CHƯƠNG I. TỔNG QUAN VỀ GIẤU THÔNG TIN I. Giới thiệu chung: Cuộc cách mạng thông tin kỹ thuật số đã đem lại những thay đổi sâu sắc trong xã hội và trong cuộc sống của chúng ta. Những thuận lợi mà thông tin kỹ thuật số mang lại cũng sinh ra những thách thức và cơ hội cho quá trình đổi mới.
Sự ra đời những phần mềm có tính năng rất 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. , đã đƣợc sáng tạo trên cơ sở thoả mãn thế giới tiêu dùng rộng lớn, để xử lý và thƣởng thức các dữ liệu đa phƣơng tiện (multimedia data). Mạng Internet toàn cầu đã hình 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…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. Tìm giải pháp cho những vấn đề nêu trên không chỉ tạo điều kiện đi sâu vào lĩnh vực công nghệ phức tạp đang phát triển rất nhanh này mà còn dẫn đến những cơ hội phát triển kinh tế.
Giải pháp nào cho những vấn đề trên ? Trong một quá trình phát triển lâu dài, nhiều phƣơng pháp bảo vệ thông tin đã đƣợc đƣa ra, trong đó giải pháp dùng mật mã học là giải pháp đƣợc ứng dụng rộng rãi nhất. Các hệ mật mã đã đƣợc phát triển nhanh chóng và đƣợc ứng dụng rất phổ biến cho đến tận ngày nay. Thông tin ban đầu đƣợc mã hoá thành các ký hiệu vô nghĩa, sau đó sẽ đƣợc lấy lại thông qua việc giải mã nhờ khoá của hệ mã. Đã có rất nhiều những hệ mã phức tạp đƣợc sử dụng nhƣ Luận văn cao học z 7 DES, RSA,.
Các phƣơng pháp này trong thực tế tỏ ra rất hiệu quả và đƣợc ứng dụng phổ biến. Tuy nhiên trong luận văn không đi sâu nghiên cứu về các hệ mật mã mà chỉ tiếp cận với một phƣơng pháp đã và đang đƣợc nghiên cứu, phát triển ở nhiều nƣớc trên thế giới, đó là phƣơng pháp che giấu thông tin. Phƣơng pháp này còn mới và phức tạp, ứng dụng trong an toàn và bảo mật thông tin, đang đƣợc xem nhƣ một công nghệ chìa khoá cho vấn đề bảo vệ bản quyền, nhận thực thông tin và điều khiển truy cập … Để bảo đảm an toàn cho nội dung của thông tin, ngƣời ta thƣờng sử dụng phƣơng pháp mã hoá thông tin, nhằm giấu đi ý nghĩa của nó. Để giữ bí mật cho thông tin, ngƣời ta tìm ra cách che giấu đi sự hiện diện của nó.
Xu hƣớng hiện nay là kết hợp hai kỹ thuật: mã hóa thông tin sau đó che giấu thông tin. Mã hoá và che giấu thông tin có quan hệ chặt chẽ với nhau. Nhiều ý tƣởng của kỹ thuật mật mã (Cryptography) rất hữu ích trong những công việc che giấu sự hiện hữu của thông tin. Nghiên cứu việc kết hợp hai kỹ thuật mật mã và che giấu dữ liệu, nhằm khắc phục những nhƣợc điểm hoặc những hạn chế của từng loại, cho phép xây dựng những hệ thống bảo mật, an toàn cho việc chuyển tải dữ liệu trên các phƣơng tiện thông tin đại chúng.
Cryptology Ngành mật mã Cryptography Steganography Mật mã Giấu tin mật Hình 1. Phân cấp các lĩnh vực nghiên cứu của mật mã học. Luận văn cao học z 8 Giấu thông tin, xét theo khía cạnh tổng quát cũng là một hệ mã mật, nhằm đảm bảo tính an toàn thông tin. Phƣơng pháp này ƣu điểm ở chỗ che giấu đƣợc thông tin trong ảnh.
Làm vô hình thông tin chứa trong ảnh là biện pháp hữu hiệu, hạn chế đƣợc sự phá hoại của những tên tin tặc (hacker). Giấu thông tin và vài nét về lịch sử của nó I. Các định nghĩa [21]: Định nghĩa 1: Giấu thông tin Giấu thông tin là một kỹ thuật nhúng (giấu) một lượng thông tin số nào đó vào trong một đối tượng dữ liệu số khác Kỹ thuật giấu thông tin nhằm hai mục đích đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin: một là bảo mật cho dữ liệu đƣợc đem giấu, hai là bảo mật cho chính đối tƣợng đƣợc dùng để giấu tin. Hai mục đích 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 làm ngƣời khác khó phát hiện đƣợc một đối tƣợng có bị giấu tin bên trong hay không. Khuynh hƣớng thứ hai là thuỷ vân số (watermarking). Khuynh hƣớng thuỷ vân số có miền ứng dụng lớn hơn nên đƣợc quan tâm nghiên cứu nhiều hơn và thực tế đã có rất nhiều kỹ thuật thuộc về khuynh hƣớng này.
Thuỷ vân số tập trung vào việc sử dụng kỹ thuật giấu tin, dùng thông tin giấu để bảo vệ sản phẩm thông tin số nhƣ ảnh, audio hay video. Nổi bật nhất là ứng dụng trong bảo vệ bản quyền. Định nghĩa 1 mang tính tổng quát về giấu tin. Xét riêng trong kỹ thuật giấu tin mật (Steganography), những định nghĩa sau đây cụ thể hơn và đƣợc chia theo các hệ giấu tin mật.
Từ đó, các hệ thống giấu tin mật có thể chia thành ba loại nhƣ: Luận văn cao học z 9 Định nghĩa 2: Giấu tin thuần tuý (Pure Steganography) Một bộ 4 σ(C,M,D,E), trong đó C là tập các phƣơng tiện chứa thông tin cần giấu, M là tập thông điệp cần giấu với |C|≥|M|, E: C×M → C là một hàm nhúng thông điệp M vào phƣơng tiện chứa C và D: C → M là hàm giải tin sao cho D(E(c,m)) = m với mọi m M, c C đƣợc gọi là một hệ pure Steganography. Định nghĩa 3: Giấu tin dùng khoá bí mật (Secret key Steganography) Một bộ năm σ(C,M,K,Dk,Ek), trong đó C là tập các phƣơng tiện chứa thông tin cần giấu, M là tập thông điệp cần giấu với |C|≥|M|, K là một tập khoá bí mật, Ek: C×M×K → C là một hàm nhúng thông điệp M vào phƣơng tiện chứa C sử dụng khoá K và Dk: C × K→ M là hàm giải tin sao cho Dk(Ek(c,m,k),k) = m với mọi m M, c C và k K đƣợc gọi là một hệ Secret key Stegangraphy Định nghĩa 4: Giấu tin dùng khoá công khai (Public Key Steganography) Giống nhƣ là hệ mã mật khoá công khai, hệ giấu tin mật khoá công khai không sử dụng việc truyền khoá bí mật mà sử dụng hai khoá là khoá bí mật và khoá công khai. Khoá công khai đƣợc lƣu trong cơ sở dữ liệu công cộng. Đƣợc sử dụng trong quá trình giấu tin.
Còn khoá bí mật đƣợc sử dụng trong quá trình giải tin. 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 chƣa thể có đƣợc một định nghĩa chính xác, một sự đánh giá phân loại rõ ràng. Một số tác giả đã đƣa ra các cách đánh giá phân loại, thậm chí các định nghĩa, nhƣng không lâu sau lại có các định nghĩa khác, một sự phân loại khác đƣợc đề xuất.
Sơ đồ Luận văn cao học z 10 phân loại trên hình 2 đƣợc Fabien A. Petitcolas đƣa ra năm 1999, sau hội nghị quốc tế lần thứ hai về giấu tin năm 1998 và đã đƣợc chấp nhận rộng rãi trong giới nghiên cứu [5]. Information hiding Giấu thông tin steganography watermarking Giấu tin mật Thuỷ vân số Intrinsic Robust Fragile Pure Copyright marking Watermarking Giấu tin có xử lý Giấu tin đơn thuần Thuỷ vân bền vững Thuỷ vân “dễ vỡ” Imperceptible Visible Watermarking Watermarking Thuỷ vân ẩn Thuỷ vân hiện Hình 2. Phân loại các kỹ thuật giấu thông tin Sơ đồ phân loại này nhƣ một bức tranh khái quát về ứng dụng và kỹ thuật giấu thông tin.
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 đã công bố trên internet, có thể chia lĩnh vực giấu dữ liệu ra làm hai hƣớng lớn, đó là watermarking và steganography. Nếu nhƣ watermark quan tâm nhiều đến các ứng dụng giấu 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) thì steganography lại quan tâm tới các ứng dụng che giấu các bản tin đòi hỏi mật độ và dung lƣợng càng lớn càng tốt. Đối với từng hƣớng lớn này, quá trình phân loại theo các tiêu chí khác có Luận văn cao học z 11 thể tiếp tục đƣợc thực hiện, ví dụ dựa theo ảnh hƣởng các tác động từ bên ngoài 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: Phải dễ bị phá huỷ trƣớc các tác động nói trên. Cũng có thể chia watermark theo đặc tính, một loại cần đƣợc che dấu để chỉ có một số những ngƣời tiếp xúc với nó có thể thấy đƣợc thông tin, loại thứ hai đối lập, cần đƣợc mọi ngƣời nhìn thấy.
Phân biệt giữa Steganography và Watermarking Steganography Watermarking - Tập trung vào việc giấu đƣợc càng - Không cần giấu nhiều thông tin, chỉ nhiều thông tin càng tốt, ứng dụng cần lƣợng thông tin nhỏ đặc trƣng cho trong truyền dữ liệu thông tin mật. bản quyền của ngƣời sở hữu. - Cố gắng làm nhỏ nhất những ảnh - Trong trƣờng hợp thuỷ vân nhìn hƣởng đến chất lƣợng của đối tƣợng thấy thì thuỷ vân sẽ hiện ra. vỏ để không bị chú ý đến dữ liệu đã đƣợc giấu trong đó.
- Thay đổi stego-object cũng làm cho - Thuỷ vân phải bền vững với mọi tấn dữ liệu giấu bị sai lệch (nhất là ứng công có chủ đích hoặc không có chủ dụng trong nhận thực thông tin) đích vào sản phẩm. Vài nét về lịch sử giấu tin: Từ Steganography bắt nguồn từ thời Hi Lạp cổ 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 thông tin đƣợc truyền qua nhiều thế hệ. Có lẽ những ghi chép sớm nhất về kỹ thuật giấu thông tin (thông tin đƣợc hiểu theo nghĩa nguyên thủy của nó) thuộc về sử gia Hi Lạp Herodotus.