MỞ ĐẦU Trong những năm gần đây, công nghệ thông tin phát triển mạnh mẽ cả về phần cứng lẫn phần mền. Sự phát triển của công nghệ thông tin đã thúc đẩy sự phát triển của nhiều lĩnh vực xã hội khác nhƣ y học, giáo dục, giải trí, kinh tế v.v… Sự phát triển của phần cứng cả về phƣơng diện thu nhận, hiển thị, tốc độ xử lý đã mở ra nhiều hƣớng mới cho sự phát triển phần mềm, đặt biệt là lĩnh vực xử lý ảnh. Phƣơng thức giấu tin trong ảnh khảm để bảo vệ bản quyền trƣớc nạn in ấn và sao chép trái phép. Bằng cách nhúng vào các đƣờng biên của ảnh ngói (dùng để ghép ảnh khảm) bằng một cặp bit, dữ liệu nhị phân sẽ đƣợc nhúng trực tiếp vào ảnh khảm đầu vào.
Bằng cách phát hiện các biên, ta sẽ thấy đƣợc kết quả khảm ảnh bí mật, dữ liệu nhúng có thể trích xuất đƣợc để làm bằng chứng bản quyền, thậm chí ngay cả sau khi ảnh khảm bị in ấn và sao chép. Trên cơ sở đó em đã lựa chọn đề tài: “Tìm hiểu kỹ thuật giấu tin trong ảnh khảm số” với mục đích chính là tìm hiểu một số kỹ thuật giấu tin trong ảnh khảm đồng thời cài đặt một chƣơng trình thử nghiệm. Cấu trúc chính của đồ án bao gốm 4 chƣơng : Chƣơng 1: Tổng quan về giấu tin trong ảnh số Trình bày khái quát về giấu tin trong ảnh số. Chƣơng 2: Phƣơng pháp biến đổi ảnh số sang ảnh khảm Trình bày khái niệm về khảm ảnh và một số kỹ thuật khảm ảnh phổ biến.
Trình bày một số ứng dụng của khảm ảnh. Chƣơng 3: Giấu tin trong ảnh khảm Trình bày một số thuật toán giấu tin và tách tin. Chƣơng 4: Cài đặt chƣơng trình thử nghiệm Chƣơng trình ứng dụng và một số kết quả thu đƣợc. Nguyễn Văn Hƣng – CTL601 Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN TRONG ẢNH SỐ 1.1 KHÁI NIỆM VỀ GIẤU TIN - Giấu tin là kỹ thuật nhúng một lƣợng thông tin nào đó vào trong một đối tƣợng dữ liệu số khác.
- Trong quá trình giấu tin để tăng bảo mật, có thể phải dùng khóa viết mật. Đó là loại giấu tin có xử lý. Nếu không dùng khóa viết mật để giấu tin, tức là chỉ giấu tin đơn thuần vào môi trƣờng phủ. Đó là loại giấu tin đơn thuần.
- Yêu cầu cơ bản của giấu tin là đảm bảo tính chất ẩn của thông tin đƣợc giấu đồng thời không ảnh hƣởng đến chất lƣợng của dữ liệu gốc. - Sự phát triển của công nghệ thông tin đã tạo ra những môi trƣờng giấu tin mới rất tiện lợi và phong phú nhƣ văn bản, hình ảnh, âm thanh, các phần mềm tiện ích hay cũng có thể giấu tin ngay trong các khoảng trống, phân vùng ẩn của đĩa cứng, đĩa mềm. Các phƣơng pháp giấu tin đƣợc tiến hành theo nhiều cách khác nhau tùy vào mục đích và môi trƣờng giấu tin. Mỗi kỹ thuật giấu tin gồm : - Thuật toán giấu tin - Bộ giải mã thông tin Thuật toán giấu tin đƣợc dùng để giấu thông tin vào một phƣơng tiện mang bằng cách sử dụng một khóa bí mật đƣợc dùng chung bởi ngƣời mã hóa và ngƣời giải mã.
Thông tin Thông tin Khóa giấu giấu Phƣơng Nhúng Phân Bộ giải mã tiện mang thông tin phối vào trên phƣơng mạng tiện chứa Khóa Hình 1.1 Lược đồ chung cho giấu tin Nguyễn Văn Hƣng – CTL601 Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng Hình vẽ trên biểu diễn quá trình giấu tin cơ bản. Phƣơng tiện chứa bao gồm các đối tƣợng đƣợc dùng làm môi trƣờng để giấu tin nhƣ text, audio, video, ảnh … Thông tin giấu là mục đích của ngƣời sử dụng. Thông tin giấu là một lƣợng thông tin mang một ý nghĩa nào đó nhƣ ảnh, logo, đoạn văn bản… Tùy thuộc vào mục đích của ngƣời sử dụng. Thông tin sẽ đƣợc giấu vào trong phƣơng tiện chứa thông qua chƣơng trình.
Sau khi giấu tin ta thu đƣợc phƣơng tiện chứa bản tin đã giấu và phân phối trên mạng. Sau khi nhận đƣợc đối tƣợng phƣơng tiện có giấu tin, quá trình giải mã đƣợc thực hiện thông qua chƣơng trình giải mã tƣơng ứng với chƣơng trình mã hóa cùng với khóa của quá trình mã hóa. Kết quả thu đƣợc gồm phƣơng tiện chứa gốc và thông tin đã giấu. Bƣớc tiếp theo thông tin giấu sẽ đƣợc xử lý kiểm định so sánh với thông tin giấu ban đầu.
Tóm lại, giấu thông tin là nghệ thuật và khoa học của truyền thông, mục đích của Steganography là che giấu những thông báo bên trong những thông báo khác mà không làm ảnh hƣởng đáng kể đến thông báo này và bằng một cách thức nào đó sao cho ngƣời không có thẩm quyền không thể phát hiện hoặc không thể phá hủy chúng.2 MỘT SỐ TÍNH CHẤT GIẤU TIN Một kỹ thuật giấu tin đƣợc đánh giá dựa trên một số đặc điểm sau: - Tính vô hình của thông tin đƣợc giấu - Dung lƣợng giấu - Tính bền vững Tính vô hình : thể hiện mức độ biến đổi môi trƣờng giấu tin. Một phƣơng pháp tốt sẽ làm cho thông tin mật trở nên vô hình trên môi trƣờng giấu tin, ngƣời dùng không thể phát hiện trong đó có ẩn chứa thông tin. Tuy nhiên không phải lúc nào ngƣời ta cũng cố gắng để đạt đƣợc tính vô hình cao nhất. Ví dụ trong bảo vệ bản quyền.
Dung lượng giấu : dung lƣợng giấu đƣợc tính bằng tỷ lệ của lƣợng tin giấu so với kích thƣớc môi trƣờng giấu. Vì tin mật đƣợc gửi cùng với môi trƣờng giấu mang qua mạng nên đây cũng là một chỉ tiêu quan trọng. Các phƣơng pháp đều cố làm sao giấu đƣợc nhiều tin trong khi vẫn giữ đƣợc bí mật. Tuy nhiện trong các thực thể ngƣời ta phải luôn cân nhắc giữa dung lƣợng và các tiêu chí khác nhƣ tính vô hình, tính bền vững.
Tính bền vững : sau khi giấu tin vào môi trƣờng giấu, bản thân chính những Nguyễn Văn Hƣng – CTL601 Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng môi trƣờng giấu đó có thể phải trải qua các khâu biến đổi khác nhau. Tính bền vững là thƣớc đo sự nguyên vẹn của thông tin mật sau những biến đổi.3 PHÂN LOẠI CÁC KỸ THUẬT GIẤU TIN Mục đích của việc giấu tin là đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin. Có 2 khía cạnh cần đƣợc quan tâm đó là : - Bảo mật cho dữ liệu đƣợc đem giấu. - Bảo mật cho chính đối tƣợng đƣợc đem giấu thông tin.
Hai khía cạnh này khác nhau dẫn đến 2 khuynh hƣớng kỹ thuật chủ yếu của giấu tin là Steganography và Watermarking.2 Phân loại kỹ thuật giấu tin 1.1 Giấu tin mật (Steganography) quan tâm tới việc giấu các tin sao cho thông tin giấu đƣợc càng nhiều càng tốt và quan trọng là ngƣời khác khó phát hiện đƣợc một đối tƣợng có bị giấu tin bên trong hay không bằng kỹ thuật thông thƣờng. Nguyễn Văn Hƣng – CTL601 Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng 1.2 Thủy vân số (Watermarking) đánh giấu vào đối tƣợng nhằm khẳng định bản quyền sở hữu hay phát hiện xuyên tạc thông tin. Thủy vân số đƣợc chia thành 2 loại thủy vân bền vững và thủy vân dễ vỡ. - Thủy vân bền vững : Thƣờng đƣợc ứng dụng trong các ứng dụng bảo vệ bản quyền.
Thủy vân đƣợc nhúng trong sản phẩm nhƣ một hình thức dán tem bản quyền. Trong trƣờng hợp này, thủy vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm nhằm chống việc tẩy xóa, làm giả hay biến đổi phá hủy thủy vân. + Thủy vân ẩn: cũng giống nhƣ giấu tin, bằng mắt thƣờng không thể nhìn thấy thủy vân. + Thủy vân hiện: là loại thủy vân đƣợc hiện ngay trên sản phẩm và ngƣời dùng có thể nhìn thấy đƣợc.
- Thủy vân dễ vỡ: là kỹ thuật nhúng thủy vân vào trong ảnh sao cho khi phân bố sản phẩm trong môi trƣờng mở nếu có bất kì một phép biến đổi nào làm thay đổi đối tƣợng sản phẩm gốc thì thủy vân đã đƣợc giấu trong đối tƣợng sẽ không còn nguyên vẹn nhƣ trƣớc khi giấu nữa (dễ vỡ).1: So sánh giữa Steganography và Watermarking Steganography Watermarking Che giấu sự hiện hữu của Thêm vào thông tin bản quyền thông điệp Mục đích Che giấu thông tin gắn với đối Thông tin che giấu độc lập tƣợng vỏ bọc với vỏ bọc Không phát hiện đƣợc thông tin bị che giấu Yêu cầu Tiêu chuẩn bền vững Dung lƣợng tin đƣợc che giấu Tấn công Phát hiện ra thông điệp bí Watermarking bị phá vỡ thành công mật bị che giấu Nguyễn Văn Hƣng – CTL601 Đồ án tốt nghiệp Trƣờng ĐHDL Hải Phòng 1.4 CÁC PHƢƠNG PHÁP GIẤU TIN CƠ BẢN Các phƣơng pháp giấu tin hiện nay thuộc một trong ba nhóm : Giấu tin trong miền không gian Phƣơng pháp này thƣờng nhúng thông tin vào các bit có trọng số thấp của ảnh hay đƣợc áp dụng trên các ảnh bipmap không nén, các ảnh dùng bảng màu. Ý tƣởng chính của phƣơng pháp này là lấy từng bit của tin mật rải nó lên ảnh gốc và thay đổi bit có trọng số thấp của ảnh bằng các bit của tin mật. Vì khi thay đổi các bit có trọng số thấp không làm ảnh hƣởng đến chất lƣợng của ảnh, và mắt ngƣời cũng khó cảm nhận đƣợc sự thay đổi của ảnh đã giấu tin. Một số thuật toán: - Thuật toán SW (Simple Watermarking) : cho một file ảnh bitmap đen trắng F, dữ liệu thủy vân D đƣợc biểu diễn dƣới dạng nhị phân (dãy bit 0/1).
Các bit 1 gọi là điểm đen, bit 0 gọi là điểm trắng. Ý tƣởng cơ bản của thuật toán này là chia một ảnh gốc thành các khối nhỏ, trong mỗi khối nhỏ sẽ giấu không quá một bit thông tin. - Thuật toán Wu-Lee của hai tác giả M.Lee đƣa ra cải tiến hơn thuật toán SW bằng việc đƣa thêm khóa K sử dụng trong quá trình nhúng và tách thủy vân đồng thời đƣa thêm các điều kiện đảo bit trong mỗi khối. Với thuật toán này, có thể nhƣng một bit vào mỗi khối bằng cách hiệu chỉnh nhiều nhất 1 bit của khối.
Kỹ thuật này có khả năng làm tăng dữ liệu có thể nhúng. Xét ảnh gốc F, khóa bí mật K và một số dữ liệu đƣợc nhúng vào F. Khóa bí mật là một ma trận có kích thƣớc mxn. Để đơn giản ta giả sử kích thƣớc của ảnh gốc F là bội số của mxn.
Quá trình nhúng thu đƣợc ảnh F có một số bit đã bị hiệu chỉnh. - Thuật toán PCT đƣợc đƣa ra bởi ba tác giả Hsiang-Kuang Pan, Yu- Yuan Chen, Yu-Chee Tseng. Thuật toán cho phép nhúng nhiều bit vào một khối bằng cách có thể đảo 2 bit trong 1 khối.
