nhìn th y

đ c b ng các giác quan đ c chèn vào m t v trí thích h p trong d li u s

b ng cách s d ng m t thu t toán đ c bi t

Tu thu c vào m c đích và ng d ng mà các yêu c u c a h th ng watermarking đ c đ t ra V i các h th ng th c t , h th ng thu vân đòi h i các yêu c u sau:

+ Tính không nh n th y đ c (Imperceptibility): Các đi u ch nh

gây ra do nhúng watermark ph i th p h n ng ng c m th c a con ng i, ngh a là các m u dùng trong nhúng watermark ch đ c phép thay đ i r t nh trong gi i h n cho phép

+ Tính b n v ng (Robustness): ây là m t yêu c u nòng c t c a watermarking Tùy vào t ng lo i ng d ng mà tính b n v ng này b ng đ c nhìn nh n d i nhi u quan đi m khác nhau, n u nh đ i v i các ng d ng dùng đ b o v quy n s h u thì watermark c n ph i b n v ng qua m t s các hành đ ng c p nh t n i dung c a d li u N u nh đ i v i ng d ng đ ch ng làm gi ho c ch ng l i s thay đ i trên d li u thì đòi h i watermark ph i hu

b khi có các tác v này x y ra

+ Tính không chia tách đ c (Inseparability): Sau khi d li u đ c

nhúng watermark thì yêu c u là ph i r t khó ho c không th tách thành 2 ph n riêng bi t nh lúc đ u

+ B o m t (Security): Sau khi đã nhúng watermark vào d li u, thì yêu c u là ch cho phép nh ng user có quy n m i ch nh s a và phát hi n đ c watermark đi u này đ c th c hi n nh vào key dùng làm khoá trong gi i

thu t nhúng watermark vào d li u và gi i thu t phát hi n ra watermark trong

d li u

+ Tìm l i watermark: Có th c n ho c không c n đ n d li u g c v n

có th tìm l i đ c thu vân đã nhúng

+ Trích watermark hay ki m ch ng: Cho phép ki m tra s t n t i

c a watermark trong d li u đã nhúng

1.2.2 M t s v n đ có liên quan đ n thu vân

Visible watermarks – th y vân hi n, gi ng nh tên g i, nó là nh ng

m u thông tin, t ng t nh nh ng logo đ c chèn vào nh ho c video K thu t này ch y u áp d ng cho nh đ đánh d u các nh trong c s d li u

nh ho c ng n ch n s mua bán trên web có s d ng nh ng nh này K thu t

k t h p thu vân v i nh g c dùng cách thay đ i đ sáng c a nh g c b ng cách dùng m t hàm thu vân v i m t khoá bí m t Khoá bí m t này xác đ nh giá tr gi ng u nhiên dùng cho vi c đi u ch nh đ sáng, m c đích là đ gây khó kh n h n cho các t n công xoá b d u n i này

khái ni m là b n v ng v i các t n công Ngay c n u s t n t i c a thông tin

n là b l thì k thu t này c ng s gây ra s khó kh n cho k t n công n u không bi t đ c khoá bí m t Lý do c a s b n v ng này đó là ph ng th c thu vân có th nhúng nhi u l n các thông tin nh và d li u c n b o v h n

là ph ng th c steganographic Trên th c t thì steganographic và watermarking không ph i là hai ph ng th c có ph n b sung cho nhau nhi u

h n là đ i l p nhau

Fingerprinting và labeling (l y d u vân tay và gán nhãn) là các thu t

ng bi u th các ng d ng đ c bi t c a thu vân, chúng gi ng nh nh ng thông tin c a t o hoá ho c nh ng đ c tr ng đ c nhúng vào các đ i t ng Fingerprinting có ngh a là quá trình thu vân v i các thông tin đ c nhúng

ho c là mã duy nh t xác đ nh tác gi ho c xác đ nh d li u g c ho c mã duy

nh t bên c nh các chu i mã có ch a các đ c tr ng d li u

Bitstream watermarking (th y vân dòng bit) đôi khi đ c s d ng cho nén d li u thu vân ví d nh video Thu t ng nhúng các k hi u thay

th cho watermarking đ c các n ph m tr c đây s d ng, nh ng nó không

đ c ti p t c s d ng n a, và t đó d n đ n s hi u nh m gi a mã hoá và thu vân Mã hoá (cryptographic) ph c v cho m c đích xác đ nh quy n tác

gi Chúng đ c s d ng đ nh n d ng b t k thay đ i nào trong d li u đã

đ c đánh d u và xác th c ng i g i Tuy nhiên thu vân ch đ c s d ng

đ xác th c trong các ng d ng đ c bi t và th ng đ c thi t k cho vi c

ch ng l i các thay đ i và ch nh s a

Fragile watermarks (Thu vân d v ) là các thu vân có s r t h n

ch v m t b n v ng đ i v i d li u Chúng đ c áp d ng đ nh n d ng các thay đ i c a d li u đã thu vân h n là gìn gi thông tin, n u có các t n công

nh m xoá b thu vân thì vi c này c ng s phá hu luôn c d li u g c

1.2.3 Khái ni m thu vân c s d li u

Thu vân c s d li u là k thu t cho phép ng i ch d li u có th nhúng m t thu vân n vào d li u M t thu vân th ng mô t nh ng thông tin có th đ c dùng đ ch ng minh quy n s h u d li u, ch ng h n nh là tên ch s h u, ngu n g c, ho c ng i ti p nh n n i dung này Vi c nhúng thông tin an toàn đòi h i thu vân đ c nhúng trong d li u không th b làm

gi m o ho c b t y xoá m t cách d dàng Nhúng n có ngh a là thu vân không th nhìn th y đ c trong d li u H n th n a, vi c phát hi n thu vân

đ c th c hi n theo ph ng pháp “mù”, t c là không đòi h i d li u g c c ng

nh thu vân g c ng th i, khi nhúng thu vân vào d li u c n ph i đ m b o các thay đ i trên d li u là trong gi i h n cho phép c a t ng ng d ng c th

1.3 M t s ng d ng c a thu vân

1.3.1 B o v b n quy n tác gi (copyright protection)

ây là ng d ng c b n nh t c a k thu t thu vân s M t thông tin nào đó mang ý ngh a quy n s h u tác gi (ng i ta g i nó là thu vân - watermark) s đ c nhúng vào trong các s n ph m, thu vân đó ch m t mình

ng i ch s h u h p pháp các s n ph m đó có và đ c dùng làm minh

ch ng cho b n quy n s n ph m Gi s có m t thành ph m d li u d ng đa

ph ng ti n nh nh, âm thanh, video c n đ c l u thông trên m ng b o

v các s n ph m ch ng l i hành vi l y c p ho c làm nhái c n ph i có m t k thu t đ “dán tem b n quy n” vào s n ph m này Vi c dán tem hay chính là

vi c nhúng thu vân c n ph i đ m b o không đ l i m t nh h ng l n nào

đ n vi c c m nh n s n ph m Yêu c u k thu t đ i v i ng d ng này là thu vân ph i t n t i b n v ng cùng v i s n ph m, mu n b thu vân này mà không đ c phép c a ng i ch s h u thì ch còn cách là phá hu s n ph m

1.3.2 Phát hi n xuyên t c thông tin (authentication and tamper detection)

M t t p thông tin s đ c gi u trong ph ng ti n ch a, sau đó đ c s

d ng đ nh n bi t xem d li u trên ph ng ti n g c có b thay đ i hay không Các thu vân nên đ c n đ tránh s tò mò c a đ i ph ng, h n n a vi c làm gi các thu vân h p l hay xuyên t c thông tin ngu n c ng c n xem xét Trong các ng d ng th c t , ng i ta mong mu n tìm đ c v trí b xuyên t c

c ng nh phân bi t đ c các thay đ i (ví d nh phân bi t xem m t đ i t ng

đa ph ng ti n ch a thông tin gi u đã b thay đ i, xuyên t c n i dung hay là

ch b nén m t d li u) Yêu c u chung đ i v i ng d ng này là kh n ng gi u thông tin cao và thu vân không c n b n v ng

1.3.3 L y d u vân tay hay dán nhãn (fingerprinting and labeling)

Thu vân trong nh ng ng d ng này đ c s d ng đ nh n di n ng i

g i hay ng i nh n m t thông tin nào đó Ví d nh các vân khác nhau s

đ c nhúng vào các b n copy khác nhau c a thông tin g c tr c khi chuy n cho nhi u ng i V i nh ng ng d ng này thì yêu c u là đ m b o đ an toàn cao cho các thu vân, tránh kh n ng xoá d u v t trong khi phân ph i

1.3.4 i u khi n thi t b (Device control)

Các thi t b phát hi n thu vân ( đây s d ng ph ng pháp phát hi n thu vân đã gi u mà không c n thông tin g c) đ c g n s n vào trong các h

th ng đ c ghi, tùy thu c vào vi c có th y vân hay không đ đi u khi n (cho phép/c m) truy c p Ví d nh h th ng qu n lí sao chép DVD đã đ c ng

d ng Nh t Nhà s n xu t s trang b cho các ph ng ti n dùng đ nhân b n (nh CD writer…) kh n ng phát hi n xem digital media có ch a watermarks hay không, n u có thì s t ch i không nhân b n

1.3.5 Theo dõi quá trình s d ng (Tracking)

Digital watermarking có th đ c dùng đ theo dõi quá trình s d ng

c a các digital media M i b n sao c a s n ph m đ c ch a b ng m t watermark duy nh t dùng đ xác đ nh user là ai N u có s nhân b n b t h p pháp, ta có th truy ra ng i vi ph m nh vào watermark đ c ch a bên trong các ph ng ti n này

1.3.6 Theo dõi truy n thông (Broadcast Monitoring)

Các công ty truy n thông và qu ng cáo có th dùng k thu t digital watermarking đ qu n lý xem có bao nhiêu khách hàng đã dùng d ch v mà

h cung c p

1.3.7 Truy n tin bí m t (Concealed Communication)

B i vì digital watermarking là m t d ng đ c bi t c a vi c che d u d

li u (steganography) nên ng i ta có th dùng đ truy n các thông tin bí m t

1.4 Gi i thu t di truy n

Gi i thu t di truy n (GA - Genetic Algorithms) là k thu t giúp gi i

quy t bài toán b ng cách mô ph ng theo s ti n hoá c a con ng i hay c a sinh v t nói chung (d a trên thuy t ti n hoá muôn loài c a Darwin) trong đi u

ki n luôn thay đ i c a môi tr ng s ng Thu t toán di truy n là m t h ng

ti p c n tính toán g n đúng, ngh a là m c tiêu c a thu t toán di truy n không

nh m đ a ra l i gi i chính xác t i u mà là đ a ra l i gi i t ng đ i t i u

Gi i thu t di truy n là m t k thu t c a khoa h c máy tính nh m tìm ki m

gi i pháp thích h p cho các bài toán t i u t h p (combinatorial optimization) Gi i thu t di truy n là m t phân ngành c a gi i thu t ti n hoá

v n d ng các nguyên lý c a ti n hoá nh di truy n, đ t bi n, ch n l c t nhiên, và lai ghép

Gi i thu t di truy n th ng đ c ng d ng nh m s d ng ngôn ng máy tính đ mô ph ng quá trình ti n hoá c a m t t p h p nh ng đ i di n tr u

t ng (g i là nh ng nhi m s c th ) c a các gi i pháp có th ch p nh n đ c (g i là nh ng cá th ) cho bài toán t i u hoá T p h p này s ti n tri n theo

h ng ch n l c nh ng gi i pháp t t h n Tìm ki m gi thuy t thích h p b t

đ u v i m t qu n th , hay m t t p h p có ch n l c ban đ u c a các gi thuy t Các cá th c a qu n th hi n t i kh i ngu n cho qu n th th h k

ti p b ng các ho t đ ng lai ghép và đ t bi n ng u nhiên – đ c l y m u sau các quá trình ti n hoá gi ng nh ti n hoá sinh h c m i b c, các gi thuy t trong qu n th hi n t i đ c c l ng liên h v i đ i l ng thích nghi đã cho, v i các gi thuy t phù h p nh t đ c ch n theo xác su t là các h t gi ng

cho vi c s n sinh th h k ti p Thu t gi i di truy n đã đ c ng d ng m t cách thành công và đ c phát tri n r ng rãi trong nhi u l nh v c

Gi i thu t di truy n (GA) cung c p m t ph ng pháp h c đ c thúc đ y

b i s t ng t v i s ti n hoá sinh h c Thay vì tìm ki m các gi thuy t t

CH NG 2 – TH C TR NG NGHIÊN C U THU VÂN C S D LI U QUAN H

2 Tình hình nghiên c u trên th gi i

Cho đ n nay, các nhà khoa h c Vi t Nam đã có m t s công trình đã

đ c công b trong đó có áp d ng k thu t thu vân, trong đó ch y u t p trung vào các l nh v c nh thu vân audio, thu vân video, thu vân nh Các công trình nghiên c u v thu vân c s d li u v n còn h n ch và đang

đ c ti p t c nghiên c u tuy nhiên v n ch a nhi u v s l ng các công trình Các công trình v thu vân s s d li u thông th ng nghiên c u theo m t

s h ng nh sau:

Ph ng pháp s d ng các bít tr ng s nh [1,2] LSB khá đ n gi n cho

vi c cài đ t, tuy nhiên thông tin gi u không b n v ng tr c nhi u hình th c

t n công Ph ng pháp này thích h p cho m c đích gi u thông tin m t

Ph ng pháp gán và s d ng thu c tính ch n l [3,4] có m t s u

đi m nh đ n gi n trong cài đ t, d ki m soát ch t l ng môi tr ng gi u tin,

có đ b n v ng cao tr c nhi u hình th c t n công Ph ng pháp này có hi u

qu cao khi áp d ng cho môi tr ng gi u tin không ch u nén t n hao, có cho phép sai s

2.2 Tình hình nghiên c u trên th gi i

C n c vào các công trình nghiên c u, các bài báo đã công b , có th phân chia thu vân c s d li u theo các d ng nh sau:

2.2.1 Theo ki u d li u (Data type)

a) Thu vân d li u ki u s (watermarking numerical data) có các nghiên c u

c a R Agrawaland J Kiernan: Watermarking Relational Databases VLDB,

2002

Gi thi t c b n c a nghiên c u này là ch p nh n m t l ng thay đ i

v i các s nh ξ bit ít ý ngh a nh t c a các giá tr d li u ki u s

Ý t ng c b n là ph i đ m b o r ng các v trí bit nhúng đó có ch a các giá tr đ c tr ng đ có th xác đ nh đ c b i khoá bí m t K

nh n d ng l i thu vân đã nhúng, ng i ta đã ti n hành so sánh các giá tr đánh d u đ c tính toán v i các giá tr bit đã l u trong c s d li u Thu vân đ c nh n d ng n u t l ph n tr m trùng l p l n h n m t ng ng

T nào đó cho tr c

b) Watermarking categorical data có các nghiên c u c a

+ R Sion: Proving ownership over categorical data ICDE 2004 + E Bertino, B.C Ooi, Y.Yang, and R Deng: Privacy and ownership preserving of outsourced medical data ICDE 2005

Ý t ng c b n c a các nghiên c u này là: đ i v i m i nhóm thu c tính

X nào đó, thay đ i m t s giá tr c a thu c tính này thành các giá tr khác sao cho các thay đ i này là ch p nh n đ c Các thay đ i này s tu thu c vào

t ng ng d ng c th

2.2.2 Theo ki u bi n d ng (Distortion)

Ba nhà khoa h c Y Li, H Guo, và S Jajodia công b công trình

“Tamper Detection and Localization for Categorical Data Using Fragile Watermarks”, DRM 2004

Ý t ng c b n c a nghiên c u này là: T t c các b đ c phân ho ch

vân (watermark) khác đ c nhúng vào m i nhóm, vì v y b t k m t thay đ i nào trên d li u đ u có th đ c nh n d ng và đ nh v v i đ chính xác cao

t i c p nhóm

2.2.3 Theo đ nh y (Sensitivity)

H th ng thu vân có th đ c phân thành hai d ng là b n v ng và d

b phá hu thông qua đ nh y c a chúng đ i v i các t n công c s d li u + Thu vân b n v ng (Robust watermarks) đ c s d ng cho b o v

b n quy n, ch ng mình quy n s h u, ho c ch ng l i s sao chép l u

+ Thu vân d b phá hu (Fragile watermarks) đ c s d ng đ đ nh

Thu vân đ c tính toán b ng cách b m t t c các b thành các nhóm

B t k thay đ i nào t i d li u đ u có th đ c nh n d ng chi ti t đ n

m c nhóm d li u v i t l thành công/l i là 1 2lng!

*) Các tác gi H Guo, Y Li, A Liu, và S Jajodia v i công trình “A Fragile Watermarking Scheme for Detecting Malicious Modifications of Database Relations” IS 2006

óng góp c a công trình này là c i thi n đ chính xác khi xác đ nh v trí làm gi trong d li u

2.2.4 Theo thông tin thu vân (watermark information)

a) Nhúng m t bit đ n nhi u bit

R Sion, M Atallah, và S Prabhakar v i công trình “Rights Protection for Relational Data” SIGMOD 2003

Thu vân m t t p các s th c b ng cách thay đ i các phân ph i c a nó

Ph ng pháp này đ c th c hi n b ng cách:

+ S p x p các giá tr thông qua khoá đ c b m c a t p các bit ý ngh a

nh t c a các giá tr đã đ c chu n hoá

+ Phân ho ch chúng thành các t p con không giao nhau

+ Nhúng m t bit thu vân vào m t t p con b ng cách th c hi n các thay đ i r t nh , nh v y các đ u ra trong phân ph i là nh h n (ho c l n

h n) m t ng ng nh (ho c l n) nào đó

b) Nhúng t nhi u bit đ n c m t d u vân tay

Y Li, V Swarup, và S Jajodia v i công trình “Fingerprinting Relational Databases: Schemes and Specialties” TDSC 2005 c đi m c a

ph ng pháp là:

+ nh danh đ i t ng s d ng d li u

+ Nhi u bit fingerprint đ c s d ng đ xác đ nh đ i t ng ng i dùng nào là k gian l n

c) Nhúng m t thu vân đ n nhi u thu vân

Y Li, H Guo, và S Wang công b công trình nghiên c u “A Multi-Bit Watermark for Relational Data” JDM 2007

Công trình này gi i quy t đ c các gi thi t đ t ra nh sau:

+ K gi m o c tình chèn thêm thu vân khác n a vào d li u đã đ c thu vân

+ M t nhóm ng i dùng mu n nhúng thu vân riêng c a m i ng i vào d li u và xác minh l i quy n s h u c a h m t cách đ c l p

Gi i pháp c a nghiên c u này đ a ra là: M r ng nghiên c u c a Agrawal và Kiernan là nhúng nhi u thu vân khác nhau W1, W2, W3,… vào

+ Ng i ch s h u d li u s d ng m t khoá công khai đ th c hi n

m t thu vân công khai Vì v y b t k ai c ng có th s d ng các khoá công khai này đ nh n d ng thu vân đã nhúng

Gi i pháp c a tác gi đ a ra là:

+ Công khai khoá

+ Thu vân (công khai): Khoá chính, bit ý ngh a nh t đ c ch n (most significant bit)

+ D u xác th c: S hi u ch s h u (owner ID), khoá thu vân (key), hàm b m, th i đi m t o d li u, tính pháp lý, thu c l nh v c nào

2.2.6 Theo c u trúc d li u (Data structure)

a) S d ng khoá chính o (Virtual primary key)

Y Li, V Swarupand S Jajodia v i công trình “Constructing a Virtual Primary Key for Fingerprinting Relational Data” DRM 2003

Gi i quy t v n đ đ t ra là: Nhi u l c đ thu vân đ u d a vào s t n

t i c a khoá chính, đi u này t n t i m t s nh c đi m nh sau:

+ Không th áp d ng thu vân tr c ti p v i nh ng quan h mà không

+ Nh c đi m c a ph ng pháp này là làm t ng g p đôi nguy c th t

b i khi nh n d ng l i thu vân đã nhúng b i vì, khi tao ra thêm m t khoá chính o, m t s bit thu vân s đ c nhúng ít l n h n các bit khác vào d

li u i u này làm gia t ng kh n ng th t b i trong nh n d ng thu vân n u b

t n công

b) X lý d li u theo kh i (Data cube)

J Guo, Y Li, R Deng, và K Chen công b công trình “Rights Protection for Data Cubes” ISC 2006