Luận Văn Thạc Sĩ: Phân Tích Hiệu Quả Của Các Thuật Toán Phát Hiện Ảnh Giấu Tin Trong Miền Không Gian

Luận văn thạc sĩ phân tích hiệu quả các thuật toán phát hiện ảnh giấu tin trong miền không gian, cung cấp cái nhìn sâu sắc về công nghệ này.

• Tác giả: Lý Ngọc Hùng
• Người hướng dẫn: TS Hồ Văn Canh
• Trường học: Đại học Quốc gia Hà Nội
• Chuyên ngành: Công nghệ thông tin
• Đề tài: Phân Tích Hiệu Quả Thuật Toán Phát Hiện Ảnh Giấu Tin
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: Hà Nội

Mục lục chi tiết

• LỜI CAM ĐOAN
• 1. CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH
• 1.1. Sơ lược về lịch sử giấu tin
• 1.2. Khái niệm giấu tin
• 1.3. Phân loại các kỹ thuật giấu tin
• 1.4. Những tính chất của giấu tin trong ảnh
• 1.5. Các hướng tiếp cận của kỹ thuật giấu tin trong ảnh
• 1.5.1. Hướng tiếp cận dựa trên miền không gian ảnh
• 1.5.2. Hướng tiếp cận dựa trên miền tần số của ảnh
• 1.6. Một số ứng dụng của kỹ thuật giấu tin
• 2. CHƯƠNG 2: NGHIÊN CỨU MỘT SỐ THUẬT TOÁN PHÁT HIỆN ẢNH CÓ GIẤU TIN TRONG MIỀN KHÔNG GIAN
• 2.1. Tổng quan về phát hiện ảnh giấu tin
• 2.2. Các phương pháp phân tích ảnh có giấu tin
• 2.2.1. Phân tích trực quan
• 2.2.2. Phân tích theo định dạng ảnh
• 2.2.3. Phân tích theo thống kê
• 2.3. Cơ sở toán học
• 2.4. Một số thuật toán phát hiện ảnh có giấu tin trong miền không gian
• 2.4.1. Kỹ thuật phân tích cặp giá trị điểm ảnh
• 2.4.1.1. Khái niệm cặp giá trị điểm ảnh
• 2.4.1.2. Thuật toán PoV3
• 2.4.1.3. Phân tích thuật toán
• 2.4.2. Kỹ thuật phân tích đối ngẫu
• 2.4.2.1. Khái niệm cơ bản trong kỹ thuật đối ngẫu
• 2.4.2.2. Thuật toán RS
• 2.4.2.3. Phân tích thuật toán RS
• 2.4.3. Kỹ thuật phân tích cặp mẫu SPA
• 2.4.3.1. Phát hiện giấu tin mật LSB nhờ kỹ thuật SPA
• 2.4.3.2. Phân tích kỹ thuật SPA
• 2.4.3.3. Ước lượng độ chính xác của chiều dài thông điệp dấu theo SPA
• 3. CHƯƠNG 3: ĐỀ XUẤT THUẬT TOÁN PHÁT HIỆN ẢNH CÓ GIẤU TIN TRONG MIỀN KHÔNG GIAN
• 3.1. Xây dựng thuật toán
• 3.2. Kết quả thử nghiệm
• 3.2.1. Đối với thuật toán A
• 3.2.2. Đối với thuật toán B
• 3.2.3. Chương trình thử nghiệm
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Tổng quan về kỹ thuật giấu tin trong ảnh

Kỹ thuật giấu tin trong ảnh, hay còn gọi là giấu tin trong ảnh, đã có lịch sử phát triển lâu dài, từ những phương pháp cổ xưa đến các kỹ thuật hiện đại. Phân tích hiệu quả của các thuật toán phát hiện ảnh giấu tin là rất quan trọng trong bối cảnh an ninh thông tin hiện nay. Các kỹ thuật giấu tin thường được chia thành hai loại chính: giấu tin mật và thủy vân số. Mục tiêu của giấu tin mật là bảo vệ thông tin bằng cách giấu nó trong các đối tượng dữ liệu mà không làm thay đổi chất lượng của dữ liệu gốc. Ngược lại, thủy vân số tập trung vào việc khẳng định quyền sở hữu và phát hiện sự xuyên tạc thông tin. Việc hiểu rõ các tính chất của giấu tin trong ảnh như tính vô hình, tính bền vững, và khả năng không thể phát hiện là rất cần thiết để phát triển các thuật toán phát hiện hiệu quả.

1.1. Lịch sử và khái niệm giấu tin

Giấu tin có nguồn gốc từ Hy Lạp cổ đại, với nhiều phương pháp khác nhau được sử dụng qua các thời kỳ. Ngày nay, giấu tin trong ảnh đã trở thành một lĩnh vực nghiên cứu quan trọng trong công nghệ thông tin. Kỹ thuật này cho phép nhúng thông tin vào trong ảnh mà không làm thay đổi đáng kể chất lượng của ảnh. Các phương pháp giấu tin hiện đại sử dụng các thuật toán phức tạp để đảm bảo rằng thông tin được giấu không thể bị phát hiện bởi những người không có quyền truy cập. Việc phát hiện ảnh có chứa thông tin giấu là một thách thức lớn, đòi hỏi các phương pháp phân tích tinh vi và hiệu quả.

1.2. Phân loại các kỹ thuật giấu tin

Các kỹ thuật giấu tin có thể được phân loại thành hai nhóm chính: giấu tin mật và thủy vân số. Giấu tin mật tập trung vào việc giấu thông tin sao cho người khác không thể phát hiện được sự tồn tại của nó. Trong khi đó, thủy vân số nhằm bảo vệ bản quyền và phát hiện sự xuyên tạc thông tin. Mỗi loại kỹ thuật có những yêu cầu và ứng dụng riêng, từ việc bảo vệ thông tin cá nhân đến việc khẳng định quyền sở hữu trí tuệ. Việc phân loại này giúp các nhà nghiên cứu và phát triển hiểu rõ hơn về các phương pháp và ứng dụng của giấu tin trong ảnh.

II. Nghiên cứu một số thuật toán phát hiện ảnh có giấu tin trong miền không gian

Nghiên cứu về các thuật toán phát hiện ảnh có giấu tin trong miền không gian là một phần quan trọng trong việc đảm bảo an ninh thông tin. Các phương pháp phân tích ảnh có giấu tin bao gồm phân tích trực quan, phân tích theo định dạng ảnh, và phân tích theo thống kê. Các thuật toán như PoV3 và RS đã được phát triển để phát hiện thông tin giấu trong ảnh. Việc áp dụng các phương pháp này không chỉ giúp phát hiện thông tin giấu mà còn đánh giá độ an toàn của các thuật toán giấu tin. Phân tích hiệu quả của các thuật toán này cho thấy sự cần thiết phải cải tiến và phát triển các phương pháp mới để đối phó với các kỹ thuật giấu tin ngày càng tinh vi.

2.1. Các phương pháp phân tích ảnh có giấu tin

Các phương pháp phân tích ảnh có giấu tin bao gồm phân tích trực quan, phân tích theo định dạng ảnh, và phân tích theo thống kê. Mỗi phương pháp có những ưu điểm và nhược điểm riêng. Phân tích trực quan giúp nhận diện nhanh chóng các dấu hiệu bất thường trong ảnh, trong khi phân tích theo định dạng ảnh có thể cung cấp thông tin chi tiết hơn về cấu trúc dữ liệu. Phân tích theo thống kê sử dụng các kỹ thuật toán học để phát hiện sự bất thường trong phân phối dữ liệu, từ đó xác định khả năng có thông tin giấu. Việc kết hợp các phương pháp này có thể nâng cao độ chính xác trong việc phát hiện ảnh có giấu tin.

2.2. Một số thuật toán phát hiện ảnh có giấu tin

Một số thuật toán phát hiện ảnh có giấu tin trong miền không gian đã được nghiên cứu và áp dụng, bao gồm thuật toán PoV3 và RS. Thuật toán PoV3 sử dụng kỹ thuật phân tích cặp giá trị điểm ảnh để phát hiện thông tin giấu, trong khi thuật toán RS dựa trên kỹ thuật phân tích đối ngẫu. Cả hai thuật toán này đều có những ưu điểm riêng, giúp nâng cao khả năng phát hiện thông tin giấu trong ảnh. Việc thử nghiệm và đánh giá hiệu quả của các thuật toán này là rất cần thiết để cải thiện độ chính xác và độ tin cậy trong việc phát hiện ảnh có giấu tin.

III. Đề xuất thuật toán phát hiện ảnh có giấu tin trong miền không gian

Đề xuất các thuật toán phát hiện ảnh có giấu tin trong miền không gian là một bước quan trọng trong nghiên cứu này. Hai thuật toán mới được phát triển dựa trên lý thuyết thống kê và phương pháp tự tương quan. Kết quả thử nghiệm cho thấy các thuật toán này có khả năng phát hiện thông tin giấu với độ chính xác cao. Việc áp dụng các thuật toán này không chỉ giúp phát hiện thông tin giấu mà còn cung cấp một công cụ hữu ích cho việc đánh giá độ an toàn của các thuật toán giấu tin hiện có. Phân tích hiệu quả của các thuật toán này cho thấy tiềm năng ứng dụng trong thực tế, đặc biệt trong lĩnh vực an ninh thông tin.

3.1. Xây dựng thuật toán

Quá trình xây dựng thuật toán phát hiện ảnh có giấu tin bao gồm việc xác định các yếu tố cần thiết để phát hiện thông tin giấu. Các thuật toán được phát triển dựa trên lý thuyết thống kê và các phương pháp phân tích dữ liệu. Việc lựa chọn các tham số phù hợp và tối ưu hóa quy trình phát hiện là rất quan trọng để đảm bảo độ chính xác và hiệu quả của thuật toán. Các thử nghiệm ban đầu cho thấy các thuật toán này có khả năng phát hiện thông tin giấu với độ chính xác cao, mở ra hướng nghiên cứu mới trong lĩnh vực này.

3.2. Kết quả thử nghiệm

Kết quả thử nghiệm cho thấy các thuật toán phát hiện ảnh có giấu tin trong miền không gian đạt được độ chính xác cao khi áp dụng trên bộ dữ liệu ảnh lớn. Việc thử nghiệm với hai thuật toán đã đề xuất cho thấy khả năng phát hiện thông tin giấu hiệu quả, đồng thời đánh giá được độ an toàn của các thuật toán giấu tin hiện có. Các kết quả này không chỉ khẳng định tính khả thi của các thuật toán mà còn mở ra cơ hội ứng dụng trong thực tế, đặc biệt trong lĩnh vực an ninh thông tin.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh cuộc cách mạng thông tin kỹ thuật số phát triển mạnh mẽ, việc bảo vệ an toàn thông tin trở thành một thách thức lớn. Theo ước tính, hàng trăm công trình nghiên cứu về kỹ thuật giấu tin và phát hiện ảnh giấu tin được công bố hàng năm trên thế giới. Giấu tin trong ảnh là phương pháp nhúng thông tin bí mật vào ảnh số sao cho không làm thay đổi chất lượng ảnh gốc và khó bị phát hiện. Mục tiêu nghiên cứu của luận văn là phân tích, đánh giá hiệu quả của một số thuật toán phát hiện ảnh giấu tin trong miền không gian, đồng thời đề xuất hai thuật toán phát hiện mới dựa trên lý thuyết thống kê tự tương quan (Autocorrelation). Phạm vi nghiên cứu tập trung vào các thuật toán phát hiện ảnh giấu tin trong miền không gian ảnh, thử nghiệm trên bộ dữ liệu gồm 100 ảnh. Ý nghĩa nghiên cứu thể hiện qua việc nâng cao độ chính xác phát hiện ảnh giấu tin, góp phần đảm bảo an ninh thông tin trong môi trường mạng mở, phục vụ các lĩnh vực chính trị, quân sự, kinh tế và thương mại.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên các lý thuyết và mô hình sau:

• Kỹ thuật giấu tin mật (Steganography): Nhúng thông tin số vào đối tượng dữ liệu số khác sao cho thông tin ẩn không bị phát hiện, đảm bảo tính vô hình, bền vững và trong suốt của ảnh chứa tin.
• Lý thuyết xác suất và thống kê: Áp dụng các khái niệm về biến cố ngẫu nhiên, đại lượng ngẫu nhiên, phân phối chuẩn, phân phối Gamma, phân phối Khi-bình phương (Chi-square) để phân tích và đánh giá các thuật toán phát hiện.
• Mô hình xích hữu hạn trạng thái (Markov Chain): Sử dụng trong kỹ thuật phân tích cặp mẫu SPA để mô hình hóa sự thay đổi trạng thái của các cặp mẫu ảnh trước và sau khi giấu tin.
• Các thuật toán phát hiện ảnh giấu tin trong miền không gian: Bao gồm kỹ thuật phân tích cặp giá trị điểm ảnh (PoV3), kỹ thuật phân tích đối ngẫu (RS), và kỹ thuật phân tích cặp mẫu (SPA).

Các khái niệm chính bao gồm: cặp giá trị điểm ảnh (PoV), nhóm chính quy (Regular), nhóm đơn (Singular), mặt nạ lật bit, hàm phân phối xác suất, và các tập hỗn hợp dấu vết.

Phương pháp nghiên cứu

Nguồn dữ liệu chính là bộ ảnh gồm 100 ảnh đa cấp xám và ảnh màu được sử dụng để thử nghiệm các thuật toán phát hiện ảnh giấu tin. Phương pháp nghiên cứu bao gồm:

• Thu thập và tiền xử lý dữ liệu ảnh: Đọc ảnh, chuyển đổi sang ma trận điểm ảnh, phân chia thành các khối nhỏ theo kích thước phù hợp.
• Phân tích và đánh giá các thuật toán phát hiện: Thực hiện các thuật toán PoV3, RS, SPA trên bộ dữ liệu, thu thập số liệu về xác suất phát hiện, độ chính xác ước lượng độ dài thông điệp giấu.
• Đề xuất hai thuật toán phát hiện mới: Dựa trên phương pháp thống kê tự tương quan, xây dựng và cài đặt thuật toán, thử nghiệm trên bộ dữ liệu ảnh.
• Phân tích kết quả: So sánh hiệu quả các thuật toán qua các chỉ số như xác suất phát hiện, độ chính xác ước lượng, khả năng phát hiện khi thông điệp giấu ngẫu nhiên hoặc liên tục.

Timeline nghiên cứu kéo dài trong khoảng thời gian từ năm 2013 đến 2014, với các giai đoạn chính gồm tổng quan lý thuyết, phát triển thuật toán, thử nghiệm và đánh giá.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả thuật toán PoV3: Thuật toán PoV3 cho kết quả phát hiện ảnh giấu tin với xác suất phát hiện cao khi tỷ lệ điểm ảnh chứa tin trên 33%. Cụ thể, khi tỷ lệ giấu tin đạt 50%, xác suất phát hiện gần như đạt 1 (100%). Tuy nhiên, khi thông điệp giấu rải rác ngẫu nhiên, hiệu quả giảm rõ rệt, chỉ phát hiện tốt khi tỷ lệ giấu trên 97%.

2. Độ chính xác thuật toán RS: Thuật toán RS ước lượng độ dài thông điệp giấu với độ chính xác cao, đặc biệt khi thông điệp được phân bố ngẫu nhiên trên ảnh. Độ lệch chuẩn của ước lượng trong thử nghiệm với 331 ảnh JPEG là khoảng 0,05, cho thấy độ tin cậy cao. Độ chính xác giảm khi ảnh có nhiều nhiễu hoặc chất lượng thấp.

3. Hiệu quả thuật toán SPA: Kỹ thuật phân tích cặp mẫu SPA có khả năng phát hiện và ước lượng độ dài thông điệp khi tỷ lệ giấu tin trên 3%. Thuật toán dựa trên mô hình xích hữu hạn trạng thái, phân tích sự thay đổi các tập hỗn hợp dấu vết trước và sau khi giấu tin.

4. Đề xuất hai thuật toán phát hiện mới: Hai thuật toán dựa trên phương pháp thống kê tự tương quan được xây dựng và thử nghiệm trên bộ dữ liệu 100 ảnh. Kết quả cho thấy độ tin cậy phát hiện cao, đặc biệt trong trường hợp thông điệp giấu liên tục. So sánh với các thuật toán truyền thống, các thuật toán đề xuất có khả năng phát hiện tốt hơn trong điều kiện nhiễu thấp và ảnh chất lượng cao.

Thảo luận kết quả

Nguyên nhân hiệu quả cao của thuật toán PoV3 là do sử dụng phân phối Chi-square để đánh giá sự khác biệt tần số điểm ảnh chẵn-lẻ, phù hợp với kỹ thuật giấu tin LSB liên tục. Tuy nhiên, khi thông điệp giấu rải rác, sự khác biệt này bị giảm, làm giảm hiệu quả phát hiện.

Thuật toán RS tận dụng sự thay đổi thống kê giữa các nhóm điểm ảnh chính quy và đơn sau khi giấu tin, cho phép ước lượng chính xác độ dài thông điệp. Kết quả phù hợp với các nghiên cứu trước đây, đồng thời cho thấy ảnh hưởng của chất lượng ảnh và nhiễu đến độ chính xác.

Kỹ thuật SPA sử dụng mô hình xích hữu hạn trạng thái để mô tả sự chuyển đổi giữa các tập con hỗn hợp dấu vết, giúp phát hiện các thay đổi tinh vi trong ảnh giấu tin. Phương pháp này có ưu điểm phát hiện sớm khi tỷ lệ giấu tin thấp.

Hai thuật toán đề xuất dựa trên thống kê tự tương quan tận dụng đặc điểm tín hiệu giấu tin trong miền không gian, cải thiện khả năng phát hiện trong các trường hợp khó như giấu tin ngẫu nhiên hoặc ảnh có nhiễu thấp. Kết quả thử nghiệm được trình bày qua biểu đồ xác suất phát hiện theo tỷ lệ giấu tin, bảng so sánh độ chính xác ước lượng độ dài thông điệp.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển thuật toán phát hiện đa phương thức: Kết hợp các kỹ thuật phân tích cặp giá trị, phân tích đối ngẫu và phân tích cặp mẫu để nâng cao độ chính xác phát hiện ảnh giấu tin, đặc biệt trong môi trường nhiễu và ảnh chất lượng thấp. Chủ thể thực hiện: các nhà nghiên cứu công nghệ thông tin, thời gian 1-2 năm.

2. Ứng dụng thuật toán phát hiện trong hệ thống an ninh mạng: Triển khai các thuật toán phát hiện ảnh giấu tin vào hệ thống giám sát an ninh mạng, giúp phát hiện sớm các hành vi truyền tải thông tin trái phép. Chủ thể thực hiện: các tổ chức an ninh mạng, doanh nghiệp bảo mật, thời gian 6-12 tháng.

3. Nâng cao chất lượng dữ liệu thử nghiệm: Mở rộng bộ dữ liệu thử nghiệm với đa dạng định dạng ảnh, kích thước và mức độ nhiễu để đánh giá toàn diện hiệu quả thuật toán. Chủ thể thực hiện: các viện nghiên cứu, trường đại học, thời gian 1 năm.

4. Phát triển công cụ phần mềm hỗ trợ phát hiện ảnh giấu tin: Xây dựng phần mềm tích hợp các thuật toán phát hiện, giao diện thân thiện, hỗ trợ phân tích tự động và báo cáo kết quả. Chủ thể thực hiện: nhóm phát triển phần mềm, thời gian 1 năm.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành Công nghệ Thông tin: Nắm bắt kiến thức chuyên sâu về kỹ thuật giấu tin và phát hiện ảnh giấu tin, phục vụ nghiên cứu và phát triển thuật toán mới.

2. Chuyên gia an ninh mạng và bảo mật thông tin: Áp dụng các thuật toán phát hiện ảnh giấu tin để nâng cao khả năng bảo vệ hệ thống, phát hiện các hành vi truyền tải thông tin trái phép.

3. Doanh nghiệp phát triển phần mềm bảo mật: Tích hợp các thuật toán phát hiện vào sản phẩm bảo mật, nâng cao giá trị và hiệu quả sản phẩm.

4. Cơ quan quản lý và thực thi pháp luật: Sử dụng các công cụ phát hiện ảnh giấu tin trong công tác điều tra, xử lý các vụ việc liên quan đến an ninh thông tin và vi phạm bản quyền.

Câu hỏi thường gặp

1. Thuật toán PoV3 phát hiện ảnh giấu tin như thế nào?
   Thuật toán PoV3 dựa trên phân tích tần số xuất hiện của các cặp giá trị điểm ảnh chẵn-lẻ, sử dụng kiểm định Chi-square để xác định sự khác biệt thống kê giữa ảnh gốc và ảnh giấu tin. Ví dụ, khi tỷ lệ giấu tin trên 33%, thuật toán có thể phát hiện với xác suất cao.

2. Kỹ thuật RS có ưu điểm gì so với các phương pháp khác?
   Kỹ thuật RS ước lượng chính xác độ dài thông điệp giấu tin dựa trên sự thay đổi số lượng nhóm chính quy và nhóm đơn sau khi giấu tin. Phương pháp này phù hợp với ảnh màu và ảnh đa cấp xám, đặc biệt khi thông điệp được phân bố ngẫu nhiên.

3. Phương pháp SPA hoạt động dựa trên nguyên lý nào?
   SPA sử dụng mô hình xích hữu hạn trạng thái để phân tích sự thay đổi các tập hỗn hợp dấu vết của cặp mẫu ảnh trước và sau khi giấu tin. Khi tỷ lệ giấu tin trên 3%, SPA có thể ước lượng độ dài thông điệp với độ chính xác cao.

4. Hai thuật toán phát hiện mới đề xuất có điểm mạnh gì?
   Hai thuật toán mới dựa trên thống kê tự tương quan giúp phát hiện ảnh giấu tin hiệu quả trong miền không gian, đặc biệt khi thông điệp giấu liên tục hoặc ảnh có nhiễu thấp, cải thiện khả năng phát hiện so với các thuật toán truyền thống.

5. Làm thế nào để nâng cao độ chính xác phát hiện ảnh giấu tin trong thực tế?
   Có thể kết hợp nhiều thuật toán phát hiện, mở rộng bộ dữ liệu thử nghiệm đa dạng, và phát triển công cụ phần mềm hỗ trợ phân tích tự động. Ví dụ, tích hợp PoV3, RS và SPA trong một hệ thống phát hiện đa phương thức sẽ tăng độ chính xác và khả năng ứng dụng thực tế.

Kết luận

• Luận văn đã phân tích và đánh giá hiệu quả của các thuật toán phát hiện ảnh giấu tin trong miền không gian, bao gồm PoV3, RS, SPA.
• Đã đề xuất hai thuật toán phát hiện mới dựa trên phương pháp thống kê tự tương quan, thử nghiệm trên bộ dữ liệu 100 ảnh cho kết quả khả quan.
• Kết quả nghiên cứu góp phần nâng cao khả năng phát hiện ảnh giấu tin, đảm bảo an ninh thông tin trong môi trường mạng mở.
• Các thuật toán phát hiện có thể ứng dụng trong an ninh mạng, bảo vệ bản quyền và các lĩnh vực liên quan.
• Đề xuất các bước tiếp theo gồm phát triển thuật toán đa phương thức, mở rộng bộ dữ liệu thử nghiệm và xây dựng công cụ phần mềm hỗ trợ phát hiện.

Khuyến khích các nhà nghiên cứu và chuyên gia an ninh thông tin áp dụng, phát triển và hoàn thiện các thuật toán phát hiện ảnh giấu tin để đáp ứng yêu cầu thực tiễn ngày càng cao.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật giấu tin trong ảnh Chương này sẽ trình bày một cách tổng quan về giấu tin trong ảnh, lịch sử, khái niệm, phân loại, các đặc trưng, các hướng tiếp cận và một số kỹ thuật giấu tin mật đã được công bố. Chương 2: Nghiên cứu một số thuật toán phát hiện ảnh có giấu tin trong miền không gian Chương này sẽ trình bày một cách tổng quan về kỹ thuật phát hiện ảnh có giấu tin, các hướng phân tích để phát hiện ảnh có giấu tin và trình bày một số thuật toán phát hiện ảnh có giấu tin đã được công bố: Kỹ thuật phân tích cặp giá trị điểm ảnh - thuật toán PoV3, kỹ thuật phân tích đối ngẫu, kỹ thuật phân tích cặp mẫu SPA. Chương 3: Đề xuất thuật toán phát hiện ảnh có giấu tin trong miền không gian Chương này sẽ trình bày hai thuật toán đề xuất và đánh giá độ tin cậy của từng thuật toán. Cài đặt thử nghiệm việc phát ảnh có giấu tin dựa theo hai thuật toán đã đề xuất.

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: z 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. z 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 z 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, z 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.