nâng cao chất lượng giấu tin và ứng dụng

i

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi. Các dữ liệu, kết
quả nêu trong luận văn là trung thực và chưa được công bố trong bất kỳ công trình
nào khác.
Hà Nội, tháng 9 năm 2013
Tác giả luận văn



Nguyễn Viết Phú

ii

LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn các Thầy, Cô giáo trong Viện Toán Tin Ứng dụng
và các cán bộ, nhân viên của Viện Đào tạo sau đại học, Trường Đại học Bách Khoa
Hà Nội; các cán bộ, nhân viên của Viện Đào tạo Nhân lực Quốc tế đã luôn nhiệt
tình và tạo mọi điều kiện tốt nhất cho tôi trong suốt quá trình học tập.
Xin chân thành cảm ơn các anh, các chị và các bạn học viên lớp Cao học
11A TOAN-HT – Trường Đại học Bách khoa Hà Nội đã luôn động viên, giúp đỡ và
chia sẽ với tôi những kinh nghiệm trong học tập cũng như trong cuộc sống đời
thường.
Đặc biệt xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến PGS.TS. Phan Trung Huy đã
tận tình giúp đỡ tôi định hướng, hình thành, nghiên cứu và hoàn thành luận văn.
Mặc dù đã có nhiều cố gắng, song do sự hạn hẹp về thời gian, điều kiện
nghiên cứu và trình độ, luận văn không tránh khỏi những sai sót, khiếm khuyết. Tôi
rất mong được sự đóng góp ý kiến của các thầy giáo, cô giáo và các đồng nghiệp.
Hà Nội, 2013
Người thực hiện luận văn

Nguyễn Viết Phú
iii

MỤC LỤC
DANH MỤC VIẾT TẮT vi

DANH MỤC BẢNG BIỂU vii

DANH MỤC HÌNH ẢNH viii

MỞ ĐẦU 1

1.

Mục đích của luận văn 2

2.

Những đóng góp của luận văn 2

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN TRONG ẢNH SỐ 3

1.1.

Khái niệm giấu tin 3

1.2.

Lịch sử giấu tin 3

1.3.

Mô hình giấu tin cơ bản 4

1.4.

Phân loại các kỹ thuật giấu tin 5

1.5.

Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin 6

1.6.

Giấu tin trong dữ liệu đa phương tiện 8

1.6.1.

Giấu tin trong ảnh và các đặc trưng 8

1.6.1.1.

Giấu tin trong ảnh 8

1.6.1.2.

Các đặc trưng cơ bản 9

1.6.2.

Giấu tin trong Audio 11

1.6.3.

Giấu thông tin trong video 12

1.6.4.

Tổng quan về ảnh số 12

Chương 2. MỘT SỐ PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN TRÊN ẢNH NHỊ
PHÂN 19

2.1.

Kỹ thuật giấu tin theo khối bít 19

2.1.1.

Ý tưởng 19

2.1.2.

Thuật toán giấu tin 19

2.1.3.

Phân tích thuật toán 20

2.2.

Tỷ lệ giấu tin tối đa 21

2.3.

Kỹ thuật giấu tin Wu – Lee 22

iv

2.3.1.

Thuật toán giấu tin 23

2.3.2.

Phân tích thuật toán 25

2.3.3.

Thí dụ minh họa thuật toán Wu-Lee 26

2.3.4.

Một số nhận xét về thuật toán Wu-lee 27

2.4.

Kỹ thuật giấu tin Chen – Pan – Tseng 28

2.4.1.

Ý tưởng 29

2.4.2.

Thuật toán CPT 29

2.4.3.

Cách chứng minh về tính đúng đắn của thuật toán 31

2.4.4.

Một số thí dụ minh họa thuật toán CPT 33

2.4.5.

Phân tích thuật toán 36

Chương 3. NÂNG CAO CHẤT LƯƠNG GIẤU TIN BẰNG PHƯƠNG
PHÁP MODULE 38

3.1.

Một số phương giấu tin trong ảnh màu và ảnh đa cấp xám 38

3.1.1.

Giấu tin trong ảnh màu và ảnh đa cấp xám 38

3.2.

Phương pháp giấu tin theo module 42

3.2.1.

Phương pháp module 42

3.2.2.

Giấu tin sử dụng phương pháp Module 42

3.2.3.

Giấu tin sử dụng tập 1-cơ sở 44

3.2.4.

Giấu tin sử dụng tập 2-cơ sở 44

3.2.5.

Một số sơ đồ giấu tin theo tiếp cận module trên Z
3
45

3.2.5.1.

Sơ đồ giấu tin trên ảnh xám 45

3.2.5.2.

Sơ đồ giấu tin sử dụng module Z
4
4
trên ảnh nhị phân 48

3.2.6.

Phương pháp giấu tin theo module Z
3
4
51

3.2.7.

Thuật toán giấu tin trong ảnh xám theo module Z
3
4
52

3.2.8.

Thuật toán giấu tin trong ảnh xám theo module Z
6
2
55

3.2.8.1.

Thuật toán giấu tin B1 57

3.2.8.2.

Thuật toán khôi phục B2 58

3.2.8.3.

Giấu dữ liệu trong dãy các khối của ảnh nhị phân G 60

3.2.8.4.

Kết quả thử nghiệm 61

v

Chương 4. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG 63

4.1.

Thiết kế chương trình 63

4.1.1.

Sơ đồ mức ngữ cảnh 63

4.1.2.

Sơ đồ nhúng thông tin vào ảnh 63

4.1.3.

Sơ đồ tách thông tin từ ảnh giấu tin 64

4.2.

Chương trình giấu tin 64

4.2.1.

Nhúng tin vào ảnh 64

4.2.1.1.

Giấu tin trên ảnh nhị phân Z
4
4
66

4.2.1.2. Giấu tin trên ảnh xám Z
3
4
67

4.2.1.3. Giấu tin trên ảnh nhị phân Z
6
2

68

4.2.2.

Tách thông tin từ ảnh 69

KẾT LUẬN 72

TÀI LIỆU THAM KHẢO 74


vi

DANH MỤC VIẾT TẮT
STT

Nội dung Viết tắt
1 Least Significant Bit LSB
2 Bitmap BMP
3 Graphics Interchange Format GIF
4 Y.Chen, H.Pan, Y.Tseng CPT
5 CPT Extension CPTE

vii

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 1-1. Minh hoạ cấu trúc tệp ảnh bitmap 15

Bảng 1-2. Ý nghĩa từng trường trong vùng Bitmap Header 16

Bảng 1-3. Ý nghĩa và giá trị các trường trong vùng Bitmap Infor 17

Bảng 3-1. So sánh tỷ lệ giấu tin giữa MSDR và các sơ đồ CPT,
4
4
Z
,
6
2
Z
62



viii

DANH MỤC HÌNH ẢNH
Hình 1-1. Từ trái qua phải: Mặt nạ, văn bản, thông điệp được truyền bí mật trong
văn bản 3

Hình 1-2. Lược đồ quá trình giấu tin mật 4

Hình 1-3. Lược đồ quá trình giải mã tin mật 5

Hình 1-4. Phân loại các kỹ thuật giấu tin 6

Hình 1-5. Ví dụ về ảnh màu 13

Hình 1-6.Ví dụ về ảnh đa cấp xám 14

Hình 1-7.Ví dụ về ảnh đen trắng 14

Hình 2-1. Minh hoạ thuật toán giấu tin của Wu-lee 26

Hình 2-2. Minh hoạ giữa thay đổi ngẫu nhiên và thay đổi có định hướng 28

Hình 2-3. Minh hoạ thuật toán CPT trường hợp thay đổi 1 bit 33

Hình 2-4. Minh hoạ quá trình giải mã thông tin đã giấu 34

Hình 2-5. Thí dụ minh hoạ trường hợp thay đổi hai bit 36

Hình 3-1. Minh họa kĩ thuật giấu LSB 40

Hình 4-1. Sơ đồ quan hệ trong hệ thống giấu tin 63

Hình 4-2. Sơ đồ nhúng tin mật và ảnh 63

Hình 4-3. Sơ đồ tách tin từ ảnh có giấu tin 64

Hình 4-4. Ảnh nhị phân Lenna.bmp 64

Hình 4-5. Tệp tin mật cần giấu 65

Hình 4-6. Giao diện chọn giải thuật nhúng tin mật 65

Hình 4-7. Giao diện nhúng dữ liệu vào ảnh trong giải thuật
4
4
Z
66

Hình 4-8. Thông báo nhúng dữ liệu thành công 66

ix

Hình 4.1. Thông báo các thông số sau khi nhúng dữ liệu thành công 77
Hình 4-10. Giao diện nhúng dữ liệu vào ảnh trong giải thuật
67

Hình 4-11. Thông báo các thông số sau khi nhúng dữ liệu thành công 68

Hình 4-12. Giao diện nhúng dữ liệu vào ảnh trong giải thuật
68

Hình 4-13. Thông báo các thông số sau khi nhúng dữ liệu thành công 69

Hình 4-14. Giao diện tách tin mật từ ảnh 69

Hình 4-15. Khôi phục tin trên ảnh nhị phân 70

Hình 4-16. Thông báo khôi phục tin trên ảnh nhị phân 70

Hình 4-17. Tệp dữ liệu được tách ra từ ảnh giấu tin 70

Hình 4-18. Tách tin trên
71

Hình 4-19. Tệp dữ liệu được tách ra từ ảnh giấu tin 71



1

MỞ ĐẦU
Ngày nay, cùng với sự phát triển mạnh mẽ của ngành khoa học công nghệ
thông tin, mạng máy tính nói chung cũng như mạng internet đã tạo nên một môi
trường mở và là phương tiện trao đổi thông tin quan trọng với mọi người. Với lượng
thông tin được truyền qua mạng ngày càng nhiều thì nguy cơ dữ liệu bị truy cập trái
phép cũng tăng lên. Vì vậy vấn đề bảo đảm an toàn và bảo mật thông tin cho dữ liệu
truyền trên mạng là rất cần thiết.
Để đảm bảo an toàn và bí mật cho một thông điệp truyền đi người ta thường
dùng phương pháp truyền thống là mã hóa thông điệp theo một qui tắc nào đó đã
được thỏa thuận trước giữa người gửi và người nhận. Tuy nhiên, phương thức này
thường gây sự chú ý của đối phương về tầm quan trọng về nội dung của thông điệp.
Thời gian gần đây đã xuất hiện một cách tiếp cận để truyền các thông điệp bí mật,

đó là giấu các thông tin quan trọng trong những bức ảnh thông thường. Bề ngoài các
bức ảnh có chứa thông tin mật cũng không có gì khác với ảnh số và được sử dụng
phổ biến nên vô hiệu việc theo dõi, tấn công của đối phương. Mặt khác, dù các bức
ảnh đó bị phát hiện ra là có chứa thông tin trong đó thì với các khóa có độ bảo mật
cao thì việc tìm được nội dung của thông tin đó cũng rất khó có thể thực hiện được.
Xét theo khía cạnh tổng quát thì giấu thông tin cũng là một hệ mã mật nhằm
bảo đảm tính an toàn thông tin, nhưng phương pháp này ưu điểm là ở chỗ giảm
được khả năng phát hiện được sự tồn tại của thông tin trong nguồn mang. Không
giống như mã hóa thông tin là chống sự truy cập và sửa chữa một cách trái phép
thông tin, mục tiêu của giấu thông tin là làm cho thông tin trộn lẫn với các điểm
ảnh. Điều này sẽ đánh lừa được sự phát hiện của các tin tặc và do đó làm giảm khả
năng bị giải mã.
Kết hợp các kỹ thuật giấu tin với các kỹ thuật mã hóa ta có thể nâng cao độ
an toàn cho việc truyền tin.

2

1. Mục đích của luận văn
Giấu dữ liệu là một lĩnh vực rộng lớn, trong luận văn này chỉ trình bày các
kỹ thuật giấu dữ liệu trong ảnh, giới thiệu các phương pháp nhằm nâng cao chất
lượng giấu tin.
Do khuôn khổ nghiên cứu, nội dung luận văn tập trung vào việc trình bày
một số kỹ thuật giấu dữ liệu trong ảnh đã được công bố, sau đó giới thiệu các kỹ
thuật giấu dữ liệu trong ảnh nhị phân và ảnh đa cấp xám theo tiếp cận module của
nhóm tác giả PGS.TS. Phan Trung Huy[1], [14], [15] và xây dựng một chương trình
giấu tin thực nghiệm thực hiện các thuật toán giấu tin
, và .
2. Những đóng góp của luận văn
- Luận văn cung cấp một cách nhìn tổng quát về giấu tin trên môi trường đa
phương tiện.

- Luận văn trình bày các phương pháp và chứng minh về tính đúng đắn của
thuật toán Wu-Lee [4], CPT [5] với cách chứng minh sẽ giúp quá trình nghiên cứu
thuật toán này trở nên dễ dàng hơn.
- Trình bày ba thuật toán giấu tin trên ảnh nhị phân và ảnh đa cấp xám theo
tiếp cận module của nhóm tác giả PGS.TS. Phan Trung Huy.
- Xây dựng chương trình giấu tin thực nghiệm cài đặt các thuật toán theo tiếp cận
module
, , .




3

Chương 1.
TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN TRONG ẢNH SỐ
1.1. Khái niệm giấu tin
“Giấu tin” là một kỹ thuật nhúng (giấu) một lượng thông tin số nào
đó
vào trong một đối tượng dữ liệu số khác. Giấu tin trong ảnh số là giấu các
mẩu
tin
cũng là dạng số trong máy tính vào các tệp ảnh nhị phân sao cho không
bị
người
ngoài phát
hiện.

Kỹ thuật giấu tin nhằm hai mục đích: một là bảo mật cho dữ liệu được
đem

giấu, hai là bảo vệ cho chính đối tượng mang tin giấu. Hai mục đích khác
nhau
này
dẫn đến hai kỹ thuật chủ yếu của giấu tin. Đó là giấu tin mật và thủy
vân số.
Nói
chung giấu tin trong đa phương tiện là tận dụng “độ dư thừa” của
phương tiện giấu
để
thực hiện việc giấu tin mà người ngoài cuộc “khó” cảm nhận
được có thông tin
giấu
trong
đó.

1.2. Lịch sử giấu tin
Giấu tin bắt nguồn từ Hy Lạp, tiếng Hy Lạp gọi đó là Stenography
có
nghĩa là "dòng chữ bị che phủ". Mục đích cơ bản của giấu tin là nhúng mẩu
tin
mật
vào một môi trường truyền tin bình thường sao cho người khác không
thể
phát hiện
ra mẩu tin mật
đó.

500 năm trước, một nhà toán học người Ý tên là Jérôme Cardan đã
sáng
tạo

lại một phương thức văn bản bí mật cổ xưa của người Trung Quốc. Văn
bản
được
làm như sau: một tờ giấy làm mặt nạ có nhiều lỗ thủng mà người gửi
và
người
nhận đều biết, mặt nạ này sẽ được đặt trên một tờ giấy trắng và
người
gửi sẽ
viết thông điệp bí mật qua các lỗ thủng trên mặt nạ sau đó vứt mặt nạ
đó
đi và
điền phần còn lại vào tờ giấy trắng như tờ giấy này toàn các thông tin
vô
thưởng
vô phạt (hình
1.1)


Hình 1-1. Từ trái qua phải: Mặt nạ, văn bản, thông điệp được truyền bí mật trong văn bản
4

Ngày nay nghệ thuật giấu tin được nghiên cứu để phục vụ các mục đích tích
cực như bảo vệ bản quyền, thủy vân số, hay phục vụ giấu các thông tin bí mật về
quân sự và kinh tế. Sự phát triển của công nghệ thông tin đã tạo ra những môi trường
giấu tin vô cùng tiện lợi và phong phú. Người ta có thể giấu tin trong các tệp ảnh,
trong các tệp âm thanh, tệp văn bản. Cũng có thể giấu tin ngay trong các khoảng
trống hay các phân vùng ẩn của môi trường lưu trữ như đĩa cứng, đĩa mềm. Các gói
tin truyền đi trên mạng cũng là môi trường giấu tin quan trọng và ngay cả các tiện
ích phần mềm cũng là môi trường lý tưởng để gài các thông tin quan trọng để xác

nhận bản quyền.
1.3. Mô hình giấu tin cơ bản

Hình 1-2. Lược đồ quá trình giấu tin mật
Hình 1.2 biểu diễn mô hình giấu tin cơ bản. Trong đó, phương tiện chứa tin
có thể bao gồm: văn bản, ảnh, audio, video… Thông tin cần giấu tùy theo mục đích
của người sử dụng. Thông tin được giấu vào trong phương tiện chứa tin nhờ một bộ
nhúng. Bộ nhúng là những chương trình thực hiện theo những thuật toán để giấu tin
và được thực hiện với một khóa bí mật giống như trong một số hệ mật mã. Đầu ra
5

của quá trình nhúng tin là phương tiện chứa đã được giấu tin. Các phương tiện chứa
này có thể được phân phối trên mạng.

Hình 1-3. Lược đồ quá trình giải mã tin mật
Hình 1.3 mô tả quá trình giải mã thông tin đã được giấu trước đó. Đầu vào là
phương tin có chứa tin giấu, qua một bộ giải mã tin (tương ứng với bộ nhúng tin)
cùng với khóa sẽ được thực hiện việc giải mã thông tin. Đầu ra của quá trình là
phương tiện chứa tin và thông tin mật đã giấu trước đó. Trong trường hợp cần thiết,
thông tin lấy ra có thể được xử lý, kiểm định và so sánh với thông tin đã giấu ban
đầu.
1.4. Phân loại các kỹ thuật giấu tin
Kỹ thuật giấu tin nhằm mục đích đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin ở hai
khía cạnh. Một là bảo mật cho giữ liệu được đem giấu (embedded data), chẳng hạn
như giấu tin mật: thông tin mật được giấu kỹ trong một đối tượng khác sao cho
người khác không phát hiện được (steganography), hai là bảo mật cho chính đối
tượng được dùng để giấu tin (host data), chẳng hạn như ứng dụng bảo vệ bản quyền,
phát hiện xuyên tạc thông tin (watermarking)
6

Hai khía cạnh khác nhau này dẫn đến hai khuynh hướng kỹ thuật chủ yếu
của giấu tin. Khuynh hướng thứ nhất là giấu tin mật (Steganography). Khuynh
hướng này tập trung vào các kỹ thuật giấu tin sao cho thông tin giấu được càng
nhiều càng tốt và quan trọng là người khác khó phát hiện được một đối tượng có bị
giấu tin bên trong hay không. Khuynh hướng thứ hai là thuỷ vân số (watermarking).
Khuynh hướng thuỷ vân số đánh giấu vào đối tượng nhằm khẳng định bản quyền sở
hữu hay phát hiện xuyên tạc thông tin. Thuỷ vân số có miền ứng dụng lớn hơn, đòi
hỏi độ bền vững cao của các thông tin cần giấu đối với các biến đổi thông thường
của các tệp dữ liệu môi trường nên được quan tâm nghiên cứu nhiều hơn và thực tế
đã có nhiều những kỹ thuật dành cho khuynh hướng này.

Hình 1-4. Phân loại các kỹ thuật giấu tin
Phạm vi ứng dụng của thủy vân đa dạng hơn, tùy theo mục đích của hệ thủy
vân mà người ta lại chia thành các hướng nhỏ như thủy vân dễ vỡ và thủy vân bền
vững.
1.5. Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin
Bảo vệ bản quyền tác giả: Đây là ứng dụng cơ bản nhất của kỹ thuật thủy
vân số. Một thông tin nào đó mang ý nghĩa quyền sở hữu tác giả gọi là thủy vân sẽ
được nhúng vào trong các sản phẩm, thủy vân đó chỉ một mình chủ sở hữu hợp
7

pháp các sản phẩm đó có và được dùng làm minh chứng cho bản quyền sản phẩm.
Giả sử có một sản phẩm dữ liệu dạng đa phương tiện như ảnh, âm thanh, video và
cần được lưu thông trên mạng. Để bảo vệ các sản phẩm chống lại các hành vi lấy
cắp hoặc làm nhái cần phải có một kỹ thuật để “dán tem bản quyền” vào sản phẩm
này. Việc dán tem hay chính là việc nhúng thủy vân cần phải đảm bảo không để lại
một ảnh hưởng đáng kể nào đến việc cảm nhận sản phẩm. Yêu cầu kỹ thuật đối với
ứng dụng này là thủy vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm, muốn bỏ thủy
vân này mà không được phép của người chủ sở hữu thì chỉ có cách là phá hủy sản
phẩm.

Xác thực thông tin hay phát hiện giả mạo: Một tập các thông tin sẽ được giấu
trong phương tiện chứa sau đó được sử dụng để nhận biết xem dữ liệu trên phương
tiện gốc đó có bị thay đổi không. Các thủy vân nên được ẩn để tránh sự tò mò của
kẻ thù, hơn nữa việc làm giả các thủy vân hợp lệ hay xuyên tạc thông tin nguồn
cũng cần được xem xét. Trong các ứng dụng thực tế người ta mong muốn tìm được
vị trí bị xuyên tạc cũng như phân biệt được các thay đổi. Yêu cầu chung đối với ứng
dụng này là khả năng giấu tin cao và thủy vân không cần bền vững.
Giấu vân tay hay dán nhãn: Thủy vân trong những ứng dụng này được sử
dụng để nhận diện người gửi hay người nhận của một thông tin nào đó. Ví dụ các
vân khác nhau sẽ được nhúng vào các bản sao khác nhau của thông tin gốc trước
khi chuyển cho nhiều người. Với ứng dụng này thì yêu cầu là đảm bảo độ an toàn
cao cho các thủy vân tránh sự xóa giấu vết trong khi phân phối.
Kiểm soát sao chép: Các thủy vân trong trường hợp này được sử dụng để
kiểm soát sao chép đối với các thông tin. Các thiết bị phát ra thủy vân thường được
gắn sẵn vào trong các hệ thống đọc/ghi. Ví dụ như hệ thống quản lý sao chép DVD
đã được ứng dụng ở Nhật. Các ứng dụng loại này cũng yêu cầu thủy vân phải được
đảm bảo an toàn và cũng sử dụng phương pháp phát hiện thủy vân đã giấu mà
không cần thông tin gốc.
8

Giấu tin mật: Các thông tin giấu được trong trường hợp này càng nhiều càng
tốt, việc giải mã để nhận được thông tin cũng không cần phương tiện chứa ban đầu.
Các yêu cầu mạnh về chống tấn công của kẻ thù không cần thiết lắm thay vào đó là
thông tin giấu phải đảm bảo tính không thể phát hiện.
1.6. Giấu tin trong dữ liệu đa phương tiện
Kỹ thuật giấu tin đã được nghiên cứu và áp dụng trong nhiều môi trường dữ
liệu khác nhau như trong dữ liệu đa phương tiện (text, image, audio, video), trong
sản phẩm phần mềm và gần đây là những nghiên cứu trên môi trường cơ sở dữ liệu
quan hệ. Trong các môi trường dữ liệu đó thì dữ liệu đa phương tiện là môi trường
chiếm tỉ lệ chủ yếu trong các kỹ thuật giấu tin.

1.6.1. Giấu tin trong ảnh và các đặc trưng
Giấu tin trong ảnh, hiện nay, là một bộ phận chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các
chương trình ứng dụng, các phần mềm, hệ thống giấu tin trong dữ liệu đa phương
tiện bởi lượng thông tin được trao đổi bằng ảnh là rất lớn. Hơn nữa, giấu tin trong
ảnh cũng đóng vai trò hết sức quan trọng trong hầu hết các ứng dụng bảo vệ an toàn
thông tin như: xác thực thông tin, xác định xuyên tạc thông tin, bảo vệ bản quyền
tác giả, điều khiển truy nhập, giấu tin mật … Vì thế mà vấn đề này đã nhận được sự
quan tâm rất lớn của các cá nhân, tổ chức, trường đại học, và viện nghiên cứu trên
thế giới.
1.6.1.1. Giấu tin trong ảnh
Thông tin sẽ được giấu cùng với dữ liệu ảnh nhưng chất lượng ảnh ít thay đổi
và ít ai biết được bên trong bức ảnh đó mang những thông tin có ý nghĩa khác. Và
ngày nay, khi ảnh số đã được sử dụng phổ biến, thì giấu tin đã đem lại rất nhiều
những ứng dụng quan trọng trong trên nhiều lĩnh vực trong đời sống xã hội. Ví dụ
như đối với các nước phát triển, chữ ký tay đã được số hóa và lưu trữ sử dụng như
là hồ sơ cá nhân của các dịch vụ ngân hàng và tài chính, nó được dùng để xác nhận
các thẻ tín dụng của người tiêu dùng. Thêm vào đó, lại có rất nhiều loại thông tin
quan trọng cần được bảo mật, chúng rất dễ bị lấy cắp và bị thay đổi bởi các phần
9

mềm chuyên dụng. Phát hiện thông tin xuyên tạc đã trở nên vô cùng quan trọng và
cấp thiết. Một đặc điểm của giấu tin trong ảnh đó là thông tin được giấu trong ảnh
một cách vô hình, nó như là một cách truyền thông tin mật cho nhau mà người khác
không thể biết được bởi sau khi giấu tin thì chất lượng ảnh gần như không thay đổi,
đặc biệt đối với ảnh màu hay ảnh đa mức xám.
1.6.1.2. Các đặc trưng cơ bản
Giấu tin trong ảnh chiếm vị trí chủ yếu trong các kỹ thuật giấu tin, vì vậy mà
các kỹ thuật giấu tin phần lớn cũng tập trung vào các kỹ thuật giấu tin trong ảnh.
Các phương tiện chứa khác nhau thì cũng sẽ có các kỹ thuật giấu khác nhau. Đối
tượng ảnh là một đối tượng dữ liệu tĩnh có nghĩa là dữ liệu tri giác không biến đổi

theo thời gian. Dữ liệu ảnh có nhiều định dạng, mỗi định dạng có những tính chất
khác nhau nên các kỹ thuật giấu tin trong ảnh thường chú ý tới các đặc trưng cơ bản
sau đây:
- Phương tiện có chứa dữ liệu tri giác tĩnh
Dữ liệu gốc ở đây là dữ liệu tĩnh, dù đã giấu tin vào trong ảnh hay chưa thì
khi ta xem ảnh bằng thị giác, dữ liệu ảnh không thay đổi theo thời gian, điều này
khác với dữ liệu âm thanh và dữ liệu băng hình vì khi ta nghe hay xem thì dữ liệu
gốc sẽ thay đổi liên tục với tri giác của con người theo các đoạn, các bài hay các
ảnh…
- Kỹ thuật giấu phụ thuộc ảnh
Kỹ thuật giấu tin phụ thuộc vào các loại ảnh khác nhau. Chẳng hạn đối với
ảnh đen trắng, ảnh xám hay ảnh màu ta cũng có những kỹ thuật riêng cho từng loại
ảnh có những đặc trưng khác nhau.
- Kỹ thuật giấu tin lợi dụng tính chất hệ thống thị giác của con người
Giấu tin trong ảnh ít nhiều cũng gây ra những thay đổi trên dữ liệu ảnh gốc.
Dữ liệu ảnh được quan sát bằng hệ thống thị giác của con người nên các kỹ thuật
giấu tin phải đảm bảo một yêu cầu cơ bản là những thay đổi trên ảnh phải rất nhỏ
10

sao cho bằng mắt thường khó nhận ra được sự thay đổi đó vì có như thế thì mới
đảm bảo được độ an toàn cho thông tin giấu. Rất nhiều các kỹ thuật đã lợi dụng các
tính chất của hệ thống thị giác để giấu tin chẳng hạn như mắt người cảm nhận về sự
biến đổi về độ chói kém hơn sự biến đổi về màu hay cảm nhận của mắt về màu
xanh da trời kém nhất trong ba màu cơ bản.
- Giấu tin trong ảnh tác động lên dữ liệu ảnh nhưng không thay đổi kích
thước ảnh
Các thuật toán thực hiện công việc giấu tin sẽ được thực hiện trên dữ liệu của
ảnh. Dữ liệu ảnh bao gồm phần header, bảng màu (có thể có) và dữ liệu ảnh. Do vậy
mà kích thước ảnh trước và sau khi giấu tin là như nhau.
- Đảm bảo chất lượng sau khi giấu tin

Đây là một yêu cầu quan trọng đối với giấu tin trong ảnh. Sau khi giấu tin
bên trong, ảnh phải đảm bảo được yêu cầu không bị biến đổi để có thể bị phát hiện
dễ dàng so với ảnh gốc. Yêu cầu này dường như khá đơn giản đối với ảnh màu hoặc
ảnh xám bởi mỗi điểm ảnh được biểu diễn bởi nhiều bit, nhiều giá trị và khi ta thay
đổi một giá trị nhỏ nào đó thì chất lượng ảnh thay đổi không đáng kể, thông tin giấu
khó bị phát hiện, nhưng đối với ảnh đen trắng mỗi điểm ảnh chỉ là đen hoặc trắng,
và nếu ta biến đổi một bit từ trắng thành đen và ngược lại mà không khéo thì sẽ rất
dễ bị phát hiện. Do đó, yêu cầu đối với các thuật toán giấu tin trong ảnh màu hay
ảnh xám và giấu tin trong ảnh đen trắng là khác nhau. Trong khi đối với ảnh màu thì
các thuật toán chú trọng vào việc làm sao giấu được càng nhiều thông tin càng tốt
thì các thuật toán áp dụng cho ảnh đen trắng lại tập trung vào việc làm thế nào để
thông tin giấu khó bị phát hiện nhất.
- Thông tin trong ảnh sẽ bị biến đổi nếu có bất cứ biến đổi nào trên ảnh
Vì phương pháp giấu tin trong ảnh dựa trên việc điều chỉnh các giá trị của
các bit theo một quy tắc nào đó và khi giải mã sẽ theo các giá trị đó để tìm được
thông tin giấu. Theo đó, nếu một phép biến đổi nào đó trên ảnh làm thay đổi giá trị
11

của các bit thì sẽ làm cho thông tin giấu bị sai lệch. Nhờ đặc điểm này mà giấu tin
trong ảnh có tác dụng nhận thực và phát hiện xuyên tạc thông tin.
- Vai trò của ảnh gốc khi giải tin
Các kỹ thuật giấu tin phải xác định rõ ràng quá trình lọc ảnh để lấy thông tin
giấu cần đến ảnh gốc hay không cần. Đa số các kỹ thuật giấu tin mật thì thường
không cần ảnh gốc để giải mã. Thông tin được giấu trong ảnh sẽ được mang cùng
với dữ liệu ảnh, khi giải mã chỉ cần ảnh đã mang thông tin giấu mà không cần dùng
đến ảnh gốc để so sánh đối chiếu.
1.6.2. Giấu tin trong Audio
- Kỹ thuật này phụ thuộc vào hệ thống thính giác của con người, sử dụng
các âm thanh to cao tần để che giấu các âm thanh nhỏ, thấp.
- Giấu thông tin trong audio mang những đặc điểm riêng khác với giấu

thông tin trong các đối tượng đa phương tiện khác như ảnh, video, văn bản 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. Để đảm bảo yêu
cầu này ta lưu ý rằng kỹ thuật giấu thông tin trong ảnh phụ thuộc vào hệ thống thị
giác của con người – HSV (Human Vision System) còn kỹ thuật giấu thông tin
trong audio lại phụ thuộc vào hệ thống thính giác HAS (Human Auditory System).
- Khó khăn của việc giấu thông tin trong audio:
 Thứ nhất: Hệ thống thính giác của con người nghe được các tín hiệu ở các
giải tần rộng và công suất lớn nên đó gây khó dễ đối với các phương pháp giấu tin
trong audio. Nhưng tai con người lại kém trong việc phát hiện sự khác biệt các giải
tần và công suất có nghĩa là các âm thanh to, cao tần có thể che giấu được các âm
thanh nhỏ thấp một cách dễ dàng.
 Thứ hai: Đó là kênh truyền tin, kênh truyền hay băng thông chậm sẽ ảnh
hưởng đến chất lượng thông tin sau khi giấu. Giấu thông tin trong audio đòi hỏi
yêu cầu rất cao về tính đồng bộ và tính an toàn của thông tin. Các phương pháp giấu
12

thông tin trong audio đều lợi dụng điểm yếu trong hệ thống thính giác của con
người.
1.6.3. Giấu thông tin trong video
- Ý tưởng cơ bản của phương pháp này là phân phối thông tin giấu giàn trải
theo tần số của dữ liệu gốc. Cụ thể giấu cả âm thanh và hình ảnh vào video. Phương
pháp này được đưa ra bởi Cox và được nhiều nhà nghiên cứu thử nghiệm dùng các
hàm cosin riêng và các hệ số truyền sóng riêng để giấu tin và đem lại hiểu quả cao.
1.6.4. Tổng quan về ảnh số
Một vài định dạng phổ biến cho file ảnh kĩ thuật số bao gồm BMP, GIF,
PNG, JPG, … Trong đồ họa máy tính BMP còn được biết đến với tên Windows
bitmap, là một định tập tin hình ảnh phổ biến. Có 3 dạng ảnh số phổ biến: Ảnh nhị
phân, ảnh đa mức xám, ảnh màu.
Ảnh Bitmap

Ảnh Bitmap là định dạng ảnh do Microsoft đề xuất, có phần mở rộng là
BMP, loại ảnh này truyền tải, sử dụng rộng rãi trên máy tính, và các thiết bị điện tử
khác.
Ảnh bitmap được chia thành ba dạng: Ảnh đen trắng, ảnh đa mức xám và
Ảnh màu.
Ảnh màu : Không gian màu là những phương pháp định lượng màu sắc
được thiết lập công thức một cách khoa học. Hệ thống không gian màu cho phép
mỗi màu được xác định theo số học, bằng cách đó ta có thể chọn và lặp lại những
màu nào đó thật chính xác. Bạn sẽ tiếp xúc với những không gian màu chính sau
đây: HLS (sắc thái, quang độ và độ bão hòa), HSB (sắc thái, độ bão hòa và độ đậm
nhạt), RGB (đỏ, lục, lam) và CYMK (xanh hóa học, vàng, tím sen, đen). CMYK là
không gian màu được sử dụng trong công nghiệp in ấn và bị giới hạn bởi mức độ
thể hiện của mực in và chất màu. Không gian RGB - hệ thống màu thường gặp nhất
13

trong nghệ thuật nhiếp ảnh số - sử dụng ánh sáng, do vậy cho ta phổ màu rộng hơn
các chất màu CYMK.
Đối tượng của luận văn này chỉ tập trung vào loại ảnh RGB, mỗi điểm ảnh
gồm 3 thành phần màu đỏ (red), xanh lục (green), xanh dương (blue). Mỗi màu có
giá trị từ 0 đến 255, nghĩa là mỗi điểm ảnh cần 24bits hay 3bytes để biểu diễn. Số
lượng màu có thể của loại ảnh này lên tới 256
3
màu khác nhau. Để tiết kiệm bộ nhớ
với các ảnh có số lượng màu nhỏ hơn hoặc bằng 256 thì màu các điểm ảnh được lưu
trữ dưới dạng bảng màu.Với ảnh có số màu lớn thì các điểm ảnh không tổ chức
dưới dạng bảng màu, khi đó giá trị của các điểm ảnh chính là giá trị của các thành
phần màu R,G,B. Với ảnh có số lượng màu lớn, tùy theo chất lượng ảnh mà quyết
định số bit để biểu diễn cho mỗi màu thường là 24 bit, hoặc 32 bit . Với ảnh 24 bit
mỗi thành phần màu được biểu diễn bởi một byte (8 bit).

Hình 1-5. Ví dụ về ảnh màu
Ảnh nhị phân là ảnh kỹ thuật số mà chỉ có hai giá trị có thể cho mỗi pixel.
Thông thường hai màu sắc được sử dụng cho một ảnh nhị phân là đen và trắng (ảnh
đen trắng), mặc dù có thể được sử dụng bất kỳ hai màu sắc khác. Có màu sắc được
sử dụng cho đối tượng trong hình là màu nền trước khi phần còn lại của hình ảnh là
màu nền.
Ảnh đa mức xám: là ảnh mà mỗi điểm ảnh được biểu diễn bởi một giá trị và
đó là cường độ sáng của điểm ảnh.
14


Hình 1-6.Ví dụ về ảnh đa cấp xám
Ảnh nhị phân: là ảnh mà mỗi điểm ảnh được lưu giữ như là một bit (0 hoặc
1). Ngoài ra, ảnh nhị phân còn được gọi là ảnh màu đen trắng, ảnh đơn sắc.
Ứng dụng chính của ảnh nhị phân được dùng theo tính logic để phân biệt đối
tượng ảnh với nền hay để phân biệt điểm biên với điểm khác.
Ảnh nhị phân thường được lưu trữ trong bộ nhớ như một ảnh bitmap, một
mảng đóng gói các bit.
Cấu trúc ảnh nhị phân được lưu trữ như một ảnh định dạnh bitmap hay định
dạng IMG.

Hình 1-7.Ví dụ về ảnh đen trắng
Định dạng tệp ảnh bitmap
Ảnh Bitmap được lưu trữ dưới dạng nhị phân, một tệp định dạng bitmap
được chia thành các phần cơ bản như: phần tiêu đề file (BITMAP HEADER),
15

thông tin về ảnh (BITMAP INFOR), bảng màu (PALLETE Table) và vùng dữ
liệu ảnh (DATA). Và thứ tự các phần của tệp ảnh được lưu trữ tuần tự trong bộ nhớ
như trong hình Bảng 1.1

BITMAP HEADER
BITMAP INFOR
PALLETE Table
DATA
Bảng 1-1. Minh hoạ cấu trúc tệp ảnh bitmap
 Ý nghĩa các phần trong tệp ảnh bitmap
Bitmap Header: mô tả thông tin chung về File định dạng bitmap, độ dài của
phần này được cố định với mọi file ảnh bitmap
Bitmap Infor: mô tả thông tin về ảnh được lưu trữ, độ dài của phần này cũng
cố định.
Pallete Table: chính là bảng màu của ảnh bitmap, độ dài của phần này có thể
bằng không (không có bảng màu) đối với ảnh đen trắng và ảnh màu có số lượng
màu lớn hơn 256 màu.
Data: Thông tin của từng điểm ảnh, độ dài của phần này phụ thuộc kích
thước ảnh. Phần Data lưu trữ ảnh theo hướng từ dưới lên trên và từ trái qua phải.
 Kích thước và giá trị các trường trong tệp ảnh bitmap
Bitmap Header
Phần bitmap header có độ dài cố định là: 14 byte, phần này dùng để mô tả
thông tin chung về file như: Kiểu file, độ dài của tệp và một số thông tin liên quan
đến tệp ảnh.
16

Ý nghĩa của từng trường được mô tả trong bảng 1.2
Offset (byte) Giá trị Ý nghĩa
1 ‘B’ Định danh kiểu file để các chương
trình nhận dạng
2 ‘M’
3 -> 6 Unsigned long Kích thước file
7 -> 10 Zero Reserved
11 -> 14 Unsigned long Địa chỉ phần dữ liệu ảnh

Bảng 1-2. Ý nghĩa từng trường trong vùng Bitmap Header
Trong phần Bitmap Header có mô tả thông tin về độ dài của file, thông tin
này thực sự cần thiết đối với mọi chương trình. Nhưng qua quá trình thực nghiệm
đối với một số file thì thông tin này lại không chính xác, và trong luận văn đưa ra
cách tính kích thước file thông qua công thức:
FileSize = Sizeof(Bitmap Header) + Sizeof(Bitmap Infor)
+ Sizeof(Pallete) + Sizeof(Data) (1.1)
Địa chỉ vị (offset) của vùng dữ liệu có thể được xác định thông qua công
thức:
Địa chỉ vùng data = 54 + Sizeof(Pallete Table) (1.2)
Đối với ảnh đen trắng và ảnh màu có số lượng màu lớn hơn 256 màu thì giá
trị địa chỉ vùng data cố định là 54, vì các loại ảnh này không tổ chức bảng màu cho
các điểm ảnh.
Bitmap Infor
Bitmap Infor dùng để mô tả thông tin về ảnh đang được lưu trữ trong file,
kích thướcc của phần này cố định là 40 byte.