Luận Văn Thạc Sĩ Về Kỹ Thuật Giấu Tin Trong Ảnh và Nghiên Cứu Khả Năng Phát Hiện

Luận văn thạc sĩ VNU UET nghiên cứu kỹ thuật giấu tin trong ảnh và khả năng phát hiện ảnh có chứa tin. Tìm hiểu ứng dụng và thách thức.

• Tác giả: Nguyễn Thị Phương Hoa
• Người hướng dẫn: TS. Hồ Văn Canh
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
• Đề tài: Kỹ Thuật Giấu Tin Trong Ảnh Và Nghiên Cứu Khả Năng Có Thể Để Phát Hiện Ảnh Có Giấu Tin
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2009
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• MỞ ĐẦU
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN VÀ KỸ THUẬT GIẤU TIN MẬT TRONG ẢNH
• 1.1. Một số khái niệm cơ bản về giấu tin
• 1.2. Phân loại các kỹ thuật giấu tin
• 1.3. Sơ lược về lịch sử giấu tin
• 1.4. Mô hình kỹ thuật giấu thông tin cơ bản
• 1.5. Các ứng dụng của kỹ thuật giấu thông tin
• 1.6. Giấu tin trong dữ liệu đa phương tiện
• 1.6.1. Giấu tin trong ảnh
• 1.6.2. Giấu tin trong audio
• 1.6.3. Giấu tin trong video
• 1.6.4. Giấu tin trong văn bản
• 1.7. Những đặc trưng và tính chất của giấu tin trong ảnh
• 1.8. Các hướng tiếp cận của kỹ thuật giấu tin trong ảnh
• 1.8.1. Tiếp cận trên miền không gian ảnh
• 1.8.2. Tiếp cận trên miền tần số ảnh
• 1.9. Một số phương pháp giấu tin mật trong ảnh
• 1.9.1. Giấu tin mật trong khối bit sử dụng tính chẵn lẻ của tổng số bit 1
• 1.9.2. Kỹ thuật giấu tin Wu_Lee
• 1.9.3. Kỹ thuật giấu tin Yuan_Pan_Tseng
• 1.10. Kết luận chương 1
• 2. CHƯƠNG 2: KỸ THUẬT THỦY VÂN TRÊN ẢNH
• 2.1. Một số khái niệm cơ bản trong thủy vân số
• 2.1.1. Khái niệm thủy vân số
• 2.1.2. Phân loại các kỹ thuật thủy vân
• 2.1.3. Mô hình hệ thống thủy vân
• 2.1.4. Các đặc trưng của một hệ thủy vân
• 2.2. Một số kỹ thuật thủy vân trên ảnh
• 2.2.1. Phép biến đổi cosin rời rạc
• 2.2.2. Kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DCT
• 2.2.3. Cải tiến kỹ thuật thủy vân sử dụng phép biến đổi DCT
• 2.2.4. Giải pháp nâng cao độ an toàn cho thủy vân
• 2.3. Kết luận chương 2
• 3. CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU KHẢ NĂNG PHÁT HIỆN ẢNH CÓ GIẤU TIN
• 3.1. Bài toán phân tích tin giấu
• 3.2. Phân loại phương pháp phát hiện ảnh giấu tin
• 3.3. Một số kỹ thuật phát hiện ảnh có giấu tin
• 3.3.1. Cơ sở toán học
• 3.3.2. Kỹ thuật phân tích cặp giá trị điểm ảnh
• 3.3.3. Kỹ thuật phân tích đối ngẫu
• 3.3.4. Kỹ thuật phân tích cặp mẫu SPA
• 3.4. Kết luận chương 3
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về Kỹ Thuật Giấu Tin Trong Ảnh Khái Niệm và Lịch Sử

Kỹ thuật giấu tin trong ảnh, hay còn gọi là giấu tin trong ảnh, là một lĩnh vực quan trọng trong công nghệ thông tin. Kỹ thuật này cho phép nhúng thông tin vào trong các bức ảnh mà không làm thay đổi đáng kể chất lượng hình ảnh. Lịch sử của kỹ thuật steganography có thể được truy nguyên từ thời cổ đại, khi các nhà thông thái đã sử dụng các phương pháp đơn giản để giấu thông điệp. Ngày nay, với sự phát triển của công nghệ số, việc giấu tin trong ảnh đã trở thành một phương pháp phổ biến để bảo vệ thông tin nhạy cảm.

1.1. Khái niệm Giấu Tin Định Nghĩa và Mục Đích

Giấu tin là kỹ thuật nhúng thông tin vào trong một đối tượng dữ liệu khác, nhằm bảo vệ thông tin và đảm bảo tính bí mật. Mục đích chính của giấu tin trong ảnh là bảo vệ thông tin khỏi sự phát hiện của kẻ xấu.

1.2. Lịch Sử Phát Triển Kỹ Thuật Giấu Tin

Kỹ thuật giấu tin đã có từ hàng ngàn năm trước, với những ghi chép đầu tiên từ sử gia Hi Lạp Herodotus. Ngày nay, kỹ thuật này đã được nghiên cứu và phát triển mạnh mẽ trong lĩnh vực công nghệ thông tin.

II. Vấn Đề và Thách Thức Trong Kỹ Thuật Giấu Tin Trong Ảnh

Mặc dù kỹ thuật giấu tin mang lại nhiều lợi ích, nhưng cũng tồn tại nhiều thách thức. Một trong những vấn đề lớn nhất là khả năng phát hiện thông tin đã giấu. Các phương pháp phát hiện hiện tại có thể dễ dàng nhận diện các bức ảnh có chứa thông tin giấu, gây ra rủi ro cho người sử dụng. Ngoài ra, việc đảm bảo tính bền vững của thông tin sau khi giấu cũng là một thách thức lớn.

2.1. Khó Khăn Trong Việc Phát Hiện Thông Tin Giấu

Việc phát hiện thông tin giấu trong ảnh đòi hỏi các kỹ thuật phức tạp. Các phương pháp hiện tại thường dựa vào phân tích tần số và mô hình toán học để xác định sự tồn tại của thông tin giấu.

2.2. Tính Bền Vững Của Thông Tin Sau Khi Giấu

Một thách thức khác là đảm bảo rằng thông tin giấu vẫn tồn tại nguyên vẹn sau khi trải qua các biến đổi như nén ảnh hoặc thay đổi định dạng. Điều này đòi hỏi các kỹ thuật giấu tin phải được tối ưu hóa để duy trì chất lượng.

III. Phương Pháp Giấu Tin Trong Ảnh Các Kỹ Thuật Chính

Có nhiều phương pháp khác nhau để thực hiện giấu tin trong ảnh. Các kỹ thuật này có thể được chia thành hai nhóm chính: giấu tin trong miền không gian và giấu tin trong miền tần số. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng, phù hợp với các ứng dụng khác nhau.

3.1. Kỹ Thuật Giấu Tin Trong Miền Không Gian

Kỹ thuật này thường sử dụng các bit ít quan trọng nhất của mỗi pixel để nhúng thông tin. Phương pháp này đơn giản và dễ thực hiện nhưng có thể dễ bị phát hiện.

3.2. Kỹ Thuật Giấu Tin Trong Miền Tần Số

Kỹ thuật này sử dụng các biến đổi tần số như DCT để nhúng thông tin. Phương pháp này thường mang lại độ bền cao hơn và khó bị phát hiện hơn so với phương pháp miền không gian.

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 quyền tác giả đến xác thực thông tin. Các tổ chức và cá nhân đang ngày càng sử dụng kỹ thuật này để bảo vệ thông tin nhạy cảm và ngăn chặn việc sao chép trái phép.

4.1. Bảo Vệ Quyền Tác Giả

Một trong những ứng dụng chính của kỹ thuật steganography là bảo vệ quyền tác giả. Thủy vân số được nhúng vào sản phẩm giúp xác định quyền sở hữu và ngăn chặn việc sao chép trái phép.

4.2. Xác Thực Thông Tin

Kỹ thuật giấu tin cũng được sử dụng để xác thực thông tin, giúp phát hiện các thay đổi hoặc xuyên tạc thông tin trong các tài liệu quan trọng.

V. Kết Luận Tương Lai Của Kỹ Thuật Giấu Tin Trong Ảnh

Kỹ thuật giấu tin trong ảnh đang ngày càng trở nên quan trọng trong bối cảnh an ninh thông tin hiện đại. Với sự phát triển của công nghệ, các phương pháp giấu tin sẽ tiếp tục được cải tiến để đáp ứng nhu cầu bảo mật ngày càng cao. Tương lai của kỹ thuật này hứa hẹn sẽ mang lại nhiều giải pháp mới cho việc bảo vệ thông tin.

5.1. Xu Hướng Nghiên Cứu Mới

Nghiên cứu về kỹ thuật giấu tin đang mở ra nhiều hướng đi mới, từ việc phát triển các thuật toán giấu tin mạnh mẽ hơn đến việc ứng dụng trong các lĩnh vực khác nhau như y tế và tài chính.

5.2. Thách Thức Trong Tương Lai

Mặc dù có nhiều tiềm năng, nhưng việc phát hiện và ngăn chặn các hành vi lạm dụng kỹ thuật giấu tin vẫn là một thách thức lớn cần được giải quyết.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của công nghệ thông tin và mạng máy tính, việc bảo vệ an toàn và bảo mật thông tin trở thành một vấn đề cấp thiết. Theo ước tính, lượng dữ liệu số được trao đổi qua mạng ngày càng tăng nhanh, kéo theo nguy cơ bị đánh cắp, sao chép trái phép. Giải pháp giấu tin trong ảnh số đã trở thành một hướng nghiên cứu quan trọng nhằm bảo vệ thông tin một cách kín đáo và hiệu quả. Luận văn tập trung nghiên cứu kỹ thuật giấu tin mật trong ảnh và khả năng phát hiện ảnh có giấu tin, với phạm vi nghiên cứu chủ yếu trong môi trường ảnh số, từ năm 2000 đến 2009 tại Việt Nam.

Mục tiêu chính của nghiên cứu là phân tích, đánh giá các kỹ thuật giấu tin mật trong ảnh, đồng thời phát triển các phương pháp phát hiện sự tồn tại của tin giấu trong ảnh nhằm phục vụ an ninh quốc gia và ngăn chặn các hành vi bất hợp pháp. Nghiên cứu cũng đề xuất giải pháp nâng cao độ an toàn cho thủy vân số – một kỹ thuật bảo vệ đối tượng chứa tin. Các chỉ số đánh giá bao gồm khả năng giấu tin, độ bền vững của thông tin giấu, chất lượng ảnh sau khi giấu và hiệu quả phát hiện tin giấu.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: giấu tin mật (Steganography) và thủy vân số (Digital Watermarking). Giấu tin mật tập trung vào việc nhúng thông tin sao cho khó bị phát hiện, trong khi thủy vân số nhằm bảo vệ đối tượng chứa tin khỏi bị thay đổi hoặc sao chép trái phép. Các khái niệm chuyên ngành quan trọng bao gồm:

• LSB (Least Significant Bit): Bit ít quan trọng nhất trong biểu diễn nhị phân của điểm ảnh, thường được sử dụng để giấu tin.
• DCT (Discrete Cosine Transform): Phép biến đổi cosin rời rạc, dùng để chuyển ảnh sang miền tần số, hỗ trợ kỹ thuật thủy vân.
• Khóa K: Thông tin bí mật dùng trong quá trình giấu và giải mã tin.
• Ma trận trọng số W: Dùng trong kỹ thuật giấu tin nâng cao để tăng độ an toàn.
• Miền không gian và miền tần số ảnh: Hai hướng tiếp cận chính trong kỹ thuật giấu tin và thủy vân.

Phương pháp nghiên cứu

Nghiên cứu sử dụng phương pháp phân tích lý thuyết kết hợp thực nghiệm trên ảnh số. Nguồn dữ liệu bao gồm các ảnh bitmap đen trắng, ảnh màu và ảnh đa cấp xám. Cỡ mẫu ảnh được lựa chọn phù hợp với kích thước tiêu chuẩn (ví dụ 512x512 pixel). Phương pháp chọn mẫu là chọn ngẫu nhiên các ảnh có đặc điểm khác nhau để đánh giá tính tổng quát của kỹ thuật.

Phân tích kỹ thuật giấu tin mật dựa trên các thuật toán như kỹ thuật giấu tin theo tính chẵn lẻ tổng số bit 1 trong khối, kỹ thuật Wu_Lee, kỹ thuật Yuan_Pan_Tseng. Đối với thủy vân số, nghiên cứu tập trung vào kỹ thuật nhúng thủy vân trong miền tần số ảnh sử dụng biến đổi DCT và các cải tiến nhằm nâng cao độ an toàn.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng 1 năm, bao gồm các giai đoạn: tổng quan tài liệu, thiết kế thuật toán, thực nghiệm, phân tích kết quả và đề xuất giải pháp.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả giấu tin mật trong ảnh: Thuật toán giấu tin sử dụng tính chẵn lẻ tổng số bit 1 trong khối ảnh cho phép giấu được khoảng 12,5% tổng số pixel mà không làm giảm chất lượng ảnh đáng kể. Ví dụ, với ảnh 512x512 pixel, có thể giấu khoảng 800 bit thông tin.

2. Độ an toàn và chất lượng ảnh: Kỹ thuật Wu_Lee cải thiện độ an toàn so với phương pháp đơn giản bằng cách sử dụng khóa ma trận và điều kiện đảo bit, giảm khả năng phát hiện tin giấu. Tuy nhiên, chất lượng ảnh sau giấu vẫn bị ảnh hưởng nhẹ, đặc biệt với ảnh đen trắng.

3. Khả năng giấu nhiều bit với độ bền cao: Kỹ thuật Yuan_Pan_Tseng sử dụng ma trận trọng số kết hợp khóa giúp giấu được nhiều bit hơn (r bit mỗi khối) với tối đa 2 bit bị thay đổi trong mỗi khối, nâng cao tính bền vững và độ an toàn của thông tin giấu.

4. Thủy vân số trên miền tần số ảnh: Kỹ thuật nhúng thủy vân sử dụng biến đổi DCT tập trung vào miền tần số giữa của khối 8x8, đảm bảo thủy vân ẩn và bền vững trước các biến đổi ảnh phổ biến như nén JPEG. Việc lựa chọn cặp hệ số DCT để nhúng thủy vân có thể được điều khiển bằng khóa, tăng độ bảo mật.

Thảo luận kết quả

Các kỹ thuật giấu tin mật trong ảnh số đều dựa trên nguyên tắc tận dụng tính chất hệ thống thị giác con người để đảm bảo chất lượng ảnh sau giấu không bị suy giảm rõ rệt. Việc sử dụng khóa và ma trận trọng số làm tăng độ phức tạp và an toàn của thuật toán, hạn chế khả năng phát hiện và giải mã trái phép.

So với các nghiên cứu trước đây, kỹ thuật Yuan_Pan_Tseng cho thấy sự cải tiến rõ rệt về khả năng giấu nhiều bit và độ bền vững thông tin. Tuy nhiên, việc thay đổi bit trong khối ảnh vẫn có thể gây ra những biến đổi nhỏ trên ảnh, cần cân nhắc trong các ứng dụng yêu cầu chất lượng ảnh cao.

Về thủy vân số, việc nhúng thủy vân trong miền tần số giữa của DCT giúp cân bằng giữa tính ẩn và tính bền vững. Giải pháp nâng cao độ an toàn bằng cách lựa chọn ngẫu nhiên cặp hệ số có độ lệch lớn trong miền tần số giữa làm tăng tính bảo mật, giảm nguy cơ bị dò tìm thủy vân.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tỷ lệ bit giấu thành công, chất lượng ảnh (PSNR), và tỷ lệ phát hiện tin giấu giữa các thuật toán. Bảng tổng hợp các đặc điểm kỹ thuật cũng giúp minh họa ưu nhược điểm từng phương pháp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Áp dụng kỹ thuật giấu tin mật kết hợp khóa và ma trận trọng số: Để tăng cường độ an toàn và khả năng giấu nhiều thông tin, các tổ chức nên sử dụng kỹ thuật giấu tin nâng cao như Yuan_Pan_Tseng, với khóa bảo mật và ma trận trọng số được thiết kế phù hợp. Thời gian triển khai dự kiến 6-12 tháng.

2. Phát triển hệ thống phát hiện ảnh có giấu tin dựa trên lý thuyết xác suất thống kê: Các cơ quan an ninh nên đầu tư xây dựng công cụ phát hiện tin giấu tự động, giúp nhanh chóng phát hiện các ảnh chứa thông tin bất hợp pháp. Mục tiêu giảm thiểu rủi ro an ninh trong vòng 1 năm.

3. Nâng cao độ an toàn thủy vân bằng lựa chọn ngẫu nhiên cặp hệ số DCT: Các nhà phát triển phần mềm bảo vệ bản quyền nên áp dụng giải pháp lựa chọn ngẫu nhiên cặp hệ số trong miền tần số giữa để nhúng thủy vân, tăng tính bảo mật và khó bị phát hiện. Thời gian thực hiện 3-6 tháng.

4. Tăng cường đào tạo và nâng cao nhận thức về kỹ thuật giấu tin và phát hiện: Các trường đại học và viện nghiên cứu cần tổ chức các khóa đào tạo chuyên sâu về kỹ thuật giấu tin và thủy vân, đồng thời phổ biến kiến thức cho các cơ quan an ninh và doanh nghiệp. Kế hoạch đào tạo kéo dài 1 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Thông tin: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật giấu tin mật và thủy vân số, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển các giải pháp bảo mật thông tin.

2. Cơ quan an ninh và tình báo: Các phương pháp phát hiện ảnh có giấu tin giúp nâng cao năng lực kiểm soát thông tin, ngăn chặn các hành vi truyền tải thông tin bất hợp pháp.

3. Doanh nghiệp phát triển phần mềm bảo mật và bản quyền số: Tham khảo các kỹ thuật thủy vân và giấu tin để tích hợp vào sản phẩm, bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ và dữ liệu khách hàng.

4. Các tổ chức đào tạo và giảng dạy: Tài liệu luận văn là nguồn tham khảo quý giá cho các khóa học về an toàn thông tin, xử lý ảnh số và mật mã học.

Câu hỏi thường gặp

1. Giấu tin mật trong ảnh là gì và tại sao lại quan trọng?
   Giấu tin mật là kỹ thuật nhúng thông tin vào ảnh sao cho người ngoài khó phát hiện. Nó quan trọng vì giúp bảo vệ thông tin bí mật, tránh bị phát hiện khi truyền tải qua mạng.

2. Phương pháp LSB có ưu nhược điểm gì?
   Ưu điểm là đơn giản, dễ thực hiện và giấu được lượng tin vừa phải. Nhược điểm là dễ bị phát hiện và không bền vững trước các biến đổi ảnh như nén hoặc chỉnh sửa.

3. Thủy vân số khác gì so với giấu tin mật?
   Thủy vân số bảo vệ đối tượng chứa tin, có thể ẩn hoặc hiện, và yêu cầu tính bền vững cao. Giấu tin mật tập trung vào ẩn thông tin và khó bị phát hiện.

4. Làm thế nào để phát hiện ảnh có giấu tin?
   Sử dụng các kỹ thuật phân tích thống kê, phân tích cặp giá trị điểm ảnh hoặc phân tích đối ngẫu để phát hiện sự bất thường trong ảnh, từ đó xác định sự tồn tại của tin giấu.

5. Có thể giấu bao nhiêu bit trong một ảnh?
   Theo nghiên cứu, không nên giấu quá 12,5% tổng số pixel để đảm bảo chất lượng ảnh và tính bí mật, tức khoảng 1 bit trên mỗi pixel.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích và đánh giá các kỹ thuật giấu tin mật và thủy vân số trong ảnh số, làm rõ ưu nhược điểm từng phương pháp.
• Kỹ thuật giấu tin sử dụng khóa và ma trận trọng số nâng cao độ an toàn và khả năng giấu nhiều thông tin.
• Thủy vân số trên miền tần số ảnh với biến đổi DCT giúp cân bằng giữa tính ẩn và tính bền vững của thủy vân.
• Giải pháp phát hiện ảnh có giấu tin dựa trên lý thuyết xác suất thống kê là công cụ hữu hiệu cho an ninh thông tin.
• Đề xuất các giải pháp ứng dụng và đào tạo nhằm nâng cao hiệu quả bảo vệ thông tin trong môi trường số.

Next steps: Triển khai thử nghiệm các thuật toán trên bộ dữ liệu thực tế, phát triển phần mềm phát hiện ảnh giấu tin, và tổ chức đào tạo chuyên sâu cho các đối tượng liên quan.

Các nhà nghiên cứu và tổ chức an ninh nên phối hợp ứng dụng các kỹ thuật này để nâng cao hiệu quả bảo vệ và kiểm soát thông tin số trong thời đại công nghệ phát triển nhanh chóng.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN VÀ KỸ THUẬT GIẤU TIN MẬT TRONG ẢNH Giấu tin là một lĩnh vực rộng lớn. Trong đó môi trường giấu tin phổ biến và được ứng dụng rộng rãi nhất đó là giấu tin trong ảnh. Trong chương này luận văn bình bày tổng quan về quá trình phát triển của giấu tin, các mô hình giấu tin, các ứng dụng của giấu tin đồng thời đi sâu vào các kỹ thuật nhằm bảo mật cho thông tin được đem giấu đó là các kỹ thuật giấu tin mật. 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 chương trình bày các kỹ thuật đã được công bố gần đây như 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 về giấu tin 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 lượng thông tin số nào đó vào trong một đối tượng dữ liệu số khác [2]. Kỹ thuật giấu tin nhằm hai mục đích: một là bảo mật cho dữ liệu được đem giấu, hai là bảo vệ cho chính đối tượng 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 phương tiện là tận dụng ―độ dư thừa‖ của phương tiện giấu để thực hiện việc giấu tin mà người ngoài cuộc ―khó‖ cảm nhận được có thông tin giấu trong đó.2 Phân loại các kỹ thuật giấu tin Do kỹ thuật giấu tin số mới được hình thành trong thời gian gần đây nên xu hướng phát triển vẫn chưa 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 hướng lớn, đó là giấu tin mật và thủy vân số [6].

Giấu tin mật với mục đích đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin tập trung vào các kỹ thuật giấu thông tin sao cho người khác khó phát hiện nhất việc có tin được 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 lượng tin được giấu. Thủy vân số lại được chia thành hai hướng 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 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 4 thay đổi vào trên dữ liệu chứa tin.

Thủy vân bền vững quan tâm nhiều đến việc nhúng các mẩu tin đòi hỏi độ bền cao của thông tin được giấu trước các biến đổi thông thường trên dữ liệu chứa tin. 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. 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‖.

Như vậy, ―steganography‖ có nghĩa là tài liệu được phủ ―covered writing‖. Các câu chuyện kể về kỹ thuật giấu thông tin được 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 trước 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 người nô lệ ấy. Khi tóc của người nô lệ mọc ra đủ dài thì người nô lệ được gửi tới Miletus. Một câu chuyện khác về thời Hi 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 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. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 5 Những viên thuốc mang tin mật đã ngụy trang được để cùng với các viên thuốc thông thường khác và lọt qua mọi sự kiểm soát một cách dễ dàng. Mực không màu là phương tiện hữu ích cho bảo mật thông tin trong một thời gian dài.

Người Romans cổ đã biết sử dụng những chất sẵn có như nước quả, nước tiểu và sữa viết các thông báo bí mật giữa các hàng văn tự thông thường. Khi được hơ nóng, những thứ mực này trở nên sẫm mầu và có thể đọc được. Mực không màu cũng vẫn còn được sử dụng rất gần đây, chẳng hạn trong chiến tranh thế giới thứ II [5]. Ý tưởng về che giấu thông tin đã có hàng ngàn năm 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 tin mới nhận được 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 kỹ thuật giấu thông tin cơ bản Mô hình của kỹ thuật giấu tin được mô tả trong hình 1. Thông tin cần giấu Phương tiện Phân Phương tiện Bộ nhúng chứa đã được phối chứa tin (audio, thông tin giấu tin ảnh, video,…) Khóa Hình 1.2 Lược đồ chung cho quá trình giấu tin Hình 1.2 biểu diễn quá trình giấu tin cơ bản. Trong đó, phương tiện chứa tin có thể bao gồm: văn bản, ảnh, audio, video… Thông tin cần giấu tùy theo mục đích của người sử dụng, nó có thể là các thông điệp, các logo, hình ảnh bản quyền… Thông tin được giấu vào trong phương tiện chứa tin nhờ môt bộ nhúng.

Bộ nhúng là những chương trình theo những thuật toán để giấu tin và được thực hiện với một khóa bí mật LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 6 giống như trong một số hệ mật mã. Đầu ra của quá trình giấu tin là phương tiện chứa đã được giấu. Các phương tiện này có thể được phân phối trên mạng [7].3 mô tả quá trình giải mã thông tin đã giấu. Với đầu vào là phương tiện đã chứa tin giấu, một bộ giải mã tin (tương ứng với bộ nhúng) cùng với khóa sẽ thực hiện việc giải mã thông tin.

Đầu ra của quá trình là phương tiện chứa tin và thông tin đã giấu. Trong trường hợp cần thiết, thông tin giấu lấy ra có thể được xử lý, kiểm định và so sánh với thông tin đã giấu ban đầu. Khóa Phân Phương tiện Bộ giải Phương tiện phối chứa tin (audio, chứa đã được mã tin giấu tin ảnh, video,…) Thông tin giấu Kiểm định Hình 1. Lược đồ cho quá trình giải mã 1.5 Các ứng dụng của kỹ thuật giấu thông tin Bảo vệ 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 tác giả gọi là thủy vân sẽ được nhúng vào trong sản phẩm, thủy vân đó chỉ một mình người chủ sở hữu hợp pháp các sản phẩm đó có và được 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 được phép của người chủ sở hữu thì chỉ có cách phá hủy sản phẩm [8]. Xác thực thông tin hay phát hiện xuyên tạc thông tin: Một tập các thông tin sẽ được giấu trong các phương tiện chứa sau đó sử dụng để nhận biết xem trên các phương tiện gốc đó có bị thay đổi hay không. Các thủy vân nên được ẩn để tránh sự tò mò của kẻ thù, hơn nữa việc làm giả các thủy vân hợp lệ hay xuyên tạc thông tin nguồn cũng được xem xét.

Trong các ứng dụng thực tế, người ta mong muốn tìm được vị trí bị xuyên tạc cũng như phân biệt được 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. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 7 Giấu vân tay hay dán nhãn: Thủy vân trong các ứng dụng này được sử dụng để nhận diện người gửi hay người nhận của một thông tin nào đó. Yêu cầu của ứng dụng này là đảm bảo độ an toàn cao cho các thủy vân tránh sự xóa giấu vết trong phân phối.

Kiểm soát sao chép: Các thủy vân trong những trường hợp này được sử dụng để kiểm soát sao chép đối với các thông tin. Các thiết bị phát hiện ra thủy vân thường được gắn sẵn vào trong các hệ thống đọc ghi. Các ứng dụng loại này cũng yêu cầu thủy vân phải được đảm bảo an toàn và cũng sử dụng phương pháp phát hiện thủy vân đã giấu mà không cần thông tin gốc. Giấu tin mật: Các thông tin giấu được trong những trường hợp này càng nhiều càng tốt, việc giải mã để nhận được thông tin cũng không cần phương tiện chứa ban đầu.

Các yêu cầu mạnh về tính bền vững không cần thiết lắm, thay vào đó là thông tin giấu phải đảm bảo tính bí mật và giảm thời gian lưu thông trên đường truyền.2 Giấu tin trong dữ liệu đa phương tiện 1.1 Giấu tin trong ảnh Hiện nay, giấu tin trong ảnh chiếm tỉ lệ lớn nhất hệ thống giấu tin trong đa phương tiện. Bởi lẽ lượng thông tin được trao đổi bằng hình ảnh là rất lớn, hơn nữa chúng còn đóng vai trò quan trọng trong các ứng dụng an toàn thông tin như: xác thực thông tin, bảo vệ quyền tác giả, điều khiển truy cập, xác định xuyên tạc thông tin. Từ việc nghiên cứu kỹ thuật giấu tin trong ảnh số chuyển sang kỹ thuật giấu tin trong các phương tiện khác như audio, video, trong văn bản,… không có gì khó khăn về nguyên tắc. Chính vì lẽ đó, giấu tin trong ảnh đã và đang được nhiều tổ chức, các trường đại học, các viện nghiên cứu, các cá nhân quan tâm và đầu tư nghiên cứu [12].