Nghiên cứu một số kỹ thuật giấu tin trong môi trường Multimedia

  • Số trang: 81 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 33 |
  • Lượt tải: 0
nhattuvisu

Đã đăng 26946 tài liệu

Mô tả:

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ ĐỖ VĂN TUẤN NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG MÔI TRƯỜNG MUILTIMEDIA LUẬN VĂN THẠC SĨ Hà Nội - 2007 MỤC LỤC Mục lục Trang PHẦN MỞ ĐẦU 1 CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ CÁC KỸ THUẬT GIẤU TIN 3 1.1. Một số khái niệm cơ bản...................................................... 3 1.1.1 Khái niệm về giấu tin..................................................... 3 1.1.2. Phân loại các kỹ thuật giấu tin..................................... 3 1.1.3. Mô hình kỹ thuật giấu tin.............................................. 4 1.1.4. Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin............................. 5 1.2.Giấu tin trong dữ liệu đa phương tiện.................................... 8 1.2.1. Giấu tin trong ảnh ...................................................... 8 1.2.2. Giấu tin trong audio.................................................... 9 1.2.3. Giấu tin trong video............................................ 9 1.2.4. Giấu tin trong văn bản ....................................... 10 1.3. Giấu tin trong ảnh, những đặc trưng và tính chất ................ 10 1.4. Các hướng tiếp cận của kỹ thuật giấu tin trong ảnh............. 12 1.4.1.Tiếp cận trên miền không gian ảnh ............................ 12 1.4.2. Tiếp cận trên miền tần số ảnh.................................... 13 1.5. Thủy vân số trên ảnh ........................................................... 14 1.5.1. Các yêu cầu cơ bản của hệ thuỷ vân......................... 17 1.5.2. Mô hình hệ thống thuỷ vân......................................... 18 1.5.3. Những tấn công trên hệ thuỷ vân............................... 20 i 1.5.4. Đánh giá chất lượng ảnh trong thuỷ vân ................... 21 CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRÊN MIỀN 24 KHÔNG GIAN ẢNH NHỊ PHÂN 2.1. Kỹ thuật giấu tin theo khối bít............................................... 24 2.1.1. Ý tưởng...................................................................... 24 2.1.2. Thuật toán giấu tin...................................................... 24 2.1.3. Phân tích thuật toán .................................................. 25 2.2 Kỹ thuật giấu tin Wu – Lee..................................................... 27 2.2.1 Thuật toán giấu tin....................................................... 27 2.2.2 Phân tích thuật toán.................................................... 30 2.2.3. Thí dụ minh họa thuật toán Wu-Lee........................... 31 2.2.4. Một số nhận xét về thuật toán Wu-lee........................ 32 2.3 Kỹ thuật giấu tin Chen – Pan – Tseng................................... 34 2.3.1 Ý tưởng....................................................................... 34 2.3.2 Thuật toán CPT........................................................... 35 2.3.3. Cách chứng minh mới về tính đúng đắn của thuật toán..... 37 2.3.4. Một số thí dụ minh họa thuật toán CPT...................... 39 2.3.5. Phân tích thuật toán........................................... 43 CHƯƠNG 3: PHÁT TRIỂN MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN 45 TRONG MULTIMEDIA 3.1 Ảnh Bitmap............................................................................ 46 3.1.1 Khái niệm chung về ảnh bitmap.......................... 46 ii 3.1.2 Định dạng tệp ảnh bitmap................................... 47 3.2. Giấu tin trong ảnh bitmap 8 bit màu...................................... 51 3.2.1. Thuật toán giấu tin DH8............................................. 52 3.2.2. Kết quả thử nghiệm thuật toán DH8.......................... 58 3.3. Giấu tin trong ảnh bitmap 24 bit màu.................................... 58 3.3.1. Thuật toán giấu tin DH24 .................................................... 59 3.3.2. Phân tích thuật toán DH24 63 3.3.3. Kết quả thử nghiệm thuật toán DH24......................... 64 3.4. Giấu tin trong dữ liệu âm thanh ........................................... 64 3.4.1. Định dạng tệp wav...................................................... 65 3.4.2 Ý nghĩa các trường trong tệp wav................................. 66 3.4.3. Kỹ thuật toán giấu tin trong tệp wav............................. 67 Kết luận....................................................................................... 69 Phụ lục........................................................................................ 70 Tài liệu tham khảo..................................................................... 75 iii MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT DCT (Discrete Cosine Transform): Phép biến đổi cosin rời rạc từ miền không gian ảnh sang miền tần số CPT (Y.Chen, H.Pan, Y.Tseng): Tên ba tác giả đề xuất thuật toán giấu r bit vào một khối bit nhưng chỉ biến đổi tối đa hai phần tử. DH8 (Data Hiding in color image 8 bits/pixel): Thuật toán giấu tin trong ảnh bitmap 8 bit màu, đây là thuật toán được đề xuất dựa trên ý tưởng giấu tin của Wu-Lee DH24 (Data Hiding in color image 24 bits/pixel): Thuật toán giấu tin trong ảnh bitmap 24 bit màu, đây là thuật toán được cải tiến từ thuật toán giấu tin trên ảnh nhị phân của ba tác giả Y.Chen, H.Pan và Y.Tseng iv PHẦN MỞ ĐẦU 1.Đặt vấn đề Ngày nay, một trong những sự kiện trọng đại trong những thập niên cuối của thế kỷ 20, đầu thế kỷ 21 là sự ra đời phát triển của mạng internet. Thông tin đã trở thành sẵn sàng trực tuyến, mọi người đều có thể kết nối vào internet để tìm kiếm thông tin một cách dễ dàng thông qua nhà cung cấp dịch vụ internet. Người dùng có thể đọc các thông tin mới nhất, tra cứu các thư viện số, tìm thông tin lĩnh vực mình quan tâm. Bên cạnh đó các nhà cung cấp sản phẩm cũng sẵn sàng cung cấp dữ liệu của mình cho người dùng thông qua mạng. 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. Nhu cầu này đã dẫn đến sự ra đời và phát triển một lĩnh vực khoa học nằm ở biên giới giữa toán học và tin học. Một trong những mục tiêu nghiên cứu của an toàn dữ liệu và bảo mật thông tin là xây dựng quy trình và giải pháp bảo vệ các tài liệu, ngăn chặn các hoạt động không hợp pháp. Vấn đề an toàn và bảo mật thông tin hiện nay luôn nhận được sự quan tâm đăck biệt trong nhiều lĩnh vực. Các công nghệ và giải pháp để bảo vệ thông tin đã và đang được nghiên cứu, phát triển phù hợp với dạng lưu trữ các thông tin và phương thức truyền tải thông tin. Giải pháp bảo mật thông tin được sử dụng phổ biến nhất là dùng các hệ mật mã như: Hệ mã hoá công khai, Hệ mã hoá bí mật. Với giải pháp này, thông tin ban đầu (bản rõ) sẽ được mã hoá thành bản mật mã (bản mật). Chính điều này làm cho đối phương nghi ngờ và tìm mọi cách thám mã. Ngược lại, nếu chúng ta đem thông tin giấu vào trong một môi trường khác, một bức ảnh F chẳng hạn, ta sẽ thu được bức ảnh F‟ hầu 1 như không sai khác với F khi nhìn bằng mắt thường. Sau đó F‟ được gửi tới người nhận. Để lấy thông tin từ F‟, người nhận cần đối sánh với bản gốc. Đây là ý tưởng của phương pháp giấu tin (data hiding) trong môi trường ảnh. Nếu thông tin được bảo mật theo một quy trình hai hoặc ba bước, chẳng hạn: mã hoá, nén rồi giấu vào một trường ảnh hoặc âm thanh thì cấp độ bảo mật còn có thể cao hơn nữa. 2. Mục đích của luận văn Giấu dữ liệu là một lĩnh vực rộng lớn, trong luận văn này chỉ đề cập đến việc nghiên cứu các kỹ thuật giấu dữ liệu trong ảnh, âm thanh đó là hai kiểu dữ liệu được dùng rộng rãi. Nội dung luận văn tập trung vào việc nghiên cứu và cải tiến một số kỹ thuật giấu dữ liệu trong ảnh đã được công bố, sau đó phát triển, mở rộng kỹ thuật giấu dữ liệu trong ảnh nhị phân vào môi trường ảnh màu, âm thanh và xây dựng các thư viện cung cấp cho người dụng có thể sử dụng vào thực tế. 3. Những đóng góp của luận văn - Luận văn cung cấp cho người dùng một cách nhìn tổng quát và đầy đủ về hệ thống giấu tin. Từ đó, người dùng sẽ chọn cách thức, môi trường phù hợp cho từng bài toán cụ thể. - Luận văn trình bày phương pháp chứng minh mới về tính đúng đắn của thuật toán CPT, với cách chứng minh mới sẽ giúp quá trình nghiên cứu thuật toán này trở nên dễ dàng hơn. - Đề xuất hai thuật toán giấu tin trên ảnh màu và trên dữ liệu âm thanh. Hai thuật toán này được cải tiến từ hai tư tưởng giấu tin của WuLee và của ba tác giả Chen – Pan – Tseng. 2 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC KỸ THUẬT GIẤU TIN 1.1. Một số khái niệm cơ bản 1.1.1 Khái niệm về giấu tin Giấu tin là một kỹ thuật giấu một lượng thông tin số nào đó vào một đối tượng dữ liệu khác. Kỹ thuật giấu tin nhằm hai mục đích: một là bảo mật cho dữ liệu được đem giấu, hai là bảo vệ cho chính đối tượng được giấu tin ở trong. Hai mục đích khác nhau này dẫn đến hai kỹ thuật chủ yếu của giấu tin. Hướng thứ nhất là giấu tin mật, nhằm tập trung vào các kỹ thuật giấu tin sao cho người khác khó phát hiện được đối tượng có chứa thông tin mật bên trong. Hướng thứ hai là thuỷ vân số, hướng thuỷ vân số có miền ứng dụng lớn hơn nên được quan tâm nghiên cứu nhiều hơn và thực tế đã có rất nhiều kỹ thuật đã được đề xuất. 1.1.2. Phân loại các kỹ thuật giấu tin Có thể chia lĩnh vực giấu tin thành hai hướng chính, đó là thuỷ vân số và giấu tin mật. Kỹ thuật giấu tin mật luôn chú trọng đến tính che giấu, với tính che giấu, các đối thủ khó có thể phát hiện được đối tượng có chứa tin mật bên trong hay không; hơn nữa, nếu phát hiện có giấu tin thì việc giải mã thông tin mật cũng khó có thể thực hiện được. Đồng thời, các kỹ thuật giấu tin mật còn quan tâm lượng tin có thể được giấu. Phạm vi ứng dụng của thuỷ vân đa dạng hơn, tuỳ theo mục đích của hệ thuỷ vân mà người ta lại chia thành các hướng nhỏ 3 như: thuỷ vân dễ vỡ và thuỷ vân bền vững. Thuỷ vân bền vững quan tâm nhiều đến việc nhúng những mẩu tin đòi hỏi độ bền vững cao của thông tin được giấu trước các biến đổi thông thường trên dữ liệu môi trường. Thuỷ vân dễ vỡ yêu cầu thông tin giấu sẽ bị sai lệch nếu có bất kỳ sự thay đổi nào trên dữ liệu chứa. Như vây, kỹ thuật giấu tin có thể được phân loại như trong hình 1.1. Giấu thông tin Giấu tin mật Thuỷ vân số Thuỷ vân bền vững Thuỷ vân ẩn Thuỷ vân dễ vỡ Thuỷ vân hiện Thuỷ vân ẩn Thuỷ vân hiện Hình 1.1 Phân loại các kỹ thuật giâu tin 1.1.3. Mô hình kỹ thuật giấu tin Mô hình của kỹ thuật giấu tin được mô tả trong Hình 1.2 và 1.3. Trong đó, Hình 1.2 biểu diễn quá trình giấu tin. Phương tiện chứa bao gồm các đối tượng được dùng làm môi trường để giấu tin như các tệp Multimedia. Thông tin cần giấu là một lượng thông tin mang một ý nghĩa nào đó tuỳ thuộc vào mục đích của người sử dụng. Thông tin sẽ được giấu vào trong môi trường chứa nhờ một bộ nhúng. Bộ nhúng là những 4 chương trình, 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 môi trường đã giấu tin và được phân phối trên các phương tiện truyền thông khác nhau. Thông tin cần giấu Dữ liệu môi trường (audio, video, ảnh....) Dữ liệu môi trường đã được giấu tin Bộ nhúng thông tin Khoá Hình 1.2 Lược đồ của quá trình giấu tin Hình 1.3 chỉ ra các công việc của quá trình giải mã thông tin đã được giấu. Quá trình giải mã được thực hiện thông qua một bộ giải mã tương ứng với bộ nhúng thông tin kết hợp với khoá để giải mã thông tin. Khoá để giải mã thông tin có thể giống hoặc khác với khoá để nhúng thông tin. Kết quả thu được gồm môi trường gốc và thông tin đã được giấu. Tuỳ trường hợp, thông tin tách được có thể cần xử lí, kiểm định so sánh với thông tin giấu ban đầu. Thông qua dữ liệu mật được tác ra từ môi trường chứa tin giấu, người ta có thể biết được trong quá tình phát tán dữ liệu có bị tấn công hay không. Với một hệ thống giấu tin mật, tính an toàn của dữ liệu cần giấu được quan tâm đặc biệt. Một hệ thống được xem là có độ bảo mật cao 5 nếu độ phức tạp của các thuật toán thám mã khó có thể thực hiện được trên máy tính. Tuy nhiên, cũng có một số hệ thống lại quan tâm đến số lượng thông tin có thể được giấu, hoặc quan tâm đến sự ảnh hưởng của thông tin mật đến môi trường chứa dữ liêu. Khoá Dữ liệu môi trường đã được giấu tin Bộ giải mã tin Dữ liệu môi trường (audio, video, ảnh....) Thông tin giấu Kiểm định Hình 1.3 Lược đồ giải mã tin giấu 1.1.4. Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin Giấu tin mật: Thông tin được giấu trong những trường hợp này cần được bảo mật trước các đối thủ. Việc giải mã để nhận được thông tin cũng không cần dữ liệu môi trường gốc. Đối với các thuật toán giấu tin mật chúng ta không chú trọng đến việc bảo vệ thông tin mật trước sự tấn công của các đối thủ mà thay vào đó các thuật toán quan tâm đến tính ẩn và tính an toàn đối với dữ liệu cần giấu. Do đó, các thuật toán giấu tin có độ bảo mật cao sẽ được sử dụng trong các ứng dụng giấu tin mật. 6 Bảo vệ bản quyền tác giả: Đây là ứng dụng cơ bản nhất của kỹ thuật thuỷ vân số. Một thông tin nào đó mang ý nghĩa bản quyền được sở hữu bởi tác giả gọi là thuỷ vân, thông tin này sẽ được nhúng vào trong các sản phẩm multimedia, và đó là minh chứng cho bản quyền của tác giả nhằm bảo vệ các sản phầm chống lại các hành vi lấy cắp hoặc làm nhái. Yêu cầu kỹ thuật đối với ứng dụng này là thuỷ vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm, khi muốn bỏ thuỷ vân này mà không được phép của người chủ sở hữu thì chỉ còn cách là phá huỷ sản phẩm. Xác thực thông tin: Một tập các thông tin sẽ được giấu trong dữ liệu nguồn và thông tin sẽ được sử dụng để nhận biết xem dữ liệu nguồn có bị thay đổi hay không. Với kiểu ứng dụng này các thuỷ vân nên được ẩn để tránh được sự tò mò của đối phương, hơn nữa việc làm giả các thuỷ vân hợp lệ hay xuyên tạc thông tin nguồn cũng cần được xem xét. Trong các ứng d ụng thực tế, người ta mong muốn tìm được vị trí bị xuyên tạc cũng như phân biệt được các thay đổi. Yêu cầu chung đối với ứng dụng này là khả năng giấu thông tin cao và thuỷ vân không cần bền vững. Giấu vân tay hay dán nhãn: Thuỷ vân số trong những ứng dụng này được sử dụng để nhận diện người gửi hay người nhận của một thông tin nào đó. Ví dụ như các vân khác nhau sẽ được nhúng vào các bản sao khác nhau của thông tin gốc trước khi chuyển cho nhiều người. Với những ứng dụng này thì yêu câu là đảm bảo độ an toàn cao cho các thuỷ vân tránh sự xoá giấu vết trong khi phân phối. Kiểm soát sao chép: Các thuỷ vân trong những trường hợp này được sử dụng để kiểm soát việc sao chép thông tin. Các 7 thiết bị phát hiện ra thuỷ vân thường được gắn sẵn vào trong các hệ thống đọc/ghi. Ví dụ như hệ thống quản lí sao chép DVD đã được sử dụng ở Nhật. Các ứng dụng loại này yêu cầu thuỷ vân phải được đảm bảo an toàn và cũng sử dụng phương pháp phát hiện thuỷ vân đã giấu mà không cần thông tin gốc. 1.2.Giấu tin trong dữ liệu đa phƣơng tiện 1.2.1. Giấu tin trong ảnh Ngày nay, giấu thông tin trong ảnh chiếm tỷ lệ lớn trong các chương trình ứng dụng, các phần mềm, hệ thống giấu tin trong dữ liệu đa phương tiện bởi lượng thông tin được trao đổi bằng ảnh là rất lớn. Hơn nữa, giấu thông tin trong ảnh cũng đóng vai trò hết sức quan trọng trong hầu hết các ứng dụng bảo vệ an toàn thông tin như: nhận thức thông tin, xác định xuyên tạc thông tin, bảo vệ bản quyền tác giả, điều khiển truy cập, giấu thông tin mật… Vì thế mà vấn đề này đã nhận được sự quan tâm rất lớn của các cá nhân, tổ chức, trường đại học và viện nghiên cứu trong và ngoài nước. Thông tin sẽ được giấu cùng với dữ liệu ảnh nhưng chất lượng ảnh ít thay đổi và mắt người không thể phát hiện được bên trong bức ảnh đó có chứa thông tin gì. Và ngày nay, khi ảnh số đã được sử dụng phổ biến thì giấu thông tin trong ảnh đã đem lại rất nhiều những ứng dung quan trọng trên nhiều lĩnh vực trong đời sống xã hội. Ví dụ như đối với các nước phát triển chữ ký tay đã được số hoá và được lưu trữ giống như là hồ sơ cá nhân của các dịch vụ ngân hàng và tài chính, nó được dùng để xác thực trong các thẻ tín dụng của người tiêu dùng. Thêm vào đó, lại có rất nhiều loại thông tin quan trọng cần được bảo mật, chúng rất dễ bị lấy trộm 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 8 quan trọng và cấp thiết. Một đặc điểm của giấu thông tin trong ảnh đó là thông tin được giấu trong ảnh một cách vô hình, bởi sau khi giấu thông tin thì chất lượng ảnh gần như không thay đổi, đặc biệt đối với ảnh màu hay ảnh đa mức xám. 1.2.2. Giấu tin trong audio Giấu thông tin trong audio mang những đặc điểm riêng khác với giấu thông tin trong các đối tượng đa phương tiện khác. Một trong những yêu cầu cơ bản của giấu tin là đảm bảo tính chất ẩn của thông tin được giấu đồng thời không làm ảnh hưởng nhiều đến chất lượng của dữ liệu gốc. Để đảm bảo yêu cầu này, kỹ thuật giấu thông tin trong audio phụ thuộc vào hệ thống thính giác của con người. Và một vấn đề khó khăn ở đây là hệ thống thính giác của con người nghe được các tín hiệu ở các giải tần rộng và công suất lớn nên đã gây khó dễ đối với các phương pháp giấu tin trong audio. Nhưng theo một số tài liệu, công trình nghiên cứu đã công bố, hệ thống thính giác lại gặp những khó khăn trong việc phát hiện sự thay đổi nhỏ về âm lượng, tần số của tín hiệu audio. Điều này có nghĩa là các âm thanh lớn, tấn số cao có thể che giấu được các âm thanh nhỏ, tần số thấp một cách dễ dàng. Và thông tin này sẽ giúp ích cho việc chọn các audio thích hợp cho việc giấu tin. Vấn đề khó khăn thứ hai đối với giấu thông tin trong audio là kênh truyền tin. Kênh truyền hay băng thông chậm sẽ ảnh hưởng đến chất lượng thông tin sau khi giấu. 1.2.3. Giấu tin trong video Cũng giống như giấu thông tin trong ảnh hay audio, giấu tin trong video cũng được quan tâm và được phát triển mạnh mẽ cho nhiều ứng dụng như kiểm soát sao chép thông tin, nhận thực thông tin và bảo vệ bản quyền tác giả. Với kỹ thuật giấu thông tin 9 trong video, các thuật toán lợi dụng triệt để những nhược điểm của hệ thống thị giác và thình giác của con người để thực hiện quá trình giấu tin. 1.2.4. Giấu tin trong văn bản Trong việc trao đổi thông tin qua hệ thống máy tính, văn bản chiếm một tỷ lệ rất lớn so với các loại phương tiện chứa khác. Tuy vậy, giấu tin trong văn bản lại chưa được quan tâm nghiên cứu nhiều. Các nghiên cứu về giấu tin trong văn bản được chia theo hai hướng, thứ nhất văn bản được sử dụng để giấu tin là những văn bản được chụp lại và lưu trên máy như một bức ảnh nhị phân. Theo hướng này, các kỹ thuật giấu tin được thực hiện như kỹ thuật giấu tin trong ảnh. hướng thứ hai, phương tiện chứa sử dụng cho quá trình giấu tin được lưu dưới dạng văn bản. Theo hướng này, các kỹ thuật giấu tin cũng tiến hành như giấu tin trong ảnh bằng cách thay đổi một số ký tự tại một số vị trí trên văn bản mà không làm ảnh hưởng nhiều đến nội dung văn bản gốc. 1.3. Giấu tin trong ảnh, những đặc trƣng và tính chất Giấu tin trong ảnh chiếm tỉ trọng lớn trong các kỹ thuật giấu tin, vì vậy mà các kỹ thuật giấu tin cũng tập trung vào các kỹ thuật giấu tin trong ảnh. Các phương tiện chứa khác nhau thì cũng sẽ có các kỹ thuật giấu khác nhau. Đối tượng ảnh là một đối tượng dữ liệu tĩnh có nghĩa là dữ liệu tri giác không biến đổi theo thời gian. Dữ liệu ảnh có nhiều định dạng, mỗi định dạng có những tính chất khác nhau nên các kỹ thuật giấu tin trong ảnh thường chú ý những đặc trưng và các tính chất cơ bản sau đây:  Kỹ thuật giấu tin lợi dụng tính chất hệ thống thị giác của con người 10 Giấu tin trong ảnh ít nhiều cũng gây ra những thay đổi trên dữ liệu ảnh gốc. Dữ liệu ảnh được quan sát bằng hệ thống thị giác của con người nên các kỹ thuật giấu tin phải đảm bảo một yêu cầu cơ bản là những thay đổi trên ảnh phải rất nhỏ, sao cho bằng mắt thường khó nhận ra được sự thay đổi đó vì có như thế thì mới đảm bảo được độ an toàn cho thông tin giấu. Rất nhiều các kỹ thuật đã lợi dụng các tính chất của hệ thống thị giác để giấu tin chẳng hạn như mắt người cảm nhận về sự biến đổi về độ chói kém hơn sự biến đổi về màu hay cảm nhận của mắt về màu xanh da trời là kém nhất trong ba màu cơ bản.  Giấu thông tin trong ảnh nhưng không thay đổi kích thước ảnh Các thuật toán thực hiện việc giấu thông tin sẽ được thực hiện trên dữ liệu ảnh. Dữ liệu ảnh bao gồm cả phần header, bảng màu (có thể có) và giá trị của các điểm ảnh. Khi giấu thông tin, các phương pháp giấu đều biến đổi các giá trị trong phần dữ liệu ảnh chứ không thực hiện việc thêm vào hay bớt đi dữ liệu ảnh. Do vậy mà kích thước ảnh trước hay sau khi giấu thông tin là như nhau.  Đảm bảo chầt lượng ảnh sau khi giấu tin Đây là một yêu cầu quan trọng đối với giấu tin trong ảnh. Sau khi giấu tin bên trong, ảnh phải đảm bảo được yêu cầu không được biến đổi quá nhiều dẫn đến dễ dàng phát hiện sự khác biệt giữa ảnh gốc và ảnh có chứa tin. Yêu cầu này dường như khá đơn giản đối với ảnh màu hoặc ảnh xám bởi mỗi một điểm ảnh được biểu diễn bởi nhiều bit và khi ta thay đổi một giá trị nhỏ nào đó thì chất lượng ảnh thay đổi không đáng kể, thông tin giấu khó bị phát hiện, nhưng với ảnh đen trắng thì việc giấu thông tin phức tạp hơn nhiều, vì đối với ảnh đen trắng mỗi một điểm ảnh chỉ có thể nhận một trong hai giá trị đen hoặc trắng. Vì vậy, trong các kỹ thuật giấu tin khi chúng ta thực hiện thao tác biến đổi điểm ảnh từ đen sang trắng hoặc ngược lại nếu không khéo sẽ rất dễ bị lộ vị trí điểm ảnh 11 đã biến đổi. Do đó, với ảnh đen trắng tập trung vào việc làm thế nào để thông tin giấu khó bị phát hiện nhưng với ảnh màu hay ảnh xám thì lại chú trọng đến khả năng giấu của thuật toán.  Thông tin giấu trong ảnh sẽ bị biến đổi nếu có bất cứ biến đổi nào trên ảnh Vì phương pháp giấu tin trong ảnh dựa trên việc điều chỉnh các giá trị của các bit theo một quy tắc nào đó và khi giải mã sẽ theo các giá trị đó để tìm được thông tin đã giấu. Theo đó, nếu một phép biến đổi nào đó trên ảnh làm thay đổi giá trị của các bit thì sẽ làm cho thông tin giấu bị sai lệch. Nhờ đặc điểm này mà giấu thông tin trong ảnh có tác dụng nhận thức và phát hiện xuyên tạc thông tin. 1.4. Các hƣớng tiếp cận của kỹ thuật giấu tin trong ảnh 1.4.1.Tiếp cận trên miền không gian ảnh Miền không gian ảnh là miền dữ liệu ảnh gốc, tác động lên miền không gian ảnh chính là tác động lên các điểm ảnh, thay đổi giá trị trực tiếp của điểm ảnh. Đây là hướng tiếp cận tự nhiên bởi vì khi nói đến việc giấu tin trong ảnh người ta thường nghĩ ngay đến việc thay đổi giá trị các điểm ảnh nguồn, một phương pháp phổ biến của hướng tiếp cận này là phương pháp tác động đến bit ít quan trọng của mỗi điểm ảnh. Tuy nhiên, phương pháp này cũng có nhiều hạn chế, chẳng hạn như không đảm bảo được tính bền vững của thông tin giấu đối với các thao tác biến đổi như quay ảnh hoặc nén ảnh Jpeg. Điều này là dễ hiểu vì các thao tác nói trên cũng loại bỏ hoặc làm sai lệch các bit ít quan trọng nhất của mỗi điểm ảnh. 12 1.4.2. Tiếp cận trên miền tần số ảnh Hướng tiếp cận dựa trên miền không gian ảnh như đã trình bày ở trên là cách tiến hành khảo sát tín hiệu và hệ thống rời rạc một cách trực tiếp trên miền giá trị rời rạc của các điểm ảnh gọi là trên miền biến số độc lập tự nhiên. Nhưng trong nhiều trường hợp, cách khảo sát trực tiếp này gặp phải những khó khăn nhất định hoặc rất phức tạp và hiệu quả không cao. Ngoài phương pháp khảo sát trực tiếp, có thể dùng phương pháp khảo sát gián tiếp thông qua các kỹ thuật biến đổi. Các biến đổi này làm nhiệm vụ chuyển miền biến số độc lập sang các miền khác và như vậy tín hiệu và hệ thống rời rạc sẽ được biểu diễn trong các miền mới với các biến số mới. Phương pháp biến đổi này cũng giống như phương pháp biến đổi trong phép tính tích phân hay phương pháp đổi hệ toạ độ trong giải tích của toán phổ thông quen thuộc. Mỗi cách biến đổi sẽ có những thuận lợi riêng, tuỳ từng trường hợp mà chúng ta chọn phép biến đổi nào cho phù hợp. Sau khi khảo sát, biến đổi xong các tín hiệu và hệ thống rời rạc trong miền các biến số mới này, nếu cần thiết có thể dùng cá biến đổi ngược để đưa chúng trở lại miền biến số độc lập. Phương pháp khảo sát gián tiếp sẽ làm đơn giản rất nhiều các công việc gặp phải khi dùng phương pháp khảo sát trực tiếp trong miền biến số độc lập tự nhiên. Hệ thống rời rạc cần khảo sát chính là miền không gian các điểm ảnh. Có một số phương pháp biến đổi được sử dụng rất phổ biến như: Furier, Cosin rời rạc (DCT), Wavelet… Đây là những phép biến đổi được sử dụng nhiều trong các kỹ thuật xử lý ảnh và âm thanh. Trong giấu tin, đặc biệt trong kỹ thuật thuỷ vân tiếp cận theo miền tần số, các 13 phép biến đổi từ miền biến số tự nhiên của ảnh sang miền tần số như biến đổi Furier, biến đổi cosin rời rạc, Wavelet được sử dụng phổ biến. 1.5. Thủy vân số trên ảnh Như đã giới thiệu ở trên, tính an toàn và bảo mật thông tin của kỹ thuật giấu tin được thể hiện ở hai khía cạnh. Một là bảo vệ cho dữ liệu đem giấu và hai là bảo vệ cho chính đối tượng sử dụng để giấu tin. Tương ứng với hai khía cạnh đó có hai khuynh hướng kỹ thuật rõ ràng đó là giấu tin mật và thuỷ vân số. Thuỷ vân trên ảnh số là kỹ thuật nhúng một lượng thông tin số vào một bức ảnh số và thông tin nhúng được gắn liền với bức ảnh chứa và Dữ liệu thuỷ vân có thể được hiển thị hoặc ẩn phụ thuộc vào mỗi kỹ thuật thuỷ vân cụ thể. Trong kỹ thuật thuỷ vân số thì thông tin nhúng được gọi là thuỷ vân. Thuỷ vân có thể là một chuỗi ký tự, hay một hình ảnh, logo nào đó. Nói đến thuỷ vân số là nói đến kỹ thuật giấu tin nhắm đến những ứng dụng bảo đảm an toàn dữ liệu cho đối tượng được sử dụng để giấu tin như: bảo vệ bản quyền, chống xuyên tạc, nhận thực thông tin, điều khiển sao chép… Có thể thấy rõ là phần ứng dụng của thuỷ vân rất lớn, mỗi ứng dụng lại có những yêu cầu riêng, do đó các kỹ thuật thủy vân cũng có những tính năng khác biệt tương ứng. Có thể chia các kỹ thuật thủy vân theo nhóm như trong hình 1.4. 14 Thuỷ vân Thuỷ vân bền vững Thuỷ vân ẩn Thuỷ vân dễ vỡ Thuỷ vân hiện Thuỷ vân ẩn Thuỷ vân hiện Hình 1.4. Phân loại các kỹ thuật thuỷ vân Các kỹ thuật thủy vân trên hình 1.4. được phân biệt nhau bởi những đặc trưng, tính chất của từng kỹ thuật và khía cạnh ứng dụng những kỹ thuật đó. Trong thực tế, tuỳ theo mục đích, yêu cầu của bài toán mà ta sẽ chọn kỹ thuật thuỷ vân phù hợp. Tuy nhiên, các kỹ thuật trên cũng có một số đặc điểm giổng nhau. Thuỷ vân dễ vỡ là kỹ thuật nhúng thuỷ vân vào trong ảnh sao cho sản phẩm khi phân phối trong môi trường nếu có bất cứ một phép biến đổi nào làm thay đổi đối tượng sản phẩm gốc thì thuỷ vân đã được giấu trong đối tượng sẽ không còn nguyên vẹn như thuỷ vân gốc. Các kỹ thuật thuỷ vân có tính chất này được sử dụng trong các ứng dụng nhận thực thông tin và phát hiện xuyên tạc thông tin. Rất dễ hiểu vì sao những ứng dụng này cần đến kỹ thuạt thủy vân dễ vỡ. Ví dụ như để bảo vệ chống xuyên tạc, một ảnh nào đó ta nhúng một thuỷ vân vào trong ảnh và sau đó phân phối, quảng bá ảnh đó. Khi cần kiểm tra lại ảnh ta sử dụng hệ 15
- Xem thêm -