Nghiên cứu và cải tiến một số kỹ thuật giấu thông tin trong môi trường ảnh

Một số vấn đề cơ bản về giấu thông tin trong ảnh Đề cập tới những kiến thức cơ bản liên quan đến các kỹ thuật giấu tin trong ảnh như: hệ thống thị giác người và các mô hình màu cho ảnh;

trường đại học bách khoa hà nội

Dương Đức Hải

nghiên cứu và cải tiến

trường đại học bách khoa hà nội

Dương Đức Hải

nghiên cứu và cải tiến

Luận văn thạc sỹ Khoa Học Chuyên ngành Công nghệ thông tin

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS Nguyễn Ngọc Bình

Trường Đại học Bách Khoa Hà Nội

Hà Nội – Năm 2004

danh môc c¸c ch÷ viÕt t¾t

3 DCT Discrete Cosine Transformation

6 GIF Graphics Interchanger Format

9 JPEG Joint Photograph Expert Group

10 LSB Least Significant Bit

11 RSA Rivets - Shamir - Adleman

13 TIFF Targed Image File Format

C¸c danh môc

danh môc c¸c b¶ng

Số

1 1.1 Phân biệt giữa Steganography với Watermark 18

5 2.3 Sự khác nhau giữa giấu thông tin trong ảnh đen trắng

6 2.4 Số bit biểu diễn một điểm ảnh của một số loại ảnh 40

7 3.1 Số bit biểu diễn một điểm ảnh của một số loại ảnh 57

8 3.2 Kết quả thực nghiệm giấu tin bằng kỹ thuật DCT

10 4.1 So sánh hiệu quả của hai giải thuật cài đặt 95

11 5.1 So sánh hệ DataHiding & hệ The Third Eye 99

danh môc c¸c h×nh vÏ

Số

1 1.1 Phân cấp các lĩnh vực nghiên cứu của mật mã học 10

2 1.2 Phân loại các kỹ thuật giấu tin theo hai khuynh hướng

3 1.3 Lược đồ chung cho quá trình giấu thông tin 18

8 2.1 Bảng mầu cơ sở của Paint Shop Pro đã sắp thứ tự 32

10 2.3 Phương pháp quét dải các dòng liên tiếp 32

12 2.5 So sánh ảnh đen trắng gốc và ảnh đã giấu tin 38

18 3.4 Quan hệ láng giềng của các điểm ảnh trong khối bit 49

19 3.5 Minh họa phép AND giữa các cặp bit của hai ma trận 50

20 3.6 Minh họa phép XOR giữa các cặp bit của hai ma trận 50

22 3.8 Một số phương pháp trượt ma trận khóa trên các khối

23 3.9 Minh họa một ma trận ảnh, ma trận khóa và ma trận

26 3.12 Minh họa kỹ thuật giấu tin vào các điểm LSB 59

C¸c danh môc

Số

27 3.13 Giải thuật nhúng tin bằng kỹ thuật DCT 68

28 3.14 Giải thuật giải tin bằng kỹ thuật DCT 69

29 4.1 Thuật toán giấu tin trực tiếp vào điểm ảnh 77

30 4.2 Thuật toán giải tin theo phương pháp giấu trực tiếp

31 4.3 Thuật toán CPT áp dụng cho ảnh mầu và ảnh đa cấp

xám

79

33 4.5 Sơ đồ phân cấp chức năng của ứng dụng DataHiding 84

34 4.6 Giao diện chính của ứng dụng DataHiding 84

35 4.7 Giao diện lựa chọn thông số giấu tin theo phương pháp

36 4.8 Giao diện lựa chọn giấu tin theo phương pháp CPT 86

38 4.10 Giao diện giới thiệu về ứng dụng 87

39 4.11 Giao diện thông báo giấu tin thành công 87

40 4.12 Giao diện thông báo giải tin thành công 87

41 4.13 Một số thông báo lỗi điển hình của ứng dụng 88

42 4.14 Ảnh kết quả thực nghiệm giấu 2.69 MB thông tin vào

43 4.15 Kết quả thực nghiệm giấu 2.69MB thông tin vào ảnh

48 4.20 So sánh ảnh hoa hồng trước khi giấu và sau khi được

54 4.26 Kết quả thực nghiệm dung lượng giấu tin 93

55 5.1 Kết quả thực nghiệm so sánh hệ DataHiding và The

Third Eye

99

1.7 Các tấn công và biện pháp khăc phục của kỹ thuật giấu

Chương 2 Một số vấn đề cơ bản về giấu thông tin trong ảnh 27 2.1 Giấu thông tin trong ảnh, những đặc trưng và tính chất 27

2.3 Giấu thông tin trong ảnh đen trắng, ảnh mầu và ảnh đa

cấp xám

36

2.4 Một số tiêu chí đánh giá kỹ thuật giấu thông tin trong ảnh số 38

Chương 3 Một số thuật toán giấu tin trong ảnh 45

3.2 Thuật toán thay thế bit có trọng số thấp nhất LSB ( Least

Chương 4 Triển khai ứng dụng 74

Më ®Çu

Cuộc cách mạng thông tin kỹ thuật số đã đem lại những thay đổi sâu sắc trong xã hội và trong cuộc sống của chúng ta Bên cạnh những thuận lợi

mà thông tin kỹ thuật số mang lại cũng sinh ra những thách thức và cơ hội

mới 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 v.v đã thúc đẩy khả năng sáng tạo, xử lý và thưởng thức các dữ liệu đa

phương tiện (multimedia data) Mạng Internet toàn cầu đã tạo ra những cơ

cấu ảo - nơi diễn ra các quá trình trao đổi thông tin trong mọi lĩnh vực chính trị, quân sự, quốc phòng, kinh tế, thương mại…Và chính trong môi trường

mở và tiện nghi như thế xuất hiện những vấn nạn, tiêu cực đang rất cần các giải pháp hữu hiệu nhằm đảm bảo an toàn thông tin, chống lại các nạn ăn cắp bản quyền, xuyên tạc thông tin, truy nhập thông tin trái phép v.v Việc 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 tạo ra những cơ hội phát triển mới

Nhiệm vụ của luận văn này là tìm hiểu và trình bầy một số kỹ thuật giấu thông tin mật trong môi trường ảnh tĩnh, một trong những giải pháp hiện đang được quan tâm để đảm bảo an toàn thông tin trên mạng nói riêng

và trong lĩnh vực bảo mật thông tin nói chung Luận văn chia thành 5 chương:

Chương 1 Tổng quan về các phương pháp bảo mật thông tin

Giới thiệu tổng quan về lĩnh vực giấu tin trong ảnh: từ lịch sử phát triển đến những phương pháp giấu tin đang ứng dụng hiện nay Chương này cũng nêu các định nghĩa, phân loại, mô hình và những ứng dụng cơ bản của các kỹ thuật giấu tin Xem xét đánh giá độ an toàn, các tấn công với các hệ giấu tin và một số biện pháp khắc phục các tấn công

Chương 2 Một số vấn đề cơ bản về giấu thông tin trong ảnh

Đề cập tới những kiến thức cơ bản liên quan đến các kỹ thuật giấu tin trong ảnh như: hệ thống thị giác người và các mô hình màu cho ảnh; Các kỹ thuật biểu diễn ảnh trên máy tính và một số định dạng ảnh thông dụng; Các

kỹ thuật xử lý điểm ảnh; Xem xét đánh giá một số hệ giấu tin trong ảnh

Më ®Çu

Chương 3 Một số thuật toán giấu tin trong ảnh

Nghiên cứu và trình bày một số kỹ thuật giấu tin trong ảnh: Giấu thông tin trong khối bít; Thay thế bit có trọng số thấp nhất; Giấu thông tin trên miền tần số; Thông qua nghiên cứu các thuật toán đưa ra một số các hạn chế của các kỹ thuật giấu tin trong môi trường ảnh

Chương 4 Triển khai ứng dụng

Trình bầy thiết kế và cài đặt một hệ giấu tin trong ảnh dựa trên việc cải tiến hai thuật toán CPT và LSB Các kết quả và đánh giá dựa trên kết quả thử nghiệm của hệ nhằm ứng dụng vào giải quyết một bài toán thực tế: Chuyển phát đề thi

Chương 5 Tổng kết và đánh giá

Nêu các nhận xét, các kết quả đã thực hiện được và phương hướng phát triển của đề tài

Tác giả luận văn bày tỏ lòng kính trọng và biết ơn sâu sắc tới PGS.TS

Nguyễn Ngọc Bình – Người thầy đã chỉ ra hướng đi đúng, đã tận tình

hướng dẫn để tác giả hoàn thành luận văn Tác giả chân thành cảm ơn các Thầy Cô, bè bạn và người thân đã động viên và giúp đỡ trong suốt qua trình nghiên cứu, triển khai đề tài

Vì trình độ có hạn, luận văn không thể tránh khỏi những sai sót Tác giả kính mong nhận được những góp chân thành để luận văn ngày một hoàn thiện

chương 1 giới thiệu Tổng quan

Cuộc cỏch mạng thụng tin kỹ thuật số đó đem lại những thay đổi sõu sắc trong xó hội và trong cuộc sống của chỳng ta Bờn cạnh những thuận lợi

mà thụng tin kỹ thuật số mang lại cũng sinh ra những thỏch thức và cơ hội

mới Sự ra đời những phần mềm cú tớnh năng rất mạnh, cỏc thiết bị mới như

mỏy ảnh kỹ thuật số, mỏy quột chất lượng cao, mỏy in, mỏy ghi õm kỹ thuật

số v.v đó thỳc đẩy khả năng sỏng tạo, xử lý và thưởng thức cỏc dữ liệu đa

phương tiện (multimedia data) Mạng Internet toàn cầu đó tạo ra những cơ

cấu ảo - nơi diễn ra cỏc quỏ trỡnh trao đổi thụng tin trong mọi lĩnh vực chớnh trị, quõn sự, quốc phũng, kinh tế, thương mại Và chớnh trong mụi trường

mở và tiện nghi như thế xuất hiện những vấn nạn, tiờu cực đang rất cần cỏc giải phỏp hữu hiệu nhằm đảm bảo an toàn thụng tin, chống lại cỏc nạn ăn cắp bản quyền, xuyờn tạc thụng tin, truy nhập thụng tin trỏi phộp v.v Việc tỡm giải phỏp cho những vấn đề này khụng chỉ giỳp ta hiểu thờm về cụng nghệ phức tạp đang phỏt triển rất nhanh này mà cũn tạo ra những cơ hội phỏt triển mới

Giải phỏp nào cho những vấn đề trờn ?

Trong một thời gian dài, nhiều phương phỏp bảo vệ thụng tin đó được đưa ra, trong đú giải phỏp dựng mật mó được ứng dụng rộng rói nhất Cỏc hệ

mó đó được phỏt triển nhanh chúng và được ứng dụng rất phổ biến Thụng tin ban đầu sẽ được mó hoỏ thành cỏc kớ hiệu vụ nghĩa, sau đú sẽ được lấy lại thụng qua việc giải mó nhờ khoỏ của hệ mó Đó cú nhiều hệ mó phức tạp

và hiệu quả được sử dụng như DES, RSA, KNAPSACK [4]

Trong khuụn khổ của luận văn tốt nghiệp này, chỳng ta khụng nghiờn cứu về cỏc hệ mó mật mà chỉ tỡm hiểu về một phương phỏp đó và đang được nghiờn cứu và ứng dụng mạnh mẽ ở nhiều nước trờn thế giới Đú là phương phỏp giấu tin (data hiding) - đõy là phương phỏp mới đang được xem như

một cụng nghệ chỡa khoỏ cho vấn đề bảo vệ bản quyền, xỏc nhận thụng tin

và điều khiển truy cập, ứng dụng trong an toàn và bảo mật thụng tin

Giả sử ta cú đối tượng cần bảo mật R (một văn bản, một tấm bản đồ hoặc một tệp õm thanh ) Nếu dựng phương phỏp mó hoỏ để bảo mật R ta

sẽ thu được bản mật mó của R là R’ chẳng hạn Thụng thường, R’ mang

những giỏ trị “vụ nghĩa” và chớnh điều này làm cho đối phương nghi ngờ và

chương 1 giới thiệu tổng quan

tỡm mọi cỏch thỏm mó Ngược lại, nếu dựng phương phỏp giấu R vào một

đối tượng khỏc, một bức ảnh F chẳng hạn ta sẽ thu được bức ảnh F’ hầu

như khụng sai khỏc với F Sau đú chỉ cần gửi ảnh F’ cho người nhận Để

lấy ra bản tin R từ ảnh F’ ta khụng cần ảnh gốc F Xem như vậy, khi đối phương bắt được tấm ảnh F’ nếu đú là ảnh lạ (ảnh cỏ nhõn, ảnh phong cảnh

của những nơi khụng nổi tiếng) thỡ khú nảy sinh nghi ngờ về khả năng chứa

tin mật trong F’

Như vậy, sự khỏc biệt giữa mó hoỏ thụng tin và giấu thụng tin là mức

độ lộ liễu của đối tượng mang tin mật Nếu ta phối hợp hai phương phỏp trờn thỡ mức độ lộ liễu được giảm đến mức tối đa, đồng thời độ an toàn cũng

được nõng cao Chẳng hạn, ta cú thể mó hoỏ R thành R’ sau đú mới giấu R’ vào ảnh F để thu được ảnh F’ Túm lại, giấu thụng tin và hệ mó mật cú quan

hệ mật thiết với nhau, cựng xõy dựng nờn một hệ thống an toàn và bảo mật thụng tin

Hỡnh 1.1 Phõn cấp cỏc lĩnh vực nghiờn cứu của mật mó học

1.1 Sơ lược về lịch sử giấu tin

Từ Steganography bắt nguồn từ Hi Lạp và được sử dụng cho tới ngày

nay, nú cú nghĩa là tài liệu được phủ (covered writing) hoặc viết bớ mật Cỏc cõu chuyện kể về kỹ thuật giấu thụng tin được truyền qua nhiều thế hệ Cú lẽ những ghi chộp sớm nhất về kỹ thuật giấu thụng tin (thụng tin được hiểu theo nghĩa nguyờn thủy của nú) thuộc về sử gia Hy-Lạp Herodotus Khi bạo chỳa Hy-Lạp Histiaeus bị vua Darius bắt giữ ở Susa vào thế kỷ thứ năm

trước Cụng nguyờn, ụng ta đó gửi một thụng bỏo bớ mật cho con rể của mỡnh

là Aristagoras ở Miletus Histiaeus đó cạo trọc đầu của một nụ lệ tin cậy và xăm một thụng bỏo trờn da đầu của người nụ lệ ấy Khi túc của người nụ lệ này mọc đủ dài người nụ lệ được gửi tới Miletus

Một câu chuyện khác về thời Hy-Lạp cổ đại cũng do Herodotus ghi lại Môi trường để ghi văn bản chính là các viên thuốc được bọc trong sáp ong Demeratus, một người Hy-Lạp, cần thông báo cho Sparta rằng Xerxes định xâm chiếm Hy-Lạp Để tránh bị phát hiện, anh ta đã bóc lớp sáp ra khỏi các viên thuốc và khắc thông báo lên bề mặt các viên thuốc này, sau đó bọc lại các viên thuốc bằng một lớp sáp mới Những viên thuốc được để ngỏ và lọt qua mọi sự kiểm tra một cách dễ dàng

Mực không màu là phương tiện hữu hiệu cho bảo mật thông tin trong một thời gian dài Người Romans cổ đã biết sử dụng những chất sẵn có như

nước quả, nước tiểu và sữa để viết các thông báo bí mật giữa những hàng văn tự thông thường Khi bị hơ nóng, những thứ mực không nhìn thấy này trở nên sẫm màu và có thể đọc dễ dàng Mực không màu cũng được sử dụng rất gần đây, như trong thời gian chiến tranh Thế giới II

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 hoá thông tin và sự phát triển nhanh chóng của mạng truyền thông là nguyên nhân chính dẫn đến sự thay đổi này Những phiên bản sao chép hoàn hảo, các kỹ thuật thay thế, sửa đổi tinh vi, cộng với sự lưu thông phân phối trên mạng của các dữ liệu đa phương tiện đã sinh ra nhiều vấn đề nhức nhối về nạn ăn cắp bản quyền, phân phối bất hợp pháp, xuyên tạc trái phép

1.2 Định nghĩa và phân loại

1.2.1 Các định nghĩa [18]

Định nghĩa 1: Giấu thông tin

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

Kỹ thuật giấu thông tin chủ yếu hướng vào hai mục đích sau đây: 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

chương 1 giới thiệu tổng quan

Khuynh hướng thứ nhất là giấu tin mật (steganography) Khuynh

hướng này tập trung vào cỏc kỹ thuật giấu tin sao cho thụng tin giấu được nhiều và quan trọng là làm người khỏc khú phỏt hiện được một đối tượng cú được giấu tin bờn trong hay khụng

Khuynh hướng thứ hai là thuỷ võn số (watermark) Khuynh hướng

thuỷ võn số cú miền ứng dụng lớn hơn nờn được quan tõm nghiờn cứu nhiều hơn và thực tế đó cú rất nhiều kỹ thuật thuộc về khuynh hướng này Thuỷ võn số tập trung vào việc sử dụng kỹ thuật giấu tin, dựng thụng tin giấu để bảo vệ sản phẩm thụng tin số như ảnh, audio hay video Nổi bật nhất là ứng dụng trong bảo vệ bản quyền

Định nghĩa 1 mang tớnh tổng quỏt về giấu tin Xột riờng trong kỹ thuật giấu tin mật, những định nghĩa sau đõy cụ thể hơn và được chia theo cỏc hệ giấu tin mật Theo đú, cỏc hệ thống giấu tin mật cú thể chia thành ba loại như:

Định nghĩa 2: Giấu tin thuần tuý (Pure Steganography)

Một bộ 4 σ(C,M,D,E), trong đú C là tập cỏc phương tiện chứa thụng tin cần giấu, M là tập thụng điệp cần giấu với |C|≥|M|, E: CìM → C là một hàm nhỳng thụng điệp M vào phương tiện chứa C và D: C → M là hàm giải tin sao cho D(E(c,m)) = m với mọi m ∈ M, c ∈ C được gọi là một hệ Pure Steganography

Định nghĩa 3: Giấu tin dựng khoỏ bớ mật (Secret key Steganography)

Một bộ 5 σ(C,M,K,D k ,E k ), trong đú C là tập cỏc phương tiện chứa thụng tin cần giấu, M là tập thụng điệp cần giấu với |C|≥|M|, K là một tập khoỏ bớ mật, E k : CìMìK → C là một hàm nhỳng thụng điệp M vào phương

tiện chứa C sử dụng khoỏ K và D k : C ì K→ M là hàm giải tin sao cho

D k (E k (c,m,k),k) = m với mọi m ∈ M, c ∈ C và k ∈ K được gọi là một hệ Secret Key Stegangraphy

Định nghĩa 4: Giấu tin dựng khoỏ cụng khai (Public Key Steganography)

Giống như là hệ mó mật khoỏ cụng khai, hệ giấu tin mật khoỏ cụng khai khụng sử dụng việc truyền khoỏ bớ mật mà sử dụng hai khoỏ là khoỏ bớ mật và khoỏ cụng khai Khoỏ cụng khai được lưu trong cơ sở dữ liệu cụng cộng Được sử dụng trong quỏ trỡnh giấu tin Cũn khoỏ bớ mật được sử dụng trong quỏ trỡnh giải tin

1.2.2 Phân loại kỹ thuật giấu tin

Do kỹ thuật giấu thông tin số mới được hình thành trong thời gian gần đây nên xu hướng phát triển vẫn chưa ổn định Nhiều phương pháp mới, theo nhiều khía cạnh khác nhau đang và sẽ được đề xuất, bởi vậy một định nghĩa chính xác, một sự đánh giá phân loại rõ ràng chưa thể có được Một số tác giả đã đưa ra các cách đánh giá phân loại và các định nghĩa, nhưng không lâu sau lại có các định nghĩa khác, một sự phân loại khác được đề xuất Sơ đồ phân loại trên hình 1.2 được Fabien A P Petitcolas đề xuất năm

liệu ra làm hai hướng lớn, đó là watermarking và steganography Nếu như

watermark quan tâm nhiều đến các ứng dụng giấu các mẩu tin ngắn nhưng đòi hỏi độ bền vững cao của thông tin cần giấu đối với các biến đổi thông

thường của tệp dữ liệu môi trường thì steganography lại quan tâm tới các ứng dụng che giấu các bản tin với độ mật và dung lượng càng lớn càng tốt Đối với từng hướng lớn này, quá trình phân loại có thể tiếp tục theo các tiêu

Infomation hiding

Giấu thông tin

Robust Copyright marking

Thuỷ vân bền vững

Imperceptible Watermarking

Thuỷ vân “dễ vỡ”

Visible Watermarking

Thuỷ vân hiển

Intrinsic

Giấu tin có xử lý Giấu tin đơn thuần Pure

chương 1 giới thiệu tổng quan

chớ khỏc, vớ dụ dựa theo ảnh hưởng cỏc tỏc động từ bờn ngoài cú thể chia watermark thành hai loại, một loại bền vững với cỏc tỏc động sao chộp trỏi phộp, loại thứ hai lại cần tớnh chất hoàn toàn đối lập: phải dễ bị phỏ huỷ trước cỏc tỏc động núi trờn Cũng cú thể chia watermark theo đặc tớnh, một loại cần được che giấu để chỉ cú một số những người tiếp xỳc với nú cú thể thấy được thụng tin, loại thứ hai đối lập, cần được mọi người nhỡn thấy

1.2.2.1 Thủy võn (Watermark)

Thủy võn là một lượng thụng tin nhỏ được nhỳng vào một sản phẩm

số nhằm đảm bảo an toàn dữ liệu cho sản phẩm đú như trong những ứng dụng chứng thực thụng tin, bảo vệ bản quyền, phỏt hiện xuyờn tạc Trong thực tế, thủy võn thường là một Logo, thụng tin tỏc giả, mó sản phẩm

Những đặc trưng quan trọng của watermark là khả năng bền vững sau cỏc biến dạng thụng thường của mụi trường, khả năng chống lại sự tấn cụng,

cú thể cựng tồn tại với những watermark khỏc và yờu cầu một thuật toỏn tốt theo nghĩa độ phức tạp tớnh toỏn nhỏ, nhất là giai đoạn khụi phục thụng tin

Sự quan trọng tương đối của những đặc trưng này núi chung phụ thuộc vào cỏc ứng dụng cụ thể Sau đõy là cỏc tớnh chất chung của watermark

- Tớnh vụ hỡnh (Invisibility): watermark phải khụng gõy ra bất kỳ sự chỳ ý nào cũng như khụng làm giảm chất lượng của tệp dữ liệu mụi trường Đặc biệt, dữ liệu watermark trước và sau quỏ trỡnh nhỳng và giải tin phải giống nhau

- Tớnh bền vững (Robust): Những tệp õm thanh, hỡnh ảnh và video vỡ

lý do nào đú cú thể được biến đổi theo một phộp xử lý số Vớ dụ như việc thay đổi độ tương phản cỏc tệp video, điều chỉnh õm sắc cho cỏc tệp õm thanh một watermark phải đủ bền vững trước những biến đổi thụng thường như vậy Tớnh bền vững được thể hiện: watermark vẫn cũn hiện hữu trong dữ liệu sau cỏc biến dạng thụng thường và cỏc cụng cụ đọc watermark

cú thể phỏt hiện ra nú dễ dàng

- Tớnh dễ vỡ (Fragility): Trong một số ứng dụng, thủy võn cần đến

đặc trưng ngược với bền vững đú là “dễ vỡ”, tớnh dễ vỡ thể hiện qua sự thay đổi, biến dạng của thủy võn dưới tỏc động của một phộp biến đổi nào đú Vớ

dụ cỏc watermark trong cổ phiếu, tiền hay húa đơn và cỏc giấy tờ quan trọng phải được phỏ hủy trong mọi bản sao bất hợp lệ Thuộc tớnh này của watermark gọi là tớnh dễ vỡ

- Khả năng chống giả mạo (Tamper – resistance): Đây là khả năng

tồn tại của thủy vân trước mọi dự định nhằm loại bỏ và thay thế chúng, ngoài nghĩa bền vững chống lại những sự biến dạng tín hiệu trong các xử lý bình thường Tuy nhiên, đây là một yêu cầu khó khăn vì một tấn công được coi là đạt hiệu quả khi loại bỏ watermark mà không thay đổi chất lượng của

dữ liệu vỏ

- Phụ thuộc khóa (Key restrictions): Đây là sự phân biệt theo giới

hạn khả năng truy cập Các giải thích, thông báo mô tả trong watermark phải sẵn sàng được phát hiện bởi càng nhiều cơ chế dò tìm watermark càng tốt Ngược lại, những watermark phục vụ mục đích riêng tư như chữ ký số, đánh giấu bản quyền lại cần được che đậy ở một mức nhất định nào đó Người

ta phân biệt sự khác nhau đó bởi mức độ giới hạn của khóa và phân chia watermark thành watermark khóa không giới hạn và watermark khóa hạn chế Đương nhiên một giải thuật khóa không giới hạn phải kháng cự trước một sự tấn công quyết liệt hơn một giải thuật khóa hạn chế

- Biến thể và watermark kép (Modification and Multiple watermark):

trong đa số các ứng dụng cần thiết phải có sự phân biệt giữa dữ liệu có chứa watermark và dữ liệu không chứa watermark Lỗi phát hiện sai của hệ thống

dò tìm watermark là sác xuất mà nó xác định nhầm dữ liệu không chứa watermark thành có chứa watermark Mức độ nghiêm trọng của lỗi như vậy phụ thuộc vào các ứng dụng cụ thể Trong một số ứng dụng, lỗi này có thể là thảm họa, ví dụ trong việc điều khiển trong việc chống sao chép cho đĩa DVD; thiết bị sẽ từ chối chơi Video từ một đĩa nó tìm thấy một watermark nói rằng dữ liệu không được phép sao chép Những lỗi như vậy hiếm khi xảy ra, tuy nhiên nếu có, nó sẽ để lại một ảnh hưởng nghiêm trọng tới thị trường của các nhà sản xuất và phát hành Những dự chi ngân sách hàng triệu USD đang được dành cho các công ty thiết kế phương pháp watermark

có xác suất sai nhầm nhỏ

- Chi phí tính toán (Computational cost): Chi phí này xảy ra trong cả quá trình nhúng và phát hiện watermark Tuy nhiên, chi phí của phát hiện watermark thường quan trọng hơn, đặc biệt là việc phát hiện ra watermark trong các ứng dụng Video thời gian thực hoặc âm thanh

- Tính tiêu chuẩn (Standards): Trong công nghệ watermark có những

ứng dụng cần được tiêu chuẩn hóa để sử dụng được trong phạm vi toàn cầu,

chương 1 giới thiệu tổng quan

vớ dụ tiờu chuẩn cho watermark DVD Hệ thống bảo vệ chống sao chộp dựa vào watermark được tớch hợp ngay vào thiết bị đọc đĩa

- Độ tin cậy (Reliability): Thiết bị cứng hoặc phần mềm cú khả năng

phỏt hiện thụng tin che giấu được gọi là bộ dũ tỡm Gọi “lỗi phỏt hiện sai ”

là xỏc suất phỏt hiện sai nhầm cỏc thụng tin che giấu Thống kờ cho thấy cỏc

bộ dũ tỡm thường mắc phải cỏc lỗi sau:

+ Bộ dũ tỡm phỏt hiện thấy tớn hiệu watermark trong một mụi trường

khụng giấu thụng tin Người ta núi bộ dũ tỡm cú lỗi sai dương tớnh (false

positive error)

+ Ngược lại với trường hợp núi trờn, nếu bộ dũ tỡm khụng phỏt hiện được tớn hiệu watermark trong một mụi trường cú giấu thụng tin Người ta

núi bộ dũ tỡm cú lỗi sai õm tớnh (false negative error)

+ Trường hợp phỏt hiện được tớn hiệu watermark nhưng sai nội dung người ta núi bộ dũ tỡm cú lỗi sai bit

Một bộ dũ tỡm được gọi là cú độ tin cậy cao nếu như nú ớt mắc phải cỏc lỗi trờn đõy

1.2.2.2 Giấu tin mật (Steganography)

Steganography – giấu một thụng tin vào một thụng tin khỏc Đú là một phương phỏp phần nào tương tự với truyền thụng qua kờnh thụng tin bớ mật, truyền thụng an toàn bằng kỹ thuật trải phổ một thụng bỏo được mó húa cú thể gõy ra sự hoài nghi trong khi một thụng tin được giấu thỡ trỏnh được điều đú

Steganography vừa là nghệ thuật vừa là khoa học của truyền thụng bớ mật Khỏc với mật mó nơi mà người thỏm mó cú được bản mó và cú thể giải

mó, mục đớch của Steganography là che giấu những thụng điệp bờn trong những thụng tin khỏc mà khụng làm ảnh hưởng đỏng kể đến chất lượng của thụng tin gốc; và bằng một cỏch thức nào đú sao cho người khụng cú thẩm quyền khụng thể phỏt hiện hoặc phỏ hủy chỳng

Steganography cú cỏc đặc điểm sau:

- Dung lượng giấu tin (Hiding Capacity): Khả năng giấu tin được

đỏnh giỏ theo mối liờn quan giữa lượng thụng tin cú thể giấu với kớch thước

của dữ liệu môi trường Dung lượng thông tin giấu phụ thuộc vào từng ứng dụng cụ thể

- Tính trong suốt đối với tri giác (Perceptual Transparency): Việc

giấu thông tin vào ảnh nguồn gây ra một số nhiễu trên ảnh nguồn Điều này

có thể giải thích như sau: việc giấu thông tin được thực hiện bằng cách thay đổi giá trị một số các bít không quan trọng, điều này có thể gây ra một chút nhiễu cho ảnh môi trường Nếu môi trường ban đầu hoàn toàn không có nhiễu thì việc giấu tin coi như thất bại, ngược lại các nhiễu được tạo ra sau khi giấu thông tin sẽ không phân biệt được với các nhiễu vốn có sẵn của môi trường, chính tính trong suốt được thể hiện ở điểm này

- Tính bền vững (Robust): Tính bền vững thể hiện qua việc các thông

tin giấu không bị thay đổi khi ảnh môi trường bị tác động bởi các phép xử

Tính bền vững rất quan trọng trong việc bảo vệ bản quyền watermark

vì người vi phạm bản quyền sẽ tìm cách lọc và hủy bỏ các watermark được nhúng trong ảnh Hiện đã có các phần mềm chống lại watermark thực hiện việc loại bỏ các watermark một cách có hiệu quả [12,20] thậm chí kỹ thuật này còn có thể loại bỏ được cả những thông tin nhúng trong ảnh

- Khả năng chống giả mạo (Tamper - resistance): Khả năng chống

giả mạo nói tới sự khó khăn khi đối phương định thay thế hoặc làm giả mạo một thông tin nhúng trong ảnh, chẳng hạn khi người vi phạm bản quyền thay thế một giấu bản quyền của người khác bằng một quyền sở hữu hợp lệ của

chương 1 giới thiệu tổng quan

mỡnh Một ứng dụng đũi hỏi cú tớnh bền vững cao thường cũng đũi hỏi khả năng mạnh chống tớnh giả mạo

- Một số đặc điểm khỏc: kỹ thuật giấu tin cũn một số đặc điểm khỏc,

chẳng hạn việc mó húa và giải mó đũi hỏi tớnh toỏn phức tạp Ngoài ra một

số đặc điểm cũn tựy theo cỏc yờu cầu đối với từng ứng dụng độc lập

1.2.2.3 Những khỏc biệt giữa Steganography với Watermarking

Bảng 1.1 Phõn biệt giữa Steganography và Watermarking

Steganography Watermarking

- Tập trung vào việc giấu được càng

nhiều thụng tin càng tốt, ứng dụng trong

truyền dữ liệu thụng tin mật

- Cố gắng làm nhỏ nhất những ảnh

hưởng đến chất lượng của đối tượng vỏ

để khụng bị chỳ ý đến dữ liệu đó được

giấu trong đú

- Thay đổi stego-object cũng làm cho

dữ liệu giấu bị sai lệch (nhất là ứng dụng

trong nhận thực thụng tin)

- Khụng cần giấu nhiều thụng tin, chỉ cần lượng thụng tin nhỏ đặc trưng cho bản quyền của người sở hữu

- Trong trường hợp thuỷ võn nhỡn thấy thỡ thuỷ võn sẽ hiện ra

- Thuỷ võn phải bền vững với mọi tấn cụng cú chủ đớch hoặc khụng cú chủ đớch vào sản phẩm

1.3 Mụ hỡnh cơ bản của kỹ thuật giấu tin

Mụ hỡnh của kỹ thuật giấu tin cơ bản được trỡnh bày trờn hai hỡnh vẽ sau:

Hỡnh 1.3 biểu diễn quỏ trỡnh giấu thụng tin cơ bản Phương tiện chứa bao gồm cỏc đối tượng được dựng làm mụi trường để giấu tin như văn bản, ảnh, audio, video…, dữ liệu giấu là một lượng thụng tin mang ý nghĩa nào

đú, tuỳ thuộc vào mục đớch của người sử dụng Thụng tin sẽ được giấu vào trong phương tiện chứa nhờ một bộ nhỳng, bộ nhỳng là những chương trỡnh,

những thuật toán để giấu tin và được thực hiện với một khoá bí mật giống như các hệ mật mã cổ điển Sau khi giấu tin ta thu được phương tiện chứa đã mang thông tin và phân phối sử dụng trên mạng

Trên hình vẽ:

Secret Message (M): Thông tin cần giấu

Cover Data (I): Dữ liệu phủ, môi trường giấu tin

Embedding Algorithm (E): Bộ mã hóa/giải mã là những chương trình,

những thuật toán nhúng tin

Key (K): Khóa bí mật, sử dụng trong kỹ thuật giấu tin

Stego Data (S): Dữ liệu mang tin mật

Control (C): Kiểm tra thông tin sau khi giải mã

Thông tin được giấu vào phương tiện chứa, theo một thuật toán, sử dụng khóa bí mật dùng chung giữa người gửi và người nhận tin

Hình 1.4 Lược đồ của quá trình giải mã thông tin

Hình 1.4 chỉ ra các công việc giải mã thông tin đã giấu Sau khi nhận được đối tượng có giấu thông tin, quá trình giải mã được thực hiện thông qua một bộ giải mã tương ứng với bộ nhúng thông tin cùng với khoá của quá trình nhúng Kết quả thu được gồm phương tiện chứa gốc và thông tin đã giấu Bước tiếp theo thông tin giấu sẽ được xử lí kiểm định so sánh với thông tin giấu ban đầu

chương 1 giới thiệu tổng quan

1.4 Những ứng dụng cơ bản của giấu tin [17]

1.4.1 Bảo vệ bản quyền tỏc giả (copyright protection)

Đõy là ứng dụng cơ bản nhất của kỹ thuật thuỷ võn số Một thụng tin nào đú mang ý nghĩa quyền sở hữu tỏc giả sẽ được nhỳng vào trong cỏc sản phẩm, thuỷ võn đú chỉ một mỡnh người chủ sở hữu hợp phỏp cỏc sản phẩm

đú cú và được dựng làm minh chứng cho bản quyền sản phẩm Giả sử cú một thành phẩm dữ liệu dạng đa phương tiện như ảnh, õm thanh, video cần được lưu thụng trờn mạng Để bảo vệ cỏc sản phẩm chống lại cỏc hành vi lấy cắp hoặc làm nhỏi cần phải cú một kỹ thuật để “dỏn tem bản quyền” vào sản phẩm này Việc dỏn tem hay chớnh là việc nhỳng thuỷ võn cần phải đảm bảo khụng để lại một ảnh hưởng lớn nào đến việc cảm nhận sản phẩm Yờu cầu kỹ thuật đối với ứng dụng này là thuỷ võn phải tồn tại bền vững cựng với sản phẩm, muốn bỏ thuỷ võn này mà khụng được phộp của người chủ sở hữu thỡ chỉ cú cỏch là phỏ huỷ sản phẩm

1.4.2 Nhận thực thụng tin hay phỏt hiện xuyờn tạc thụng tin

(authentication and tamper detection)

Một tập cỏc thụng tin sẽ được giấu trong phương tiện chứa sau đú được sử dụng để nhận biết xem dữ liệu trờn phương tiện gốc đú cú bị thay đổi hay khụng Cỏc thuỷ võn nờn được ẩn để trỏnh được sự tũ mũ của kẻ thự, hơn nữa việc làm giả cỏc thuỷ võn hợp lệ hay xuyờn tạc thụng tin nguồn cũng cần được xem xột Trong cỏc ứng dụng thực tế, người ta mong muốn tỡm được vị trớ bị xuyờn tạc cũng như phõn biệt được cỏc thay đổi (vớ dụ như phõn biệt xem một đối tượng đa phương tiện chứa thụng tin giấu đó bị thay đổi, xuyờn tạc nội dung hay là chỉ bị nộn mất dữ liệu) Yờu cầu chung đối

với ứng dụng này là khả năng giấu thông tin nhiều và thuỷ vân không cần bền vững trước các phép xử lý trên đối tượng đã được giấu tin

a) Clinton và Hillary b) Clinton và Monica

Hình 1.6 Hai ảnh Clinton rất khó đánh giá ảnh nào là giả mạo

1.4.3 Giấu vân tay hay dán nhãn (Fingerprinting and labeling)

Thuỷ vân được sử dụng để nhận diện người gửi hay người nhận của một thông tin nào đó trong ứng dụng phân phối sản phẩm Thuỷ vân trong trường hợp này cũng tương tự như số serial của sản phẩm phần mềm Mỗi một sản phẩm sẽ mang một thuỷ vân riêng Ví dụ như 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 thuỷ vân tránh sự xoá giấu vết trong khi phân phối

Hình 1 7 Ứng dụng trong phân phối sản phẩm

chương 1 giới thiệu tổng quan

1.4.4 Điều khiển sao chộp (Copy control)

Điều mong muốn đối với cỏc hệ thống phõn phối dữ liệu đa phương tiện là tồn tại một kỹ thuật chống sao chộp trỏi phộp dữ liệu Cú thể sử dụng thuỷ võn để chỉ trạng thỏi sao chộp của dữ liệu Cỏc thuỷ võn trong những trường hợp này được sử dụng để điều khiển sao chộp đối với cỏc thụng tin Cỏc thiết bị phỏt hiện ra thuỷ võn thường được gắn sẵn vào trong cỏc hệ thống đọc ghi Vớ dụ như hệ thống quản lớ sao chộp DVD đó được ứng dụng

ở Nhật Thuỷ võn mang cỏc giỏ trị chỉ trạng thỏi cho phộp sao chộp dữ liệu như “copy never” - khụng được phộp sao chộp hay “copy once” - chỉ được copy một lần Sau khi copy xong, bộ đọc, ghi thuỷ võn sẽ ghi thuỷ võn mới chỉ trạng thỏi mới lờn DVD Cỏc ứng dụng loại này cũng yờu cầu thuỷ võn phải được bảo đảm an toàn và cũng sử dụng phương phỏp phỏt hiện thuỷ võn đó giấu mà khụng cần thụng tin gốc

1.4.5 Giấu tin mật (Steganography)

Cỏc thụng tin giấu được trong những trường hợp này càng nhiều càng tốt, việc giải mó để nhận được thụng tin cũng khụng cần phương tiện chứa gốc ban đầu Cỏc yờu cầu mạnh về chống tấn cụng của kẻ thự khụng cần thiết lắm, thay vào đú là thụng tin giấu phải được bảo mật

1.5 Giấu thụng tin trong dữ liệu đa phương tiện[15]

1.5.1 Giấu tin trong ảnh

Hiện nay, giấu thụng tin trong ảnh là một bộ phận chiếm tỉ lệ lớn nhất trong cỏc chương trỡnh ứng dụng, cỏc phần mềm, hệ thống giấu tin trong đa

phương tiện bởi lượng thụng tin được trao đổi bằng ảnh là rất lớn và hơn nữa giấu thụng tin trong ảnh cũng đúng vai trũ hết sức quan trọng trong hầu hết cỏc ứng dụng bảo vệ an toàn thụng tin như: nhận thực thụng tin, xỏc định xuyờn tạc thụng tin, bảo vệ bản quyền tỏc giả, điều khiển truy cập, giấu thụng tin mật Chớnh vỡ thế mà vấn đề này đó nhận được sự quan tõm rất lớn của cỏc cỏ nhõn, tổ chức, trường đại học, và cỏc viện nghiờn cứu trờn thế giới

Thụng tin sẽ được giấu cựng với dữ liệu ảnh nhưng chất lượng ảnh ớt thay đổi và chẳng ai biết được đằng sau ảnh đú mang những thụng tin cú ý nghĩa Và ngày nay, khi ảnh số đó được sử dụng rất phổ biến, thỡ giấu thụng

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 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

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 Ví dụ như hình bên là một thẻ

chứng minh đã được giấu tin trong

ảnh Thông tin giấu là số thẻ

‘123456789’ trùng với số đã được in

rõ ở trên thẻ ngay phía dưới ảnh

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 nhận thực 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 Việc nhận thực cũng như phát hiện thông tin xuyên tạc đã trở nên vô cùng quan trọng, cấp thiết Và một đặc điểm của giấu thông tin trong ảnh nữa đó là thông tin được giấu một cách vô hình Nó như là cách truyền thông tin mật cho nhau mà người khác không thể biết được, bởi sau khi giấu thông tin thì chất lượng ảnh gần như không thay đổi đặc biệt đối với ảnh mầu hay ảnh xám Gần đây báo chí đã đưa tin vụ việc ngày 11-9 gây chấn động nước Mĩ và toàn thế giới: chính tên trùm khủng bố quốc tế Osama BinLaDen đã dùng cách thức giấu thông tin trong ảnh để liên lạc với đồng bọn, và hắn đã qua mặt được cục tình báo trung ương Mĩ CIA và các cơ quan an ninh quốc tế Chắc chắn sau vụ việc

Hình 1.8 Một ảnh thẻ chứng minh

đã được giấu tin sử dụng trong công tác nhận dạng

chương 1 giới thiệu tổng quan

này, thỡ việc nghiờn cứu cỏc vấn đề liờn quan đến giấu thụng tin trong ảnh sẽ rất được quan tõm

1.5.2 Giấu tin trong audio

Giấu thụng tin trong audio mang những đặc điểm riờng khỏc với giấu thụng tin trong cỏc đối tượng đa phương tiện khỏc Một trong những yờu cầu

cơ bản của giấu tin là đảm bảo tớnh chất ẩn của thụng tin được giấu đồng thời khụng làm ảnh hưởng đến chất lượng của dữ liệu Để đảm bảo yờu cầu này, ta lưu ý rằng kỹ thuật giấu thụng tin trong ảnh phụ thuộc vào hệ thống

thị giỏc của con người - HVS (Human Vision System) cũn kỹ thuật giấu

thụng tin trong audio lại phụ thuộc vào hệ thống thớnh giỏc HAS (Human

Auditory System) Và một vấn đề khú khăn ở đõy là hệ thống thớnh giỏc của con người nghe được cỏc tớn hiệu ở cỏc dải tần rộng và cụng suất lớn nờn đó gõy khú dễ đối với cỏc phương phỏp giấu tin trong audio Nhưng thật may là tai người lại kộm trong việc phỏt hiện sự khỏc biệt cỏc dải tần và cụng suất,

cú nghĩa là cỏc õm thanh to, cao tần cú thể che giấu được cỏc õm thanh nhỏ thấp một cỏch dễ dàng Cỏc mụ hỡnh phõn tớch tõm lớ đó chỉ ra điểm yếu trờn

và thụng tin này sẽ giỳp ớch cho việc chọn cỏc audio thớch hợp cho việc giấu tin Vấn đề khú khăn thứ hai đối với giấu thụng tin trong audio là kờnh truyền tin Kờnh truyền hay băng thụng chậm sẽ ảnh hưởng đến chất lượng

thụng tin sau khi giấu Vớ dụ để nhỳng một đoạn java applet vào một đoạn

audio (16 bit, 44.100Hz) cú chiều dài bỡnh thường thỡ cỏc phương phỏp núi chung cũng cần ớt nhất tốc độ đường truyền là 20bps Giấu thụng tin trong audio đũi hỏi yờu cầu rất cao về tớnh đồng bộ và tớnh an toàn của thụng tin Cỏc phương phỏp giấu thụng tin trong audio đều lợi dụng điểm yếu trong hệ thống thớnh giỏc của con người

1.5.3 Giấu thụng tin trong video

Cũng giống như giấu thụng tin trong ảnh hay trong audio, giấu tin trong video cũng được quan tõm và được phỏt triển mạnh mẽ cho nhiều ứng dụng như điều khiển truy cập thụng tin, nhận thực thụng tin và bảo vệ bản quyền tỏc giả Ta cú thể lấy một vớ dụ là cỏc hệ thống chương trỡnh trả tiền xem theo đoạn với cỏc video clip (pay per view application) Cỏc kỹ thuật

giấu tin trong video cũng được phỏt triển mạnh mẽ và cũng theo hai khuynh

hướng là Data watermark và Steganography Một phương phỏp giấu tin trong video được đưa ra bởi Cox là phương phỏp phõn 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 ảnh, audio hay video Gần đây,

đã có một số nghiên cứu giấu tin trong cơ sở dữ liệu quan hệ Chắc chắn sau

này còn tiếp tục phát triển tiếp Phạm vi của luận văn này chỉ giới thiệu kỹ

thuật giấu thông tin trong ảnh - một kỹ thuật được nghiên cứu chủ yếu nhất

hiện nay Cụ thể là hướng nghiên cứu giấu thông tin mật Steganography 1.6 Độ an toàn của một hệ giấu thông tin

Việc phá vỡ một hệ thống giấu tin thông thường gồm ba phần: phát hiện, giải tin và huỷ thông tin đã giấu Một hệ thống giấu tin mật được gọi là thực sự an toàn khi kẻ tấn công không phát hiện được sự tồn tại của thông tin giấu trong một đối tượng chứa Trong khi phát triển một hệ giấu tin mật, người ta phải luôn luôn cho rằng kẻ tấn công có năng lực tính toán và sẵn sàng làm đủ mọi cách để phá vỡ tính an toàn của hệ thống Nếu kẻ tấn công không thể chắc chắn một đối tượng có được giấu tin hay không thì theo lý thuyết, hệ thống đó là an toàn

Cachin [8] đã đưa ra mô hình lý thuyết cho một hệ thống giấu tin antoàn Ý tưởng chủ đạo của mô hình lý thuyết này là: Một đối tượng chứa

được chọn để giấu tin C có phân phối xác suất P C (phân phối xác suất ở đây được hiểu là phân phối xác suất các giá trị rời rạc của dữ liệu đối tượng chứa, ví dụ như đối với ảnh là các giá trị điểm ảnh) Sau khi giấu tin, phân

phối xác suất của C bị thay đổi thành P S Sử dụng định nghĩa về mối quan hệ

entropy D(P 1 ||P 2 ) giữa hai xác suất P 1 và P 2 trên tập Q:

P

||

P ( D

2

1 2 1

2

chương 1 giới thiệu tổng quan

để đo sự sai lệch của P 2 so với P 1, ỏp dụng tớnh sự ảnh hưởng của quỏ trỡnh

giấu tin làm thay đổi P S so với P C : D(P C ||P S )

Định nghĩa hệ thống giấu tin an toàn tuyệt đối [17]:

Cho σ là một hệ giấu tin mật, P S là phõn phối xỏc suất của đối tượng

đó giấu tin được truyền trờn kờnh, và P C là phõn phối xỏc suất của C Khi đú

σ được gọi là an toàn ε nếu:

D(P C ||P S ) ≤ ε và an toàn tuyệt đối nếu ε = 0 (1.2) 1.7 Cỏc tấn cụng và biện phỏp khắc phục của kỹ thuật giấu tin

Tấn cụng trờn đối tượng đó giấu tin [10] là những phộp biến đổi sao cho cú thể làm mất thụng tin giấu Cỏc kỹ thuật tấn cụng phõn làm hai nhúm chớnh:

- Một là biến đổi tạo nhiễu đối với dữ liệu đó được giấu tin

- Hai là làm mất tớnh đồng bộ giữa đối tượng vỏ và thụng tin giấu để khụng thể khụi phục lại tin đó giấu

Bảng 1.2 Một số kiểu tấn cụng điển hỡnh

Biến đổi tớn hiệu: làm nhiễu, làm sắc,

biến đổi tương phản… Giảm dữ liệu: cropping, sửa histogram

Tạo nhiễu: nhiễu cộng, nhiễu nhõn Biến đổi Affine cục bộ, toàn cục

Nộn mất thụng tin Chuyển đổi giữa tớn hiệu tương tự ⇔ số

Cũn rất nhiều cỏc kiểu tấn cụng khỏc Cõu hỏi đặt ra là liệu cú thể tồn tại một hệ giấu tin bền vững trước cỏc tấn cụng trờn? Đến nay, vẫn chưa tỡm được một hệ giấu tin nào bền vững trước tất cả mọi kiểu tấn cụng Mỗi hệ giấu tin chỉ cố gắng đạt được sự bền vững trước một số tấn cụng cơ bản

Tớnh chất bền vững của hệ giấu tin được nghiờn cứu kỹ trong ứng dụng thuỷ võn số, cũn trong giấu tin mật, hệ giấu tin chỉ cần an toàn theo nghĩa khú phỏt hiện cú thụng tin giấu bờn trong một đối tượng Thực tế, bất kỳ một phộp biến đổi nào cũng cú thể làm thay đổi thụng tin giấu

Chương 2 Một số vấn đề về giấu thông tin trong ảnh

Như đó đề cập trong Chương 1, mụi trường để giấu tin là rất phong phỳ và đa dạng Thụng tin cú thể được giấu vào cỏc file hỡnh ảnh (tĩnh hoặc động), õm thanh và nhiều mụi trường khỏc Chương 2 sẽ nghiờn cứu một số đặc trưng và tớnh chất cơ bản của kỹ thuật giấu tin; những nguyờn tắc cơ bản của giấu tin trong ảnh tĩnh; một số tiờu chớ đỏnh giỏ cỏc kỹ thuật giấu tin trong ảnh và sau cựng tỡm hiểu đỏnh giỏ một số hệ giấu tin đó triển khai 2.1 Giấu thụng tin trong ảnh, những đặc trưng và tớnh chất[4]

Giấu tin trong ảnh là một kỹ thuật chiếm vị trớ chủ yếu trong cỏc kỹ thuật giấu tin chớnh vỡ vậy mà cỏc kỹ thuật giấu tin phần lớn cũng tập trung vào cỏc kỹ thuật giấu tin trong ảnh Cỏc phương tiện chứa khỏc nhau thỡ cũng sẽ cú cỏc kỹ thuật giấu khỏc nhau Đối tượng ảnh là một đối tượng dữ liệu được tri giỏc tĩnh cú nghĩa là dữ liệu tri giỏc khụng biến đổi theo thời gian (khụng giống như audio và video) và cú nhiều định dạng cũng như tớnh chất của cỏc ảnh khỏc nhau nờn cỏc kỹ thuật giấu tin trong ảnh phải chỳ ý những đặc trưng và cỏc tớnh chất cơ bản sau đõy:

Phương tiện chứa cú dữ liệu kiểu tri giỏc tĩnh

Dữ liệu gốc ở đõy là dữ liệu của ảnh tĩnh, dự đó giấu thụng tin vào trong ảnh hay chưa thỡ khi ta xem ảnh bằng thị giỏc, dữ liệu ảnh khụng thay đổi theo thời gian, điều này khỏc với dữ liệu audio hay là video vỡ khi ta nghe hay xem thỡ dữ liệu gốc sẽ thay đổi liờn tục với tri giỏc của con người theo cỏc đoạn hay cỏc bài, cỏc cảnh Sự khỏc biệt này ảnh hưởng lớn đối với cỏc kỹ thuật giấu thụng tin trong ảnh với kỹ thuật giấu thụng tin trong audio hay video

Kỹ thuật giấu phụ thuộc ảnh

Kỹ thuật giấu tin phụ thuộc vào cỏc loại ảnh khỏc nhau Chẳng hạn như đối với ảnh đen trắng, ảnh xỏm hay ảnh mầu đều đũi hỏi những kỹ thuật riờng Ảnh nộn và ảnh khụng nộn cũng cú những kỹ thuật giấu khỏc nhau vỡ ảnh nộn cú thể mất mỏt thụng tin ảnh do nộn ảnh…

chương 2 Một số vấn đề về giấu thông tin trong ảnh

Kỹ thuật giấu tin lợi dụng tớnh chất hệ thống thị giỏc của con người

(HVS)

Giấu tin trong ảnh ớt nhiều cũng gõy ra những thay đổi trờn dữ liệu ảnh gốc Dữ liệu ảnh được quan sỏt bằng hệ thống thị giỏc (HVS - Human Vision System) của con người nờn cỏc kỹ thuật giấu tin phải đảm bảo một yờu cầu cơ bản là những thay đổi trờn ảnh phải rất nhỏ sao cho bằng mắt thường khụng thể nhận ra được sự khỏc biệt vỡ cú như thế thỡ mới đảm bảo được độ an toàn cho thụng tin giấu Rất nhiều kỹ thuật đó lợi dụng cỏc tớnh chất của hệ thống thị giỏc để giấu tin chẳng hạn như mắt người cảm nhận về

sự biến đổi về độ xỏm kộm hơn sự biến đổi về mầu hay cảm nhận của mắt

về mầu xanh da trời (Blue) là kộm nhất trong ba mầu cơ bản RGB (R - Red:

đỏ, G - Green: xanh lỏ cõy, B- Blue: xanh da trời)

Giấu thụng tin trong ảnh tỏc động lờn dữ liệu ảnh nhưng khụng thay đổi kớch thước ảnh

Cỏc phộp toỏn thực hiện việc giấu thụng tin sẽ được thao tỏc trờn dữ liệu của ảnh Dữ liệu ảnh bao gồm cả phần thụng tin ảnh (header), bảng mầu (cú thể cú) và dữ liệu ảnh Khi giấu thụng tin, cỏc phương phỏp giấu đều biến đổi cỏc giỏ trị của cỏc bit trong dữ liệu ảnh chứ khụng thờm vào hay bớt

đi dữ liệu ảnh Do vậy mà kớch thước ảnh trước hay sau khi giấu thụng tin là

như nhau

Đảm bảo yờu cầu chất lượng ảnh sau khi giấu thụng tin (tớnh ẩn)

Đõy là một yờu cầu quan trọng đối với giấu thụng tin trong ảnh Sau khi giấu thụng tin bờn trong, ảnh phải đảm bảo được yờu cầu khụng bị biến đổi để cú thể bị phỏt hiện dễ dàng so với ảnh gốc Yờu cầu này dường như khỏ đơn giản đổi với ảnh mầu hoặc ảnh xỏm bởi mỗi một pixel ảnh được biểu diễn bởi nhiều bit, nhiều giỏ trị và khi ta thay đổi một giỏ trị nhỏ nào đú thỡ chất lượng ảnh khụng thay đổi, thụng tin giấu khú bị phỏt hiện Nhưng đối với ảnh đen trắng thỡ việc giấu thụng tin phức tạp hơn nhiều, vỡ ảnh đen trắng mỗi pixel ảnh chỉ gồm hai giỏ trị hoặc trắng hoặc đen, và nếu ta biến đổi một bit từ đen thành trắng mà khụng khộo thỡ sẽ rất dễ bị phỏt hiện Do

đú yờu cầu đối với cỏc thuật toỏn giấu thụng tin trong ảnh mầu hay ảnh xỏm

và giấu thụng tin trong ảnh đen trắng là khỏc nhau Trong khi đối với ảnh mầu thỡ cỏc thuật toỏn chỳ trọng vào việc làm sao cho giấu được càng nhiều

thông tin càng tốt thì các thuật toán áp dụng cho ảnh đen trắng lại tập trung vào làm thế nào để thông tin giấu khó bị phát hiện

Tính bền vững, dễ vỡ (Robust, Fragile)

Tính bền vững và dễ vỡ là hai tính chất trái ngược nhau, tùy thuộc từng ứng dụng cụ thể mà đặt ra các yêu cầu khác nhau cho các thuộc tính này

Cần thiết ảnh gốc khi giải mã ảnh ?

Các kỹ thuật giấu tin phải phân biệt rõ ràng quá trình giải mã ảnh để lấy thông tin giấu có cần ảnh gốc hay không Đa số các kỹ thuật giấu tin mật thì thường không cần ảnh gốc khi giải mã Thông tin được giấu trong ảnh sẽ được mang cùng với dữ liệu ảnh, khi giải mã chỉ cần ảnh đã mang thông tin giấu mà không cần dùng đến ảnh gốc để so sánh đối chiếu

Tuy nhiên, nhiều kỹ thuật giấu tin cũng sử dụng ảnh gốc khi giải mã ảnh, phương pháp này có tác dụng giúp cho việc đồng bộ hoá ảnh giấu và ảnh gốc Điều này rất cần thiết khi phải xử lí với các tấn công hình học trên ảnh Giả sử như phép tấn công xoay ảnh chẳng hạn, nhờ có ảnh gốc ta so sánh và đồng bộ hoá, khôi phục dạng ban đầu của ảnh thì có thể khôi phục lại được tin đã giấu Nhưng phương pháp này cũng gặp khó khăn khi dữ liệu gốc lớn Ví dụ như giấu tin trong video, với lượng dữ liệu lớn nếu như để giải mã tin mà dùng phương pháp này thì khối lượng thao tác quá nhiều và không thể áp dụng được

Trên đây là những tính chất và đặc điểm cơ bản chung của giấu tin

trong ảnh Riêng đối với ứng dụng giấu tin mật thì các tính chất: ẩn, lượng

thông tin giấu và độ an toàn là ba tính chất quan trọng nhất

2.2 Biểu diễn ảnh trên máy tính

Ảnh trong thực tế được thu nhận từ nhiều nguồn khác nhau, như dùng máy quay (camera), máy quét (scanner), vệ tinh, là ảnh liên tục về không gian và về giá trị độ sáng Để có thể xử lý ảnh bằng máy tính cần phải tiến hành số hoá ảnh Trong quá trình số hoá, các tín hiệu liên tục được biến đổi thành các tín hiệu rời rạc thông qua quá trình lấy mẫu (rời rạc hoá về không gian) và lượng hoá (chuyển đổi tín hiệu tương tự sang tín hiệu số) thành phần giá trị mà về nguyên tắc bằng mắt thường không phân biệt được hai điểm kề nhau Trong quá trình này, người ta sử dụng khái niệm điểm ảnh

chương 2 Một số vấn đề về giấu thông tin trong ảnh

(pixel), mỗi điểm ảnh được xỏc định bởi toạ độ và mầu Một pixel cú thể được lưu trữ trờn 1, 4, 8 hay 24 bit

Ảnh số thường được biểu diễn theo dạng bảng hai chiều gồm m hàng

và n cột, một điểm ảnh được ký hiệu I(x, y) Như vậy, một ảnh là tập hợp của nhiều điểm ảnh Ta núi ảnh gồm M x N điểm ảnh Thường giỏ trị của M được chọn bằng N, để thuận lợi cho quỏ trỡnh xử lý

Căn cứ vào phương phỏp xử lý cỏc dữ liệu trong hệ thống, người ta phõn biệt ra hai hệ thống: đồ hoạ vector (Geometry Based Graphic) và đồ hoạ điểm (Sample Based Graphic) Ảnh biểu diễn trờn mỏy tớnh vỡ thế cũng được chia thành hai loại: ảnh vector và ảnh mành Người ta cú thể lưu cả hai dạng ảnh trờn vào tệp Metafile, gồm cỏc chuẩn WPG, Mac PICT, CGM Cỏc phần mềm như Photoshop, Corel Draw cú thể xử lý trờn cỏc loại ảnh đó nờu

2.2.1 Ảnh vector và ảnh mành

2.2.1.1 Ảnh vector

Ở kỹ thuật đồ hoạ này, người ta chỉ lưu trữ mụ tả toỏn học của cỏc thành phần trong mụ hỡnh hỡnh học cựng với cỏc thuộc tớnh tương ứng của

nú mà khụng lưu lại tất cả cỏc điểm ảnh Ảnh vector được lưu trữ dưới dạng

một hàm rời rạc f(x, y) Vớ dụ r(x, y), g(x, y), b(x, y) trong đú x, y là toạ độ

của điểm ảnh cũn f là giỏ trị mầu của ảnh, hay line 200,50,136,227,black:

vẽ đường thẳng mầu đen với cỏc cặp toạ độ bắt đầu và kết thỳc

Đặc điểm của ảnh vector:

- Khụng cho phộp thay đổi thuộc tớnh của từng điểm trực tiếp mà phải xử lý với từng thành phần hỡnh học cơ sở

- Cú thể quan sỏt ảnh ở nhiều gúc độ khỏc nhau một cỏch dễ dàng bằng cỏch thay đổi điểm nhỡn và gúc nhỡn

Cỏc ảnh loại này cú thể được tạo từ cỏc phần mềm ứng dụng như Office, AutoCad, Mapble

Ảnh vector gồm cỏc phần:

Tiờu đề đầu (header): Lưu trữ cấu trỳc của ảnh, kớch thước thay đổi phụ thuộc loại dữ liệu lưu trữ

Dữ liệu (data): Công thức toán học biểu diễn các thành phần đối tượng Có đánh giấu kết thúc tệp (EOF)

Tiêu đề cuối (footer): Ghi số lượng các đối tượng trong ảnh

- Phương pháp thứ hai là số hoá các ảnh thu từ thiết bị quang học, ví

dụ sử dụng phần mềm Photo shop Các định dạng ảnh BMP, PCX, TIFF có cấu trúc theo kiểu này

Đặc điểm của ảnh mành:

- Có thể dễ dàng thay đổi thuộc tính các điểm, thay đổi từng phần và từng vùng ảnh

- Có thể dễ dàng sao chép các điểm ảnh từ hình này sang hình khác

- Cho phép áp dụng các phép toán về bit trên nó

Tiêu đề cuối (Footer)

Tiêu đề đầu: lưu cấu trúc của ảnh dưới dạng nhị phân hay mã ASCII Bảng mầu: là mảng một chiều, chứa chỉ mục các mầu của ảnh Mỗi điểm ảnh có lưu con trỏ đến chỉ mục trên bảng mầu Kích thước của bảng mầu được tính từ độ sâu điểm ảnh (pixel depth), ví dụ:

4 bit pixel: 3 byte /mầu x 24mầu = 48 Byte

8 bit pixel: 3 byte /mầu x 28mầu = 768 Byte

16 bit pixel : 3 byte /mầu x 216 mầu = 196608 Byte = 192 KB

chương 2 Một số vấn đề về giấu thông tin trong ảnh

Dũng quột 0

Dũng quột 1

Dũng quột 2

Bảng mầu cú thể được bố trớ:

Theo điểm ảnh (pixel orientiert): (RGB) (RGB) (RGB)

Theo mặt phẳng mầu (Plane orientiert): (RRRR GGGG BBBB) Bảng mầu cú thể khụng sắp xếp hay được sắp xếp thứ tự theo gam mầu, theo độ chúi

Hỡnh 2.1 Bảng mầu cơ sở của Paint Shop Pro 8 đó sắp thứ tự

- Kớch thước bảng mầu: 48 b

- Cột đầu tiờn chứa cỏc mầu gốc và mầu bự (R Y G C B M)

- Cột cuối cựng chứa 6 mức xỏm

Dữ liệu: nội dung của ảnh, được lưu theo hai phương phỏp

Dũng quột (scan line)

Mặt phẳng mầu riờng (Planar data)

Phương phỏp chung để lấy mẫu là quột ảnh theo hàng và mó hoỏ từng hàng Điểm ảnh cú thể được lưu theo cỏch như mụ tả ở hỡnh 2.2 và 2.3

Hỡnh 2.2 Quột cỏc dũng liờn tiếp

Dũng quột 0 Dũng quột 1 Dũng quột 2 Dũng quột 3

Dải

Dải

Hỡnh 2.3 Quột dải cỏc dũng liờn tiếp

(2 dũng 1 dải)

Tiêu đề cuối: chứa các thông tin đặc biệt như tính tương thích với các phiên bản cũ

2.2.2 Một số định dạng ảnh thông dụng [3]

Ảnh thu được sau quá trình số hoá có nhiều loại khác nhau, phụ thuộc vào kỹ thuật số hoá ảnh Sau đây là một số định dạng ảnh thông dụng hay dùng trong quá trình xử lý ảnh hiện nay

2.2.2.2 Định dạng ảnh PCX

Định dạng ảnh PCX là một trong những định dạng loại cổ điển nhất

Nó sử dụng phương pháp mã hoá loạt dài RLC để nén dữ liệu ảnh Quá trình nén và giải nén được thực hiện trên từng dòng ảnh Thực tế, phương pháp giải nén PCX kém hiệu quả hơn so với kiểu IMG

Định dạng ảnh PCX thường được dùng để lưu trữ ảnh vì thao tác đơn giản, cho phép nén và giải nén nhanh Tuy nhiên vì cấu trúc của nó cố định nên trong một số trường hợp nó làm tăng kích thước lưu trữ

2.2.2 3 Định dạng ảnh TIFF (Targed Image File Format)

Kiểu định dạng TIFF được thiết kế để làm nhẹ bớt các vấn đề liên quan đến việc mở rộng tệp ảnh cố định Dữ liệu chứa trong tệp thường được

tổ chức thành các nhóm dòng (cột) quét của dữ liệu ảnh Cách tổ chức này làm giảm bộ nhớ cần thiết cho việc đọc tệp Tuy nhiên, với cùng một ảnh thì việc dùng file PCX chiếm ít không gian nhớ hơn

2.2.2.4 Định dạng ảnh GIF (Graphics Interchanger Format)

Cách lưu trữ kiểu PCX có lợi về không gian lưu trữ: với ảnh đen trắng kích thước tệp có thể nhỏ hơn bản gốc từ 5 đến 7 lần; với ảnh 16 mầu, kích thước ảnh nhỏ hơn kích thước ảnh gốc 2 - 3 lần, có trường hợp kích thước ảnh xấp xỉ bằng ảnh gốc; với ảnh 256 mầu thì nó bộc lộ rõ khả năng

chương 2 Một số vấn đề về giấu thông tin trong ảnh

nộn rất kộm Điều này cú thể lý giải như sau: khi số mầu tăng lờn, cỏc loạt dài xuất hiện ớt hơn và vỡ thế, lưu trữ theo kiểu PCX khụng cũn lợi nữa

Định dạng ảnh GIF do hóng Computer Incorporated (Mỹ) đề xuất lần đầu tiờn vào năm 1990 Với định dạng GIF, khi số mầu trong ảnh càng tăng thỡ ưu thế của định dạng GIF càng nổi trội Những ưu thế này cú được là do GIF tiếp cận cỏc thuật toỏn nộn LZW Dạng ảnh GIF cho chất lượng cao, độ phõn giải đồ hoạ tốt, cho phộp hiển thị trờn hầu hết cỏc phần cứng đồ hoạ

Mỗi điểm ảnh được biểu diễn bởi 8 bit Giỏ trị của mỗi điểm ảnh là một chỉ số trỏ tới bảng mầu Bảng mầu của ảnh định dạng theo kiểu GIF cú

256 giỏ trị

Định dạng GIF cú rất nhiều ưu điểm và đó được cụng nhận là chuẩn

để lưu trữ ảnh mầu thực tế (Chuẩn ISO 10918-1) Nú được mọi trỡnh duyệt Web hỗ trợ với nhiều ứng dụng hiện đại Cựng với nú cú chuẩn JPEG (Joint Photograph Expert Group) GIF dựng cho cỏc ảnh đồ hoạ (Graphic), cũn JPEG dựng cho ảnh chụp (Photographic) Ảnh GIF và JPEG khi lưu cú nộn nờn quỏ trỡnh đọc tập tin ảnh cú kốm theo giải nộn

2.2.2.5 Định dạng ảnh BMP (Bitmap)

Ảnh BMP được phỏt triển bởi Microsoft Corporation, được lưu trữ dưới dạng độc lập thiết bị cho phộp Windows hiển thị dữ liệu khụng phụ thuộc vào khung chỉ định mầu trờn bất kỡ phần cứng nào Tờn file mở rộng mặc định của một file ảnh Bitmap là BMP, nột vẽ được thể hiện là cỏc điểm

ảnh Qui ước mầu đen, trắng tương ứng với cỏc giỏ trị 0, 1 Ảnh BMP được

sử dụng trờn Microsoft Windows và cỏc ứng dụng chạy trờn Windows từ version 3.0 trở lờn BMP thuộc loại ảnh mành

Cú rất nhiều định dạng ảnh thuộc kiểu bitmap như BMP, PCX, TIFF, GIF, JPEG, TGA, PNG, PCD Mỗi file ảnh BMP gồm ba phần:

- Bitmap Header

- Palette mầu

- Bitmap Data Cấu trúc cụ thể của ảnh BMP :

- Phần Bitmap Header

Bảng 2.1 Phần Header của ảnh Bitmap

1-2 Nhận dạng file ‘BM’ hay 19778

3-6 Kích thước file Kiểu Long trong Turbo C

7-10 Dành riêng Mang giá trị 0

29-30 Số bit cho một pixel Có thể là 1,4,8,16,24

31-34 Kiểu nén dữ liệu 0: Không nén

1: Nén runlength 8bits/pixel 2: Nén runlength 4bits/pixel 35-38 Kích thước ảnh Tính bằng byte

39-42 Độ phân giải ngang Tính bằng pixels/meter

43-46 Độ phân giải dọc Tính bằng pixels/meter

47-50 Số mầu sử dụng trong

ảnh 51-54 Số mầu được sử dụng

khi hiện ảnh

chương 2 Một số vấn đề về giấu thông tin trong ảnh

Số bit cho một điểm ảnh:

1: ảnh đen trắng, mỗi bit biểu diễn một điểm ảnh Nếu bit mang giỏ trị

0 thỡ điểm ảnh là đen, bit mang giỏ trị 1 điểm ảnh là điểm trắng

4: ảnh 16 mầu, mỗi điểm ảnh được biểu diễn bởi 4 bit

8: ảnh 256 mầu, mỗi điểm ảnh được biểu diễn bởi 1 byte

16: ảnh high color, mỗi dóy 2 byte liờn tiếp trong Bitmap biểu diễn cường độ tương đối RGB của một điểm ảnh

24: ảnh true color, mỗi dóy 3 byte liờn tiếp trong Bitmap biểu diễn cường độ tương đối RGB của một điểm ảnh

Phần Palette mầu

Bảng 2.2 Phần Palette của ảnh Bitmap (Với ảnh từ 256 mầu trở xuống)

Địa chỉ

2.3 Giấu thụng tin trong ảnh đen trắng, ảnh mầu và ảnh đa cấp xỏm

Như đó giới thiệu ở trờn, mỗi loại ảnh khỏc nhau sẽ cú cỏc kỹ thuật giấu tin khỏc nhau và cú cỏc yờu cầu kỹ thuật khỏc nhau Trong phần này chỳng ta sẽ phõn biệt những tớnh chất đú

Khởi nguồn của giấu thụng tin trong ảnh là thụng tin được giấu trong cỏc ảnh mầu hoặc ảnh xỏm, trong đú mỗi pixel ảnh mang nhiều giỏ trị, được biểu diễn bằng nhiều bit Với những ảnh đú thỡ việc thay đổi một giỏ trị nhỏ

ở một pixel thỡ chất lượng ảnh gần như khụng thay đổi, và khả năng bị phỏt

hiện là rất thấp dưới sự quan sát của mắt thường Do đó hệ thống thị giác của con người cũng đóng một vai trò quan trọng trong việc bảo đảm tính ẩn của thông tin giấu trên ảnh Với những ảnh mà mỗi điểm ảnh chỉ mang một giới hạn nhỏ các giá trị thì việc giấu thông tin trong ảnh đảm bảo tính ẩn của thông tin giấu là một công việc khó khăn hơn nhiều Đặc biệt đối với ảnh đen trắng, mỗi điểm ảnh chỉ mang một trong hai giá trị trắng hoặc đen Vậy thì khi thay đổi giá trị một pixel từ đen thành trắng hoặc ngược lại thì rất dễ

bị phát hiện Và do đó với ảnh đen trắng thì số lượng thuật toán không nhiều, và vẫn chưa đạt được kết quả mong muốn Có thuật toán giấu được nhiều thông tin vào ảnh thì chất lượng ảnh lại kém và dễ bị phát hiện Một

số thuật toán khác thì giấu chất lượng ảnh tốt hơn nhưng lượng thông tin giấu được ít và quá đơn giản không đảm bảo được độ an toàn thông tin

Bảng 2.3 sẽ liệt kê những khác nhau cơ bản giữa giấu thông tin trong ảnh đen trắng và ảnh mầu

Bảng 2.3: Sự khác nhau giữa giấu thông tin trong ảnh đen trắng và ảnh mầu

Giấu thông tin trong ảnh đen trắng Giấu thông tin trong ảnh mầu hoặc ảnh xám

Thông tin giấu ít hơn đối với ảnh có

cùng kích cỡ với ảnh mầu Thông tin giấu nhiều hơn

Khả năng bị phát hiện trong ảnh có

giấu thông tin cao hơn ảnh mầu Khả năng bị phát hiện thấp

Độ an toàn thông tin thấp do dễ bị

phát hiện có thông tin chứa bên trong Độ an toàn cao

Các thuật toán giấu ít, phức tạp Nhiều thuật toán và có nhiều hướng mở rộng phát triển Như áp dụng giải thuật

di truyền

a) Ảnh 256 mầu gốc 227 x 149 b) Ảnh sau khi giấu 100 bit tin

Hinh 2.4 Ảnh mầu sau khi giấu tin rất khó phát hiện sự thay đổi

bằng mắt thường

chương 2 Một số vấn đề về giấu thông tin trong ảnh

a) Ảnh đen trắng gốc 480 x 480 b) Ảnh sau khi giấu 100 bit tin

Hỡnh 2.5 Ảnh đen trắng sau khi giấu cựng một lượng thụng tin như ảnh mầu nhưng

chất lượng kộm hơn (rất nhiều những chấm đen hoặc trắng lạ)

2.4 Một số tiờu chớ đỏnh giỏ kỹ thuật giấu thụng tin trong ảnh

số

Mỗi kỹ thuật giấu dữ liệu trong ảnh được đỏnh giỏ dựa trờn một số tiờu chớ sau:

- Tớnh vụ hỡnh của dữ liệu giấu

- Dung lượng giấu dữ liệu

- Tớnh bảo mật của dữ liệu giấu

- Tớnh chống phỏt hiện

- Chất lượng của ảnh sau khi giấu dữ liệu

- Tớnh bền vững

- Tớnh đỳng đắn

2.4.1 Tớnh vụ hỡnh của dữ liệu giấu

Đối với cỏc kỹ thuật giấu dữ liệu trong mụi trường ảnh, tớnh vụ hỡnh của dữ liệu giấu dựa trờn đặc điểm của hệ thống tri giỏc của con người Dữ liệu nhỳng vào mụi trường là khụng tri giỏc được nếu một người với thị giỏc bỡnh thường khụng phõn biệt được sự khỏc nhau giữa ảnh gốc và ảnh đó mang tin Sự khỏc nhau thể hiện: chất lượng ảnh, dung lượng tệp ảnh Trong khi Steganography yờu cầu tớnh vụ hỡnh của dữ liệu giấu ở một mức cao thỡ Watermark lại chỉ yếu cầu ở một cấp độ nhất định