Tài liệu Nghiên cứu kỹ thuật bảo vệ bản quyền các sản phẩm đồ họa vectơ

§¹i häc Th¸i Nguyªn khoa c«ng nghÖ th«ng tin NGÔ THÁI HÀ NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT BẢO VỆ BẢN QUYỀN CÁC SẢN PHẨM ĐỒ HỌA VECTƠ LuËn v¨n th¹c sÜ : KHOA HỌC MÁY TÍNH Th¸i Nguyªn - 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn §¹i häc Th¸i Nguyªn khoa c«ng nghÖ th«ng tin NGÔ THÁI HÀ NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT BẢO VỆ BẢN QUYỀN CÁC SẢN PHẨM ĐỒ HỌA VECTƠ Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH Mã số: 60 48 01 LuËn v¨n th¹c sÜ : KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS ĐẶNG VĂN ĐỨC Th¸i Nguyªn - 2009 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iv DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt DCT IDCT DFT IDFT DWT Diễn giải Discrete Cosine Transform Invert Discrete Cosine Transform Discrete Fourier Transform Invert Discrete Fourier Transform Discrete Wavelet Transform Steganography Intrinsic Steganography Pure Steganography Watermarking Watermark IDWT PN FFT GIS PRNS FT Invert Discrete Wavelet Transform Pseudo Noise Fast fourier transfer Geographic Information System Pseudo random number sequence Fourier Transfer Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên Ý nghĩa Biến đổi Cosin rời rạc Biến đổi ngược DCT Biến đổi Forier rời rạc Biến đổi ngược DFT. Biến đổi Wavelet rời rạc Giấu tin, Viết phủ Giấu tin có xử lý Giấu tin đơn thuần Đánh dấu ẩn, thủy vân, thủy ấn Mã dấu bản quyền, mẫu tin mật Biến đổi ngược DWT giả nhiễu Biến đổi Fourier nhanh Hệ thống thông tin địa lý Dãy số giả ngẫu nhiên Biến đổi Fourier http://www.lrc-tnu.edu.vn i MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục ........................................................................................................ i Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt ............................................................... iv Danh mục các bảng ...................................................................................... v Danh mục các hình (hình vẽ, hình chụp, đồ thị) ........................................... iv MỞ ĐẦU: .................................................................................................... 1 1. ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................... 1 2. MỤC ĐÍCH CỦA LUẬN VĂN .............................................................. 2 3. BỐ CỤC LUẬN VĂN............................................................................. 3 NỘI DUNG .................................................................................................. CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN ................................................ 4 1.1. Các khái niệm cơ bản về giấu tin ........................................................... 4 1.1.1. Định nghĩa: ....................................................................................... 4 1.1.2. Phân loại các kỹ thuật giấu tin ............................................................ 5 1.1.3. Vài nét về lịch sử giấu tin ................................................................... 9 1.1.4. Các yêu cầu đối với giấu tin cho ảnh .................................................. 10 1.1.5. Mô hình kỹ thuật giấu tin ................................................................... 12 1.1.6. Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin ..................................................... 13 1.1.7. Các kiểu đánh dấu ẩn.......................................................................... 15 1.2. Giấu tin trong ảnh những đặc trƣng và tính chất ................................... 15 1.2.1. Giấu tin trong ảnh ............................................................................... 15 1.2.2. Những đặc trƣng và tính chất ............................................................. 16 1.2.3. Các phƣơng pháp giấu tin ................................................................... 19 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii 1.3. Kết luận chƣơng .................................................................................... 21 CHƢƠNG 2: GIẤU TIN TRONG BẢN ĐỒ VÉC TƠ ................................. 23 2.1. Bản đồ ................................................................................................... 23 2.2. Thủy vân bản đồ véc tơ ......................................................................... 25 2.3. Đặc điểm riêng của thủy vân bản đồ Véc tơ .......................................... 27 2.3.1. Dữ liệu bản đồ véc tơ ......................................................................... 27 2.3.2. Độ chính xác của bản đồ véc tơ .......................................................... 28 2.3.3. Các khả năng giấu tin ......................................................................... 29 2.3.3.1. Giấu tin hình học ............................................................................. 29 2.3.3.2. Giấu tin vào đỉnh ............................................................................. 30 2.3.3.3. Sắp xếp đối tƣợng ............................................................................ 30 2.3.3.4. Giảm nhiễu ...................................................................................... 30 2.4. Thuật toán thủy vân ............................................................................ 31 2.4.1. Thuật toán trong miền không gian ...................................................... 31 2.4.2. Thuật toán trong miền biến đổi (miền tần số) .................................... 36 2.4.2.1. Miền DFT : ................................................................................... 37 2.4.2.2. Miền DWT : .................................................................................. 39 2.4.2.3. Miền DCT ...................................................................................... 41 2.4.3. Thuật toán nhận đƣợc từ mô hình ba chiều ........................................ 41 2.6. Kết luận chƣơng .................................................................................... 42 CHƢƠNG 3: THUẬT TOÁN GIẤU VÀ TÁCH TIN TRONG BẢN ĐỒ VÉC TƠ ....................................................................................................... 43 3.1. Giấu tin trong ảnh đen trắng ................................................................. 43 3.1.1. Thuật toán giấu tin cơ sở .................................................................... 43 a. Tiền xử lí .................................................................................................. 43 b. Quá trình thực hiện giấu tin ...................................................................... 43 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii 3.1.2. Thuật toán trích tin ............................................................................ 45 a. Tiền xử lí: ................................................................................................. 45 b. Quá trình trích tin: .................................................................................... 45 3.2. Biến đổi Fourier .................................................................................... 45 a. Biến đổi Fourier ....................................................................................... 45 b. Biến đổi Fourier liên tục ........................................................................... 47 c. Biến đổi Fourier rời ................................................................................. 49 3.2.1. Những biến đổi Fourier trong véc tơ................................................... 51 3.3. Kết luận chƣơng .................................................................................... 51 CHƢƠNG 4: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM ........................................ 52 4.1. Mô tả bài toán thử nghiệm ..................................................................... 52 4.2. Định dạng cấu trúc tệp Shapefile .......................................................... 53 4.2.1. Tổ chức dữ liệu khuôn mẫu của Shapefile ......................................... 54 4.2.2. Quy ƣớc về tên tệp .............................................................................. 54 4.2.3. Kiểu dữ liệu ...................................................................................... 55 4.2.4. Cấu trúc của Main file ....................................................................... 55 4.2.5. Cấu trúc của tệp chỉ số (Index file) .................................................... 64 4.2.6. Cấu trúc của tệp chứa cơ sở dữ liệu .................................................. 65 4.3. Quy trình giấu thông tin......................................................................... 65 a. Phân tích thuật toán .................................................................................. 65 b. Giấu thông tin........................................................................................... 66 4.4. Quy trình tách thông tin ......................................................................... 69 4.5. Kết luận chƣơng .................................................................................... 70 KẾT LUẬN .................................................................................................. 71 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vi DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Tên hình Ý nghĩa Hình 1.1 Phân loại các kỹ thuật giấu tin (Fabien A.P. Petitcolaset al., 1999) Hình 1.2 Quá trình giấu tin và tách tin. Hình 2.1 Các lớp bản đồ phân lớp đối tượng Hình 2.2 Thế giới thực và bản đồ vectơ Hình 4.1 Cấu trúc của tệp chính Hình 4.2 Cấu trúc của tệp chỉ số. Hình 4.3 Mô tả một bản đồ vector đơn giản Hình 4.4 Giao diện chương trình DEMO Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 MỞ ĐẦU: 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, với sự ra đời và phát triển của mạng Internet. Mọi người đều có thể kết nối vào Internet, tìm kiếm thông tin một cách dễ dàng thông qua nhà cung cấp dịch vụ mạng. Sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật trên nhiều lĩnh vực đặc biệt là trong lĩnh vực đa phương tiện (multimedia) làm cho sự sản xuất, quản lý và phân phối các sản phẩm này: hình ảnh, âm thanh… rất dễ dàng. Cùng với sự phổ biến rộng rãi các mạng internet tốc độ cao làm cho quá trình phân phối chúng trở nên rất nhanh chóng, dễ dàng, đem lại những thuận lợi to lớn thông qua hệ thống thương mại điện tử. Với môi trường mở và tiện nghi như thế, các hệ thống mạng hiện đại trở thành phương tiện phân phối tài liệu một cách nhanh chóng và kinh tế. Tuy nhiên, việc phân phối một cách phổ biến các tài nguyên trên mạng hiện nay luôn gặp phải vấn nạn sao chép và sử dụng không hợp pháp như: Xâm phạm bản quyền, truy cập trái phép, xuyên tạc, giả mạo thông tin… Đi đôi với sự phát triển của công nghệ máy tính thì tình trạng sử dụng bất hợp pháp các sản phẩm số (tệp tin tài liệu, chương trình, âm thanh và hình ảnh...) ngày càng tăng, do các tệp tin số có thể sao chép dễ dàng giữa các máy tính. Dẫn đến tình trạng vi phạm bản quyền số đang xảy ra hàng ngày, hàng giờ trên khắp thế giới. Nhằm bảo vệ các sản phẩm số không bị sử dụng trái phép, song song với việc kêu gọi ý thức tự giác thực thi luật bản quyền, các công ty công nghệ lớn trên thế giới đã và đang thực hiện các giải pháp kỹ thuật kiểm soát bản quyền số. Một trong những vấn đề được đặt ra là làm sao bảo vệ quyền sở hữu đối với các sản phẩm đa phương tiện này. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 Đứng trước tình hình đó vấn đề về bảo mật thông tin hiện nay luôn nhận được sự quan tâm đặc biệt trong nhiều lĩnh vực. Từ xa xưa đã có nhiều cách để bảo mật thông tin, một trong những phương pháp dùng rất sớm để bảo vệ quyền sở hữu đối với nội dung của các sản phẩm đa phương tiện là mã hoá. Nội dung của sản phẩm đó được mã hoá và gửi cho người sử dụng. Người sử dụng chỉ đọc được các thông tin này khi nhận được khoá để giải mã đi kèm. Phương pháp mã hoá trên chỉ hiệu quả trong việc truyền thông tin nhưng không hiệu quả trong việc bảo vệ quyền sở hữu. Sau khi người sử dụng đã giải mã được thì sẽ nhân bản và phân phối lại sản phẩm đó. Ngày nay phương pháp giấu thông tin trong các sản phẩm đa phương tiện được dùng phổ biến vì ngoài vấn đề bảo mật còn bảo vệ bản quyền, chống nhân bản bất hợp pháp, chống truy cập trái phép, chống xuyên tạc, chống giả mạo thông tin… Giải pháp bảo mật thông tin được sử dụng phổ biến nhất là dùng các hệ mật mã [1], [3]. Với giải pháp này, thông tin ban đầu sẽ được mã hóa thành bản mật mã mang những giá trị “vô nghĩa”. Chính điều này làm nảy sinh nghi ngờ và người sử dụng tìm mọi cách thám mã. Ngược lại, nếu đem thông tin giấu vào trong một đối tượng khác, một bức ảnh F chẳng hạn, sẽ thu được một ảnh F‟ hầu như không sai khác với F khi nhìn bằng mắt thường. Đây là ý tưởng của phương pháp giấu tin (data hiding) trong môi trường ảnh, giấu tin mật [5], [6], đánh dấu bản quyền [7], [8], và nhiều ứng dụng khác … 2. MỤC ĐÍCH CỦA LUẬN VĂN Giấu tin là một lĩnh vực rộng lớn, trong luận văn này nghiên cứu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh rồi áp dụng cho bản đồ, một trong những vấn đề được ứng dụng khá rộng rãi. Để thực hiện việc giấu tin trong bản đồ, ý tưởng cơ bản là biến đổi một số thuộc tính của các điểm trên bản đồ theo một số thuật toán nhất Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 định, nhằm đảm bảo rằng dữ liệu bản đồ, về mặt thị giác, không sai khác là mấy so với bản đồ gốc, đồng thời, sau khi nhận được bản đồ đích, sử dụng quy trình giải mã với các khóa phù hợp, ta có thể trích được thông tin cần dấu. Nội dung của luận văn này tập trung nghiên cứu các phương pháp giấu tin trong ảnh bitmap, ảnh vector, các phương pháp thủy vân số [14], [15], một số phương pháp giấu tin dựa vào các phép biến đổi DCT, DFT, DWT. 3. BỐ CỤC LUẬN VĂN Luận văn gồm trang, được trình bày trong 3 chương, có phần mở đầu, phần kết luận, phần mục lục, phần tài liệu tham khảo. Các nội dung cơ bản của luận văn được trình bày theo cấu trúc như sau: Chƣơng 1: Tổng quan về giấu tin Trình bày tổng quan về giấu tin, phân tích các yêu cầu đối với giấu tin cho ảnh, trình bày một số loại hình giấu tin và các yêu cầu đối với giấu tin trong ảnh. Bên cạnh đó trình bày một số mô hình giấu tin và các ứng dụng của chúng, những đặc trưng và tính chất của giấu tin trong ảnh. Ngoài ra, một nội dung rất quan trọng trong chương này đó là các phương pháp giấu tin và các thuật toán giấu tin. Chƣơng 2 : Các kỹ thuật giấu tin trong ảnh Tập trung phân tích, đánh giá các thuật toán giấu tin trong ảnh, kỹ thuật biến đổi Fourier. Biến đổi Fourier trong ảnh vector, các thuật toán giấu và tách thông tin trong ảnh vector. Chƣơng 3: Xây dựng chƣơng trình Trình bày cấu trúc bản đồ dạng shapefile và biến đổi DFT, xây dựng thuật toán nhúng tách watermark. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN 1.1. Các khái niệm cơ bản về giấu tin 1.1.1. Định nghĩa: Qua nghiên cứu các phương pháp giấu tin, ta có thể định nghĩa nó như sau: Giấu thông tin là kỹ thuật nhúng (embedding) một lượng thông tin số nào đó vào trong một đối tượng dữ liệu số khác.[18] Trong khuôn khổ của luận văn, các thuật ngữ “giấu tin”, “giấu thông tin” và “giấu dữ liệu”; thuật ngữ “đánh dấu ẩn”,”thủy vân số” và “thủy vân”; Tương tự ta cũng có “mã” và “mã đánh dấu bản quyền”được xem đồng nghĩa. 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 gốc. Sự khác biệt chủ yếu giữa mã hoá thông tin và giấu thông tin là mã hoá làm cho các thông tin hiện rõ là nó có được mã hoá hay không tức là giấu đi ý nghĩa của thông tin còn, còn với giấu thông tin thì người ta sẽ khó biết được là có thông tin giấu bên trong tức là giấu đi sự hiện diện của thông tin. Về bản chất giấu tin gần với nén dữ liệu hơn. Tóm lại giấu tin và mã hóa có mối quan hệ mật thiết với nhau, cùng xây dựng một hệ thống an toàn và bảo mật thông tin. Kỹ thuật giấu thông tin nhằm mục đích đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin ở hai khía cạnh. Một là bảo mật cho giữ liệu được đem giấu (embedded data), chẳng hạn như giấu tin mật: thông tin mật được giấu kỹ trong một đối tượng khác sao cho người khác không phát hiện được (steganography), hai là bảo mật cho chính đối tượng được dùng để giấu tin (host data), chẳng hạn như ứng dụng bảo vệ bản quyền, phát hiện xuyên tạc thông tin (watermarking).... Hai Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 khía cạnh 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 thuỷ vân số (watermarking). Khuynh hướng thuỷ vân số đánh giấu vào đối tượng nhằm khẳng định bản quyền sở hữu hay phát hiện xuyên tạc thông tin. Thuỷ 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. 1.1.2. Phân loại các 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 chưa ổn định. Nhiều phương pháp mới, theo nhiều khía cạnh khác nhau đang và chắc chắn sẽ được đề xuất, bởi vậy một định nghĩa chính xác, một sự đánh giá phân loại rõ ràng chưa thể có được. Sơ đồ phân loại trên được Fabien A. P. Petitcolas đề xuất năm 1999. Có thể chia lĩnh vực giấu tin thành hai hướng lớn là thủy vân số và giấu tin mật [18]. Giấu tin mật quan tâm đến các ứng dụng sao cho người khác khó phát hiện nhất việc có tin được giấu và nếu có phát hiệ tin được giấu thì việc giải tin cũng khó thực hiện nhất. Phạm vi ứng dụng của thủy vân đa dạng hơn, tùy theo mục đích của hệ thủy vân mà người ta lại chia thành các hướng nhỏ như thủy vân dễ vỡ và thủy vân bền vững. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 Giấu thông tin Giấu tin mật Thủy vân số Thủy vân bền vững Thủy vân ẩn Thủy vân hiện Thủy vân dễ vỡ Thủy vân ẩn Thủy vân hiện Hình 1.1 Phân loại các kỹ thuật giấu tin ( Fabien A.P. Petitcolaset al., 1999) Sơ đồ phân loại này như một bức tranh khái quát về ứng dụng và kỹ thuật giấu thông tin. Dựa trên việc thống kê sắp xếp khoảng 100 công trình đã công bố trên một số tạp chí, cùng với thông tin về tên và tóm tắt nội dung của khoảng 200 công trình đã công bố trên Internet, có thể chia lĩnh vực giấu tin ra làm hai hướng lớn, đó là watermarking và steganography. Steganography (giấu tin, viết phủ) là lĩnh vực nghiên cứu việc nhúng các mẩu tin mật vào một môi trường phủ. Trong quá trình giấu tin để tăng bảo mật có thể người ta dùng một khoá viết mật khi đó người ta nói về Intrinsic Steganography (dấu tin có xử lý). Khi đó để giải mã người dùng cũng phải có Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 khoá viết mật đó. Chú ý rằng khoá này không phải là khoá dùng để lập mật mã mẩu tin, ví dụ nó có thể là khoá để sinh ra hàm băm phục vụ rải tin vào môi trường phủ. Ngược lại nếu không dùng khoá viết mật thì người ta chỉ dấu tin đơn thuần vào môi trường phủ thì khi đó người ta nói về Pure Steganography (dấu tin đơn thuần). Watermarking (thuỷ ấn) là kỹ thuật nhúng một biểu tượng vào trong ảnh môi trường để xác định quyền sở hữu ảnh môi trường, chống sự giả mạo và xuyên tạc thông tin. Kích thước của biểu tượng thường nhỏ (từ vài bit tới vài nghìn bit). Kỹ thuật này cho phép đảm bảo nguyên vẹn biểu tượng khi ảnh môi trường bị biến đổi bởi các phép thao tác như lọc (filtering), nén mất dữ liệu (lossy compression), hay các biến đổi hình học, .... Tuy nhiên việc đảm bảo nguyên vẹn biểu tượng không kể đến khi có sự tấn công dựa trên việc hiểu rõ thuật toán và có bộ giải mã trong tay. 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). Nếu như watermark (thủy vân, thủy ấn) quan tâm nhiều đến ứng dụng giấu các mẩu tin ngắn nhưng đòi hỏi độ bền vững lớn của thông tin cần giấu (trước các biến đổi thông thường của tệp dữ liệu môi trường) thì steganography lại quan tâm tới ứng dụng che giấu các bản tin đòi hỏi độ bí mật và dung lượng càng lớn càng tốt. Đối với từng hướng lớn này, quá trình phân loại theo các tiêu chí khác có thể tiếp tục được thực hiện, ví dụ dựa theo ảnh hưởng các tác động từ bên ngoài có thể chia watermark thành hai loại, một loại bền vững với các tác động sao chép trái phép, loại thứ hai lại cần tính chất hoàn toàn đối lập: dễ bị phá huỷ trước các tác động nói trên. Cũng có thể chia watermark theo đặc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 tính, một loại cần được che giấu để chỉ có một số người tiếp xúc với nó có thể thấy được thông tin, loại thứ hai đối lập, cần được mọi người nhìn thấy. Xét về tính chất thuỷ ấn giống giấu tin ở chỗ tìm cách nhúng thông tin mật vào một môi trường. Nhưng về bản chất thì thuỷ ấn có những nét khác ở một số điểm:  Mục tiêu của thuỷ ấn 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  Khác với giấu tin ở chỗ giấu tin sau đó cần tách lại tin còn thuỷ ấn tìm cách biến tin giấu thành một thuộc tính của vật mang  Chỉ tiêu quan trọng nhất của một thuỷ ấn là tính bền vững, của giấu tin là dung lượng Điểm khác nữa giữa thuỷ ấn và giấu tin là thuỷ ấn có thể vô hình hoặc hữu hình trên ảnh mang. Kỹ thuật giấu tin được áp dụng cho các loại dữ liệu ảnh, audio, vidio. Chức năng của giấu tin trong ảnh sẽ khác nhau tuỳ theo các hình thức xâm phạm dữ liệu ảnh. Ảnh bị vi phạm bản quyền: nội dung của ảnh giống với nội dung ảnh bản quyền nhưng chúng được dùng với mục đích mà tác giả không cho phép. 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 hay chính là việc nhúng thuỷ 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 thuỷ vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm, muốn bỏ thuỷ vân này mà không được phép của người chủ sở hữu thì chỉ có cách là phá huỷ sản phẩm. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 Ảnh bị sửa đổi: nội dung của ảnh bị xuyên tạc. Trong trường hợp này giấu tin có tác dụng phân biệt ảnh bản quyền với ảnh bị sửa đổi nội dung. Áp dụng các bước tách tin giống nhau với các ảnh khác nhau, ta sẽ tách được dấu bản quyền đã được đăng ký trước đối với ảnh bị xuyên tạc. Hầu hết giấu tin được gắn cho ảnh là giấu không nhìn thấy nhưng trên thực tế tồn tại một loại giấu tin có thể nhìn thấy, chúng không trong suốt hoàn toàn.Tuy nhiên nội dung của luận văn này tôi chỉ đề cập tới loại giấu tin không nhìn thấy. 1.1.3. Vài nét về lịch sử giấu tin Các kỹ thuật giấu tin đã được đề xuất và sử dụng từ xa xưa, và sau này đã được phát triển ứng dụng cho nhiều lĩnh vực. Từ Steganography bắt nguồn từ Hi-Lạp với ý nghĩa là tài liệu được phủ (covered writing). Các câu chuyện kể về kỹ thuật giấu thông tin được truyền qua nhiều thế hệ. Có lẽ những ghi chép sớm nhất về kỹ thuật giấu thông tin (thông tin được hiểu theo nghĩa nguyên thủy của nó) thuộc về sử gia Hy-Lạp Herodotus. Khi bạo chúa Hy-Lạp Histiaeus bị vua Darius bắt giữ ở Susa vào thế kỷ thứ năm trước Công nguyên, ông ta đã gửi một thông báo bí mật cho con rể của mình là Aristagoras ở Miletus. Histiaeus đã cạo trọc đầu của một nô lệ tin cậy và xăm một thông báo trên da đầu của người nô lệ ấy. Khi tóc của người nô lệ này mọc đủ dài người nô 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 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. 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... 1.1.4. Các yêu cầu đối với giấu tin cho ảnh Mục đích của giấu tin cho ảnh là bảo vệ bản quyền cho chủ sỡ hữu ảnh. Những yêu cầu cơ bản đối với giấu tin cho ảnh là:  Tính ẩn của giấu tin được chèn vào ảnh: Sự hiện diện của giấu tin trong ảnh không làm ảnh hưởng tới chất lượng của ảnh đã chèn tin.  Tính bền của giấu tin: Cho phép các tin có thể tồn tại được qua các phép biến đổi ảnh, biến dạng hình học hay các hình thức tấn công cố ý khác. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 11  Tính an toàn: không thể xoá được tin ra khỏi ảnh trừ khi ảnh được biến đổi tới mức không còn mang thông tin Tính ẩn của tin là một yêu cầu rất quan trọng của phương pháp giấu tin. Nếu tính ẩn của tin không được đảm bảo thì không những nó làm ảnh hưởng tới chất lượng của ảnh mà còn dễ dàng tạo điều kiện cho các hình thức tấn công nhằm loại bỏ tin ra khỏi ảnh. Với ảnh được đánh dấu một cách lý tưởng, ảnh có bản quyền và ảnh gốc sẽ không thể phân biệt được bằng mắt thường. Như vậy giá trị của bức ảnh sẽ không bị thay đổi và việc các tin như vậy sẽ là rào cản lớn cho những kẻ phá hoại trong việc cố gắng xoá hoặc sửa đổi các thông tin về bản quyền ảnh. Trên thực tế khi chèn tin vào ảnh thì ảnh kết quả và ảnh gốc sẽ có những sai khác, để không thể nhận ra được những thay đổi về nội dung dữ liệu này, người ta thường khai thác các đặc điểm về khả năng cảm thụ của mắt người. Tính bền của giấu tin liên quan đến việc tách tin từ ảnh có bản quyền một ảnh sau khi được đánh dấu có thể được đem ra xử lý để phục vụ cho các mục đích khác nhau như nén ảnh, biến đổi hình học, lọc ảnh cải thiện ảnh , các biến đổi cố tình để xoá dấu tin ra khỏi ảnh,…v.v. Vấn đề được đặt ra liệu sau khi ảnh bị xử lý ta còn có thể tách được lượng tin ra khỏi ảnh không và tách được thì chất lượng của tin có đảm bảo tin cậy không như ta đã biết khi chèn một dấu ẩn vào ảnh thì trước hết phải đảm bảo tính ẩn của nó, nói cách khác thông tin về dấu ẩn có năng lượng rất nhỏ so với thông tin ảnh. Mặt khác để tăng tính bền cho dấu ẩn ta phải tăng năng lượng của thông tin dấu ẩn được chèn vào ảnh điều này đối nghịch với yêu cầu của tính ẩn .Do vậy việc đảm bảo sự tồn tại của dấu ẩn trong ảnh cũng giống như việc đảm bảo truyền tín hiệu có năng lượng nhỏ trong môi trường có nhiễu lớn. Đây là cơ sở để áp dụng các phương pháp xử lí tín hiệu số trong chèn dấu ẩn. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 12 Trong trường hợp một ảnh được chèn nhiều ký hiệu bản quyền thì các ký hiệu này phải đảm bảo có thể phân biệt được. Tuy nhiên việc tăng số lượng các dấu ẩn cũng đồng nghĩa với việc tăng lượng của các thông tin được chèn vào ảnh do đó tính ẩn của ảnh cũng bị ảnh hưởng theo chiều hướng giảm. Tóm lại các yêu cầu đặt ra đối với đánh dấu ẩn cho ảnh có chiều hướng xung đột nhau, nếu thoả mãn tốt yêu cầu này thì không đáp ứng được yêu cầu kia và ngược lại. Qua đó ta có kết luận rằng không thể có mô hình đánh dấu ẩn nào cho ảnh một cách lí tưởng. Để có được một phương pháp đánh dấu ẩn ảnh hợp lý, người ta thường đưa ra hệ số cân đối và tuỳ theo những yêu cầu cụ thể, hệ số cân đối này sẽ được chọn thích hợp. 1.1.5. Mô hình kỹ thuật giấu tin Hệ thống giấu tin nói chung bao gồm 2 phần chính: chèn tin và tách tin (Hình 1.2). Giai đoạn chèn tin, các thông tin khoá (công khai hoặc bí mật) và dấu tin được chèn vào ảnh gốc để được ảnh có bản quyền. Giai đoạn tách tin, dữ liệu khoá (bí mật) và hoặc ảnh gốc (ảnh không chèn tin) sẽ làm dữ liệu cơ sở để tách tin từ ảnh có bản quyền. Mẫu tin mật Ảnh gốc Chèn tin Ảnh bản quyền Khóa k a) Chèn tin Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn