Tài liệu Nghiên cứu phương pháp bảo vệ bản quyền ảnh số và ứng dụng

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ LÂM MẠNH TUYÊN NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ VÀ ỨNG DỤNG LUẬN VĂN THẠC SĨ HÀ NỘI - 2011 ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CƠNG NGHỆ ------------------ LÂM MẠNH TUYÊN NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ VÀ ỨNG DỤNG Ngành: Công nghệ thông tin Chuyên ngành: Hệ thống thông tin Mã số: 60 48 05 LUẬN VĂN THẠC SĨ NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. Trịnh Nhật Tiến HÀ NỘI - 2011 LỜI MỞ ĐẦU Một trong những sự kiện công nghệ lớn của hai thập kỉ trƣớc đó là sự thâm nhập của dữ liệu đa phƣơng tiện vào mọi khía cạnh của đời sống. Dữ liệu số có thể lƣu trữ dễ dàng với chất lƣợng cao, và nó có thể đƣợc xử lý trên máy tính một cách dễ dàng. Hơn thế nữa, dữ liệu số có thể đƣợc truyền một cách nhanh và rẻ thông qua mạng truyền thông mà không bị suy giảm chất lƣợng. “ Dữ liệu số đa phƣơng tiện” có những lợi thế quan trọng nhƣ: bản sao của dữ liệu đa phƣơng tiện (âm thanh số, hình ảnh, tín hiệu video …) không sai khác với bản gốc và dễ dàng chỉnh sửa, bản sao của dữ liệu đa phƣơng tiện có tính “trung thực” cao (giống y hệt so với bản gốc). Cùng với sự phát triển của Internet quá trình phân phối các sản phẩm kỹ thuật số trở nên dễ dàng và nhanh chóng, nhƣng chính điều đó lại làm cho “quyền sở hữu trí tuệ” (IPRIntellectual Property Right) bị đe dọa hơn bao giờ hết, bởi khả năng sao chép không bị giới hạn. Một trong những giải pháp đƣợc đƣa ra để bảo vệ “quyền sở hữu trí tuệ” là để hạn chế truy cập dữ liệu bằng cách sử dụng một số kỹ thuật mã hóa.Tuy nhiên kỹ thuật mã hóa không cung cấp phƣơng thức bảo vệ sản phẩm một cách “toàn diện”. Đồng thời, quá trình mã hóa và giải mã cũng gây ra những trở ngại trong quá trình phân phối và xử lý dữ liệu. Có một giải pháp tốt hơn cho vấn đề trên, đó là giấu những “dữ liệu về quyền sở hữu”(ownership data) vào trong các dữ liệu đa phƣơng tiện, sau đó có thể trích xuất những dữ liệu này để chứng minh quyền sở hữu sản phẩm [E9]. Hiện nay, vấn đề bảo vệ quyền tác giả có những tác động tài chính lớn và có tầm quan trọng đặc biệt, do vậy việc xây dựng và ứng dụng các thuật toán để ngăn chặn việc sao chép bất hợp pháp nội dung sản phẩm đa phƣơng tiện là thực sự cần thiết. Giấu tin nói chung hay thủy vân nói riêng là một lĩnh vực rộng lớn, trong luận văn này đi sâu tìm hiểu một số giải pháp bảo vệ bản quyền dữ liệu đa phƣơng tiện nói chung và bảo vệ bản quyền ảnh số nói riêng bằng kỹ thuật thủy vân số. Từ đó có thể tìm hiểu để lựa chọn phƣơng pháp thủy vân phù hợp với từng ứng dụng cụ thể. 3 MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ 1 LỜI MỞ ĐẦU ........................................................................................................................ 3 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ................................................................................................. 6 Chương 1 VẤN ĐỀ BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ ....................................................... 7 1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM ................................................................................................. 7 1.1.1 Khái niệm ảnh số ........................................................................................ 7 1.1.2 Điểm ảnh. ................................................................................................... 8 1.1.3 Độ phân giải của ảnh ................................................................................... 9 1.1.4 Các lân cận của điểm ảnh (Image Neighbors) .............................................. 9 1.2. BIỂU DIỄN ẢNH SỐ................................................................................................ 10 1.2.1 Các giai đoạn chính trong xử lý ảnh .......................................................... 10 1.2.2 Biểu diễn tín hiệu ảnh số ........................................................................... 11 1.3. BẢN QUYỀN VÀ CÁC QUY ĐỊNH ........................................................................ 13 1.3.1. Bảo vệ bản quyền ..................................................................................... 13 1.3.2. Vi phạm bản quyền .................................................................................. 14 1.3.3. Bản quyền và quyền sở hữu trí tuệ ........................................................... 15 1.4. BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ ............................................................................. 16 1.4.1. Một số vấn đề trong bảo vệ bản quyền ảnh số. ......................................... 16 1.4.2. Giải pháp và kỹ thuật bảo vệ bản quyền. .................................................. 17 Chương 2 KỸ THUẬT THỦY VÂN ................................................................................. 20 2.1. TỔNG QUAN VỀ THỦY VÂN ................................................................................ 20 2.1.1 Khái niệm thủy vân ................................................................................... 20 2.1.2 Lịch sử phát triển ...................................................................................... 21 2.1.3 Phân loại thủy vân ..................................................................................... 22 2.1.4 Cấu trúc cơ bản của hệ thống thủy vân ...................................................... 24 2.1.5 Đặc tính thủy vân ...................................................................................... 26 2.1.6. Tiêu chuẩn và hiệu suất lƣợc đồ thủy vân ................................................. 29 2.2. KỸ THUẬT THỦY VÂN TRÊN ẢNH ..................................................................... 31 2.2.1. Kỹ thuật thủy vân trên miền không gian ................................................... 31 2.2.2. Kỹ thuật thủy vân trên miền tần số ........................................................... 40 Chương 3 MỘT SỐ ỨNG DỤNG TRONG BẢO VỆ BẢN QUYỀN .................................. 70 3.1 HỆ THỐNG XÁC THỰC TRÊN MÁY ẢNH KỸ THUẬT SỐ .................................. 70 3.1.1 Tính pháp lý của hình ảnh số ..................................................................... 70 4 3.1.2 Máy ảnh kỹ thuật số .................................................................................. 72 3.1.3 Dữ liệu sinh trắc học ................................................................................. 74 3.1.4 Sơ đồ làm việc của hệ thống an toàn trên máy ảnh số ................................ 78 3.2 BẢO VỆ NHÃN HIỆU SẢN PHẨM .......................................................................... 81 3.2.1 Nhãn hiệu hàng hóa và vấn đề bản quyền .................................................. 81 3.2.2 Ý tƣởng và mô hình bảo vệ nhãn hiệu với thủy vân số. ............................. 82 3.2.3 Tiền xử lý thủy vân ................................................................................... 84 3.3 MỘT SỐ ỨNG DỤNG KHÁC ................................................................................... 90 3.3.1 Tăng cƣờng bảo mật thẻ thông minh ........................................................ 90 3.3.2 Bảo vệ bản quyền bản đồ vectơ ................................................................ 95 Chương 4 THỬ NGHIỆM THỦY VÂN TRÊN ẢNH SỐ ............................................... 99 4.1. CẤU HÌNH HỆ THỐNG CHO CHƢƠNG TRÌNH ................................................... 99 4.1.1. Cấu hình hệ thống. ................................................................................... 99 4.1.2. Chức năng chính ...................................................................................... 99 4.2. CÁC THÀNH PHẦN CHƢƠNG TRÌNH ................................................................ 100 4.2.1. Module nhúng thủy vân.......................................................................... 100 4.2.2. Module tách thủy vân ............................................................................. 102 4.2.3. Module xác thực ảnh .............................................................................. 104 4.3. CHƢƠNG TRÌNH. ................................................................................................. 110 4.4. HƢỚNG DẪN SỬ DỤNG CHƢƠNG TRÌNH ........................................................ 113 4.4.1. Quy trình nhúng thủy vân ....................................................................... 113 4.4.2. Xác thực ảnh .......................................................................................... 113 4.4.3 Trích thủy vân ......................................................................................... 115 KẾT LUẬN........................................................................................................................ 117 TÀI LIỆU THAM KHẢO .................................................................................................. 118 TIẾNG VIỆT ................................................................................................................. 118 TIẾNG ANH .................................................................................................................. 118 5 DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT DCT (Discrete Cosine Transform) Phép biến đổi Cosin rời rạc IDCT (Invert DiscreteCosineTransform) Phép biến đổi ngƣợc DCT. DFT (Discrete Fourier Transform) Phép biến đổi Forier rời rạc IDFT (Invert Discrete FourierTransform ) Phép biến đổi ngƣợc DFT DWT (Discrete Wavelet Transform) Phép biến đổi Wavelet rời rạc IDWT (Invert Discrete Wavelet Transform) Phép biến đổi ngƣợc DWT IPR- Intellectual Property Right Quyền sở hữu trí tuệ LSB (Least Significant Bit) Bít ít quan trọng Watermarking Kĩ thuật thủy vân Watermark Thủy vân Blind Watermarking Kĩ thuật thủy vân mù Visible Watermark Thủy vân hiện Invisible Watermark Thủy vân ẩn Private watermarking scheme Lƣợc đồ thủy vân bí mật Public watermarking scheme Lƣợc đồ thủy vân công khai Blind Extract Trích xuất mù JPEG (Joint Photographic Expert Group) Chuẩn nén ảnh quốc tế HVS (Human Visual System) Hệ thống thị giác con ngƣời TRNG (True Radom Number Genenerator) Sinh số ngẫu nhiên 6 Chương 1 VẤN ĐỀ BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ Hiện nay, ảnh số là là loại dữ liệu phổ biến và thu hút đƣợc nhiều sự quan tâm và nghiên cứu. Cùng với sự phát triển của Internet vấn đề bảo vệ bản quyền ảnh số ngày càng trở nên quan trọng. Thông tin đƣợc số hóa có thể dễ dàng sao chép mà không làm giảm chất lƣợng và hỗ trợ phân phối một cách hiệu quả. Do tính dễ sao chép, phát tán và thậm chí là chỉnh sửa, nên kẻ gian có thể xâm phạm bản quyền của chủ sở hữu thực sự. Việc giải quyết bài toán về bảo vệ quyền là yêu cầu cơ bản của các dịch vụ đa phƣơng tiện hiện tại cũng nhƣ trong tƣơng lai. Trong chƣơng này, luận văn đề cập tới khái niệm cùng những thuộc tính của ảnh số, vấn đề vi phạm bản quyền, bảo vệ bản quyền. Đồng thời cũng tập trung nghiên cứu các bài toán đặt ra trong bảo vệ bản quyền ảnh số và đề xuất các giải pháp phù hợp để giải quyết từng bài toán. 1.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM 1.1.1 Khái niệm ảnh số Hình ảnh có thể là bức vẽ, họa hình (Picture, Photograph) hay nói cách khác đó là các dữ liệu có thể đƣợc cảm nhận bằng thị giác (Visual data). Một hình ảnh số thông thƣờng có số chiều là 2 hoặc 3.[V3] Trong kỹ thuật tƣơng tự, một bức ảnh thƣờng đƣợc biểu diễn dƣới dạng các dòng nằm ngang kế tiếp nhau. Mỗi dòng là một tín hiệu tƣơng tự mang theo các thông tin về cƣờng độ sáng dọc theo một đƣờng nằm ngang trong ảnh gốc. Ảnh trên một chiếc TV đƣợc hiện lên qua các dòng quét này. Mặc dù thuật ngữ "tƣơng tự" đƣợc dùng để mô tả cho các ảnh quét liên tiếp nhƣng thực tế ảnh chỉ tƣơng tự theo hƣớng nằm ngang. Nó là rời rạc khi xét theo hƣớng dọc và chính vì vậy mà tín hiệu ảnh là tín hiệu lai nửa tƣơng tự, nửa số. Nhƣ vậy, có thể định nghĩa ảnh số là một ảnh đã đƣợc rời rạc hóa trong không gian hai chiều có ảnh hƣởng do cƣờng độ ánh sáng và đƣợc mô tả nhƣ ma trận hai chiều. Dựa trên màu sắc có thể phân loại ảnh số thành ảnh đen trắng và ảnh màu. a). Ảnh đen trắng Ảnh đen trắng chỉ bao gồm 2 màu: màu đen và màu trắng. Ngƣời ta phân mức đen trắng đó thành L mức Nếu sử dụng số bit B=8 bít để mã hóa mức đen trắng (hay mức xám) thì L đƣợc xác định : L=2B (trong ví dụ của ta L=28= 256 mức) 7 Nếu L bằng 2, B=1, nghĩa là chỉ có 2 mức: mức 0 và mức 1, còn gọi là ảnh nhị phân. Mức 1 ứng với màu sáng, còn mức 0 ứng với màu tối. Nếu L lớn hơn 2 ta có ảnh đa cấp xám. Nói cách khác, với ảnh nhị phân mỗi điểm ảnh đƣợc mã hóa trên 1 bit, còn với ảnh 256 mức, mỗi điểm ảnh đƣợc mã hóa trên 8 bit. Nhƣ vậy, với ảnh đen trắng: nếu dùng 8 bit (1 byte) để biểu diễn mức xám, số các mức xám có thể biểu diễn đƣợc là 256. Mỗi mức xám đƣợc biểu diễn dƣới dạng là một số nguyên nằm trong khoảng từ 0 đến 255, với mức 0 biểu diễn cho mức cƣờng độ tối nhất và 255 biểu diễn cho mức cƣờng độ sáng nhất. Ảnh nhị phân khá đơn giản, các phần tử ảnh có thể coi nhƣ các phần tử logic. Ứng dụng chính của nó đƣợc dùng theo tính logic để phân biệt đối tƣợng ảnh với nền hay để phân biệt điểm biên với điểm khác. b). Ảnh màu Ảnh màu theo lý thuyết là ảnh tổ hợp từ 3 màu cơ bản: đỏ (R), lục (G), lơ (B) và thƣờng thu nhận trên các dải băng tần khác nhau. Với ảnh màu, cách biểu diễn cũng tƣơng tự nhƣ với ảnh đen trắng, chỉ khác là các số tại mỗi phần tử của ma trận biểu diễn cho ba màu riêng rẽ gồm: đỏ (red), lục (green) và lam (blue). Để biểu diễn cho một điểm ảnh màu cần 24 bit. 24 bit này đƣợc chia thành ba khoảng 8 bit. Mỗi màu cũng phân thành L cấp màu khác nhau (thƣờng L=256). Mỗi khoảng này biểu diễn cho cƣờng độ sáng của một trong các màu chính. Do đó, để lƣu trữ ảnh màu ngƣời ta có thể lƣu trữ từng màu riêng biệt, mỗi màu lƣu trữ nhƣ một ảnh đa cấp xám. Do đó, không gian nhớ dành cho một ảnh màu lớn gấp 3 lần một ảnh đa cấp xám cùng kích cỡ. 1.1.2 Điểm ảnh. Ảnh tự nhiên là ảnh liên tục về không gian và độ sáng. Để xử lý đƣợc bằng máy tính, ảnh cần phải đƣợc số hoá. Số hoá ảnh là sự biến đổi gần đúng một ảnh liên tục thành một tập điểm phù hợp với ảnh thật về vị trí (không gian) và độ sáng (mức xám). Khoảng cách giữa các điểm ảnh đó đƣợc thiết lập sao cho mắt ngƣời không phân biệt đƣợc ranh giới giữa chúng. Mỗi một điểm nhƣ vậy gọi là điểm ảnh (PEL: Picture Element) hay gọi tắt là Pixel. Trong khuôn khổ ảnh hai chiều, mỗi pixel ứng với cặp tọa độ (x, y). Điểm ảnh (Pixel) là một phần tử của ảnh số tại toạ độ (x, y) với độ xám hoặc màu nhất định. Kích thƣớc và khoảng cách giữa các điểm ảnh đó đƣợc chọn thích hợp sao cho mắt ngƣời cảm nhận sự liên tục về không gian và mức xám (hoặc màu) của ảnh số gần nhƣ ảnh thật. Mỗi phần tử trong ma trận đƣợc gọi là một phần tử ảnh. 8 1.1.3 Độ phân giải của ảnh Độ phân giải (Resolution) của ảnh là mật độ điểm ảnh đƣợc ấn định trên một ảnh số đƣợc hiển thị. Theo định nghĩa, khoảng cách giữa các điểm ảnh phải đƣợc chọn sao cho mắt ngƣời vẫn thấy đƣợc sự liên tục của ảnh. Việc lựa chọn khoảng cách thích hợp tạo nên một mật độ phân bổ, đó chính là độ phân giải và đƣợc phân bố theo trục x và y trong không gian hai chiều. Ví dụ: Độ phân giải của ảnh trên màn hình CGA (Color Graphic Adaptor) là một lƣới điểm theo chiều ngang màn hình: 320 điểm chiều dọc * 200 điểm ảnh (320*200). Rõ ràng, cùng màn hình CGA 12” ta nhận thấy mịn hơn màn hình CGA 17” độ phân giải 320*200. Lý do: cùng một mật độ (độ phân giải) nhƣng diện tích màn hình rộng hơn thì độ mịn (liên tục của các điểm) kém hơn. 1.1.4 Các lân cận của điểm ảnh (Image Neighbors) Một ảnh số giả sử đƣợc biểu diễn bằng hàm f(x, y). Tập con các điểm ảnh là S; cặp điểm ảnh có quan hệ với nhau ký hiệu là p, q. Chúng ta có lân cận của điểm ảnh nhƣ sau: Giả sử có điểm ảnh p tại toạ độ (x, y). p có 4 điểm lân cận gần nhất theo chiều đứng và ngang (có thể coi nhƣ lân cận 4 hƣớng chính: Đông, Tây, Nam, Bắc). {(x-1, y); (x, y-1); (x, y+1); (x+1, y)} = N4(p) trong đó: số 1 là giá trị logic; N4(p) tập 4 điểm lân cận của p. Hình 1.1 Lân cận các điểm ảnh của tọa độ (x,y) Các lân cận chéo: Các điểm lân cận chéo NP(p) (Có thể coi lân cận chéo là 4 hƣớng: Đông-Nam, Đông-Bắc, Tây-Nam, Tây-Bắc) Np(p) = { (x+1, y+1); (x+1, y-1); (x-1, y+1); (x-1, y-1)} Tập kết hợp: N8(p) = N4(p) + NP(p) là tập hợp 8 lân cận của điểm ảnh p. Nếu (x, y) nằm ở biên (mép) ảnh; một số điểm sẽ nằm ngoài ảnh. 9 1.2. BIỂU DIỄN ẢNH SỐ 1.2.1 Các giai đoạn chính trong xử lý ảnh 1). Thu nhận hình ảnh: Đây là giai đoạn đầu tiên và quan trọng nhất trong toàn bộ quá trình xử lý ảnh. Ảnh nhận đƣợc tại đây chính là ảnh gốc để đƣa vào xử lý tại các giai đoạn sau, trƣờng hợp ảnh gốc có chất lƣợng kém thì hiệu quả của các bƣớc xử lý tiếp theo sẽ bị giảm. 2). Tiền xử lý ảnh: Giai đoạn xử lý tƣơng đối đơn giản nhằm nâng cao chất lƣợng ảnh để trợ giúp cho các quá trình xử lý nâng cao tiếp theo, ví dụ: tăng độ tƣơng phản, làm nổi đƣờng biên, khử nhiễu v.v. 3). Phân đoạn: Là quá trình tách hình ảnh thành các phần hoặc vật thể riêng biệt. Đây là một trong nhƣng vấn đề khó giải quyết nhất trong lĩnh vực xử lý ảnh. Nếu thực hiện tách quá chi tiết thì bài toán nhận dạng các thành phần đƣợc tách ra trở nên phức tạp, còn ngƣợc lại nếu quá trình phân đoạn đƣợc thực hiện quá thô hoặc phân đoạn sai thì kết quả nhận đƣợc cuối cùng sẽ không chính xác. 4). Biểu diễn và mô tả: Là quá trình xử lý tiếp sau khâu phân đoạn hình ảnh. Các vật thể sau khi phân đoạn đƣợc mô tả dƣới dạng chuỗi điểm ảnh tạo nên ranh giới một vùng, hoặc tập hợp tất cả điểm ảnh nằm trong vùng đó. Phƣơng pháp mô tả thông qua ranh giới vùng thƣờng đƣợc sử dụng khi tập trung sự chú ý vào hình dạng bên ngoài của chi tiết ảnh nhƣ: độ cong, các góc cạnh v.v. Biểu diễn vùng thƣờng sử dụng khi quan tâm tới đặc tính bên trong vùng ảnh nhƣ đƣờng vân (texture) hay hình dạng xƣơng (skeletal). 5). Nén ảnh: Bao gồm các biện pháp giảm thiểu dung lƣợng bộ nhớ cần thiết để lƣu trữ hình ảnh, hay giảm băng thông kênh truyền, cần thiết để truyền tín hiệu hình ảnh số. 6). Nhận dạng: Là quá trình phân loại vật thể dựa trên cơ sở các chi tiết mô tả vật thể đó. Các quá trình xử lý liệt kê ở trên đều đƣợc thực hiện dƣới sự giám sát và điều khiển dựa trên cơ sở các kiến thức về lĩnh vực xử lý ảnh. Các kiến thức cơ bản có thể đơn giản nhƣ vị trí vùng ảnh nơi có những thông tin cần quan tâm, nhƣ vậy có thể thu nhỏ vùng tìm kiếm. Trƣờng hợp phức tạp hơn, cơ sở kiến thức có thể chứa danh sách tất cả những hƣ hỏng có thể gặp trong quá trình kiểm sóat chất lƣợng thành phẩm hoặc các ảnh có độ chi tiết cao theo dõi sự thay đổi môi trƣờng trong một vùng. Ngoài việc điều khiển hoạt động của từng modul xử lý ảnh (hình 1.2), cơ sở kiến thức còn sử dụng để thực hiện việc điều khiển tƣơng tác giữa các modules. 10 Hình 1.2 Quy trình xử lý ảnh số 1.2.2 Biểu diễn tín hiệu ảnh số Sau khi số hóa tín hiệu hình ảnh, chúng ta nhận đƣợc ma trận giá trị mức xám của các điểm ảnh. Chúng ta sẽ sử dụng 2 cách biểu diễn tín hiệu ảnh số. Cách thứ nhất, các điểm ảnh rời rạc đƣợc sắp xếp theo cột và hàng nhƣ trên hình 1.3. Tọa độ của các điểm ảnh (x,y) là rời rạc. Gốc tọa độ nằm tại góc trên bên trái của ảnh x, y   1,1 . Hình 1.3 Hệ tọa độ để biểu diễn ảnh số 11 Nhƣ vậy, chúng ta có thể biểu diễn ảnh số nói trên nhƣ ma trận kích thƣớc MxN: Mỗi phần tử của ma trận đƣợc gọi là 1 điểm ảnh (image element hay pixel). Trong một số trƣờng hợp, chúng ta có thể sử dụng phƣơng pháp mô tả ảnh số nhƣ một ma trận thông thƣờng. Với cách biểu diễn trên, a i, j  f x  i, y  j  f  i, j , do đó hai ma trận trên hoàn toàn giống nhau. Đối với ảnh số, giá trị M và N phải là số nguyên dƣơng. Số lƣợng mức xám có thể gán cho 1 điểm ảnh L thƣờng đƣợc lựa chọn sao cho L  2 k , k là số nguyên dƣơng. Nhƣ vậy, số lƣợng bit đƣợc sử dụng để biểu diễn 1 ảnh số sẽ đƣợc xác định theo công thức: b  M  N  k . Ví dụ: ảnh số hiển thị trên màn hình VGA có kích thƣớc 640x480 điểm, số lƣợng các mức xám là 256 (8 bits/mẫu) có thể đƣợc lƣu lại trong bộ nhớ có kích thƣớc bằng: b  640  480  8  2 457 600 bits . Hình 1.4 Điểm ảnh dưới dạng ma trận giá trị 12 1.3. BẢN QUYỀN VÀ CÁC QUY ĐỊNH Bản quyền tác giả liên quan nhiều đến khía cạnh đạo đức, kinh tế. Việc vi phạm bản quyền có thể do hành vi cố tình nhằm mƣu lợi hoặc cũng có thể do vô tình, nếu không hiểu biết đầy đủ về bản quyền tác giả, về sở hữu trí tuệ, nhiều ngƣời không nhận thức đƣợc tác hại của việc vi phạm bản quyền [V3,4]. 1.3.1. Bảo vệ bản quyền Quốc tế qui định tính có bản quyền. Kí hiệu bản quyền © là kí hiệu quốc tế dùng để cho biết tính bản quyền của tác phẩm. Với mỗi sản phẩm đăng kí bản quyền, ngƣời ta biết các thông tin về bản quyền sau : + Kí hiệu bản quyền; + Tên ngƣời sở hữu; + Năm đƣa ra lần đầu; + Mục đích của bản quyền; + Thể hiện đƣợc ý tƣởng sáng tạo của sản phẩm; + Tƣ tƣởng nguyên gốc của sản phẩm; + Quyền tác giả; + Quyền tác giả, theo luật pháp... Các sản phẩm đa phƣơng tiện sau đƣợc quốc tế quy định cần bảo vệ bản quyền tác giả : + Tác phẩm âm nhạc; + Tác phẩm văn học; + Tác phẩm kịch câm; + Tác phẩm nghệ thuật; + Tác phẩm kiến trúc; + Tạo hình về tự nhiên; + Tác phẩm điện ảnh; + Tác phẩm ảnh; + Chƣơng trình máy tính; Các khuôn mẫu tại cơ quan quản lý sở hữu trí tuệ cho phép ngƣời ta khai báo sản phẩm để đƣợc bảo vệ. 13 1.3.2. Vi phạm bản quyền Vi phạm quyền tác giả sẽ ảnh hƣởng đến tác giả về quyền lợi, ý tƣởng riêng, trách nhiệm về sản phẩm. Các dạng vi phạm đƣợc thống kê [V4, E5]: + Sao chép: việc lại thể hiện rõ ràng qua hiện tƣợng chép lại cả đoạn văn vào tài liệu của mình, chƣa kể đến sao chép ý tƣởng mà đoạn văn đó thể hiện; + Thể hiện lại: một số sản phẩm lấy việc thể hiện là trọng tâm, nhƣ động tác kịch câm, việc thể hiện lại bị coi nhƣ sao chép tƣ tƣởng. Thể hiện lại cũng nhƣ là sắp đặt, thiết kế theo mẫu của ngƣời khác cũng bị coi là vi phạm ý tƣởng. + Truyền bá: sử dụng ý tƣởng của tác giả sản phẩm trong việc chứng minh, thể hiện nội dung của mình, mà không xin phép tác giả sẽ bị xem là truyền tải, truyền bá không đƣợc phép; + Trích dẫn: ngƣời ta không cho phép sử dụng sản phẩm trong việc thể hiện ý tƣởng của mình, cho dù là trích sản phẩm nhƣ là thí dụ. Việc trích dẫn cần đƣợc xin phép, và đôi khi phải có chi phí; + Triển lãm: sản phẩm đa phƣơng tiện tại các buổi trƣng bày, triển lãm thuộc về tác giả. Vậy nên dùng tác phẩm trong triển lãm phải đƣợc sự đồng ý của tác giả sản phẩm; + Dịch lại: việc dịch tài liệu ra ngôn ngữ khác cũng nhƣ thể hiện lại tác phẩm liên quan đến sở hữu trí tuệ, không nên vi phạm; + Trình bày trƣớc công chúng: Việc thể hiện lại sản phẩm đa phƣơng tiện trƣớc đám đông cũng nhƣ truyền bá là không đƣợc phép; + Suy diễn: suy luận là quá trình rút ra thông tin mới từ các dữ liệu đã có; việc dùng ý của một sản phẩm tác giả để thu đƣợc sản phẩm khác cần coi nhƣ tác giả sản phẩm đầu cũng là một phần đóng góp trong sản phẩm sau. Vậy suy diễn nội dung sản phẩm là vi phạm bản quyền. Hình 1.5 Vi phạm bản quyền 14 1.3.3. Bản quyền và quyền sở hữu trí tuệ Quyền sở hữu trí tuệ là quyền của tổ chức, cá nhân đối với tài sản trí tuệ, bao gồm quyền tác giả và quyền liên quan đến quyền tác giả, quyền sở hữu công nghiệp. Bản quyền và Quyền sở hữu trí tuệ đƣợc tôn trọng thì mới phát triển đƣợc các ý tƣởng sáng tạo. Ngoài phạm trù đạo đức, cần có điều luật giữ quyền tác giả, hạn chế vi phạm sở hữu trí tuệ. Một số vi phạm hay đƣợc nhắc đến gần đây nhƣ sử dụng âm nhạc, ca từ không của mình; sao chép phần mềm và mở khoá để sử dụng; sử dụng lại kiến trúc trang tin của đơn vị khác. Hội ngƣời tiêu dùng sản phẩm đa phƣơng tiện, hệ thống truyền thông công cộng cũng đóng góp nhiều vào việc giữ bản quyền. Bản quyền áp dụng cho nhiều lĩnh vực văn hoá, khoa học, trí tuệ… Có cơ quan chứng nhận bản quyền sở hữu trí tuệ, và cơ quan pháp luật giải quyết các tranh chấp về quyền sở hữu trí tuệ đối với sản phẩm. Vi phạm quyền tác giả đƣợc mô tả với qui định chặt chẽ. Ngay việc trích dẫn, trình diến lại, khi chƣa có đồng ý của tác giả, cũng bị coi là vi phạm quyền tác giả. Hình 1.6 Chứng nhận bản quyền 15 1.4. BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ Mặc dù đã có nhiều quy định về bảo vệ bản quyền và đã có những chuyển biến tích cực trong việc thực thi quyền tác giả, nhƣng bấy nhiêu vẫn còn chƣa đủ. Những hành vi xâm hại quyền tác giả diễn ra tràn lan, tinh vi và công khai trƣớc sự xót xa, bất lực của các chủ sở hữu. Đặc biệt với dữ liệu số chẳng hạn nhƣ ảnh số với nhiều định dạng thì vấn đề bảo vệ bản quyền lại càng trở nên khó khăn hơn. 1.4.1. Một số vấn đề trong bảo vệ bản quyền ảnh số. Trong mua bán và trao đổi các tác phẩm số nảy sinh một số vấn đề cụ thể nhƣ: + Vấn đề thứ nhất là phải bảo đảm quyền tác giả: Hình 1.7 Tranh chấp quyền sở hữu sản phẩm số Để bảo vệ đƣợc bản quyền của ngƣời chủ sở hữu tác phẩm số thì sản phẩm đó phải mang những thông tin đặc biệt chứng minh đƣợc nó là thuộc quyền sở hữu của ngƣời chủ. Nhờ những thông tin này chủ tác phẩm số có thể chứng minh đƣợc với cơ quan có thẩm quyền quyền sở hữu hợp pháp của mình [E4]. + Vấn đề thứ hai là đảm bảo thông tin sẵn sàng cho ngƣời dùng hợp pháp và chống phân phối bất hợp pháp nội dung tác phẩm: việc mua bán, phân phối các hợp pháp sản phẩm số (đặc biệt là ảnh số) đƣợc thực hiện dựa trên nguyên tắc là ngƣời mua sẽ trả tiền để nhận đƣợc những bản sao hợp pháp của các sản phẩm này. + Vấn đề thứ ba lần vết thông tin phát hiện ngƣời phân phối sản phẩm bất hợp pháp: khi vấn đề về vi phạm bản quyền xảy ra hoặc khi chủ sở hữu sản phẩm số nghi ngờ là có bản sao sản phẩm không hợp lệ, thì phải có biện pháp để xác minh hoặc tìm ra trong những ngƣời dùng hợp pháp ai là ngƣời phân phối sản phẩm trái phép. 16 1.4.2. Giải pháp và kỹ thuật bảo vệ bản quyền. 1). Ẩn giấu tin và thủy vân. Thủy vân không phải là một kỹ thuật mới. Nó là một nhánh của kỹ thuật ẩn giấu tin đã tồn tại vài trăm năm trƣớc. Ẩn giấu tin là một kỹ thuật sử dụng cho việc truyền các thông tin mật. Thông điệp đƣợc truyền ở đây là một bí mật mà sự tồn tại của nó là chỉ đƣợc biết đến bởi các bên liên quan trong giao tiếp [E5, 6, 7]. Trong giấu tin, một thông điệp bí mật đƣợc giấu và môi trƣờng giấu tin không có sự liên quan và nó chỉ nhằm mục đích gửi thông tin bí mật tới những thành viên khác. Trái ngƣợc với điều này, trong thủy vân thông tin đƣợc giấu là có liên quan tới môi trƣờng giấu tin theo một nghĩa nào đó. Phƣơng pháp giấu tin nói chung không có tính bền vững, tức thông tin đƣợc giấu không thể khôi phục đƣợc sau khi xử lý. Trái với giấu tin, thủy vân có tính bền vững chống lại các cuộc tấn công. Ngay cả khi biết sự tồn tại của thủy vân thì kẻ tấn công cũng khó có thể phá hủy thủy vân, thậm chí thuật toán thủy vân đƣợc công khai. Chính vì vậy nên thủy vân thƣờng đƣợc sử dụng trong một số lĩnh vực [E1,2,3]: + Bảo vệ bản quyền: kỹ thuật thủy vân số có thể đƣợc sử dụng để xác định và bảo vệ bản quyền tác giả. Thông tin về bản quyền đƣợc nhúng vào trong các dữ liệu đa phƣơng tiện để xác định chủ sở hữu bản quyền. + Chống sao chép: dữ liệu số có thể đƣợc nhúng thủy vân để chỉ ra rằng không thể nhân bản bất hợp pháp nội dung. Sau đó, các thiết bị có khả năng sao chép có thể phát hiện ra thủy vân và ngăn chặn sao chép trái phép nội dung. + Theo dõi và lần “vết”: kỹ thuật thủy vân số có thể đƣợc sử dụng để theo dõi việc sử dụng nội dung dữ liệu số. Mỗi bản sao của dữ liệu số có thể đƣợc nhúng thủy vân đặc biệt và duy nhất để xác thực ngƣời dùng có thẩm quyền sử dụng nội dung. Thủy vân này có thể đƣợc sử dụng để phát hiện nhân bản bất hợp pháp của nội dung và xác định những ngƣời dùng nào đã sao chép nội dung bất hợp pháp. Kỹ thuật thủy vân đƣợc sử dụng để theo dõi đƣợc gọi là vân tay (fingerprinting). Hình 1.8 cho thấy cách thủy vân có thể đƣợc sử dụng để theo dõi và lần vết. 17 Hình 1.8 Kỹ thuật thủy vân áp dụng cho lần vết sử dụng nội dung 2). Mã hóa Thủy vân là hoàn toàn khác so với kĩ thuật mã hóa. Mã hóa cung cấp phƣơng thức bảo mật bằng việc mã hóa và giải mã. Tuy nhiên, mã hóa không thể giám sát và bảo vệ nội dung thông tin sau khi giải mã. Qui trình mã hóa thể hiện trong hình 1.9, trong trƣờng hợp khách hàng có thể làm bản sao bất hợp pháp của nội dung số. Không giống nhƣ các mật mã, kỹ thuật thủy vân có thể bảo vệ nội dung ngay cả khi dữ liệu đƣợc giải mã [V1, E8]. Hình 1.9 Kĩ thuật mã hóa và vấn đề sao chép bất hợp pháp thông tin số 18 Trong kỹ thuật thủy vân, thủy vân có sự liên hệ mật thiết với dữ liệu đƣợc thủy vân, việc nhúng thủy vân ngoài việc bảo vệ nội dung còn hỗ trợ nhiều ứng dụng khác nhƣ bảo vệ quyền tác giả, bảo vệ sao chép, bảo mật thẻ ID, vv.. Ngoài ra, việc tấn công trên hệ thống mã hóa và hệ thống thủy vân cũng có sự khác biệt. Một hệ thống mã hóa bị phá vỡ khi những kẻ tấn công có thể giải mã đƣợc thông điệp bí mật. Nhƣng để phá vỡ của một hệ thống thủy vân gồm hai giai đoạn: 1) Những kẻ tấn công có thể phát hiện rằng kỹ thuật thủy vân đã đƣợc sử dụng. 2.) Kẻ tấn công có thể đọc, sửa đổi hoặc loại bỏ thủy vân đã đƣợc nhúng. Thủy vân và mã hóa, mỗi kỹ thuật đều có những ƣu điểm và nhƣợc điểm riêng nên trong nhiều trƣờng hợp nên sử dụng kết hợp cả hai kỹ thuật này. 3). Ký số Ký số là giải pháp hiệu quả trong việc đảm bảo toàn vẹn và xác thực của các dữ liệu số, ký số đƣợc thực hiện trên từng bít của tài liệu [V1]. Tuy nhiên, việc sử dụng chữ ký số yêu cầu bổ sung băng thông và làm tăng chi phí chẳng hạn: chữ ký đƣợc gắn kèm với thông điệp ( sơ đồ chữ ký Elgamal thì chữ ký có độ dài bằng hai lần thông điệp) hoặc sử dụng chữ ký khôi phục thông điệp ( sơ đồ chữ ký RSA thì độ dài của chữ ký bằng độ dài thông điệp) [E6] . Với thủy vân chúng ta nhúng thủy vân với dung lƣợng không đáng kể vào nội dung các dữ liệu đa phƣơng tiện vì vậy không đòi hỏi thêm nhiều băng thông. Tuy nhiên, trong nhiều trƣờng hợp này thì việc sử dụng kết hợp ký số với những phƣơng pháp khác lại là giải pháp tuyệt vời để giải quyết nhiều vấn đề phức tạp. 19 Chương 2 KỸ THUẬT THỦY VÂN Chƣơng này giới thiệu tổng quan về kỹ thuật thủy vân và thủy vân trên ảnh số. Các vấn đề cơ bản của kỹ thuật “thủy vân số”. Các yêu cầu và cấu trúc của hệ thống “thủy vân” điển hình đƣợc nghiên cứu. Đồng thời xem xét các thuộc tính quan trọng nhất của hệ thống “thủy vân” và đánh giá sơ bộ thông số của các thuật toán thủy vân. Các hình thức tấn công trên ảnh đã thủy vân và các giải pháp khắc phục 2.1. TỔNG QUAN VỀ THỦY VÂN 2.1.1 Khái niệm thủy vân Trƣớc đây, một thủy vân đƣợc tạo bởi các hoa văn hoặc hình trạm trổ với độ trong suốt nhất định. Khi đó, thủy vân thƣờng là một biểu tƣợng hay hình ảnh có thể nhận biết bằng cách đƣa ra ánh sáng để làm nổi thủy vân và nội dung thông tin. Khi ngành công nghiệp số ra đời, kỹ thuật thủy vân (watermarking) đƣợc nhắc tới nhƣ là việc thủy vân trên tín hiệu số. Trong đó, thủy vân số là tập các bit thông tin đƣợc nhúng vào một đối tƣợng nhằm xác định thông tin về nguồn gốc hay thông tin về các bản sao hợp lệ. Thao tác đƣa thủy vân vào trong một môi trƣờng số đƣợc gọi là thủy vân số (watermarking). Thủy vân số đƣợc xem nhƣ là một hình thức của ẩn giấu tin (Steganography). Một trong những ứng dụng tiêu biểu của thủy vân là ứng dụng trong phát hành tiền giấy. Trong đó, các họa tiết đƣợc nhúng chìm vào trong tờ tiền và đƣợc sử dụng để xác định tờ tiền thật. Tƣơng tự nhƣ vậy, “thủy vân số” đƣợc sử dụng trong “ dữ liệu số đa phƣơng tiện” để kiểm tra tính xác thực nội dung nguyên mẫu của sản phẩm. Thủy vân Hình 2.1 Kỹ thuật thủy vân trên tiền giấy 20