Tài liệu Luận văn nâng cao chất lượng giấu tin và ứng dụng

  • Số trang: 85 |
  • Loại file: PDF |
  • Lượt xem: 158 |
  • Lượt tải: 0
tailieuonline

Đã đăng 39841 tài liệu

Mô tả:

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 -