nghiên cứu và đề xuất phương pháp chống tấn công in-quét trong thủy vân số

i
Số hóa bởi trung tâm học liệu
ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THÔNG



PHẠM CÔNG ĐOÀN




NGHIÊN CỨU VÀ ĐỀ XUẤT PHƢƠNG PHÁP CHỐNG TẤN CÔNG IN-
QUÉT TRONG THỦY VÂN SỐ




Chuyên ngành : Khoa học máy tính
Mã số : 60.48.01




LUẬN VĂN THẠC SỸ



NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. HỒ VĂN CANH

Thái Nguyên, tháng 8 năm 2013
ii
Số hóa bởi trung tâm học liệu
LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan bản Luận văn là công trình nghiên cứu khoa học độc lập của
tôi. Luận văn này không sao chép toàn bộ các tài liệu, công trình nghiên cứu của
ngƣời khác. Tất cả các đoạn trích dẫn nằm trong các tài liệu, công trình nghiên cứu
của ngƣời khác đều đƣợc ghi rõ nguồn và chỉ rõ trong tài liệu tham khảo.
Tôi xin cam đoan những điều trên là đúng sự thật, nếu sai, tôi xin chịu hoàn
toàn trách nhiệm.

TÁC GIẢ LUẬN VĂN



PHẠM CÔNG ĐOÀN
iii
Số hóa bởi trung tâm học liệu
LỜI CẢM ƠN

Đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới các thầy, cô trƣờng Đại học
Công Nghệ Thông Tin và Truyền Thông – Đại Học Thái Nguyên đã nhiệt tình
giảng dạy và truyền đạt kiến thức cơ sở cho em trong thời gian học tập tại trƣờng.
Em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy Hồ Văn Canh, ngƣời đã định hƣớng,
hƣớng dẫn và hỗ trợ em rất nhiều để em hoàn thành luận văn này.
Em xin gửi lời cảm ơn tới các anh chị đồng nghiệp và cảm ơn bạn bè cùng
khóa, cùng trƣờng đã nhiệt tình hỗ trợ trong thời gian làm luận văn.

Mặc dù đã rất cố gắng hoàn thành luận văn này, song luận văn sẽ khó tránh
khỏi những thiếu sót. Em rất mong nhận đƣợc sự nhận xét, góp ý, tận tình chỉ bảo từ
các thầy, cô để luận văn em đƣợc hoàn thiện tốt nhất có thể.
Một lần nữa, em xin chân thành cảm ơn tất cả các thầy cô và các bạn đồng
nghiệp!

TÁC GIẢ LUẬN VĂN


PHẠM CÔNG ĐOÀN
iv
Số hóa bởi trung tâm học liệu
BẢNG KÝ HIỆU VIẾT TẮT
Ký hiệu
Dạng đầy đủ
HVS
Human Visual System
LSB
Least Significant Bit
RST
Rotation, Scaling, Translation
A/D
Analog/Digital
D/A
Digital/Analog
DVD
Digital Video Disc
JPEG
Joint Photographic Experts Group
DCT

Discrete Cosine Transfrom
PRNG
PseudoRandom Number Generator
BER
Bit Error Rate
JND
Just Noticeable Difference
ADC
Analog Digital Converter
CCD
Charge-Coupled Device
DFT
Discrete Fourier Transform
FFT
Fast Fourier Transform
IFFT
Inverse fast Fourier transform
QIM
Quantization Index Mod-ulation
DWT
Wavelet Domain Transform
DoG
Difference of Gaussians
SIFT
Scale Invariant Feature Transform
CSF
Contrast Sensitivity Function
SSIM
Structural Similarity Index Measurement
NVF

Noise Visibility Function
SSM
Spread Spectrum Modulation
PSNR
Peak Signal to Noise Ratio

v
Số hóa bởi trung tâm học liệu
MỤC LỤC

Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ THỦY VÂN SỐ 3
1.1. Giới thiệu 3
1.2. Thủy vân và những ngành liên quan 5
1.3. Các yêu cầu đối với hệ thống thủy vân 7
1.3.1. Tính bảo mật 7
1.3.2. Tính vô hình 7
1.3.3. Tính vô hình đối với thống kê 7
1.3.4. Tỉ lệ Bit 8
1.3.5. Quá trình dò tìm đáng tin cậy 8
1.3.6. Tính mạnh mẽ 8
1.4. Tấn công trong thủy vân 9
1.5. Phân loại các kỹ thuật thủy vân 11
1.5.1. Phân loại theo cấp độ bền vững 11
1.5.2. Phân loại theo miền làm việc 12
1.6. Các ứng dụng của thủy vân 13
1.6.1. Bảo vệ bản quyền 13
1.6.2. Bảo vệ sao chép 14
1.6.3. Vân tay hoặc truy tìm kẻ phản bội 14
1.6.4. Giám sát chƣơng trình phát sóng 15
1.6.5. Xác thực nội dung 15

1.7. Vai trò của dấu thủy vân 16
1.8. Công nghệ thủy vân trên ảnh số 178
1.8.1. Dấu thủy vân 178
1.8.2. Quá trình nhúng dấu thủy vân tổng quát. 18
1.8.3. Quá trình phát hiện dấu thủy vân. 20
1.9. Phân tích ảnh hƣởng của quá trình In - Quét 22
1.9.1. Ảnh hƣởng của quá trình in đối với ảnh kỹ thuật số 23
vi
Số hóa bởi trung tâm học liệu
1.9.2. Ảnh hƣởng của quá trình Quét đối với hình ảnh kỹ thuật số. 25
1.9.3. Đối sách tấn công của in - quét 278
1.9.4. Hiệu chỉnh tấn công hình học 29
1.10. Kết luận 31
Chƣơng 2. TƢ DUY THIẾT KẾ ĐIỂN HÌNH THUẬT TOÁN CHỐNG TẤN
CÔNG IN - QUÉT TRONG THỦY VÂN SỐ 32
2.1. Các thuật toán chống tấn công in - quét hiện nay 32
2.2. Đặc trƣng bất biến trƣớc sau khi tấn công in - quét 34
2.3. Trích chọn các điểm đặc trƣng của ảnh số 36
2.3.1. Giới thiệu trích chọn đặc trƣng 36
2.3.2. Định nghĩa về điểm đặc trƣng 36
2.4. Phƣơng pháp tìm điểm đặc trƣng SIFT 37
2.4.1. Xây dựng không gian scale 39
2.4.2. Xác định vị trí điểm đặc trƣng 42
2.4.3. Thêm hƣớng cho điểm đặc trƣng 43
2.4.4. Mô tả điểm đặc trƣng 44
2.5. Kết luận 45
Chƣơng 3. ĐỀ XUẤT GIẢI PHÁP CHỐNG TẤN CÔNG IN - QUÉT TRONG
THỦY VÂN SỐ DỰA TRÊN ĐẶC TRƢNG HÌNH ẢNH 47
3.1. Kỹ thuật dựa trên các đặc trƣng bất biến 48
3.2. Sơ đồ nhúng 50

3.2.1. Phân tách không gian co giãn 50
3.2.2. Phát hiện điểm chính sử dụng SIFT 51
3.2.3. Bản đồ JND nhiều mức co giãn 52
3.3. Lƣợc đồ phát hiện 56
3.4. Đánh giá Imperceptibility của thuật toán Digital Watermarking Robust 58
3.4.1. Đánh giá khách quan Imperceptibility dựa trên tính kết cấu tƣơng tự 58
3.4.2. Đánh giá Imperceptibility dựa trên JND 60
3.5. Cân bằng giữa Robust và Imperceptibility 60
vii
Số hóa bởi trung tâm học liệu
3.6. Kết quả thử nghiệm 61
3.6.1. Đánh giá tính không cảm nhận 62
3.6.2. Tính bền vững 62
3.7. Kết luận 64
TỔNG KẾT VÀ TRIỂN VỌNG 65
1. Tổng kết công tác nghiên cứu 65
2. Triển vọng nghiên cứu và tiềm năng ứng dụng 65
viii
Số hóa bởi trung tâm học liệu
DANH MỤC CÁC HÌNH
Hình 1.1. Mô hình thủy vân số trên ảnh 5
Hình 1.2. Phân loại các phƣơng pháp thủy vân 12
Hình 1.3: Sơ đồ nhúng thủy vân tổng quát 19
Hình 1.4. Sơ đồ kết cấu bên trong máy in laser 24
Hình 1.5. Sơ đồ kết cấu bên trong máy scan 26
Hình 1.6. Attack trong quá trình print-scan 27
Hình 2.1. Hai hình trên có thể đƣợc nhận ra là của cùng 1 khung cảnh bởi SIFT 37
Hình 2.2. Các cuốn sách ở bên trái có thể nhận dạng đƣợc trong hình hỗn loạn ở bên
phải. 38
Hình 2.3. Xây dựng không gian scale 40

Hình 2.4. Xác định vị trí điểm đặc trƣng 42
Hình 2.5. Biểu đồ hƣớng (orientation histogram). Đỉnh cao nhất của biểu đồ sẽ đƣợc
chọn làm hƣớng của điểm đặc trƣng. 44
Hình 2.6. Mô tả của điểm đặc trƣng 44
Hình 2.7. Cách mô tả điểm đặc trƣng trong thực tế 45
Hình 3.1. Sơ đồ nhúng thủy vân 50
Hình 3.2. Xây dựng lại không gian Scale 52
Hình 3.3. Contrast mặt nạ - Model of Legge & Foley 53
Hình 3.4. Các bản đồ JND cho ba mức co giãn DoG của ảnh ―Boat‖ 54
Hình 3.5. Các điểm tính năng ổn định nhất và Delaunay của nó cho ảnh "Barbara"
chống lại các cuộc tấn công khác nhau 55
Hình 3.6. Sơ đồ tách thủy vân 57
Hình 3.7. Quan hệ giữa Robust, Imperceptibility và dung lƣợng Watermarking của
Digital Watermarking 61
Hình 3.8. Ảnh gốc (trái) và Ảnh nhúng thủy vân (phải) 62

ix
Số hóa bởi trung tâm học liệu
DANH MỤC BẢNG
Bảng 1.1. Bảng giá trị các biến 18
Bảng 1.2. Ƣu điểm và nhƣợc điểm đối sách đồng bộ attack hình học 30
Bảng 3.1. Đánh giá tính không cảm nhận 62
Bảng 3.2. Các cuộc tấn công điển hình 63

1
Số hóa bởi trung tâm học liệu
LỜI MỞ ĐẦU
Cùng với sự phát triển của công nghệ thông tin, sự phát triển nhanh chóng của
các sản phẩm điện tử, máy in và máy quét thƣờng đƣợc sử dụng để xuất bản và tái
sản xuất các tài liệu số. Ảnh kỹ thuật số có thể đƣợc in và phân phối và khi một

hình ảnh in đƣợc quét, ảnh kết quả đƣợc gọi là hình ảnh sao chép trở thành một
phiên bản kỹ thuật số tƣơng tự với bản gốc Điều này lại kéo theo một thực trạng là
số lƣợng các bản sao chép bất hợp pháp của các dữ liệu số ngày một nhiều, không
có giới hạn và dẫn đến tình trạng không kiểm soát đƣợc. Đứng trƣớc hiện trạng bản
quyền tác giả của các sản phẩm số bị xâm phạm nghiêm trọng, gần đây một số công
cụ giúp cho việc bảo vệ bản quyền tác giả là mã hóa, giải mã và phƣơng pháp thủy
vân số (Digital Watermarking) đƣợc đề xuất. Việc mã hóa và giải mã chỉ đảm bảo
an toàn cho dữ liệu trong quá trình truyền thông, tuy nhiên sau khi giải mã thì dữ
liệu số không còn đƣợc bảo vệ nữa.
Kĩ thuật thủy vân số là một trong những giải pháp đƣa ra để giải quyết vấn đề
về quyền sở hữu. Với việc sử dụng thủy vân, dữ liệu số sẽ đƣợc bảo vệ khỏi sự sao
chép bất hợp pháp. Thủy vân nghĩa là một mẩu tin đƣợc ẩn trực tiếp trong nội dung
của dữ liệu đa phƣơng tiện. Về mặt trực quan khó có thể cảm nhận đƣợc sự có mặt
của thủy vân đã dấu, tuy nhiên sử dụng máy tính và các thuật toán chúng ta lại có
thể phát hiện đƣợc sự có mặt của chúng. Ngoài ra dấu thủy vân còn đảm bảo một
yêu cầu nữa đó là sự gắn kết không thể tách rời với nội dung dữ liệu.
Do đó, sự kết hợp giữa mã hóa và kĩ thuật thủy vân sẽ đem lại cho hệ thống
của chúng ta tính bảo mật đồng thời bảo vệ đƣợc quyền sở hữu của dữ liệu đa
phƣơng tiện và để chống lại các hoạt động bất hợp pháp khi Print-Scan. Cách giải
quyết vấn đề là làm cho các watermark nhúng bền vững chống lại các hoạt động
Print-Scan. Phƣơng pháp tiếp cận của chúng tôi dựa trên trích chọn các điểm ảnh
đặc trƣng SIFT (Scale Invariant Feature Transform) đƣợc biết đến là bất biến với sự
co dãn, sự thay đổi về góc nhìn, và sự thay đổi về ánh sáng, biến dạng affine. Nhúng
watermark đƣợc thực hiện tại các khu vực địa phƣơng (Delaunay triangles) đƣợc
thành lập từ điểm tính năng trích xuất hình ảnh điểm đặc trƣng của DoG (Difference
2
Số hóa bởi trung tâm học liệu
of Gaussians) để tăng sự bền vững. Để đảm bảo tính không thể cảm nhận, một mô
hình Pyramidal JND (Pyramidal Just Noticeable Difference) đƣợc đề xuất để xác
định ngƣỡng tối ƣu cho sức mạnh watermark (tức là năng lƣợng tối đa mà

watermark có thể đạt đƣợc mà không ảnh hƣởng đến tính không không thể cảm
nhận). Giá trị ngƣỡng JND đƣợc tính cho mỗi điểm ảnh trong không gian DoG bằng
cách kết hợp mô hình thị giác (HVS).
Trong luận văn của mình, em đi sâu tìm hiểu và xây dựng một hệ thống sử
dụng kĩ thuật thủy vân để bảo vệ bản quyền ảnh số chống tấn công Print-Scan.
Em xin chân thành cảm ơn TS. Hồ Văn Canh đã hỗ trợ, hƣớng dẫn em hoàn
thành luận văn này.

3
Số hóa bởi trung tâm học liệu
Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ THỦY VÂN SỐ
Trong chƣơng này, em xem xét một số khái niệm chung và các khía cạnh quan
trọng của thủy vân số, tập trung vào thủy vân hình ảnh kỹ thuật số đối với ảnh.
Chƣơng này giới thiệu ngắn gọn một số khái niệm và các đặc tính cơ bản của thủy
vân số. Phần đầu giới thiệu khái niệm về thủy vân số, một số khía cạnh liên quan
nhƣ yêu cầu, ứng dụng, sự tấn công cũng đƣợc xem xét đến. Các phần tiếp theo giới
thiệu phân loại kỹ thuật thủy vân hiện tại và các đánh giá hiệu suất. Phần cuối sẽ mô
tả nguyên lý của quá trình in quét, phân tích các tấn công của quá trình in - quét đối
với ảnh kỹ thuật số, đồng thời đƣa ra những đối sách khắc phục thƣờng dùng cho
các tấn công chủ yếu gặp phải trong quá trình trên. Thông qua các mô tả này, các
khía cạnh khác nhau cũng nhƣ các thách thức hiện tại của thủy vân đƣợc xác định
và làm rõ. Điều này định hƣớng cách tiếp cận của em để thiết kế các thuật toán thủy
vân bền vững và trong suốt.
1.1. Giới thiệu
Ngày nay, vấn đề bảo vệ bản quyền đã trở thành yêu cầu quan trọng nhất cho
việc tạo ra và phát triển các nội dung kỹ thuật số. Các thành phần chính tham gia
trong quá trình này là các hãng phát hành nội dung (ví dụ nhƣ ngành công nghiệp
điện ảnh), ngành công nghiệp công nghệ thông tin, ngành công nghiệp điện tử tiêu
dùng và ngƣời tiêu dùng cuối. Các thành phần này đều có mối quan tâm chung
trong cuộc chiến chống vi phạm bản quyền kỹ thuật số. Phƣơng pháp cổ điển bảo vệ

nội dung đa phƣơng tiện đƣợc dựa trên kỹ thuật mã hóa để ngăn chặn các nội dung
kỹ thuật số (hình ảnh, video, âm thanh, vv…) không bị truy cập trái phép một khi đã
đƣợc mã hóa. Tuy nhiên, kỹ thuật này là vô ích một khi nội dung đƣợc giải mã. Ví
dụ, một bộ phim đƣợc mã hóa có thể đƣợc bảo vệ trong quá trình sản xuất, sau sản
xuất (hậu kỳ), vận chuyển và phân phối nhƣng dễ dàng bị vi phạm bản quyền trong
giai đoạn chiếu tại rạp chiếu bởi các cuộc tấn công của máy quay hay một hình ảnh
sau khi in có thể quét và sử dụng các chƣơng trình sửa đổi và sử dụng sai mục đích.
Do đó cần phải sử dụng một giải pháp khác cho phép khả năng "bảo vệ" bổ sung để
hoàn thiện kỹ thuật mã hóa. Và kỹ thuật thủy vân đƣợc coi là giải pháp có thể áp
dụng trên thực tế.
4
Số hóa bởi trung tâm học liệu
Thủy vân lần đầu tiên đƣợc giới thiệu vào thế kỷ thứ XIV để biểu thị một kỹ
thuật đƣợc phát minh trong ngành công nghiệp sản xuất giấy [0][1]. Vào thời điểm
đó, các nhà sản xuất giấy phải đối mặt với nhiều cạnh tranh từ các đối thủ về chất
lƣợng và giá bán giấy. Do sự cạnh tranh khắc nghiệt này, một số nhà sản xuất giấy
ngƣời Ý đã đƣa ra một ý tƣởng về nhúng thông tin vào giấy tờ của họ. Đánh dấu
này chỉ có thể nhìn thấy khi thắp sáng và chủ yếu cho mục đích nhận dạng thƣơng
hiệu và phân biệt sản phẩm. Kỹ thuật này sau đó đƣợc sử dụng nhƣ là một phƣơng
pháp chống sao chép trái phép cho tiền giấy và các tài liệu chính thức. Trong thế kỷ
XVIII khi thuật ngữ "thủy vân" đƣợc giới thiệu lần đầu tiên, có thể vì các dấu hiệu
tƣơng tự nhƣ các hiệu ứng của nƣớc trên giấy. Năm 1961, thủy vân trên các nội
dung kỹ thuật số lần đầu tiên đƣợc trình bày bởi E. Hembrooke trong một bằng sáng
chế để xác định các tác phẩm âm nhạc [2]. Năm 1988, thuật ngữ "thủy vân số" đã
xuất hiện rõ ràng trong các ấn phẩm của Komatsu và Tominaga [3]. Từ năm 1995,
Thủy vân số đã nhận đƣợc nhiều sự quan tâm và trở thành một lĩnh vực quan trọng
không chỉ trong nghiên cứu mà còn trong ngành công nghiệp vì nó giúp giải quyết
một số thách thức vi phạm bản quyền nội dung kỹ thuật số.
Nói chung, một hệ thống thủy vân bao gồm một thiết bị nhúng và một thiết bị
phát hiện/trích xuất nhƣ minh họa trong Hình 1.1. Thiết bị nhúng đƣợc sử dụng để

chèn một tin nhắn (đƣợc gọi là thủy vân, một loại siêu dữ liệu) vào một nội dung
ban đầu. Nội dung đƣợc nhúng thủy vân sau đó đƣợc truyền thông qua một kênh
phân phối. Từ đó, nó có thể bị một số thao tác thay đổi có chủ ý cũng nhƣ không
chủ ý (gọi là các cuộc tấn công) cố gắng để loại bỏ các thủy vân hoặc làm cho nó
trở nên vô dụng. Cuối cùng, thiết bị phát hiện/trích xuất cố gắng để xác định liệu
còn tồn tại thủy vân hay không, nếu có, trích xuất thông tin liên quan. Trong các
phần tiếp theo, sau khi giới thiệu một số định nghĩa của thủy vân số và các thảo luận
liên quan, chúng tôi đã nghiên cứu các đặc tính khác nhau của thủy vân liên quan
đến yêu cầu, các ứng dụng và các cuộc tấn công. Luận văn này chỉ tập trung vào
thủy vân nội dung ảnh nhƣng bên cạnh đó, thủy vân có thể đƣợc sử dụng trên
phƣơng tiện khác nhƣ âm thanh, phần mềm, tài liệu, video vv…
5
Số hóa bởi trung tâm học liệu

Hình 1.1. Mô hình thủy vân số trên ảnh
1.2. Thủy vân và những ngành liên quan
Thủy vân có liên quan chặt chẽ đến mật mã học, viết ẩn thông tin
(Steganography) và che giấu dữ liệu. Mặc dù chúng có nhiều đặc điểm chồng chéo,
tuy nhiên có một số khác biệt trong các khái niệm cơ bản sau:
Mật mã (hoặc Khoa học mật mã) là một khoa học về mã hóa một bản tin
có thể bị chặn trong quá trình truyền tải để bảo đảm bí mật của nó. Mật mã
đã xuất hiện sau khi phát minh ra chữ viết nhằm tăng cƣờng yêu cầu về bảo
mật, an ninh và toàn vẹn trong giao tiếp. Nguyên tắc của mật mã là để
chuyển đổi một bản tin sang một dạng không thể hiểu nên các thiết bị chặn
hoặc nghe trộm tín hiệu không thể đọc đƣợc, nhƣng những ngƣời cụ thể có
thông tin bí mật để giải mã bản tin này thì dễ dàng đọc đƣợc bản tin đó. Kể
từ khi bắt đầu, mật mã đƣợc giới hạn cho các ứng dụng quân sự và ngoại
giao nhƣng giờ đây nó đã phát triển vƣợt bậc, đặc biệt là với sự ra đời của
máy tính, và mở rộng đến đời sống dân sự. Mã hóa hiện đại bây giờ là một
lĩnh vực nghiên cứu quan trọng có liên quan đến nhiều ngành nhƣ toán học,

khoa học máy tính và kỹ thuật điện.
6
Số hóa bởi trung tâm học liệu
Viết ẩn thông tin (có nguồn gốc từ Steganos trong tiếng Hy Lạp, ―cover‖
có nghĩa là "vỏ bọc" và "graphia" có nghĩa là "Viết") mô tả kỹ thuật cho
phép thông tin liên lạc bí mật bằng cách ẩn tin thứ cấp (một thông tin bí
mật) vào thông điệp chính (dữ liệu không bị nghi ngờ). Phƣơng pháp viết
ẩn thông tin thƣờng đƣợc sử dụng trong giao tiếp bí mật điểm - điểm giữa
các bên tin tƣởng nhau. Trong viết ẩn thông tin, bên thứ ba không thể biết
có sự tồn tại của các thông tin bí mật trong khi trong mật mã học, thông tin
đƣợc biết đến nhƣng không thể đọc đƣợc nếu không có khóa giải mã.
Thủy vân có thể đƣợc coi nhƣ là một nhánh của mật mã. Tuy nhiên, nhƣ
trái ngƣợc với viết ẩn thông tin, nó có bổ sung đặc tính bền vững chống lại
các cuộc tấn công. Ngay cả khi biết đến sự tồn tại của các thông tin ẩn và
các thuật toán thủy vân là công khai, về mặt lý thuyết rất khó khăn (hoặc
không thể) một kẻ tấn công để phá hủy các thủy vân đã đƣợc nhúng mà
không ảnh hƣởng nghiêm trọng đến chất lƣợng của các nội dung chính.
Đây là nguyên tắc tƣơng tự nhƣ luật Kerkhoffs nổi tiếng trong mật mã học:
một hệ mật đƣợc an toàn ngay cả khi một kẻ tấn công biết phƣơng pháp mã
hóa đƣợc sử dụng nhƣng không có chìa khóa thích hợp [4]. Yêu cầu bền
vững này dẫn đến một thực tế rằng các phƣơng pháp thủy vân thƣờng
nhúng ít thông tin vào dữ liệu chính hơn so với các phƣơng pháp viết ẩn
thông tin.
Dấu vân tay (Fingerprinting) chỉ là một ứng dụng đặc biệt của thủy vân.
Kỹ thuật này bao gồm nhúng một thủy vân độc đáo và phân biệt (ví dụ một
số sơ-ri) vào mỗi bản sao của một nội dung kỹ thuật số và sẽ đƣợc phân
phối hoặc bán. Bằng cách này, dấu vân tay giúp xác định những ngƣời
dùng cuối, những ngƣời phân phối nội dung bất hợp pháp (qua internet
hoặc trên thị trƣờng) và vi phạm bảo vệ bản quyền.
Ẩn dữ liệu (hoặc ẩn thông tin) là một thuật ngữ chung biểu thị tất cả các

vấn đề nhúng một bản tin vào một nội dung số nào đó. Thông thƣờng nó
bao gồm hoặc các thông tin không thể nhận thấy (thủy vân) hoặc giữ bí
7
Số hóa bởi trung tâm học liệu
mật sự tồn tại của thông tin (viết ẩn dữ liệu) hoặc các ứng dụng lai "giữa"
hai kỹ thuật này.
1.3. Các yêu cầu đối với hệ thống thủy vân
1.3.1. Tính bảo mật
Giống nhƣ trong lĩnh vực mã hóa, tính hiệu quả của một thuật toán không thể
dựa vào giả định là các kẻ tấn công không biết cách mà dấu thủy vân đƣợc nhúng
vào tài liệu đa phƣơng tiện. Tuy nhiên, giả định đó lại đƣợc dùng để đánh giá độ an
toàn của các sản phẩm thƣơng mại sử dụng thủy vân có giá trị trên thị trƣờng. Vì
vậy với một ứng dụng thủy vân, một khi biết đƣợc cách làm việc của bộ nhúng và
bộ dò, việc làm cho thủy vân không đọc đƣợc thƣờng rất dễ dàng. Hơn nữa một số
kỹ thuật sử dụng dữ liệu gốc trong quy trình dò và thƣờng thì các giải pháp loại này
không khả thi trong thực tế.
1.3.2. Tính vô hình
Những nhà nghiên cứu gần đây đã cố nhúng thủy vân bằng cách đƣa vào
những miền không thể đƣợc nhận ra. Tuy nhiên yêu cầu này mâu thuẫn với các yêu
cầu khác chẳng hạn sức chịu đựng và độ an toàn chống sự bền vững, chống đƣợc
giả mạo đặc biệt là các thuật toán nén mất thông tin. Vì mục đích này chúng ta phải
khảo sát các tính chất của HVS và HAS trong quy trình dò thủy vân. Các thuật toán
nén đƣợc dùng hiện nay cho phép đạt đƣợc mục tiêu đó, tuy nhiên điều này sẽ
không khả thi trong tƣơng lai là do thế hệ của thuật toán nén tiếp theo có thể thay
đổi, cần phải cho các ngƣời giám sát đã qua huấn luyện (ngƣời đƣợc yêu cầu so
sánh phiên bản của tài liệu gốc và tài liệu đƣợc đánh dấu) thấy đƣợc thủy vân. Dĩ
nhiên đây không phải là khó khăn trong thực tế vì ngƣời dùng thông thƣờng không
có khả năng so sánh đó.
1.3.3. Tính vô hình đối với thống kê
Thủy vân không thể phát hiện đƣợc bằng phƣơng pháp thống kê bởi một ngƣời

không đƣợc phép. Ví dụ, nhiều tác phẩm kỹ thuật số đã đƣợc nhúng cùng một thủy
vân sao cho khi thực hiện tấn công dựa trên thống kê thì không tài nào trích đƣợc
thủy vân. Một giải pháp khả thi là sử dụng thủy vân phụ thuộc nội dung.
8
Số hóa bởi trung tâm học liệu
1.3.4. Tỉ lệ Bit
Tùy thuộc vào ứng dụng, thuật toán thủy vân có thể cho phép một số lƣợng bit
cần ẩn đƣợc định nghĩa trƣớc. Không tồn tại các quy tắc chung, tuy nhiên đối với
ảnh thì tối thiểu 300-400 bit. Trong bất kỳ trƣờng hợp nào thì nhà thiết kế hệ thống
phải nhớ rằng tốt nhất là không nên giới hạn số lƣợng bit đƣợc nhúng vào dữ liệu.
1.3.5. Quá trình dò tìm đáng tin cậy
Thậm chí khi có các tấn công cũng nhƣ các biến dạng tín hiệu, khả năng
không dò đƣợc thủy vân đã nhúng hoặc dò sai thủy vân phải rất nhỏ. Thông thƣờng
các thuật toán dựa trên thống kê dễ dàng thoả đƣợc các yêu này.
Tuy nhiên ta thấy rằng một khả năng nhƣ vậy phải đƣợc đƣa lên hàng đầu
nếu ứng dụng thủy vân liên quan đến luật pháp vì có nhƣ vây mới tạo sự tin cậy
chắc chắn trong các phán quyết cuối cùng
1.3.6. Tính bền vững.
Việc sử dụng các tín hiệu âm nhạc, hình ảnh và phim dƣới dạng kỹ thuật số
thông thƣờng có liên quan tới nhiều kiểu biến dạng, chẳng hạn nhƣ nén có mất
thông tin, hay trong trƣờng hợp ảnh là các phép lọc, định lại kích thƣớc, cải tiến độ
tƣơng phản, phép quay, v.v.
Để thủy vân hữu ích, dấu thủy vân phải đƣợc phát hiện ngay khi cả các biến
dạng xảy ra. Quan điểm chung để đạt đƣợc tính bền vững chống lại đƣợc các biến
dạng tín hiệu là đặt thủy vân vào các phần quan trọng của tín hiệu.
Điều này phụ thuộc vào cách xử lý của các thuật toán nén có mất thông tin
(bỏ qua các phần dữ liệu không quan trọng mà không làm ảnh hƣởng đến chất
lƣợng của dữ liệu đƣợc nén.
Điều này dẫn đến một thủy vân đƣợc ẩn trong các dữ liệu không quan trọng
khó tồn tại khi bị nén.

Trong trƣờng hợp thủy vân trên ảnh, sức chịu đựng với các xử lý hình học
(dịch chuyển, định lại kích thƣớc, quay, xén) thì vẫn là một vấn để mở, những thao
tác nhƣ vậy rất thông thƣờng và một giải pháp đề ra cần giải quyết đƣợc trƣớc khi
áp dụng thủy vân cho bảo vệ tác quyền ảnh.
9
Số hóa bởi trung tâm học liệu
1.4. Tấn công trong thủy vân
Tấn công đƣợc định nghĩa là tất cả các hoạt động có chủ ý hoặc không chủ ý
có thể làm cho thủy vân không thể phát hiện/giải mã đƣợc hoặc trở nên vô dụng. Có
hai loại tấn công chính:
Tấn công không chủ ý: Kiểu tấn công này bao gồm tất cả các quy trình
không nhằm mục đích loại bỏ hoặc khử thủy vân. Chúng liên quan đến sự
suy giảm trong quá trình nén (Jpeg, Mpeg, vv ), lọc, chuyển đổi A/D, thay
đổi định dạng mã hóa hoặc độ phân giải, vv mà một nội dung đã đƣợc
thủy vân có thể gặp phải trong quá trình truyền dẫn.
Các cuộc tấn công có chủ ý: Những cuộc tấn công nhằm mục đích làm
cho các thủy vân trở nên vô dụng, ví dụ, máy print-scan, máy quay phim,
sao chép hoặc thông đồng tấn công.
Trên thực tế, các cuộc tấn công có thể đƣợc phân chia thành các loại theo cách
mà chúng hoạt động nhằm ngăn chặn hiệu quả của thủy vân:
Các cuộc tấn công loại bỏ: các cuộc tấn công này cố gắng làm cho thủy
vân đã đƣợc nhúng trở nên không đọc đƣợc. Loại tấn công này gồm xử lý
tín hiệu, khử nhiễu, tái điều chế (remodulation), và các cuộc tấn công thông
đồng, sẽ đƣợc mô tả nhƣ sau:
- Các cuộc tấn công khử nhiễu xem quá trình thủy vân nhƣ là một quá
trình chèn nhiễu. Bằng cách này, kẻ tấn công có thể sử dụng một bộ lọc
loại bỏ nhiễu để loại bỏ các tín hiệu thủy vân. Cuộc tấn công này có thể
cần một số tri thức về thống kê tín hiệu ban đầu (chƣa đƣợc thủy vân)
để tối ƣu hóa hoạt động khử nhiễu.
- Tấn công xử lý tín hiệu bao gồm chuyển đổi A/D hoặc D/A, nén, lƣợng

tử hóa, phối màu, lọc, làm mờ, lấy mẫu, thêm nhiễu, tăng độ tƣơng
phản, vv…
- Các cuộc tấn công thông đồng cố gắng ƣớc lƣợng nội dung gốc từ các
bản sao khác nhau mà đã đƣợc nhúng các thủy vân khác nhau, hoặc ƣớc
lƣợng thủy vân từ nội dung bao phủ khác đƣợc nhúng với cùng một
thủy vân.
10
Số hóa bởi trung tâm học liệu
Các cuộc tấn công không đồng bộ: không cố gắng loại bỏ thủy vân mà là
nhằm mục đích làm cho thủy vân không thể phát hiện đƣợc/không trích
xuất đƣợc mặc dù nó vẫn còn trong nội dung. Chúng ta phân biệt hai loại:
- Các cuộc tấn công hình học bao gồm tất cả các hoạt động nhƣ xoay, co
giãn, dịch chuyển (RST), biến đổi affine, các cuộc tấn công này đƣợc
áp dụng khá đơn giản nhƣng thực sự là một thách thức cho các kỹ thuật
thủy vân ảnh hiện hành.
- Tấn công kiểu cắt dán tạo ra một nội dung sao chép bất hợp pháp từ các
nội dung đã đƣợc thủy vân bằng cách kết hợp các nội dung này sử dụng
phƣơng pháp khác nhau.
Bên cạnh đó, chúng ta có thể liệt kê các kiểu tấn công vào đặc tính của thủy
vân:
Tấn công vào đặc tính bền vững: Kẻ tấn tấn công cố gắng sửa đổi hoặc
xóa các thủy vân mà không cần đến khóa bí mật, thậm chí tấn công vào cả
các thuật toán thủy vân đƣợc biết đến là hoàn hảo [5].
Tấn công vào đặc tính bảo mật: Khi kẻ tấn công có tri thức về lƣợc đồ
thủy vân đã đƣợc sử dụng, kẻ tấn công cố gắng xác định khóa bí mật thông
qua quan sát các kết quả đầu ra của quá trình nhúng và/hoặc bộ phát
hiện/giải mã. Một cuộc tấn công nhƣ vậy rõ ràng là nguy hiểm hơn so với
các cuộc tấn công vào đặc tính bền vững.
Một khi khóa bí mật đƣợc xác định thì toàn bộ hệ thống thủy vân sẽ bị bẻ
khóa. Còn đối với trƣờng hợp của các cuộc tấn công vào đặc tính bền vững, chỉ có

nội dung đƣợc thủy vân mới bị bẻ khóa [5].
Tấn công mã hóa: tấn công này cố gắng khai thác bất kỳ lỗi trong hệ
thống quản khóa. Hai cách tiếp cận đƣợc xác định:
1) tìm kiếm brute-force thƣờng là không thực tế do tính toán phức tạp vì độ
phức tạp tính toán của nó và
2) tấn công Oracle trong đó dùng bộ dò và cố gắng tìm ra khóa hoặc thủy vân
thông qua quá trình thử sai. Theo nguyên tắc Kerkhoff, một hệ thống thủy vân có
thể đƣợc dễ dàng bị bẻ khóa khi cả khóa và thuật toán thủy vân đƣợc biết đến [6].
11
Số hóa bởi trung tâm học liệu
Tấn công giao thức: Kiểu tấn công này không cố gắng để loại bỏ các thủy
vân, mà chỉ đơn giản là làm cho nó vô dụng bằng cách tạo ra một số loại
nhập nhằng (ambiguity). Loại tấn công này bao gồm tấn công nhập nhằng
và tấn công bản sao:
1) Tấn công nhập nhằng (đƣợc biết đến nhƣ tấn công giả mạo, tắc nghẽn, bao
phủ hoặc đảo ngƣợc) là nhúng một thủy vân khác vào nội dung bao phủ để tạo ra sự
nhầm lẫn về chứng minh bản quyền bởi vì chúng ta không thể phân biệt thủy vân
nào đã đƣợc bởi tác giả thực sự.
2) Các cuộc tấn công sao chép sẽ cố gắng để xác định và sao chép một thủy
vân đã đƣợc nhúng vào trong các nội dung khác nhau, với mục đích có đƣợc một
nội dung đƣợc thủy vân hợp lệ mới.
1.5. Phân loại các kỹ thuật thủy vân
Kỹ thuật khủy vân đƣợc phân loại theo các tiêu chí khác nhau nhƣ chiến lƣợc
nhúng/phát hiện, miền làm việc, cấp độ bền vững, ứng dụng Hình 1.2 minh họa
một phân loại nhƣ vậy.
1.5.1. Phân loại theo cấp độ bền vững
Theo các cấp độ bền vững, thủy vân đƣợc phân thành các loại sau:
Thủy vân “dễ vỡ”: thƣờng đƣợc sử dụng để phát hiện giả mạo.Thủy vân
có thể không bị phát hiện khi bất kỳ thay đổi nhỏ trên các tín hiệu đƣợc
thủy vân. Một ví dụ đơn giản của thủy vân ―dễ vỡ‖ là phƣơng pháp nhúng

vào các bít ít quan trọng ―Least-Significant-Bit (LSB)‖ trong đó thủy vân
đƣợc nhúng vào trong bit ít ý nghĩa nhất của các điểm ảnh. Do vậy, bất kỳ
sự thay đổi nào về nội dung ảnh cũng dễ để thay đổi thủy vân.
Thủy vân “bán dễ vỡ”: có thể không bị ảnh hƣởng bởi một số thao tác
không chủ ý trong khi dễ bị tổn thƣơng bởi các tấn công nguy hiểm. Do
vậy, Thủy vân ―bán dễ vỡ‖: cung cấp một cơ chế để xác thực có chọn lọc
mà tại đó sửa đổi bất hợp pháp cần phải đƣợc phát hiện. Việc thay đổi đơn
giản (ví dụ: nén, lọc, thay đổi định dạng) khác so với thay đổi nguy hại (ví
dụ nhƣ bổ sung hoặc xóa một yếu tố quan trọng của nội dung). Những thao
12
Số hóa bởi trung tâm học liệu
tác thay đổi đơn giản này không ảnh hƣởng đến nội suy tổng thể của nội
dung.

Hình 1.2. Phân loại các phương pháp thủy vân
Thủy vân bền vững đƣợc thiết kế để tồn tại trƣớc càng nhiều cuộc tấn công có
thể (cả tấn công không chủ ý tấn công và có chủ ý) và thƣờng đƣợc sử dụng trong
các ứng dụng nhƣ bảo vệ bản quyền, sao chép, dấu vân tay, kiểm soát sao
chép,v.v… Tuy nhiên, tính bền vững thƣờng đi cùng với chi phí tính toán, dung
lƣợng cao và độ trong suốt.
Mọi nghiên cứu và đề xuất đƣợc trình bày trong luận văn thuộc loại thủy vân
bền vững, thủy vân ―dễ vỡ‖ và ―bán dễ vỡ‖ không đƣợc đề cập đến trong nghiên
cứu này.
1.5.2. Phân loại theo miền làm việc
Thủy vân có thể đƣợc nhúng vào một nội dung thông qua hai cách: trong miền
không gian (tức là không gian chứa nội dung) hoặc trong miền biến đổi (bằng cách
sử dụng một số kỹ thuật nhƣ Fourier, DCT, hoặc biến đổi Wavelet, vv ).
Miền không gian: ƣu điểm của nhúng trong miền không gian là thực thi
đơn giản nhƣng thƣờng không bền vững so với nhúng trong miền biến đổi.
Điều này có thể đƣợc giải thích nhƣ sau: hầu hết các biến đổi cung cấp một

13
Số hóa bởi trung tâm học liệu
phân tích đầy đủ của một tín hiệu trong các miền nhỏ mà tại đó các thuộc
tính của tín hiệu có thể đƣợc nhấn mạnh và khai thác.
Miền biến đổi: nhúng trong một miền biến đổi bao gồm chuyển đổi một
tín hiệu một tên miền khác (nhƣ DCT, Wavelet, vv), sau đó, dấu các thủy
vân, và cuối cùng thực hiện biến đổi ngƣợc tín hiệu về miền không gian.
Nhiều biến đổi, đặc biệt là biến đổi trực giao, có các thuộc tính thứ lỗi và
dồn năng lƣợng đƣợc khai thác để mã hóa, nén cũng nhƣ thủy vân. Thật
vậy, hầu hết năng lƣợng của ảnh đƣợc nằm ở tần số thấp. Do đó, nhúng
thủy vân vào trong các tần số này sẽ bền vững nhƣng có biến dạng khi hiển
thị nhiều hơn. Trong khi, nhúng vào các tần số cao thì chất lƣợng hình ảnh
tốt hơn, nhƣng lại tạo ra thủy vân ―dễ vỡ‖. Do đó, giải tần số trung bình là
phù hợp nhất cho thủy vân bởi vì nó cân bằng giữa yêu cầu về tính bền
vững và tính ẩn.
1.6. Các ứng dụng của thủy vân
Thủy vân có thể đƣợc sử dụng nhƣ một giải pháp chủ động và hiệu quả cho
một loạt các lĩnh vực từ truy tìm kẻ phản bội, kiểm soát sao chép, giám sát chƣơng
trình phát sóng, xác thực bảo vệ bản quyền. Các ứng dụng này có các đặc điểm, hạn
chế và yêu cầu (bền vững, trong suốt, năng lực) khác nhau do đó cần phải tính tới
khi thiết kế các thuật toán thủy vân. Ví dụ, trong việc bảo vệ quyền tác giả, thủy vân
phải không thể nhận thấy để giữ chất lƣợng của nội dung gốc và đủ mạnh để tồn tại
(khả năng trích chọn) trƣớc các tấn công gây ra bởi truyền tải hoặc các tấn công có
chủ ý. Tƣơng tự nhƣ vậy, tùy thuộc vào ứng dụng, thủy vân có thể truyền tải thông
tin khác nhau về chủ sở hữu nội dung (để xác định chủ sở hữu), ngƣời sử dụng cuối
(để truy tìm kẻ phản bội), quyền sở hữu (để bảo vệ bản quyền) hoặc mã kiểm sát
bản ghi (để kiểm soát sao chép), vv. Chúng ta thảo luận sau đây một số ứng dụng
chính của thủy vân .
1.6.1. Bảo vệ bản quyền
Đây là một trong những ứng dụng đầu tiên của thủy vân. Trong trƣờng hợp

này, thủy vân có chứa thông tin về bản quyền của tác giả đƣợc đƣa vào nội dung
gốc để nó có thể đƣợc sử dụng không chỉ để xác định quyền sở hữu mà còn để
14
Số hóa bởi trung tâm học liệu
chứng minh quyền sở hữu. Ví dụ, một thủy vân có thể nhìn thấy đƣợc sử dụng để
quảng cáo và khuyên ngƣời dùng cuối không chiếm đoạt nội dung; trong khi, một
thủy vân vô hình đƣợc sử dụng để cho phép tác giả để phát hiện nội dung của mình
ngay cả khi nó đã đƣợc thay đổi phần nào đó.
1.6.2. Bảo vệ sao chép
Đây là một ứng dụng rất quan trọng mà mục đích là để kiểm soát truy cập và
ngăn chặn việc sao chép bất hợp pháp của nội dung có bản quyền. Ứng dụng này có
vẻ là đặc biệt hữu ích trong các ngành công nghiệp truyền thông DVD. Trên thực tế,
rất dễ dàng để làm các bản sao nội dung đa phƣơng tiện (ảnh, phim) và phân phối
chúng qua internet hoặc các kênh khác. Để ngăn chặn điều này, một thủy vân có
chứa thông tin về các hạn chế sao chép đƣợc nhúng vào nội dung gốc thông qua "hệ
thống quản lý kiểm soát sao chép". Nói chung, có ba loại chỉ định sao chép: "sao
chép một lần", "không sao chép nữa" và "không bao giờ sao chép". Sau đó, đầu đọc
DVD phải có khả năng phát hiện các thủy vân đã đƣợc nhúng, và nếu phát hiện ra,
từ chối để ghi lại nội dung có thủy vân cấm sao chép. Tuy nhiên, để áp dụng các kỹ
thuật có tính khả thi, đầu đọc DVD phải đƣợc tích hợp một máy dò thủy vân. Điều
này dẫn đến tăng giá và gây ra một vấn đề tuân thủ vì nó buộc tất cả ngƣời tiêu
dùng hoặc nhà sản xuất phải áp dụng tiêu chuẩn tƣơng thích cho các thiết bị DVD
của họ.
1.6.3. Vân tay hoặc truy tìm kẻ phản bội
Ứng dụng này giúp ngăn ngừa một nội dung có bản quyền đƣợc phân phối
hoặc tái phân phối rộng rãi thông qua Internet khi ngƣời nhận không đƣợc phép
cung cấp các nội dung cho ngƣời khác. Để làm điều này, một dấu vân tay (một số
nhận dạng duy nhất cho mỗi bản sao) có thể đƣợc sử dụng để phân biệt từng ngƣời
nhận. Bất cứ khi nào phát hiện một bản phân phối bất hợp pháp, thông tin đƣợc
trích chọn từ các bản sao đƣợc phát hiện cho phép xác định nguồn rò rỉ nội dung từ

ngƣời nhận cụ thể. Do vậy, trong trƣờng hợp này, cần phải phân biệt một số thuật
ngữ. Ngƣời nhận phân phối bất hợp pháp các nội dung đƣợc gọi là "kẻ phản bội",
trong khi ngƣời nhận các nội dung từ kẻ phản bội đƣợc coi là "cƣớp biển" và cuối
15
Số hóa bởi trung tâm học liệu
cùng, kẻ thù đƣợc mô tả là những kẻ tấn công đã cố gắng để vô hiệu hóa thủy vân
hoặc tìm cách phá để lấy nội dung gốc [1].
1.6.4. Giám sát chương trình phát sóng
Nói chung, các nhà quảng cáo trả phí rất cao cho các đoạn quảng cáo ngắn
xuất hiện trong thời gian nghỉ của các sự kiện thể thao quan trọng hoặc phim truyện.
Do đó, họ muốn để đảm bảo rằng quảng cáo của họ đã thực sự phát sóng. Giám sát
phát sóng chủ yếu đƣợc sử dụng để thu thập thông tin về nội dung đang đƣợc phát
sóng. Thông tin này sau đó đƣợc sử dụng làm căn cứ để thanh toán. Một phƣơng
pháp đơn giản để theo dõi chƣơng trình phát sóng là sử dụng con ngƣời để giám sát,
nhƣng nó là tốn kém và không đáng tin cậy. Do đó, cần thiết để sử dụng các phƣơng
pháp tự động thay thế. Nói tóm lại cần phân biệt hai kỹ thuật: giám sát thụ động và
chủ động [1]. Hệ thống thụ động cố gắng để mô phỏng cách thức của con ngƣời
bằng cách ghi lại các chƣơng trình phát sóng và so sánh chúng với nội dung (bài
hát, phim ảnh, chƣơng trình truyền hình) trong một cơ sở dữ liệu dựa trên một số
phƣơng pháp phù hợp. Hệ thống chủ động thực hiện giám sát bằng cách nhúng các
thông tin liên quan cùng với các nội dung đang đƣợc phát sóng. Do có nhiều vấn đề
đã đƣợc phát hiện với các hệ thống thụ động, các nhà quảng cáo từng bƣớc chuyển
sang phƣơng pháp giám sát chủ động nhƣ là một phƣơng pháp thay thế. Thủy vân là
một kỹ thuật thuận lợi cho việc thực hiện giám sát chủ động. Nó có một lợi thế là sử
dụng siêu dữ liệu là mã số nhận dạng đƣợc chèn vào và tồn tại trong nội dung. Do
đó, thông tin chèn vào vẫn có thể tồn tại sau một số thao tác nhƣ thay đổi định dạng.
Tuy nhiên, nó làm nảy sinh mối quan ngại rằng thủy vân có thể làm giảm chất
lƣợng của nội dung phát sóng.
1.6.5. Xác thực nội dung
Thật dễ dàng làm xáo trộn một nội dung kỹ thuật số, do đó xác thực là cần

thiết để đảm bảo sự toàn vẹn và xác thực nội dung. Điều này có thể đƣợc thực hiện
bằng các kỹ thuật thủy vân dễ vỡ hoặc bán dễ vỡ (xem Phần 1.5.1). Nguyên tắc của
kỹ thuật dễ vỡ là nhúng một thủy vân vào trong nội dung gốc sao cho nó sẽ bị phá
hủy bất cứ khi nào nội dung bị thay đổi (thậm chí thay đổi rất ít). Trong giai đoạn
phát hiện, thủy vân này đƣợc trích xuất và cho phép xác thực liệu nội dung có bị
16
Số hóa bởi trung tâm học liệu
thay đổi không. Hơn nữa, một số hệ thống không chỉ cung cấp khả năng phát hiện
của các vùng bị thay đổi mà còn khả năng khôi phục lại nội dung ban đầu.
Tuy nhiên, một nhƣợc điểm của kỹ thuật thủy vân dễ vỡ là thủy vân cũng bị
phá hủy với thao tác xử lý không chủ ý nhƣ nén định dạng JPEG hoặc thay đổi định
dạng. Hai thao tác trên không đƣợc coi là tấn công nguy hiểm. Do đó, một giải pháp
cho vấn đề này là sử dụng một thủy vân bán dễ vỡ đƣợc thiết kế để tồn tại trong quá
trình biến đổi chuẩn, nhƣng "dễ vỡ" đối với bất kỳ thao tác nguy hiểm nào.
1.7. Vai trò của dấu thủy vân
Đặc tính nâng cao chủ yếu của dấu thủy vân so với mã hóa chính là nội dung
đa phƣơng tiện không tách rời với dấu thủy vân. Điều này làm cho thủy vân có vai
trò hết sức quan trọng trong việc xác thực, kiểm soát sao chép và giao dịch bí mật.
Đối với việc xác thực, thủy vân nhúng những thông tin cần thiết để xác định
nội dung là chính xác. Do đó, dấu thủy vân phải đƣợc thiết kế sao cho bất cứ thay
đổi nào về nội dung sẽ dẫn đến phá hủy dấu thủy vân hoặc làm cho dấu thủy vân sẽ
không còn phù hợp với nội dung nữa. Nếu dấu thủy vân vẫn tồn tại và phù hợp hoàn
toàn với nội dung, ngƣời sử dụng nội dung đƣợc đảm bảo rằng nó không bị biến đổi
từ khi dấu thủy vân đƣợc thêm vào.
Kiểm soát sao chép dựa trên việc thủy vân chứa thông tin về những qui tắc sử
dụng và sao chép mà ngƣời chủ sở hữu của nội dung muốn có hiệu lực. Pháp luật
hoặc nơi cấp bằng sáng chế có thể đặt ra những yêu cầu đối với những thiết bị sao
chép nội dung là phải có khả năng phân tích và thực hiện theo những qui tắc đó. Xa
hơn nữa, thiết bị trình diễn nội dung có thể phân tích dấu thủy vân và so sánh chúng
với các manh mối khác để phát hiện ra bản sao chép bất hợp pháp và không trình

diễn bản sao đó. Đây là ứng dụng mà hiện nay mới chỉ áp dụng cho đĩa video số.
Trong giao dịch bí mật tín hiệu nhúng đƣợc sử dụng để truyền thông tin bí mật
từ một ngƣời (máy tính) tới ngƣời khác (máy khác) mà không ai trên đƣờng truyền
biết thông tin đó. Đây là ứng dụng mã hóa cổ điển-ẩn mẩu thông tin trong cái khác.
Trong thực tế, thủy vân phối hợp với chữ ký số có thể bị dùng sai mục đích trở
thành một kênh ngầm truyền để thông tin do thám. Nhiều miền công cộng và
chƣơng trình chia sẻ sử dụng dịch vụ thủy vân để giao dịch bí mật.