Chương 1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH 1. Sơ lược về lịch sử giấu tin Giấu thông tin bí mật (Steganography) có lịch sử hình thành và phát triển từ rất lâu đời, nó bắt nguồn từ Hy Lạp và được sử dụng cho tới ngày nay, chủ yếu phục vụ cho mục đích liên lạc bí mật. Theo các tài liệu nghiên cứu ghi lại, kỹ thuật giấu tin cổ xưa nhất và cũng là đơn giản nhất được nhắc tới trong các tài liệu là khi vua Histiaeus (khoảng năm 440 trước công nguyên) cạo sạch tóc xăm thông điệp lên da đầu và chờ khi tóc mọc lại, người nô lệ đó chuyển thông tin tới người nhận.
Một thời gian sau người ta sử dụng các vật liệu tự nhiên như bảng gỗ, sáp ong, hổ phách cho việc giấu thông tin. Khi kỹ thuật phát triển hơn, con người sử dụng chữ viết với cỡ chữ nhỏ giấu trong các vật dụng hàng ngày (như các hộp, vali có hai đáy) để chuyển đi, hoặc dùng bồ câu để chuyển thông tin để che mắt các nhân viên an ninh, hải quan. Sang thế kỷ XVII, người ta dùng cách đánh dấu vào các ký tự cần thiết trên một văn bản, một bài báo công khai nào đó rồi truyền tới tay người nhận. Sau đó là thời kỳ phát triển rực rỡ của công nghệ hoá học với sản phẩm là mực không màu - là các chất lỏng sản phẩm hữu cơ không màu và hiển thị màu khi gặp điều kiện hoá - lý thích hợp.
Tới ngày nay với phương pháp kiểm tra độ ẩm bề mặt, mực không màu không còn tác dụng bảo mật nữa, nhưng nó vẫn còn được dùng như một dạng thuỷ vân để in các block nhỏ hay các chi tiết phát quang khi bị chiếu tia cực tím. Trong một 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 rất nhiều công trình nghiên cứu. Cuộc cách mạng số hóa 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 kĩ thuật thay thế, sửa đổi tinh vi cộng với sự lưu thông trên mạng của các dữ liệu đa phương tiện đã sinh ra rất nhiều những vấn đề nhức nhối về nạn ăn cắp bản quyền, phân phối bất hợp pháp, xuyên tạc trái phép…đây là lúc công nghệ giấu tin được chú ý và phát triển.
Khái niệm giấu tin Giấu tin là kỹ thuật giấu hoặc nhúng một lượng thông tin số nào đó vào trong một đối tượng dữ liệu số khác. Một trong những yêu cầu cơ bản của giấu tin là đảm bảo tính chất ẩn của thông tin được giấu đồng thời không làm ảnh hưởng đến chất lượng của dữ liệu gốc. Kỹ thuật giấu tin thường nhằm đến hai mục đích chính đó là: LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 12 + Bảo mật cho dữ liệu được đem giấu. + Bảo mật cho chính đối tượng được dùng để giấu tin.
Với hai mục đích khác nhau này mà kỹ thuật giấu tin được phát triển theo hai khuynh hướng kỹ thuật tương ứng, chủ yếu đó là giấu tin mật và thủy vân số. Đối với kỹ thuật giấu tin mật thì việc giấu tin tập trung vào các kỹ thuật giấu tin sao cho thông tin giấu càng được nhiều càng tốt và quan trọng là người khác khó có thể phát hiện được một đối tượng có bị giấu tin bên trong hay không. Còn đối với kỹ thuật thủy vân số với mục đích là bảo mật cho chính đối tượng được dùng để giấu tin thì không cần giấu nhiều thông tin mà chỉ thường tập trung đảm bảo một số yêu cầu như tính bền vững và đây là một trong những ứng dụng cơ bản nhất của thủy vân số. 1 Sơ đồ quá trình giấu tin Hình 1.1 biểu diễn quá trình giấu tin cơ bản, môi trường chứa tin có thể là các file ảnh, text, audio…bản tin mật là một lượng thông tin mang một ý nghĩa nào đó như ảnh, logo, đoạn văn bản.
thông điệp giấu sẽ tuỳ thuộc vào mục đích của người sử dụng. Bản tin mật sẽ được giấu vào trong môi trường chứa tin nhờ một bộ nhúng. Bộ nhúng thông tin là những chương trình, triển khai các 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 phương tiện chứa bản tin đã giấu và có thể phân phối sử dụng trên mạng.
LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 13 Khóa Môi trường chứa Phương tiện Bộ giải mã tin đã được giấu tin chứa tin Bản tin mật Kiểm định Hình 1. 2 Sơ đồ quá trình giải mã tin giấu Hình 1.2 chỉ ra các quy trình giải mã thông tin đã giấu. Sau khi nhận được phương tiện chứa đã giấu tin, quá trình giải mã được thực hiện thông qua một bộ giải mã tương ứng với bộ nhúng thông tin cùng với khoá của quá trình nhúng. Kết quả thu được gồm phương tiện chứa ban đầu và bản tin mật đã giấu.
Bước tiếp theo bản tin mật sẽ được xử lý kiểm định so sánh với bản tin mật ban đầu. Giấu tin trong ảnh (image steganography) là kỹ thuật lợi dụng một số thông tin dư thừa của dữ liệu ảnh gốc để giấu hoặc nhúng thông tin vào đó. Kỹ thuật giấu này đảm bảo chỉ người giấu và người tách biết được thông tin đã giấu, còn những người khác không thể cảm nhận được sự tồn tại của thông tin đã giấu trong ảnh. 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.
Phân loại các kỹ thuật giấu tin Do kỹ thuật giấu thông tin số thường nhằm đến hai mục đích chính đó là bảo mật cho dữ liệu được đem giấu và bảo mật cho chính đối tượng được dùng để giấu tin nên theo Fabien A. Petitcolas đề xuất năm 1999 có thể chia lĩnh vực giấu tin theo hai hướng lớn là giấu tin mật và thủy vân số [10]. Giấu tin mật: việc giấu tin sẽ quan tâm tới việc giấu các tin sao cho thông tin giấu được càng nhiều càng tốt và quan trọng là người khác khó phát hiện được một đối tượng có bị giấu tin bên trong hay không bằng kỹ thuật thông thường. Thủy vân số: việc giấu tin sẽ quan tâm tới việc đánh giấu vào đối tượng nhằm khẳng định bản quyền sở hữu hay phát hiện xuyên tạc thông tin.
Trong thủy vân số được phân thành 2 loại đó là thủy vân bền vững và thủy vân dễ vỡ. Đối với thủy vân dễ LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 14 vỡ là kỹ thuật nhúng thuỷ vân vào trong ảnh yêu cầu thông tin giấu sẽ bị sai lệch nếu có bất kỳ sự thay đổi vào trên môi trường chứa tin. Còn đối với thuỷ vân bền vững thì thường được ứng dụng trong các ứng dụng bảo vệ bản quyền và yêu cầu độ bền cao trước sự thay đổi vào môi trường chứa tin. Trong thủy vân bền vững lại được phân ra làm hai loại thủy vân đó là thủy vân ẩn (cũng giống như giấu tin, bằng mắt thường không thể nhìn thấy thuỷ vân) và thủy vân hiện (là loại thuỷ vân được hiện ngay trên sản phẩm và người dùng có thể nhìn thấy được).
3 Sơ đồ phân loại các kỹ thuật giấu tin 1. Những tính chất của giấu tin trong ảnh Khi giấu thông tin trong ảnh, thông tin sẽ được giấu cùng với dữ liệu ảnh nhưng chất lượng ảnh ít thay đổi và gần như khi nhìn bình thường vào ảnh đó chúng ta không thể phát hiện ra rằng đằng sau ảnh là khối thông tin được ẩn trong đó. Và một đặc điểm của giấu thông tin trong ảnh đó là thông tin được giấu một cách vô hình, nó là một cách truyền thông tin mật cho nhau mà người khác không thể biết được bởi sau khi giấu thông tin thì chất lượng ảnh gần như không thay đổi. Với nhiều định dạng và tính chất của các ảnh là khác khác nhau nên kỹ thuật giấu tin trong ảnh thường chú ý những tính chất cơ bản sau đây [6]: *Tính vô hình: nghĩa là với người quan sát bằng mắt thường không thể phát hiện được ảnh có chứa thông tin ẩn trong đó.
Đây là một tính chất cực kỳ quan trọng đối với kỹ thuật giấu tin mật. *Tính bền vững: sau khi thực hiện giấu tin vào ảnh mang, bản thân ảnh mang có thể phải qua các biến đổi khác nhau như lọc tuyến tính, thêm nhiễu, làm sắc nét, mờ nhạt, LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 15 quay, nén mất dữ liệu,.vì vậy tính bền vững của việc giấu tin thể hiện khả năng chiết rút thông tin sau các xử lý tín hiệu và các kiểu tấn công. Hiện nay, chưa tìm ra phương pháp nào có thể đảm bảo tính chất này một cách tuyệt đối. * Khả năng nhúng: là khả năng lượng thông tin cần nhúng càng nhiều càng tốt nhưng không được vi phạm tính chất khác của kỹ thuật giấu tin mật.
* Tính trong suốt: thông tin mật đem giấu không được gây ảnh hưởng đến chất lượng cảm thụ của đối tượng chứa. Tức là hình ảnh sau khi được nhúng tin hình hoàn toàn giống hình ảnh gốc. Nếu vi phạm tính chất này thì bài toán giấu tin không còn ý nghĩa. * Khả năng không thể phát hiện: tính chất này thể hiện khả năng khó bị phát hiện, nghĩa là khó xác định một đối tượng có chứa thông tin mật hay không.
Để nâng cao khả năng này, hầu hết các phương pháp giấu tin đều dựa trên đặc điểm của hệ tri giác con người: HAS (Human Auditory System) và HVS (Human Visual System) Khả năng khó bị phát hiện của tín hiệu mật phụ thuộc vào hai yếu tố sau: + Kỹ thuật nhúng: dữ liệu nhúng phải phù hợp với đối tượng chứa và thuật toán nhúng. Để thực hiện tốt yêu cầu này, ngoài những kinh nghiệm trong lĩnh vực giấu tin, còn phải có kiến thức về các loại định dạng tập tin. + Kinh nghiệm của kẻ tấn công: nếu như kẻ tấn công có nhiều kinh nghiệm trong việc phát hiện đối tượng chứa thông tin mật thì khả năng bị phát hiện là không quá khó. Trong thực tế, người ta luôn phải cân nhắc giữa tính bền vững, khả năng nhúng và khả năng không thể phát hiện.
Tùy vào mỗi ứng dụng mà ta ưu tiên tiêu chuẩn nào là trên hết. Các hướng tiếp cận của kỹ thuật giấu tin trong ảnh. Hướng tiếp cận dựa trên miền không gian ảnh Đây là hướng tiếp cận cơ bản trong số các kỹ thuật giấu tin.