Tài liệu Phương pháp thủy vân dễ vỡ khóa công khai ứng dụng trong bài toán chống giả mạo văn bằng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HOÀNG THỊ THÚY DIỆU PHƢƠNG PHÁP THỦY VÂN DỄ VỠ KHÓA CÔNG KHAI ỨNG DỤNG TRONG BÀI TOÁN CHỐNG GIẢ MẠO VĂN BẰNG LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÁY TÍNH Thái Nguyên - 2014 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dƣới sự chỉ đạo trực tiếp của thầy giáo PGS.TS Phạm Văn Ất. Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều đƣợc trích dẫn rõ ràng tên tác giả, tên công trình, thời gian, địa điểm công bố. Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm qui chế đào tạo, hay gian trá tôi xin chịu hoàn toàn trách nhiệm. Học viên Hoàng Thị Thúy Diệu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Phạm Văn Ất ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ em trong suốt quá trình làm luận văn. Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trƣờng Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông - Đại học Thái Nguyên, các thầy cô Viện Công nghệ thông tin đã truyền đạt những kiến thức và giúp đỡ em trong suốt quá trình học của mình. Tôi cũng xin gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu trƣờng Cao đẳng Cộng đồng Bắc Kạn đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi tham gia khóa học và trong suốt quá trình hoàn thành luận văn. Và cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới các đồng nghiệp, gia đình và bạn bè những ngƣời đã ủng hộ, động viên tạo mọi điều kiện giúp đỡ để tôi có đƣợc kết quả nhƣ ngày hôm nay. Thái Nguyên, tháng 7 năm 2014 Học viên Hoàng Thị Thuý Diệu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỤC LỤC TRANG PHỤ BÌA……………………………………………………………i LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. ii LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. iii MỤC LỤC ........................................................................................................ iv DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................. vii DANH MỤC CÁC HÌNH .............................................................................. viii MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1 Chƣơng 1 ........................................................................................................... 3 TỔNG QUAN VỀ CÁC KỸ THUẬT GIẤU TIN ........................................... 3 1.1. Khái niệm giấu tin ...................................................................................... 3 1.2. Lịch sử giấu tin ........................................................................................... 4 1.3. Phân loại các kỹ thuật giấu tin ................................................................... 6 1.4. Ứng dụng của kỹ thuật giấu tin .................................................................. 6 1.5. Một số hƣớng tiếp cận giấu tin trong ảnh .................................................. 8 1.5.1. Giấu tin trên miền không gian ảnh ...................................................... 8 1.5.2. Giấu tin trên miền tần số...................................................................... 8 1.6. Cấu trúc tệp ảnh bitmap ............................................................................. 9 1.6.1. Cấu trúc và nội dung của Bitmap File Header ................................. 10 1.6.2. Cấu trúc và nội dung của Bitmap Info............................................... 10 1.6.3. Cấu trúc và nội dung của Color Palette ............................................. 11 1.6.4. Bitmap Data ....................................................................................... 11 1.7. Một số định nghĩa..................................................................................... 11 1.8. Thuật toán giấu tin Wu-Lee .................................................................. 13 1.8.1. Thuật toán nhúng tin .......................................................................... 13 1.8.2. Phân tích thuật toán ........................................................................... 15 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 1.8.3. Thí dụ minh họa thuật toán nhúng tin Wu-Lee ................................. 16 1.8.4. Một số nhận xét về thuật toán Wu-Lee ............................................. 17 1.9. Thuật toán Chen – Pan – Tseng ............................................................... 18 1.9.1. Ý tƣởng .............................................................................................. 18 1.9.2. Thuật toán nhúng tin CPT ................................................................. 18 1.9.3. Chứng minh tính đúng đắn của thuật toán......................................... 20 1.9.4. Một số thí dụ minh họa thuật toán CPT ............................................ 22 1.9.5. Phân tích thuật toán ........................................................................... 25 1.10. Thuật toán giấu tin THA ........................................................................ 26 1.10.1. Thuật toán nhúng tin ........................................................................ 26 1.10.2. Ví dụ minh hoạ ................................................................................ 27 Chƣơng 2 ......................................................................................................... 29 MỘT SỐ LƢỢC ĐỒ THỦY VÂN DỄ VỠ KHÓA CÔNG KHAI ................ 29 2.1. Thủy vân trên ảnh số ................................................................................ 29 2.2. Phân loại thủy vân .................................................................................... 30 2.3. Giới thiệu về hàm băm ............................................................................. 31 2.3.1. Định nghĩa hàm băm ...................................................................... 31 2.3.2. Đặc tính của hàm băm ....................................................................... 31 2.3.3. Tính chất của hàm băm ...................................................................... 32 2.3.4. Một số hàm băm phổ biến ................................................................. 33 2.3.5. Tiêu chuẩn của một hàm băm tốt....................................................... 35 2.3.6. Ứng dụng của hàm băm ..................................................................... 36 2.4. Hệ mật mã khóa công khai ....................................................................... 36 2.4.1. Mã khóa công khai............................................................................. 37 2.4.2. Sơ đồ mã khóa công khai................................................................... 37 2.4.3. Các đặc trƣng của khóa công khai ..................................................... 38 2.4.4. Ứng dụng khóa công khai .................................................................. 38 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2.4.5. Tính an toàn của các sơ đồ khóa công khai ....................................... 39 2.5. Hệ mã hóa RSA ........................................................................................ 39 2.5.1. Tạo khóa cho RSA ............................................................................. 40 2.5.2. Sử dụng RSA ..................................................................................... 40 2.5.3. Ví dụ RSA......................................................................................... 40 2.5.4. Sơ đồ chữ ký số RSA ......................................................................... 41 2.6. Quản lý và phân phối khóa....................................................................... 42 2.7. Lƣợc đồ thủy vân dễ vỡ khóa công khai trên ảnh nhị phân ..................... 43 2.7.1. Thuật toán nhúng dấu thủy vân ......................................................... 44 2.7.2. Thuật toán xác thực tính toàn vẹn ..................................................... 44 2.7.3. Tấn công tính chẵn lẻ......................................................................... 45 2.8. Lƣợc đồ thủy vân dễ vỡ khóa công khai trên ảnh mầu ............................ 46 2.8.1. Nhúng tin trên ảnh mầu bằng kỹ thuật chèn bit thấp......................... 46 2.8.2. Thuật toán nhúng thủy vân ................................................................ 48 2.8.3. Thuật toán xác thực ........................................................................... 49 Chƣơng 3 ......................................................................................................... 51 ỨNG DỤNG THỦY VÂN DỄ VỠ KHOÁ CÔNG KHAI TRONG ............. 51 BÀI TOÁN CHỐNG GIẢ MẠO VĂN BẰNG .............................................. 51 3.1. Bài toán .................................................................................................... 51 3.2. Giải pháp .................................................................................................. 51 3.3. Mô hình xử lý của hệ thống ..................................................................... 51 3.4. Kết quả thực nghiệm ................................................................................ 53 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 59 I. Tiếng Việt .................................................................................................... 59 II. Tiếng Anh ................................................................................................... 59 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1. Cấu trúc và nội dung của Bitmap File Header ............................... 10 Bảng 1.2. Cấu trúc và nội dung của Bitmap Info............................................ 10 Bảng 1.3. Cấu trúc và nội dung của Color Palette .......................................... 11 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Mô hình giấu tin ................................................................................ 3 Hình 1.2. Mô hình giải mã thông tin ................................................................. 4 Hình 1.3. Phân loại kỹ thuật giấu tin................................................................. 6 Hình 1.4. Minh hoạ thuật toán nhúng tin của Wu-Lee ................................... 16 Hình 1.5. Minh hoạ giữa thay đổi ngẫu nhiên và thay đổi có định hƣớng ..... 18 Hình 1.6. Minh hoạ thuật toán CPT trƣờng hợp thay đổi 1 bit .................... 222 Hình 1.7. Minh hoạ quá trình giải mã thông tin đã giấu ............................... 233 Hình 1.8. Thí dụ minh hoạ trƣờng hợp thay đổi hai bit .................................. 25 Hình 2.1. Mô hình thủy vân số....................................................................... 29 Hình 2.2. Phân loại thủy vân theo mục đích ứng dụng ................................... 30 Hình 2.3. Sơ đồ mã khóa công khai ................................................................ 38 Hình 2.4. Mô hình thuật toán nhúng thủy vân ................................................ 44 Hình 2.5. Mô hình xác thực tính toàn vẹn ...................................................... 45 Hình 3.1. Sơ đồ thủy vân ảnh bằng ................................................................. 52 Hình 3.2. Sơ đồ xác thực và định vị vùng giả mạo ......................................... 53 Hình 3.3. Ảnh bằng gốc .................................. Error! Bookmark not defined. Hình 3.4. Ảnh bằng thủy vân .......................................................................... 55 Hình 3.5 Ảnh bằng giả .................................................................................... 56 Hình 3.6. Ảnh định vị vùng giả mạo ............................................................... 57 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 1 MỞ ĐẦU Một trong những thành tựu quan trọng của những thập niên cuối thế kỷ XX, đầu thế kỷ XXI là sự ra đời, phát triển của mạng Internet. Mọi ngƣời đều có thể kết nối vào Internet để tìm kiếm thông tin một cách dễ dàng thông qua nhà cung cấp dịch vụ Internet. Ngƣời dùng có thể đọc thông tin mới nhất, tra cứu các thƣ viên 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 ngƣời 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. Kỹ thuật thủy vân hiện đang đƣợc xem là một trong những giải pháp quan trọng trong việc bảo vệ bản quyền và xác thực tính toàn vẹn của dữ liệu số. Theo mục đích sử dụng của lƣợc đồ thủy vân đƣợc chia thành hai nhóm chính là thủy vân dễ vỡ và thủy vân bền vững. Mặt khác, dựa vào việc sử dụng khóa cũng có thể chia thành hai loại là: thủy vân khóa bí mật và thủy vân khóa công khai. Đối với thủy vân khóa bí mật, do sử dụng chung khóa cho cả hai quá trình nên cần phải có công đoạn trao đổi khóa giữa ngƣời nhúng và ngƣời kiểm tra dấu thủy vân, điều này dẫn đến việc bảo mật khóa gặp phải khó khăn. Tuy nhiên hạn chế này không xuất hiện trong thuật toán thủy vân khóa công khai. Nội dung luận văn tập trung vào việc nghiên cứu một số kỹ thuật giấu dữ liệu trong ảnh đã đƣợc công bố, một số lƣợc đồ thủy vân dễ vỡ khóa công khai trên ảnh nhị phân và ảnh mầu; ứng dụng những kỹ thuật này trong bài toán chống giả mạo văn bằng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2 Cấu trúc của luận văn Dựa vào mục tiêu đã xác định, nội dung của luận văn sẽ đƣợc trình bày qua 3 chƣơng nhƣ sau: Chƣơng I: Tổng quan về các kỹ thuật giấu tin Chƣơng II: Một số lƣợc đồ thủy vân dễ vỡ khóa công khai Chƣơng III: Ứng dụng thuỷ vân dễ vỡ khoá công khai trong bài toán chống giả mạo văn bằng. Do thời gian và trình độ còn hạn chế nên luận văn khó tránh khỏi những sai sót, kính mong nhận đƣợc sự đóng góp chỉ bảo của các thầy, cô giáo và các bạn đồng nghiệp. Qua đây tôi xin cảm ơn thầy giáo PGS.TS Phạm Văn Ất và các thầy giáo trong Trƣờng Đại học công nghệ thông tin và truyền thông – Đại học Thái Nguyên đã tận tình hƣớng dẫn tôi trong quá trình học tập cũng nhƣ trong thời gian nghiên cứu hoàn thiện luận văn này. Thái Nguyên, tháng 7 năm 2014 Học viên thực hiện Hoàng Thị Thúy Diệu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 3 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ CÁC KỸ THUẬT GIẤU TIN Chương này trình bày một số khái niệm và phân tích khả năng ứng dụng của kỹ thuật giấu tin. Ngoài ra, trong Chương còn trình bày ba thuật toán giấu tin trên ảnh nhị phân Wu-Lee[8], CPT[6] và THA [7] thường được đề cập trong các tài liệu. Các thuật toán này là cơ sở để xây dựng lược đồ thủy vân dễ vỡ trình bày trong Chương 2. 1.1. Khái niệm giấu tin Giấu tin là một kỹ thuật giấu một lƣợng thông tin số nào đó vào một đối tƣợng dữ liệu khác. Kỹ thuật giấu tin nhằm hai mục đích: một là bảo mật cho dữ liệu đƣợc đem giấu, hai là bảo vệ cho chính đối tƣợng đƣợc giấu tin ở trong. Hai mục đích khác nhau này dẫn đến hai kỹ thuật chủ yếu của giấu tin. Hƣớng thứ nhất là giấu tin mật, nhằm tập trung vào các kỹ thuật giấu tin sao cho ngƣời khác khó phát hiện đƣợc đối tƣợng có chứa thông tin mật bên trong. Hƣớng thứ hai là thủy vân số, hƣớng thủy vân số có miền ứng dụng lớn hơn nên đƣợc quan tâm nghiên cứu nhiều hơn và thực tế đã có rất nhiều kỹ thuật đƣợc đề xuất. Mô hình giấu tin và giải mã thông tin a. Mô hình giấu tin Hình 1.1. Mô hình giấu tin Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 4 b. Mô hình giải mã thông tin Hình 1.2. Mô hình giải mã thông tin 1.2. Lịch sử giấu tin Các kỹ thuật giấu tin đã đƣợc đề xuất và sử dụng từ xa xƣa, và tiếp tục đƣợc phát triển cho đến ngày nay. Các ghi chép đầu tiên về giấu tin đã đƣợc nhà sử học Hy Lạp Herodotus ghi chép lại, một trong những câu chuyện nổi tiếng khi nói đến lĩnh vực này là câu chuyện về tên bạo chúa Histiacus. Trong suốt thế kỷ thứ 5 trƣớc công nguyên, Histiacus bị vua Darius giam cầm tại nhà tù Susa. Trong thời gian này, ông đã cố gắng liên hệ với con rể của mình là Aristagoras ở Miletus. Để thực hiện âm mƣu này, ông đã cạo đầu của một nô lệ và xăm lên đó thông điệp cần chuyển, đến khi tóc của nô lệ này mọc dài, hắn đƣợc chuyển tới Miletus. Phƣơng pháp này về sau đã đƣợc các điệp viên Đức sử dụng vào đầu thế kỷ 20. Ngoài ra, từ xa xƣa Demeratus ngƣời Hy Lạp đã nghĩ ra cách khắc thông báo lên bề mặt các viên thuốc và đƣợc bọc lại cẩn thận. Hay nhƣ cách sử dụng mực không màu, nƣớc hoa quả, để viết thông báo ẩn v.v. Thời chiến tranh Pháp – Phổ (1870 – 1871), thông tin đƣợc giấu trong các đoạn phim nhỏ. Thời chiến tranh thế giới thứ I, tài liệu trao đổi giữa các điệp viên đƣợc giấu dƣới các siêu dấu chấm. Và rất nhiều phƣơng pháp khác Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 5 đƣợc áp dụng để che giấu thông tin sử dụng trong chiến tranh. Về sau, rất nhiều kỹ thuật giấu tin trên giấy đã đƣợc phát triển sử dụng các tia cực tím. Giải pháp giấu thông tin mật vào các bức ảnh đƣợc khám phá và phát triển đầu tiên vào những năm 1860, do nhiếp ảnh gia Dragon ngƣời Pháp thực hiện. Ngày nay, giấu thông tin trong ảnh chiếm tỷ lệ lớn trong các chƣơng trình ứng dụng, các phần mềm, hệ thống giấu tin trong dữ liệu đa phƣơng tiện bởi lƣợng thông tin đƣợc 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 nhƣ: nhận thức thông tin, xác định xuyên tạc thông tin, bảo vệ bản quyền tác giả, điều khiển truy cập, giấu thông tin mật v.v. Vì thế mà vấn đề này đã nhận đƣợc sự quan tâm rất lớn của các cá nhân, tổ chức, trƣờng đại học và viện nghiên cứu trong và ngoài nƣớc. Thông tin sẽ đƣợc giấu cùng với dữ liệu ảnh nhƣng chất lƣợng ảnh ít thay đổi và mắt ngƣời không thể phát hiện đƣợc bên trong bức ảnh đó có chứa thông tin gì. Và ngày nay, khi ảnh số đã đƣợc sử dụng phổ biến thì giấu thông tin trong ảnh đã đem lại rất nhiều những ứng dụng quan trọng trên nhiều lĩnh vực trong đời sống xã hội. Ví dụ nhƣ đối với các nƣớc phát triển chữ ký tay đã đƣợc số hoá và đƣợc lƣu trữ giống nhƣ là hồ sơ cá nhân của các dịch vụ ngân hàng và tài chính, nó đƣợc dùng để xác thực trong các thẻ tín dụng của ngƣời tiêu dùng. Thêm vào đó, lại có rất nhiều loại thông tin quan trọng cần đƣợc bảo mật, chúng rất dễ bị lấy trộm và bị thay đổi bởi các phần mềm chuyên dụng. Việc nhận thức cũng nhƣ phát hiện thông tin xuyên tạc đã trở nên vô cùng quan trọng và cấp thiết. Một đặc điểm của giấu thông tin trong ảnh đó là thông tin đƣợc giấu trong ảnh một cách vô hình, bởi sau khi giấu thông tin thì chất lƣợng ảnh gần nhƣ không thay đổi, đặc biệt đối với ảnh màu hay ảnh đa mức xám. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 6 1.3. Phân loại các kỹ thuật giấu tin Có thể chia lĩnh vực giấu tin thành hai hƣớng chính, đó là giấu tin mật và thủy vân số. Kỹ thuật giấu tin mật luôn chú trọng đến tính che giấu, với tính che giấu, các đối thủ khó có thể phát hiện đƣợc đối tƣợng 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 đƣợc. Đồng thời, các kỹ thuật giấu tin mật còn quan tâm lƣợng tin có thể đƣợc giấu. Phạm vi ứng dụng của thủy vân đa dạng hơn, tuỳ theo mục đích của hệ thủy vân mà ngƣời ta lại chia thành các hƣớng nhỏ nhƣ: thủy vân dễ vỡ và thủy vân bền vững. Thủy vân bền vững quan tâm nhiều đến việc nhúng những mẩu tin đòi hỏi độ bền vững cao của thông tin đƣợc giấu trƣớc các biến đổi thông thƣờng trên dữ liệu môi trƣờng. Thủy vân dễ vỡ yêu cầu thông tin giấu sẽ bị sai lệch nếu có bất kỳ sự thay đổi nào trên dữ liệu chứa. Nhƣ vây, kỹ thuật giấu tin có thể đƣợc phân loại nhƣ trong Hình 1.3. Giấu thông tin Giấu tin mật Thuỷ vân số Hình 1.3. Phân loại kỹ thuật giấu tin 1.4. Ứng dụng của kỹ thuật giấu tin Giấu tin mật: Thông tin đƣợc giấu trong những trƣờng hợp này cần đƣợc bảo mật trƣớc các đối thủ. Việc giải mã để nhận đƣợc thông tin cũng không cần dữ liệu môi trƣờng gốc. Đối với các thuật toán giấu tin mật chúng ta không chú trọng đến việc bảo vệ thông tin mật trƣớc sự tấn công của các Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 7 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 đƣợc sử dụng trong các ứng dụng giấu tin mật. Bảo vệ bản quyền tác giả: Đây là ứng dụng cơ bản nhất của kỹ thuật thủy vân số. Một thông tin nào đó mang ý nghĩa bản quyền đƣợc sở hữu bởi tác giả gọi là thủy vân, thông tin này sẽ đƣợc 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 thủy vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm, khi muốn bỏ thủy vân này mà không đƣợc phép của ngƣời chủ sở hữu thì chỉ còn cách là phá huỷ sản phẩm. Xác thực thông tin: Một tập các thông tin sẽ đƣợc giấu trong dữ liệu nguồn và thông tin sẽ đƣợc sử dụng để nhận biết xem dữ liệu nguồn có bị thay đổi hay không. Với kiểu ứng dụng này các thủy vân nên đƣợc ẩn để tránh đƣợc sự tò mò của đối phƣơng, hơn nữa việc làm giả các thủy vân hợp lệ hay xuyên tạc thông tin nguồn cũng cần đƣợc xem xét. Trong các ứng dụng thực tế, ngƣời ta mong muốn tìm đƣợc vị trí bị xuyên tạc cũng nhƣ phân biệt đƣợc các thay đổi. Yêu cầu chung đối với ứng dụng này là khả năng giấu thông tin cao và thủy vân không cần bền vững. Giấu vân tay hay dán nhãn: Thủy vân số trong những ứng dụng này đƣợc sử dụng để nhận diện ngƣời gửi hay ngƣời nhận của một thông tin nào đó. Ví dụ nhƣ các vân khác nhau sẽ đƣợc nhúng vào các bản sao khác nhau của thông tin gốc trƣớc khi chuyển cho nhiều ngƣời. Với những ứng dụng này thì yêu cầu là đảm bảo độ an toàn cao cho các thủy vân tránh sự xoá giấu vết trong khi phân phối. Kiểm soát sao chép: Các thủy vân trong những trƣờng hợp này đƣợc sử dụng để kiểm soát việc sao chép thông tin. Các thiết bị phát hiện ra thủy vân thƣờng đƣợc gắn sẵn vào trong các hệ thống đọc/ghi. Ví dụ nhƣ hệ thống Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 8 quản lí sao chép DVD đã đƣợc sử dụng ở Nhật. Các ứng dụng loại này yêu cầu thủy vân phải đƣợc đảm bảo an toàn và cũng sử dụng phƣơng pháp phát hiện thủy vân đã giấu mà không cần thông tin gốc. 1.5. Một số hƣớng tiếp cận giấu tin trong ảnh 1.5.1. Giấu tin 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 hƣớng tiếp cận tự nhiên bởi vì khi nói đến việc giấu tin trong ảnh ngƣời ta thƣờng nghĩ ngay đến việc thay đổi giá trị các điểm ảnh nguồn, một phƣơng pháp phổ biến của hƣớng tiếp cận này là phƣơng pháp tác động đến bit ít quan trọng của mỗi điểm ảnh. Tuy nhiên, phƣơng pháp này cũng có nhiều hạn chế, chẳng hạn nhƣ không đảm bảo đƣợc tính bền vững của thông tin giấu đối với các thao tác biến đổi nhƣ 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. 1.5.2. Giấu tin trên miền tần số Hƣớng tiếp cận dựa trên miền không gian ảnh nhƣ 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. Nhƣng trong nhiều trƣờng hợp, cách khảo sát trực tiếp này gặp phải những khó khăn nhất định hoặc rất phức tạp và hiệu quả không cao. Ngoài phƣơng pháp khảo sát trực tiếp, có thể dùng phƣơng 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 nhƣ vậy tín hiệu và hệ thống rời rạc sẽ đƣợc biểu diễn trong các miền mới với các biến số mới. Phƣơng pháp biến đổi này cũng giống nhƣ phƣơng pháp biến đổi trong phép tính tích phân hay phƣơng pháp đổi hệ toạ độ trong giải tích của toán phổ thông quen thuộc. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 9 Mỗi cách biến đổi sẽ có những thuận lợi riêng, tuỳ từng trƣờng 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 các biến đổi ngƣợc để đƣa chúng trở lại miền biến số độc lập. Phƣơng pháp khảo sát gián tiếp sẽ làm đơn giản rất nhiều các công việc gặp phải khi dùng phƣơng 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 phƣơng pháp biến đổi đƣợc sử dụng rất phổ biến nhƣ: Furier, Cosine rời rạc (DCT), Wavelet rời rạc (DWT)… Đây là những phép biến đổi đƣợc sử dụng nhiều trong các kỹ thuật xử lý ảnh và âm thanh. Trong giấu tin, đặc biệt trong kỹ thuật thủy vân tiếp cận theo miền tần số, các phép biến đổi từ miền biến số tự nhiên của ảnh sang miền tần số nhƣ biến đổi Furier, biến đổi cosin rời rạc, Wavelet đƣợc sử dụng phổ biến. 1.6. Cấu trúc tệp ảnh bitmap Tệp ảnh bitmap là một trong những định dạng ảnh thông dụng đƣợc hỗ trợ bởi hầu hết các hệ điều hành và thiết bị điện tử. Theo [3], tệp ảnh bitmap đƣợc chia thành 4 phần nhƣ sau: Trong đó:  Bitmap File Header gồm 14 byte  Bitmap Info gồm 40 byte  Color palette - Bảng màu (đối với ảnh 24 bít không có bảng mầu)  Bitmap Data Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 10 1.6.1. Cấu trúc và nội dung của Bitmap File Header Bảng 1.1. Cấu trúc và nội dung của Bitmap File Header Byte# Data Giá trị 1 Kiểu tệp „B‟ 2 Kiểu tệp „M‟ 3-6 Size of the file Unsigned long 7 - 10 Reserved Zero 11 - 14 Byte offset to bitmap data Số TT (tính từ 0) byte đầu của BMP data 1.6.2. Cấu trúc và nội dung của Bitmap Info Bảng 1.2. Cấu trúc và nội dung của Bitmap Info Byte # Data Giá trị 1-4 Number of bytes in Bitmap Info 40 5-8 Width of bitmap In pixels 9 - 12 Height of bitmap In pixels 13 - 14 Number of color planes 1 15 - 16 Number of bits per pixels 1, 4, 8 hoặc 24 17 - 20 Type of compression 21 - 24 Size of image 25 - 28 Horizontal resolution 29 - 32 Vertical resolution 33 - 36 Number of colors In color Palette In bytes Ảnh 24 bít – 0 Ảnh 8 bít - nếu 0 thì 256 mầu 37 - 40 Number of colors importal Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 11 1.6.3. Cấu trúc và nội dung của Color Palette Bảng 1.3. Cấu trúc và nội dung của Color Palette Byte# Data Giá trị Entry - chỉ số mầu 1 Blue color value 0 – 255 0 2 Green color value 0 – 255 0 3 Red color value 0 – 255 0 4 Reserved 0 0 5 Blue color value 0 – 255 1 6 Green color value 0 – 255 1 7 Red color value 0 – 255 1 8 Reserved 0 1 9 … Ghi chú: - Mỗi entry gồm 4 byte và chứa một mầu trong bảng mầu - Ảnh 24 bít không có bảng mầu 1.6.4. Bitmap Data  Với ảnh 8 mầu Mỗi byte chứa chỉ số mầu (tính từ 0) của một điểm ảnh. Các điểm ảnh đƣợc lƣu trữ trên file theo từng hàng từ dƣới lên trên. Các điểm ảnh mỗi hàng đƣợc chứa từ trái sang phải.  Với ảnh 24 mầu Mỗi nhóm 3 byte biểu diễn mầu của một điểm ảnh (byte 1 – Red, byte 2 – Green, byte 3 – Blue). Thứ tự lƣu trữ các điểm ảnh trong file cũng nhƣ với ảnh 8 màu. 1.7. Một số định nghĩa Trƣớc tiên luận văn trình bày một số định nghĩa sử dụng trong các thuật toán nhúng tin. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 12 Định nghĩa 1.1: Phép hai ma trận nguyên cùng cấp A và B (ký hiệu A B) đƣợc định nghĩa: , i =1..m, j = 1…n với Thí dụ minh hoạ phép toán thực hiện trên hai ma trận nhị phân kích thƣớc 4x4 nhƣ sau: 1 0 0 1 0 1 0 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 1 0 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 1.2: : Với Định nghĩa 1.3: Ma trận W kích thƣớc đƣợc gọi là ma trận trọng số nếu mọi W thoả mãn điều kiện: cấp r với Thí dụ minh hoạ về ma trận trọng số cấp 3 (r = 3) với ma trận W nhƣ sau: W 1 3 2 5 6 7 4 7 1 2 6 3 Nhƣng với ma trận W ' 1 3 2 5 6 7 lại không phải là ma trận trọng số cấp 3 vì 1 7 1 2 6 3 trong ma trận W' không tồn tại phần tử (i,j) để W'i,j = 4, mà 4 vậy Wi', j | i 1..4, j 1..3 1, 2,..., 23 1 , 1, 2,..., 23 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/