PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN TRONG MÔI TRƯỜNG ĐA PHƯƠNG TIỆN

Mc lc
1
I. 
1. 
I.1. 
Thông tin là một khái niệm trừu tượng, thể hiện dưới nhiều dạng thức khác
nhau. Thông tin có thể phát sinh, được lưu trữ, được biến đổi trong những vật mang
tin. Thông tin có thế được truyền đi, được sao chép hoặc xử lý, đế cho chúng ta các
thông tin có ý nghĩa thiết thực. Thông tin được biểu hiện bằng các tín hiệu vật lý.
Máy tính không thể hiểu được từ ngữ, sách báo tranh ảnh theo nghĩa thông
thường. Máy tính chỉ lưu trữ, xử lý những thông tin đã được số hoá thành từng bit -
giá trị nhỏ nhất của thông tin, hoặc thành một nhóm bit gọi là byte. Bit có thể có hai
giá trị tắt-off/mở-on, hoặc hai giá trị có/không, 0 - zero/1 - one.
Máy tính được chế tạo với các thiết bị chuyến mạch (switching device), có thể
chuyển trạng thái dữ liệu sang dạng những số 0 và 1 của hệ thống số nhị phân. Đó
là hệ thống số bao gồm tất cả các số biểu diễn bởi hai ký hiệu 0 và 1.
I.2.  !
Giấu tin là giấu (hoặc nhúng) một lượng thông tin số vào trong đối tượng dữ liệu
số khác. “Giấu tin” nhiều khi không phải chỉ hành động giấu theo nghĩa thông
thường, mà chỉ mang ý nghĩa quy ước.
❖ Mục đích của giu tin
Giấu tin phc v cho hai mc đích trái ngược nhau:
 Bảo mật cho những dữ liệu được giấu trong đối tượng chứa.
 Bảo đảm an toàn (bảo vệ bản quyền) cho chính đối tượng chứa dữ liệu giấu
trong đó.
Hai mc đích giấu tin phát triến thành hai lĩnh vc với yêu cầu và tính chất "#
$!%
 Giấu thông tin bí mật (Steganography).
2
 Thủy vân số (Watermarking).
H^nh 1: hai lĩnh vực của giấu tin.

I.3. & !
I.3.1. & !'()*+#,$
H^nh 2: Sơ đồ giấu tin
• -!'(%
. Thông tin cần giấu: Tuỳ theo mc đích của người dùng, nó có thể là thông
điệp (với giấu tin bí mật) hay là các logo, h^nh ảnh bản quyền.
. Phương tiện chứa: các file ảnh, text, audio .là môi trường để giấu tin.
. Khoá: thành phần để góp phần làm tăng độ bảo mật.
• /01% là chương tr^nh thực hiện việc giấu tin.
3
• -!2$% là phương tiện chứa, đã có tin giấu 2đó.
I.3.2. &#3)*+#,$
Diễn ra theo quy tr^nh ngược lại với giấu tin: đầu ra là các thông tin được giấu
và phương tiện chứa.
H^nh3: Sơ đồ tách tin.
I.4. 4567"8!9 !
Có nhiều cách để tiến hành phân loại các phương pháp giấu thông tin theo các
tiêu chí khác nhau, như theo các phương tiện chứa tin, các phương pháp tác động
lên phương tiện chứa tin, hay phân loại theo các ứng dng c thể.
I.4.1. 4567:)*+#,$
. Giấu thông tin trong ảnh.
. Giấu thông tin trong các file âm thanh.
. Giấu thông tin trong video.
. Giấu thông tin trong văn bản dạng text.
I.4.2. 4567:##,##;06<)*+
4
. Phương pháp chèn dữ liệu: t^m vị trí trong file dễ bị bỏ qua, và chèn các
dữ liệu cần giấuvào đó (vd: dữ liệu được giấusau các ký tự EOF).
. Phương pháp thay thế: thay thế các phần tử không quan trọng của phương
tiện chứa, bằng các dữ liệu của thông điệp cần giấu (vd: thay thế các bit ít

quan trọng, thay thế trong miền tần số, các kỹ thuật trải phổ, thống kê )
. Phương pháp tạo các phương tiện chứa: Từ thông điệp cần chuyển đi, sẽ
tạo ra hợp lý phương tiện chứa, đế phc v cho việc truyền thông tin đó.
I.4.3. 4567:=#;>#?@=
. Giấu thông tin bí mật.
. Giấu thông tin thuỷ vân.
I.5. #()-2"8!9 !
I.5.1. 4*+#,$
Để có thế che giấu thông tin an toàn và hiệu quả, ngoài việc phải có thuật toán
giấu tin tốt, giao thức liên lạc đảm bảo, phương tiện chứa phù hợp cũng là yếu tố
quan trọng.
Phương tiện chứa C có thể là bất kỳ dạng dữ liệu nào mà máy tính có thể đọc
được như file h^nh ảnh, âm thanh số, bản tin dạng text Nhưng phương tiện chứa
phải có đủ lượng thông tin dư thừa tối thiểu, để có thể giấu thông tin, v^ dữ liệu khi
biến đổi để giấu tin, có thể bị phát hiện.
Có hai yêu cầu đặt ra với phương tiện chứa:
. Phương tiện chứa tin phải được giữ bí mật.
. Không sử dng phương tiện chứa tin đến lần thứ hai.
Yêu cầu thứ nhất để tránh kẻ tấn công có phương tiện chứa đó, th^ việc giấu tin
trở lên vô nghĩa. Yêu cầu thứ hai đế tránh kế tấn công có thế so sánh hai “phiên
bản” phương tiện chứa đó, để phát hiện những chỗ khác nhau, dẫn đến nghi ngờ về
một liên lạc bí mật. Do đó phải huỷ toàn bộ các phương tiện chứa đã được dùng tại
phía người gửi, và phương tiện chứa sau khi đã tách lấy thông tin ở người nhận.
5
Để tránh việc nghi ngờ của kẻ tấn công, phương tiện chứa trước khi giấu tin (C)
và sau khi giấu tin (S), phải đảm bảo giống nhau về mặt tri giác, sau đó mới đến các
yêu cầu về thuộc tính thống kê, về chất lượng
Có thế sử dng nhiều loại phương tiện chứa khác nhau, nhưng v^ lý do phổ biến
và dễ thực hiện, ảnh luôn được coi là phương tiện chứa chủ yếu.
I.5.2. #-#: !

Thông điệp mà hai đối tác cần trao đổi, có thể là bất cứ loại dữ liệu nào. Với kỹ
thuật hiện nay, có thế giấu nhiều loại dữ liệu trong phương tiện chứa. Do yêu cầu an
toàn, kích thước của phương tiện chứa phải lớn hơn rất nhiều kích thước của thông
điệp, nên thông điệp dạng text (có kích thước nhỏ) thường được dùng nhiều nhất.
Tuy nhiên người ta có thể giấu cả ảnh, bản đồ với yêu cầu ở mức độ cần thiết,
phương tiện chứa là ảnh hay bản đồ khác.
I.5.3.  !
Khoá giấu tin là thành phần quan trọng quyết định độ bảo mật của hệ thống giấu
tin. Khoá giấu tin có thế phân loại theo h^nh thức phân phối và ta có hai h^nh thức:
. Phân phối khoá: Một trung tâm sản xuất, phân phối khoá tới các đối tác
liên lạc theo một kênh an toàn. Cách làm này khá phức tạp v^ đòi hỏi một
kênh an toàn đế chuyến khoá, khi các đối tác ở xa th^ việc chuyến khoá là
một vấn đề đáng quan tâm.
. Thoả thuận khoá: Hai đối tác có thể trực tiếp thoả thuận khoá với nhauhay
thông qua một trung tâm. Khoá được quy ước lấy từ cơ sở dữ liệu nào đó
mà hai phía cùng sở hữu. Cách làm này tuy có một số yếu tố bất lợi,
nhưng thực hiện đơn giản hơn so với trao đổi khoá.
Trong giấu tin bí mật có thể dùng cả khoá bí mật và khoá công khai.
Để đảm bảo bí mật liên lạc, khoá giấu tin cần đáp ứng được hai yêu cầu:
. Một là khoá giấu tin phải đảm bảo “tính tri giác”, tóc là khoá phải góp
6
phần tàng h^nh thông tin giấu, để tránh bị đối phương phát hiện.
. Hai là khoá đồng thời phải đủ mạnh, để nếu đối phương có nghi ngờ và
kiểm tra phương tiện chứa, cũng “khó” thể lấy được thông tin giấu trong
đó.
2. ABC
Khi một thuật toán giấu tin được sử dng, thuật toán đó sẽ nằm trong khuôn khổ
một giao thức xác định, thích hợp để xử lý dữ liệu.
Theo lý thuyết, có ba kiểu giao thức cơ bản: giấu tin thuần tuý, giấu tin với khoá
bí mật, giấu tin với khoá công khai. Trong đó kiểu giấu tin sau cùng được xây dựng

trên nguyên tắc mật mã khoá công khai.
2.1.  !!-!D
Giấu tin thuần tuý là hệ thống giấu tin, không yêu cầu phải trao đổi trước một số
thông tin bí mật.
Trong hệ thống giấu tin thuấn tuý, người giấu tin và người tách tin phải thực
hiện cùng một thuật toán nhúng và tách thông tin, thuật toán này phải được giữ bí
mật.
EF$G% !!-!D
Bộ bốn giá trị = (C, M, D, E) được gọi là Hệ giấu tin thuần tuý trong đó:
C là tập các phương tiện chứa thông tin có thể, M là tập các thông điệp cần giấu
|C| > |M|.
E: CxM C là hàm nhúng và D: C M là hàm tách, với tính chất D(E (c, m)) = m
vớim € M vàc € C.
Trong giấu tin thuần tuý, độ bảo mật thông tin dựa trên chính thuật toán, phương
tiện chứa trước và sau khi nhận tin giấu cũng phải được bảo vệ cẩn thận. Neu đối
phương tấn công vào nơi cất giữ phương tiện chứa, việc giấu thông tin sẽ không
7
hiệu quả, khi đó đối phương không những phát hiện được việc liên lạc bí mật, mà
còn lấy được cả thông tin giấu trong đó.
Phương pháp giấu tin thuần tuý phải được kết hợp với việc mã hoá thông tin.
Trước tiên việc mã hoá sẽ làm tăng độ bảo mật của thông điệp, sau đó nhúng bản
mã vào trong phương tiện chứa. Cách này sẽ làm tăng độ bảo mật và vẫn đảm bảo
tính vô h^nh của kênh liên lạc, nó thực sự khó khăn cho việc phát hiện hay tấn công
các thông điệp.
2.2.  !?@="H>9
Đối với hệ thống giấu thông tin thuần tuý, độ an toàn ph thuộc hoàn toàn vào
độ bí mật của thuật toán giấu và tách thông tin.
Để cho hệ thống an toàn hơn, người ta thực hiện trao đổi một số thông tin bí mật
giữa hai đối tác. Trong hệ thống giấu tin với khoá bí mật, người gửi chọn phương
tiện chứa thông tin, sử dng khoá bí mật k, tiến hành nhúng thông điệp vào phương

tiện chứa tin đó. Giấu tin với khoá bí mật vẫn phải đảm bảo phương tiện chứa
(trước và sau khi giấu tin) phải giống nhau về cảm nhận, đế tránh kẻ giám sát phát
hiện được phiên liên lạc. Đây là một tiêu chuẩn khi chọn khoá.
EF$I% !?@="H>9
Bộ năm giá trị = (C, M, K, D
k
, E
k
) được gọi là hệ giấu tin sử dng khoá bí mật,
trong đó:
C là tập các phương tiện chứa có thể, M là tập các thông điệp cần giấu với |C| > |
M|, K là tập các khoá bí mật.
Ek: C M K C và D
k
: C K M với điều kiện D
k
(E
k
(c, m, k), k) = m
với mọi m € M, c € C và k € K.
Giao thức truyền thông tin bằng giấu tin sử dng khoá bí mật, yêu cầu các
bên tham gia phải trao đổi khoá trước.
8
Có thế dùng một số đặc tính của chính phương tiện chứa làm khoá, hàm băm
tính toán các giá trị này để làm khoá. Người nhận cũng tính hàm băm trên chính các
giá trị này, để lấy khoá giải mã tách thông tin.
Với cách này, không phải trao đổi khoá trên kênh an toàn, nhưng v^ hàm băm
không phải là bí mật, nên việc liên lạc bí mật sẽ không đảm bảo.
Có thế chọn các thành phần quan trọng trong phương tiện chứa đế làm khoá, các
thành phần đó nếu bị thay đối sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng tới phương tiện chứa, và

có thể nhận ra được.
2.3.  !'J"#"$
Hệ thống giấu tin với khoá công khai cũng yêu cầu có hai khoá: khóa bí mật và
khóa công khai. Khóa công khai được lưu trong Cơ sở dữ liệu khoá công khai,
giống như mật mã với khoá công khai, và được dùng trong quá tr^nh nhúng thông
tin. Khoá bí mật chỉ người nhận mới biết và được dùng trong quá tr^nh tách lấy
thông tin, tái tạo lại thông điệp ban đầu.
Cách dễ nhất để xây dựng hệ thống giấu tin với khoá công khai là sử dng hệ
mật mã với khoá công khai. Giả sử hai đối tác đã trao đối khoá công khai của thuật
toán mã hoá công khai.
Nguyên lý của giấu tin với khoá công khai là dùng hàm giải mã D đế giải mã
trên mọi phương tiện chứa thông tin c, mà không cần quan tâm việc nó chứa hay
không chứa thông điệp bí mật (D là hàm trên tập C). Trong trường hợp phương tiện
chứa không có thông tin thu được khi giải mã, ta chỉ thu được các phần tử ngẫu
nhiên m, ta gọi là các phần tử “ngẫu nhiên tự nhiên ” của phương tiện chứa.
Trong giao thức giấu tin với khoá công khai, khi cố gắng đế tách tin, kẻ tấn công
chỉ có thể nhận được các thông tin “ngẫu nhiên”, v^ không có khoá giải mã tương
ứng.
9
3. KBLMA4NO
3.1.  !2P
Giấu tin trong ảnh, hiện nay, là bộ phận chiếm tỉ lệ lớn nhất trong các hệ giấu tin
trong đa phương tiện, bởi lượng thông tin được trao đổi bằng ảnh là rất lớn, mặt
khác giấu tin trong ảnh đóng vai trò quan trọng trong các ứng dng bảo vệ 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 Chính v^ thế vấn đề này đã nhận được sự
quan tâm rất lớn của các cá nhân, tố chức, trường đại học, và viện nghiên cứu trên
thế giới.
Thông tin được giấu vào dữ liệu ảnh nhưng chất lượng ảnh ít thay đối, và “khó”
biết được đằng sau ảnh đó mang thông tin có ý nghĩa. Ngày nay, khi ảnh số đã được

dùng phổ biến, th^ giấu tin trong ảnh đã đem lại nhiều ứng dng quan trọng trong
đời sống xã hội.
Ví d như các nước phát triển, chữ kí tay đã được số hoá, lưu trữ, sử dng như là
hồ sơ cá nhân của các dịch v ngân hàng và tài chính, nó được dùng đế nhận thực
trong các thẻ tín dng của người tiêu dùng.
Một đặc điểm của giấu tin trong ảnh là thông tin được giấu trong ảnh một cách
vô h^nh. Nó như là một cách mà truyền thông tin mật cho nhau mà người khác
“khó” thế biết được, bởi sau khi giấu tin, th^ chất lượng ảnh gần như không thay
đổi, đặc biệt là đối với ảnh mầu hay ảnh xám.
3.2.  !2$!@
Giấu tin trong audio mang đặc điểm riêng, không giống với giấu tin trong 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 đến chất
lượng của dữ liệu gốc. Để đảm bảo yêu cầu này, kỹ thuật giấu tin trong ảnh ph
thuộc vào hệ thống thị giác của con người - HVS (Human Vision System), kỹ thuật
10
giấu tin trong audio lại ph thuộc vào hệ thống thính giác HAS (Human Auditory
System).
Một 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 thật may là HAS lại kém trong việc phát hiện sự
khác biệt các dải tần và công suất, điều này có nghĩa là các âm thanh to, cao tần có
thể che giấu được các âm thanh nhỏ thấp một cách dễ dàng. Các mô h^nh phân tích
tâm lí đã chỉ ra điểm yếu trên, và thông tin này sẽ giúp ích cho việc chọn các audio
thích họp cho việc giấu tin.
Vấn đề khó khăn thứ hai đối với giấu tin trong audio là kênh truyền tin. Kênh
truyền hay băng thông chậm sẽ ảnh hưởng đến chất lượng thông tin sau khi giấu. Ví
d để nhúng một đoạn java applet vào một đoạn audio (16 bit, 44.100 Hz) có chiều
dài b^nh thường, th^ các phương pháp nói chung cũng cần ít nhất là 20 bit/s.
Giấu tin trong audio đòi hỏi yêu cầu rất cao về tính đồng bộ và tính an toàn của

thông tin. Các phương pháp giấu tin trong audio đều lợi dng điểm yếu trong hệ
thống thính giác của con người.
3.3.  !2'@:
Cũng giống như giấu tin trong ảnh hay trong audio, giấu tin trong video cũng
được quan tâm, và phát triến mạnh mẽ cho nhiều ứng dng như điều khiến truy cập
thông tin, nhận thực thông tin và bảo vệ bản quyền tác giả.
Các kỹ thuật giấu tin trong video phát triển mạnh mẽ, và cũng theo hai khuynh
hướng là thuỷ vân số và data hiding. Một phương pháp giấu tin trong video được
đưa ra bởi Cox, là phương pháp phân bố đều. Ý tưởng cơ bản là phân phối tin giấu
dàn trải theo tần số của dữ liệu chứa (gốc). Người ta đã dùng hàm cosin riêng và hệ
số truyền sóng riêng để giấu tin.Trong các thuật toán khởi nguồn, kỹ thuật cho phép
giấu ảnh vào video, nhưng thời gian gần đây các kỹ thuật cho phép giấu cả âm
thanh và h^nh ảnh vào video. Phương pháp Swanson đã giấu theo khối, đã giấu
11
được 2 bít vào khối 8*8. Gần đây nhất là phương pháp Mukherjee, giấu audio vào
video sử dng cấu trúc lưới đa chiều.
Kỹ thuật giấu tin sử dng cả đặc điểm thị giác và thính giác của con người.
4. 4NO44KBQKNRA4NO

Có nhiều phương pháp giấu tin trong các phương tiện chứa, nhưng trong phần
này chỉ xin tr^nh bày phương pháp thay thế. Đó là thay thế các phần tử ít quan trọng
của phương tiện chứa bằng các bit của thông điệp cần chuyển đi.
4.1. 0"D!
Ký hiệu c là phương tiện chứa, giả sử nó có độ dài là l(c), được biểu diễn bằng
chuỗi các thành phần C
i
(1 ≤ i ≤ l(c)).
Ví d là các vectơ ảnh, dòng các ảnh theo thứ tự từ trái sang phải và từ trên
xuống dưới, hoặc chuỗi các mẫu theo thời gian của âm thanh số.
Các giá trị của C

j
là {0,1}, khi đó là ảnh đen trắng.
Các giá trị của C
j
nằm trong (0, 256), trường hợp đó là các ảnh lượng tử hoá hay
các ảnh số.
Ảnh màu là phương tiện được sử dng nhiều nhất hiện nay, có nhiều cách biểu
diễn màu, trong đó hệ màu RGB là phổ biến nhất.
Phương tiện chứa đã có tin giấu, ký hiệu là Slà chuỗi các phần tử S
i
Svà độ dài
phương tiện chứa (đã có giấu tin) không thay đổi.
Khoá được dùng để giấu tin, ký hiệu là k.
Thông điệp bí mật cần giấu là m, có độ dài là l(m). Các bit của m là m
i
, ta có 1 <
i < l(m). nii có giá trị là 0,1 trừ trường hợp đặc biệt.
4.2. !T<6D !>HU##$TV
12
Giấu tin bằng cách thay thế hiện đang rất phổ biến, kỹ thuật giấu tin này không
làm tăng kích thước của phương tiện chứa. Khi kết hợp với các thuật toán khác để
“khảo sát môi trường” quanh điểm cần giấu tin, kẻ giám sát rất khó phát hiện được
các thông tin cần giấu.
Lưu ý là giấu tin ở đây không có nghĩa là hành động giấu thực tế, việc giấu tin
dựa vào các quy ước. Nếu tính chất nào đó của một phần tử trong phương tiện chứa
thoả mãn điều kiện, th^ xem như đã giấu tin vào phần tử đó.
Khi giấu tin mật, người ta có thể giấu tin trong nhiều loại phương tiện chứa khác
nhau, tuy nhiên với điều kiện kỹ thuật hiện nay, phương tiện chứa là ảnh được lựa
chọn nhiều nhất, bởi tính phổ biến của ảnh và các phương tiện tạo ảnh số, đồng thời
đáp ứng được yêu cầu bảo mật và dung lượng. Phương tiện chứa như âm thanh số

hiện nay cũng rất phổ biến, nhưng gặp nhiều khó khăn do kỹ thuật giấu tin phức tạp
hơn.
Có hai cách thay thế:
$TV##H>W!$2XYMZ/[(Least Significant Bit) được thực hiện
với ảnh màu (ví d loại 16 bit và 24 bit) và ảnh đa cấp xám.
Với các loại ảnh này, mỗi điểm ảnh được biểu diễn bằng số lượng lớn các bit,
vai trò các bit là không giống nhau. Nếu có sự thay đổi ở các bit ít quan trọng nhất,
th^ phương tiện chứa cũng bị biến động không đáng kể, và đối phương cũng khó
nhận ra. Người giấu tin sẽ thay thế các bit LSB trong phương tiện chứa tin bằng các
bit của thông điệp bí mật. Người nhận có thể dễ dàng tách các tin mà anh ta có hiếu
biết nhất định về thuật toán giấu thông tin mật và khoá giấu thông tin.
$TV##H2##'\$29P%
Phương pháp này khó thực hiện hơn, nhưng bù lại có tác dng hơn so với việc
thay thế LSB.
13
Ta hãy xét các file ảnh đen trắng, mỗi điểm ảnh chỉ được biểu diễn bằng một bit
có trạng thái 0 hoặc 1, biểu diễn điểm đó là đen hay trắng. Người ta không thế vận
dng phép thay thế LSB và cũng không thế tuỳ tiện đảo bit 0 1 hay ngược lại, v^
làm như vậy sẽ dễ xuất hiện các chấm màu lạ, dễ bị phát hiện.
Người ta phải chia ma trận ảnh ra thành các khối không giao nhau, thường là các
khối h^nh vuông, h^nh chữ nhật. Dựa trên các tính chất của mỗi khối đó, người ta
giấu tin bằng phép đảo bít theo quy ước.
4.3. $T;]##H>W!$2X 
^*_
Ta biết rằng khi một số được biếu diễn bằng một dãy các giá trị nhị phân, vai trò
của các bit là rất khác nhau trong dãy đó, khi các bit ít quan trọng mà bị thay đổi, th^
giá trị mà nó biểu diễn thay đổi không đáng kể.
!9
Thay thế các bit LSB (các bit ít quan trọng nhất) có lẽ là kỹ thuật đơn giản nhất
trong các kỹ thuật giấu tin. Ta xét phương tiện chứa là ảnh, sẽ tr^nh bày các bước cơ

bản của thuật toán giấu tin, qua việc thay đổi LSB.
. Lựa chọn tập con {J
i
, , j
i(m
)} các phần tử trong phương tiện chứa.
. Thực hiện thay đối LSB của C
j
. bởi m
j
(m
j
có giá trị 0 hoặc 1).
Khi tách thông tin ra khỏi phương tiện chứa, người ta thực hiện ngược lại: các
điểm tương ứng được lựa chọn, các bit LSB của các phần tử được lựa chọn này,
được tách ra theo đúng quy ước, rồi tất cả được ghép lại để có được thông tin ban
đầu.
!5`abaG%Quá tr^nh nhúng bằng phương pháp thay đối LSB
For I := 1 to 1(c) do
Si := c
i
End for
For i : = 1 to l(m) do
Tính toán j
i
để lưu trữ bit thứ i của thông điệp;
14
S
j i
: = C

j i
M
i
:= LSB(C
j i
);
End for
!54.3.2 : Quá tr^nh tách bằng phương pháp thay đổi LSB
For i : = 1 to l(m) do
Tính toán j
i
để lưu trữ bit thứ i của thông điệp
mj: = LSB(c
ji
);
End for
Ảnh dùng làm phương tiện chứa là ảnh mầu hoặc là ảnh đa cấp xám.
Ảnh đã giấu tin có kích thước không đổi so với ảnh làm phương tiện chứa ban
đầu.
H^nh 4: Các thành phần trong thuật toán LSB
9cd
Phương pháp giấu tin mật bằng cách thay đổi các bit LSB là kỹ thuật đơn giản,
dễ thực hiện, nhưng đồng thời cũng dễ bị tấn công phá vỡ.
Nếu các điểm trong phương tiện chứa được lựa chọn một cách tuần tự, liên tc,
th^ kẻ tấn công b^nh thường nhất, với năng lực tính toán thông thường, cũng có thể
dễ dàng tách các bit, và tái lập được thông điệp đã giấu vào trong đó. Đây là loại
bảo mật mà độ an toàn dựa trên giả thiết “đối phương không hiểu biết g^ về thuật
toán giấu tin đang dùng”.
15
Để sử dng phương pháp giấu tin này an toàn, người ta phải mã hoá thông điệp

trước khi giấu. Một phép mã hoá dơn giản cũng sẽ làm cho kẻ tấn công lạc đường,
bởi khi tách tin tù’ các LSB và sắp xếp chúng lại, kẻ tấn công sẽ bị nhầm với các ký
tự ngẫu nhiên, khi đó phương tiện chứa được xem là không mang tin.
Với cách này, độ mật của hệ thống sẽ tuỳ thuộc vào thuật toán mã hoá, kỹ thuật
giấu tin đảm nhận vai trò tàng h^nh phiên liên lạc, đế không gây nên sự chú ý của
đối phương.
Ngoài cách tiền xử lý, mã hoá thông tin cần gửi đi, người ta có thể dùng cách
lựa chọn các điểm giấu tin trên phương tiện chứa theo một thuật toán quy ước giữa
hai phía người gửi và người nhận. Ví d như thuật toán sử dng một mầm khoá k,
thông qua bộ tạo số giả ngẫu nhiên, đế chọn các vị trí giấu tin. (còn gọi là phương
pháp lặp ngẫu nhiên). Cả hai phía đối tác cùng sở hữu một khoá giấu tin k, được sử
dng như một mầm cho bộ tạo số ngẫu nhiên, chuỗi ngẫu nhiên được tạo ra là
klv ki(m).
J
i
: = k
i;
J
i
: = J
i-1
+ k
i
!5`abab : Nhúng thông tin sử dng lặp ngẫu nhiên.
For i : = 1 to 1(c) do
S
i
: = c
i
;

End for
Tạo chuỗi ngẫu nhiên k
i
sử dng mầm khoá k:
n : = k
i
;
for i: = 1 to l(m) do
S
n
: = c
n
;
m
i
: = LSB(c
n
);
n : = n + k
i
;
end for
!5`aba`%Tách thông tin ?dng lặp ngẫu nhiên Tạo
chuỗi ngẫu nhiên ki sử dng mầm khoá k:
16
n : = k
i
;
for i: = 1 to l(m) do
mi: = LSB(c

n
) ;
n : = n + k
i
;
end for
Khi dùng bộ tạo số giả ngẫu nhiên để xác định vị trí các điểm sẽ giấu tin, nghĩa
là khoảng cách giữa các điếm dùng đế nhúng tin được quyết định bởi một số giả
ngẫu nhiên, như vậy độ an toàn của phương pháp giấu tin này sẽ tăng lên khá nhiều
(tuỳ thuộc vào thuật toán tạo khoá).
Tại phía người nhận, nhờ có chung mầm khoá và cùng một thuật toán, anh ta có
thể dễ dàng xác định được vị trí của các điểm đã thay thế LSB, để tái tạo lại các
thông tin đã được giấu vào đó.
Phương pháp giấu tin này có thế áp dng với nhiều loại phương tiện chứa khác
nhau, nhưng thường dùng nhất là với các file h^nh ảnh. Đối với ảnh đa cấp xám hay
ảnh mầu 16 bit hoặc 24 bit, đây là điều kiện lý tưởng, bởi khi thay thế các bit LSB
của một điểm ảnh, rất khó có thể nhận ra sự thay đổi độ xám hay mầu sắc, bởi nó
biến đổi không đáng kể.
Đối với file âm thanh, do có yếu tố thời gian tác động, có cảm giác rằng khi giấu
tin bằng cách thay đổi LSB, sẽ rất khó bị phát hiện, nhưng thực tế không phải vậy.
Rất khó xác định các giá trị LSB trong các file âm thanh, thêm vào đó, khả năng
cảm nhận âm thanh của con người là khá tốt, nên những phép biến đổi sẽ gây nghi
ngờ và dễ bị phát hiện. Đe giấu tin trong các file âm thanh, người ta phải lợi dng
các thành phần pha, tiếng vọng, và với kỹ thuật thực hiện khó hơn nhiều.
4.4. 4*+)) !'(##'\#e$)*+#,$
D*f
Như trên đã tr^nh bày, khi giấu tin người ta cố gắng làm giãn cách các điểm giấu
tin để kẻ giám sát khó phát hiện. Đó là với ảnh màu và ảnh đa cấp xám, với ảnh đen
17
trắng th^ mỗi điểm chỉ được biểu diễn bằng một bit. Không có khái niệm bit LSB

nữa, lúc này, người ta không lấy điếm ảnh làm phần tử cơ bản, mà phải lựa chọn
khối điểm ảnh (vùng ảnh) làm phần tử cơ bản, để giấu tin.
EF$%
Vùngcủa phương tiện chứa là một tập con khác rỗng {c
i
, C
i
(c)}.
Bằng việc chia phương tiện chứa thành các vùng không giao nhau, ta có thể thực
hiện:
. Giấu thông tin trên một vùng, hay một số vùng của phương tiện chứa tin,
chứ không phải trên toàn bộ phương tiện chứa tin.
. Giấu một bit thông tin lên một vùng phương tiện chứa tin, chứ không phải
lên một phần tử của phương tiện chứa tin.
!9
Một bit chẵn lẻ của một vùng chứa I trong phương tiện chứa, được tính theo
công thức:
Trong bước nhúng, l(m) được chọn để không giao nhau với các vùng trong
phương tiện chứa tin I
i
(1 < i < l(m)), mỗi bước mã một bit rrij bí mật trong bit chẵn
lẻ p(I
i
). Nếu bit chẵn lẻ của một vùng không phù hợp với bit m
j
, một LSB của giá trị
trong I
j
được thay đối. Ket quả là p(I
i

) = m
i
.
Trong quá tr^nh giải mã, các bit chẵn lẻ của tất cả các vùng chọn lựa, được tính
và sắp xếp để tái cấu trúc thông điệp.
18
H^nh 5: giấu tin trong ảnh đen trắng
Sau khi chia ảnh thành các khối nhỏ, ta chọn các khối để giấu tin theo một quy
tắc nào đó.
Ví d chọn các khối liên tc và tuần tự, giấu theo quy ước chẵn lẻ: Sau khi giấu
tin, tổng so bit 1 trong một khối và bit thông tin giấu sẽ có cùng tính chẵn lẻ.
- Nếu cần dấu 1 vào một khối, để thoả mãn điều kiện chẵn lẻ th^
+ Nếu tổng các bit 1 trong một khối là lẻ, th^ ta không cần thực hiện g^ và coi
như đã giấu.
+ Nếu tống các bit 1 trong một khối là chẵn, th^ ta phải thay đối khối đó sao
cho thoả mãn điều kiện, bằng cách đảo trị ngẫu nhiên một bit.
- Nếu cần dấu bít 0 vào khối, ta cũng làm tương tự.
Quá tr^nh giấu tin lặp đi lặp lại như vậy, cho tới khi hết các bit của thông điệp
cần giấu. Sau khi giấu xong, ghép lại các phần Header, bảng màu (các thành phần
được tách ra từ ảnh F ban đầu) cùng với dữ mới này, ta có ảnh F’ đã giấu thông tin.
9cd
Thuật toán giấu tin này phức tạp hơn LSB không nhiều, kích thước của khối (m
X n) có thế xem như là khoá của quá tr^nh giấu tin. Người nhận căn cứ trên các giá
trị m, n để khôi phc lại thông tin đã được giấu. Neu biết m, n, kẻ tấn công có thể dễ
dàng lấy thông tin giấu trong đó.
Ta đã biết vị trí của các bit bị “thay đối” càng ở xa nhau, th^ càng khó bị phát
hiện, đồng thời để chống lại các tấn công dựa trên các phép phân tích thống kê,
người ta sẽ trải đều các bit của thông điệp cần giấu trên toàn bộ phương tiện chứa,
19
v^ vậy chọn kích thước của các khối cần dựa trên tỷ lệ giữa độ lớn của phương tiện

chứa và độ lớn của thông điệp.
Ví d cần giấu thông điệp có độ dài khoảng 100 ký tự (khoảng 800 bit nhị phân)
vào trong ảnh kích thước 512 X 512 pixel, cần tối thiểu 800 khối. Để đáp ứng hai
yêu cầu trên kích thước mỗi khối sẽ không vượt qua 327 điểm ảnh.
Với mc đích giấu tin bí mật th^ càng giấu được nhiều càng tốt, nhưng đế đảm
bảo an toàn tránh bị phát hiện, cần phải giới hạn tối đa kích thước thông điệp có thế
giấu trong đó. Ví d với tỷ lệ an toàn là 60 (60 pixel cho một bit), file ảnh 512 X
512 nêu trên chỉ cho phép giấu thông điệp có kích thước tối đa: 4369 bit tương
đương với khoảng 546 ký tự ASCII.
Cũng giống như phương pháp thay đổi LSB, để tăng độ bảo mật, người ta không
giấu tin tuần tự, mà dùng thuật toán lựa chọn các khối để giấu tin. Cách này thực
hiện đơn giản, hiệu quả cao.
Một cách khác là thay đổi kích thước của các khối giấu tin (thay đổi m,n) theo
một thuật toán thống nhất giữa hai phía người gửi, nhận.
Cả hai cách trên đều giống như việc sử dng đồng thời hai khoá, và độ phức tạp
đế thám mã tăng lên nhiều.
4.5. 'EPg!
^*f
Trong các thuật toán giấu tin đã tr^nh bày trên đây, các thông tin bí mật được
giấu theo cách tuần tự cho dù là giấu trong các khối (hoặc các điểm), liên tiếp hay
bỏ cách. Cách làm này đơn giản hơn cho người giấu tin, nhưng dễ bị tấn công, bởi
chúng có khả năng kết hợp giữa tấn công vét cạn và nhận dạng tự động [5,6].
Người ta còn có thể giấu tin một cách ngẫu nhiên, để tăng cường độ bảo mật.
Neu một phương tiện chứa tin mà tất cả các bit của nó đều có thể truy nhập được
trong quá tr^nh nhúng tin, các bit thông điệp bí mật có thế được phân bố ngẫu nhiên
20
trên toàn bộ phương tiện chứa mà không cần tuân theo một thứ tự nào. Kỹ thuật này
gây nhiều khó khăn cho kẻ muốn tấn công, bởi chúng khó có thể xác định được trật
tự khi gắn vào.
Thuật toán Cách thứ nhất:

Đe làm như vậy người gửi phải dùng chương tr^nh tạo số giả ngẫu nhiên, tạo ra
chuỗi ji, ji(m) các phần tử chỉ mc, và lưu bit thứ k trong phần tử chỉ mc thứ jk.
Cách giấu tin như vậy rất dễ xảy ra xung đột (giấu nhiều hơn một bit vào một điểm
của phương tiện chứa), v^ chương tr^nh tạo số giả ngẫu nhiên không thực hiện việc
kiểm soát các giá trị đầu ra.
Khi có xung đột, người gửi có thể chèn thử nhiều hơn một bit vào một phần tủ’
của phương tiện chứa, bằng cách sửa một so bit của nó. Tuy nhiên nếu số lượng các
bit của thông điệp cần giấu, ngắn hơn nhiều so với số các phần tử của phương tiện
mang tin, số xung đột sẽ không đáng kể, có thể tính được xác suất xảy ra xung đột
bằng công thức sau:
Trong công thức này, khi 1(c) là hằng số, p hội t về 1 khi l(m) tăng. Chúng ta
có thể thấy nếu với thông điệp rất ngắn so với phương tiện chứa tin, th^ xác suất xảy
ra xung đột là không đáng kể.
Ví d nếu dùng ảnh 600 * 600 pixel để làm phương tiện chứa tin, nếu lưu vào
trong đó thông điệp dài 200 bit và chọn 200 pixel đế mang tin th^ xác suất có thể
xảy ra xung đột là 5%. Nhưng nếu ta chọn 600 pixel để truyền thông tin, th^ xác
suất là 40 %, như vậy là quá lớn.
Cách thứ 2:
Để giải quyết vấn đề xung đột, ta cần kiếm soát đầu ra của bộ tạo số giả ngẫu
nhiên. Rất đơn giản, ta kiểm soát các phần tủ’ đã được giấu tin trong đó, chỉ giấu tin
vào các phần tử chưa được giấu tin mà thôi.
21
9cd
Trong kỹ thuật giấu tin này, người ta vẫn dùng thuật toán thay đổi các bit LSB,
hay thuật toán giấu tin trong các khối dữ liệu, nhưng thuật toán tạo số giả ngẫu
nhiên chính là ch^a khoá của phép mã hoá và giải mã. Người nhận cần phải có nó,
đế xác định được vị trí và tr^nh t’ các điếm ảnh có giấu tin, như vậy mới có thể
tách và khôi phc lại thông điệp được gửi đi. Độ phức tạp của thuật toán tăng lên
đáng kế.
4.6. P# 6*hP;i !

^*f
Với các thuật toán trên đây, chủ yếu dùng đế giấu thông điệp dạng text vào
phương tiện chứa (được sử dng nhiều nhất là ảnh). Do kích thước các file có tỷ lệ
chênh lệch khá lớn, ta có thể dễ dàng lựa chọn kích thước khối giấu tin và thuật
toán. Chấp nhận giảm chất lượng ảnh đế giấu tin cũng là một trường hợp đặc biệt
của hệ thống giấu tin thay thế, trong đó bức ảnh đóng vai trò là phương tiện chứa
tin, đồng thời là thông điệp bí mật.
!9
Với một ảnh làm phương tiện chứa và một ảnh bí mật cần gửi đi, bằng các kỹ
thuật tách các bit LSB, người gửi thay đối 4 bit có trọng số thấp nhất (của các giá trị
xám hoặc màu) của ảnh làm phương tiện chứa, bằng 4 bit có trọng số cao nhất của
ảnh bí mật.
Tại phía người nhận một thủ tc ngược lại sẽ được thực hiện đế tách các dữ liệu
bí mật ra khỏi phương tiện chứa. Trong nhiều trường hợp, khi thay đổi 4 bit có
trọng số thấp nhất của phương tiện chứa, người ta khó nhận thấy được sự suy giảm
chất lượng của ảnh phương tiện chứa. Nhưng với 4 bit có trọng số cao nhất trong
ảnh bí mật, người nhận có thế tái tạo lại được một h^nh ảnh khá hoàn hảo của thông
điệp truyền đi.
4.7.  !2P(!
22
Trong điều kiện khoa học kỹ thuật phát triển như hiện nay, ảnh màu đang ngày
càng phố biến và đang dần thay thế ảnh đen trắng. Tính đa dạng về màu sắc trong
ảnh làm tăng khả năng cảm nhận của con người, nhưng cũng làm cho con người
khó nhận biết những thay đổi nhỏ về màu sắc. V^ những điều kiện đó, ảnh màu trở
thành phương tiện chứa hữu hiệu đối với các kỹ thuật giấu tin.
Ảnh màu có dung lượng lớn, nên cho phép giấu được nhiều thông tin hơn và
khó bị kẻ giám sát phát hiện ra. Tuy vậy với nhiều loại định dạng màu khác nhau
như hiện nay, để có thể giấu tin trong ảnh màu, chúng ta phải hiểu rõ bản chất của
từng loại ảnh, qua đó sẽ dùng kỹ thuật giấu tin tương ứng. Sau đây chúng ta t^m
hiểu các kỹ thuật giấu tin với các loại định dạng ảnh khác nhau.

4.7.1.  !2##;E@7P@3HP(!
^*f
Ánh có sử dng bảng màu thường gồm hai phần, một bảng màu xác định N màu
và một danh sách cặp chỉ số (i, C
i
) gán vectơ màu Ci cho mỗi chỉ mc i, phần tủ' thứ
hai là dữ liệu ảnh thực sự được gán chỉ số màu cho mỗi điếm chứ không phải là một
màu.
Với cách biếu diễn này, các ảnh có số lượng màu nhỏ sẽ có dung lượng giảm
đáng kể. (Các định dạng chủ yếu là GIF và BMP).
!9
Đối với loại ảnh này, do có cấu tạo dữ liệu đặc biệt, người ta có thể giấu tin vào
bảng màu, dựa trên trật t’ sắp xếp trong bảng màu. Trong ảnh có sử dng N màu,
như vậy có thể có N! cách sắp xếp các màu trong bảng màu, với giá trị N không
lớn, N! cũng đủ độ lớn đế cho ta mã hoá một thông điệp cỡ nhỏ. Nhưng giấu tin
theo cách này rất dễ bị tốn thương, chỉ cần vô t^nh sắp xếp lại bảng màu, các thông
tin giấu trong đó sẽ không còn ý nghĩa nữa, mặc dù lúc này ảnh không bị tác động
g^.
23
Phương pháp giấu tin bằng cách thay đổi giá trị các bit LSB, cũng có thể sử
dng tốt đối với loại ảnh này. Nhưng phải sắp xếp lại bảng màu sao cho các giá trị
lân cận nhau trong bảng màu phải rất gần nhau về mặt cảm nhận.
V^ cấu trúc dữ liệu ảnh này không yêu cầu các giá trị màu lân cận nhau (trong
bảng màu) phải tương đối giống nhau về cảm nhận, nếu khi thay thế LSB, giá trị
màu của một điểm sẽ thay đổi rất ít, nhưng khi đó có thể sẽ tham chiếu vào một
màu khác và điếm có giấu tin lại có màu khác quá nhiều so với xung quanh, th^ đó
là một sai lầm nghiêm trọng về kỹ thuật.
Việc sắp xếp lại bảng màu cũng cần phải dựa trên độ nhạy trong cảm nhận của
mắt người, phải lựa chọn sắp xếp theo thành phần mà mắt người có cảm nhận thay
đổi kém nhất. Sau khi sắp xếp, người ta có thể thay đổi các bit LSB, các thay đổi

của giá trị màu sẽ ánh xạ sang một màu gần với màu ban đầu hơn và mắt người sẽ
khó cảm nhận hơn.
9cd
Các định dạng ảnh màu có sử dng bảng màu, trước đây được dùng khá nhiều
do ưu điếm là kích thước nhỏ. Nhưng gần đây các nhà nghiên cứu đã đề xuất khá
nhiều thuật toán nén mạnh, cho phép có được ảnh màu chất lượng cao và nhiều màu
nhưng dung lượng nhỏ. Các ảnh màu có dùng bảng màu đang dần được ít sử dng,
và các phương pháp giấu tin trên chúng cũng ít dần.
4.7.2.  !2##P(!*j
Với kỹ thuật hiện đại, thuật toán nén có chất lượng cao và dung lượng của thiết
bị lưu trữ ngày càng lớn, dùng ảnh màu chất lượng đang trở lên phố biến hơn. Các
ảnh màu (ví d như loại 16 bit và 24 bit) và ảnh đa cấp xám (từ đây sẽ gọi chung là
ảnh màu) - do có quá nhiều màu và cấp độ màu, nên thực sự là môi trường lý tưởng
để giấu tin và người ta có thể áp dng nhiều kỹ thuật giấu tin trên đó.
^*f
24
Với kỹ thuật giấu tin bằng cách thay đổi các giá trị LSB, người ta có thể thay đối
không chỉ 1 bit, mà còn nhiều hơn, đế tăng thêm tỷ lệ tin được giấu. Các nghiên cứu
sinh học cho thấy, hệ cảm nhận của mắt người rất kém nhạy cảm với màu xanh
dương tức là có thể thay đổi nhiều hơn, mà vẫn khó bị phát hiện bằng mắt thường.
!9
Như đã nói trên, ảnh màu thực sự là môi trường lý tưởng để giấu tin. Đối với
thuật toán thay đổi LSB, thay thế theo quy ước rồi ghép ngược trở lại, tuỳ theo kích
thước của thông điệp và kích thước ảnh, ta có thể thay đổi tại một hay một so bit
LSB trong ba thành phần màu RGB. Riêng thành phần Blue là khi thay đổi khó bị
phát hiện nhất, nên ta có thể thay đổi một số lượng bit nhiều hơn trong thành phần
đó, mà vẫn có thể đảm bảo an toàn.
Đối với phương pháp giấu tin trong các khối của phương tiện chứa, để có các
ma trận ảnh nhị phân đầu tiên ta tách lấy các giá trị LSB của mỗi điếm ảnh từ ảnh
màu F đó, như vậy từ ảnh màu đã tạo ra được ảnh đen trắng F

1
với kích cỡ (số điểm
ảnh) tương đương và một phần “ph” F
2
. Với ảnh đen trắng F
j
này người ta giấu tin
theo thuật toán giấu tin trong các khối ảnh đen trắng đã nêu trên, và thu được ảnh
đen trắng Fj\ Sau đó ta lại ghép ngược ảnh đen trắng F
1
’ này vào với thành phần F
2
đã tách ra trước đây, đế có được ảnh màu đã giấu tin F’ Như vậy trong chương tr^nh
ta chỉ cần có thêm thủ tc để tách các bit LSB từ các ảnh màu. Với phương pháp
này, ta sẽ không phải thực hiện việc kiểm tra các điểm lân cận hay tính hệ số phân
bố bit D.
H^nh 6: Sơ đồ nguyên lý giấu tin trong ảnh màu.
9cd
25