LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các dữ liệu, kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình
nào khác.
Hà Nội, tháng 9 năm 2013
Tác giả luận văn
Nguyễn Viết Phú
i
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo trong Viện Toán Tin Ứng dụng
và các cán bộ, nhân viên của Viện Đào tạo sau đại học, Trường Đại học Bách Khoa
Hà Nội; các cán bộ, nhân viên của Viện Đào tạo Nhân lực Quốc tế đã luôn nhiệt
tình và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập.
Xin chân thành cảm ơn các anh, các chị và các bạn học viên lớp Cao học
11A TOAN-HT – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã luôn động viên, giúp đỡ và
chia sẽ với tôi những kinh nghiệm trong học tập cũng như trong cuộc sống đời
thường.
Đặc biệt xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Phan Trung Huy đã
tận tình giúp đỡ tôi định hướng, hình thành, nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do sự hạn hẹp về thời gian, điều kiện
nghiên cứu và trình độ, luận văn không tránh khỏi những sai sót, khiếm khuyết. Tôi
rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo, cô giáo và các đồng nghiệp.
Hà Nội, 2013
Người thực hiện luận văn
Nguyễn Viết Phú
ii
MỤC LỤC
DANH MỤC VIẾT TẮT ............................................................................. vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU......................................................................... vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH ......................................................................... viii
MỞ ĐẦU ....................................................................................................... 1
1. Mục đích của luận văn ..................................................................................... 2
2. Những đóng góp của luận văn .......................................................................... 2
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN TRONG ẢNH SỐ .................... 3
1.1. Khái niệm giấu tin ......................................................................................... 3
1.2. Lịch sử giấu tin ............................................................................................. 3
1.3. Mô hình giấu tin cơ bản ................................................................................ 4
1.4. Phân loại các kỹ thuật giấu tin ....................................................................... 5
1.5. Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin ............................................................... 6
1.6. Giấu tin trong dữ liệu đa phương tiện ............................................................ 8
1.6.1. Giấu tin trong ảnh và các đặc trưng ............................................................ 8
1.6.1.1. Giấu tin trong ảnh ................................................................................... 8
1.6.1.2. Các đặc trưng cơ bản .............................................................................. 9
1.6.2. Giấu tin trong Audio ................................................................................ 11
1.6.3. Giấu thông tin trong video ....................................................................... 12
1.6.4. Tổng quan về ảnh số ................................................................................ 12
Chương 2. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN TRÊN ẢNH NHỊ
PHÂN .......................................................................................................... 19
2.1. Kỹ thuật giấu tin theo khối bít ..................................................................... 19
2.1.1. Ý tưởng ..................................................................................................... 19
2.1.2. Thuật toán giấu tin.................................................................................... 19
2.1.3. Phân tích thuật toán .................................................................................. 20
2.2. Tỷ lệ giấu tin tối đa ..................................................................................... 21
2.3. Kỹ thuật giấu tin Wu – Lee ......................................................................... 22
iii
2.3.1. Thuật toán giấu tin.................................................................................... 23
2.3.2. Phân tích thuật toán .................................................................................. 25
2.3.3. Thí dụ minh họa thuật toán Wu-Lee ......................................................... 26
2.3.4. Một số nhận xét về thuật toán Wu-lee....................................................... 27
2.4. Kỹ thuật giấu tin Chen – Pan – Tseng ......................................................... 28
2.4.1. Ý tưởng .................................................................................................... 29
2.4.2. Thuật toán CPT ........................................................................................ 29
2.4.3. Cách chứng minh về tính đúng đắn của thuật toán .................................... 31
2.4.4. Một số thí dụ minh họa thuật toán CPT .................................................... 33
2.4.5. Phân tích thuật toán .................................................................................. 36
Chương 3. NÂNG CAO CHẤT LƯƠNG GIẤU TIN BẰNG PHƯƠNG
PHÁP MODULE ........................................................................................ 38
3.1. Một số phương giấu tin trong ảnh màu và ảnh đa cấp xám .......................... 38
3.1.1. Giấu tin trong ảnh màu và ảnh đa cấp xám ............................................... 38
3.2. Phương pháp giấu tin theo module .............................................................. 42
3.2.1. Phương pháp module................................................................................ 42
3.2.2. Giấu tin sử dụng phương pháp Module ..................................................... 42
3.2.3. Giấu tin sử dụng tập 1-cơ sở ..................................................................... 44
3.2.4. Giấu tin sử dụng tập 2-cơ sở ..................................................................... 44
3.2.5. Một số sơ đồ giấu tin theo tiếp cận module trên Z3 ................................... 45
3.2.5.1. Sơ đồ giấu tin trên ảnh xám................................................................... 45
3.2.5.2. Sơ đồ giấu tin sử dụng module Z44 trên ảnh nhị phân ............................ 48
3.2.6. Phương pháp giấu tin theo module Z34...................................................... 51
3.2.7. Thuật toán giấu tin trong ảnh xám theo module Z34 .................................. 52
3.2.8. Thuật toán giấu tin trong ảnh xám theo module Z62 .................................. 55
3.2.8.1. Thuật toán giấu tin B1 ........................................................................... 57
3.2.8.2. Thuật toán khôi phục B2 ....................................................................... 58
3.2.8.3. Giấu dữ liệu trong dãy các khối của ảnh nhị phân G .............................. 60
3.2.8.4. Kết quả thử nghiệm ............................................................................... 61
iv
Chương 4. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG....................... 63
4.1. Thiết kế chương trình .................................................................................. 63
4.1.1. Sơ đồ mức ngữ cảnh ................................................................................. 63
4.1.2. Sơ đồ nhúng thông tin vào ảnh ................................................................. 63
4.1.3. Sơ đồ tách thông tin từ ảnh giấu tin .......................................................... 64
4.2. Chương trình giấu tin .................................................................................. 64
4.2.1. Nhúng tin vào ảnh .................................................................................... 64
4.2.1.1. Giấu tin trên ảnh nhị phân Z44 ............................................................... 66
4.2.1.2. Giấu tin trên ảnh xám Z34 ...................................................................... 67
4.2.1.3. Giấu tin trên ảnh nhị phân Z62 ............................................................... 68
4.2.2. Tách thông tin từ ảnh................................................................................ 69
KẾT LUẬN ................................................................................................. 72
TÀI LIỆU THAM KHẢO.......................................................................... 74
v
DANH MỤC VIẾT TẮT
STT
Nội dung
Viết tắt
1
Least Significant Bit
LSB
2
Bitmap
BMP
3
Graphics Interchange Format
GIF
4
Y.Chen, H.Pan, Y.Tseng
CPT
5
CPT Extension
CPTE
vi
DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1. Minh hoạ cấu trúc tệp ảnh bitmap.......................................................... 15
Bảng 1-2. Ý nghĩa từng trường trong vùng Bitmap Header .................................... 16
Bảng 1-3. Ý nghĩa và giá trị các trường trong vùng Bitmap Infor .......................... 17
Bảng 3-1. So sánh tỷ lệ giấu tin giữa MSDR và các sơ đồ CPT, Z44 , Z62 .................. 62
vii
DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1-1. Từ trái qua phải: Mặt nạ, văn bản, thông điệp được truyền bí mật trong
văn bản .................................................................................................................... 3
Hình 1-2. Lược đồ quá trình giấu tin mật ................................................................. 4
Hình 1-3. Lược đồ quá trình giải mã tin mật ............................................................ 5
Hình 1-4. Phân loại các kỹ thuật giấu tin ................................................................. 6
Hình 1-5. Ví dụ về ảnh màu ................................................................................... 13
Hình 1-6.Ví dụ về ảnh đa cấp xám......................................................................... 14
Hình 1-7.Ví dụ về ảnh đen trắng ............................................................................ 14
Hình 2-1. Minh hoạ thuật toán giấu tin của Wu-lee................................................ 26
Hình 2-2. Minh hoạ giữa thay đổi ngẫu nhiên và thay đổi có định hướng .............. 28
Hình 2-3. Minh hoạ thuật toán CPT trường hợp thay đổi 1 bit ............................... 33
Hình 2-4. Minh hoạ quá trình giải mã thông tin đã giấu ......................................... 34
Hình 2-5. Thí dụ minh hoạ trường hợp thay đổi hai bit .......................................... 36
Hình 3-1. Minh họa kĩ thuật giấu LSB ................................................................... 40
Hình 4-1. Sơ đồ quan hệ trong hệ thống giấu tin .................................................... 63
Hình 4-2. Sơ đồ nhúng tin mật và ảnh.................................................................... 63
Hình 4-3. Sơ đồ tách tin từ ảnh có giấu tin ............................................................. 64
Hình 4-4. Ảnh nhị phân Lenna.bmp....................................................................... 64
Hình 4-5. Tệp tin mật cần giấu .............................................................................. 65
Hình 4-6. Giao diện chọn giải thuật nhúng tin mật................................................. 65
Hình 4-7. Giao diện nhúng dữ liệu vào ảnh trong giải thuật Z44 .............................. 66
Hình 4-8. Thông báo nhúng dữ liệu thành công ..................................................... 66
viii
Hình 4.1. Thông báo các thông số sau khi nhúng dữ liệu thành công ..................... 77
Hình 4-10. Giao diện nhúng dữ liệu vào ảnh trong giải thuật
............................ 67
Hình 4-11. Thông báo các thông số sau khi nhúng dữ liệu thành công ................... 68
Hình 4-12. Giao diện nhúng dữ liệu vào ảnh trong giải thuật
............................. 68
Hình 4-13. Thông báo các thông số sau khi nhúng dữ liệu thành công ................... 69
Hình 4-14. Giao diện tách tin mật từ ảnh ............................................................... 69
Hình 4-15. Khôi phục tin trên ảnh nhị phân ........................................................... 70
Hình 4-16. Thông báo khôi phục tin trên ảnh nhị phân .......................................... 70
Hình 4-17. Tệp dữ liệu được tách ra từ ảnh giấu tin ............................................... 70
Hình 4-18. Tách tin trên
.................................................................................... 71
Hình 4-19. Tệp dữ liệu được tách ra từ ảnh giấu tin ............................................... 71
ix
MỞ ĐẦU
Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành khoa học công nghệ
thông tin, mạng máy tính nói chung cũng như mạng internet đã tạo nên một môi
trường mở và là phương tiện trao đổi thông tin quan trọng với mọi người. Với lượng
thông tin được truyền qua mạng ngày càng nhiều thì nguy cơ dữ liệu bị truy cập trái
phép cũng tăng lên. Vì vậy vấn đề bảo đảm an toàn và bảo mật thông tin cho dữ liệu
truyền trên mạng là rất cần thiết.
Để đảm bảo an toàn và bí mật cho một thông điệp truyền đi người ta thường
dùng phương pháp truyền thống là mã hóa thông điệp theo một qui tắc nào đó đã
được thỏa thuận trước giữa người gửi và người nhận. Tuy nhiên, phương thức này
thường gây sự chú ý của đối phương về tầm quan trọng về nội dung của thông điệp.
Thời gian gần đây đã xuất hiện một cách tiếp cận để truyền các thông điệp bí mật,
đó là giấu các thông tin quan trọng trong những bức ảnh thông thường. Bề ngoài các
bức ảnh có chứa thông tin mật cũng không có gì khác với ảnh số và được sử dụng
phổ biến nên vô hiệu việc theo dõi, tấn công của đối phương. Mặt khác, dù các bức
ảnh đó bị phát hiện ra là có chứa thông tin trong đó thì với các khóa có độ bảo mật
cao thì việc tìm được nội dung của thông tin đó cũng rất khó có thể thực hiện được.
Xét theo khía cạnh tổng quát thì giấu thông tin cũng là một hệ mã mật nhằm
bảo đảm tính an toàn thông tin, nhưng phương pháp này ưu điểm là ở chỗ giảm
được khả năng phát hiện được sự tồn tại của thông tin trong nguồn mang. Không
giống như mã hóa thông tin là chống sự truy cập và sửa chữa một cách trái phép
thông tin, mục tiêu của giấu thông tin là làm cho thông tin trộn lẫn với các điểm
ảnh. Điều này sẽ đánh lừa được sự phát hiện của các tin tặc và do đó làm giảm khả
năng bị giải mã.
Kết hợp các kỹ thuật giấu tin với các kỹ thuật mã hóa ta có thể nâng cao độ
an toàn cho việc truyền tin.
1
1.
Mục đích của luận văn
Giấu dữ liệu là một lĩnh vực rộng lớn, trong luận văn này chỉ trình bày các
kỹ thuật giấu dữ liệu trong ảnh, giới thiệu các phương pháp nhằm nâng cao chất
lượng giấu tin.
Do khuôn khổ nghiên cứu, nội dung luận văn tập trung vào việc trình bày
một số kỹ thuật giấu dữ liệu trong ảnh đã được công bố, sau đó giới thiệu các kỹ
thuật giấu dữ liệu trong ảnh nhị phân và ảnh đa cấp xám theo tiếp cận module của
nhóm tác giả PGS.TS. Phan Trung Huy[1], [14], [15] và xây dựng một chương trình
giấu tin thực nghiệm thực hiện các thuật toán giấu tin
2.
,
và
.
Những đóng góp của luận văn
- Luận văn cung cấp một cách nhìn tổng quát về giấu tin trên môi trường đa
phương tiện.
- Luận văn trình bày các phương pháp và chứng minh về tính đúng đắn của
thuật toán Wu-Lee [4], CPT [5] với cách chứng minh sẽ giúp quá trình nghiên cứu
thuật toán này trở nên dễ dàng hơn.
- Trình bày ba thuật toán giấu tin trên ảnh nhị phân và ảnh đa cấp xám theo
tiếp cận module của nhóm tác giả PGS.TS. Phan Trung Huy.
- Xây dựng chương trình giấu tin thực nghiệm cài đặt các thuật toán theo tiếp cận
module
,
,
.
2
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN TRONG ẢNH SỐ
1.1. Khái niệm giấu tin
“Giấu tin” là một kỹ thuật nhúng (giấu) một lượng thông tin số nào đó
vào trong một đối tượng dữ liệu số khác. Giấu tin trong ảnh số là giấu các mẩu tin
cũng là dạng số trong máy tính vào các tệp ảnh nhị phân sao cho không bị người
ngoài phát hiện.
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 mang tin giấu. Hai mục đích khác
nhau này dẫn đến hai kỹ thuật chủ yếu của giấu tin. Đó là giấu tin mật và thủy
vân số. Nói chung giấu tin trong đa phương tiện là tận dụng “độ dư thừa” của
phương tiện giấu để thực hiện việc giấu tin mà người ngoài cuộc “khó” cảm nhận
được có thông tin giấu trong đó.
1.2. Lịch sử giấu tin
Giấu tin bắt nguồn từ Hy Lạp, tiếng Hy Lạp gọi đó là Stenography có
nghĩa là "dòng chữ bị che phủ". Mục đích cơ bản của giấu tin là nhúng mẩu tin mật
vào một môi trường truyền tin bình thường sao cho người khác không thể phát hiện
ra mẩu tin mật đó.
500 năm trước, một nhà toán học người Ý tên là Jérôme Cardan đã sáng tạo
lại một phương thức văn bản bí mật cổ xưa của người Trung Quốc. Văn bản được
làm như sau: một tờ giấy làm mặt nạ có nhiều lỗ thủng mà người gửi và người
nhận đều biết, mặt nạ này sẽ được đặt trên một tờ giấy trắng và người gửi sẽ
viết thông điệp bí mật qua các lỗ thủng trên mặt nạ sau đó vứt mặt nạ đó đi và
điền phần còn lại vào tờ giấy trắng như tờ giấy này toàn các thông tin vô thưởng
vô phạt (hình 1.1)
Hình 1-1. Từ trái qua phải: Mặt nạ, văn bản, thông điệp được truyền bí mật trong văn bản
3
Ngày nay nghệ thuật giấu tin được nghiên cứu để phục vụ các mục đích tích
cực như bảo vệ bản quyền, thủy vân số, hay phục vụ giấu các thông tin bí mật về
quân sự và kinh tế. Sự phát triển của công nghệ thông tin đã tạo ra những môi trường
giấu tin vô cùng tiện lợi và phong phú. Người ta có thể giấu tin trong các tệp ảnh,
trong các tệp âm thanh, tệp văn bản. Cũng có thể giấu tin ngay trong các khoảng
trống hay các phân vùng ẩn của môi trường lưu trữ như đĩa cứng, đĩa mềm. Các gói
tin truyền đi trên mạng cũng là môi trường giấu tin quan trọng và ngay cả các tiện
ích phần mềm cũng là môi trường lý tưởng để gài các thông tin quan trọng để xác
nhận bản quyền.
1.3. Mô hình giấu tin cơ bản
Hình 1-2. Lược đồ quá trình giấu tin mật
Hình 1.2 biểu diễn mô hình giấu tin cơ bản. Trong đó, phương tiện chứa tin
có thể bao gồm: văn bản, ảnh, audio, video… Thông tin cần giấu tùy theo mục đích
của người sử dụng. Thông tin được giấu vào trong phương tiện chứa tin nhờ một bộ
nhúng. Bộ nhúng là những chương trình thực hiện theo những thuật toán để giấu tin
và được thực hiện với một khóa bí mật giống như trong một số hệ mật mã. Đầu ra
4
của quá trình nhúng tin là phương tiện chứa đã được giấu tin. Các phương tiện chứa
này có thể được phân phối trên mạng.
Hình 1-3. Lược đồ quá trình giải mã tin mật
Hình 1.3 mô tả quá trình giải mã thông tin đã được giấu trước đó. Đầu vào là
phương tin có chứa tin giấu, qua một bộ giải mã tin (tương ứng với bộ nhúng tin)
cùng với khóa sẽ được thực hiện việc giải mã thông tin. Đầu ra của quá trình là
phương tiện chứa tin và thông tin mật đã giấu trước đó. Trong trường hợp cần thiết,
thông tin lấy ra có thể được xử lý, kiểm định và so sánh với thông tin đã giấu ban
đầu.
1.4. Phân loại các kỹ thuật giấu tin
Kỹ thuật giấu 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)....
5
Hai 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 càng
nhiều càng tốt 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, đòi
hỏi độ bền vững cao của các thông tin cần giấu đối với các biến đổi thông thường
của các tệp dữ liệu môi trường nên được quan tâm nghiên cứu nhiều hơn và thực tế
đã có nhiều những kỹ thuật dành cho khuynh hướng này.
Hình 1-4. Phân loại các kỹ thuật giấu tin
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.
1.5. Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin
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 quyền sở hữu tác giả gọi là thủy vân sẽ
được nhúng vào trong các sản phẩm, thủy vân đó chỉ một mình chủ sở hữu hợp
6
pháp các sản phẩm đó có và được dùng làm minh chứng cho bản quyền sản phẩm.
Giả sử có một sản phẩm dữ liệu dạng đa phương tiện như ảnh, âm thanh, video và
cần được lưu thông trên mạng. 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 thủy vân cần phải đảm bảo không để lại
một ảnh hưởng đáng kể nào đến việc cảm nhận sản phẩm. Yêu cầu kỹ thuật đối với
ứng dụng này là thủy vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm, muốn bỏ thủy
vân này mà không được phép của người chủ sở hữu thì chỉ có cách là phá hủy sản
phẩm.
Xác thực thông tin hay phát hiện giả mạo: Một tập các thông tin sẽ được giấu
trong phương tiện chứa sau đó được sử dụng để nhận biết xem dữ liệu trên phương
tiện gốc đó có bị thay đổi không. Các thủy vân nên được ẩn để tránh sự tò mò của
kẻ thù, hơn nữa việc làm giả các thủy vân hợp lệ hay xuyên tạc thông tin nguồn
cũng cần được xem xét. Trong các ứng dụng 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 tin cao và thủy vân không cần bền vững.
Giấu vân tay hay dán nhãn: Thủy vân trong những ứng dụng này được sử
dụng để nhận diện người gửi hay người nhận của một thông tin nào đó. Ví dụ các
vân khác nhau sẽ được nhúng vào các bản sao khác nhau của thông tin gốc trước
khi chuyển cho nhiều người. Với ứng dụng này thì yêu cầu là đảm bảo độ an toàn
cao cho các thủy vân tránh sự xóa giấu vết trong khi phân phối.
Kiểm soát sao chép: Các thủy vân trong trường hợp này được sử dụng để
kiểm soát sao chép đối với các thông tin. Các thiết bị phát ra thủy vân thường được
gắn sẵn vào trong các hệ thống đọc/ghi. Ví dụ như hệ thống quản lý sao chép DVD
đã được ứng dụng ở Nhật. Các ứng dụng loại này cũng yêu cầu thủy vân phải được
đảm bảo an toàn và cũng sử dụng phương pháp phát hiện thủy vân đã giấu mà
không cần thông tin gốc.
7
Giấu tin mật: Các thông tin giấu được trong trường hợp này càng nhiều càng
tốt, việc giải mã để nhận được thông tin cũng không cần phương tiện chứa ban đầu.
Các yêu cầu mạnh về chống tấn công của kẻ thù không cần thiết lắm thay vào đó là
thông tin giấu phải đảm bảo tính không thể phát hiện.
1.6. Giấu tin trong dữ liệu đa phương tiện
Kỹ thuật giấu tin đã được nghiên cứu và áp dụng trong nhiều môi trường dữ
liệu khác nhau như trong dữ liệu đa phương tiện (text, image, audio, video), trong
sản phẩm phần mềm và gần đây là những nghiên cứu trên môi trường cơ sở dữ liệu
quan hệ. Trong các môi trường dữ liệu đó thì dữ liệu đa phương tiện là môi trường
chiếm tỉ lệ chủ yếu trong các kỹ thuật giấu tin.
1.6.1. Giấu tin trong ảnh và các đặc trưng
Giấu tin trong ảnh, hiện nay, là một bộ phận chiếm tỷ lệ lớn nhất 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 tin trong
ảnh cũng đóng vai trò hết sức quan trọng trong hầu hết các ứng dụng bảo vệ an toàn
thông tin như: xác thực thông tin, xác định xuyên tạc thông tin, bảo vệ bản quyền
tác giả, điều khiển truy nhập, giấu 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 trên
thế giới.
1.6.1.1. Giấu tin trong ảnh
Thông tin sẽ được giấu cùng với dữ liệu ảnh nhưng chất lượng ảnh ít thay đổi
và ít ai biết được bên trong bức ảnh đó mang những thông tin có ý nghĩa khác. Và
ngày nay, khi ảnh số đã được sử dụng phổ biến, thì giấu tin đã đem lại rất nhiều
những ứng dụng quan trọng trong trên nhiều lĩnh vực trong đời sống xã hội. Ví dụ
như đối với các nước phát triển, chữ ký tay đã được số hóa và lưu trữ sử dụng như
là hồ sơ cá nhân của các dịch vụ ngân hàng và tài chính, nó được dùng để xác nhận
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 cắp và bị thay đổi bởi các phần
8
mềm chuyên dụng. Phát hiện thông tin xuyên tạc đã trở nên vô cùng quan trọng và
cấp thiết. Một đặc điểm của giấu tin trong ảnh đó là thông tin được giấu trong ảnh
một cách vô hình, nó như là một cách truyền thông tin mật cho nhau mà người khác
không thể biết được bởi sau khi giấu tin thì chất lượng ảnh gần như không thay đổi,
đặc biệt đối với ảnh màu hay ảnh đa mức xám.
1.6.1.2. Các đặc trưng cơ bản
Giấu tin trong ảnh chiếm vị trí chủ yếu trong các kỹ thuật giấu tin, vì vậy mà
các kỹ thuật giấu tin phần lớn 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 tới các đặc trưng cơ bản
sau đây:
- Phương tiện có chứa dữ liệu tri giác tĩnh
Dữ liệu gốc ở đây là dữ liệu tĩnh, dù đã giấu tin vào trong ảnh hay chưa thì
khi ta xem ảnh bằng thị giác, dữ liệu ảnh không thay đổi theo thời gian, điều này
khác với dữ liệu âm thanh và dữ liệu băng hình vì khi ta nghe hay xem thì dữ liệu
gốc sẽ thay đổi liên tục với tri giác của con người theo các đoạn, các bài hay các
ảnh…
- Kỹ thuật giấu phụ thuộc ảnh
Kỹ thuật giấu tin phụ thuộc vào các loại ảnh khác nhau. Chẳng hạn đối với
ảnh đen trắng, ảnh xám hay ảnh màu ta cũng có những kỹ thuật riêng cho từng loại
ảnh có những đặc trưng khác nhau.
- Kỹ thuật giấu tin lợi dụng tính chất hệ thống thị giác của con người
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
9
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 kém nhất trong ba màu cơ bản.
- Giấu tin trong ảnh tác động lên dữ liệu ảnh nhưng không thay đổi kích
thước ảnh
Các thuật toán thực hiện công việc giấu tin sẽ được thực hiện trên dữ liệu của
ảnh. Dữ liệu ảnh bao gồm phần header, bảng màu (có thể có) và dữ liệu ảnh. Do vậy
mà kích thước ảnh trước và sau khi giấu tin là như nhau.
- Đảm bảo chất lượng 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 bị biến đổi để có thể bị phát hiện
dễ dàng so với ảnh gốc. Yêu cầu này dường như khá đơn giản đối với ảnh màu hoặc
ảnh xám bởi mỗi điểm ảnh được biểu diễn bởi nhiều bit, nhiều giá trị 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 đối với ảnh đen trắng mỗi điểm ảnh chỉ là đen hoặc trắng,
và nếu ta biến đổi một bit từ trắng thành đen và ngược lại mà không khéo thì sẽ rất
dễ bị phát hiện. Do đó, yêu cầu đối với các thuật toán giấu tin trong ảnh màu hay
ảnh xám và giấu tin trong ảnh đen trắng là khác nhau. Trong khi đối với ảnh màu thì
các thuật toán chú trọng vào việc làm sao giấu được càng nhiều thông tin càng tốt
thì các thuật toán áp dụng cho ảnh đen trắng lại tập trung vào việc làm thế nào để
thông tin giấu khó bị phát hiện nhất.
- Thông tin 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 giấu. Theo đó, nếu một phép biến đổi nào đó trên ảnh làm thay đổi giá trị
10
của các bit thì sẽ làm cho thông tin giấu bị sai lệch. Nhờ đặc điểm này mà giấu tin
trong ảnh có tác dụng nhận thực và phát hiện xuyên tạc thông tin.
- Vai trò của ảnh gốc khi giải tin
Các kỹ thuật giấu tin phải xác định rõ ràng quá trình lọc ảnh để lấy thông tin
giấu cần đến ảnh gốc hay không cần. Đa số các kỹ thuật giấu tin mật thì thường
không cần ảnh gốc để giải mã. Thông tin được giấu trong ảnh sẽ được mang cùng
với dữ liệu ảnh, khi giải mã chỉ cần ảnh đã mang thông tin giấu mà không cần dùng
đến ảnh gốc để so sánh đối chiếu.
1.6.2. Giấu tin trong Audio
- Kỹ thuật này phụ thuộc vào hệ thống thính giác của con người, sử dụng
các âm thanh to cao tần để che giấu các âm thanh nhỏ, thấp.
- Giấu thông tin trong audio mang những đặc điểm riêng khác với giấu
thông tin trong các đối tượng đa phương tiện khác như ảnh, video, văn bản... 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. Để đảm bảo yêu
cầu này ta lưu ý rằng kỹ thuật giấu thông tin trong ảnh phụ thuộc vào hệ thống thị
giác của con người – HSV (Human Vision System) còn kỹ thuật giấu thông tin
trong audio lại phụ thuộc vào hệ thống thính giác HAS (Human Auditory System).
- Khó khăn của việc giấu thông tin trong audio:
Thứ nhất: Hệ thống thính giác của con người nghe được các tín hiệu ở các
giải tần rộng và công suất lớn nên đó gây khó dễ đối với các phương pháp giấu tin
trong audio. Nhưng tai con người lại kém trong việc phát hiện sự khác biệt các giải
tần và công suất có nghĩa là các âm thanh to, cao tần có thể che giấu được các âm
thanh nhỏ thấp một cách dễ dàng.
Thứ hai: Đó là kênh truyền tin, kênh truyền hay băng thông chậm sẽ ảnh
hưởng đến chất lượng thông tin sau khi giấu. Giấu thông tin trong
audio đòi hỏi
yêu cầu rất cao về tính đồng bộ và tính an toàn của thông tin. Các phương pháp giấu
11
- Xem thêm -