Chương I. TỔNG QUAN VỀ ẨN GIẤU THÔNG TIN Trong một thời gian dài, nhiều phương pháp bảo vệ thông tin đã được đưa ra, trong đó giải pháp dùng mật mã được ứng dụng rộng rãi nhất. Các hệ mã đã được phát triển nhanh chóng và được ứng dụng rất phổ biến. Thông tin ban đầu sẽ được mã hoá thành các kĩ hiệu vô nghĩa, sau đó sẽ được lấy lại thông qua việc giải mã nhờ khoá của hệ mã.
Đã có nhiều hệ mã phức tạp và hiệu quả được sử dụng như DES, RSA, AES,. Giả sử ta có đối tượng cần bảo mật R (một văn bản, một tấm bản đồ hoặc một tệp âm thanh chẳng hạn). Nếu dùng phương pháp mã hoá để bảo mật R ta sẽ thu được bản mật mã của R là R’ chẳng hạn. Thông thường, R’ mang những giá trị “vô nghĩa” và chính điều này làm cho đối phương nghi ngờ và tìm mọi cách thám mã.
Ngược lại, nếu dụng phương pháp giấu R vào một đối tượng khác, một bức ảnh F chẳng hạn ta sẽ thu được bức ảnh F’ hầu như không sai khác với F. Sau đó chỉ cần gửi ảnh F’ cho người nhận. Để lấy ra bản tin R từ ảnh F’ ta không cần ảnh gốc F. Giả sử, khi đối phương bắt được tấm ảnh F’ nếu đó là ảnh lạ (ảnh cá nhân, ảnh phong cảnh của những nơi không nổi tiếng ) thì khó nảy sinh nghi ngờ về khả năng chứa tin mật trong F’.
Như vậy, sự khác biệt giữa mã hoá thông tin và giấu thông tin là mức độ lộ liễu của đối tượng mang tin mật. Nếu ta phối hợp hai phương pháp trên thì mức độ lộ liễu được giảm đến mức tối đa, đồng thời độ an toàn cũng được nâng cao. Chẳng hạn, ta có thể mã hoá R thành R’ sau đó mới giấu R’ vào ảnh F để thu được ảnh F’. Tóm lại, giấu thông tin và hệ mã mật có quan hệ mật thiết với nhau, cùng xây dựng nên một hệ thống an toàn và bảo mật thông tin.1 MỘT SỐ KHÁI NIỆM CƠ BẢN VỀ GIẤU TIN 1.1 Định nghĩa 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 [1].
Kỹ thuật giấu thông tin nhằm mục đích đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin rõ ràng ở hai khía cạnh. Một là bảo mật cho giữ liệu được đem giấu, hai là bảo mật cho chính đối tượng được dùng để giấu tin. Hai khía cạnh khác nhau này dẫn đến hai khuynh hướng kỹ thuật chủ yếu của giấu tin. Khuynh hướng thứ nhất là giấu tin mật (steganography).
Khuynh hướng này tập trung vào các kỹ thuật giấu tin sao cho thông tin giấu được nhiều và quan trọng là người khác khó phát hiện được một đối tượng có bị giấu tin bên trong hay không. Khuynh hướng thứ hai là thuỷ vân số (watermarking). Khuynh hướng thuỷ vân số đánh giấu vào đối tượng nhằm khẳng định bản quyền sở hữu hay phát hiện xuyên tạc thông tin. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.2 Phân loại các kỹ thuật giấu tin Do kỹ thuật giấu thông tin số mới được hình thành trong thời gian gần đây nên xu hướng phát triển vẫn chưa ổn định.
Nhiều phương pháp mới, theo nhiều khía cạnh khác nhau đang và sẽ được đề xuất, bởi vậy một định nghĩa chính xác, một sự đánh giá phân loại rõ ràng chưa thể có được. Sơ đồ phân loại trên hình 1. Có thể chia lĩnh vực giấu dữ liệu ra làm hai hướng lớn, đó là watermarking và steganography. Nếu như watermark quan tâm nhiều đến các ứng dụng giấu các mẩu tin ngắn nhưng đòi hỏi độ bền vững cao của thông tin cần giấu đối với các biến đổi thông thường của tệp dữ liệu môi trường thì steganography lại quan tâm tới các ứng dụng che giấu các bản tin với độ mật và dung lượng càng lớn càng tốt.
Đối với từng hướng lớn này, quá trình phân loại có thể tiếp tục theo các tiêu chí khác, ví dụ dựa theo ảnh hưởng các tác động từ bên ngoài có thể chia watermark thành hai loại, một loại bền vững với các tác động sao chép trái phép, loại thứ hai lại cần tính chất hoàn toàn đối lập: phải dễ bị phá huỷ trước các tác động nói trên. Cũng có thể chia watermark theo đặc tính, một loại cần được che giấu để chỉ có một số những người tiếp xúc với nó có thể thấy được thông tin, loại thứ hai đối lập, cần được mọi người nhìn thấy. Infomation hiding Giấu thông tin Watermarking Steganograph y Thuỷ vân số Giấu tin mật Robust Fragile Copyright Watermarking marking Thuỷ vân “dễ vỡ” Thuỷ vân bền vững Imperceptible Visible Watermarking Watermarking Thuỷ vân ẩn Thuỷ vân hiển Hình 1.1 Phân loại các kỹ thuật giấu tin 1.3 Vài nét về lịch sử giấu tin Từ Steganography bắt nguồn từ Hi Lạp và được sử dụng cho tới ngày nay, nó có nghĩa là tài liệu được phủ (covered writing). Những ghi chép sớm nhất về kỹ thuật LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 8 giấu thông tin (thông tin được hiểu theo nghĩa nguyên thủy của nó) 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, 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. 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 được để ngỏ và lọt qua mọi sự kiểm tra một cách dễ dàng.
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.4 Mô hình kỹ thuật giấu tin và một số thuật ngữ cơ bản Mô hình của kỹ thuật giấu tin cơ bản được mô tả theo hai hình vẽ sau: Thông tin giấu Phương tiện Phân phối Phương tiện Bộ nhúng chứa đã được chứa (audio, thông tin giấu tin ảnh, video) Khoá Hình 1.2 Lược đồ chung cho quá trình giấu tin Hình vẽ trên biểu diễn quá trình giấu tin cơ bản. Phương tiện chứa bao gồm các đối tượng được dùng làm môi trường để giấu tin như text, audio, video, ảnh …, thông tin giấu là một lượng thông tin mang một ý nghĩa nào đó như ảnh, logo, đoạn văn LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 9 bản…tuỳ thuộc vào mục đích của người sử dụng. Thông tin sẽ được giấu vào trong phương tiện chứa nhờ một bộ nhúng, bộ nhúng 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 mã mật cổ điển.
Sau khi giấu tin ta thu được phương tiện chứa bản tin đã giấu và phân phối sử dụng trên mạng. Khoá Phương tiện chứa đã được Bộ giải Phương tiện giấu tin mã tin chứa (audio, ảnh, video) Phân phối Kiểm định Thông tin giấu Hình 1.3 Lược đồ cho quá trình giải mã Hình vẽ trên chỉ ra các công việc giải mã thông tin đã giấu. Sau khi nhận được đối tượng phương tiện chứa có giấu thông tin, quá trình giải mã được thực hiện thông qua một bô giải mã tương ứng với bộ nhúng thông tin cùng với khoá của quá trình nhúng. Kết quả thu được gồm phương tiện chứa gốc và thông tin đã giấu.
Bước tiếp theo thông tin giấu sẽ được xử lí kiểm định so sánh với thông tin giấu ban đầu. Một số thuật ngữ cơ bản: datahiding: là thuật ngữ chỉ kỹ thuật giấu tin nói chung bao gồm cả giấu tin mật và thuỷ vân số. steganography: chỉ kỹ thuật giấu tin mật trong một đối tượng. watermarking: thuỷ vân số, chỉ những kỹ thuật giấu tin dùng để bảo vệ đối tượng chứa thông tin giấu.
phương tiện chứa (host signal): là phương tiện gốc được dùng để nhúng thông tin. Trong giấu thông tin trong ảnh thì nó mang tên ảnh chứa, còn trong audio là audio chứa v.Đôi khi ta cũng gọi phương tiện chứa là môi trường. LUAN VAN CHAT LUONG download : add luanvanchat@agmail.com 10 thông tin giấu (embeded data): là lượng thông tin được nhúng vào trong phương tiện chứa. Trong giấu tin mật steganography thông tin giấu được gọi là thông điệp giấu (message), còn trong kỹ thuật thuỷ vân số thì thông tin giấu được gọi là thuỷ vân (watermark) 1.2 MỘT SỐ ỨNG DỤNG PHỔ BIẾN CỦA KỸ THUẬT GIẤU TIN 1.1 Bảo vệ bản quyền tác giả (copyright protection) Đây là ứng dụng cơ bản nhất của kỹ thuật thuỷ vân số (digital watermarking) - một dạng của phương pháp giấu tin.
Một thông tin nào đó mang ý nghĩa quyền sở hữu tác giả (người ta gọi nó là thuỷ vân - watermark) sẽ được nhúng vào trong các sản phẩm, thuỷ 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. Giả sử có một thành phẩm dữ liệu dạng đa phương tiện như ảnh, âm thanh, video cần được lưu thông trên mạng. Để bảo vệ các sản phẩm chống lại các hành vi lấy cắp hoặc làm nhái cần phải có một kỹ thuật để “dán tem bản quyền” vào sản phẩm này. Việc dán tem hay chính là việc nhúng thuỷ vân cần phải đảm bảo không để lại một ảnh hưởng lớn nào đến việc cảm nhận sản phẩm.
Yêu cầu kỹ thuật đối với ứng dụng này là thuỷ vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm, muốn bỏ thuỷ vân này mà không được phép của người chủ sở hữu thì chỉ có cách là phá huỷ sản phẩm.2 Xác thực thông tin hay phát hiện xuyên tạc thông tin Một tập các thông tin sẽ được giấu trong phương tiện chứa sau đó được sử dụng để nhận biết xem dữ liệu trên phương tiện gốc đó có bị thay đổi hay không. Các thuỷ vân nên được ẩn để tránh được sự tò mò của kẻ thù, hơn nữa việc làm giả các thuỷ vân hợp lệ hay xuyên tạc thông tin nguồn cũng cần được xem xét.