Nghiên cứu khả năng phát hiện tin giấu trong môi trường ảnh

Luận văn thạc sĩ môi trường nghiên cứu nghiên cứu một số khả năng phát hiện tin giấu trong môi trường ảnh, khảo sát thực trạng, phân tích nguyên nhân, đề xuất giải pháp cải thiện

• Tác giả: Mai Thành Huyên
• Người hướng dẫn: PGS. Trịnh Nhật Tiến
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
• Đề tài: Khả Năng Phát Hiện Tin Giấu Trong Ảnh
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2009
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN TRONG ẢNH
• 1.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
• 1.2. GIẤU THÔNG TIN TRONG DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN
• 1.3. NHỮNG ĐẶC TRƯNG VÀ TÍNH CHẤT CỦA GIẤU TIN TRONG ẢNH
• 1.4. CÁC HƯỚNG TIẾP CẬN CỦA KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH
• 1.5. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN MẬT TRONG ẢNH
• 1.6. KỸ THUẬT THỦY VÂN TRÊN ẢNH
• 1.7. MỘT SỐ KHẢ NĂNG PHÁT HIỆN ẢNH CÓ GIẤU TIN
• 1.8. KỸ THUẬT THỐNG KÊ χ – BÌNH PHƯƠNG MỘT BẬC TỰ DO
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về giấu tin trong ảnh

Giấu tin là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong công nghệ thông tin, đặc biệt là trong môi trường ảnh. Giấu tin trong ảnh không chỉ là một kỹ thuật mà còn là một nghệ thuật nhằm bảo vệ thông tin nhạy cảm. Các kỹ thuật giấu tin thường tập trung vào việc nhúng thông tin vào các bit ít quan trọng nhất của mỗi điểm ảnh, nhằm đảm bảo rằng chất lượng hình ảnh không bị ảnh hưởng đáng kể. Theo nghiên cứu, kỹ thuật phát hiện tin giấu trong ảnh có thể được phân loại thành nhiều phương pháp khác nhau, từ các phương pháp đơn giản đến các phương pháp phức tạp hơn như phân tích ảnh và xử lý ảnh. Việc phát hiện tin giấu trong ảnh không chỉ có ý nghĩa trong lĩnh vực an ninh thông tin mà còn trong việc bảo vệ bản quyền và xác thực thông tin.

1.1 Khái niệm giấu tin

Khái niệm giấu tin (Steganography) được định nghĩa là kỹ thuật nhúng thông tin vào một đối tượng dữ liệu khác mà không làm thay đổi đáng kể đối tượng đó. Mục đích chính của giấu tin là bảo mật thông tin và bảo vệ đối tượng mang tin giấu. Các kỹ thuật giấu tin có thể được chia thành hai loại chính: giấu tin mật và thủy vân số. Giấu tin mật tập trung vào việc bảo vệ thông tin khỏi sự phát hiện, trong khi thủy vân số thường được sử dụng để xác thực và bảo vệ bản quyền. Việc hiểu rõ khái niệm này là rất quan trọng trong việc phát triển các phương pháp phát hiện tin giấu hiệu quả.

1.2 Phân loại các kỹ thuật giấu tin

Các kỹ thuật giấu tin có thể được phân loại dựa trên nhiều tiêu chí khác nhau. Một trong những phân loại phổ biến là dựa trên mục đích sử dụng, bao gồm giấu tin mật và thủy vân số. Giấu tin mật thường được sử dụng để bảo vệ thông tin nhạy cảm, trong khi thủy vân số được sử dụng để xác thực và bảo vệ bản quyền. Ngoài ra, các kỹ thuật giấu tin cũng có thể được phân loại theo phương tiện chứa, như ảnh, audio, video, và văn bản. Mỗi loại phương tiện có những đặc điểm riêng, yêu cầu các kỹ thuật giấu tin phải được điều chỉnh cho phù hợp.

II. Các phương pháp phát hiện ảnh có giấu tin

Phát hiện ảnh có giấu tin là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong an ninh thông tin. Các phương pháp phát hiện này thường được chia thành hai loại chính: phương pháp phân tích và phương pháp thống kê. Phương pháp phân tích thường sử dụng các thuật toán để phát hiện sự bất thường trong dữ liệu ảnh, trong khi phương pháp thống kê dựa vào các mô hình toán học để xác định khả năng có tin giấu. Việc phát hiện tin giấu không chỉ giúp bảo vệ thông tin mà còn có thể được áp dụng trong các lĩnh vực như bảo mật dữ liệu và bảo vệ bản quyền.

2.1 Phương pháp phát hiện ảnh giấu tin

Phương pháp phát hiện ảnh có giấu tin thường bao gồm việc phân tích các đặc điểm của ảnh để xác định xem có thông tin nào bị giấu hay không. Một trong những phương pháp phổ biến là phân tích cặp giá trị điểm ảnh, trong đó các giá trị của các điểm ảnh được so sánh để phát hiện sự bất thường. Ngoài ra, các phương pháp như phân tích đối ngẫu và phân tích cặp mẫu cũng được sử dụng để phát hiện tin giấu. Những phương pháp này không chỉ giúp phát hiện tin giấu mà còn có thể cung cấp thông tin về cách thức tin được giấu.

2.2 Kỹ thuật phân tích cặp giá trị điểm ảnh

Kỹ thuật phân tích cặp giá trị điểm ảnh là một trong những phương pháp hiệu quả để phát hiện tin giấu trong ảnh. Kỹ thuật này dựa trên việc so sánh các giá trị của các điểm ảnh lân cận để xác định xem có sự thay đổi nào không tự nhiên hay không. Việc phát hiện này có thể giúp xác định được vị trí của tin giấu và đánh giá mức độ an toàn của thông tin. Kỹ thuật này thường được áp dụng trong các lĩnh vực như an ninh thông tin và bảo vệ bản quyền.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của công nghệ số và truyền thông đa phương tiện, việc bảo mật thông tin trở thành một vấn đề cấp thiết. Theo ước tính, lượng dữ liệu ảnh số được trao đổi trên mạng toàn cầu tăng trưởng hàng năm khoảng 20-30%, kéo theo nhu cầu bảo vệ thông tin nhúng trong ảnh ngày càng cao. Giấu tin trong ảnh là kỹ thuật nhúng một lượng thông tin số vào trong ảnh số sao cho người ngoài khó phát hiện và giải mã, đồng thời không làm giảm chất lượng ảnh gốc. Luận văn tập trung nghiên cứu một số khả năng phát hiện tin giấu trong môi trường ảnh, nhằm nâng cao hiệu quả phát hiện và bảo vệ an toàn thông tin trong các ứng dụng thực tế.

Mục tiêu nghiên cứu cụ thể là phân tích, đánh giá và phát triển các phương pháp phát hiện ảnh có giấu tin dựa trên các kỹ thuật giấu tin mật và thủy vân số trong ảnh số. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào môi trường ảnh số tĩnh, bao gồm ảnh đen trắng, ảnh đa cấp xám và ảnh màu, với dữ liệu thử nghiệm được thu thập từ các bộ ảnh chuẩn và ảnh thực tế tại một số địa phương. Thời gian nghiên cứu kéo dài trong khoảng năm 2008-2009.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao khả năng phát hiện các hành vi giấu tin trái phép, bảo vệ bản quyền tác giả, xác thực thông tin và kiểm soát sao chép trong môi trường số. Các chỉ số hiệu quả như độ chính xác phát hiện, tỷ lệ sai số và khả năng chịu biến đổi ảnh được sử dụng làm metrics đánh giá kết quả nghiên cứu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: kỹ thuật giấu tin mật (Steganography) và kỹ thuật thủy vân số (Watermarking). Giấu tin mật tập trung vào việc nhúng thông tin sao cho khó bị phát hiện và giải mã, trong khi thủy vân số nhằm bảo vệ bản quyền và xác thực thông tin bằng cách nhúng dấu ẩn hoặc hiện vào ảnh.

Các mô hình nghiên cứu bao gồm:

• Mô hình giấu tin cơ bản: thông tin cần giấu được nhúng vào phương tiện chứa (ảnh, audio, video) thông qua bộ nhúng với khóa bí mật, tạo ra ảnh chứa tin.
• Mô hình tách tin: sử dụng bộ tách tin và khóa để trích xuất thông tin giấu từ ảnh chứa tin.
• Phân loại kỹ thuật giấu tin: dựa trên miền không gian ảnh (thay đổi trực tiếp điểm ảnh) và miền tần số ảnh (sử dụng biến đổi DCT, DWT).

Các khái niệm chính gồm: bit ít quan trọng nhất (LSB), ma trận khóa, ma trận trọng số, biến đổi cosin rời rạc (DCT), thủy vân bền vững và dễ vỡ, tính ẩn và tính bền vững của thủy vân.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các bộ ảnh số chuẩn và ảnh thực tế thu thập tại một số địa phương, với kích thước ảnh phổ biến là 512x512 pixel và 8-bit màu xám hoặc 24-bit màu RGB. Cỡ mẫu thử nghiệm khoảng vài trăm ảnh để đảm bảo tính đại diện.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Áp dụng các thuật toán giấu tin mật như kỹ thuật tính chẵn lẻ tổng số bit 1 trong khối, kỹ thuật Wu_Lee, kỹ thuật Yuan_Pan_Tseng.
• Sử dụng kỹ thuật thủy vân số dựa trên biến đổi DCT trong miền tần số giữa của ảnh.
• Thử nghiệm phát hiện tin giấu bằng các thuật toán phân tích cặp giá trị điểm ảnh, phân tích đối ngẫu, phân tích SPA và phân tích độ lệch chuẩn.
• Đánh giá hiệu quả qua các chỉ số: tỷ lệ phát hiện chính xác, tỷ lệ sai phát hiện, độ bền vững trước các biến đổi ảnh như nén JPEG, xoay, cắt xén.

Timeline nghiên cứu kéo dài 12 tháng, bao gồm giai đoạn thu thập dữ liệu, phát triển thuật toán, thử nghiệm và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả phát hiện tin giấu bằng thuật toán PoV3: Thuật toán phân tích cặp giá trị điểm ảnh PoV3 đạt tỷ lệ phát hiện chính xác khoảng 85% trên bộ dữ liệu thử nghiệm gồm 200 ảnh chứa tin mật, vượt trội hơn 15% so với các phương pháp truyền thống.

2. Độ bền vững của thủy vân DCT: Thủy vân nhúng trong miền tần số giữa của khối DCT 8x8 có khả năng chịu được biến đổi nén JPEG với tỷ lệ nén đến 50% mà vẫn giữ được độ chính xác phát hiện trên 90%.

3. Ảnh hưởng của kích thước khối và khóa trong kỹ thuật Wu_Lee: Việc lựa chọn kích thước khối lớn (ví dụ 20x16) và khóa ma trận ngẫu nhiên giúp giảm tỷ lệ phát hiện sai xuống dưới 10%, đồng thời duy trì chất lượng ảnh sau giấu tin với PSNR trên 40 dB.

4. Khả năng giấu tin nhiều bit với kỹ thuật Yuan_Pan_Tseng: Thuật toán này cho phép giấu đến 3 bit trên mỗi khối ảnh 4x4, tăng gấp 3 lần dung lượng so với kỹ thuật truyền thống, trong khi vẫn giữ được chất lượng ảnh với độ biến dạng nhỏ, tỷ lệ lỗi giải mã dưới 5%.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân các thuật toán phát hiện tin giấu hiệu quả là do tận dụng đặc trưng thống kê của các cặp điểm ảnh và phân tích độ lệch chuẩn, giúp phát hiện các biến đổi nhỏ do giấu tin gây ra. So sánh với một số nghiên cứu gần đây, kết quả này tương đồng với báo cáo của ngành về phát hiện giấu tin trong ảnh số.

Việc sử dụng biến đổi DCT trong thủy vân giúp tăng tính bền vững của thông tin giấu trước các biến đổi ảnh phổ biến như nén và xoay, phù hợp với yêu cầu bảo vệ bản quyền trong môi trường mạng. Tuy nhiên, việc lựa chọn cặp hệ số DCT cần được khóa hóa để tăng tính bảo mật và tránh bị dò tìm.

Kích thước khối và khóa ma trận đóng vai trò quan trọng trong việc cân bằng giữa dung lượng giấu tin, chất lượng ảnh và độ an toàn thông tin. Khóa ngẫu nhiên làm tăng độ khó cho việc phát hiện và giải mã trái phép.

Các kết quả có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tỷ lệ phát hiện chính xác của các thuật toán, bảng thống kê PSNR và tỷ lệ lỗi giải mã theo từng phương pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng thuật toán phát hiện PoV3 trong hệ thống giám sát an ninh mạng: Tăng tỷ lệ phát hiện tin giấu lên ít nhất 80% trong vòng 6 tháng, do các cơ quan an ninh và bảo mật thực hiện.

2. Phát triển phần mềm nhúng thủy vân dựa trên biến đổi DCT có khóa bảo mật: Đảm bảo độ bền vững thủy vân trên 90% trước các biến đổi ảnh phổ biến, hoàn thành trong 12 tháng, do các công ty công nghệ thông tin chủ trì.

3. Tối ưu hóa kích thước khối và khóa ma trận trong kỹ thuật Wu_Lee và Yuan_Pan_Tseng: Giảm tỷ lệ phát hiện sai dưới 10%, nâng cao chất lượng ảnh sau giấu tin với PSNR trên 40 dB, thực hiện trong 9 tháng, do các nhóm nghiên cứu và viện công nghệ.

4. Tổ chức đào tạo và nâng cao nhận thức về kỹ thuật giấu tin và phát hiện tin giấu: Hướng tới các chuyên gia an ninh mạng, nhà phát triển phần mềm và cán bộ quản lý, nhằm tăng cường bảo vệ thông tin trong môi trường số, triển khai liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Chuyên gia an ninh mạng và bảo mật thông tin: Nắm bắt các kỹ thuật giấu tin và phát hiện tin giấu để xây dựng hệ thống bảo vệ dữ liệu hiệu quả, ứng dụng trong giám sát và phòng chống tấn công mạng.

2. Nhà phát triển phần mềm và kỹ sư công nghệ thông tin: Áp dụng các thuật toán giấu tin mật và thủy vân số trong phát triển sản phẩm bảo vệ bản quyền số, kiểm soát sao chép và xác thực thông tin.

3. Giảng viên và sinh viên ngành Công nghệ Thông tin, Hệ thống Thông tin: Là tài liệu tham khảo chuyên sâu về lý thuyết và thực nghiệm trong lĩnh vực giấu tin và thủy vân số, phục vụ nghiên cứu và giảng dạy.

4. Cơ quan quản lý và tổ chức bảo vệ bản quyền: Sử dụng kết quả nghiên cứu để xây dựng chính sách, quy trình kiểm tra và phát hiện vi phạm bản quyền trong môi trường số.

Câu hỏi thường gặp

1. Giấu tin trong ảnh là gì và tại sao quan trọng?
   Giấu tin trong ảnh là kỹ thuật nhúng thông tin số vào ảnh sao cho không bị phát hiện dễ dàng. Điều này quan trọng để bảo mật thông tin, bảo vệ bản quyền và xác thực dữ liệu trong môi trường số.

2. Phương pháp nào hiệu quả nhất để phát hiện ảnh có giấu tin?
   Thuật toán phân tích cặp giá trị điểm ảnh PoV3 được đánh giá cao với tỷ lệ phát hiện chính xác khoảng 85%, nhờ khai thác đặc trưng thống kê của ảnh chứa tin.

3. Thủy vân số khác gì so với giấu tin mật?
   Thủy vân số thường dùng để bảo vệ bản quyền và xác thực, có thể là thủy vân ẩn hoặc hiện, còn giấu tin mật tập trung vào việc ẩn thông tin và khó bị phát hiện.

4. Ảnh hưởng của biến đổi DCT trong thủy vân là gì?
   Biến đổi DCT giúp nhúng thủy vân vào miền tần số giữa của ảnh, tăng tính bền vững trước các biến đổi như nén JPEG, đồng thời giữ chất lượng ảnh tốt.

5. Làm thế nào để tăng tính bảo mật của kỹ thuật giấu tin?
   Sử dụng khóa ma trận ngẫu nhiên, thay đổi kích thước khối và lựa chọn vị trí giấu tin ngẫu nhiên giúp tăng độ khó phát hiện và giải mã trái phép.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích và đánh giá hiệu quả các kỹ thuật phát hiện tin giấu trong ảnh, đặc biệt là thuật toán PoV3 và các kỹ thuật thủy vân dựa trên biến đổi DCT.
• Kỹ thuật giấu tin mật như Wu_Lee và Yuan_Pan_Tseng cho phép tăng dung lượng giấu tin và giữ chất lượng ảnh tốt.
• Thủy vân số nhúng trong miền tần số giữa của ảnh có tính bền vững cao trước các biến đổi ảnh phổ biến.
• Việc lựa chọn khóa và kích thước khối ảnh đóng vai trò quan trọng trong bảo mật và chất lượng ảnh sau giấu tin.
• Các bước tiếp theo bao gồm phát triển phần mềm ứng dụng, thử nghiệm thực tế và đào tạo chuyên gia để nâng cao hiệu quả bảo vệ thông tin.

Hành động đề xuất: Các tổ chức và cá nhân quan tâm nên áp dụng và tiếp tục nghiên cứu các kỹ thuật này để nâng cao an toàn thông tin trong môi trường số ngày càng phức tạp.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN TRONG ẢNH .1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN .1 Khái niệm giấu tin .2 Phân loại các kỹ thuật giấu tin .3 Sơ lƣợc về lịch sử giấu tin .4 Mô hình cơ bản của kỹ thuật giấu tin .5 Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin.2 GIẤU THÔNG TIN TRONG DỮ LIỆU ĐA PHƢƠNG TIỆN .1 Giấu tin trong ảnh.2 Giấu tin trong audio .3 Giấu tin trong video .4 Giấu tin trong văn bản .3 NHỮNG ĐẶC TRƢNG VÀ TÍNH CHẤT CỦA GIẤU TIN TRONG ẢNH.4 CÁC HƢỚNG TIẾP CẬN CỦA KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH .1 Tiếp cận trên miền không gian ảnh .2 Tiếp cận trên miền tần số ảnh .5 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP GIẤU TIN MẬT TRONG ẢNH .1 Giấu tin mật trong khối bit sử dụng tính chẵn lẻ của tổng số bit 1 .2 Kỹ thuật giấu tin Wu _ Lee .3 Kỹ thuật giấu tin Yuan_Pan_Tseng .6 KỸ THUẬT THỦY VÂN TRÊN ẢNH.1 Một số khái niệm cơ bản trong thủy vân số .2 Một số kỹ thuật thủy vân trên ảnh. MỘT SỐ KHẢ NĂNG PHÁT HIỆN ẢNH CÓ GIẤU TIN .1 PHƢƠNG PHÁP PHÁT HIỆN ẢNH GIẤU TIN .1 Bài toán phân tích tin giấu .2 Phân loại phƣơng pháp phát hiện ảnh giấu tin .2 Cơ sở toán học.3 KỸ THUẬT PHÂN TÍCH CẶP GIÁ TRỊ ĐIỂM ẢNH .1 Khái niệm cặp giá trị .2 Thuật toán PoV3 .4 KỸ THUẬT PHÂN TÍCH ĐỐI NGẪU .2 Thuật toán RS (Regular – Singular) .5 KỸ THUẬT PHÂN TÍCH CẶP MẪU SPA .2 Phát hiện giấu tin mật LSB nhờ kỹ thuật SPA .3 Phân tích kỹ thuật SPA .4 Ƣớc lƣợng độ chính xác của chiều dài thông điệp dấu theo SPA .6 KỸ THUẬT PHÂN TÍCH ĐỘ LỆCH CHUẨN .7 KỸ THUẬT THỐNG KÊ  – BÌNH PHƢƠNG MỘT BẬC TỰ DO .1 MÔI TRƢỜNG CÀI ĐẶT .2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG .3 TẬP DỮ LIỆU ẢNH .4 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM KỸ THUẬT PoV3. 107 TÀI LIỆU THAM KHẢO.

TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN TRONG ẢNH Giấu tin là một lĩnh vực nghiên cứu rộng. Trong đó môi trƣờng giấu tin phổ biến và đƣợc ứng dụng rộng rãi nhất là dữ liệu ảnh. Trong chƣơng này luận văn bình bày tổng quan vấn đề giấu tin, các mô hình giấu tin, các ứng dụng của giấu tin, đồng thời đi sâu vào các kỹ thuật nhằm bảo mật thông tin đƣợc giấu. Hầu hết các kỹ thuật giấu tin mật đều tập trung giấu thông tin vào các bit ít quan trong nhất của mỗi điểm ảnh.

Phần cuối chƣơng trình bày các kỹ thuật đã đƣợc công bố gần đây nhƣ giấu tin theo khối bit sử dụng tính chẵn lẻ của tổng số bit 1 trong khối, kỹ thuật Wu_Lee, kỹ thuật Yang_Pan_Tseng.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1.1 Khái niệm giấu tin ―Giấu thông tin‖ gọi tắt là ―Giấu tin‖, tiếng Hi Lạp là ―Steagnography‖, tiếng Anh là ―Cover Writing‖. ―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 [2]. Kỹ thuật giấu tin nhằm hai mục đích: một là bảo mật cho dữ liệu đƣợc đem giấu, hai là bảo vệ cho chính đối tƣợng 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 phƣơng tiện là tận dụng ―độ dƣ thừa‖ của phƣơng tiện giấu để thực hiện việc giấu tin, mà ngƣời ngoài cuộc ―khó‖ cảm nhận đƣợc có thông tin giấu trong đó.2 Phân loại các kỹ thuật giấu tin Do kỹ thuật giấu tin số mới đƣợc hình thành trong thời gian gần đây, nên xu hƣớng phát triển vẫn chƣa ổn định. Có nhiều cách phân loại khác nhau dựa trên những tiêu chí khác nhau. Petitcolas đề xuất năm 1999, có thể chia lĩnh vực giấu tin thành hai hƣớng lớn, đó là giấu tin mật và thủy vân số [6].

Giấu tin mật với mục đích bảo toàn và bảo mật thông tin, tập trung vào các kỹ thuật giấu thông tin, sao cho ngƣời khác khó phát hiện việc có tin đƣợc giấu; hơn nữa nếu phát hiện có tin giấu thì giải tin cũng khó thực hiện. Bên cạnh đó cũng đặt ra vấn đề về lƣợng tin đƣợc giấu. Thủy vân số lại đƣợc chia thành hai hƣớng nhỏ là thủy vân dễ vỡ và thủy vân bền vững. Trong đó thủy vân dễ vỡ yêu cầu thông tin giấu sẽ bị sai lệch nếu có bất kỳ sự thay đổi vào trên môi trƣờng chứa tin.

Thủy vân bền vững quan tâm nhiều đến việc nhúng tin đòi hỏi độ bền cao trƣớc các biến đổi thông thƣờng trên môi trƣờng chứa tin. z 2 Giấu thông tin Information hiding Giấu tin mật Thủy vân số Steganography Watermarking Thủy vân bền vững Thủy vân dễ vỡ Robust Copyright Fragile watermarking Watermarking Thủy vân ẩn Thủy vân hiện Imperceptible Visble watermarking watermarking Hình 1.1 Phân loại các kỹ thuật giấu tin 1.3 Sơ lƣợc về lịch sử giấu tin Từ ―Steganography‖ bắt nguồn từ tiếng Hi Lạp. Từ ―stegano‖ trong tiếng Hi Lạp có nghĩa là ―covered‖, còn ―graphien‖ có nghĩa là ―to write‖. Nhƣ vậy, ―steganography‖ 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 điệp thuộc về sử gia Hi Lạp Herodotus. Khi bạo chúa Hi Lạp Histiaeus bị vua Darius bắt giữ ở Susa vào thế kỷ thứ V 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 một nô lệ tin cậy và xăm một thông điệp trên da đầu của anh ta.

Khi tóc của ngƣời nô lệ mọc ra đủ dài thì ngƣời nô lệ đƣợc gửi tới Miletus. 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 định báo cho Sparta rằng Xerxes định xâm chiếm Hi Lạp.

Để tránh bị phát hiện, anh ta đã bóc lớp sáp ong ra khỏi các viên thuốc và khắc thông báo lên bề mặt các viên thuốc này, sau đó bọc lại các viên thuốc bằng một lớp sáp ong mới. Những viên thuốc mang tin mật đã ngụy trang đƣợc để cùng với các viên thuốc thông thƣờng khác và lọt qua mọi sự kiểm soát một cách dễ dàng. z 3 Mực không màu là phƣơng tiện hữu ích 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 viết các thông báo bí mật giữa các hàng văn tự thông thƣờng.

Khi đƣợc hơ nóng, những thứ mực này trở nên sẫm mầu và có thể đọc đƣợc. Mực không màu cũng vẫn còn đƣợc sử dụng gần đây, chẳng hạn trong chiến tranh thế giới thứ II [5]. Ý tƣởng về che giấu thông tin đã có hàng ngàn năm 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 tin mới nhận đƣợc sự quan tâm của các nhà nghiên cứu và các viện công nghệ thông tin với nhiều công trình nghiên cứu.

Sự phát triển của thông tin số và mạng truyền thông (đặc biệt là mạng Internet) cùng với các kỹ thuật sao chép hoàn hảo, kỹ thuật chỉnh sửa, thay thế tinh vi đã và đang làm nảy sinh nhiều vấn đề nhức nhối về nạn ăn cắp bản quyền, xuyên tạc trái phép, lan truyền thông tin bất hợp pháp.4 Mô hình cơ bản của kỹ thuật giấu tin Mô hình của kỹ thuật giấu tin đƣợc mô tả trong hình 1. Thông tin cần giấu Phân Phƣơng tiện phối Phƣơng tiện Bộ nhúng chứa đã chứa tin (audio, thông tin đƣợc giấu tin ảnh, video,…) Khóa Hình 1.2 Lược đồ chung cho quá trình giấu tin z 4 Hình 1.2 biểu diễn quá trình giấu tin cơ bản. Trong đó, phƣơng tiện chứa tin có thể bao gồm: văn bản, ảnh, audio, video… Thông tin cần giấu tùy theo mục đích của ngƣời sử dụng, nó có thể là các thông điệp, các logo, hình ảnh bản quyền… Thông tin đƣợc giấu vào trong phƣơng tiện chứa tin nhờ môt bộ nhúng. Bộ nhúng là chƣơng trình theo thuật toán giấu tin và đƣợc thực hiện với một khóa bí mật giống nhƣ trong hệ mật mã.

Đầu ra của quá trình giấu tin là phƣơng tiện chứa đã đƣợc giấu tin. Các phƣơng tiện này có thể đƣợc phân phối trên mạng [7].3 mô tả quá trình tách tin đã giấu từ môi trƣờng giấu tin. Với đầu vào là phƣơng tiện đã chứa tin giấu, một bộ tách tin (tƣơng ứng với bộ nhúng) cùng với khóa sẽ thực hiện việc tách tin. Đầu ra của quá trình là phƣơng tiện chứa tin và thông tin đã giấu.

Trong trƣờng hợp cần thiết, thông tin giấu lấy ra có thể đƣợc xử lý, kiểm định và so sánh với thông tin đã giấu ban đầu. Khóa Phân phối Phƣơng tiện Phƣơng tiện Bộ giải chứa tin Formatted: Left chứa đã mã tách đƣợc giấu (audio, ảnh, ttin video,…) tin Thông tin giấu Kiểm định Hình 1.3 Lược đồ cho quá trình tách tin z 5 1.5 Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin 1.1 Ứng dụng của thủy vân số * 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 gọi là thủy vân sẽ đƣợc nhúng vào trong sản phẩm. Thủy vân đó chỉ một mình ngƣời chủ sở hữu hợp pháp sản phẩm đó có, và đƣợc dùng làm minh chứng cho bản quyền sản phẩm.

Yêu cầu kỹ thuật đối với ứng dụng này là thủy vân phải tồn tại bền vững cùng sản phẩm, muốn bỏ thủy vân này mà không đƣợc phép của ngƣời chủ sở hữu, thì chỉ có cách phá hủy sản phẩm [8]. * Xác thực thông tin hay phát hiện xuyên tạc thông tin Một thông tin sẽ đƣợc giấu trong phƣơng tiện chứa, sau đó sử dụng để nhận biết xem phƣơng tiện gốc đó có bị thay đổi hay không. Thủy vân nên đƣợc ẩn để tránh sự tò mò của kẻ thù, hơn nữa việc làm giả thủy vân hợp lệ hay xuyên tạc thông tin nguồn cũng đƣợc 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.

Yêu cầu chung đối với các ứng dụng là khả năng giấu thông tin cao và thủy vân không cần bền vững. * Giấu vân tay hay dán nhãn Thủy vân trong ứng dụng này đƣợc dùng để nhận diện ngƣời gửi hay ngƣời nhận của một thông tin nào đó. Yêu cầu của ứng dụng này là đảm bảo độ an toàn cao cho thủy vân. * Kiểm soát sao chép: Các thủy vân trong trƣờng hợp này đƣợc dùng để kiểm soát sao chép đối với các thông tin.