một số kỹ thuật giấu tin trong truyền thông đa phương tiện

Một số kỹ thuật giấu tin trong
truyền thông đa phương tiện

Nội dung trình bày
•
Giới thiệu về giấu tin
•
Thủy vân (Watermarking)
•
Phủ tin (Steganography)
•
Một số thuật toán giấu tin
•
Phương pháp giấu tin trong AVI
•
Demo chương trình
•
Q&A

Nhu cầu sử dụng kĩ thuật giấu tin
•
Truyền tin mật (tin được giấu trong bản
phủ - vật mang tin)
•
Bảo vệ bản quyền tác giả
•
Xác thực thông tin
•
Thêm tiêu đề, ghi chú vào ảnh. Thêm phụ
đề hoặc tiếng lồng vào video.

•
Các trình duyệt thông minh tự động lấy
các thông tin về bản quyền, thông tin về
xếp hạng của tệp tin âm nhạc hay video
•
Kiểm sóat sao chép

Mô hình hệ thống giấu tin
•
Có hai kĩ thuật quan trọng trong giấu tin đó là:
Phủ tin (Steganography) và Thủy vân (Watermarking)
–
Phủ tin:
•
Tư tưởng: giấu thông tin và đảm bảo bí mật sự tồn tài của thông
điệp
–
Thủy vân
•
Tư tưởng: giấu thông tin và làm cho thông tin không cảm nhận
được
•
Giấu tin khác với mã hóa (mã hóa dùng để bảo vệ nội dung
của thông điệp)
Thông điệp
Thuật toán
nhúng
Bản phủ
Truyền qua
mạng

Bộ tách
Thông điệp
Khóa
Khóa

Các vấn đề cần quan tâm khi thực
hiện giấu tin
•
Cảm nhận: Thông tin nhúng vào có làm “méo
mó” bản gốc hay không
•
Dung lượng: Bao nhiêu thông tin có thể nhung
trong ngưỡng cảm nhận cho phép
•
Bền vững trước các tấn công: Thông tin nhúng có
thể tồn tại được trước các tấn công để phá hủy,
gỡ và thay đổi dữ liệu nhúng hay không
•
Sự cân bằng giữa ba yếu tố trên:
–
Càng bền vững => Dung lượng càng thấp
–
Càng khó cảm nhận => Dung lượng càng thấp vv

Truyền tin mật
Bảo vệ bản quyền của ảnh (xác thực)
Thêm tiêu đề, ghi chú vào ảnh. Thêm phụ đề
hoặc tiếng lồng vào video.
Bảo vệ toàn vẹn ảnh (phát hiện lỗi)
Kiểm soát sao chép

Các trình duyệt thông minh tự động lấy các
thông tin về bản quyền, thông tin về xếp hạng
của tệp tin âm nhạc hay video
Yêu cầu
Thấp Cao
Dung lượng
Bền vững
Không nhìn thấy
An toàn
Độ phức tạp nhúng tin
Độ phức tạp để phát hiện
Yêu cầu
Ứng dụng

An toàn
Bền vững
Dung lượng
Mô hình tam giác
Kĩ thuật phủ tin an toàn
Thủy vân số
Phủ tin chất phác

Data hiding
Giấu thông tin
Robust
Thuỷ vân bền vững
Imperceptible
Thuỷ vân ẩn
Steganography
Phủ tin

Watermarking
Thuỷ vân
Fragile
Thuỷ vân dễ vỡ
Visible
Thuỷ vân hiển
Phân loại các kĩ thuật giấu tin

Môi trường giấu tin
•
Giấu tin trong văn bản: ví dụ như thêm các
khoảng trống sau các dấu chấm câu,
khoảng trống giữa các dòng văn bản,
khoảng trống cuối câu …
•
Giấu tin trong ảnh: thay đổi bit ít quan
trọng của ảnh, nhiễu ngẫu nhiên …
•
Giấu tin trong audio: mã hóa tần số thấp,
nhiễu ngẫu nhiên không cảm nhận được …
•
Giấu tin trong video: thay đổi các bít ít
quan trọng trong các khung hình

Miền không gian
Nhúng dữ liệu trực tiếp
bằng việc thay đổi giá trị
các điểm ảnh
Trong miền tần số
Dữ liệu được nhúng vào

miền biến đổi bằng cách thay
đổi các hệ số
+ =
DCT
Modify
DCT
Inverse DCT
Miền giấu tin

Ví dụ về giấu tin
± 2 mức xám
± 5 mức xám
± 31 mức xám
Ảnh gốc
+
+
+
=
=
=

Thủy vân
•
Mục đích: Thông tin đem giấu mang một số thông
tin về vật mang tin như chủ sở hữu, bản quyền
hoặc các thông tin khác
•
Thủy vân có thể xem xét là một thuộc tính mở
rộng của dữ liệu
•

Tính bền vững of của thủy vân là quan trọng nhất
•
Thủy vân có thể là ẩn hoặc hiện

Khái niệm thủy vân
•
Thủy vân (watermarking) là việc nhúng một thông
điệp có nội dung liên quan đến tác phẩm (bản phủ)
vào chính tác phẩm đó mà không làm thay đổi nội
dung của tác phẩm
•
Thủy vân tương đối giống với phủ tin
(steganography), tuy nhiên có những điểm khác
nhau:
–
Trong thủy vân thì thông điệp có liên quan đến vật mang
tin
–
Phủ tin liên quan đến việc che đậy thông tin liên lạc điểm-
điểm nên yêu cầu về tính bền vững không cao
–
Thủy vân có tính phòng thủ chống lại các hành động để
gỡ bỏ nó

Lịch sử của thủy vân
•
Hơn 700 năm trước, thủy vân được sử dụng ở Ý
để chỉ ra hãng giấy và nhà máy sản xuất ra nó
•
Vào thế kỉ 18, thủy vân bắt đầu được sử dụng để

chống làm giả tiền và một số tài liệu khác
•
Ví dụ đầu tiên của công nghệ tương tự thủy vân
số là sáng chế được nộp năm 1954 của Emil
Hembrooke về phân loại tác phẩm
•
Năm 1988, Komatsu Tominaga dường như là
những người đầu tiên sử dụng thuật ngữ “thủy
vân số"
•
Khoảng từ năm 1995 đến nay, nhu cầu về sử
dụng thủy vân số tăng lên rất mạnh

Các tấn công trên hệ thủy vân
•
Hệ thống thủy vân cần chống lại được một số phép xử lý ảnh
thông thường và một số tấn công có chủ định đối với ảnh chứa
thuỷ vân. Tuỳ theo mục tiêu bảo vệ, trong thực tế khi tiến
hành thuỷ vân phải cân nhắc giữa tính bền vững với các
thuộc tính khác như lượng thông tin giấu, tính ẩn… Dựa vào
những biến đổi có chủ định hay không có chủ định đối với hệ
thuỷ vân mà ta có thể phân biệt thành một số loại tấn công
sau:
•
- Biến đổi tín hiệu, làm sắc nét, thay đổi độ tương phản, màu,
gam màu
•
- Nhiễu cộng, nhiễu nhân;
•
- Lọc tuyến tính;

•
- Nén mất thông tin;
•
- Giảm dữ liệu: cropping, sửa histogram;
•
- Thuỷ vân nhiều lần

Phủ tin (steganography)
•
Định nghĩa:Nhúng thông tin vào vật mang
tin sao cho sự tồn tại của thông tin không bị
phát hiện.
•
Mục đích: truyền thông điệp bí mật bên
trong phương tiện mang tin thông thường vì
vậy sự tồn tại của thông điệp không bị phát
hiện
•
Tính bền vững không quá quan trọng
•
Luôn luôn ẩn
•
Phụ thuộc vào định dạng của file

LỊCH SỬ PHỦ TIN
•
440 trước công nguyên
Herodotus, một nhân vật Hy lạp cổ đại, ông ta đã gửi
một nô lệ đến thành phố Miletus cho người thầy của
mình là Histiaeus. Thông tin bí mật được săm trên

đầu người nô lệ. Sau khi săm, anh ta được để cho
mọc lại tóc để phủ lên thông điệp. Sau đó anh ta đi
đến Miletus, ngay sau khi đến nơi Histiaeus cạo đầu
người nô lệ và tấu trình với hoàng thân Aristagoras.
Thông điệp được săm trên đầu người nô lệ khích lệ
Aristagoras tiến hành cuộc bạo loạn chống lại nhà
vua Ba tư. Trong ngữ cảnh này, vai trò của thông
điệp có giá trị thiết thực với Histiaeus và người nô lệ
chỉ đơn thuần là người mang tin.
•
Chiến tranh thế giới thứ nhất và thứ 2
Gián điệp Đức sử dụng mực không màu để in những
vết rất nhở trên các bức thư

Phủ tin sơ khai
•
Ảnh tượng hình: ví dụ Sherlock Holmes người ông
đang nhảy.
“Cứu tôi với”

Phủ tin: Phương pháp thay thế bit
(LSB)
•
Ảnh: thay thế bit ít quan trọng nhất (LSB
– Least Significant Bit) của ảnh bằng các
bit của thông điệp cần giấu
•
Dữ liệu ẩn trong “nhiễu” của ảnh
•
Phương pháp này có thể giấu được nhiều

dữ liệu
•
Dễ vỡ trước các tấn công ảnh

Ví dụ:
3 điểm màu của ảnh 24bit
(00100111 11101001 11001000)
(00100111 11001000 11101001)
(11001000 00100111 11101001)
Khi kí tự “A” – có giá trị nhị phận là 10000001,
được chèn vào:
(00100111 11101000 11001000)
(00100110 11001000 11101000)
(11001000 00100111 11101001)
Chỉ có ba bit (gạch chân) cần thiết phải thay đổi để
có thể chèn thành công kí tự “A”.
Phủ tin: Phương pháp thay thế bit
(LSB)

+
=
ảnh 8-bit (256 xams)
TUYỆT MẬT
LSB

Hy sinh 2 bits của ảnh gốc để chứa 2 bits
của ảnh bí mật
Ảnh chứa ảnh bí mật Ảnh bí mật được
tách ra
LSB sửa đổi

Hy sinh 5 bits của ảnh gốc để chứa
5 bits của ảnh bí mật
LSB sửa đổi
Ảnh chứa ảnh bí mật Ảnh bí mật được
tách ra

Thuật toán giấu tin theo khối bit
•
Input
–
Một ảnh nhị phân F
–
Dãy bít cần giấu b1 b2 ……… bN với N cho trước
•
Output
•
Ảnh nhị phân G được biến đổi từ F và G có chứa dãy bít b1
b2 bN
•
Nội dung thuật toán
•
Bước 1: Chia ảnh gốc F thành các ma trận điểm ảnh Fi có
kích thước mxn. Để không mất tính tổng quát, chúng ta giả
sử F luôn chia được thành N khối kích thước mxn
•
Bước 2: Với mỗi khối Fi (i = 1,2, ….,N) sẽ tiến hành giấu
một bit bi (bi = 0 hoặc bi =1) bằng cách biến đổi Fi thành
Gi sao cho Gi thỏa mãn bất biến sau:
•

Bước 3: Kết hợp các khối Gi ta sẽ thu được ảnh G chứa dãy
bít b1 b2 ……… bN

Thuật toán giấu tin theo khối bit
•
Quá trình giải tin.
•
Khi nhận được ảnh đã giấu tin, quá trình giải mã
tin sẽ được thực hiện theo các bước sau đây.
•
Chia ảnh thành các khối có kích thước giống kích
thước khối đã sử dụng khi thực hiện giấu, đây
chính là khoá để giải mã.
•
Với mỗi khối việc giải tin theo quy tắc: đếm số bít
1 trong khối, nếu tổng số bít 1 là lẻ thì thu được
bít 1, ngược lại thu được bít 0. Và cứ tiếp tục cho
đến khi hết các khối đã giấu.
•
Như vậy, sau khi xét hết các khối đã giấu ta thu
được một chuỗi bit. Chuỗi bit này chính là thông
tin đã giấu trong ảnh nhị phân.