Luận văn thạc sĩ về giấu tin trong file âm thanh bằng các phép biến đổi rời rạc

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu hay giấu tin trong file âm thanh bằng các phép biến đổi rời rạc, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong lĩnh vực .

• Tác giả: Lê Anh Dũng
• Người hướng dẫn: TS Trịnh Thanh Lâm
• Trường học: Đại học Thái Nguyên
• Chuyên ngành: Khoa học máy tính
• Đề tài: Giấu tin trong file âm thanh bằng các phép biến đổi rời rạc
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2015
• Địa điểm: Thái Nguyên

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC HÌNH ẢNH
• DANH MỤC CÁC BẢNG BIỂU
• MỞ ĐẦU
• 1. TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN VÀ ÂM THANH SỐ
• 1.1. Giới thiệu chung về giấu tin
• 1.2. Mã hóa và giấu tin
• 1.3. Phân loại kỹ thuật giấu tin
• 1.4. Các đối tượng của một bài toán giấu tin
• 1.5. Mô hình kỹ thuật giấu tin
• 1.6. Các tiêu chí đánh giá bài toán giấu tin
• 2. KỸ THUẬT GIẤU TIN BẰNG CÁC PHÉP BIẾN ĐỔI RỜI RẠC
• 2.1. Các phép biến đổi từ miền không gian sang miền tần số
• 2.2. Phép biến đổi Fourier
• 2.3. Phép biến đổi Cosin rời rạc
• 2.4. Phép biến đổi Wavelet
• 2.5. Một số kỹ thuật giấu tin dựa trên biến đổi khối bít nhị phân
• 2.6. Thuật toán giấu tin bằng các phép biến đổi rời rạc trên số nguyên
• 2.7. Một số phép biến đổi rời rạc trên số nguyên
• 2.8. Thuật toán Wu-Lee
• 2.9. Thuật toán Wu-Lee cải tiến
• 2.10. Thuật toán giấu một chuỗi bít trong một khối tin
• 3. TRIỂN KHAI CHƯƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM
• 3.1. Mục đích, yêu cầu
• 3.2. Yêu cầu về cấu hình hệ thống
• 3.3. Lựa chọn định dạng file âm thanh trong thực nghiệm
• 3.4. Sơ đồ chương trình
• 3.5. Thuật toán giấu tin và trích rút tin theo kỹ thuật đề xuất
• 3.6. Trích rút tin mật
• 3.7. Một số hàm và thủ tục giấu tin
• 3.8. Kết quả thực nghiệm
• 3.9. Đánh giá kết quả thực nghiệm
• 3.10. Các khả năng ứng dụng
• KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về giấu tin trong âm thanh bằng biến đổi rời rạc

Giấu tin trong âm thanh bằng biến đổi rời rạc là một kỹ thuật quan trọng trong lĩnh vực an ninh thông tin. Kỹ thuật này cho phép nhúng thông tin vào trong các tệp âm thanh mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng âm thanh gốc. Việc sử dụng các phép biến đổi rời rạc như biến đổi Fourier hay biến đổi Cosin rời rạc giúp tăng cường tính bảo mật cho thông tin nhúng.

1.1. Khái niệm giấu tin và âm thanh số

Giấu tin là quá trình nhúng thông tin vào một đối tượng khác mà không làm thay đổi đáng kể đối tượng đó. Âm thanh số là dạng dữ liệu âm thanh được mã hóa thành số, cho phép xử lý và truyền tải dễ dàng hơn.

1.2. Lịch sử phát triển của kỹ thuật giấu tin

Kỹ thuật giấu tin đã có từ lâu, nhưng với sự phát triển của công nghệ số, các phương pháp hiện đại như biến đổi rời rạc đã mở ra nhiều cơ hội mới cho việc bảo mật thông tin.

II. Vấn đề và thách thức trong giấu tin âm thanh

Mặc dù giấu tin trong âm thanh mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại nhiều thách thức. Các vấn đề như khả năng phát hiện thông tin giấu, tính bền vững của phương tiện chứa và khả năng chống lại các tấn công là những yếu tố cần được xem xét kỹ lưỡng.

2.1. Khả năng phát hiện thông tin giấu

Một trong những thách thức lớn nhất là làm cho thông tin giấu không bị phát hiện. Các phương pháp hiện tại cần cải thiện để giảm thiểu khả năng bị phát hiện bởi các công cụ phân tích.

2.2. Tính bền vững của phương tiện chứa

Tính bền vững của âm thanh chứa thông tin giấu là rất quan trọng. Nếu âm thanh bị thay đổi hoặc nén, thông tin giấu có thể bị mất hoặc hư hại.

III. Phương pháp giấu tin trong âm thanh bằng biến đổi rời rạc

Có nhiều phương pháp giấu tin trong âm thanh, trong đó biến đổi rời rạc là một trong những kỹ thuật phổ biến nhất. Các phép biến đổi như biến đổi Fourier và biến đổi Cosin rời rạc cho phép nhúng thông tin một cách hiệu quả mà không làm giảm chất lượng âm thanh.

3.1. Biến đổi Fourier trong giấu tin

Biến đổi Fourier giúp chuyển đổi tín hiệu âm thanh từ miền thời gian sang miền tần số, cho phép nhúng thông tin vào các tần số không đáng chú ý.

3.2. Biến đổi Cosin rời rạc và ứng dụng

Biến đổi Cosin rời rạc là một kỹ thuật mạnh mẽ trong việc giấu tin, cho phép nhúng thông tin vào các bít ít quan trọng nhất mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng âm thanh.

IV. Ứng dụng thực tiễn của giấu tin trong âm thanh

Giấu tin trong âm thanh có nhiều ứng dụng thực tiễn, từ bảo vệ bản quyền nội dung số đến truyền tải thông tin nhạy cảm. Các ứng dụng này không chỉ giúp bảo vệ thông tin mà còn tạo ra các cơ hội mới trong lĩnh vực truyền thông.

4.1. Bảo vệ bản quyền nội dung số

Kỹ thuật giấu tin giúp bảo vệ bản quyền cho các tác phẩm âm nhạc và video, ngăn chặn việc sao chép trái phép.

4.2. Truyền tải thông tin nhạy cảm

Giấu tin trong âm thanh cho phép truyền tải thông tin nhạy cảm mà không bị phát hiện, rất hữu ích trong các lĩnh vực như quân sự và an ninh.

V. Kết luận và tương lai của giấu tin trong âm thanh

Giấu tin trong âm thanh bằng biến đổi rời rạc là một lĩnh vực đầy tiềm năng. Với sự phát triển không ngừng của công nghệ, các phương pháp giấu tin sẽ ngày càng trở nên hiệu quả và an toàn hơn. Tương lai của kỹ thuật này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều ứng dụng mới trong an ninh thông tin.

5.1. Xu hướng phát triển công nghệ giấu tin

Công nghệ giấu tin sẽ tiếp tục phát triển, với các phương pháp mới và cải tiến giúp tăng cường tính bảo mật và khả năng chống lại các tấn công.

5.2. Tầm quan trọng của nghiên cứu trong lĩnh vực này

Nghiên cứu về giấu tin trong âm thanh không chỉ giúp cải thiện các kỹ thuật hiện tại mà còn mở ra hướng đi mới cho việc bảo vệ thông tin trong kỷ nguyên số.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của Internet và công nghệ số, việc bảo vệ an toàn thông tin trong quá trình truyền tải trở thành một thách thức lớn đối với các tổ chức và cá nhân. Theo ước tính, hàng triệu dữ liệu nhạy cảm có thể bị đánh cắp hoặc giả mạo mỗi ngày trên mạng toàn cầu. Đặc biệt, các phương tiện đa phương tiện như âm thanh, hình ảnh và video ngày càng được sử dụng phổ biến trong giao tiếp và lưu trữ thông tin, dẫn đến nhu cầu cấp thiết về các kỹ thuật bảo mật hiệu quả. Luận văn tập trung nghiên cứu kỹ thuật giấu tin trong file âm thanh số, cụ thể là định dạng WAV, bằng các phép biến đổi rời rạc nhằm nâng cao tính bảo mật và độ bền vững của thông tin mật khi truyền tải.

Mục tiêu nghiên cứu là phát triển và triển khai một thuật toán giấu tin mới dựa trên các phép biến đổi rời rạc trên số nguyên, đảm bảo tính ẩn và không làm giảm chất lượng âm thanh gốc. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào file âm thanh số dạng WAV, với các phép biến đổi như Fourier, Cosin rời rạc và Wavelet được áp dụng để xử lý và nhúng thông tin. Ý nghĩa của nghiên cứu không chỉ nằm ở việc bảo vệ thông tin mật mà còn góp phần nâng cao hiệu quả trong các ứng dụng bảo vệ bản quyền, xác thực và kiểm soát sao chép trong môi trường số.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: lý thuyết giấu tin (Steganography) và lý thuyết xử lý tín hiệu số (Digital Signal Processing - DSP). Giấu tin là kỹ thuật nhúng thông tin mật vào một đối tượng chứa (cover object) sao cho thông tin này không bị phát hiện và không làm ảnh hưởng đến chất lượng đối tượng chứa. Trong đó, các khái niệm quan trọng bao gồm:

• Thông tin mật (Secret Information): Dữ liệu cần bảo vệ và giấu vào đối tượng chứa.
• Đối tượng chứa (Cover Object): File âm thanh số dạng WAV được sử dụng làm môi trường nhúng tin.
• Đối tượng đã nhúng (Stego Object): File âm thanh sau khi đã được nhúng thông tin mật.
• Khóa mật (Stego-Key): Khóa bí mật dùng trong quá trình nhúng và trích xuất thông tin.
• Các phép biến đổi rời rạc: Bao gồm biến đổi Fourier, biến đổi Cosin rời rạc (DCT), biến đổi Wavelet rời rạc (DWT) giúp chuyển đổi tín hiệu từ miền thời gian sang miền tần số để xử lý hiệu quả hơn.

Ngoài ra, các tiêu chí đánh giá kỹ thuật giấu tin như khả năng không bị phát hiện, tính bền vững, khả năng lưu trữ và độ phức tạp thuật toán cũng được xem xét kỹ lưỡng.

Phương pháp nghiên cứu

Luận văn sử dụng phương pháp nghiên cứu kết hợp giữa tổng hợp lý thuyết và triển khai thực nghiệm. Nguồn dữ liệu chính là các file âm thanh số định dạng WAV với tần số lấy mẫu 44.1 kHz và độ sâu 16 bit, tương đương chất lượng CD. Cỡ mẫu thử nghiệm khoảng vài chục file âm thanh khác nhau được lựa chọn ngẫu nhiên từ các nguồn âm thanh phổ biến.

Phương pháp phân tích tập trung vào việc áp dụng các phép biến đổi rời rạc trên số nguyên để nhúng và trích xuất thông tin mật. Thuật toán giấu tin được xây dựng dựa trên cải tiến thuật toán Wu-Lee, sử dụng phép toán XOR và tổng XOR (XSUM) trên các ma trận nhị phân đại diện cho khối dữ liệu âm thanh. Quá trình nghiên cứu được thực hiện trong khoảng thời gian từ đầu năm 2014 đến giữa năm 2015, với các bước chính gồm:

• Tổng hợp và phân tích các kỹ thuật giấu tin hiện có.
• Thiết kế thuật toán giấu tin dựa trên các phép biến đổi rời rạc.
• Cài đặt chương trình thử nghiệm trên môi trường phát triển tích hợp (IDE).
• Đánh giá kết quả thực nghiệm về độ ẩn, tính bền vững và chất lượng âm thanh sau khi nhúng tin.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả giấu tin trên file âm thanh WAV: Thuật toán giấu tin dựa trên phép biến đổi rời rạc trên số nguyên cho phép nhúng thành công thông tin mật vào file âm thanh WAV mà không làm giảm chất lượng âm thanh đáng kể. Kết quả thực nghiệm cho thấy tỷ lệ thay đổi giá trị mẫu âm thanh chỉ khoảng 1 đơn vị trên 16 bit, tương đương 0.006% sai lệch, đảm bảo tính vô hình của thông tin giấu.

2. Tính bền vững trước các tấn công: Thuật toán thể hiện khả năng chống chịu tốt trước các tấn công phổ biến như lọc thông tin, thêm nhiễu và biến đổi A/D-D/A. Trong thử nghiệm, tỷ lệ lỗi trích xuất thông tin mật sau khi áp dụng các tấn công này thấp hơn 5%, cho thấy tính bền vững cao so với các kỹ thuật LSB truyền thống.

3. Tăng dung lượng lưu trữ thông tin mật: So với thuật toán Wu-Lee gốc chỉ giấu được 1 bít trên một khối dữ liệu, thuật toán cải tiến và mở rộng cho phép giấu một chuỗi bít với độ dài r trong cùng một khối, tăng dung lượng lưu trữ thông tin mật lên đến 30-40% mà vẫn giữ nguyên độ phức tạp tính toán.

4. Độ phức tạp thuật toán hợp lý: Thuật toán có độ phức tạp tính toán trung bình O(n log n) nhờ sử dụng biến đổi Fourier nhanh (FFT) và các phép toán XOR trên ma trận nhị phân, phù hợp với các ứng dụng thực tế cần xử lý nhanh và hiệu quả.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân chính giúp thuật toán đạt được hiệu quả cao là việc tận dụng đặc tính trực giao và tính chất toán học của các phép biến đổi rời rạc, giúp phân tách tín hiệu âm thanh thành các thành phần tần số dễ dàng điều chỉnh mà không làm ảnh hưởng đến chất lượng âm thanh gốc. So sánh với các nghiên cứu trước đây, thuật toán cải tiến vượt trội hơn về khả năng giấu nhiều thông tin mật trong cùng một khối dữ liệu mà không tăng đáng kể độ phức tạp.

Kết quả thực nghiệm được minh họa qua biểu đồ phổ biên độ và phổ pha của file âm thanh trước và sau khi nhúng tin, cho thấy sự khác biệt rất nhỏ, gần như không thể nhận biết bằng tai người. Bảng so sánh tỷ lệ lỗi trích xuất thông tin mật sau các tấn công cũng chứng minh tính bền vững của thuật toán.

Ý nghĩa của kết quả nghiên cứu không chỉ dừng lại ở việc bảo vệ thông tin mật mà còn mở ra hướng phát triển các kỹ thuật giấu tin trong môi trường đa phương tiện số, đặc biệt là âm thanh số, góp phần nâng cao an toàn thông tin trong kỷ nguyên số.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Triển khai thuật toán trong các hệ thống truyền thông bảo mật: Khuyến nghị các tổ chức và doanh nghiệp tích hợp thuật toán giấu tin vào hệ thống truyền tải âm thanh để bảo vệ thông tin nhạy cảm, đặc biệt trong các lĩnh vực tài chính, y tế và quân sự. Thời gian triển khai dự kiến trong vòng 6-12 tháng.

2. Phát triển phần mềm hỗ trợ giấu tin đa nền tảng: Xây dựng các công cụ phần mềm dễ sử dụng, hỗ trợ nhiều định dạng âm thanh khác nhau ngoài WAV như FLAC, MP3 để mở rộng phạm vi ứng dụng. Chủ thể thực hiện là các nhóm nghiên cứu và công ty công nghệ trong vòng 1 năm.

3. Nâng cao khả năng chống tấn công và sửa lỗi: Kết hợp thuật toán giấu tin với các kỹ thuật mã hóa phát hiện và sửa lỗi để tăng cường tính bền vững trước các tấn công phức tạp hơn như nén mất dữ liệu và biến đổi tín hiệu. Thời gian nghiên cứu và phát triển khoảng 18 tháng.

4. Đào tạo và nâng cao nhận thức về bảo mật thông tin: Tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu cho cán bộ kỹ thuật và người dùng cuối về kỹ thuật giấu tin và các biện pháp bảo vệ thông tin trong môi trường số. Chủ thể thực hiện là các trường đại học và trung tâm đào tạo trong vòng 6 tháng.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Khoa học máy tính, An toàn thông tin: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật giấu tin và xử lý tín hiệu số, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển các giải pháp bảo mật mới.

2. Chuyên gia phát triển phần mềm bảo mật: Các kỹ sư phần mềm có thể áp dụng thuật toán và phương pháp trong luận văn để xây dựng các ứng dụng bảo vệ dữ liệu âm thanh trong các hệ thống truyền thông.

3. Doanh nghiệp và tổ chức quản lý dữ liệu đa phương tiện: Các đơn vị này có thể sử dụng kết quả nghiên cứu để nâng cao an toàn thông tin trong lưu trữ và truyền tải dữ liệu âm thanh, bảo vệ bản quyền và thông tin nhạy cảm.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách về an toàn thông tin: Luận văn cung cấp cơ sở khoa học để xây dựng các tiêu chuẩn, quy định về bảo mật thông tin trong môi trường số, đặc biệt là trong lĩnh vực truyền thông đa phương tiện.

Câu hỏi thường gặp

1. Giấu tin trong file âm thanh có ảnh hưởng đến chất lượng âm thanh không?
   Kỹ thuật giấu tin sử dụng các phép biến đổi rời rạc trên số nguyên chỉ thay đổi giá trị mẫu âm thanh rất nhỏ (khoảng 1 đơn vị trên 16 bit), do đó chất lượng âm thanh gần như không thay đổi và khó bị phát hiện bằng tai người.

2. Thuật toán có thể áp dụng cho các định dạng âm thanh khác ngoài WAV không?
   Mặc dù nghiên cứu tập trung vào định dạng WAV, các nguyên lý và thuật toán có thể được điều chỉnh để áp dụng cho các định dạng không mất dữ liệu như FLAC hoặc AIFF, tuy nhiên cần nghiên cứu thêm về cấu trúc dữ liệu của từng định dạng.

3. Khả năng chống lại các tấn công như nén mất dữ liệu hoặc biến đổi A/D-D/A ra sao?
   Thuật toán thể hiện khả năng bền vững tốt trước các tấn công lọc thông tin, thêm nhiễu và biến đổi A/D-D/A với tỷ lệ lỗi trích xuất dưới 5%. Tuy nhiên, đối với nén mất dữ liệu, cần kết hợp thêm các kỹ thuật sửa lỗi để đảm bảo tính toàn vẹn thông tin.

4. Làm thế nào để đảm bảo tính bảo mật của khóa mật trong quá trình giấu tin?
   Khóa mật được sử dụng để sinh vị trí nhúng tin và tham gia vào các phép toán XOR, do đó cần bảo vệ khóa bằng các biện pháp mã hóa và quản lý khóa an toàn để tránh bị lộ hoặc tấn công.

5. Thuật toán có thể mở rộng để giấu nhiều bít thông tin trong một khối dữ liệu không?
   Có, thuật toán cải tiến dựa trên phép tổng XOR (XSUM) cho phép giấu một chuỗi bít trong một khối dữ liệu mà chỉ cần thay đổi không quá một bít, tăng dung lượng lưu trữ thông tin mật hiệu quả.

Kết luận

• Luận văn đã phát triển thành công thuật toán giấu tin trong file âm thanh WAV dựa trên các phép biến đổi rời rạc trên số nguyên, đảm bảo tính ẩn và không làm giảm chất lượng âm thanh.
• Thuật toán cải tiến từ Wu-Lee cho phép giấu nhiều bít thông tin trong một khối dữ liệu với độ phức tạp tính toán hợp lý.
• Kết quả thực nghiệm chứng minh tính bền vững của thuật toán trước các tấn công phổ biến và khả năng trích xuất thông tin chính xác.
• Nghiên cứu góp phần nâng cao an toàn thông tin trong môi trường đa phương tiện số, đặc biệt trong lĩnh vực truyền thông âm thanh.
• Đề xuất các hướng phát triển tiếp theo bao gồm mở rộng ứng dụng cho các định dạng âm thanh khác, tích hợp kỹ thuật sửa lỗi và phát triển phần mềm hỗ trợ.

Các nhà nghiên cứu và doanh nghiệp nên phối hợp triển khai thử nghiệm thuật toán trong môi trường thực tế, đồng thời phát triển các công cụ hỗ trợ để ứng dụng rộng rãi trong bảo mật thông tin đa phương tiện.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. Tổng quan về giấu tin và âm thanh số. Ở chƣơng này đề tài sẽ đi vào tìm hiểu các khái niệm về giấu tin, mục đích cũng nhƣ tính cấp thiết của việc giấu tin trong đa phƣơng tiện, trong đời sống thông tin và truyền tin hiện nay. Tìm hiểu một môi trƣờng cụ thể mà luận văn sử dụng để giấu tin là âm thanh số.

Khái quát một số ứng dụng và các tấn công trên hệ thống giấu tin. Kỹ thuật giấu tin giấu tin bằng các phép biến đổi rời rạc. Trong chƣơng này sẽ đi vào tìm hiểu về các phép biến đổi từ miền không gian sang miền tần số. Tìm hiểu một số kỹ thuật dấu tin dựa trên việc biến đổi bít có trọng số thấp nhất trong một khối bít nhị phân.

Cũng trong chƣơng này, tìm hiểu và giải thích một số phép biến đổi trên số nguyên. Dựa vào các kỹ thuật và thuật Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] ~4~ toán giấu tin đã đƣợc công bố, đề tài sẽ đƣa ra ý tƣởng của thuật toán đồng thời mô tả chi tiết và cụ thể thuật toán giấu tin trong file âm thanh dựa trên các phép biến đổi rời rạc trên số nguyên. Đánh giá thuật toán nhƣ độ phức tạp hay tính an toàn, bảo mật của thông tin đƣợc giấu. Xây dựng chương trình thử nghiệm Chƣơng này sẽ đƣa ra mục đích, yêu cầu cũng nhƣ mô tả sơ đồ chƣơng trình thực nghiệm đã đƣợc xây dựng.

Lựa chọn định dạng file âm thanh để thử nghiệm thuật toán đƣợc mô tả tại Chƣơng 2. Mô tả thuật toán giấu và trích rút thông tin trong file âm thanh. Các kết quả thực nghiệm và đối sánh. Đồng thời đánh giá kết quả thực nghiệm đạt đƣợc và đƣa ra các khả năng ứng dụng của chƣơng trình thực nghiệm.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] ~5~ CHƢƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN VÀ ÂM THANH SỐ 1. Giới thiệu chung về giấu tin 1. Mã hóa và giấu tin Nhiều phƣơng pháp bảo vệ thông tin đã đƣợc đƣa ra, trong đó giải pháp dùng mật mã đƣợc ứng dụng rộng rãi.

Thông tin ban đầu đƣợc mã hoá, sau đó sẽ đƣợc giải mã nhờ khoá của hệ mã. Đã có rất nhiều hệ mã phức tạp đƣợc sử dụng nhƣ DES, RSA, NAPSACK., rất hiệu quả và phổ biến. Mô hình mã hóa thông tin Một phƣơng pháp mới khác đã và đang đƣợc nghiên cứu và ứng dụng ở nhiều nƣớc trên thế giới, đó là phƣơng pháp giấu tin. Giấu thông tin là kỹ thuật nhúng (embedding) một lƣợng thông tin số nào đó vào trong một đối tƣợng dữ liệu số khác nhằm giữ bí mật và xác thực thông tin [6].

Một trong những yêu cầu cơ bản của giấu tin là đảm bảo tính chất ẩn của thông tin giấu đồng thời không làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng của dữ liệu gốc. Sự khác biệt chủ yếu giữa mã hoá thông tin và giấu thông tin là mã hoá làm cho các thông tin hiện rõ là nó có đƣợc mã hoá hay không, còn với giấu Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] ~6~ thông tin thì ngƣời ta sẽ khó biết đƣợc là có thông tin giấu bên trong. Tuy nhiên, ta có thể kết hợp cả hai phƣơng pháp mã hóa và giấu tin để làm tăng tính bảo mật cho thông tin đƣợc giấu. Phân loại kỹ thuật giấu tin Có nhiều cách để tiến hành phân loại các phƣơng pháp giấu thông tin thông qua các tiêu chí khác nhau: nhƣ theo phƣơng tiện chứa tin, các phƣơng pháp tác động lên phƣơng tiện chứa tin, hay phân loại dựa theo các mục đích sử dụng.

Theo mục đích sử dụng, giấu thông tin có hai loại: Giấu thông tin mật Đây là ứng dụng phổ biến nhất từ trƣớc tới nay. Đối với giấu thông tin mật ngƣời ta quan tâm chủ yếu tới các mục tiêu sau: - Độ an toàn của tin giấu (khả năng không bị phát hiện của tin giấu). - Lƣợng thông tin tối đa có thể giấu trong một phƣơng tiện chứa cụ thể mà vẫn có thể đảm bảo an toàn. - Độ bảo mật của thông tin trong trƣờng hợp giấu tin bị phát hiện.

Giấu thông tin mật không quan tâm nhiều tới các yêu cầu về khả năng bền vững của phƣơng tiện chứa. Việc giải mã để nhận đƣợc thông tin cũng không cần phƣơng tiện chứa gốc ban đầu. Các yêu cầu về khả năng chống tấn công không đƣợc quan tâm lắm, thay vào đó là thông tin giấu phải đƣợc bảo mật. Đối với các thuật toán giấu thông tin mật, ngƣời ta không chú trọng đến việc bảo vệ thông tin mật trƣớc sự tấn công của các đối thủ.

Mà thay vào đó quan tâm đến tính ẩn và tính an toàn đối với dữ liệu cần giấu. Giấu thông tin thủy vân Khác với kỹ thuật giấu thông tin để giữ bí mật thông tin, giấu thông tin thủy vân có mục tiêu là bảo vệ bản quyền và xác thực thông tin. Vì vậy, kỹ thuật này không chống lại việc khai thác thông tin, mà quan trọng nhất đối với Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] ~7~ nó là đảm bảo tuyệt đối tính bền vững. Nghĩa là: không thể hủy bỏ đƣợc thông tin giấu trừ khi hủy sản phẩm chứa.

Ngoài ra các thông tin nhúng cần có ảnh hƣởng tối thiểu đối với phƣơng tiện chứa. Vì vậy, thông tin cần giấu càng nhỏ càng tốt. Một cách phân loại các kỹ thuật giấu tin Steganography Watermarking Giấu tin mật Thủy vân số - Chủ yếu phục vụ cho mục đích - Tàng hình các phiên liên lạc để bảo vệ bản quyền Mục tiêu bảo mật thông tin - Dùng trong các hoạt động xuất - Dùng trong các liên lạc xác định bản Cách Không làm thay đổi phương tiện Có thể tác động nhỏ về cảm thực chứa thông tin nhận tới phương tiện chứa hiện Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] ~8~ - Chỉ cần nhúng ít dữ liệu - Giấu được nhiều thông tin nhất - Dữ liệu nhúng cần phải bền - Không quan tâm đến độ bền của vững phương tiện chứa - Đảm bảo trước các phương Yêu cầu - Không quan sát được việc giấu pháp nén dữ liệu thông tin - Dữ liệu nhúng có thể nhận thấy - Không kiểm tra được nếu không hay không nhận thấy có khóa thích hợp - Không kiểm tra được nếu không có khóa thích hợp Bảng 1. So sánh giấu thông tin mật và giấu thông tin thủy vân 1.

Các đối tƣợng của một bài toán giấu tin 1. Thông tin mật Định nghĩa: Là thông tin nhúng vào đối tƣợng chứa, và là thông tin cần đƣợc bảo vệ. Tuỳ theo từng phƣơng pháp cụ thể, thông tin này sẽ đƣợc bảo vệ với các mức độ khác nhau. Đặc điểm: - Định dạng: Không giới hạn về kiểu định dạng.

- Kích thƣớc: Đây là một trong các yếu tố chính cần phải đƣợc xem xét trƣớc khi quyết định sử dụng phƣơng pháp nào. Tuỳ thuộc vào yêu cầu bảo mật và lĩnh vực ứng dụng mà kích thƣớc của nó sẽ khác nhau. Đối tƣợng chứa Định nghĩa: Là đối tƣợng dùng để chứa thông tin mật. Đối tƣợng này còn gọi là Cover - < data type >, tuỳ thuộc vào loại dữ liệu mà nó sẽ có những tên khác nhau, ví dụ nhƣ Cover - Image, Cover - Audio, Cover - Text… Đặc điểm: - Định dạng: Các phƣơng pháp ẩn thông tin ngày nay hầu nhƣ đều hỗ trợ định dạng dữ liệu số, nên đối tƣợng chứa thƣờng có chung đặc điểm là “số”.

- Kích thƣớc: Tuỳ mức độ yêu cầu hầu nhƣ các phƣơng pháp đều đòi hỏi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] ~9~ kích thƣớc đối tƣợng chứa lớn hơn nhiều lần kích thƣớc thông tin mật. Đối tƣợng đã nhúng Định nghĩa: Là đối tƣợng chứa sau khi nhúng thông tin mật, gọi Stego- <data type>, có kiểu dữ liệu tƣơng ứng với đối tƣợng chứa. Ví dụ nếu đối tƣợng chứa là ảnh (Cover - Image) thì đối tƣợng đã nhúng là Stego - Image. Khoá mật Định nghĩa: Là khóa tham gia vào quá trình nhúng, tuỳ theo từng thuật toán mà khoá có hay không.

Đối tƣợng này có tên gọi khác là Stego - Key. Đặc điểm - Kích thƣớc: Chiều dài của khoá tuỳ thuộc vào các thuật toán tạo khoá. - Mức độ yêu cầu: Tuỳ thuộc vào thuật toán ẩn thông tin mà khoá này có thể chỉ dùng trong một giai đoạn mã hoá, hay có thể dùng trong cả hai giai đoạn mã hoá và giải mã. Mô hình kỹ thuật giấu tin Mô hình giấu tin vào môi trường chứa Hình 1.

Lược đồ chung cho quá trình giấu tin Hình vẽ trên biểu diễn quá trình giấu thông tin cơ bản. Phƣơng tiện chứa là đối tƣợng đƣợc dùng làm môi trƣờng để giấu tin nhƣ văn bản, hình ảnh, âm Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] ~ 10 ~ thanh, video… Dữ liệu giấu là một lƣợng thông tin mang ý nghĩa nào đó, tuỳ thuộc vào mục đích của ngƣời sử dụng. Thông tin sẽ đƣợc giấu vào trong phƣơng tiện chứa nhờ một bộ nhúng thông tin, đây là những chƣơng trình, thuật toán để giấu tin và đƣợc thực hiện với một khoá bí mật giống nhƣ các hệ mật mã cổ điển. Sau khi giấu ta thu đƣợc phƣơng tiện chứa đã mang thông tin và phân phối sử dụng trên mạng.

Mô hình trích rút thông tin Hình 1. Lược đồ chung cho quá trình trích rút thông tin Sau khi nhận đƣợc đối tƣợng 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 giấu sẽ đƣợc xử lí kiểm định so sánh với thông tin giấu ban đầu.

Các tiêu chí đánh giá bài toán giấu tin 1. Khả năng không bị phát hiện Tính chất này thể hiện ở khả năng khó bị phát hiện, nghĩa là khó xác định một đối tƣợng có chứa thông tin mật hay không. Để nâng cao khả năng Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – ĐHTN http://www.vn LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] ~ 11 ~ này, hầu hết các phƣơng pháp ẩn dữ liệu dựa trên đặc điểm của hai hệ tri giác của con ngƣời: thị giác và thính giác. Đây là hai cơ quan chủ yếu đƣợc dùng để đánh giá chất lƣợng của tín hiệu.

Khả năng này còn đƣợc gọi là khả năng giả dạng.