giấu tin trong tập tin avi

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của bản thân. Các
số liệu, kết quả trình bày trong luận án là trung thực và chưa từng được
ai công bố trong bất kỳ công trình luận văn nào trước đây.
Tác giả luận văn


1
MỤC LỤC
Nội dung Trang
PHẦN MỞ ĐẦU 1
CHƯƠNG 1: TÌM HIỂU VỀ KĨ THUẬT GIẤU TIN 5
1.1. Một số khái niệm cơ bản 5
1.1.1 Một số thuật ngữ được sử dụng trong lĩnh vực giấu tin 5
1.1.2. Khái niệm về giấu tin 6
1.1.2.1 Khái niệm chung về giấu tin 6
1.1.2.2 Mục đích giấu tin……………………………… 6
1.1.2.3 Khái niệm về thủy vân (watermarking)……… 6
1.1.2.4 Khái niệm về phủ tin (steganography)……… 7
1.1.3. Mô hình chung cho quá trình giấu tin 7
1.2. Lịch sử các kỹ thuật giấu tin………………………………… 8
1.3. Phân loại các kỹ thuật giấu tin……………………………… 9
1.4. Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin 11
1.5. Môi trường giấu tin 13
1.5.1. Giấu tin trong văn bản 13
1.5.2. Giấu tin trong ảnh… 14
1.5.3. Giấu tin trong audio
15
1.5.4. Giấu tin trong video…
15
1.6. Giấu tin trong ảnh……………………… 16

1.6.1.Giấu tin trên miền không gian ảnh 18
1.6.2.Giấu tin trên miền tần số ảnh 18
1.7. Thủy vân số trên ảnh 19
1.7.1. Các yêu cầu cơ bản của hệ thuỷ vân 22
1.7.2. Mô hình hệ thống thuỷ vân 23
1.7.3. Những tấn công trên hệ thuỷ vân 25
1.7.4. Đánh giá chất lượng ảnh trong thuỷ vân 26
1.8 Tổng kết chương…………………………………………… 28
2
CHƯƠNG 2: MỘT SỐ THUẬT TOÁN GIẤU TIN 29
2.1. Một số thuật toán giấu tin trên miền không gian 29
2.1.1. Kỹ thuật giấu tin theo khối bít 29
2.1.2. Kỹ thuật giấu tin Wu – Lee 30
2.1.3. Kỹ thuật giấu tin Chen – Pan – Tseng 34
2.2. Một số thuật toán giấu tin trên miền tần số…… 38
2.2.1 Kỹ thuật giấu tin trên miền tần số ảnh dựa trên biến
đổi DCT…………………………………………………………
38
2.2.2. Kỹ thuật giấu tin LSB ………………………………… 42
2.2.3. Thuật toán Jsteg……………………………… 43
2.2.4. Thuật toán F5….
……………………………
44
2.3. Tổng kết chương………………………………………
49
CHƯƠNG 3: PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN TRONG TẬP TIN
VIDEO - AVI
50
3.1 Thuật toán LSB sửa đổi ……………………………………… 50
3.2. Kĩ thuật che giấu ………………………………… 52

3.3. Biến đổi………………………………………………………… 52
3.4. Đề xuất………………………………………………………… 48
3.5. Tính toán năng lực giấu tin 56
3.6. Thiết kế chương trình giấu tin trong dữ liệu AVI …………… 57
3.7 Tổng kết chương ………………………………………………. 68
KẾT LUẬN 69
DANH SÁCH CÁC HÌNH
Nội dung Trang
Hình 1.1. Mô hình chung của hệ thống thủy vân và phủ
tin……………
7
3
Hình 1.2. Sơ đồ phân loại kỹ thuật giấu tin
9
Hình 1.3. Phân loại các kỹ thuật thuỷ vân……………………………….
20
Hình 1.4. Mô hình quá trình nhúng thuỷ vân…………………………….
24
Hình 1.5. Mô hình quá trình tách và kiểm định thuỷ vân……………….
25
Hình 2.1. Sơ đồ mã hóa và giải mã dùng biến đổi
DCT…
39
Hình 2.2. Các bước của quá trình mã hóa biến đổi DCT đối với một
khối………………………………………………
.
41
Hình 2.3. Ma trận lượng
tử………………………………………………
42

Hình 3.1. Tập tin AVI và thuật toán giấu
tin……………………………
56
Hình 3.2. Kiểu
RGB………………………………………………………
56
4
DANH SÁCH CÁC BẢNG
Nội dung Trang
Bảng 2.1 Sự liên hệ giữa mật độ thay đổi và tỉ lệ
nhúng……………
46
Bảng 2.2 Sự phụ thuộc (
×
) giữa bit thông điệp Xi và các bit từ mã a’j
47
5
MỘT SỐ TỪ VIẾT TẮT
1 DCT (Discrete Cosine
Transform):
Phép biến đổi cosin rời rạc từ miền
không gian ảnh sang miền tần số
2 CPT (Y.Chen, H.Pan,
Y.Tseng)::
Tên ba tác giả đề xuất thuật toán
giấu r bit vào một khối bit nhưng chỉ
biến đổi tối đa hai phần tử.
3 BMP Basic Metabolic Panel - Ảnh bipmap
4 JPEG Joint Photographic Experts Group -
Ảnh nén JPEG

5 GIF Graphics Interchange Format - Ảnh
có định dạng GIF
6 PNG Portable Network Graphics - Ảnh nén
PNG
7
TIFF
Tagged Image File Format – tập tin
định dạng TIFF chứa nhiều ảnh
8
Huffman
mã Huffman là một thuật toán mã
hóa dùng để nén dữ liệu
6
PHẦN MỞ ĐẦU
1. Đặt vấn đề
Thông tin kỹ thuật số với cuộc cách mạng bùng nổ những năm gần
đây đã đem lại những thay đổi sâu sắc trong xã hội và trong cuộc sống
hiện đại của chúng ta. Bên cạnh những thuận lợi và cơ hội lớn lao mà
thông tin kỹ thuật số mang lại là những khó khăn và thách thức cho quá
trình đổi mới.
Một nhân tố vô cùng quan trọng đó là sự ra đời mạng toàn cầu
internet với địa chỉ trang web đầu tiên do Berners-Lee đưa vào hoạt
động từ năm 1991. Tiếp đó là việc Công ty Netscape đưa ra trình duyệt
thương mại rộng rãi khiến từ em bé đến cụ già đều có thể dễ dàng sử
dụng Internet . Giá trị của khả năng số hóa thông tin làm cho con người
có thể số hóa mọi thứ, và mọi văn bản, hình ảnh, âm nhạc, phim
truyện đều được chuyển thành các đơn vị bit và byte. Người ta chụp
ảnh bằng máy ảnh kỹ thuật số, quay phim bằng các máy ghi hình gọn
nhẹ, ghi âm bằng máy nhỏ như chiếc bút, gửi thư qua e-mail và có lẽ
nhu cầu sử dụng phim ảnh cùng tem thư đã giảm đi đáng kể. Nhu cầu

đối với các công ty dịch vụ mạng và nhu cầu xây dựng các đường cáp
quang bùng nổ một cách mạnh mẽ. Xa lộ cáp quang đã thuộc về cả thế
giới chứ không nằm trong phạm vi của bất kỳ quốc gia nào. Mỗi sợi
trong dây cáp quang giờ đây có khả năng truyền tải đồng thời nhiều
nghìn tỷ bit dữ liệu một lúc. Mạng Internet toàn cầu đã biến thành một xã
hội ảo nơi diễn ra quá trình trao đổi thông tin trong mọi lĩnh vực chính trị,
quân sự, quốc phòng, kinh tế, thương mại
Nhân tố thứ hai là các tiến bộ của những phương tiện không dây
truyền đạt thông tin. Ví dụ như máy nghe nhạc số iPod nhỏ hơn bàn tay
có thể kết nối không dây với Internet và những thiết bị khác sử dụng các
7
kết nối hồng ngoại, Bluetooth, Wi-fi, Wimax, Gprs, EDGE, 3G. Với ổ đĩa
USB 2.0 và một máy tính có bộ xử lý trung bình 2GHz ngày nay, để tải
một bức ảnh từ máy ảnh số xuống máy tính chỉ cần chưa đến 0,2 giây.
Với máy nghe nhạc iPod 40GB nhỏ xíu ngày nay con người có thể lưu
giữ vài nghìn bài hát yêu thích. Đã có tới 5 tỷ bản nhạc được tải miễn
phí nhờ sử dụng các chương trình chia sẻ file như e-Donkey, Bit’Torrent,
Kazaa Sự ra đời những phần mềm có tính năng rất mạnh, các thiết bị
mới như máy ảnh kỹ thuật số, máy quét chất lượng cao, máy in, máy ghi
âm kỹ thuật số,… đã với tới thế giới tiêu dùng rộng lớn để sáng tạo, xử
lý và thưởng thức các dữ liệu đa phương tiện
Tất cả những thông tin trên cho thấy tính sẵn sàng và phổ biến của
thông tin số ngày nay. Tuy nhiên, bên cạnh những thuận lợi đó là những
khó khăn mà chúng ta phải đối mặt liên quan đến vấn đề đảm bảo bản
quyền tác giả, đảm bảo tính nguyên gốc cũng như đối mặt với vấn nạn
sao chép và sử dụng bất hợp pháp, xuyên tạc thông tin, truy nhập thông
tin trái phép.
Đi tìm giải pháp cho những vấn đề này không chỉ giúp ta hiểu thêm
về công nghệ phức tạp đang phát triển rất nhanh này mà còn đưa ra
những cơ hội kinh tế mới cần khám phá. Trong một quá trình phát triển

lâu dài, nhiều phương pháp bảo vệ thông tin đã được đưa ra trong đó
giải pháp dùng mật mã học là giải pháp được ứng dụng rộng rãi nhất.
Các hệ mã mật đã được phát triển nhanh chóng và được ứng dụng rất
phổ biến cho đến tận ngày nay. Thông tin ban đầu sẽ được mã hoá
thành các ký hiệu vô nghĩa, sau đó sẽ được lấy lại thông qua việc giải
mã nhờ khoá của hệ mã. Đã có rất nhiều những hệ mã phức tạp được
sử dụng như DES, RSA, NAPSACK và phương pháp này đã được
chứng minh thực tế là rất hiệu quả và được ứng dụng phổ biến.
8
Trong luận văn này, tác giả không trình bày nhiều về các hệ mã mật mà
tìm hiểu sâu về một phương pháp đã và đang được nghiên cứu và ứng
dụng rất mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới đó là phương pháp giấu tin
(data hiding). Đây là phương pháp mới và phức tạp, nó đang được xem
như một công nghệ chìa khoá cho vấn đề bảo vệ bản quyền, nhận thực
thông tin và điều khiển truy cập, ứng dụng trong an toàn và bảo mật
thông tin
Giấu thông tin là kỹ thuật nhúng thông tin vào trong một nguồn đa
phương tiện mà không gây ra sự nhận biết về sự tồn tại của thông tin
giấu
2. Mục đích của luận văn
Giấu dữ liệu (data hiding) là một lĩnh vực rộng lớn, luận văn này đề
cập đến việc nghiên cứu các kỹ thuật giấu dữ liệu trong ảnh, âm thanh,
và đặc biệt là video.
Luận văn tập trung vào việc nghiên cứu và cải tiến một số kỹ thuật
giấu dữ liệu trong ảnh đã được công bố, sau đó phát triển, mở rộng kỹ
thuật giấu dữ liệu trong môi trường không gian, tần số và tiến đến xây
dựng các thư viện cung cấp cho người dùng có thể sử dụng vào thực tế.
3. Những đóng góp của luận văn
- Luận văn cung cấp cho người dùng một cách nhìn tổng quát và
đầy đủ của mô hình hệ thống giấu tin. Từ đó, người dùng sẽ chọn cách

thức, môi trường phù hợp để tiếp cận các bài toán cụ thể.
- Luận văn trình bày phương pháp biến đổi DCT (Discrete cosine
transform) từ miền không gian sang miền tần số và một số thuật toán
LSB (Least Significant Bit), JSteg, F5
- Đề xuất một phương pháp giấu tin trong dữ liệu video
9
- Xây dựng một chương trình thử nghiệm giấu tin trong tập tin AVI
(audio video interleave)
10
Chương 1. TÌM HIỂU VỀ KĨ THUẬT GIẤU TIN
1.1. Một số khái niệm cơ bản
1.1.1 Một số thuật ngữ được sử dụng trong lĩnh vực giấu tin
Kĩ thuật giấu tin đang trong quá trình nghiên cứu và phát triển, do vậy
các thuật ngữ trong lĩnh vực này chưa hoàn thiện và thống nhất. Trong
luận văn này tác giả sẽ thống nhất sử dụng một số thuật ngữ cơ bản
sau:
“Giấu tin” (data hiding, information hiding) – là thuật ngữ biểu thị quá
trình giấu dữ liệu vào một đối tượng nào đó.
“Phủ tin” (steganography) – là thuật ngữ có nguồn gốc từ Hy lạp để nói
về kỹ thuật giấu tin mật trong một đối tượng.
“Thuỷ vân” (Watermarking) – là thuật ngữ chỉ những kỹ thuật giấu tin
kiểu đánh dấu được dùng để bảo vệ những đối tượng chứa thông tin
giấu
“Phiên bản gốc” – một đoạn văn bản, bản nhạc, một đoạn video hay
hình ảnh hoặc một bản sao của chúng được gọi là “phiên bản gốc”.
‘Bản phủ’ – phiên bản gốc không bị sửa chữa đôi khi được gọi là “bản
phủ” (cover works) – trong đó người ta giấu hoặc “phủ” những thông tin
cần giấu ví dụ như một thông điệp bí mật.
“Thông điệp” (Message) – là thuật ngữ dùng để chỉ các thông tin được
giấu trong các phương tiện chứa để chuyển đi. Thông điệp có thể có

nhiều dạng như dạng văn bản hoặc hình ảnh
“Đa phương tiện” là thuật ngữ để chỉ việc thể hiện, truyền tin và ghi lại
những nội dung của bản phủ
11
“Thám ẩn liệu” (Steganalysis) - là thuật ngữ để nói về kỹ thuật phát hiện
đối tượng có mang tin nói chung.
1.1.2 Khái niệm về giấu tin
1.1.2.1 Khái niệm chung về giấu tin
Giấu tin (data hiding, information hiding) là một khái niệm
chung, rộng lớn bao gồm tất cả các vấn đề liên quan đến việc
nhúng một thông điệp vào một nội dung hay một đối tượng nào
đó. Thuật ngữ “giấu” ở đây được hiểu là làm cho thông tin không
nhận thấy hay cảm thụ được, hoặc là giữ được sự tồn tại của bí
mật thông tin. hướng thứ nhất là thuỷ vân, thuỷ vân có miền ứng
dụng lớn hơn nên được quan tâm nghiên cứu nhiều hơn và thực
tế đã có rất nhiều kỹ thuật đã được đề xuất
.
Hướng thứ hai là phủ
tin - giấu tin mật, nhằm tập trung vào các kỹ thuật giấu tin sao cho
người khác khó phát hiện được đối tượng có chứa thông tin mật
bên trong.
1.1.2.2 Mục đích giấu tin
Mục đích của giấu tin thường là mang tính riêng tư, cá nhân,
sao cho thông tin đem giấu chỉ đến được một phạm vi hẹp các đối
tượng mục tiêu. Giấu tin có hai mục đích: một là bảo mật cho dữ
liệu được đem giấu, hai là bảo vệ cho chính đối tượng được giấu
tin ở trong. Từ các mục đích này mà giấu tin sẽ hình thành các kĩ
thuật khác nhau.
1.1.2.3 Khái niệm về thủy vân (watermarking)
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
12
1.1.2.4 Khái niệm về phủ tin (steganography)
Phủ tin (steganography) là việc nhúng một thông điệp bí mật vào bản
phủ mà những thay đổi trên bản phủ không bị phát hiện
1.1.3. Mô hình chung của quá trình giấu tin
Cả hai phương pháp thủy vân và phủ tin đều hướng đến kĩ thuật
giấu tin, hai hệ thống đều bao gồm bộ nhúng và bộ tách, được mô tả ở
hình 1.1. Bộ nhúng có hai đầu vào: một là dữ liệu nhúng - thông tin cần
nhúng (ví dụ như thủy vân hay thông điệp mật); hai là bản phủ – là nơi
mà ta sẽ nhúng thông tin cần nhúng vào đó. Đầu ra của bộ nhúng điển
hình là thông tin đã được trộn vào nhau và sau đó được truyền đi hoặc
ghi lại. Sau đó, các phiên bản gốc (kể cả các phiên bản khác không qua
bộ nhúng) sẽ xuất hiện ở đầu vào của bộ tách. Hầu hết các bộ tách sẽ
cố gắng xác định sự tồn tại của thông tin nhúng, và nếu có, nó sẽ xuất ra
thông điệp đã được nhúng.
Hình 1.1 Mô hình chung của hệ thống thủy vân và phủ tin
Giấu tin là một kỹ thuật giấu một lượng thông tin số nào đó
vào một đối tượng dữ liệu khác.
13
Bộ nhúng Bộ tách
Dữ liệu nhúng
Bản phủ
Dữ liệu
nhúng đã
được tách
Yêu cầu cơ bản của giấu tin là đảm bảo tính chất ẩn của
thông tin được giấu đồng thời không ảnh hưởng đến chất lượng
của dữ liệu gốc.

1.2. Lịch sử các kỹ thuật giấu tin
Vào cuối những năm 1990, trên thế giới bùng nổ các hệ
thống thủy vân số. Mục đích của các hệ thống này tập trung chủ
yếu vào hình ảnh, âm thanh và video, tuy nhiên các nội dung khác
như ảnh nhị phân, văn bản, hình vẽ, mô hình ba chiều, thông số
động, mã chạy chương trình, mạch tích hợp… cũng được quan
tâm đáng kể. Ứng dụng của những phương pháp này rất nhiều và
đa dạng, bao gồm: nhận dạng quyền tác giả, thiết lập chỉ số cho
thiết bị ghi để những nội dung được đánh dấu sẽ không được
phép ghi chép, xác nhận việc thông tin không bị sửa chữa kể từ
khi thông tin được giấu, kiểm soát các kênh quảng bá và tìm kiếm
thông tin được đánh dấu.
Lĩnh vực giấu tin - “phủ tin” được quan tâm đặc biệt và đáng
kể nhất là sau khi xảy ra vụ tấn công khủng bố ngày 11-09-2001,
khi mà người ta đã có chứng cứ rõ ràng rằng tội phạm đã sử
dụng kĩ thuật giấu tin để liên lạc với nhau. Những kĩ thuật phủ tin
đầu tiên tập trung vào kĩ thuật giấu tin phổ biến nhất đó là LSB
(Least Significant Bit) trong ảnh BMP và GIF, tiếp đó là JPEG và
các tệp audio.
14
1.3. Phân loại các kỹ thuật giấu tin
Hình 1.2 Sơ đồ phân loại kỹ thuật giấu tin
[1]
Kỹ thuật giấu tin nhằm mục đích đảm bảo an toàn và bảo
mật thông tin ở hai khía cạnh:
+ Một là bảo mật cho dữ liệu được đem giấu.
+ Hai là bảo mật cho chính đối tượng được dùng để giấu tin.
Từ hai khía cạnh khác nhau này dẫn đến hai khuynh hướng kỹ
thuật chủ yếu của giấu tin.
“Giấu tin” (data hiding), “phủ tin” (steganograpy) và thủy vân

(watermarking) là ba khái niệm tương đối gần nhau, dễ lấn sân và
chồng chéo nhau. Tuy nhiên, bên trong các hệ thống này có
những điểm khác nhau về cơ bản, về lí luận, dẫn đến khác nhau
về yêu cầu hệ thống, thiết kế hệ thống và giải pháp kĩ thuật.
Trong phần này, tác giả phân loại và chỉ ra sự khác nhau
giữa các khái niệm này.
1
F.A.P. Petitcolas, R.J. Anderson, and M.G. Kuhn, “Information Hiding - A Survey,” in Proc. Of the IEEE, vol.
87, No. 7, July 1999, pg. 1063
15
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
Như đã đề cập đến ở phần 1.1.2, giấu tin (data hiding,
information hiding) là một khái nhiệm chung, rộng lớn bao gồm tất
cả các vấn đề liên quan đến việc nhúng một thông điệp vào một
nội dung hay tác phẩm nào đó. Thuật ngữ “giấu” ở đây được hiểu
là làm cho thông tin không nhận thấy hay cảm thụ được, hoặc là
giữ được sự tồn tại của bí mật thông tin.

Phủ tin (steganography) bắt nguồn từ tiếng Hy lạp
”steganos” có nghĩa là “phủ”, và “graphia” có nghĩa là “bài viết”
hay “tin”. Phủ tin là một nghệ thuật liên lạc kín, ẩn. Sự tồn tại của
thông điệp là bí mật.
Khuyng hướng này tập trung vào các kỹ thuật giấu 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.
Một ví dụ phổ biến của “phủ tin” thường được nhắc đến đó là
một câu chuyện cổ từ 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.
Thủy vân
16
Đánh dấu vào đối tượng nhằm khẳng định bản quyền sở
hữu hay phát hiện xuyên tạc thông tin. Thủy vân số được phân
thành hai loại thủy vân bền vững và thủy vân dễ vỡ.
- Thuỷ vân bền vững: thường được ứng dụng trong các
ứng dụng bảo vệ bản quyền. Thuỷ vân được nhúng trong sản
phẩm như một hình thức dán tem bản quyền. Trong trường hợp
này, thuỷ vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm nhằm
chống việc tẩy xoá, làm giả hay biến đổi phá huỷ thuỷ vân. Thuỷ
vân bền vững lại được phân thành hai loại:

+ Thuỷ vân ẩn: cũng giống như giấu tin, bằng mắt thường
không thể nhìn thấy thuỷ vân.
+ Thuỷ vân hiện: là loại thuỷ vân được hiện ngay trên sản
phẩm và người dùng có thể nhìn thấy được.
- Thủy vân dễ vỡ: là kỹ thuật nhúng thuỷ vân vào trong ảnh
sao cho khi phân bố sản phẩm trong môi trường mở nếu có bất
cứ một phép biến đổi nào làm thay đổi đối tượng sản phẩm gốc
thì thuỷ vân đã được giấu trong đối tượng sẽ không còn nguyên
vẹn như trước khi giấu nữa (dễ vỡ).
1.4. Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin
Bảo vệ bản quyền tác giả: Một thông tin nào đó mang ý
nghĩa bản quyền được sở hữu bởi tác giả gọi là thuỷ vân, thông
tin này sẽ được nhúng vào trong các sản phẩm multimedia, và đó
là minh chứng cho bản quyền của tác giả nhằm bảo vệ các sản
phầm
chống lại các hành vi lấy cắp hoặc làm nhái. Yêu cầu kỹ thuật đối
với
ứng dụng này là thuỷ vân phải tồn tại bền vững cùng với sản
phẩm, khi muốn bỏ thuỷ vân này mà không được phép của người
17
chủ sở hữu thì chỉ còn cách là phá huỷ sản phẩm. Đây là ứng
dụng cơ bản nhất của kỹ thuật thuỷ vân số.
Xác
thực thông tin: Với kiểu ứng dụng này các thuỷ vân
nên được ẩn để tránh được sự tò mò của đối phương, hơn nữa
việc làm giả các thuỷ vân hợp lệ hay xuyên tạc thông tin nguồn
cũng cần được xem xét. Một tập các thông tin sẽ được giấu trong
dữ liệu nguồn và thông tin sẽ được sử dụng để nhận biết xem dữ
liệu nguồn có bị thay đổi hay không.Trong các ứng dụng thực tế,
người ta mong muốn tìm được vị trí bị xuyên tạc cũng như phân

biệt được các thay đổi.
Giấu tin mật
: Việc giải mã để nhận được thông tin cũng
không cần dữ liệu môi trường gốc. Đối với các thuật toán giấu tin
mật chúng ta không chú trọng đến việc bảo vệ thông tin mật trước
sự tấn công của các đối thủ mà thay vào đó các thuật toán quan
tâm đến tính ẩn và tính an toàn đối với dữ liệu cần giấu. Do đó,
các thuật toán giấu tin có độ bảo mật cao sẽ được sử dụng trong
các ứng dụng giấu tin mật. Thông tin được giấu trong những
trường hợp này cần được bảo mật trước các đối thủ.
Dấu vân tay hay dán nhãn: Ví dụ như các vân khác nhau
sẽ được nhúng vào các bản sao khác nhau của thông tin gốc
trước khi chuyển cho nhiều người. Với những ứng dụng này thì
yêu câu là đảm bảo độ an toàn cao cho các thuỷ vân tránh sự xoá
dấu vết trong khi phân phối. Thuỷ vân số trong những ứng dụng
này được sử dụng để nhận diện người gửi hay người nhận của
một thông tin nào đó.
Kiểm soát sao chép: Các thiết bị phát hiện ra thuỷ vân
thường được gắn sẵn vào trong các hệ thống đọc/ghi. Ví dụ như
18
hệ thống quản lí sao chép DVD đã được sử dụng ở Nhật. Các
ứng dụng loại này yêu cầu thuỷ vân phải được đảm bảo an toàn
và cũng sử dụng phương pháp phát hiện thuỷ vân đã giấu mà
không cần thông tin gốc. Các thuỷ vân trong những trường hợp
này được sử dụng để kiểm soát việc sao chép thông tin.
Chú giải:
Các thông tin được giấu trong những trường hợp này
càng nhiều càng tốt. Việc giải mã để lấy thông tin không cần sử dụng
đến phiên bản gốc - phương tiện gốc ban đầu. Yêu cầu chống tấn công
của đối thủ không phải là ưu tiên số một, mà thay vào đó là thông tin

giấu phải hoàn toàn được giữ bí mất (có thể sử dụng trong truyền thông
tin mật)
1.5. Môi trường giấu tin
1.5.1. Giấu tin
trong văn bản
Trong việc trao đổi thông tin qua hệ thống máy tính, văn bản
chiếm một tỷ lệ rất lớn so với các loại phương tiện chứa khác. Tuy
vậy, giấu tin trong văn bản lại chưa được quan tâm nghiên cứu
nhiều. Các nghiên cứu về giấu tin trong văn bản được chia theo
hai hướng, thứ nhất văn bản được sử dụng để giấu tin là những
văn bản được chụp lại và lưu trên máy như một bức ảnh nhị
phân. Theo hướng này, các kỹ thuật giấu tin được thực hiện như
kỹ thuật giấu tin trong ảnh. Hướng thứ hai, phương tiện chứa sử
dụng cho quá trình giấu tin được lưu dưới dạng văn bản. Theo
hướng này, các kỹ thuật giấu tin cũng được tiến hành như giấu tin
trong ảnh bằng cách thay đổi một số ký tự tại một số vị trí trên văn
bản mà không làm ảnh hưởng nhiều đến nội dung văn bản gốc.
.
1.5.2. Giấu tin
trong ảnh
19
Nhận được sự quan tâm rất lớn của các cá nhân, tổ chức, trường
đại học, và viện nghiên cứu trên thế giới. Giấu thông tin trong ảnh hiện
nay chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các chương trình ứng dụng, các phần
mềm, hệ thống giấu tin trong đa phương tiện bởi lượng thông tin trao đổi
được trao đổi bằng ảnh là rất lớn, hơn nữa giấu thông tin trong ảnh cũng
đóng vai trò hết sức quan trọng đối với hầu hết các ứng dụng bảo vệ an
toàn thông tin như: nhận thực thông tin, xác định xuyên tạc thông tin,
bảo vệ bản quyền tác giả, điều khiển truy cập, giấu thông tin mật…
Ví dụ như đối với các nước phát triển, chữ kí tay đã được số hoá

và lưu trữ sử dụng như là hồ sơ cá nhân của các dịch vụ ngân hàng và
tài chính, nó được dùng để nhận thực trong các thẻ tín dụng của người
tiêu dùng. Phần mềm WinWord của MicroSoft cũng cho phép người
dùng lưu trữ chữ kí trong ảnh nhị phân rồi gắn vào vị trí nào đó trong file
văn bản để đảm bảo tính an toàn của thông tin. Tài liệu sau đó được
truyền trực tiếp qua máy fax hoặc lưu truyền trên mạng. Theo đó, việc
xác nhận chữ kí, xác thực thông tin đã trở thành một vấn đề cực kì quan
trọng khi mà việc ăn cắp thông tin hay xuyên tạc thông tin bởi các tin tặc
đang trở thành một vấn nạn đối với bất kì quốc gia nào, tổ chức nào.
Thêm vào đó, lại có rất nhiều loại thông tin quan trọng cần được bảo mật
như những thông tin về an ninh, thông tin về bảo hiểm hay các thông tin
về tài chính, các thông tin này được số hoá và lưu trữ trong hệ thống
máy tính hay trên mạng. Chúng rất dễ bị lấy cắp và bị thay đổi bởi các
phần mềm chuyên dụng.
Thông tin sẽ được giấu cùng với dữ liệu ảnh nhưng chất lượng
ảnh ít thay đổi và chẳng ai biết được đằng sau ảnh đó mang những
thông tin có ý nghĩa. Ngày nay, khi ảnh số đã được sử dụng rất phổ
biến, thì giấu thông tin trong ảnh đã đem lại rất nhiều những ứng dụng
quan trọng trên nhiều lĩnh vực trong đời sống xã hội.
20
1.5.3. Giấu tin trong audio
Vấn đề khó khăn ở đây là hệ thống thính giác của con người
nghe được các tín hiệu ở các giải tần rộng và công suất lớn nên
đã gây khó dễ đối với các phương pháp giấu tin trong audio.
Nhưng theo một số tài liệu, công trình nghiên cứu đã công bố, hệ
thống thính giác lại gặp những khó khăn trong việc phát hiện sự
thay đổi nhỏ về âm lượng, tần số của tín hiệu audio. Điều này có
nghĩa là các âm thanh lớn, tấn số cao có thể che giấu được các
âm thanh nhỏ, tần số thấp một cách dễ dàng. Và thông tin này sẽ
giúp ích cho việc chọn các audio thích hợp cho việc giấu tin. Vấn

đề khó khăn thứ hai đối với giấu thông tin trong audio là kênh
truyền tin. Kênh truyền hay băng thông chậm sẽ ảnh hưởng đến
chất lượng thông tin sau khi giấu. Giấu thông tin trong audio mang
những đặc điểm riêng khác với giấu thông tin trong các đối tượng
đa phương tiện 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 nhiều đến chất lượng của dữ liệu gốc. Để
đảm bảo yêu cầu này, kỹ thuật giấu thông tin trong audio phụ
thuộc vào hệ thống thính giác của con người.
1.5.4. Giấu tin trong video
Giấu tin trong video cũng được quan tâm và được phát triển
mạnh mẽ cho nhiều ứng dụng như điều khiển truy cập thông tin,
nhận thực thông tin và bảo vệ bản quyền tác giả. Ta có thể lấy
một ví dụ là hệ thống chương trình trả tiền xem theo video clip,
các thuật toán trước đây thường cho phép giấu ảnh vào trong
video, nhưng gần đây kỹ thuật cho phép giấu cả âm thanh và ảnh
vào trong video.
21
1.6. Giấu tin trong ảnh
Giấu tin trong ảnh chiếm tỉ trọng lớn và đã trở nên tương đối quen
thuộc mỗi khi nhắc đến lĩnh vực giấu tin. Vì vậy mà ở đây, tác giả chọn
phân tích kỹ thuật giấu tin với phương tiện là hình ảnh làm điển hình cho
các môi trường khác như văn bản, audio, video… qua đó làm nổi bật
nên khái niệm, yêu cầu và đặc điểm của kĩ thuật giấu tin trong truyền
thông đa phương tiện. Đối tượng ảnh là một đối tượng dữ liệu tĩnh có
nghĩa là dữ liệu tri giác không biến đổi theo thời gian. Dữ liệu ảnh có
nhiều định dạng, mỗi định dạng có những tính chất khác nhau nên các
kỹ thuật giấu tin trong ảnh thường tập trung vào những đặc trưng và tính
chất cơ bản sau đây:
 Giấu thông tin trong ảnh nhưng không thay đổi kích thước ảnh

Các thuật toán thực hiện việc giấu thông tin sẽ được thực hiện trên
dữ liệu ảnh. Dữ liệu ảnh bao gồm cả phần header, bảng màu (có thể có)
và giá trị của các điểm ảnh. Khi giấu thông tin, các phương pháp giấu
đều biến đổi các giá trị trong phần dữ liệu ảnh chứ không thực hiện việc
thêm vào hay bớt đi dữ liệu ảnh. Do vậy mà kích thước ảnh trước hay
sau khi giấu thông tin là như nhau.
 Kỹ thuật giấu tin lợi dụng tính chất hệ thống thị giác của con người
Giấu tin trong ảnh ít nhiều cũng gây ra những thay đổi trên dữ liệu
ảnh gốc. Dữ liệu ảnh được quan sát bằng hệ thống thị giác của con
người nên các kỹ thuật giấu tin phải đảm bảo một yêu cầu cơ bản là
những thay đổi trên ảnh phải rất nhỏ, sao cho bằng mắt thường khó
nhận ra được sự thay đổi đó vì có như thế thì mới đảm bảo được độ an
toàn cho thông tin giấu. Rất nhiều các kỹ thuật đã lợi dụng các tính chất
của hệ thống thị giác để giấu tin, chẳng hạn như mắt người cảm nhận về
22
sự biến đổi về độ chói kém hơn sự biến đổi về màu hay cảm nhận của
mắt về màu xanh da trời là kém nhất trong ba màu cơ bản.
 Thông tin giấu trong ảnh sẽ bị biến đổi nếu có bất cứ biến
đổi nào trên ảnh
Vì phương pháp giấu tin trong ảnh dựa trên việc điều chỉnh
các giá trị của các bit theo một quy tắc nào đó và khi giải mã sẽ
theo các giá trị đó để tìm được thông tin đã giấu. Theo đó, nếu
một phép biến đổi nào đó trên ảnh làm thay đổi giá trị của các bit
thì sẽ làm cho thông tin giấu bị sai lệch. Nhờ đặc điểm này mà
giấu thông tin trong ảnh có tác dụng nhận thức và phát hiện xuyên
tạc thông tin.
 Đảm bảo chầt lượng ảnh sau khi giấu tin
Đây là một yêu cầu quan trọng đối với giấu tin trong ảnh. Sau khi
giấu tin bên trong, ảnh phải đảm bảo được yêu cầu không được biến đổi
quá nhiều dẫn đến dễ dàng phát hiện sự khác biệt giữa ảnh gốc và ảnh

có chứa tin. Yêu cầu này dường như khá đơn giản đối với ảnh màu hoặc
ảnh xám bởi mỗi một điểm ảnh được biểu diễn bởi nhiều bit và khi ta
thay đổi một giá trị nhỏ nào đó thì chất lượng ảnh thay đổi không đáng
kể, thông tin giấu khó bị phát hiện, nhưng với ảnh đen trắng thì việc giấu
thông tin phức tạp hơn nhiều, vì đối với ảnh đen trắng mỗi một điểm ảnh
chỉ có thể nhận một trong hai giá trị đen hoặc trắng. Vì vậy, trong các kỹ
thuật giấu tin khi chúng ta thực hiện thao tác biến đổi điểm ảnh từ đen
sang trắng hoặc ngược lại nếu không khéo sẽ rất dễ bị lộ vị trí điểm ảnh
đã biến đổi. Do đó, với ảnh đen trắng tập trung vào việc làm thế nào để
thông tin giấu khó bị phát hiện nhưng với ảnh màu hay ảnh xám thì lại
chú trọng đến khả năng giấu của thuật toán.
1.6.1.Giấu tin trên miền không gian ảnh
23
Đây là hướng tiếp cận tự nhiên bởi vì khi nói đến việc giấu
tin trong ảnh người ta thường nghĩ ngay đến việc thay đổi giá trị
các điểm ảnh nguồn, một phương pháp phổ biến của hướng tiếp
cận này là phương pháp tác động đến bit ít quan trọng của mỗi
điểm ảnh. Miền không gian ảnh là miền dữ liệu ảnh gốc, tác động
lên miền không gian ảnh chính là tác động lên các điểm ảnh, thay
đổi giá trị trực tiếp của điểm ảnh.
Tuy nhiên, phương pháp này cũng có nhiều hạn chế, chẳng
hạn như không đảm bảo được tính bền vững của thông tin giấu
đối với các thao tác biến đổi như quay ảnh hoặc nén ảnh Jpeg.
Điều này là dễ hiểu vì các thao tác nói trên cũng loại bỏ hoặc làm
sai lệch các bit ít quan trọng nhất của mỗi điểm ảnh.
1.6.2. Giấu tin trên miền tần số ảnh
Hướng tiếp cận dựa trên miền không gian ảnh như đã trình
bày ở trên là cách tiến hành khảo sát tín hiệu và hệ thống rời rạc
một cách trực tiếp trên miền giá trị rời rạc của các điểm ảnh gọi là
trên miền biến số độc lập tự nhiên. Nhưng trong nhiều trường

hợp, cách khảo sát trực tiếp này gặp phải những khó khăn nhất
định hoặc rất phức tạp và hiệu quả không cao.
Ngoài phương pháp khảo sát trực tiếp, có thể dùng phương
pháp khảo sát gián tiếp thông qua các kỹ thuật biến đổi. Các biến
đổi này làm nhiệm vụ chuyển miền biến số độc lập sang các miền
khác và như vậy tín hiệu và hệ thống rời rạc sẽ được biểu diễn
trong các miền mới với các biến số mới. Phương pháp biến đổi
này cũng giống như phương pháp biến đổi trong phép tính tích
phân hay phương pháp đổi hệ toạ độ trong giải tích của toán phổ
thông quen thuộc.
24
Phương pháp khảo sát gián tiếp sẽ làm đơn giản rất nhiều
các công việc gặp phải khi dùng phương pháp khảo sát trực tiếp
trong miền biến số độc lập tự nhiên. Hệ thống rời rạc cần khảo sát
chính là miền không gian các điểm ảnh. Có một số phương pháp
biến đổi được sử dụng rất phổ biến như: Furier, Cosin rời rạc
(DCT), Wavelet… Đây là những phép biến đổi được sử dụng
nhiều trong các kỹ thuật xử lý ảnh và âm thanh. Trong giấu tin,
đặc biệt trong kỹ thuật thuỷ vân tiếp cận theo miền tần số, các
phép biến đổi từ miền biến số tự nhiên của ảnh sang miền tần số
như biến đổi Furier, biến đổi cosin rời rạc, Wavelet được sử dụng
phổ biến.
Mỗi cách biến đổi sẽ có những thuận lợi riêng, tuỳ từng
trường hợp mà chúng ta chọn phép biến đổi nào cho phù hợp.
Sau khi khảo sát, biến đổi xong các tín hiệu và hệ thống rời rạc
trong miền các biến số mới này, nếu cần thiết có thể dùng cả biến
đổi ngược để đưa chúng trở lại miền biến số độc lập.
1.7. Thủy vân số trên ảnh
Thuỷ vân trên ảnh số là kỹ thuật nhúng một lượng thông tin
số vào một bức ảnh số và thông tin nhúng được gắn liền với bức

ảnh chứa và dữ liệu thuỷ vân có thể được hiển thị hoặc ẩn phụ
thuộc vào mỗi kỹ thuật thuỷ vân cụ thể.
Như đã giới thiệu ở trên, tính an toàn và bảo mật thông tin
của kỹ thuật giấu tin được thể hiện ở hai khía cạnh. Một là bảo vệ
cho dữ liệu đem giấu và hai là bảo vệ cho chính đối tượng sử
dụng để giấu tin. Tương ứng với hai khía cạnh đó có hai khuynh
hướng kỹ thuật rõ ràng đó là phủ tin và thuỷ vân số.
25