Tài liệu Tìm hiểu kỹ thuật nhúng thông tin để bảo vệ bản quyền cơ sở dữ liệu quan hệ

i .. ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG NGUYỄN MINH KHÔI Chuyên ngành : KHOA HỌC MÁY TÍNH Mã số : 60.48.01 TÌM HIỂU KỸ THUẬT NHÚNG THÔNG TIN ĐỂ BẢO VỆ BẢN QUYỀN CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS BÙI THẾ HỒNG Thái Nguyên, năm 2013 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii LỜI CẢM ƠN Luận văn đƣợc thực hiện tại trƣờng Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền Thông – Đại học Thái Nguyên dƣới sự hƣớng dẫn của PGS. TS Bùi Thế Hồng. Trƣớc hết, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc tới thầy Bùi Thế Hồng, ngƣời đã có những định hƣớng, những kiến thức quý báu, những lời động viên và chỉ bảo giúp tôi vƣợt qua những khó khăn để tôi hoàn thành tốt luận văn của mình. Tôi xin đƣợc bày tỏ lòng cảm ơn và sự kính trọng của mình đến các thầy cô giáo Trƣờng Đại học Công nghệ Thông tin và Truyền Thông, Đại học Thái Nguyên, đặc biệt là các thầy cô giáo đã giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt quá trình học tập tại trƣờng. Tôi cũng đặc biệt cảm ơn tới bạn bè lớp Cao học K9D, các đồng nghiệp tại Trƣờng Đại Lƣơng Thế Vinh tỉnh Nam Định, đã luôn động viên, giúp đỡ tôi trong quá trình học tập và công tác, để tôi hoàn thành nhiệm vụ đƣợc giao. Nhân dịp này, tôi cũng xin gửi lời cảm ơn đến gia đình, ngƣời thân, đã tạo điều kiện giúp đỡ, động viên, trợ giúp tôi về tinh thần trong suốt quá trình học tập. Thái Nguyên, ngày 10 tháng 03 năm 2013 Tác giả Nguyễn Minh Khôi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan luận văn “Tìm hiểu kỹ thuật nhúng thông tin để bảo vệ bản quyền cơ sở dữ liệu quan hệ” này là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các số liệu sử dụng trong luận văn là trung thực. Các kết quả nghiên cứu đƣợc trình bày trong luận văn chƣa từng đƣợc công bố tại bất kỳ công trình nghiên cứu nào khác. Nguyễn Minh Khôi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iv MỤC LỤC LỜI CẢM ƠN ..................................................................................................................... i LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................................iii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ................................................................................. ….vi 1. Đặt vấn đề...................................................................................................... 1 2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu................................................................. 2 3. Hƣớng nghiên cứu của đề tài. ...................................................................... 2 4. Những nội dung nghiên cứu chính. ............................................................... 3 5. Phƣơng pháp nghiên cứu............................................................................... 3 6. Ý nghĩa khoa học của đề tài. ......................................................................... 3 CHƢƠNG I: TÌM HIỂU VỀ BẢN QUYỀN SẢN PHẨM SỐ VÀ KỸ THUẬT NHÚNG TIN..................................................................................................... 5 1.1 Bản quyền sản phẩm số ............................................................................... 5 1.2. Kỹ thuật nhúng thông tin và ứng dụng ...................................................... 7 1.2.1 Kỹ thuật nhúng thông tin ......................................................................... 7 1.2.2 Phân loại các kỹ thuật nhúng tin .............................................................. 8 1.3 Ứng dụng của kỹ thuật nhúng tin .............................................................. 10 1.4 Môi trƣờng nhúng tin ................................................................................ 12 1.4.1 Trong văn bản ........................................................................................ 12 1.4.3 Trong audio ............................................................................................ 13 1.4.4 Trong video ............................................................................................ 14 1.4.5 Nhúng thông tin vào cơ sở dữ liệu quan hệ. .......................................... 15 1.5 Tình hình nghiên cứu kỹ thuật nhúng tin vào cơ sở dữ liệu ..................... 16 1.5.1 Theo kiểu dữ liệu (Data type) ................................................................ 17 1.5.2 Theo kiểu biến dạng (Distortion) ........................................................... 18 1.5.3 Theo độ nhạy (Sensitivity) ..................................................................... 18 1.5.6 Theo thông tin thuỷ vân (watermark information) ................................ 18 1.5.7 Tính kiểm tra đƣợc ................................................................................. 19 1.5.8 Theo cấu trúc dữ liệu (Data structure) ................................................... 20 1.5.9 Xử lý dữ liệu theo khối (Data cube) ....................................................... 21 1.5.10 Xử lý theo dòng dữ liệu (Streaming data) ............................................ 21 CHƢƠNG II: NHÚNG THÔNG TIN ĐỂ BẢO VỆ BẢN QUYỀN CƠ SỞ DỮ LIỆU ........................................................................................................................... 22 2.1. Cơ sở của giải pháp .................................................................................. 22 2.1.1 Nhúng tin vào ảnh số.............................................................................. 22 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn v 2.1.1.1 Nhúng tin bằng kỹ thuật thay thế bit có trọng số thấp nhất. .................. 22 2.1.1.2 Các phép biến đổi miền không gian ảnh sang miền tần số..................... 26 2.1.1.3 Kỹ thuật sinh chuỗi giả ngẫu nhiên .............................................................. 30 2.1.1.4 Các kỹ thuật trải phổ trong truyền thông ................................................... 31 2.2. Giải thuật nhúng đề xuất .......................................................................... 33 2.3. Giải thuật giải nhúng ................................................................................ 41 2.4 Bảng hợp trƣớc các loại tấn công.............................................................. 43 2.4.1 Xóa ngẫu nhiên bản ghi ...................................................................................... 44 2.4.2 Sửa đổi bảng ghi ................................................................................................... 45 2.4.3 Chèn bản ghi .......................................................................................................... 47 CHƢƠNG III: THỬ NGHIỆM GIẢI THUẬT ĐỀ XUẤT .................................. 48 3.1 Dữ liệu cho thử nghiệm............................................................................. 48 3.2 Xây dựng chƣơng trình thử nghiệm .......................................................... 50 3.2.1Tổ chức, cài đặt giải thuật ....................................................................... 51 3.2.2 Hoạt động của chƣơng trình ................................................................... 52 KẾT LUẬN ...................................................................................................................... 55 PHỤ LỤC .......................................................................................................................... 57 1. Mã xác thực thông tin (MAC) .................................................................... 57 2. Hàm băm ..................................................................................................... 58 TÀI LIỆU THAM KHẢO: ........................................................................................... 63 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vi DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU VÀ MỤC VIẾT TẮT LSB Least Significant Bit DFT Discrete Fourier Transform DCT Discrete Cosine Transform DWT Descrete Wavelet Transform IDWT Inverse Discrete Cosine Transform HVS Human Visual System CSDL Cơ sở dữ liệu quan hệ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn vii DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Hình 1.1. Sơ đồ biểu diễn quá trình nhúng tin ........................................................... 8 Hình 1.2. Sơ đồ biểu diễn quá trình giải mã ............................................................... 8 Hình 1.3. Phân loại kỹ thuật nhúng tin ........................................................................ 9 Hình 2.1: Minh họa thủy vân ảnh số ......................................................................... 22 Hình 2.1.1: Minh họa cách nhúng tin bằng kỹ thuật LSB .................................... 25 Hình 2.2.1 Minh họa dữ liệu thông tin sinh viên .................................................... 34 Hình 2.2.2 Minh họa dữ liệu kết quả học tập của sinh viên ................................. 35 Hình 2.2.3 Bảng hợp lƣu dữ liệu để nhúng tin ........................................................ 35 Hình 2.2.4: Hình mô phỏng bảng hợp chứa thông tin tìm kiếm, xác định dữ liệu. ..................................................................................................................................... 36 Hình: 2.2.5: Minh họa bảng hợp vào các bít sẽ nhúng…………..……………….. 39 Hình 2.2.6: Bảng sinh viên sau khi nhúng tin…………………………….... 40 Hình 2.2.7 Bảng Kết quả học tập sau khi nhúng tin…………………….......40 Hình 2.3.1: Bảng bit sau giải nhúng ……………………………………….. 43 Hình 2.4.1.1: Bảng kết quả học tập sau khi bị xóa một số bản ghi ………... 45 Hình 2.4.1.2: Bảng bit thu đƣợc từ giải nhúng sau khi CSDL bị xóa bản ghi…………................................................................................................... 45 Hình 2.4.2.1: Bảng kết quả học tập sau khi bị sửa một số bản ghi ………….. 46 Hình 2.4.2.2: Bảng bit thu đƣợc từ giải nhúng sau khi CSDL bị sửa bản ghi ……………………………………………………………………………….46 Hình 3.1.1: Biểu diễn tổ chức, lƣu trữ thông tin trong CSDL thử nghiệm ..... 48 Hình 3.1.2: Mối liên giữa bảng dữ liệu sinh viên và bảng điểm kết quả học tập ............................................................................................................................................. 50 Hình 3.2.1: Giao diện kết nối tới CSDL.................................................................... 52 Hình 3.2.2: Giao diện chọn bảng ................................................................................ 53 Hình 3.2.3: Giao diện xác định các trƣờng lấy thông tin ...................................... 54 Hình 3.2.4 : Thao tác nhúng và tách nhúng. ............................................................ 54 Hình 4.1. Sơ đồ hoạt động của MAC ......................................................................... 57 Hình 4.2. Mô tả quá trình xác thực thông tin bằng MAC ..................................... 58 Hình 4.3. Biểu diễn hàm băm....................................................................................... 61 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 LỜI MỞ ĐẦU 1. Đặt vấn đề. Với sự phát triển nhanh chóng của Internet, việc sao chép và phân phối sản phẩm số bất hợp pháp đang trở thành vấn đề nhứng nhối với nhiều cơ quan, tổ chức, cá nhân. Trong khi dữ liệu số lại là đối tƣợng dễ dàng bị nhân rộng, thay đổi và sao chép. Do đó, nếu việc vi phạm bản quyền trở nên phổ biến, thì nó sẽ làm suy yếu giá trị của thƣơng mại của các sản phẩm số này. Điều này đã tạo ra cuộc cách mạng trong lĩnh vực bảo vệ quan điểm của quyền sở hữu trí tuệ. Ngày nay, không chỉ ngành công nghiệp hình ảnh và âm nhạc (audio), cả các bộ phim (video) đang gặp phải vấn đề vi phạm bản quyền lớn, do các trang web cộng đồng chia sẻ tập tin và sự gia tăng của băng thông Internet. Vì vậy, quản lý quyền kỹ thuật số đang ngày càng là một vấn đề đáng quan tâm. Nhúng thông tin là một trong những kỹ thuật giấu dữ liệu hiện đại. Nó đƣợc định nghĩa nhƣ là quá trình chèn thông tin vào dữ liệu nhƣng bảo đảm không cảm thụ đƣợc, nghĩa là chỉ làm thay đổi nhỏ dữ liệu gốc. Nhúng thông tin đã đƣợc ứng dụng trong nhiều lĩnh vực nhƣ bảo vệ quyền sở hữu, điều khiển việc sao chép, xác nhận giấy tờ, hay truyền đạt thông tin khác, … trong đó ứng dụng phổ biến của nó là cung cấp bằng chứng về bản quyền tác giả của các dữ liệu số bằng cách nhúng các thông tin bản quyền. Rõ ràng trong ứng dụng này, thông tin nhúng cần phải bền vững trƣớc các thao tác nhằm loại bỏ chúng. Trong thời đại bùng nổ thông tin hiện nay, cơ sở dữ liệu quan hệ gặp các nguy cơ tấn công là không thể tránh khỏi. Do lo ngại ngày càng tăng về việc vi phạm bản quyền cơ sở dữ liệu quan hệ, nên việc quản lý quyền kỹ thuật số của cơ sở dữ liệu đang trở thành một lĩnh vực nghiên cứu cực kỳ quan trọng. Gần đây đã đƣợc một số công trình tiên phong trong lĩnh vực này Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 giúp xác lập quyền sở hữu cơ sở dữ liệu quan hệ. Giải pháp đƣợc đƣa ra chính là sử dụng kỹ thuật nhúng thông tin vào cơ sở dữ liệu để cá nhân, tổ chức xác nhận quyền làm chủ sở hữu cơ sở dữ liệu mình. Trƣớc hết hãy xem xét kịch bản ngƣời mua-ngƣời bán chung một chủ sở hữu của cơ sở dữ liệu đƣợc bán cho nhiều khách hàng khác nhau. Đối với trƣờng hợp này, rõ ràng vấn đề chính là xác định quyền sở hữu mỗi bản sao của các dữ liệu đƣợc bán nhƣ vậy là xác định nguồn gốc chính xác và đáng tin cậy của cơ sở dữ liệu quan hệ trong trƣờng hợp vi phạm bản quyền. Cũng với cách thức này áp dụng cho tình huống công bố cơ sở dữ liệu và vấn đề xác minh thông tin trong cơ sở dữ liệu có bị xuyên tạc hay không. Vì vậy luận văn này sẽ tìm hiểu các kiểu tấn công nhằm vào cơ sở dữ liệu quan hệ, từng tình huống và tìm hiểu các cách giải quyết từng vấn đề. Tiếp đến luận văn sẽ tìm hiểu thuật toán nhúng thông tin vào cơ sở dữ liệu quan hệ và đƣa ra minh họa. 2. Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu.  Một số cách thức vi phạm bản quyền cơ sở dữ liệu quan hệ thƣờng gặp.  Nhúng thông tin vào cơ sở dữ liệu quan hệ là một lĩnh vực rộng lớn và mới mẻ luận văn này chỉ tìm hiểu các giải thuật cơ sở cho việc nhúng và giải nhúng.  3. Hƣớng nghiên cứu của đề tài.  Tìm hiểu về cơ sở dữ liệu quan hệ.  Tìm hiểu mô hình nhúng thông tin cơ sở dữ liệu quan hệ.  Tìm hiểu các giải thuật liên quan. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 3 4. Những nội dung nghiên cứu chính. CHƢƠNG I: TÌM HIỂU VỀ BẢN QUYỀN SẢN PHẨM SỐ VÀ KỸ THUẬT NHÚNG TIN CHƢƠNG II: NHÚNG THÔNG TIN ĐỂ BẢO VỆ BẢN QUYỀN CƠ SỞ DỮ LIỆU CHƢƠNG III: THỬ NGHIỆM GIẢI THUẬT ĐỀ XUẤT KẾT LUẬN 5. Phƣơng pháp nghiên cứu.  Về lý thuyết: + Đọc tài liệu để tìm hiểu về cơ sở dữ liệu quan hệ, kỹ thuật nhúng thông tin bảo vệ bản quyền sản phẩm số nói chung và cơ sở dữ liệu quan hệ nói riêng. + Tìm hiểu cơ sở toán học và phƣơng pháp xây dựng mô hình cho bài toán nhúng thông tin để bảo vệ bản quyền cơ sở dữ liệu quan hệ.  Về thực nghiệm: + Áp dụng các thuật toán trên cho mô hình cơ sở dữ liệu để minh họa. 6. Ý nghĩa khoa học của đề tài.  Trong thời đại ngày nay việc an toàn quyền sở hữu thông tin là một nhu cầu cập bách không thể xa rời. An toàn sở hữu thông tin ở đây chính là bảo vệ thông tin không bị sao chép trái phép, không bị thay đổi ở mọi hình thức xuyên tạc hay bóp méo sự thật. Mà quan trong hơn cả là khẳng định quyền làm chủ thông tin, mà đặc biệt hơn nữa trong quyền sở hữu thông tin chính là quyền sở hữu cơ sở dữ liệu quan hệ. Bởi vì mọi cá nhân,cơ quan, tổ chức,... tồn tại trong xã hội thông tin thì thông tin của mình đều đƣợc lƣu trữ trong cơ sở dữ liệu quan hệ. Một khi cơ sở dữ liệu đó bị xâu phạm, bị biến đổi mà ta không thể nào chứng thực lại thông tin gốc trong cơ sở dữ liệu thì điều Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 4 gì sẽ xẩy ra.... Chính vì thề mà các kỹ thuật để chứng thực quyền sở hữu cơ sở dữ liệu quan hệ đang đƣợc nhiều tổ chức đầu tƣ nghiên cứu, trong dó kỹ thuật nhúng thông tin để bảo vệ cơ sở dữ liệu quan hệ đang đƣợc nhiều tổ chức ứng dụng. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 5 CHƢƠNG I: TÌM HIỂU VỀ BẢN QUYỀN SẢN PHẨM SỐ VÀ KỸ THUẬT NHÚNG TIN. Cuộc cách mạng thông tin kỹ thuật số đã đem lại những thay đổi sâu sắc trong xã hội và trong cuộc sống. Những thuận lợi thông tin kỹ thuật số mang lại cũng đề ra những thách thức và cơ hội mới cho quá trình đổi mới. Sự ra đời những phần mềm có tính năng mạnh, các thiết bị mới nhƣ máy ảnh kỹ thuật số, máy quét chất lƣợng cao, máy in, máy ghi âm kỹ thuật số, v.v…, đã với tới thế giới tiêu dùng rộng lớn để sáng tạo, xử lý và thƣởng thức các dữ liệu đa phƣơng tiện. Mạng Internet toàn cầu đã biến thành một xã hội ảo nơi diễn ra quá trình trao đổi thông tin trong mọi lĩnh vực chính trị, quân sự, quốc phòng, kinh tế, thƣơng mại… Và chính trong môi trƣờng mở và tiện nghi nhƣ thế xuất hiện những vấn nạn, tiêu cực đang rất cần đến các giải pháp hữu hiệu cho vấn đề an toàn thông tin nhƣ nạn ăn cắp bản quyền, nạn xuyên tạc thông tin, truy nhập thông tin trái phép v.v.. Đi tìm giải pháp cho những vấn đề này không chỉ giúp ta hiểu thêm về công nghệ phức tạp đang phát triển rất nhanh này mà còn đƣa ra những cơ hội kinh tế mới cần khám phá. Một trong các giải pháp đƣợc quan tâm nhiều trong giai đoạn hiện nay là nhúng tin. 1.1 Bản quyền sản phẩm số Để nói về bản quyền sản phẩm số, trƣớc hết ta tìm hiểu về bản quyền sản phẩm. Bởi vì sản phẩn số là các sản phẩn đƣợc số hóa, tổ chức và lƣu trữ trên máy tính. Copyright (bản quyền) là thuật ngữ đƣợc các quốc gia theo hệ thống pháp luật Anh-Mỹ (Án lệ) dùng chỉ cho quyền phi vật thể đối với các tác phẩm trí tuệ. Quyền này tƣơng tự nhƣ quyền tác giả (Author's Right). Copyright lại bảo vệ quyền lợi kinh tế của ngƣời sở hữu quyền tác giả (owner of the Copyright) hơn là chính tác giả. Copyright trƣớc nhất là dùng để bảo vệ các đầu tƣ về kinh tế. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 6 Tại Việt Nam, Quyền tác giả tại Việt Nam đã đƣợc quy định chi tiết trong Bộ Luật Dân sự 2005, Luật Sở hữu trí tuệ và Nghị Định 100/NĐ-CP/2006 của Chính phủ quy định chi tiết và hƣớng dẫn thi hành một số điều của Bộ luật Dân sự Luật Sở hữu trí tuệ về quyền tác giả và quyền liên quan. Theo đó, Quyền tác giả là quyền của tổ chức, cá nhân đối với tác phẩm do mình sáng tạo hoặc sở hữu, bao gồm các quyền sau đây: 1. Quyền Nhân thân - Đặt tên cho tác phẩm - Đứng tên thật hoặc bút danh trên tác phẩm; đƣợc nêu tên thật hoặc bút danh khi tác phẩm đƣợc công bố, sử dụng; - Công bố tác phẩm hoặc cho phép ngƣời khác công bố tác phẩm; - Bảo vệ sự toàn vẹn của tác phẩm, không cho ngƣời khác sửa chữa, cắt xén hoặc xuyên tạc tác phẩm dƣới bất kỳ hình thức nào gây phƣơng hại đến danh dự và uy tín của tác giả. 2. Quyền tài sản - Làm tác phẩm phái sinh; - Biểu diễn tác phẩm trƣớc công chúng; - Sao chép tác phẩm; - Phân phối, nhập khẩu bản gốc hoặc bản sao tác phẩm; - Truyền đạt tác phẩm đến công chúng bằng phƣơng tiện hữu tuyến, vô tuyến, mạng thông tin điện tử hoặc bất kỳ phƣơng tiện kỹ thuật nào khác; - Cho thuê bản gốc hoặc bản sao tác phẩm điện ảnh, chƣơng trình máy tính. Tác phẩm đƣợc bảo hộ theo cơ chế quyền tác giả là các tác phẩm trong lĩnh vực văn học, khoa học và nghệ thuật. Về phía ngƣời tiêu dùng thì, thì có những ngƣời tiêu dùng vì đã quen thuộc với các vi phạm về quyền tác giả trong các nơi trao đổi thông tin trên Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 7 Internet nên đang tự nhận thấy bị hạn chế các quyền tự do bởi luật pháp ngày càng nghiêm ngặt hơn. Bên cạnh đó cũng có những tác giả mong muốn đƣa các tác phẩm của họ cho cộng đồng sử dụng tự do. Chính vì thế mà với các sản phẩm số là cơ sở dữ liệu quan hệ thì cũng không tránh khỏi các tác động của các tác nhân lên sản phẩm số nêu trên. Áp dụng sự tiến bộ của khoa học và công nghệ, các nhà nghiên cứu đã đề ra kỹ thuật nhúng thông tin khẳng định bản quyền vào trong sản phẩm trƣớc khi công bố sản phẩm. Để biết các thông tin ẩn bên trong này có tác dụng thế nào, kỹ thuật này hoạt động ra sao, thì tôi xin trình bày ở các phần dƣới đây. 1.2. Kỹ thuật nhúng thông tin và ứng dụng 1.2.1 Kỹ thuật nhúng thông tin Từ trƣớc đến nay, nhiều phƣơng pháp bảo vệ thông tin đã đƣợc đƣa ra, trong đó giải pháp dùng mật mã đƣợc ứng dụng rộng rãi nhất. Thông tin ban đầu đƣợc mã hoá, sau đó sẽ đƣợc giải mã nhờ khoá của hệ mã. Đã có nhiều hệ mã phức tạp đƣợc sử dụng nhƣ DES, RSA, NAPSACK..., rất hiệu quả và phổ biến. Nhúng thông tin vào sản phẩm hay nhúng thông tin vào sản phẩm cách đƣa một lƣợng thông tin vào trong sản phẩm mà vẫn bảo đảm tính chất ẩn của dữ liệu đƣợc giấu và chất lƣợng sản phẩm. Sự khác biệt chủ yếu giữa mã hoá thông tin và nhúng thông tin là mã hoá làm cho các thông tin thể hiện là có đƣợc mã hoá hay không, còn với nhúng thông tin thì ngƣời ta sẽ khó biết đƣợc là có thông tin giấu bên trong. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 8 Hình 1.1. Sơ đồ biểu diễn quá trình nhúng tin Hình 1.2. Sơ đồ biểu diễn quá trình giải mã Hai sơ đồ trên hình 1.1 và 1.2 biểu diễn quá trình nhúng tin và quá trình giải tin. 1.2.2 Phân loại các kỹ thuật nhúng tin Kỹ thuật nhúng thông tin số mới đƣợc hình thành trong thời gian gần đây nên xu hƣớng phát triển chƣa ổn định. Nhiều phƣơng pháp mới, theo nhiều khía cạnh khác nhau. Hình minh họa dƣới đây là sơ đồ phân loại sau đây đƣợc Fabien A. P. Petitcolas đề xuất năm 1999. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 9 Hình 1.3. Phân loại kỹ thuật nhúng tin Dựa trên việc thống kê các công trình đã công bố trên các tạp chí, cùng với thông tin về tên và tóm tắt nội dung của các công trình đã công bố trên Internet, ngƣời ta chia lĩnh vực nhúng tin ra làm hai hƣớng lớn, đó là watermarking và steganography. Steganography quan tâm tới ứng dụng che giấu các bản tin đòi hỏi độ bí mật cao và dung lƣợng lớn. Watermark (thủy vân) quan tâm nhiều đến ứng dụng nhúng các mẩu tin ngắn nhƣng đòi hỏi độ bền vững lớn của thông tin cần giấu (trƣớc các biến đổi thông thƣờng của tệp dữ liệu môi trƣờng). Đối với từng hƣớng lớn trên, quá trình phân loại theo các tiêu chí khác nhau dựa theo ảnh hƣởng các tác động từ bên ngoài, ngƣời ta có thể chia watermark thành hai loại, một loại bền vững với các tác động sao chép trái phép, loại thứ hai lại cần tính chất hoàn toàn đối lập: dễ bị phá huỷ trƣớc các Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 10 tác động nói trên. Cũng có thể chia watermark theo đặc tính, một loại cần đƣợc che giấu để chỉ có một số ngƣời tiếp xúc với nó có thể thấy đƣợc thông tin, loại thứ hai đối lập, cần đƣợc mọi ngƣời nhìn thấy. Nhƣ đã trình bày ở trên, các kỹ thuật nhúng tin ta đang tìm hiểu mục đích để bảo vệ bản quyền và từ đây ta có thể song hành sử dụng hai từ khóa nhúng tin bảo vệ bản quyền và thủy vân mang tính chất tƣơng đƣơng nhau. 1.3 Ứng dụng của kỹ thuật nhúng tin Bảo mật thông tin bằng nhúng tin có hai khía cạnh. Một là bảo mật cho dữ liệu đƣợc nhúng, ví dụ nhúng tin mật: thông tin mật đƣợc giấu kỹ trong một đối tƣợng khác sao cho ngƣời khác không phát hiện đƣợc. Hai là bảo mật chính đối tƣợng đƣợc dùng để giấu dữ liệu vào, chẳng hạn ứng dụng bảo vệ bản quyền, phát hiện xuyên tạc thông tin ... Một số ứng dụng đang đƣợc triển khai: - Bảo vệ bản quyền tác giả (copyright protection): Đây là ứng dụng cơ bản nhất của kỹ thuật thuỷ vân. Một thông tin nào đó mang ý nghĩa quyền sở hữu tác giả (ngƣời ta gọi nó là thuỷ vân - watermark) sẽ đƣợc nhúng vào trong các sản phẩm, thuỷ vân đó chỉ ngƣời chủ sở hữu hợp pháp các sản phẩm đó có và đƣợc dùng làm minh chứng cho bản quyền sản phẩm. Giả sử có một thành phẩm dữ liệu dạng đa phƣơng tiện nhƣ ảnh, âm thanh, video cần đƣợc lƣu thông trên mạng. Để bảo vệ các sản phẩm chống lại 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 thuỷ vân cần phải đảm bảo không để lại một ảnh hƣởng lớn nào đến việc cảm nhận sản phẩm. Yêu cầu kỹ thuật đối với ứng dụng này là thuỷ vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm, muốn bỏ thuỷ vân này mà không đƣợc phép của ngƣời chủ sở hữu thì chỉ còn cách là phá huỷ sản phẩm. - Xác thực thông tin và phát hiện xuyên tạc thông tin (authentication Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 11 and tamper detection): Một tập thông tin sẽ đƣợc nhúng trong phƣơng tiện chứa, sau đó đƣợc sử dụng để nhận biết dữ liệu trên phƣơng tiện gốc có bị thay đổi hay không. Các thuỷ vân nên đƣợc ẩn để tránh sự tò mò của đối phƣơng, hơn nữa việc làm giả các thuỷ vân hợp lệ hay xuyên tạc thông tin nguồn cũng cần 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 (ví dụ nhƣ phân biệt một đối tƣợng đa phƣơng tiện chứa thông tin nhúng đã bị thay đổi, xuyên tạc nội dung hay chỉ bị nén mất dữ liệu).Yêu cầu chung đối với ứng dụng này là khả năng nhúng thông tin cao và thuỷ vân không cần bền vững. - Dấu vân tay hay dán nhãn (fingerprinting and labeling): Thuỷ vân trong những ứng dụng này đƣợc sử dụng để nhận diện ngƣời gửi hay ngƣời nhận một thông tin nào đó. Ví dụ các vân khác nhau sẽ đƣợc nhúng vào các bản copy khác nhau của thông tin gốc trƣớc khi chuyển cho nhiều ngƣời. Với những ứng dụng này, yêu cầu là đảm bảo độ an toàn cao cho các thuỷ vân, tránh khả năng xoá dấu vết trong khi phân phối. - Điều khiển truy cập (copy control): Các thiết bị phát hiện thuỷ vân (ở đây sử dụng phƣơng pháp phát hiện thuỷ vân đã nhúng mà không cần thông tin gốc) đƣợc gắn sẵn vào trong các hệ thống đọc ghi, tùy thuộc vào việc có thủy vân hay không để điều khiển (cho phép/cấm) truy cập. Ví dụ hệ thống quản lí sao chép DVD đã đƣợc ứng dụng ở Nhật. - Nhúng tin bí mật (steganography): Các thông tin nhúng đƣợc trong những trƣờng hợp này càng nhiều càng tốt. Việc giải mã để nhận đƣợc thông tin cũng không cần phƣơng tiện chứa gốc [4],[5]. Một ứng dụng phổ biến của kỹ thuật thuỷ vân là đƣa ra một bằng chứng về quyền sở hữu đối với dữ liệu số bằng cách nhúng dấu hiệu mang tính bản quyền vào phim hoặc các sản phẩm ảnh số. Ngoài ra, còn có những ứng dụng khác : Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 12 - Tự động điều khiển và tự hiệu chỉnh sao chép tài liệu trên Web. Ví dụ một robot tìm web để đánh dấu vào tài liệu và từ đó nhận dạng sản phẩm bất hợp pháp. - Tự động kiểm tra việc truyền nhận sóng vô tuyến. Ví dụ một robot có thể “nghe” một trạm thu phát sóng radio và tìm kiếm những dấu hiệu để biểu thị một phần cụ thể của bản nhạc hoặc lời quảng cáo vừa đƣợc phát ra. - Việc mở rộng dữ liệu- để thêm thông tin mang lại lợi ích một cách công khai. - Ứng dụng trong lấy dấu vân tay (cho phép nhận dạng dữ liệu đã phân tán). 1.4 Môi trƣờng nhúng tin Kỹ thuật nhúng tin đã đƣợc nghiên cứu và áp dụng trong nhiều môi trƣờng dữ liệu khác nhau nhƣ trong dữ liệu đa phƣơng tiện (text, image, audio, video), trong sản phẩm phần mềm và gần đây là những nghiên cứu trên môi trƣờng cơ sở dữ liệu quan hệ. Trong các môi trƣờng dữ liệu đó thì dữ liệu đa phƣơng tiện là môi trƣờng chiếm tỉ lệ chủ yếu trong các kỹ thuật nhúng tin. 1.4.1 Trong văn bản Nhúng thông tin bí mật vào trong văn bản là một kỹ thuật nhúng tin đơn giản và đƣợc phát triển sớm nhất. Kỹ thuật này có ngƣời còn hiểu đó nhƣ phần mật mã thông tin. Kỹ thuật này tận dụng những thuộc tính của văn bản, thay đổi một số thuộc tính văn bản theo quy ƣớc để che giấu thông tin bên trong. Tuy nhiên đi kèm với sự đơn giản là dễ bị tấn công, gỡ bỏ hoặc làm sai lệch thông tin đƣợc giấu. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 13 1.4.2 Trong ảnh số Nhúng thông tin trong ảnh, hiện nay, là một bộ phận chiếm tỉ lệ lớn nhất trong các chƣơng trình ứng dụng, các phần mềm, hệ thống nhúng tin trong đa phƣơng tiện bởi lƣợng thông tin đƣợc trao đổi bằng ảnh là rất lớn và hơn nữa nhúng thông tin trong ảnh cũng đóng vai trò hết sức quan trọng trong các 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, nhúng thông tin mật. Vì vậy vấn đề nhúng tin trong ảnh này đang đƣợc quan tâm rất lớn của các nhà nghiên cứu. Thông tin sẽ đƣợc nhúng vào cùng với dữ liệu ảnh nhƣng chất lƣợng ảnh ít bị thay đổi và không thể nhận biết đƣợc bằng thị giác của con ngƣời, nó chỉ có thể bị phát hiện bởi “thị giác máy”. Ngày nay, khi ảnh số đã đƣợc sử dụng rất phổ biến, thì nhúng thông tin trong ảnh đã đem lại rất nhiều những ứng dụng quan trọng trên nhiều lĩnh vực trong đời sống xã hội thì việc nhận thực chữ kí số, xác thực thông tin đã trở thành một vấn đề cực kì quan trọng khi mà việc ăn cắp thông tin hay xuyên tạc thông tin bởi các tin tặc đang trở thành một vấn nạn đối với bất kì quốc gia nào, tổ chức nào. Một đặc điểm của nhúng thông tin trong ảnh đó là thông tin đƣợc nhúng trong ảnh một cách vô hình, nó nhƣ là một cách mà truyền thông tin mật cho nhau mà ngƣời khác không thể biết đƣợc bởi sau khi nhúng thông tin thì chất lƣợng ảnh gần nhƣ không thay đổi đặc biệt đối với ảnh mầu hay ảnh xám. 1.4.3 Trong audio Nhúng thông tin trong audio mang những đặc điểm riêng khác với nhúng thông tin trong các đối tƣợng đa phƣơng tiện khác. Một trong những yêu cầu cơ bản của nhúng tin là đảm bảo tính chất ẩn của thông tin đƣợc nhúng đồng thời không làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng của dữ liệu gốc. Để Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn