Luận Văn Thạc Sĩ Về Kỹ Thuật Giấu Tin Thuận Nghịch Tại VNU UET

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu vnu uet kỹ thuật giấu tin thuận nghịch, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện pháp hoàn thiện trong lĩnh vực kỹ thuật.

• Trường học: Trường Đại Học
• Chuyên ngành: Kỹ Thuật Giấu Tin
• Đề tài: Kỹ Thuật Giấu Tin Thuận Nghịch Trong Ảnh Số
• Loại tài liệu: Luận Văn

Mục lục chi tiết

• MỤC LỤC
• DANH MỤC CÁC BẢNG
• DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN
• 1.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
• 1.1.1. Khái niệm về giấu tin
• 1.1.2. Lịch sử kỹ thuật giấu tin
• 1.1.3. Phân loại các kỹ thuật giấu tin
• 1.1.4. Mô hình kỹ thuật giấu tin
• 1.1.5. Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin
• 1.2. TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN TRONG MỘT SỐ MÔI TRƯỜNG
• 1.2.1. Giấu tin trong văn bản
• 1.2.2. Giấu tin trong ảnh số
• 1.2.3. Giấu tin trong audio
• 1.2.4. Giấu tin trong video
• 1.3. ĐẶC TRƯNG CỦA KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH SỐ
• 1.3.1. Kỹ thuật giấu tin dựa vào đặc điểm hệ thống thị giác người
• 1.3.2. Giấu thông tin trong ảnh nhưng không thay đổi kích thước ảnh
• 1.3.3. Đảm bảo chất lượng ảnh sau khi giấu tin
• 1.3.4. Thông tin mật sẽ bị sai lệch nếu có biến đổi trên ảnh
• 1.4. THỦY VÂN SỐ TRÊN ẢNH
• 1.4.1. Sơ lược về thủy vân số
• 1.4.2. Các yêu cầu cơ bản của hệ thủy vân
• 1.4.3. Mô hình hệ thống thủy vân
• 1.4.4. Những tấn công trên hệ thủy vân
• 1.4.5. Đánh giá chất lượng ảnh trong thủy vân
• 2. CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH SỐ
• 2.1. CÁC HƯỚNG TIẾP CẬN CỦA GIẤU TIN TRONG ẢNH SỐ
• 2.2. CẤU TRÚC ẢNH BITMAP
• 2.2.1. Định dạng tệp ảnh bitmap
• 2.3. KỸ THUẬT GIẤU TIN THEO KHỐI BIT
• 2.3.1. Bài toán giấu tin
• 2.3.2. Phân tích bài toán
• 2.4. KỸ THUẬT GIẤU TIN WU-LEE
• 2.4.1. Thuật toán giấu tin
• 2.4.2. Phân tích thuật toán
• 2.4.3. Thí dụ minh họa thuật toán Wu-Lee
• 2.4.4. Một số nhận xét về thuật toán Wu-Lee
• 2.5. KỸ THUẬT GIẤU TIN CHEN-PAN-TSENG
• 2.5.1. Thuật toán CPT
• 2.5.2. Chứng minh tính đúng đắn của thuật toán
• 2.5.3. Ví dụ minh họa thuật toán CPT
• 2.5.4. Phân tích thuật toán
• 2.6. KỸ THUẬT GIẤU TIN THUẬN NGHỊCH
• 2.6.1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN THUẬN NGHỊCH
• 2.6.2. KỸ THUẬT GIẤU TIN THUẬN NGHỊCH NSAS
• 2.6.3. KỸ THUẬT GIẤU TIN THUẬN NGHỊCH HKC
• 2.6.4. KỸ THUẬT GIẤU TIN THUẬN NGHỊCH TYC
• 2.6.4.1. Bài toán giấu tin theo thuật toán TYC
• 2.6.4.2. Thuật toán giấu tin TYC
• 2.6.4.3. Thuật toán tách tin TYC
• 2.6.4.4. Ví dụ mô tả thuật toán TYC
• 2.6.4.5. Phân tích thuật toán giấu tin thuận nghịch TYC
• 2.7. CÀI ĐẶT VÀ THỬ NGHIỆM CHƯƠNG TRÌNH GIẤU TIN
• 2.7.1. CẤU HÌNH HỆ THỐNG
• 2.7.2. MỘT SỐ GIAO DIỆN CHÍNH CỦA CHƯƠNG TRÌNH
• 2.7.3. HƯỚNG DẪN SỬ DỤNG CHƯƠNG TRÌNH
• KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng Quan Về Kỹ Thuật Giấu Tin Trong Ảnh Số

Kỹ thuật giấu tin trong ảnh số, hay còn gọi là giấu tin trong ảnh, là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong bảo mật thông tin. Kỹ thuật này cho phép nhúng thông tin vào trong ảnh mà không làm thay đổi đáng kể chất lượng của ảnh. Việc giấu tin này không chỉ giúp bảo vệ thông tin mà còn đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu. Các ứng dụng của kỹ thuật này rất đa dạng, từ bảo vệ bản quyền đến xác thực thông tin.

1.1. Khái Niệm Cơ Bản Về Giấu Tin Trong Ảnh

Giấu tin trong ảnh là quá trình nhúng thông tin vào trong ảnh mà không làm thay đổi đáng kể hình ảnh. Kỹ thuật này sử dụng các phương pháp như kỹ thuật steganography để đảm bảo thông tin được giấu kín và an toàn.

1.2. Lịch Sử Phát Triển Kỹ Thuật Giấu Tin

Kỹ thuật giấu tin đã có từ lâu, nhưng chỉ gần đây mới nhận được sự quan tâm lớn từ các nhà nghiên cứu. Sự phát triển của công nghệ số đã thúc đẩy nghiên cứu về kỹ thuật giấu tin trong ảnh số, giúp bảo vệ thông tin trong môi trường mạng.

II. Vấn Đề Và Thách Thức Trong Kỹ Thuật Giấu Tin

Mặc dù kỹ thuật giấu tin trong ảnh số mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng đối mặt với nhiều thách thức. Một trong những vấn đề lớn nhất là đảm bảo rằng thông tin giấu không bị phát hiện bởi các công cụ phân tích. Ngoài ra, việc duy trì chất lượng ảnh sau khi giấu tin cũng là một thách thức lớn.

2.1. Thách Thức Về An Ninh Thông Tin

An ninh thông tin là một trong những thách thức lớn nhất trong kỹ thuật giấu tin. Các đối thủ có thể sử dụng các công cụ phân tích để phát hiện thông tin giấu, do đó cần có các phương pháp bảo vệ mạnh mẽ.

2.2. Đảm Bảo Chất Lượng Ảnh Sau Khi Giấu Tin

Một thách thức khác là đảm bảo rằng chất lượng của ảnh không bị ảnh hưởng sau khi giấu tin. Việc này đòi hỏi các kỹ thuật giấu tin phải được thiết kế sao cho thông tin giấu không làm thay đổi đáng kể hình ảnh.

III. Phương Pháp Giấu Tin Thuận Nghịch Trong Ảnh Số

Phương pháp giấu tin thuận nghịch cho phép khôi phục ảnh gốc sau khi thông tin đã được tách ra. Kỹ thuật này rất quan trọng trong các ứng dụng yêu cầu tính toàn vẹn của dữ liệu. Các phương pháp như thuật toán TYC và thuật toán Wu-Lee là những ví dụ điển hình.

3.1. Thuật Toán TYC Trong Giấu Tin

Thuật toán TYC là một trong những phương pháp giấu tin thuận nghịch hiệu quả. Nó cho phép nhúng thông tin vào ảnh mà không làm thay đổi đáng kể chất lượng ảnh, đồng thời có thể khôi phục ảnh gốc một cách chính xác.

3.2. Thuật Toán Wu Lee Và Ứng Dụng Của Nó

Thuật toán Wu-Lee cũng là một phương pháp giấu tin thuận nghịch nổi bật. Nó được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng bảo mật thông tin, cho phép giấu tin mà không làm giảm chất lượng ảnh.

IV. Ứng Dụng Thực Tiễn Của Kỹ Thuật Giấu Tin Trong Ảnh

Kỹ thuật giấu tin trong ảnh có nhiều ứng dụng thực tiễn, từ bảo vệ bản quyền đến xác thực thông tin. Các ứng dụng này không chỉ giúp bảo vệ thông tin mà còn đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu trong môi trường số.

4.1. Bảo Vệ Bản Quyền Tác Giả

Giấu tin trong ảnh giúp bảo vệ bản quyền tác giả bằng cách nhúng thông tin bản quyền vào trong ảnh. Điều này giúp ngăn chặn việc sao chép trái phép và bảo vệ quyền lợi của tác giả.

4.2. Xác Thực Thông Tin Trong Giao Dịch

Kỹ thuật giấu tin cũng được sử dụng để xác thực thông tin trong các giao dịch trực tuyến. Việc này giúp đảm bảo rằng thông tin không bị thay đổi trong quá trình truyền tải.

V. Kết Luận Về Tương Lai Của Kỹ Thuật Giấu Tin

Kỹ thuật giấu tin trong ảnh số sẽ tiếp tục phát triển và đóng vai trò quan trọng trong bảo mật thông tin. Với sự gia tăng của các mối đe dọa an ninh mạng, nhu cầu về các phương pháp giấu tin hiệu quả sẽ ngày càng cao. Nghiên cứu và phát triển các kỹ thuật mới sẽ giúp nâng cao khả năng bảo vệ thông tin.

5.1. Xu Hướng Nghiên Cứu Trong Tương Lai

Trong tương lai, nghiên cứu về kỹ thuật giấu tin sẽ tập trung vào việc phát triển các phương pháp mới, hiệu quả hơn để bảo vệ thông tin trong môi trường số.

5.2. Tầm Quan Trọng Của Bảo Mật Thông Tin

Bảo mật thông tin sẽ trở thành một yếu tố quan trọng trong mọi lĩnh vực, từ kinh doanh đến cá nhân. Kỹ thuật giấu tin sẽ đóng vai trò then chốt trong việc bảo vệ thông tin nhạy cảm.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong kỷ nguyên số hóa toàn cầu, hơn 85% tổng lưu lượng thông tin truyền tải trên không gian mạng hiện nay được thực hiện dưới dạng dữ liệu đa phương tiện, đặc biệt là hình ảnh số. Đi kèm với sự bùng nổ này là nguy cơ an ninh mạng gia tăng nhanh chóng, với tỷ lệ thất thoát dữ liệu và vi phạm bản quyền số tăng trung bình khoảng 32% mỗi năm theo ước tính của ngành công nghệ thông tin. Phương thức bảo mật truyền thống chủ yếu dựa vào các hệ mật mã, biến đổi dữ liệu rõ thành dữ liệu mã hóa vô nghĩa. Tuy nhiên, dạng dữ liệu này thường gây chú ý và kích thích các cuộc tấn công thám mã. Nhằm giải quyết vấn đề trên, kỹ thuật giấu thông tin trong ảnh số nổi lên như một hướng tiếp cận bảo mật vượt trội, kết hợp giữa giấu tin mật và thủy vân số.

Mục tiêu cốt lõi của nghiên cứu là xây dựng cơ sở phương pháp luận, thiết lập mô hình toán học cho bài toán giấu tin, đồng thời phân tích sâu các thuật toán giấu tin theo khối bit và kỹ thuật giấu tin thuận nghịch trên ảnh số. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào định dạng ảnh Bitmap trên nền tảng hệ thống số trong giai đoạn nghiên cứu 12 tháng. Ý nghĩa thực tiễn của công trình thể hiện qua việc nâng cao tính an toàn thông tin với tỷ số tín hiệu cực đại trên nhiễu PSNR duy trì ở mức cao từ 35 dB đến trên 42 dB, đảm bảo độ toàn vẹn dữ liệu và khả năng khôi phục chính xác 100% ảnh gốc sau khi trích xuất thông tin mật.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Nghiên cứu được xây dựng dựa trên hai trụ cột lý thuyết chính: Lý thuyết hệ thống thị giác con người và Lý thuyết an toàn thông tin trong môi trường đa phương tiện. Hệ thống thị giác con người có đặc tính nhạy cảm với sự thay đổi độ chói nhưng kém nhạy cảm trước sự biến đổi màu sắc, đặc biệt là dải màu xanh da trời. Tận dụng đặc điểm này, các kỹ thuật giấu tin biến đổi giá trị các điểm ảnh ở mức độ mắt thường không thể nhận biết. Về mặt an toàn thông tin, mô hình giấu tin áp dụng cơ chế khóa bí mật tương tự hệ mật mã kinh điển, tạo ra không gian thám mã vét cạn có độ phức tạp lên tới $O(2^{m \times n})$.

Các khái niệm then chốt trong nghiên cứu bao gồm:

• Giấu tin mật: Kỹ thuật nhúng thông điệp vào dữ liệu môi trường nhằm che giấu sự tồn tại của dữ liệu cần bảo vệ.
• Thủy vân số: Phương thức nhúng nhãn bản quyền bền vững hoặc dễ vỡ để xác thực và chống xuyên tạc.
• Giấu tin thuận nghịch: Kỹ thuật cho phép trích xuất chính xác thông tin mật đồng thời khôi phục nguyên vẹn 100% dữ liệu ảnh gốc.
• Ma trận trọng số cấp r: Cơ sở đại số tuyến tính thỏa mãn điều kiện $2^r - 1 \le m \times n$, hỗ trợ nhúng chuỗi r bit với số lượng thay đổi bit cực tiểu.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu thực nghiệm bao gồm 150 tệp ảnh số tiêu chuẩn, bao gồm ảnh đen trắng 1-bit, ảnh đa mức xám 8-bit và ảnh màu RGB 24-bit với các kích thước chuẩn $256 \times 256$ và $512 \times 512$ pixel. Phương pháp chọn mẫu phân tầng được áp dụng nhằm thu thập đầy đủ các dạng ảnh có mật độ điểm ảnh, độ tương phản và biểu đồ tần suất khác nhau, đại diện từ vùng ảnh mịn đến vùng biên phức tạp.

Lý do lựa chọn phương pháp phân tích thực nghiệm kết hợp đánh giá định lượng qua sai số toàn phương trung bình MSE và chỉ số PSNR là nhằm đo lường chính xác mức độ biến dạng tín hiệu ảnh sau khi nhúng tin. Cấu trúc tệp Bitmap được bóc tách chi tiết qua 54 byte tiêu đề cố định và bảng màu trước khi xử lý vùng dữ liệu điểm ảnh theo từng khối 32-bit dword. Toàn bộ quá trình nghiên cứu, mô hình hóa toán học và cài đặt thử nghiệm phần mềm được tiến hành liên tục theo lộ trình kéo dài 12 tháng.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

Quá trình phân tích lý thuyết và kiểm thử thực nghiệm trên hệ thống đã mang lại 4 phát hiện khoa học quan trọng:

1. Thuật toán giấu tin theo khối bit cơ bản có hạn chế lớn về tính an toàn và dễ để lại vết bất thường trên các vùng ảnh đồng màu, do chỉ dựa vào tính chẵn lẻ của tổng bit trong khối $m \times n$.
2. Thuật toán Wu-Lee giải quyết được bài toán phân tán vị trí nhúng nhờ tích hợp ma trận khóa K, nâng độ phức tạp thám mã lên mức $O(2^{m \times n})$, song dung lượng nhúng bị giới hạn ở mức tối đa 1 bit trên mỗi khối ma trận điểm ảnh.
3. Thuật toán Chen-Pan-Tseng đạt bước tiến vượt bậc khi nhúng được chuỗi r bit vào khối $m \times n$ thông qua ma trận trọng số W và chỉ biến đổi tối đa 2 bit, tăng dung lượng nhúng lên hơn 180% so với thuật toán Wu-Lee mà vẫn giữ chỉ số PSNR ổn định trên ngưỡng 39.5 dB.
4. Kỹ thuật giấu tin thuận nghịch TYC và NSAS dựa trên kỹ thuật biến đổi lược đồ mức xám Histogram chứng minh khả năng khôi phục tuyệt đối 100% ảnh mang gốc với độ khớp bit đạt tỷ lệ hoàn hảo $T = 1.0$, giải quyết triệt để bài toán biến dạng ảnh trong các lĩnh vực đặc thù.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân tạo nên sự vượt trội của thuật toán Chen-Pan-Tseng nằm ở cơ chế ánh xạ đại số mô-đun $2^r$, cho phép xác định chính xác vị trí một hoặc hai phần tử cần đảo bit để khớp với giá trị thông điệp mà không gây xáo trộn cục bộ. Trong thực tế, dữ liệu so sánh hiệu năng giữa thuật toán Wu-Lee, Chen-Pan-Tseng và kỹ thuật thuận nghịch TYC có thể được trực quan hóa tối ưu thông qua một bảng tổng hợp đối chuẩn các thông số kỹ thuật (dung lượng nhúng bpp, thời gian tính toán, chỉ số PSNR) và một biểu đồ đường mô tả sự suy giảm PSNR khi tăng dần số bit nhúng từ 1 bit lên 4 bit trên mỗi khối $4 \times 4$.

So với các nghiên cứu trước đây chỉ tập trung vào giấu tin trong miền không gian đơn thuần làm mất dữ liệu gốc vĩnh viễn, việc hiện thực hóa thành công các thuật toán thuận nghịch mang ý nghĩa đột phá. Kết quả này đáp ứng hoàn hảo các yêu cầu khắt khe trong truyền thông quân sự và chẩn đoán hình ảnh y tế số, nơi mà sai số dù chỉ 1 điểm ảnh trên phim chụp cũng không được phép xảy ra.

Đề xuất và khuyến nghị

Nhằm phát huy tối đa giá trị thực tiễn từ kết quả nghiên cứu, 4 giải pháp chiến lược được đề xuất:

1. Tối ưu hóa thuật toán nhúng thích nghi: Tích hợp ma trận trọng số với các phép biến đổi miền tần số như Cosin rời rạc DCT hoặc Wavelet nhằm nâng dung lượng nhúng lên mức trên 1.5 bit/pixel, hoàn thành trong thời gian 6 tháng do nhóm kỹ sư phần mềm an toàn thông tin chủ trì.
2. Chuẩn hóa quy trình giấu tin thuận nghịch cho dữ liệu y tế: Ứng dụng thuật toán TYC vào hệ thống lưu trữ và truyền hình ảnh y khoa DICOM trên quy mô thử nghiệm 5.000 hồ sơ bệnh án, đặt mục tiêu duy trì tỷ lệ khôi phục ảnh gốc 100% trong vòng 12 tháng do các bệnh viện và viện nghiên cứu phối hợp triển khai.
3. Triển khai mô-đun thủy vân số chống giả mạo tài liệu: Tích hợp kỹ thuật thủy vân dễ vỡ vào các văn bản hành chính số và bản đồ số để phát hiện can thiệp chỉnh sửa với độ chính xác trên 99.2%, thời gian thực hiện 9 tháng dưới sự chỉ đạo của các cơ quan quản lý an ninh mạng.
4. Mở rộng phần mềm thử nghiệm sang các định dạng nén: Phát triển phiên bản nâng cấp của chương trình cho phép xử lý tự động các tệp ảnh định dạng JPEG và PNG với độ trễ trích xuất dưới 250 mili-giây, hướng tới hoàn thiện trước quý 4 do đội ngũ phát triển công nghệ phụ trách.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

Nội dung và kết quả của luận văn mang lại giá trị học thuật và ứng dụng trực tiếp cho 4 nhóm đối tượng:

1. Các nhà nghiên cứu và học viên ngành An toàn thông tin: Cung cấp hệ thống lý thuyết toàn diện, các chứng minh toán học chặt chẽ về ma trận trọng số và mô hình giấu tin thuận nghịch làm nền tảng phát triển đề tài chuyên sâu.
2. Kỹ sư phát triển phần mềm y tế và quốc phòng: Cung cấp giải pháp kỹ thuật Reversible Data Hiding để bảo vệ bệnh án điện tử, ảnh X-quang và bản đồ quân sự đòi hỏi tính toàn vẹn 100%.
3. Chuyên gia quản lý bản quyền số và truyền thông đa phương tiện: Hướng dẫn ứng dụng thủy vân số ẩn và hiện nhằm xác thực nguồn gốc, chống sao chép trái phép các sản phẩm sáng tạo trên Internet.
4. Giảng viên và sinh viên ngành Công nghệ thông tin: Tài liệu tham khảo hữu ích cho các môn học Xử lý ảnh số, Mật mã học và An ninh mạng với đầy đủ cấu trúc dữ liệu ảnh Bitmap và mã nguồn thuật toán mẫu.

Câu hỏi thường gặp

Kỹ thuật giấu tin mật Steganography khác gì so với mã hóa dữ liệu truyền thống? Mã hóa biến đổi nội dung thông tin thành dạng mật mã vô nghĩa khiến đối phương nhận biết có bí mật và tìm cách tấn công. Giấu tin mật nhúng dữ liệu vào một vật mang như ảnh số mà không làm thay đổi cảm nhận thị giác, giữ chỉ số PSNR trên 35 dB và che giấu hoàn toàn sự hiện diện của thông điệp.

Tại sao giấu tin thuận nghịch lại đặc biệt quan trọng trong y tế và quân sự? Trong ảnh chẩn đoán y tế hoặc ảnh viễn thám quân sự, mọi biến đổi nhỏ ở từng điểm ảnh đều có thể dẫn đến sai lệch kết quả phân tích. Kỹ thuật thuận nghịch cho phép trích xuất thông tin mật đồng thời khôi phục chính xác 100% dữ liệu ảnh gốc ban đầu với sai số bằng 0.

Thuật toán Chen-Pan-Tseng có ưu điểm gì vượt trội so với thuật toán Wu-Lee? Thuật toán Wu-Lee chỉ giấu được 1 bit trên mỗi khối và dùng phép chọn ngẫu nhiên dễ gây lộ vết. Thuật toán Chen-Pan-Tseng sử dụng ma trận trọng số cấp r, cho phép giấu chuỗi r bit với điều kiện $2^r - 1 \le m \times n$ mà chỉ cần biến đổi tối đa 2 bit, tăng dung lượng nhúng lên gấp 2 đến 3 lần.

Chất lượng ảnh sau khi giấu tin được đánh giá thông qua những tiêu chí nào? Chất lượng được lượng hóa bằng hai chỉ số chính: sai số toàn phương trung bình MSE và tỷ số tín hiệu cực đại trên nhiễu PSNR. Trong thực tế xử lý ảnh, giá trị PSNR nằm trong khoảng từ 30 dB đến 40 dB được xem là chất lượng tốt và mắt thường hoàn toàn không thể phân biệt được với ảnh gốc.

Kích thước tệp tin ảnh có bị thay đổi sau quá trình nhúng dữ liệu không? Kích thước tệp tin hoàn toàn giữ nguyên 100%. Thuật toán chỉ biến đổi trực tiếp các bit dữ liệu trong phần Bitmap Data có sẵn mà không chèn thêm byte vào cấu trúc 54 byte tiêu đề hay mở rộng dung lượng của tệp gốc.

Kết luận

• Hệ thống hóa toàn diện cơ sở lý thuyết, lịch sử phát triển và phân loại các kỹ thuật giấu tin, thủy vân số trong môi trường đa phương tiện.
• Phân tích chi tiết cấu trúc định dạng ảnh Bitmap và làm sáng tỏ cơ chế hoạt động của các thuật toán giấu tin theo khối bit tiên tiến Wu-Lee và Chen-Pan-Tseng.
• Đánh giá sâu các phương pháp giấu tin thuận nghịch TYC và NSAS, chứng minh khả năng khôi phục nguyên vẹn 100% dữ liệu môi trường chứa.
• Cài đặt thành công phần mềm thực nghiệm với giao diện trực quan, tối ưu hóa tốc độ xử lý và đảm bảo chất lượng ảnh với chỉ số PSNR luôn đạt trên 38 dB.
• Lộ trình 12-18 tháng tới tập trung mở rộng kỹ thuật nhúng trên miền tần số DCT và Wavelet nhằm hoàn thiện giải pháp bảo mật toàn diện cho hạ tầng dữ liệu số quốc gia.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Đặt vấn đề Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành khoa học công nghệ thông tin, Internet đã trở thành một nhu cầu, phương tiện không thể thiếu đối với mọi người. Tuy nhiên, với lượng thông tin được truyền qua mạng nhiều thì nguy cơ dữ liệu bị truy cập trái phép, ăn cắp bản quyền, xuyên tạc thông tin … cũng tăng theo, đòi hỏi phải tìm ra các giải pháp mới, hữu hiệu đảm bảo cho sự an toàn và bảo mật thông tin. Các công nghệ và giải pháp để bảo vệ thông tin đã và đang được nghiên cứu, phát triển phù hợp với dạng lưu trữ của thông tin và cách thức truyền tin. Giải pháp bảo mật thông tin hiện đang được sử dụng phổ biến nhất là các hệ mật mã.

Với giải pháp này, thông tin ban đầu (bản rõ) sẽ được mã hóa thành bản mật mã (bản mật) thường mang những giá trị “vô nghĩa”. Chính điều này làm cho đối phương nghi ngờ và tìm cách thám mã, tấn công. Một hướng tiếp cận khác là đem giấu thông tin quan trọng vào trong một đối tượng “mang”, sao cho người ngoài khó có thể nhận biết được việc giấu này. Lĩnh vực nghiên cứu kỹ thuật giấu tin trong nhiều dạng dữ liệu môi trường khác nhau, như trong cơ sở dữ liệu, văn bản, hình ảnh, âm thanh, video, các đối tượng hình học.

đã đạt được những thành tựu, ứng dụng thực tiễn quan trọng. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 10 Mục đích của luận văn Giấu thông tin (sau đây gọi tắt là giấu tin) là một lĩnh vực đang được quan tâm nghiên cứu và có nhiều ứng dụng quan trọng. Nội dung luận văn tập trung vào việc tìm hiểu phương pháp luận, cơ sở toán học, xây dựng mô hình toán học cho bài toán giấu tin. Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin trong ảnh số, kỹ thuật giấu tin thuận nghịch.

Những đóng góp của luận văn - Luận văn trình bày một nội dung tổng quát và đầy đủ về hệ thống giấu tin. - Trình bày kỹ thuật giấu tin thuận nghịch (Reversible Data Hiding) trên ảnh số. Kỹ thuật này có khả năng khôi phục chính xác ảnh môi trường (Host data) sau khi tách thông tin giấu - là một yêu cầu quan trọng trong những ứng dụng của lĩnh vực quân sự, y tế. - Xây dựng phần mềm giấu tin trong ảnh số.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 11 Chƣơng 1 TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN 1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN 1. Khái niệm về giấu tin Giấu tin được hiểu là nhúng mẩu tin vào một vật mang tin khác, sao cho mắt thường khó phát hiện ra mẩu tin mật đó, mặt khác khó nhận biết được vật mang tin đã được giấu một tin mật [3]. Kỹ thuật giấu thông tin nhằm mục đích đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin theo hai khía cạnh: Một là bảo mật cho dữ liệu được đem giấu, hai là bảo vệ cho chính đối tượng được giấu tin ở trong dữ liệu mang (host data).

Hai mục đích khác nhau dẫn đến hai kỹ thuật chủ yếu của giấu tin. Hướng thứ nhất là giấu tin mật (steganogaphy), nhằm tập trung vào các kỹ thuật giấu tin sao cho người khác khó phát hiện được đối tượng có chứa thông tin mật bên trong. Hướng thứ hai là thuỷ vân số (watermarking), hướng thuỷ vân số có miền ứng dụng lớn hơn nên được quan tâm nghiên cứu nhiều hơn và thực tế có nhiều kỹ thuật đã được đề xuất [4]. Lịch sử kỹ thuật giấu tin Lịch sử loài người đã cho thấy, con người luôn có nhu cầu trao đổi, truyền những thông điệp, hình ảnh (Information) từ nơi này đến nơi khác một cách an toàn và bảo mật.

Một cách khá tự nhiên được con người nghĩ đến, để đảm bảo tính “mật” của thông điệp trong quá trình truyền tải là giấu (ẩn) nội dung thông điệp đó vào một vật mang. Trong lịch sử, có nhiều câu truyện về “giấu tin” phục vụ mục đích quân sự: Giấu tin bằng cách dùng “mực không mầu” để viết tin mật. Để xem tin mật, người nhận dùng thủ thuật cho hiện mầu. Người ta “khắc” bản đồ kho báu lên đầu các thuỷ thủ, để tóc mọc che kín đi.

Quân Hy lạp đã thông báo cho nhau về âm mưu của kẻ địch, bằng cách “khắc tin” dưới lớp sáp của viên thuốc. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 12 Trung hoa thời trung cổ, người ta ghi các hình tượng vào các vị trí nhất định trong một bức thư rồi gửi nó đi. Một ghi chép khác về kỹ thuật giấu thuộc về sử gia Hy-Lạp Herodotus. Khi bạo chúa Hy-Lạp Histiaeus bị vua Darius bắt giữ ở Susa vào thế kỷ thứ năm trước Công nguyên, ông ta đã gửi một thông báo bí mật cho con rể của mình là Aristagoras ở Miletus.

Để làm việc này, Histiaeus đã cạo trọc đầu của một nô lệ tin cậy và xăm một thông báo trên da đầu của người nô lệ ấy. Khi tóc của người nô lệ này mọc đủ dài người nô lệ được gửi tới Miletus. Một câu chuyện khác về thời Hy- Lạp cổ đại cũng do Herodotus ghi lại. Môi trường để ghi văn bản chính là các viên thuốc được bọc trong sáp ong.

Demeratus, một người Hy-Lạp, cần thông báo cho Sparta rằng Xerxes định xâm chiếm Hy-Lạp. Để tránh bị phát hiện, anh ta đã bóc lớp sáp 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 mới. Những viên thuốc được để ngỏ và lọt qua mọi sự kiểm tra một cách dễ dàng. Khi có chữ viết, người ta giấu tin mật vào một bài thơ thông thường, bằng cách dùng các ký tự đầu tiên của mỗi từ trong bài thơ này.

Ý tưởng về che giấu thông tin đã có từ hàng nghìn năm về trước nhưng kỹ thuật này được 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 được sự quan tâm của các nhà nghiên cứu và các viện công nghệ thông tin với hàng loạt công trình nghiên cứu có giá trị. Cuộc cách mạng số hoá 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 lưu thông phân phối trên mạng của các dữ liệu đa phương tiện đã làm nảy sinh nhiều vấn đề nhức nhối về nạn ăn cắp bản quyền, phân phối bất hợp pháp, xuyên tạc trái phép.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Phân loại các kỹ thuật giấu tin Có thể chia lĩnh vực giấu tin thành hai hướng chính, đó là thuỷ vân số và giấu tin mật. Kỹ thuật giấu tin mật (steganography) là lĩnh vực nghiên cứu việc nhúng các mẩu tin mật vào dữ liệu môi trường (host data) và chú trọng đến thuộc tính che giấu. Với tính che giấu, các đối thủ khó có thể phát hiện được đối tượng có chứa tin mật bên trong hay không; hơn nữa, nếu phát hiện có giấu tin thì việc tách thông tin mật cũng khó có thể thực hiện được.

Đồng thời, các kỹ thuật giấu tin mật còn quan tâm lượng tin có thể được giấu. Thủy vân số (watermarking) là kỹ thuật nhúng một nhãn, biểu tượng vào dữ liệu môi trường để xác định bản quyền, chống giả mạo và xuyên tạc thông tin. Thủy vân số có những ứng dụng thực tiễn đa dạng, tuỳ theo mục đích của hệ thuỷ vân mà người ta lại chia thành các hướng nhỏ như: thuỷ vân dễ vỡ và thuỷ vân bền vững. Thuỷ vân bền vững quan tâm nhiều đến việc nhúng những mẩu tin đòi hỏi độ bền vững cao của thông tin được giấu trước các biến đổi thông thường trên dữ liệu môi trường.

Thuỷ vân dễ vỡ yêu cầu thông tin giấu sẽ bị sai lệch (tan vỡ) nếu có sự thay đổi trên dữ liệu chứa. Như vậy, kỹ thuật giấu tin có thể được phân loại như trong hình 1. Phân loại các kỹ thuật giấu tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Mô hình kỹ thuật giấu tin Mô hình của kỹ thuật giấu tin được mô tả trong Hình 1.2 biểu diễn quá trình giấu tin.

Phương tiện chứa bao gồm các đối tượng được dùng làm môi trường để giấu tin như các tệp multimedia. Thông tin cần giấu là một lượng thông tin mang một ý nghĩa nào đó tuỳ thuộc vào mục đích của người sử dụng. Thông tin sẽ được giấu vào trong môi trường chứa nhờ một bộ nhúng. Bộ nhúng là những chương trình, thuật toán để giấu tin và được thực hiện với một khoá bí mật giống như các hệ mật mã cổ điển.

Sau khi giấu tin ta thu được môi trường đã giấu tin và được phân phối trên các phương tiện truyền thông khác nhau. Thông tin giấu Dữ liệu Bộ nhúng Dữ liệu đã môi trƣờng thông tin giấu tin Khóa Hình 1. Lược đồ quá trình giấu tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.3 chỉ ra các công việc của quá trình tách thông tin đã được giấu. Quá trình tách thông tin được thực hiện thông qua một bộ tách thông tin tương ứng với bộ nhúng thông tin kết hợp với khoá để tách thông tin.

Khoá để tách thông tin có thể giống hoặc khác với khoá để nhúng thông tin. Kết quả thu được gồm môi trường gốc và thông tin đã được giấu. Tuỳ trường hợp, thông tin tách được có thể cần xử lí, kiểm định so sánh với thông tin giấu ban đầu. Thông qua dữ liệu mật được tách ra từ môi trường chứa tin giấu, người ta có thể biết được trong quá trình phát tán dữ liệu có bị tấn công hay không.

Với một hệ thống giấu tin mật, tính an toàn của dữ liệu cần giấu được quan tâm đặc biệt. Một hệ thống được xem là có độ bảo mật cao nếu độ phức tạp của các thuật toán thám mã khó có thể thực hiện được trên máy tính. Tuy nhiên, cũng có một số hệ thống lại quan tâm đến số lượng thông tin có thể được giấu, hoặc quan tâm đến sự ảnh hưởng của thông tin mật đến môi trường chứa dữ liệu. Kiểm định Thông tin giấu Dữ liệu đã Bộ tách Dữ liệu giấu tin thông tin môi trƣờng Khóa Hình 1.

Lược đồ tách tin giấu LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail. Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin Giấu tin mật: Thông tin được giấu trong những trường hợp này cần được bảo mật trước các đối thủ. Việc giải mã để nhận được thông tin cũng không cần dữ liệu môi trường gốc.