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 luanvanchat@agmail.com 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 luanvanchat@agmail.com 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 luanvanchat@agmail.com 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.