TIỂU LUẬN AN TOÀN VÀ BẢO MẬT DỮ LIỆU MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH

ĐẠI HỌC DUY TÂN
TIỂU LUẬN
AN TOÀN VÀ BẢO MẬT DỮ LIỆU
Đề tài:
MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH
Giảng viên: PGS-TS TRỊNH NHẬT TIẾN
Học viên : TRẦN ĐÌNH HOÀNG HUY
Lớp : K7MCS
Đà Nẵng, 6/2013
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 2
MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ 3
GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 4
I. TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN 4
1. Giấu tin 4
2. Các yêu cầu cở bản của hệ giấu tin trên ảnh tĩnh 5
2.1. Một số đặc điểm và tính chất của hệ giấu tin 5
2.2. Tính chất bền vững của giấu tin 6
2.3. Thông tin dùng để giấu trong ảnh 6
II. MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH 7
1. Giới thiệu ảnh Bitmap 7
2. Sơ đồ hệ thống giấu tin 8
2.1. Quá trình nhúng tin 8
2.2. Quá trình giải và phát hiện tin 8
3. Các kỹ thuật giấu tin trong ảnh 9
3.1. Kỹ thuật chèn vào các bit ít quan trọng của một điểm ảnh (LSB) 9
3.2. Kỹ thuật Patchwork 10
3.3. Kỹ thuật dùng mặt nạ tri giác 11
3.4. Kỹ thuật thao tác trên các hệ số của phép biến đổi DCT 11
4. Các đặc trưng của giấu thông tin trong ảnh 11
4.1. Phương tiện chứa có dữ liệu tri giác tĩnh 12

4.2. Giấu tin trong ảnh tác động lên dữ liệu ảnh nhưng không thay đổi kích thước
ảnh 12
4.3. Đảm bảo yêu cầu chất lượng ảnh sau khi giấu thông tin 12
4.4. Thông tin trong ảnh sẽ bị biến đổi nếu có bất kỳ một biến đổi nào trên ảnh 13
4.5. Không cần ảnh gốc khi giải mã ảnh 13
5. Sự khác nhau giữa giấu tin trong ảnh đen trắng với ảnh màu 13
III. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH GIẤU TIN BỀN VỮNG TRONG ẢNH 15
1. Giới thiệu thuật toán giấu tin 15
2. Chương trình giấu tin 17
KẾT LUẬN 19
TÀI LIỆU THAM KHẢO 20
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 3
ĐẶT VẤN ĐỀ
Cuộc cách mạng thông tin kỹ thuật số đã đem lại những thay đổi sâu sắc trong
xã hội và trong cuộc sống của chúng ta. Bên cạnh những thuận lợi mà thông tin kỹ
thuật số mang lại cũng sinh ra những thách thức và cơ hội mới. 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 v.v đã thúc đẩy khả năng sáng
tạo, xử lý và thưởng thức các dữ liệu đa phương tiện (multimedia data). Mạng
Internet toàn cầu đã tạo ra những cơ cấu ảo - nơi diễn ra các quá trình trao đổi thông
tin trong mọi lĩnh vực chính trị, quân sự, quốc phòng, kinh tế, thương mại và chính
trong môi trường mở và tiện nghi như thế xuất hiện những vấn nạn, tiêu cực đang rất
cần các giải pháp hữu hiệu nhằm đảm bảo an toàn thông tin, chống lại các nạn ăn
cắp bản quyền, xuyên tạc thông tin, truy nhập thông tin trái phép v.v Việc 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 tạo ra những cơ hội phát triển mới.
Trong một thời gian dài, nhiều phương pháp bảo vệ thông tin đã được đưa ra,
trong đó có phương pháp giấu tin trong ảnh. Mục đích của phương pháp này là che
giấu thông tin là làm cho dữ liệu trở nên không thể nghe thấy hay nhìn thấy. Điều đó
có nghĩa là đối phương không nhận thấy sự tồn tại của dữ liệu đã được nhúng dù có

cố gắng nhìn thật cẩn thận vào môi trường có giấu dữ liệu. Phương pháp này đã có
nhiều ứng dụng trong thực tế. Vì vậy việc nghiên cứu phương pháp bảo vệ thông tin
này không chỉ có ý nghĩa trên lý thuyết mà cả thực tiễn. Do đó, để thực hiện tiểu
luận môn an toàn và bảo mật dữ liệu tôi đã chọn đề tài: Một số kỹ thuật giấu tin
trong ảnh.
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 4
GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
I. TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN
1. Giấu tin
Giấu thông tin là một kỹ thuật nhúng (giấu) một lượng thông tin số nào đó vào
trong một đối tượng dữ liệu khác.
Môi trường giấu tin có thể là bất kỳ đối tượng dữ liệu số nào, nhưng phổ biến
hơn cả là ảnh số. Đối với ảnh nhị phân (ảnh đen trắng) mỗi điểm ảnh được biểu diễn
bởi một bit nên khi có thay đổi, các bit dễ bị phát hiện. Do đó rất khó giấu tin vào đó
một cách an toàn. Việc nghiên cứu về các phương pháp giấu tin trong ảnh nhị phân
trước hết để giải quyết những khó khăn này. Ngoài ra bản thân các thuật toán giấu
tin trong ảnh nhị phân có thể được sử dụng làm cơ sở để phát triển các thuật toán
giấu tin trong ảnh màu. Ảnh đa mức xám hay trong các môi trường đa phương tiện
khác một cách rất hiệu quả
Các phương pháp giấu tin trong ảnh nhị phân thường giấu tin theo khối bit và
sử dụng thuộc tính chẳn lẻ của các khối bit để khôi phục lại thông tin. Một thuật
toán giấu tin khá phổ biến là thuật toán WL của M.Wu và J. Lee. Trong thuật toán
WL, môi trường giấu tin là một ảnh nhị phân (có thể được coi như một ma trận nhị
phân, mỗi phần tử của ma trận là 1 bit) được chia ra thành các khối m*n bit, mỗi
khối giấu được một bit thông tin bằng cách thay đổi nhiều nhất là một bit trong khốí.
Ưu điểm của thuật toán này là tương đối đơn giản. Nhược điểm của thuật toán này là
tỉ lệ giấu tin thấp vì mỗi khối chỉ giấu được một bit thông tin, và độ an toàn chưa
cao vì với giả thiết đối phương đã biết sử dụng thuật toán WL thì chúng chỉ cần xác
định được m và n và ma trận khoá thì chúng sẽ tìm ra tin giấu.
Thuật toán CPT của Y.Chen, H.Pan, Y.Tseng cũng có tư tưởng giấu tin theo

khối bit nhưng mỗi khối có thể giấu được một dãy r bit bằng cách thay đổi nhiều
nhất hai bit trong khối. Như vậy so với thuật toán WL, thuật toán CPT có tỉ lệ giấu
tin cao hơn nhiều, trong khi số bit cần thay đổi cũng rất ít. Ví dụ với khối 8*8 thì với
thuật toán WL ta chỉ giấu được 1 bit nhưng với thuật toán CPT có thể giấu được đến
6 bit. Thuật toán CPT sử dụng một ma trận trọng số nhằm giấu được một dãy nhiều
bit vào trong mỗi khối, và ma trận trong số này cũng chính là một thành phần bí mật
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 5
cùng với ma trận khoá. Do vậy độ an toàn của thuật toán CPT sẽ cao hơn của thuật
toán WL.
2. Các yêu cầu cở bản của hệ giấu tin trên ảnh tĩnh
Cũng giống như các loại thông tin khác, an toàn ảnh số cũng là điều rất được
quan tâm hiện nay. Đối với các bức ảnh có yêu cầu cao trong việc tôn trọng bản
quyền hay chống các xuyên tạc thì vấn đề này đòi hỏi phải có những kỹ thuật hỗ trợ.
Để giải quyết vấn đề này ta có thể quan tâm theo 3 khía cạnh sau: mã hoá dữ liệu
ảnh, kiểm tra truy cập trên các trang web chứa ảnh cần bảo vệ và cuối cùng là nhúng
tin vào các bức ảnh này. Mối quan hệ giữa giấu tin và an toàn thông tin được thể
hiện
2.1. Một số đặc điểm và tính chất của hệ giấu tin
- Phương tiện chứa là ảnh 2 chiều tĩnh.
- Giấu tin trên ảnh tác động lên dữ liệu nhưng không làm thay đổi kích thước
ảnh.
- Kỹ thuật giấu phụ thuộc vào tính chất của hệ thống tri giác con người.
- Khi giải tin có thể cần hoặc không cần ảnh gốc.
Yêu cầu bắt buộc đối với giấu tin ẩn là thông điệp giấu phải ẩn bên trong ảnh
sao cho mắt thường không nhìn thấy được. Có loại giấu tin nhưng thông tin nhúng
lại cho nhì thấy công khai về chủ quyền sở hữu. Giấu tin ẩn được sử dụng mục đích
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 6
An toàn ảnh số
Mã hoá thông tin
-Xoá trộn thông tin

- Thực hiện trong
suốt quá trình
truyền
- Sử dụng khoá
công cộng hoăc
khoá bí mật
Giấu tin
-Phát hiện sự
thay đổi
- Mã các thông
tin liên quan đến
bản quyền
An toàn site
- Firewalls
- Vấn đề truy cập
- Sử dụng các
ảnh công cộng có
chất lượng thấp
Mối quan hệ giữa giấu tin và an toàn ảnh
gài bí mật các thông tin xác định chủ quyền sở hữu và các thông tin sẽ được sử dụng
như bằng chứng về quyền sở hữu tài liệu đó nếu có tranh chấp.
2.2. Tính chất bền vững của giấu tin
Tính chất này là quan trọng nhất của hệ giấu tin bền vững. Nghĩa là hệ giấu tin
phải chống lại được các phép biến đổi, hay các tấn công có chủ định.
2.3. Thông tin dùng để giấu trong ảnh
Một câu hỏi đầu tiên đối với hệ giấu tin là thông tin gì sẽ được giấu vào bên
trong ảnh. Kiểu giấu tin hay dùng nhất là một chuỗi các ký tự. Chuỗi ký tự được
nhúng trực tiếp lên ảnh mang những thông tin như tác giả, tiêu đề hay ngày tháng,
hay thông tin bản quyền… Tuy nhiên sử dụng chuỗi ký tự lại bị một hạn chế, đó là
mỗi ký tự biểu diễn bằng nhiều bit nếu như vì một lý do nào đó một bit bị lỗi thì sẽ

làm sai cả ký tự và do đó chỉ cần một phép biến đổi đơn giản như phép biến đổi
JPEG cũng có thể làm cho tin giấu sai lệch rất nhiều. Chúng ta cũng có thể dùng ảnh
để giấu khi đó ta sẽ có ảnh trong ảnh. Khi giải tin thì một số điểm ảnh sai nhưng
hình tổng thể được giữ nguyên. Trong kỹ thuật gần đây , người ta sử dụng giấu tin là
một chuỗi bit sinh ngẫu nhiên theo một luật phân phối xác suất nào đó và sau đó sử
dụng các lý thuyết xác suất thống kê để chứng thực giấu tin.
Trong các loại giấu tin thì giấu tin ẩn và bền vững là loại được quan tâm
nghiên cứu nhiều nhất vì ý nghĩa ứng dụng lớn của nó như đã nói ở phần trên. Do
vậy, hai tính chất quan trọng nhất của hệ giấu tin mà các nhà nghiên cứu đang cố
gắn đạt được là thuộc tính ẩn và thuộc tính bền vững. Nhưng đây là sự mấu chốt của
sự phức tạp vì hai thuộc tính này mâu thuẩn nhau. Nếu như để bảo đảm thuộc tính
ẩn, giấu tin phải đựơc giấu trong những vị trí ít có ý nghĩa tri giác nhất, ít bị chú ý
nhất thì để đảm bảo được thuộc tính bền vững, giấu tin phải chịu được những phép
xử lý ảnh phổ biến như dịch chuyển hay nén ảnh JPEG. Ví dụ như phép nén JPEG
loại bỏ ở ảnh những thông tin ít có tính tri giác nhất để làm giảm kích thước của ảnh
mà vẫn đảm bảo được chất lượng ảnh. Khi đó thì những dữ liệu của tin giấu nằm
trong vùng này sẽ bị mất đi hoặc bị biến đổi sai lệch hoàn toàn.
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 7
II. MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH
1. Giới thiệu ảnh Bitmap
Bitmap là định dạng ảnh do Microsoft đề xuất, có phần mở rộng là BMP và
được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng trên Windows. Dữ liệu ảnh bitmap là một
ma trận điểm ảnh, mỗi điểm ảnh được biểu diễn bởi một số bit, thông thường là 8 bit
hoặc 24 bit.
Các thuộc tính tiêu biểu của một tập tin ảnh BMP (cũng như file ảnh nói chung) là
+ Số bit trên mỗi điểm ảnh (bit per pixel), thường được ký hiệu bởi n. Một ảnh
BMP n-bit có 2n màu. Giá trị n càng lớn thì ảnh càng có nhiều màu, và càng rõ nét
hơn. Giá trị tiêu biểu của n là 1 (ảnh đen trắng), 4 (ảnh 16 màu), 8 (ảnh 256 màu),
16 (ảnh 65536 màu) và 24 (ảnh 16 triệu màu). Ảnh BMP 24-bit có chất lượng hình
ảnh trung thực nhất.

+ Chiều cao của ảnh (height), cho bởi điểm ảnh (pixel).
+ Chiều rộng của ảnh (width), cho bởi điểm ảnh.
Cấu trúc tập tin ảnh BMP bao gồm 4 phần
+ Phần đầu [Bitmap Header (14 bytes)]: giúp nhận dạng tập tin bitmap.
+ Phần thông tin [Bitmap Information (40 bytes)]: lưu một số thông tin chi tiết
giúp hiển thị ảnh.
+ Phần bảng màu [Color Palette (4*x bytes)], x là số màu của ảnh: định nghĩa
các màu sẽ được sử dụng trong ảnh.
+ Phần dữ liệu (Bitmap Data): đây chính là nơi sẽ được dùng để giấu tin.
Đặc điểm nổi bật nhất của định dạng BMP là tập tin hình ảnh thường không
được nén bằng bất kỳ thuật toán nào. Khi lưu ảnh, các điểm ảnh được ghi trực tiếp
vào tập tin - một điểm ảnh sẽ được mô tả bởi một hay nhiều byte tùy thuộc vào giá
trị n của ảnh. Do đó, một hình ảnh lưu dưới dạng BMP thường có kích cỡ rất lớn,
gấp nhiều lần so với các ảnh được nén (chẳng hạn GIF, JPEG hay PNG).
Định dạng BMP được hỗ trợ bởi hầu hết các phần mềm đồ họa chạy trên
Windows, và cả một số ứng dụng chạy trên MS-DOS. Ngay từ Windows 3.1,
Microsoft đã cho ra đời phần mềm PaintBrush, một phần mềm hỗ trợ vẽ hình ảnh
đơn giản và lưu hình ảnh được vẽ dưới dạng BMP 16 hay 256 màu. Tuy nhiên, do
kích thước tập tin ảnh BMP quá lớn, định dạng BMP không phù hợp để trao đổi
hình ảnh qua mạng Internet (do hạn chế về tốc độ truyền dữ liệu). Do đó, các trang
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 8
web thường sử dụng ảnh dạng GIF, JPEG hay PNG. Các định dạng này hỗ trợ các
thuật toán nén hình ảnh, vì vậy có thể giảm bớt kích cỡ của ảnh.
2. Sơ đồ hệ thống giấu tin
2.1. Quá trình nhúng tin

Ký hiệu bức ảnh cần nhúng tin là I, tin giấu là W= (W
1
, W
2

,…, W
L
) trong đó L
là chiều dài của tin giấu và bức ảnh sau khi nhúng tin là I’. Hàm nhúng E nhận bức
ảnh I và tin giấu W và nó sinh ra một bức ảnh mới I’ được gọi là ảnh đã được
nhúng. Bức ảnh trước khi được nhúng tin có thể được chuyển sang miền tần số hoặc
xử lý trực tiếp ở miền không gian ảnh. Điều này phụ thuộc vào kỹ thuật giấu tin lựa
chọn. Ta có thể ký hiệu quá trình nhúng tin theo biểu thức toán học sau:
E(f, W) = I’ đối với kỹ thuật giấu tin trong miền tần số, trong đó f là các hệ số
sau khi thực hiện biến đổi.
Khi bức ảnh được đưa lên mạng hoặc đưa ra các kênh truyền thông công cộng
thì có thể có các tấn công. Kết quả của các tấn công này là bức ảnh J được sinh ra.
Minh hoạ hình 2.1.
2.2. Quá trình giải và phát hiện tin
Trong quá trình phát hiện và giải tin có thể cần bức ảnh gốc I. Hàm phát hiện
tin nhận bức ảnh J (là bức ảnh đã được nhúng tin hoặc chưa nhúng tin hoặc đã bị
thay đổi), là bức ảnh cần nhận lại tin W hoặc cần những khẳng định về nó (đã bị
thay đổi chưa, ai là người sở hữu, có bị xuyên tạc hay không). Ta ký hiệu quá trình
này bằng biểu thức toán học D(J, I) = W’. W’ sau đó có thể được so sánh bằng hàm
C(W, W’).
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 9
Miền
không
gian
hoặc
miền
biến đổi
Nhúng
tin (E)
Các

tấn
công
Dãy tin W
Ảnh gốc I
Ảnh
nhúng
tin I’
Ảnh J
Quá trình nhúng tin
Theo sơ đồ hệ thống nhúng và giải tin, ta có một số nhận xét sau:
- Trước khi bức ảnh I được nhúng tin, nó được biến đổi sang miền tần số.Vì
nếu thực hiện trên miền không gian ảnh thì tin nhúng có độ bền không cao, dễ bị
phá vỡ bởi các tấn công đơn giản.
- Chuỗi tin được nhúng trong ảnh có thể là dãy các bit nhị phân. Các phương
pháp giấu tin thực hiện giấu từng bit của chuỗi tin vào từng khối nhỏ trong ảnh.
Thông thường chuỗi nhị phân này được sinh ra một cách ngẫu nhiên từ một khoá K.
Để tăng tính ngẫu nhiên, người ta có sử dụng các kỹ thuật sinh chuỗi số ngẫu nhiên
khác nhau. Chuỗi nhị phân này cũng có thể nhận được từ cách chuyển một chuỗi ký
tự hay một số sang dạng nhị phân.
- Trong quá trình nhúng tin, từng khối ảnh khác nhau có thể giấu lượng tin
khác nhau. Đối với các khối ảnh là biên thì lượng tin giấu vào đây phải ít để tránh
làm thay đổi chất lượng ảnh. Các khối có độ lệch giữa các giá trị thấp thì có thể giấu
tin nhiều hơn.
3. Các kỹ thuật giấu tin trong ảnh
3.1. Kỹ thuật chèn vào các bit ít quan trọng của một điểm ảnh (LSB)
+ Kỹ thuật:
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 10
Miền
không
gian

hoặc
miền
biến đổi
Giải
tin
(E)
So
sánh
(C)
Dãy tin gốc W
Ảnh J
Tin
nhúng
thu được
W’
X
Miền
không
gian
hoặc
miền
biến đổi
Ảnh gốc I
Quá trình giải và phát hiện tin
Thông thường khi chuyển 1 bức ảnh tương tự sang định dạng số, người ta
thường chọn 1 trong ba cách thể hiện màu sau:
- 24 bit màu: Mỗi điểm ảnh có giá trị màu là 2
24
màu được chọn từ bản màu và
những màu này là tổ hợp của ba màu cơ bản Red, Green, Blue có giá trị từ 0 đến

255.
- 8 bit màu: Mỗi điểm ảnh có giá trị màu là 1 trong 256 màu được chọn từ bảng
màu.
- 8 bit xám: Mỗi điểm ảnh có giá trị là 1 trong 256 cấp độ xám
Các kỹ thuật giấu tin trong miền không gian được thực hiện bằng cách thay đổi
trực tiếp giá trị màu hoặc cường độ sáng của các điểm ảnh được chọn. Một kỹ thuật
giấu tin được sử dụng trong không gian ảnh là kỹ thuật chèn vào các bit ít quan
trọng nhất của các điểm ảnh. Phương pháp giấu tin LSB thực hiện bằng cách thay
đổi các bit ít quan trọng của mỗi màu trong 24 bit màu hoặc chèn vào các bit ít quan
trọng của ảnh 8 bit.
+ Tính bền vững:
Phương pháp chèn vào các bit ít quan trọng rất dễ bị tấn công bởi các phép
biến đổi, thậm chí là những phép thông thường và ít quan trọng nhất.
Các phương pháp nén mất mát thông tin, chẳng hạn như JPEG gần như phá vỡ
các thông tin giấu. Vấn đề là lỗ hổng của hệ thống tri giác của con người mà phương
pháp chèn các bit ít quan trọng cố gắn khai thác, ít nhạy cảm với sự thay đổi nhỏ các
giá trị màu của màu xanh hay độ chói, cũng giống với những gì các phương pháp
nén mất mát thông tin dựa vào để giảm dung lượng bức ảnh.
Các phép biến đổi trên ảnh cũng dễ dàng làm mất các thông tin bị nhúng. Nói
tóm lại, phương pháp chèn vào các bit ít quan trọng là phương pháp giấu tin ít bền
vững.
Do tính chất tỉ lệ dữ liệu giấu cao nên phương pháp này thích hợp cho việc
giấu thông tin mật nơi mà tính bền vững ít được quan tâm.
3.2. Kỹ thuật Patchwork
+ Kỹ thuật:
Patchwork là kỹ thuật được phát triển bởi Bender cùng các đồng sự của ông và
được xuất bản trong tạp chí IBM system năm 1996.
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 11
Patchwork là kỹ thuật dựa vào phân bố Gauss để nhúng thông tin vào ảnh. Hai
tập hợp các điểm ảnh của bức ảnh được chọn được ký hiệu là A và B. Thuật toán

được thực hiện bằng cách làm sáng 1 điểm ở tập A trong khi đó làm tối ở tập B.
Thuật toán này sử dụng bộ sinh số ngẫu nhiên được áp dụng bằng khoá mật k để
chọn các điểm ảnh đưa vào tập patch. Khoá này chia sẽ cho cả bên truyền và bên
nhận để xác định được các điểm ảnh đã chọn để giấu tin và căn cứ vào đó để nhận
lai thông tin giấu.
+ Tính bền vững:
Một trong những đặc tính quan trọng nhất của kỹ thuật patchwork là nó có khả
năng chịu đựng được phép xén ảnh và thay đổi tỉ lệ mức độ sáng và gamma.
Tỉ lệ dữ liệu thấp, nếu giấu tin bằng kỹ thuật patchwork tin giấu sẽ bị phá huỷ
bởi các phép biến đổi như: dịch chuyển, quay, thay đổi tỉ lệ ảnh.
3.3. Kỹ thuật dùng mặt nạ tri giác
Kỹ thuật này nhúng dữ liệu vào các vùng được gắn mặt nạ và các mặt nạ này
được chọn dựa vào hệ thống thị giác của con người. Việc nhúng có thể thực hiện
trên miền không gian ảnh hoặc miền tần số. Tỉ lệ dữ liệu được nhúng trong kỹ thuật
này phụ thuộc vào ảnh chứa và thông thường việc chọn vùng để giấu tin được thực
hiện dưới sự giám sát của con người.
3.4. Kỹ thuật thao tác trên các hệ số của phép biến đổi DCT
Kỹ thuật này được sử dụng chủ yếu trong các ứng dụng có liên quan đến nén
mất mát thông tin. Dữ liệu ảnh trong không gian được biến đổi sang miền tần số.
Năng lượng của bức ảnh được chia làm 3 vùng: vùng tần số cao, vùng tần số giữa và
vùng tần số thấp. Để thông tin giấu không bị mất đi bởi các phép nén mất mát, thông
thường ta chèn vào vùng tần số giữa.
Tuỳ vào các ứng dụng các kỹ thuật này được chọn để tăng cường tính bền
vững hoặc tăng cường tỉ lệ dữ liệu dựa vào các đặc tính kỹ thuật của các phương
pháp giấu tin.
4. Các đặc trưng của giấu thông tin trong ảnh
Nhúng thông tin trong ảnh có hai khái niệm khác nhau đó là thuỷ vân số
(digital watermarking) và giấu thông tin trong ảnh (data hiding). Trong khi thuỷ
phân số không yêu cầu thông tin giấu phải vô hình và chịu được các thao tác biến
đổi trên ảnh thì giấu thông tin trong ảnh yêu cầu các thông tin giấu phải ẩn không bị

Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 12
phát hiện và không thực hiện được phép thao tác nào trên ảnh. Hai phương pháp này
có những đặc điểm khác nhau, cách thực hiện khác nhau nhưng trong báo cáo này là
giấu tin trong ảnh nên chỉ đề cập tới các đặc trưng chính của giấu thông tin trong
ảnh.
4.1. Phương tiện chứa có dữ liệu tri giác tĩnh
Dữ liệu gốc ở đây là dữ liệu của ảnh tĩnh, dù đã giấu thông tin vào trong ảnh
hay chưa thì khi ta xem ảnh bằng thị giác dữ liệu ảnh được tri giác tĩnh nghĩa là ảnh
không thay đổi theo thời gian khi tri giác, điều này khác với đa phương tiện audio
hay video vì khi ta tri giác các dữ liệu phương tiện chứa gốc là hình ảnh hay âm
thanh thì dữ liệu gốc sẽ thay đổi liên tục với tri giác của con người theo các đoạn
hay các bài, các cảnh… Sự khác biệt này ảnh hưởng lớn đối với các kỹ thuật giấu
tin trong audio hay video. Đối với giấu thông tin trong ảnh phương pháp giấu và kỹ
thuật giấu phụ thuộc vào đặc điểm thị giác của con người ví dụ như độ sáng tối, hay
yếu tố khoảng cách to nhỏ…
4.2. Giấu tin trong ảnh tác động lên dữ liệu ảnh nhưng không thay đổi
kích thước ảnh
Các phép toán thực hiện công việc giấu tin sẽ được thực hiện trên dữ liệu của
trên ảnh. Dữ liệu ảnh bao gồm các phần header, bảng phân màu và dữ liệu ảnh. Khi
giấu thông tin, các phương pháp đều biến đổi giá trị của các bit trong dữ liệu ảnh
chứ không chứ không thêm vào hay bớt đi dữ liệu ảnh. Do vậy mà kích thước ảnh
trước hay sau khi giấu thông tin là như nhau.
4.3. Đảm bảo yêu cầu chất lượng ảnh sau khi giấu thông tin
Đây là một yêu cầu quan trọng đối với giấu thông tin trong ảnh. Sau khi giấu
thông tin bên trong, ảnh phải đảm bảo được yêu cầu không bị biến đổi để có thể bị
phát hiện dễ dàng so với ảnh gốc. Yêu cầu này giường như quá đơn giản đối với
ảnh màu và ảnh xám bởi mỗi pixel ảnh được biểu diễn bởi nhiều bit, nhiều giá trị và
khi ta thay đổi một giá trị nhỏ nào đó chất lượng ảnh không thay đổi, thông tin giấu
khó bị phát hiện, nhưng đối với ảnh đen trắng thì việc giấu thông tin phức tạp hơn
nhiều, vì ảnh đen trắng mỗi pixel ảnh chỉ có hai giá trị đen hoặc trắng, và nếu ta

biến đổi một bit từ đen thành trắng mà không khéo thì sẽ rất bị phát hiện. Do đó yêu
cầu với các kỹ thuật giấu tin trong ảnh màu hay ảnh xám và giấu thông tin trong
ảnh đen trắng là khác nhau. Trong khi đối với ảnh màu thì các thuật toán chú trọng
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 13
vào việc làm sao cho giấu dược càng nhiều thông tin càng tốt thì các thuật toán áp
dụng cho ảnh đen trắng lại tập trung vào làm thế nào để thông tin giấu khó bị phát
hiện.
4.4. Thông tin trong ảnh sẽ bị biến đổi nếu có bất kỳ một biến đổi nào
trên ảnh
Vì phương pháp giấu ảnh dựa trên việc điều chỉnh các giá trị của các khối bit
theo một quy tắc nào đó và khi giải mã sẽ theo các giá trị đó để tìm được thông tin
giấu. Theo đó, nếu một phép biến đổi nào đó trên ảnh sẽ làm thay đổi giá trị của các
bit thì sẽ làm thông tin sai lệch. Chính đặc điểm này mà giấu thông tin trong ảnh có
tác dụng nhận thực và phát hiện xuyên tạc thông tin.
4.5. Không cần ảnh gốc khi giải mã ảnh
Thông tin được giấu trong ảnh sẽ được mang cùng dữ liệu ảnh, khi giải mã chỉ
cần ảnh đã mang thông tin mà không cần dùng đến ảnh gốc để so sánh đối chiếu.
5. Sự khác nhau giữa giấu tin trong ảnh đen trắng với ảnh màu
Khởi nguồn của giấu thông tin trong ảnh là thông tin được giấu trong các ảnh
màu hoặc ảnh xám, trong đó mỗi pixel ảnh mang nhiều giá trị, được biểu diễn bằng
nhiều bit. Với ảnh đó thì việc thay đổi một giá trị nhỏ ở một pixel thì chất lượng ảnh
gần như không thay đổi, và khả năng bị phát hiện rất thấp dưới con mắt người bình
thường. Do đó hệ thống thị giác của con người cũng đóng một vai trò quan trọng
trong việc bảo đảm tính không nhìn thấy thông tin được giấu trên ảnh.
Với những ảnh mà mỗi điểm ảnh chỉ mang một giới hạn nhỏ các giá trị thì việc giấu
thông tin trong ảnh đảm bảo tính vô hình của thông tin che giấu là một công việc
khó khăn hơn nhiều. Đặc biệt với ảnh đen trắng, mỗi điểm ảnh chỉ mang một trong
hai giá trị trắng hoặc đen. Vậy thì khi thay đổi giá trị một pixel từ đen thành trắng
hoặc ngược lại thì rất dễ bị phát hiện. Một số thuật toán khác thì giấu chất lượng ảnh
tốt hơn nhưng lượng thông tin giấu được bít và quá đơn giản không đảm bảo được

độ an toàn thông tin. Bảng sau sẽ liệt kê những khác nhau cơ bản giữa giấu thông tin
trong ảnh đen trắng và ảnh mầu.
Giấu thông tin trong ảnh đen trắng Giấu thông tin trong ảnh màu hoặc
ảnh xám
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 14
Thông tin giấu ít hơn đối ảnh Thông tin giấu nhiều hơn
Có cùng kích cỡ với ảnh
Khả năng bị phát hiện phương tiện có
giấu thông tin cao hơn ảnh màu
Khả năng bị phát hiện thấp
Độ an toàn thông tin thấp do dễ bị phát
hiện có thông tin chứa thông tin bên
trong
Độ an toàn cao
Các thuật toán giấu ít, phức tạp Nhiều thuật toán và có nhiều hướng
mở rộng phát triển. Như áp dụng giải
thuật di truyền.

Ảnh màu sau khi giấu tin rất khó phát hiện sự thay đổi

Ảnh đen trắng sau khi giấu cùng một lượng thông tin như ảnh màu nhưng chất
lượng kém hơn (rất nhiều chấm đen lạ).
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 15
III. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH GIẤU TIN BỀN VỮNG TRONG
ẢNH
1. Giới thiệu thuật toán giấu tin
Thuật toán LSB (Least Significant Bit), chèn vào các bit ít quan trọng của một
điểm ảnh được cải tiến từ thuật toán CPT giấu tin trong khối bit do Yu-Yuan Chen,
Hsiang-Kuang Pan, Yu-Chee Tseng của đại học Đài Loan đề xuất cho ảnh đen trắng
nhằm áp dụng cho ảnh màu và đa cấp xám.

+ Dữ liệu vào:
Một ảnh gốc F dùng để giấu thông tin, F được chia thành các khối nhỏ F
i
, mỗi
ma trận điểm ảnh F
i
có kích thước m*n; r là số bit có thể giấu trong mỗi khối F
i
(r
thỏa mãn điều kiện 2
r
-1<m*n); Ma trận nhị phân K (Ma trận khóa) cùng kích thước
với khối F
i
; Ma trận trọng số W (các phần tử là số nguyên, các giá trị từ 1 đến 2
r
-1
xuất hiện ít nhất một lần trong W) cùng kích thước của K; Lượng thông tin cần giấu
B (B=b
1
b
2
b
z
- mỗi b
i
có r bit); Độ chênh lệch trọng số d.
+ Dữ liệu ra:
Ảnh F’ đã có thông tin giấu (F’ được tạo bởi các khối F
i

’ do giấu tin vào khối
F
i
tạo thành). Thuật toán sẽ thực hiện giấu r bit thông tin vào mỗi khối F
i
bằng cách
thay đổi nhiều nhất 2 bit của F
i
và F
i
được biến đổi thành F
i
’ sao cho luôn thoả mãn
điều kiện:
SUM((F
i
’ K)

W) mod 2
r
= b
1
b
2
b
r

Quá trình biến đổi gồm 4 bước:
Bước 1: Tính T=F
i

K
Bước 2: Tính SUM(T

W)
Bước 3: Xác định tập
S
w
={(x,y)/( W[x,y]= w
^
T[x,y]=0)v(W[x,y]-2
r
- w
^
T[x,y]=1)}
trong đó w lấy các giá trị từ 1,2, ,2
r
-1;
Bước 4: Kí hiệu d=(b
1
b
2
b
z
) - SUM((F
i
K) W) mod 2. Thực hiện việc đảo
bit trên F
i
để được F
i

’ sao cho tổng Sum tính được ở bước 2
r
khi thay F
i
bởi F
i
’ sẽ
tăng lên d.
Trong đó:

phép XOR và là phép nhân các phần tử tại các vị trí tương ứng
của 2 ma trận cùng kích thước. Ma trận K và W được sử dụng bí mật giữa người gửi
và người nhận tin.
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 16
Thông tin
giấu
Tiền xử lý
Ảnh gốc
để giấu tin
Giấu tin vào
khối bit LSB
Sinh File
Khoá
Tạo ảnh đã
giấu tin
Lược đồ giấu tin cho ảnh màu và đa cấp xám
+ Đánh giá thuật toán:
Độ an toàn của thuật toán phụ thuộc vào 2 ma trận K và W. Dễ thấy để xác
định được K và W càn kiểm tra
nmnmrr

nm
r
r
C
*)12(*
12
*
2*)12()!12(*
−−
−
−−
khả năng. Điều
này có thể coi là không thể thực hiện được nếu m và n đủ lớn.
Ta cũng dễ chứng minh được số bit tối đa có thể giấu trong mỗi khối F
i
là
Log
2
(m*n+1) và vì vậy dung lượng giấu phụ thuộc vào kích thước các khối F
i
.
Vì thuật toán áp dụng cho thuật toán đen trắng nên việc đảm bảo dung lượng
giấu tin cao đồng thời phải đảm bảo tính ẩn của thông tin giấu là một điều rất khó
thực hiện. Theo các kết quả cài đặt và thử nghiệm thuật toán trên cho ảnh đen trắng,
chỉ giấu một lượng thông tin vài chục KB vào ảnh 480*480 đã xuất hiện nhiều điểm
ảnh khác so với ảnh gốc.
Cải tiến thuật
toán cho ảnh màu và
ảnh đa cấp xám bằng
cách sử dụng các bit

LSB:
Bit LSB (Least
Significant Bit) các
bit khi bị thay đổi giá
trị hầu như không làm
ảnh hưởng đến chất
lượng ảnh gốc. Để cải
tiến thuật toán, trích
ra các bit LSB của ảnh màu và ảnh đa cấp xám để tạo thành ma trận nhị phân F.
Thực hiện việc giấu tin vào F theo thuật toán CPT với ma trận K và W được sinh
ngẫu nhiên. Sau đó trả các bit LSB trở về ảnh gốc để tạo thành ảnh mới đã giấu tin.
Lược đồ tổng quát của cải tiến trên được mô tả :
Bước tiền xử lý bao gồm một số thao tác chính : 1. Số hoá thông tin giấu và
nén để tăng dung lượng; 2. Trích các bit LSB từ ảnh gốc một cách ngẫu nhiên bằng
một hàm băm để tạo thành ma trận F và chia thành các khối F
i
; 3. Sinh ngẫu nhiên
ma trận khoá K và ma trận số W.
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 17
Khoá chứa các thông tin cơ bản để giải mã thông tin: chiến lược trích các bit
LSB, số khối và kích thước các khối F
i
, ma trận khoá K và ma trận số W.
Sau cải tiến , tính bảo mật của thông tin ngoài phụ thuộc vào ma trận K, W các
phụ thuộc vào chiến lược trích các bit LSB và kỹ thuật nén thông tin. Ảnh đã giấu
tin nếu nhìn bằng mắt thường không thể phát hiện các sai khác so với ảnh gốc.
Vì sử dụng các bit LSB để tạo thành ma trận F nên chất lượng của ảnh sau khi
đã giấu tin rất tốt. Để tăng dung lượng giấu tin, thay vì việc sử dụng thuật toán CPT
giấu thông tin trong khối bit. Có thể thay đổi trực tiếp giá trị các bit của ma trận F để
giấu thông tin. Nhược điểm của giải pháp này là tính bảo mật của thuật toán chỉ còn

phụ thuộc vào chiến lược trích các bit LSB. Tuy nhiên có thể khắc phục nhược điểm
này bằng cách mã hóa thông tin cần giấu bằng một hệ mật mã nào đó trước khi giấu.
2. Chương trình giấu tin
Chương trình giấu tin được xậy dựng dựa trên kỹ thuật chèn vào các bit ít quan
trọng của một điểm ảnh (LSB), thông tin được giấu trong ảnh Bitmap (BMP).
Chương trình được viết bằng ngôn ngữ Visual Basic 2010, sử dụng công cụ Visual
Studio 2010 của Microsoft. Chương trình tham khảo mã nguồn của sinh viên Cao
Thị Oanh, khoa CNTT, trường Đại học Duy Tân.
+ Giao diện giấu tin
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 18
+ Giao diện giải tin

Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 19
b) Ảnh sau khi giấu tin
a) Ảnh trước khi giấu tin
KẾT LUẬN
Kể từ khi ra đời, giấu tin đã và đang làm tốt vai trò của nó trong nhiều lĩnh vực
như bảo mật thông tin trong quá trình trao đổi, bảo vệ quyền tác giả trong quá trình
phân phối,…Tuy nhiên cũng có những trường hợp lợi dụng kỹ thuật giấu tin để thực
hiện những hành vi bất hợp pháp. Do đó việc nghiên cứu tìm hiểu các kỹ thuật giấu
tin nhằm bảo vệ thông tin cũng như hỗ trợ phát hiện các hành vi bất hợp pháp trở
thành một nhu cầu. Trong tiểu luận này tôi đã tập trung đi vào tìm hiều các kỹ thuật
giấu tin trong ảnh.
Một số kết quả chính của tiểu luận:
1. Trình bày khái niệm cơ bản về giấu tin, các yêu cầu cở bản của hệ giấu tin
trên ảnh tĩnh.
2. Trình bày một số kỹ thuật giấu tin trong ảnh như kỹ thuật Patchwork, kỹ
thuật dùng mặt nạ tri giác, và đặc biệt là kỹ thuật chèn vào các bit ít quan trọng của
một điểm ảnh (LSB).
3. Xậy dựng chương trình thử nghiệm giấu tin bền vững trong ảnh dựa trên kỹ

thuật chèn vào các bit ít quan trọng của một điểm ảnh (LSB).
Bên cạnh đó, tiểu luận cũng còn những hạn chế:
1. Chương trình thử nghiệm giấu tin có hạn chế là tin được giấu có thể bị mất
trên đường truyền nếu file ảnh giấu tin bị nén hay biến dạng, để khắc phục vấn đề
này phải nghiên cứu và sử dụng kỹ thuật khác.
2. Tiểu luận chỉ mới trình bày một số kỹ thuật giấu tin trong ảnh mà chưa tìm
hiểu các kỹ thuật phát hiện ảnh giấu tin.
Hướng phát triển của tiểu luận:
1. Tìm hiểu chi tiết hơn các kỹ thuật giấu tin trong ảnh cũng như các kỹ thuật
phát hiện ảnh giấu tin.
2. Viết chương trình giấu tin trong ảnh hỗ trợ một số định dạng ảnh trên Web.
Em xin chân thành cảm ơn!
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 20
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Tiểu luận “Phương pháp dấu tin trong bit ít quan trọng LSB” – Học viên
Bùi Công Vũ, K5MSC, Đại học Duy Tân.
[2]. “Lưu Mạnh Bá , Nguyễn Thanh Thuỷ. Nhập môn xử lý ảnh số”. Nhà xuất
bản khoa học và kỹ thuật. 2006.
[3]. “Kỹ thuật giấu tin mật trong ảnh tĩnh sử dụng các bit LSB” – ThS.Dương
Đức Hải.
[4]. “Giấu tin trong ảnh nhị phân và ứng dụng” – PGS.TS. Phạm Văn Ất; ThS.
Nguyễn Hiếu Cường – Khoa CNTT Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải và KS.
Đỗ Văn Tuấn - Trường TH kỹ thuật Tin Học Hà Nội.
[5]. “Một số cải tiến của kỹ thuật giấu dữ liệu trong ảnh” - Nguyễn Xuân Huy,
Bùi Thuý Hằng.
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 21