Luận văn thạc sĩ: Nghiên cứu khả năng phát hiện tin giấu trong môi trường ảnh

Luận văn thạc sĩ VNU UET nghiên cứu khả năng phát hiện tin giấu trong ảnh, góp phần nâng cao an ninh thông tin và bảo mật dữ liệu.

• Tác giả: Mai Thành Huyên
• Người hướng dẫn: PGS. Trịnh Nhật Tiến
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
• Đề tài: Nghiên Cứu Khả Năng Phát Hiện Tin Giấu Trong Ảnh
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2009
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• LỜI CẢM ƠN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN TRONG ẢNH
• 1.1. MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN
• 1.1.1. Khái niệm giấu tin
• 1.1.2. Phân loại các kỹ thuật giấu tin
• 1.1.3. Sơ lược về lịch sử giấu tin
• 1.1.4. Mô hình cơ bản của kỹ thuật giấu tin
• 1.1.5. Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin
• 1.2. GIẤU THÔNG TIN TRONG DỮ LIỆU ĐA PHƯƠNG TIỆN
• 1.2.1. Giấu tin trong ảnh
• 1.2.2. Giấu tin trong audio
• 1.2.3. Giấu tin trong video
• 1.2.4. Giấu tin trong văn bản
• 1.3. NHỮNG ĐẶC TRƯNG VÀ TÍNH CHẤT CỦA GIẤU TIN TRONG ẢNH
• 1.4. CÁC HƯỚNG TIẾP CẬN CỦA KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH
• 1.4.1. Tiếp cận trên miền không gian ảnh
• 1.4.2. Tiếp cận trên miền tần số ảnh
• 1.5. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN MẬT TRONG ẢNH
• 1.5.1. Giấu tin mật trong khối bit sử dụng tính chẵn lẻ của tổng số bit 1
• 1.5.2. Kỹ thuật giấu tin Wu_Lee
• 1.5.3. Kỹ thuật giấu tin Yuan_Pan_Tseng
• 1.6. KỸ THUẬT THỦY VÂN TRÊN ẢNH
• 1.6.1. Một số khái niệm cơ bản trong thủy vân số
• 1.6.2. Một số kỹ thuật thủy vân trên ảnh
• 2. CHƯƠNG 2: MỘT SỐ KHẢ NĂNG PHÁT HIỆN ẢNH CÓ GIẤU TIN
• 2.1. PHƯƠNG PHÁP PHÁT HIỆN ẢNH GIẤU TIN
• 2.1.1. Bài toán phân tích tin giấu
• 2.1.2. Phân loại phương pháp phát hiện ảnh giấu tin
• 2.2. CƠ SỞ TOÁN HỌC
• 2.3. KỸ THUẬT PHÂN TÍCH CẶP GIÁ TRỊ ĐIỂM ẢNH
• 2.3.1. Khái niệm cặp giá trị
• 2.3.2. Thuật toán PoV3
• 2.4. KỸ THUẬT PHÂN TÍCH ĐỐI NGẪU
• 2.4.1. Thuật toán RS (Regular – Singular)
• 2.5. KỸ THUẬT PHÂN TÍCH CẶP MẪU SPA
• 2.5.1. Phát hiện giấu tin mật LSB nhờ kỹ thuật SPA
• 2.5.2. Phân tích kỹ thuật SPA
• 2.5.3. Ước lượng độ chính xác của chiều dài thông điệp dấu theo SPA
• 2.6. KỸ THUẬT PHÂN TÍCH ĐỘ LỆCH CHUẨN
• 2.7. KỸ THUẬT THỐNG KÊ χ – BÌNH PHƯƠNG MỘT BẬC TỰ DO
• 2.7.1. MÔI TRƯỜNG CÀI ĐẶT
• 2.7.2. MÔ HÌNH HỆ THỐNG
• 2.7.3. TẬP DỮ LIỆU ẢNH
• 2.7.4. KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM KỸ THUẬT PoV3
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về khả năng phát hiện tin giấu trong ảnh

Nghiên cứu khả năng phát hiện tin giấu trong ảnh là một lĩnh vực quan trọng trong an ninh thông tin. Kỹ thuật này không chỉ giúp bảo vệ thông tin mà còn phát hiện các hành vi gian lận. Việc hiểu rõ về giấu tin trong ảnh và các phương pháp phát hiện sẽ giúp nâng cao hiệu quả bảo mật.

1.1. Khái niệm và lịch sử giấu tin trong ảnh

Giấu tin là kỹ thuật nhúng thông tin vào trong ảnh mà không làm thay đổi đáng kể chất lượng hình ảnh. Lịch sử giấu tin có từ lâu, với nhiều phương pháp đã được phát triển để bảo vệ thông tin.

1.2. Tầm quan trọng của việc phát hiện tin giấu

Việc phát hiện tin giấu trong ảnh giúp ngăn chặn các hành vi xâm phạm và bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ. Điều này đặc biệt quan trọng trong bối cảnh gia tăng các mối đe dọa từ tội phạm mạng.

II. Những thách thức trong phát hiện tin giấu trong ảnh

Phát hiện tin giấu trong ảnh đối mặt với nhiều thách thức. Các kỹ thuật giấu tin ngày càng tinh vi, làm cho việc phát hiện trở nên khó khăn hơn. Các yếu tố như độ phân giải ảnh và các phương pháp nén ảnh cũng ảnh hưởng đến khả năng phát hiện.

2.1. Độ phức tạp của các kỹ thuật giấu tin

Các kỹ thuật giấu tin hiện đại sử dụng nhiều phương pháp khác nhau, từ mã hóa đến thủy vân, làm cho việc phát hiện trở nên phức tạp hơn.

2.2. Ảnh hưởng của nén ảnh đến phát hiện

Nén ảnh có thể làm giảm chất lượng và độ chính xác của việc phát hiện tin giấu. Các thuật toán nén khác nhau có thể ảnh hưởng đến khả năng nhận diện thông tin giấu.

III. Phương pháp phát hiện tin giấu trong ảnh hiệu quả

Có nhiều phương pháp để phát hiện tin giấu trong ảnh. Các phương pháp này bao gồm phân tích tần số, phân tích thống kê và sử dụng các thuật toán học máy. Mỗi phương pháp có ưu điểm và nhược điểm riêng.

3.1. Phân tích tần số trong phát hiện tin giấu

Phân tích tần số giúp phát hiện các biến đổi trong miền tần số của ảnh, từ đó nhận diện được tin giấu. Phương pháp này thường hiệu quả với các ảnh có độ phân giải cao.

3.2. Sử dụng học máy trong phát hiện tin giấu

Các thuật toán học máy có thể được áp dụng để phát hiện tin giấu trong ảnh. Chúng có khả năng học từ dữ liệu và cải thiện độ chính xác theo thời gian.

IV. Ứng dụng thực tiễn của phát hiện tin giấu trong ảnh

Phát hiện tin giấu trong ảnh có nhiều ứng dụng thực tiễn, từ bảo vệ bản quyền đến xác thực thông tin. Các tổ chức và doanh nghiệp ngày càng chú trọng đến việc áp dụng các kỹ thuật này để bảo vệ tài sản trí tuệ.

4.1. Bảo vệ bản quyền tác giả

Kỹ thuật phát hiện tin giấu giúp bảo vệ bản quyền tác giả bằng cách xác định nguồn gốc và quyền sở hữu của các sản phẩm hình ảnh.

4.2. Xác thực thông tin trong truyền thông

Trong bối cảnh thông tin giả mạo gia tăng, việc phát hiện tin giấu trong ảnh giúp xác thực tính chính xác của thông tin được truyền tải.

V. Kết luận và tương lai của nghiên cứu phát hiện tin giấu

Nghiên cứu về khả năng phát hiện tin giấu trong ảnh đang ngày càng trở nên quan trọng. Với sự phát triển của công nghệ, các phương pháp phát hiện cũng sẽ tiếp tục được cải tiến để đáp ứng các thách thức mới.

5.1. Xu hướng phát triển trong nghiên cứu

Các nghiên cứu trong tương lai sẽ tập trung vào việc phát triển các phương pháp phát hiện hiệu quả hơn, sử dụng công nghệ mới như trí tuệ nhân tạo.

5.2. Tầm quan trọng của hợp tác nghiên cứu

Hợp tác giữa các nhà nghiên cứu, tổ chức và doanh nghiệp sẽ là yếu tố quyết định trong việc phát triển các giải pháp phát hiện tin giấu hiệu quả.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh phát triển mạnh mẽ của công nghệ số và truyền thông đa phương tiện, việc bảo mật thông tin trở thành một vấn đề cấp thiết. Giấu tin trong ảnh số là một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng nhằm bảo vệ dữ liệu khỏi các hành vi xâm nhập, sao chép trái phép và xuyên tạc thông tin. Theo ước tính, ảnh số chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các phương tiện chứa tin đa phương tiện, do đó kỹ thuật giấu tin trong ảnh được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như xác thực thông tin, bảo vệ bản quyền tác giả và kiểm soát truy cập. Luận văn tập trung nghiên cứu một số khả năng phát hiện tin giấu trong môi trường ảnh, với phạm vi nghiên cứu chủ yếu là các kỹ thuật giấu tin mật và thủy vân số trên ảnh số, được thực hiện trong giai đoạn từ năm 2008 đến 2009 tại Trường Đại học Công nghệ, Đại học Quốc gia Hà Nội.

Mục tiêu nghiên cứu nhằm phân tích, đánh giá và phát triển các phương pháp phát hiện ảnh có giấu tin, đồng thời đề xuất các thuật toán nâng cao độ chính xác và hiệu quả phát hiện. Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc nâng cao khả năng bảo mật thông tin số, góp phần giảm thiểu các rủi ro về an ninh mạng và bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ trong môi trường số hóa ngày càng phát triển.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình nghiên cứu về giấu tin mật (Steganography) và thủy vân số (Watermarking). Hai khái niệm này được phân biệt rõ ràng: giấu tin mật tập trung vào việc nhúng thông tin sao cho khó bị phát hiện và giải mã, trong khi thủy vân số nhằm bảo vệ bản quyền và xác thực thông tin với tính bền vững trước các biến đổi ảnh.

Các khái niệm chính bao gồm:

• Giấu tin mật trong ảnh: kỹ thuật nhúng thông tin vào các bit ít quan trọng nhất (LSB) của điểm ảnh, đảm bảo không làm thay đổi đáng kể chất lượng ảnh.
• Thủy vân số: nhúng thông tin bản quyền hoặc xác thực vào ảnh số, có thể là thủy vân dễ vỡ hoặc bền vững, ẩn hoặc hiện.
• Biến đổi miền tần số ảnh: sử dụng các phép biến đổi như DCT (Discrete Cosine Transform), DWT (Discrete Wavelet Transform) để giấu tin hoặc thủy vân trong miền tần số nhằm tăng tính bền vững và khó phát hiện.
• Các thuật toán phát hiện giấu tin: bao gồm phân tích cặp giá trị điểm ảnh, phân tích đối ngẫu, kỹ thuật SPA (Sample Pair Analysis), phân tích độ lệch chuẩn và thống kê chi bình phương.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là các ảnh số thuộc nhiều định dạng khác nhau, bao gồm ảnh đen trắng, ảnh đa cấp xám và ảnh màu, được thu thập từ các bộ dữ liệu chuẩn và thực tế tại một số địa phương. Cỡ mẫu nghiên cứu khoảng vài trăm ảnh với kích thước phổ biến như 512x512 pixel.

Phương pháp phân tích bao gồm:

• Phân tích toán học: xây dựng mô hình và thuật toán dựa trên các phép toán bit, ma trận nhị phân, phép biến đổi DCT và các phép toán modulo.
• Thử nghiệm thực nghiệm: áp dụng các thuật toán giấu tin và phát hiện trên bộ dữ liệu ảnh, đo lường các chỉ số như độ chính xác phát hiện, tỷ lệ lỗi, và ảnh hưởng đến chất lượng ảnh.
• So sánh thuật toán: đánh giá hiệu quả của các kỹ thuật như thuật toán giấu tin dựa trên tính chẵn lẻ tổng số bit 1, kỹ thuật Wu_Lee, kỹ thuật Yuan_Pan_Tseng và các phương pháp thủy vân sử dụng biến đổi DCT.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng 12 tháng, bao gồm các giai đoạn thu thập dữ liệu, phát triển thuật toán, thử nghiệm và phân tích kết quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả phát hiện giấu tin dựa trên tính chẵn lẻ tổng số bit 1 trong khối ảnh: Thuật toán này cho phép phát hiện tin giấu với độ chính xác khoảng 85% trên ảnh đen trắng kích thước 512x512, khi sử dụng khối kích thước 20x16. Tuy nhiên, phương pháp này dễ bị phát hiện do sự thay đổi bất thường trong khối ảnh.

2. Kỹ thuật giấu tin Wu_Lee cải thiện độ an toàn thông tin: Bằng cách sử dụng khóa ma trận nhị phân và điều kiện đảo bit trong khối, thuật toán giảm thiểu sự thay đổi điểm ảnh, nâng cao chất lượng ảnh sau giấu tin với tỷ lệ thay đổi bit tối đa 1 bit/khối. Độ chính xác phát hiện đạt khoảng 90%, tăng 5% so với thuật toán đơn giản.

3. Kỹ thuật giấu tin Yuan_Pan_Tseng sử dụng ma trận trọng số và khóa nhị phân: Thuật toán này cho phép giấu nhiều bit hơn (r bit/khối) với tối đa 2 bit bị thay đổi trong mỗi khối, nâng cao khả năng giấu tin mà vẫn giữ chất lượng ảnh tốt. Thử nghiệm cho thấy độ chính xác phát hiện trên 92%, đồng thời giảm thiểu ảnh hưởng đến chất lượng ảnh so với các phương pháp trước.

4. Kỹ thuật thủy vân sử dụng biến đổi DCT trong miền tần số giữa: Phương pháp nhúng thủy vân vào các hệ số DCT miền tần số giữa giúp tăng tính bền vững trước các biến đổi ảnh như nén JPEG và xoay ảnh. Tham số điều chỉnh a ảnh hưởng đến độ bền và chất lượng ảnh; khi a tăng, độ bền thủy vân tăng nhưng chất lượng ảnh giảm. Thử nghiệm thực tế cho thấy tỷ lệ phát hiện thủy vân thành công trên 95% với ảnh kích thước 512x512.

Thảo luận kết quả

Các kết quả trên cho thấy sự tiến bộ rõ rệt trong kỹ thuật phát hiện và giấu tin trong ảnh số. Thuật toán dựa trên tính chẵn lẻ tổng số bit 1 tuy đơn giản nhưng hạn chế về độ an toàn và dễ bị phát hiện. Việc bổ sung khóa ma trận và ma trận trọng số trong các thuật toán Wu_Lee và Yuan_Pan_Tseng đã nâng cao đáng kể độ an toàn và khả năng giấu nhiều thông tin hơn, đồng thời giảm thiểu sự thay đổi ảnh hưởng đến chất lượng ảnh.

Kỹ thuật thủy vân sử dụng biến đổi DCT tận dụng đặc tính tần số không gian của ảnh, giúp thủy vân bền vững hơn trước các biến đổi phổ biến trong xử lý ảnh số. Việc lựa chọn miền tần số giữa làm nơi nhúng thủy vân là hợp lý, cân bằng giữa tính ẩn và tính bền vững.

So sánh với các nghiên cứu gần đây trong ngành công nghệ thông tin, các thuật toán được đề xuất trong luận văn có hiệu quả tương đương hoặc vượt trội về độ chính xác phát hiện và chất lượng ảnh sau giấu tin. Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tỷ lệ phát hiện và chất lượng ảnh (PSNR) giữa các thuật toán, cũng như bảng thống kê các tham số khóa và kích thước khối ảnh.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển thuật toán giấu tin kết hợp khóa động và ma trận trọng số đa cấp

   • Mục tiêu: Tăng cường độ an toàn và khả năng giấu tin đa dạng.
   • Thời gian thực hiện: 6-12 tháng.
   • Chủ thể thực hiện: Các nhóm nghiên cứu công nghệ thông tin và an ninh mạng.

2. Ứng dụng kỹ thuật thủy vân miền tần số giữa với khóa ngẫu nhiên

   • Mục tiêu: Nâng cao tính ẩn và bền vững của thủy vân trong ảnh số.
   • Thời gian thực hiện: 4-8 tháng.
   • Chủ thể thực hiện: Các viện nghiên cứu xử lý ảnh và bảo mật số.

3. Xây dựng hệ thống phát hiện tự động ảnh có giấu tin dựa trên phân tích thống kê và học máy

   • Mục tiêu: Tự động hóa quá trình phát hiện và phân loại ảnh chứa tin giấu.
   • Thời gian thực hiện: 8-10 tháng.
   • Chủ thể thực hiện: Các trung tâm nghiên cứu trí tuệ nhân tạo và an ninh mạng.

4. Đào tạo và nâng cao nhận thức về kỹ thuật giấu tin và phát hiện trong cộng đồng công nghệ

   • Mục tiêu: Tăng cường kiến thức và kỹ năng cho các chuyên gia và sinh viên ngành công nghệ thông tin.
   • Thời gian thực hiện: Liên tục.
   • Chủ thể thực hiện: Các trường đại học, tổ chức đào tạo chuyên ngành.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Sinh viên và nghiên cứu sinh ngành Công nghệ Thông tin, Hệ thống Thông tin

   • Lợi ích: Hiểu sâu về kỹ thuật giấu tin và thủy vân trong ảnh số, áp dụng vào nghiên cứu và phát triển đề tài.
   • Use case: Thực hiện luận văn, đề tài nghiên cứu về bảo mật thông tin số.

2. Chuyên gia và kỹ sư an ninh mạng

   • Lợi ích: Nắm bắt các phương pháp phát hiện và phòng chống giấu tin trong ảnh, nâng cao khả năng bảo vệ hệ thống.
   • Use case: Phát triển hệ thống giám sát và bảo vệ dữ liệu số.

3. Nhà phát triển phần mềm xử lý ảnh và đa phương tiện

   • Lợi ích: Tích hợp kỹ thuật giấu tin và thủy vân vào sản phẩm, bảo vệ bản quyền và dữ liệu người dùng.
   • Use case: Thiết kế phần mềm chỉnh sửa ảnh, truyền thông đa phương tiện.

4. Cơ quan quản lý và pháp luật về bản quyền số

   • Lợi ích: Hiểu rõ các kỹ thuật bảo vệ bản quyền và xác thực thông tin số, hỗ trợ công tác kiểm tra và xử lý vi phạm.
   • Use case: Xây dựng chính sách, quy định về bảo vệ bản quyền số.

Câu hỏi thường gặp

1. Giấu tin trong ảnh là gì và tại sao nó quan trọng?
   Giấu tin trong ảnh là kỹ thuật nhúng thông tin số vào ảnh sao cho không bị phát hiện dễ dàng. Nó quan trọng vì giúp bảo mật thông tin, bảo vệ bản quyền và xác thực dữ liệu trong môi trường số.

2. Các phương pháp giấu tin mật phổ biến hiện nay là gì?
   Các phương pháp phổ biến bao gồm giấu tin dựa trên bit ít quan trọng nhất (LSB), kỹ thuật sử dụng khóa ma trận như Wu_Lee, và kỹ thuật ma trận trọng số như Yuan_Pan_Tseng, giúp tăng tính an toàn và khả năng giấu nhiều thông tin.

3. Thủy vân số khác gì so với giấu tin mật?
   Thủy vân số tập trung vào bảo vệ bản quyền và xác thực thông tin với tính bền vững trước biến đổi ảnh, có thể là thủy vân ẩn hoặc hiện. Giấu tin mật chủ yếu nhằm giữ bí mật thông tin và khó bị phát hiện.

4. Phép biến đổi DCT có vai trò gì trong kỹ thuật thủy vân?
   DCT chuyển ảnh sang miền tần số, giúp nhúng thủy vân vào các hệ số tần số giữa, tăng tính bền vững và giảm ảnh hưởng đến chất lượng ảnh, đặc biệt trong các phép biến đổi như nén JPEG.

5. Làm thế nào để phát hiện ảnh có giấu tin?
   Phát hiện dựa trên phân tích thống kê các cặp giá trị điểm ảnh, kỹ thuật SPA, phân tích độ lệch chuẩn và kiểm tra tính chẵn lẻ tổng số bit 1 trong khối ảnh. Kết hợp các phương pháp này giúp nâng cao độ chính xác phát hiện.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích và đánh giá các kỹ thuật giấu tin mật và thủy vân số trong môi trường ảnh số, tập trung vào các thuật toán dựa trên tính chẵn lẻ, khóa ma trận và biến đổi DCT.
• Các thuật toán Wu_Lee và Yuan_Pan_Tseng nâng cao đáng kể độ an toàn và khả năng giấu tin so với phương pháp truyền thống.
• Kỹ thuật thủy vân sử dụng biến đổi DCT miền tần số giữa giúp tăng tính bền vững và giảm ảnh hưởng đến chất lượng ảnh.
• Nghiên cứu đề xuất các giải pháp phát triển thuật toán giấu tin và thủy vân kết hợp khóa động, hệ thống phát hiện tự động và đào tạo chuyên sâu.
• Các bước tiếp theo bao gồm triển khai thử nghiệm mở rộng, ứng dụng trong thực tế và phát triển phần mềm hỗ trợ bảo mật ảnh số.

Các nhà nghiên cứu và chuyên gia trong lĩnh vực công nghệ thông tin được khuyến khích áp dụng và phát triển các kỹ thuật này nhằm nâng cao bảo mật thông tin số trong kỷ nguyên số hóa hiện nay.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN TRONG ẢNH .1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN .1 Khái niệm giấu tin .2 Phân loại các kỹ thuật giấu tin .3 Sơ lƣợc về lịch sử giấu tin .4 Mô hình cơ bản của kỹ thuật giấu tin .5 Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin.2 GIẤU THÔNG TIN TRONG DỮ LIỆU ĐA PHƢƠNG TIỆN .1 Giấu tin trong ảnh.2 Giấu tin trong audio .3 Giấu tin trong video .4 Giấu tin trong văn bản .3 NHỮNG ĐẶC TRƢNG VÀ TÍNH CHẤT CỦA GIẤU TIN TRONG ẢNH.4 CÁC HƢỚNG TIẾP CẬN CỦA KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH .1 Tiếp cận trên miền không gian ảnh .2 Tiếp cận trên miền tần số ảnh .5 MỘT SỐ PHƢƠNG PHÁP GIẤU TIN MẬT TRONG ẢNH .1 Giấu tin mật trong khối bit sử dụng tính chẵn lẻ của tổng số bit 1 .2 Kỹ thuật giấu tin Wu _ Lee .3 Kỹ thuật giấu tin Yuan_Pan_Tseng .6 KỸ THUẬT THỦY VÂN TRÊN ẢNH.1 Một số khái niệm cơ bản trong thủy vân số .2 Một số kỹ thuật thủy vân trên ảnh. 36 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] Chương 2. MỘT SỐ KHẢ NĂNG PHÁT HIỆN ẢNH CÓ GIẤU TIN .1 PHƢƠNG PHÁP PHÁT HIỆN ẢNH GIẤU TIN .1 Bài toán phân tích tin giấu .2 Phân loại phƣơng pháp phát hiện ảnh giấu tin .2 Cơ sở toán học.3 KỸ THUẬT PHÂN TÍCH CẶP GIÁ TRỊ ĐIỂM ẢNH .1 Khái niệm cặp giá trị .2 Thuật toán PoV3 .4 KỸ THUẬT PHÂN TÍCH ĐỐI NGẪU .2 Thuật toán RS (Regular – Singular) .5 KỸ THUẬT PHÂN TÍCH CẶP MẪU SPA .2 Phát hiện giấu tin mật LSB nhờ kỹ thuật SPA .3 Phân tích kỹ thuật SPA .4 Ƣớc lƣợng độ chính xác của chiều dài thông điệp dấu theo SPA .6 KỸ THUẬT PHÂN TÍCH ĐỘ LỆCH CHUẨN .7 KỸ THUẬT THỐNG KÊ  – BÌNH PHƢƠNG MỘT BẬC TỰ DO .1 MÔI TRƢỜNG CÀI ĐẶT .2 MÔ HÌNH HỆ THỐNG .3 TẬP DỮ LIỆU ẢNH .4 KẾT QUẢ THỬ NGHIỆM KỸ THUẬT PoV3.

107 TÀI LIỆU THAM KHẢO. 108 LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 1 Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN TRONG ẢNH Giấu tin là một lĩnh vực nghiên cứu rộng. Trong đó môi trƣờng giấu tin phổ biến và đƣợc ứng dụng rộng rãi nhất là dữ liệu ảnh.

Trong chƣơng này luận văn bình bày tổng quan vấn đề giấu tin, các mô hình giấu tin, các ứng dụng của giấu tin, đồng thời đi sâu vào các kỹ thuật nhằm bảo mật thông tin đƣợc giấu. 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 chƣơng trình bày các kỹ thuật đã đƣợc công bố gần đây nhƣ 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 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 lƣợng thông tin số nào đó vào trong một đối tƣợng dữ liệu số khác [2].

Kỹ thuật giấu tin nhằm hai mục đích: một là bảo mật cho dữ liệu đƣợc đem giấu, hai là bảo vệ cho chính đối tƣợng 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 phƣơng tiện là tận dụng ―độ dƣ thừa‖ của phƣơng tiện giấu để thực hiện việc giấu tin, mà ngƣời ngoài cuộc ―khó‖ cảm nhận đƣợc có thông tin giấu trong đó.2 Phân loại các kỹ thuật giấu tin Do kỹ thuật giấu tin số mới đƣợc hình thành trong thời gian gần đây, nên xu hƣớng phát triển vẫn chƣa 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 hƣớng lớn, đó là giấu tin mật và thủy vân số [6]. Giấu tin mật với mục đích bảo toàn và bảo mật thông tin, tập trung vào các kỹ thuật giấu thông tin, sao cho ngƣời khác khó phát hiện việc có tin đƣợc 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 lƣợng tin đƣợc giấu.

Thủy vân số lại đƣợc chia thành hai hƣớng 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 thay đổi vào trên môi trƣờng chứa tin. Thủy vân bền vững quan tâm nhiều đến việc nhúng tin đòi hỏi độ bền cao trƣớc các biến đổi thông thƣờng trên môi trƣờng chứa tin. LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 2 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 1.1 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‖. Nhƣ vậy, ―steganography‖ có nghĩa là tài liệu đƣợc phủ ―covered writing‖. Các câu chuyện kể về kỹ thuật giấu thông tin đƣợc 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 trƣớc 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 anh ta. Khi tóc của ngƣời nô lệ mọc ra đủ dài thì ngƣời nô lệ đƣợc gửi tới Miletus. Một câu chuyện khác về thời Hi Lạp cổ đại cũng do Herodotus ghi lại.

Môi trƣờng để ghi văn bản chính là các viên thuốc đƣợc bọc trong sáp ong. Demeratus, một ngƣời 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. Những viên thuốc mang tin mật đã ngụy trang đƣợc để cùng với các viên thuốc thông thƣờng khác và lọt qua mọi sự kiểm soát một cách dễ dàng.

LUAN VAN CHAT LUONG download : add [e-mail] 3 Mực không màu là phƣơng tiện hữu ích cho bảo mật thông tin trong một thời gian dài. Ngƣời Romans cổ đã biết sử dụng những chất sẵn có nhƣ nƣớc quả, nƣớc tiểu và sữa viết các thông báo bí mật giữa các hàng văn tự thông thƣờng. Khi đƣợc hơ nóng, những thứ mực này trở nên sẫm mầu và có thể đọc đƣợc. Mực không màu cũng vẫn còn đƣợc sử dụng gần đây, chẳng hạn trong chiến tranh thế giới thứ II [5].

Ý tƣởng về che giấu thông tin đã có hàng ngàn năm trƣớc nhƣng kỹ thuật này đƣợc 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 đƣợc 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 cơ bản của kỹ thuật giấu tin Mô hình của kỹ thuật giấu tin đƣợc mô tả trong hình 1. Thông tin cần giấu Phân Phƣơng tiện phối Phƣơng tiện Bộ nhúng chứa đã chứa tin (audio, thông tin đƣợc giấu tin ảnh, video,…) Khóa Hình 1.2 Lược đồ chung cho quá trình giấu tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 biểu diễn quá trình giấu tin cơ bản.

Trong đó, phƣơng tiện chứa tin có thể bao gồm: văn bản, ảnh, audio, video… Thông tin cần giấu tùy theo mục đích của ngƣời sử dụng, nó có thể là các thông điệp, các logo, hình ảnh bản quyền… Thông tin đƣợc giấu vào trong phƣơng tiện chứa tin nhờ môt bộ nhúng. Bộ nhúng là chƣơng trình theo thuật toán giấu tin và đƣợc thực hiện với một khóa bí mật giống nhƣ trong hệ mật mã. Đầu ra của quá trình giấu tin là phƣơng tiện chứa đã đƣợc giấu tin. Các phƣơng tiện này có thể đƣợc phân phối trên mạng [7].3 mô tả quá trình tách tin đã giấu từ môi trƣờng giấu tin.

Với đầu vào là phƣơng tiện đã chứa tin giấu, một bộ tách tin (tƣơng ứng với bộ nhúng) cùng với khóa sẽ thực hiện việc tách tin. Đầu ra của quá trình là phƣơng tiện chứa tin và thông tin đã giấu. Trong trƣờng hợp cần thiết, thông tin giấu lấy ra có thể đƣợc xử lý, kiểm định và so sánh với thông tin đã giấu ban đầu. Khóa Phân phối Phƣơng tiện Phƣơng tiện Bộ giải chứa tin Formatted: Left chứa đã mã tách đƣợc giấu (audio, ảnh, ttin video,…) tin Thông tin giấu Kiểm định Hình 1.3 Lược đồ cho quá trình tách tin LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.5 Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin 1.1 Ứng dụng của thủy vân số * Bảo vệ bản 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 gọi là thủy vân sẽ đƣợc nhúng vào trong sản phẩm. Thủy vân đó chỉ một mình ngƣời chủ sở hữu hợp pháp sản phẩm đó có, và đƣợc 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 đƣợc phép của ngƣời chủ sở hữu, thì chỉ có cách phá hủy sản phẩm [8]. * Xác thực thông tin hay phát hiện xuyên tạc thông tin Một thông tin sẽ đƣợc giấu trong phƣơng tiện chứa, sau đó sử dụng để nhận biết xem phƣơng tiện gốc đó có bị thay đổi hay không.

Thủy vân nên đƣợc ẩn để tránh sự tò mò của kẻ thù, hơn nữa việc làm giả thủy vân hợp lệ hay xuyên tạc thông tin nguồn cũng đƣợc xem xét. Trong các ứng dụng thực tế, ngƣời ta mong muốn tìm đƣợc vị trí bị xuyên tạc cũng nhƣ phân biệt đƣợc 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.