Tài liệu Nghiên cứu thuật toán giấu tin mật trên miền không gian của ảnh bitmap

i .. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG HOÀNG XUÂN LONG NGHIÊN CỨU THUẬT TOÁN GIẤU TIN MẬT TRÊN MIỀN KHÔNG GIAN CỦA ẢNH BITMAP LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH Số hóa bởi Trung tâm Học liệuTHÁI – ĐHTN NGUYÊN http://www.lrc.tnu.edu.vn - 2015 ii LỜI CAM ĐOAN Với mục đích nghiên cứu, tìm hiểu để nâng cao kiến thức và trình độ chuyên môn để áp dụng trong các bài toán cụ thể trong tƣơng lai nên tôi đã làm luận văn này một cách nghiêm túc và hoàn toàn trung thực. Nội dung luận văn do tự tôi tìm hiểu và hoàn thành. Trong luận văn, tôi có sử dụng tài liệu tham khảo của một số tác giả trong và ngoài nƣớc để hoàn thành luận văn đƣợc nêu ở phần tài liệu tham khảo. Tôi xin cam đoan và chịu trách nhiệm về nội dung, sự trung thực trong luận văn tốt nghiệp Thạc sỹ của mình. Thái Nguyên, tháng 6 năm 2015 Học viên HOÀNG XUÂN LONG Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iii LỜI CẢM ƠN Những kiến thức căn bản trong luận văn này là kết quả của quá trình tự nghiên cứu trong quá trình công tác và hai năm học Thạc sỹ (2012 - 2014) tại Trƣờng Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông Thái Nguyên. Dƣới sự giảng dạy, đào tạo và dìu dắt trực tiếp của các thầy cô trong trƣờng và Viện Công nghệ thông tin Việt Nam. Tôi xin bày tỏ lời cảm ơn chân thành tới các thầy cô trong Khoa Công nghệ thông tin, Phòng Đào tạo, Phòng Công tác học sinh sinh viên, Phòng Đào tạo sau đại học Trƣờng Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông Thái Nguyên, đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi trong thời gian học tập tại trƣờng. Tôi xin bày tỏ lòng biết ơn chân thành, lời cảm ơn sâu sắc nhất đối với thầy giáo TS Hồ Văn Canh đã trực tiếp hƣớng dẫn, định hƣớng cho tôi giải quyết các vấn đề trong luận văn. Tôi cũng xin cảm ơn đến ngƣời thân, bạn bè và các bạn đồng môn lớp cao học khóa 11, đã ủng hộ và giúp đỡ tôi trong quá trình làm luận văn tốt nghiệp. Thái Nguyên, ngày 20 tháng 6 năm 2015 Học viên Hoàng Xuân Long Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn iv N HĨA KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI Giấu tin là một lĩnh vực nghiên cứu rộng, môi trƣờng giấu tin đa dạng, các phƣơng pháp giấu tin trong môi trƣờng ảnh chủ yếu tập trung nhiều vào việc giấu tin trong các bit có trọng số thấp. Luận văn này đã tìm hiểu, phân tích một số thuật toán giấu tin trong ảnh đen trắng, ảnh đa cấp xám và ảnh mầu bitmap 24 bit. Mặt khác, luận văn cũng nghiên cứu và đề xuất một phƣơng pháp mã hóa thông tin sử dụng ma trận trên kích thƣớc 8x8 và tính chất nghịch đảo của ma trận để sinh khóa mã và khóa giải mã. Phƣơng pháp này có ƣu điểm, cho phép ngƣời nhận tin mật sử dụng tính chất ma trận nghịch đảo A-1 để mã hóa, gửi tin cho trung tâm mà không cần phải biết ma trận A. Luận văn đã xây dựng đƣợc chƣơng trình giấu tin mật trên miền không gian ảnh bimap ứng dụng một kỹ thuật giấu tin mới. Hướng nghiên cứu tiếp theo: Để hoàn thiện hơn nữa chƣơng trình giấu tin mật kết hợp với nén mã hóa, cần phải nghiên cứu giấu tin trong các loại ảnh khác nhƣ: JPEG, TIF, GIF,...Và trên các môi trƣờng đa phƣơng tiện khác. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn v MỤC LỤC LỜI CAM ĐOAN .............................................................................................. i LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. iii NGH A KHOA HỌC CỦA ĐỀ TÀI ........................................................... iv MỤC LỤC ......................................................................................................... v DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT............................................................... vii DANH MỤC CÁC BẢNG............................................................................. viii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ......................................................................... ix LỜI NÓI ĐẦU .................................................................................................. 1 CHƢƠNG 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ L NH VỰC GIẤU TIN ..... 3 1.1. Tổng quan về giấu tin............................................................................ 3 1.1.1. Định nghĩa ....................................................................................... 3 1.1.2. Vài nét về lịch sử giấu tin................................................................ 3 1.1.3. Mục đích của giấu tin ...................................................................... 4 1.1.4. Mô hình kỹ thuật giấu thông tin cơ bản. ......................................... 5 1.1.5. Phân loại giấu tin. ............................................................................ 7 1.2. Giấu tin trong ảnh................................................................................ 10 1.3. Tổng quan ảnh BITMAP (BMP). ....................................................... 11 1.3.1. Giới thiệu ảnh BITMAP (BMP). .................................................. 11 1.3.2. Cấu trúc ảnh BITMAP (BMP). ..................................................... 12 CHƢƠNG 2: NGHIÊN CỨU, PHÂN TÍCH VÀ TÌM HIỂU MỘT SỐ THUẬT TOÁN GIẤU TIN ............................................................................................ 17 2.1. Các kỹ thuật giấu tin. .......................................................................... 17 2.1.1. Kỹ thuật giấu tin LSB. .................................................................. 17 2.1.2. Kỹ thuật giấu tin theo khối bit....................................................... 19 2.1.3. Kỹ thuật giấu tin Wu-Lee. ............................................................. 20 2.1.4. Thuật toán Chen-Pan-Tseng.......................................................... 21 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn vi 2.1.5. Kỹ thuật giấu tin SES. ................................................................... 24 2.2. Lý thuyết đại số và ứng dụng cải tiến kỹ thuật giấu tin LSB [2]: ....... 29 2.2.1. Lý thuyết ma trận tam giác: .......................................................... 29 2.2.2. Lý thuyết về trƣờng hữu hạn và không gian vector [6]. ............... 35 2.2.3. Ứng dụng lý thuyết trên vào giấu tin. ........................................... 42 CHƢƠNG 3: ỨNG DỤNG KỸ THUẬT GIẤU TIN MỚI XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH DEMO GIẤU TIN TRONG ẢNH BITMAP 24BIT ...... 48 3.1. Xây dựng chƣơng trình demo. ............................................................ 48 3.1.1. Môi trƣờng thử nghiệm: ................................................................ 48 3.1.2. Tổ chức thực hiện chƣơng trình: ................................................... 48 3.1.3. Giao diện chƣơng trình: ................................................................ 49 3.2. Ƣu điểm & Nhƣợc điểm...................................................................... 52 3.2.1. Ƣu điểm ......................................................................................... 52 3.2.2. Nhƣợc điểm ................................................................................... 53 3.3. Lý thuyết độ trùng khớp. ..................................................................... 54 KẾT LUẬN ..................................................................................................... 57 TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 59 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn vii DANH MỤC CHỮ CÁI VIẾT TẮT BMP Ảnh Bitmap LSB Least significant bit SES Steganography Evading analyses RS Regular Singular Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn viii DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 1.1 Chi tiết khối bytes tiêu đề tập tin BMP. .......................................................13 Bảng 1.2 dƣới đây miêu tả chi tiết khối bytes thông tin tập tin BMP. ................14 Bảng 2.1 Bộ mã hóa .................................................................................................................42 Bảng 2.2 Bảng chuyển đổi ký tự sang nhị phân. ..........................................................46 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn ix DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1: Hai lĩnh vực chính của kỹ thuật giấu thông tin ........................................... 5 Hình 1.2: Lƣợc đồ chung cho quá trình giấu tin............................................................. 6 Hình 1.3: Lƣợc đồ chung cho quá trình giải mã ............................................................. 7 Hình 1.4: Phân loại các kỹ thuật giấu tin. ......................................................................... 9 Hình 2.1: Sơ đồ giấu tin SES. ..............................................................................................26 Hình 2.2: Sơ đồ tách tin SES ................................................................................................28 Hình 3.1: Giao diện giới thiệu..............................................................................................50 Hình 3.2: Chƣơng trình giấu tin ..........................................................................................51 Hình 3.3: Ảnh gốc chƣa giấu tin .........................................................................................52 Hình 3.4: Ảnh đã giấu tin .......................................................................................................52 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 1 LỜI NÓI ĐẦU Trong những năm qua, chúng ta chứng kiến sự tiến bộ mạnh mẽ của khoa học - công nghệ nói chung và ngành Công nghệ thông tin nói riêng. Hƣởng lợi từ những kết quả đó, không chỉ trong lĩnh vực dân sự, mà trong lĩnh vực An ninh - Quốc phòng, cũng tận dụng tối đa những thành tựu của ngành Công nghệ thông tin để phục vụ yêu cầu công tác. Cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành khoa học công nghệ thông tin, internet đã trở thành một nhu cầu, phƣơng tiện không thể thiếu đối với mọi ngƣời, việc truyền tin qua mạng ngày càng lớn. Tuy nhiên, với lƣợng thông tin đƣợc truyền qua mạng nhiều hơn 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 ngƣời ta thƣờng dùng phƣơng pháp truyền thống là mã hóa thông điệp theo một qui tắc nào đó đã đƣợc thỏa thuận trƣớc giữa ngƣời gửi và ngƣời nhận. Tuy nhiên, phƣơng thức này thƣờng gây sự chú ý của đối phƣơng về tầm quan trọng của thông điệp. Thời gian gần đây đã xuất hiện một cách tiếp cận mới để truyền các thông điệp bí mật, đó là giấu các thông tin quan trọng trong những bức ảnh. Nhìn bề ngoài các bức ảnh có chứa thông tin cũng không có gì khác với các bức ảnh khác nên hạn chế đƣợc tầm kiểm soát của đối phƣơng. 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 đƣợc nội dung của thông tin đó cũng rất khó có thể thực hiện đƣợc. Xét theo khía cạnh tổng quát thì giấu thông tin cũng là một hệ mã mật nhằm bảo đảm tính an toàn thông tin, nhƣng phƣơng pháp này ƣu điểm là ở chỗ giảm đƣợc khả năng phát hiện đƣợc sự tồn tại của thông tin trong nguồn mang. Không giống nhƣ 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 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 2 các điểm ảnh. Điều này sẽ đánh lừa đƣợc sự phát hiện của các tin tặc và do đó làm giảm khả năng bị giải mã. Xuất phát từ thực tiễn và yêu cầu công tác của ngành công an, một mặt phải tìm hiểu phƣơng pháp phân tích những thông tin bí mật, phƣơng thức liên lạc mà đối tƣợng che giấu. Mặt khác, cũng phải nghiên cứu phƣơng pháp bảo vệ kênh liên lạc phục vụ công tác nghiệp vụ của lực lƣợng bí mật. Vì vậy, tên đề tài đƣợc chọn là: “Nghiên cứu thuật toán giấu tin mật trên miền không gian của ảnh bitmap.” Trong luận văn này, dự kiến tập trung nghiên cứu và giải quyết những vấn đề cụ thể sau: Chương 1. Nghiên cứu tổng quan về lĩnh vực giấu tin. Chương 2. Nghiên cứu, phân tích và tìm hiểu một số thuật toán giấu tin trong ảnh tĩnh. Chương 3. Ứng dụng kỹ thuật giấu tin mới, xây dựng chương trình demo giấu tin trong ảnh bitmap 24bit. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 3 CHƢƠN 1: NGHIÊN CỨU TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC GIẤU TIN 1.1. Tổng quan về giấu tin. 1.1.1. Định nghĩa Giấu thông tin là một kỹ thuật nhúng (giấu) một lƣợng thông tin số nào đó vào trong một đối tƣợng dữ liệu số khác. Kỹ thuật giấu thông tin nhằm mục đích đảm bảo an toàn vào bảo mật thông tin rõ ràng ở hai khía cạnh. Một là bảo mật cho giữ liệu đƣợc đem giấu, hai là bảo mật cho chính đối tƣợng đƣợc dùng để giấu tin. Hai khía cạnh khác nhau này dẫn đến hai khuynh hƣớng kỹ thuật chủ yếu của giấu tin. Khuynh hƣớng thứ nhất là giấu tin mật (steganography). Khuynh hƣớng này tập trung vào các kỹ thuật giấu tin sao cho thông tin giấu đƣợc nhiều và quan trọng là ngƣời khác khó phát hiện đƣợc một đối tƣợng có bị giấu thông tin bên trong hay không. Khuynh hƣớng thứ hai là thủy vân số (watermarking). Khuynh hƣớng thủy vân số đánh giấu vào đối tƣợng nhằm khẳng định bản quyền sở hữu hay phát hiện xuyên tạc thông tin. Thủy vân số có miền ứng dụng lớn hơn nên đƣợc quan tâm nghiên cứu nhiều hơn và thực tế đã có nhiều những kỹ thuật dành cho khuynh hƣớng này. 1.1.2. Vài nét về lịch sử giấu tin Từ steganography bắt nguồn từ Hi Lạp và đƣợc sử dụng cho tới ngày nay, nó có nghĩa là tài liệu đƣợc phủ (covered writing). Các câu chuyện kể về kỹ thuật giấu tin đƣợc truyền qua nhiều thế hệ. Có lẽ những ghi chép sớm nhất về kỹ thuật giấu thông tin thuộc về sử gia Hi Lạp là Herodotus. Khi bạo chúa Hi Lạp Histiaeus bị vua Darius bắt giữ ở Susa vào thế kỷ thứ năm trƣớc Công nguyên, ông ta đã gửi một thông báo bí mật cho con rể của mình là Aristagoras ở Miletus. Histiaeus đã cạo trọc đầu của một nô lệ tin cậy và xăm một thông báo trên da đầu của ngƣời nô lệ ấy. Khi tóc của ngƣời nô lệ này mọc đủ dài ngƣời nô lệ đƣợc gửi tới Miletus. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 4 Một câu chuyện khác về thời Hi Lạp cổ đại cũng do Herodotus ghi lại. Môi trƣờng để ghi văn bản chính là các viên thuốc đƣợc bọc trong sáp ong. Demeratus, một ngƣời Hi Lạp, cần thông báo cho Sparta rằng Xerxes định xâm chiếm Hi Lạp. Để tránh bị phát hiện, anh ta đã bọc lại các viên thuốc bằng một lớp sáp mới. Những viên thuốc đƣợc để ngõ và lọt qua mọi sự kiểm tra một cách dễ dàng. Mực không màu là phƣơng tiện hữu hiệu cho bảo mật thông tin trong một thời gian dài. Ngƣời Romans cổ đã biết sử dụng những chất sẵn có nhƣ nƣớc quả, nƣớc tiểu và sữa dê để viết các thông báo bí mật giữa những hàng văn tự thông thƣờng. Khi bị hơ nóng, những thứ mực không nhìn thấy này trở nên sẫm màu và có thể đọc dễ dàng. Mực không màu cũng đƣợc sử dụng rất gần đây, nhƣ trong thời gian chiến tranh Thế giới thứ II. tƣởng về che giấu thông tin đã có từ hàng ngàn năm về trƣớc nhƣng kỹ thuật này đƣợc dùng chủ yếu trong quân đội và trong các cơ quan tình báo. Mãi cho tới vài thập niên gần đây, giấu thông tin mới nhận đƣợc sự quan tâm của các nhà nghiên cứu và các viện công nghệ thông tin với hàng loạt công trình nghiên cứu giá trị. Cuộc cách mạng số hóa thông tin và sự phát triển nhanh chóng của mạng truyền thông là nguyên nhân chính dẫn đến sự thay đổi này. Những phiên bản sao chép hoàn hảo, các kỹ thuật thay thế, sửa đổi tinh vi, cộng với sự lƣu thông phân phối trên mạng của các dữ liệu đa phƣơng tiện đã sinh ra nhiều vấn đề nhức nhối về nạn ăn cắp bản quyền, phân phối bất hợp pháp, xuyên tạc trái phép… 1.1.3. Mục đích của giấu tin Giấu tin có hai mục đích: - Bảo mật cho những dữ liệu đƣợc giấu - Bảo đảm an toàn (bảo vệ bản quyền) cho chính các đối tƣợng chứa dữ liệu giấu trong đó. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 5 Có thể thấy hai mục đích này hoàn toàn trái ngƣợc nhau và dần phát triển thành hai lĩnh vực với những yêu cầu và tính chất khác nhau. Giấu thông tin Giấu tin bí mật Thuỷ vân số (Steganography) (Watermarking) Hình 1.1: Hai lĩnh vực chính của kỹ thuật giấu thông tin Kỹ thuật giấu thông tin bí mật (Steganography): với mục đích đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin tập trung vào các kỹ thuật giấu tin để có thể giấu đƣợc nhiều thông tin nhất. Thông tin mật đƣợc giấu kỹ trong một đối tƣợng khác sao cho ngƣời khác không phát hiện đƣợc. Kỹ thuật giấu thông tin theo kiểu đánh giấu (watermarking) để bảo vệ bản quyền của đối tƣợng chứa thông tin tập trung đảm bảo một số các yêu cầu nhƣ đảm bảo tính bền vững… đây là ứng dụng cơ bản nhất của kỹ thuật thuỷ vân số. 1.1.4. Mô hình kỹ thuật giấu thông tin cơ bản. Để thực hiện giấu tin cần xây dựng đƣợc các thủ tục giấu tin. Các thủ tục này sẽ thực hiện nhúng thông tin cần giấu vào môi trƣờng giấu tin. Các thủ tục giấu tin thƣờng đƣợc thực hiện với một khóa giống nhƣ các hệ mật mã để tăng tính bảo mật. Sau khi giấu tin ta thu đƣợc đối tƣợng chứa thông tin giấu và có thể phân phối đối tƣợng đó trên kênh thông tin. Để giải mã thông tin cần nhận đƣợc đối tƣợng có chứa thông tin đã giấu, sử dụng thủ tục giải mã cùng với khóa đã dùng trong quá trình giấu để lấy lại thông tin. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 6 Giấu thông tin vào phƣơng tiện chứa và tách lấy thông tin là hai quá trình trái ngƣợc nhau và có thể mô tả qua sơ đồ khối của hệ thống nhƣ hình 1.2 trong đó: - Thông tin cần giấu tuỳ theo mục đích của ngƣời sử dụng, nó có thể là thông điệp (với các tin bí mật) hay các logo, hình ảnh bản quyền. - Phƣơng tiện chứa: các file ảnh, text, audio… là môi trƣờng để nhúng tin - Bộ nhúng thông tin: là những chƣơng trình thực hiện việc giấu tin - Đầu ra: là các phƣơng tiện chứa đã có tin giấu trong đó Thông tin giấu Phân phối Phƣơng tiện chứa(audio, ảnh, video) Bộ nhúng thông tin Phƣơng tiện chứa đã đƣợc giấu tin Khóa giấu tin Hình 1.2: Lƣợc đồ chung cho quá trình giấu tin Tách thông tin từ các phƣơng tiện chứa diễn ra theo quy trình ngƣợc lại với đầu ra là các thông tin đã đƣợc giấu vào phƣơng tiện chứa. Phƣơng tiện chứa sau khi tách lấy thông tin có thể đƣợc sử dụng, quản lý theo những yêu cầu khác nhau. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 7 Khóa giấu tin Phƣơng tiện chứa đã đƣợc giấu tin Bộ giải mã thông tin Phƣơng tiện chứa (audio, ảnh, video) Thông tin giấu Kiểm định Hình 1.3: Lƣợc đồ chung cho quá trình giải mã Hình vẽ 1.3 chỉ ra các công việc giải mã thông tin đã giấu. Sau khi nhận đƣợc đối tƣợng phƣơng tiện chứa có giấu thông tin, quá trình giải mã đƣợc thực hiện thông qua một bộ giải mã tƣơng ứng với bộ nhúng thông tin cùng với khoá của quá trình nhúng. Kết quả thu đƣợc gồm phƣơng tiện chứa gốc và thông tin đã giấu. Bƣớc tiếp theo thông tin đã giấu sẽ đƣợc xử lý kiểm định so sánh với thông tin ban đầu. 1.1.5. Phân loại giấu tin. a. Phân loại các kỹ thuật giấu tin: Do kỹ thuật giấu thông tin số mới đƣợc hình thành trong thời gian gần đây nên xu hƣớng phát triển vẫn chƣa ổn định. Nhiều phƣơng pháp mới, theo nhiều khía cạnh khác nhau đang và sẽ đƣợc đề xuất, bởi vậy một định nghĩa chính xác, một sự đánh giá phân loại rõ ràng chƣa thể có đƣợc. Một số tác giả đã đƣa ra các đánh giá phân loại và các định nghĩa, nhƣng không lâu sau lại có các đánh giá phân loại và các định nghĩa khác đƣợc đề xuất. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 8 Dựa trên việc thống kê sắp xếp khoảng 100 công trình đã công bố trên một số tạp chí, cùng với thông tin về tên và tóm tắt nội dung của khoảng 200 công trình công bố trên Internet, có thể chia lĩnh vực giấu dữ liệu ra làm hai hƣớng lớn, đó là watermarking và steganography. Nếu nhƣ watermarking quan tâm nhiều đến các ứng dụng giấu các mẩu tin ngắn nhƣng đòi hỏi độ bền vững cao của thông tin cần giấu đối với các biến đổi thông thƣờng của tệp dữ liệu môi trƣờng thì steganography lại quan tâm tới các ứng dụng che giấu các bản tin với độ mật và dung lƣợng càng lớn càng tốt. Đối với từng hƣớng lớn này, quá trình phân loại có thể tiếp tục theo các tiêu chí khác. Ngoài ra chúng ta có thể phân loại theo môi trƣờng giấu thông tin: + Giấu thông tin trong ảnh. + Giấu thông tin trong audio. + Giấu thông tin trong video. + Giấu thông tin trong văn bản dạng text. b. Phân loại theo cách thức tác động lên các phƣơng tiện: Phƣơng pháp chèn dữ liệu: Phƣơng pháp này tìm các vị trí trong file dễ bị bỏ qua và chèn dữ liệu cần giấu vào đó, cách giấu này không làm ảnh hƣởng gì tới sự thể hiện các file dữ liệu ví dụ nhƣ đƣợc giấu sau các ký tự EOF. Phƣơng pháp tạo các phƣơng tiện chứa: Từ các thông điệp cần chuyển sẽ tạo ra các phƣơng tiện chứa để phục vụ cho việc truyền thông tin đó, từ phía ngƣời nhận dựa trên các phƣơng tiện chứa này sẽ tái tạo lại các thông điệp. c. Phân loại theo các mục đích sử dụng: - Giấu thông tin bí mật: đây là ứng dụng phổ biến nhất từ trƣớc đến nay, đối với giấu thông tin bí mật ngƣời ta quan tâm chủ yếu tới các mục tiêu: + Độ an toàn của giấu tin - khả năng không bị phát hiện của giấu tin. + Lƣợng thông tin tối đa có thể giấu trong một phƣơng tiện chứa cụ thể mà vẫn có thể đảm bảo an toàn + Độ bí mật của thông tin trong trƣờng hợp giấu tin bị phát hiện Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 9 - Giấu thông tin bí mật không quan tâm tới nhiều các yêu cầu bền vững của phƣơng tiện chứa, đơn giản là bởi ngƣời ta có thể thực hiện việc gửi và nhận nhiều lần một phƣơng tiện chứa đã đƣợc giấu tin. - Giấu thông tin thuỷ vân: do yêu cầu bảo vệ bản quyền, xác thực… nên giấu tin thuỷ vân có yêu cầu khác với giấu tin bí mật. Yêu cầu đầu tiên là các dấu hiệu thuỷ vân đủ bền vững trƣớc các tấn công vô hình hay cố ý gỡ bỏ nó. Thêm vào đó các dấu hiệu thuỷ vân phải có ảnh hƣởng tối thiểu (về mặt cảm nhận) đối với các phƣơng tiện chứa. Nhƣ vậy các thông tin cần giấu càng nhỏ càng tốt. Tuỳ theo các mục đích khác nhau nhƣ bảo vệ bản quyền, chống xuyên tạc nội dung, nhận thực thông tin,… thuỷ vân cũng có các yêu cầu khác nhau. Các kỹ thuật giấu tin mới đƣợc phát triển mạnh trong khỏang mƣời năm trở lại đây nên việc phân loại các kỹ thuật còn chƣa hoàn toàn thống nhất. Sơ đồ phân loại do F.Petitcolas đƣa ra năm 1999 đƣợc nhiều ngƣời chấp nhận. Information hiding Giấu thông tin Watermarking Thuỷ vân số Steganography Giấu tin mật Robust Watermarking Thuỷ vân bền vững Visible Watermarking Thuỷ vân hiển thị Fragile Watermarking Thuỷ vân dễ vỡ Imperceptible Watermarking Thuỷ vân ẩn Hình 1.4: Phân loại các kỹ thuật giấu tin. Theo sơ đồ trên đây, giấu tin đƣợc chia thành hai hƣớng chính là giấu tin mật và thủy vân số. Giấu tin mật quan tâm chủ yếu đến lƣợng tin có thể giấu, còn thủy vân số lại quan tâm chủ yếu đến tính bền vững của thông tin giấu. Trong từng hƣớng chính lại chia ra các hƣớng nhỏ hơn, chẳng hạn với Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 10 thủy vân số thì có thủy vân bền vững và thủy vân dễ vỡ. Thủy vân bền vững cần bảo toàn đƣợc các thông tin thủy vân trƣớc các tấn công nhƣ dịch chuyển, cắt xén, xoay đối với ảnh. Ngƣợc lại, thủy vân dễ vỡ cần phải dễ bị phá hủy khi gặp các sự tấn công nói trên. 1.2. Giấu tin trong ảnh. Hiện nay, giấu thông tin trong ảnh là một bộ phận chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các chƣơng trình ứng dụng, các phần mềm, hệ thống giấu tin trong đa phƣơng tiện bởi lƣợng thông tin đƣợc trao đổi bằng ảnh rất lớn và 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 thực thông tin, xác định xuyên tạc thông tin, bảo vệ bản quyền tác giả, điều khiển truy cập, giấu thông tin mật … Chính vì thế mà vấn đề này đã nhận đƣợc sự quan tâm rất lớn của các cá nhân, tổ chức, trƣờng đại học và cả viện nghiên cứu thế giới. Thông tin sẽ đƣợc giấu cùng với dữ liệu ảnh nhƣng chất lƣợng ít thay đổi và chẳng ai biết đƣợc đằng sau ảnh đó mang những thông tin có ý nghĩa. Và ngày nay, khi ảnh số đã đƣợc sử dụng rất phổ biến, thì giấu thông tin trong ảnh đã đem lại nhiều những ứng dụng quan trọng trên các lĩnh vực trong đời sống xã hội. Ví dụ nhƣ đối với các nƣớc phát triển, chữ ký tay đã đƣợc số hóa và lƣu trữ sử dụng nhƣ hồ sơ cá nhân của các dịch vụ ngân hàng và tài chính. Nó đƣợc sử dụng để nhận thực trong các thẻ tín dụng của ngƣời tiêu dùng. Hay trong một số những ứng dụng về nhận diện nhƣ thẻ chứng minh thƣ, thẻ căn cƣớc, hộ chiếu… ngƣời ta có thể giấu thông tin trên các ảnh thẻ để xác nhận thông tin thực. Phần mềm Winword của Microsoft cũng cho phép ngƣời dùng lƣu chữ ký trong các ảnh nhị phân rồi gắn vào vị trí nào đó trong file văn bản để đảm bảo tính an toàn của thông tin. Tài liệu sau đó đƣợc truyền trực tiếp qua fax hoặc lƣu truyền trên mạng. Theo đó, việc nhận thực chữ ký, xác nhận thông tin đã trở thành một vấn đề cực kỳ quan trọng khi mà việc ăn cắp thông tin hay xuyên tạc Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn 11 thông tin bởi các tin tặc đang trở thành một vấn nạn đối với bất kỳ quốc gia nào, tổ chức nào. Thêm vào đó, lại có rất nhiều loại thông tin quan trọng cần đƣợc bảo mật nhƣ những thông tin về an ninh, thông tin về bảo hiểm hay các thông tin về tài chính. Các thông tin này đƣợc số hóa và lƣu trữ trong hệ thống máy tính hay trên mạng. Chúng rất dễ bị lấy cắp và bị thay đổi bởi các phần mềm chuyên dụng. Việc nhận thực cũng nhƣ phát hiện thông tin xuyên tạc đã trở nên vô cùng quan trọng, cấp thiết. Và một đặc điểm của giấu thông tin trong ảnh nữa đó là đƣợc giấu một cách vô hình. Nó nhƣ cách truyền thông tin mật cho nhau mà ngƣời khác không thể biết đƣợc, bởi sau khi giấu thông tin thì chất lƣợng ảnh gần nhƣ không thay đổi đặc biệt đối với ảnh mầu hay ảnh xám. 1.3. Tổng quan ảnh BITMAP (BMP). 1.3.1. Giới thiệu ảnh BITMAP (BMP). Ảnh BITMAP (BMP) đƣợc phát triển bởi Microsoft Corporation, đƣợc lƣu trữ dƣới dạng độc lập thiết bị cho phép Windows hiển thị dữ liệu không phụ thuộc vào khung chỉ định màu trên bất kỳ phần cứng nào. Tên tệp mở rộng mặc định của một tệp ảnh Bitmap là BMP, nét vẽ đƣợc thể hiện là các điểm ảnh. Qui ƣớc màu đen, trắng tƣơng ứng với các giá trị 0, 1. Ảnh BMP đƣợc sử dụng trên Microsoft Windows và các ứng dụng chạy trên Windows từ version 3.0 trở lên. BMP thuộc loại ảnh mảnh. Các thuộc tính tiêu biểu của một tập tin ảnh BMP là: Số bit trên mỗi điểm ảnh thƣờng đƣợc ký hiệu bởi n. Một ảnh BMP n bit có 2n màu. Giá trị n càng lớn thì ảnh càng có nhiều màu và càng rõ nét hơn. Giá trị tiêu biểu của n là 1 (ảnh đen trắng), 4 (ảnh 16 màu), 8 (ảnh 256 màu), 16 (ảnh 65536 màu) và 24 (ảnh 16 triệu màu). Ảnh BMP 24 - bit có chất lƣợng hình ảnh trung thực nhất. - Chiều cao của ảnh (height), cho bởi điểm ảnh. - Chiều rộng của ảnh (width), cho bởi điểm ảnh. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.lrc.tnu.edu.vn