CHƯƠNG I: TỔNG QUAN CÁC KHÁI NIỆM GIẤU TIN 1. Giới thiệu về giấu tin và lịch sử của giấu tin 1. Khái niệm giấu tin Giấu tin là một kỹ thuật nhúng một lượng thông tin nào đó vào trong một đối tượng dữ liệu số khác. Kỹ thuật giấu tin nhằm mục đích bảo toàn và bảo mật thông tin nhằm bảo mật cho dữ liệu được ẩn giấu một cách kỹ càng trong một đối tượng khác sao cho người ngoài không thể phát hiện được (steganography) thường được áp dụng nhằm mục đích bảo vệ bản quyền, phát hiện xuyên tạc thông tin (watermarking).
Một trong những yêu cầu cơ bản của giấu tin đó là đảm bảo được tích chất ẩn của thông tin được giấu trong đối tượng dữ liệu khác, đồng thời phải đảm bảo được chất lượng dữ liệu của đối tượng gốc không bị ảnh hưởng. Mục đích chính của kỹ thuật ẩn giấu là : + Bảo mật cho dữ liệu được đem giấu + Bảo mật cho chính đối tượng được dùng để giấu thông tin Dữ liệu dùng để ẩn giấu thông tin ngày nay khá đa dạng có thể ẩn giấu trong môi trường âm thanh, văn bản, hình ảnh …. Trong đó giấu tin trong ảnh số là kỹ thuật phổ biến hiện nay bởi vì nó sử dụng các dữ liệu thông tin dư thừa trong ảnh để nhúng vào đó, kỹ thuật này luôn đảm bảo được thông tin đã giấu chỉ có người biết có thể tách được dữ liệu đã giấu, còn những người khác không thể cảm nhận được thông tin đã ẩn giấu bên trong. Lịch sử phát triển của giấu tin Từ giấu thông tin (steganography) bắt nguồn từ Hi Lạp và được sử dụng cho tới ngày nay, có nghĩa là tài liệu được phủ (covered writing) [1].
Các câu chuyện kể về kỹ thuật giấu thông tin được ghi lại và truyền qua nhiều thế hệ. Theo những ghi chép sớm nhất về kỹ thuật giấu thông tin (thông tin được hiểu theo nghĩa nguyên thủy) 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, 10 ông ta đã gửi một thông báo bí mật cho con rể của mình là Aristagoras ở Miletus. 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 [2]. Hay 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 này đã lọt qua mọi sự kiểm tra một cách dễ dàng. Mực không màu là phát hiện đặc biệt 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 để viết các thông tin bí mật giữa những hàng vạn văn tự thông thường.
Khi bị hơ nóng, những thứ mực không nhìn thấy này trở nên sẫm màu và có thể đọc dễ dàng. Mực không màu cũng được sử dụng trong thời gian chiến tranh Thế giới II [3]. 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 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 sinh ra nhiều vấn đề nhức nhối về nạn ăn cắp bản quyền, phân phối bất hợp pháp, xuyên tạc trái phép. Các khái niệm và một số đặc điểm của giấu tin trong ảnh số Giấu tin trong ảnh số là một phần của giấu tin bằng việc sử dụng phương tiện mang dữ liệu là ảnh số. Ảnh được sử dụng để nhúng thông tin sẽ được gọi là ảnh gốc (host imgae), ảnh sau khi đã được nhúng thông tin vào gọi là ảnh kết quả (result image).
Ảnh thu được sẽ có nhưng điểm khác so với ảnh gốc gọi là nhiễu ảnh, ảnh kết quả càng ít nhiễu thì càng khó nghi ngờ và phát hiện ra tồn tại của thông tin được nhúng bên trong. Một số khái niệm: + Môi trường: là dữ liệu gốc dùng để nhúng thông tin, nếu ta sử dụng môi trường là ảnh thì ta gọi là ảnh môi trưởng, nếu sử dụng môi trường là audio thì ta gọi là audio môi trường …. + Dữ liệu nhúng: là dữ liệu được nhúng vào môi trường hay nói cách khác là thông tin được giấu bên trong ảnh môi trường + Đối tượng nhúng: là một đối tượng đa phương tiện nào đó như đối tượng âm thanh, hình ảnh hay video…. + Tính vô hình: Đây là yêu cầu quan trọng của bất kỳ một hệ thống giấu tin.
Nó đảm bảo cho tính chất bảo mật thông tin trong phương tiện nhúng. + Tính mạnh mẽ : là yêu cầu thứ hai của một hệ giấu tin. Tính mạnh mẽ là nói đến khả năng chịu được các thao tác biến đổi nào đó trên phương tiện nhúng và các cuộc tấn công có chủ đích. + Khả năng nhúng: Là yêu cầu thứ ba của một hệ giấu tin.
Khả năng nhúng chính là số lượng thông tin nhúng được nhúng trong đối tượng nhúng. + Nhiễu: Là phương tiện nhúng xuất hiện những đặc điểm lạ so với đối tượng ban đầu. + Thuỷ vân số: Là một kỹ thuật giấu các thuỷ vân vào trong phương tiện chứa, kỹ thuật không yêu cầu về tính không nhìn thấy của thông tin nhúng. + Watermarking : là kỹ thuật nhúng một biểu tượng, còn gọi là thuỷ vân (watermark) vào trong ảnh môi trường để xác định quyền sở hữu ảnh môi 12 trường.
Kích thước của biểu tượng thường nhỏ ( từ vài bit đến vài nghìn bit ). Kỹ thuật này cho phép đảm bảo nguyên vẹn biểu tượng khi ảnh môi trường bị biến đổi bởi các phép thao tác như lọc (filtering), nén mất dữ liệu (lossy compression), hay các biến đổi hình học,. Tuy nhiên, việc đảm bảo nguyên vẹn biểu tượng không kể đến khi có sự tấn công dựa trên việc hiểu rõ thuật toán và có bộ giải mã trong tay. + Image hiding : là kỹ thuật dùng một ảnh môi trường để lưu trữ và chuyển giao các dữ liệu quan trọng với kích thước tương đối lớn một cách an toàn.
Mục đích của ảnh image hiding là làm cho dữ liệu trở nên không quan sát được đối với thị giác của con người. Đặc điểm của ẩn giấu thông tin trên ảnh số Các kỹ thuật ẩn giấu thông tin hiện nay đang có xu hướng phát triển nhanh nhất là với thời đại công nghệ 4.0 hiện nay, tuy nhiên dù phát triển nhanh đến đâu vẫn sẽ được đánh giá dựa trên một số đặc điểm như sau : + Tính vô hình của thông tin ẩn giấu bên trong : Đặc điểm này được phát triển dựa trên hệ thống thị giác của con người. Có thể nói thông tin được nhúng bên trong thì thị giác của con người không thể phân biệt được ảnh có thông tin nhúng gọi là ảnh kết quả và ảnh ban đầu. Trong khi image hiding yêu cầu tính vô hình của thông tin giấu ở mức độ cao thì watermarking lại chỉ yêu cầu ở một cấp độ nhất định.
Chẳng hạn như người ta áp dụng watermarking cho việc gắn một biểu tượng mờ vào một chương trình truyền hình để bảo vệ bản quyền. + Bảo mật thông tin ẩn giấu: Thuật toán nhúng tin được coi là có tính bảo mật nếu thông tin được nhúng không bị tìm ra khi bị tấn công một cách có chủ đích trên cơ sở những hiểu biết đầy đủ về thuật toán nhúng tin và có bộ giải mã (trừ khoá bí mật), hơn nữa còn có được ảnh có mang thông tin (ảnh kết quả). Đối với ảnh image hiding đây là một yêu cầu rất quan trọng. Chẳng hạn đối với thuật toán dò tin trong ảnh đen trắng kích thước m*n, độ phức tạp vẫn còn lên tới 2m*n phép tính (O(2m*n)) khi đã biết ma trận trọng số dùng trong quá trình giấu tin.
13 + Tỷ lệ giấu tin: Lượng thông tin giấu so với kích thước ảnh môi trường cũng là một vấn đề cần quan tâm trong một thuật toán giấu tin. Có thể chỉ giấu một bit thông tin vào mỗi ảnh mà không cần lo lắng về độ nhiễu của ảnh nhưng như vậy sẽ rất kém hiệu quả khi mà thông tin cần giấu có kích thước được tính bằng KB. Các thuật toán đều cố gắng đạt được mục đích làm thế nào giấu được nhiều thông tin nhất mà không gây ra nhiễu đáng kể. + Ảnh môi trường đối với quá trình giải mã: Các kỹ thuật giấu tin phải phân biệt rõ ràng quá trình giải mã để lấy thông tin giấu có cần ảnh gốc hay không.
Đa số với kỹ thuật giấu tin mật thì không cần ảnh gốc khi giải mã, thông tin được giấu trong ảnh sẽ được mang cùng với dự liệu ảnh, khi giải mã chỉ cần ảnh mang thông tin giấu mà không dùng đến ảnh gốc để so sánh đối chiếu. Tuy nhiên, nhiều kỹ thuật giấu tin cũng sử dụng ảnh gốc khi giải mã ảnh, phương pháp này có tác dụng giúp cho việc đồng bộ hóa ảnh giấu và ảnh gốc. Điều này rất cần thiết khi phải xử lý với các tấn công hình học trên ảnh ( phép xoay ảnh). Nhưng phương pháp này cũng gặp khó khăn khi dữ liệu gốc lớn (giấu tin trong video).
Đối với kỹ thuật giấu tin mật (Steganography) thì các tính chất ẩn, lượng thông tin giấu và độ an toàn là ba tính chất quan trọng nhất. + Đảm bảo yêu cầu chất lượng ảnh sau khi giấu tin: Sau khi giấu thông tin bên trong ảnh phải đảm bảo được yêu cầu không bị biến đổi để có thể bị phát hiện dễ dàng so với ảnh gốc. Yêu cầu này dường như khá đơn giản đối với ảnh màu và ảnh đa cấp xám bởi mỗi pixel ảnh được biểu diễn trên nhiều bit, nhiều giá trị và khi ta thay đổi một giá trị nhỏ nào đó thì chất lượng ảnh không thay đổi, thông tin giấu khó bị phát hiện.