Luận văn bảo vệ bản quyền công khai cho cơ sở dữ liệu quan hệ

L Ờ I C Ả M ƠN

Trong thời gian thực hiện và nghiên cứu luận văn, tôi đã nhận được sự
giúp đỡ tận tình của các cơ quan, tổ chức, cá nhân. Tôi xin bày tỏ lòng cảm ơn
sâu sắc nhất tới các tập thể, cá nhân đã tạo điều kiện giúp đỡ tôi ừong suốt
thời gian thực hiện và nghiên cứu luận văn.
Trước hết với lòng biết ơn chân thành sâu sắc nhất, tôi xin gửi lời cảm
ơn tới Cô giáo TS. Lưu Thị Bích Hương, người đã trực tiếp chỉ bảo, hướng
dẫn khoa học, người đã tận tình dạy dỗ và hướng dẫn tôi trong suốt quá trình
nghiên cứu, hoàn thành luận văn.
Tôi cũng xin được gửi lời cảm ơn tói các thầy giáo, cô giáo công tác tại
Viện công nghệ thông tin và Trường Đại học Sư phạm Hà Nội 2, những
người đã tận tình giảng dạy, truyền thụ cho tôi những kiến thức khoa học căn
bản ừong quá trình học tập tại trường.
Cuối cùng, tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành tới gia đình, bạn bè, các
đồng nghiệp đã động viên, sát cánh cùng tôi ừong suốt quá trình học tập và
thực hiện nghiên cứu đề tài

Hà Nội, ngày ... tháng ... năm 2015
Học viên

Trương Công Khanh


L Ờ I C A M ĐOAN

Tên tôi là: Trương Công Khanh
Lớp: Cao học K I7
Khóa học: 2013 -2015

Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Mã số chuyên ngành: 60 48 01 01
Tôi xin cam đoan rằng số liệu và kết quả nghiên cứu ừong luận văn này
là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác. Tôi cũng xin cam đoan
rằng mọi sự giúp đỡ cho việc thực hiện luận văn này đã được cảm ơn và các
thông tin trích dẫn ừong luận văn đã được ghi rõ nguồn gốc

Hà Nội, ngày ... tháng ... năm 2015
Học viên

Trương Công Khanh


DANH M ỤC CÁC KÝ H IỆU, CÁC CH Ữ VIÉT TẮT
•

•

Từ viết tắt

y

Từ đầy đủ

CSDL

Cơ sở dữ liệu

MSB

Most Significant Bit (Bit ý nghĩa nhất)

LSB

Least Significant Bit (Bit ít ý nghĩa nhất)

DB-CA

Cơ quan đăng ký bản quyên

NHĐT

Ngân hàng đê thi

KT-ĐBCLGD

Khảo thí - Đảm bảo chất lượng giáo dục


iv

DANH M ỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1. Sơ đồ mô tả lược đồ thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ cơ bản............ 6
Hình 2.1. Quan hệ giữa thủy vân và chứng thực định danh........................... 26
Hình 3.1. Biểu đồ use case..............................................................................33
Hình 3.2. Biểu đồ trình tự use case nhúng thủy vân....................................... 34
Hình 3.3. Biểu đồ trình tự use case phát hiện thủy vân..................................34
Hình 3.4. Biểu đồ thiết kế lớp.........................................................................35
Hình 3.5. Giao diện cấu hình kết nối CSDL................................................... 36

Hình 3.6. Giao diện cài đặt cấu hình kết nối CSDL....................................... 38
Hình 3.7. Giao diện nhúng thủy vân...............................................................39
Hình 3.8. Giao diện trước khi thực hiện nhúng thủy v ân............................... 39
Hình 3.9. Giao diện sau khi thực hiện nhúng thủy vân...................................40
Hình 3.10. Giao diện phát hiện thủy v ân ........................................................ 41
Hình 3.11. Giao diện thử nghiệm phát hiện thủy vân..................................... 41
Hình 3.12. Kết quả phát hiện thủy vân trên CSDL đã thủy vân.....................42
Hình 3.13. Kết quả phát hiện thủy vân trên CSDL chưa thủy vân................. 43


V

M ỤC LỤC

MỞ Đ Ầ U ......................................................................................................................... 1

Chương 1. TÔNG QUAN VỀ THỦY VÂN c ơ SỞ DỮ LIỆU QUAN H Ệ.... 3
1.1.

Một số khái niệm cơ bản.................................................................... 3

1.1.1. Thủy vân.......................................................................................... 3
1.1.2. Thủy vân cơ sở dữ liệu.................................................................... 3
1.1.3. Lược đồ thủy vân............................................................................5
1.2.

Các yêu cầu cơ bản của thuỷ vân trên cơ sở dữ liệu quan hệ............. 6

1.2.1 Khả năng có thể phát hiện (Detectability)....................................... 7
1.2.2 Tính bền vững (Robustness)............................................................7

1.2.3 Cập nhật phần tăng thêm (Incremental updatability)...................... 7
1.2.4 Không dễ cảm nhận được (Imperceptibility)................................... 7
1.2.5 Hệ thống mù (Blind System)........................................................... 8
1.3.

Những tấn công ừên thuỷ vân cơ sở dữ liệu quan hệ......................... 8

1.3.1 Cập nhật thông thường..................................................................... 8
1.3.2 Tấn công có chủ đích....................................................................... 8
1.4.

Các ứng dụng chủ yếu của thuỷ vân cơ sở dữ liệu quan h ệ..............10

1.4.1 Bảo vệ bản quyền hoặc chứng minh quyền sở hữ u....................... 10
1.4.2 Chứng thực thông tin (Authentication).......................................... 10
1.5. Các lược đồ thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ.........................................11
a. Lược đồ thủy vân sử dụng các bit ít ý nghĩa nhất................................11
b. Thủy vân dựa vào các phép hoán vị.................................................... 12


vi

c. Thủy vân dựa vào việc chèn thêm ảnh nhị phân................................. 12
1.6. Kết luận chương 1................................................................................ 14
Chương 2. LƯỢC ĐỒ THỦY VÂN s ử DỤNG BIT MSB............................15
2.1. Giới thiệu............................................................................................. 15
2.2. Lược đồ thủy v ân................................................................................. 18
2.3. Tính bền vững, chi phí về thời gian và bộ nhớ của lược đồ thủy vân. 22
2.3.1. Xác suất nhị thức tồn tại................................................................ 22
2.3.2. Phát hiện thủy vân ừong dữ liệu không thủy vân......................... 23

2.3.3. Phát hiện thủy vân ừong dữ liệu đã thủy v ân ............................... 23
2.3.4. Đánh giá về thời gian và yêu cầu bộ nhớ đối với các thuật toán.. 24
2.4. Chứng nhận bản quyền công khai........................................................ 24
2.4.1. Giấy chứng nhận thủy vân.............................................................25
2.4.2 Chứng thực công khai.................................................................... 26
2.4.3 Quản lý chứng thực........................................................................ 27
2.4.4 Cập nhật tăng dần........................................................................... 30
2.5. Kết luận chương 2 ................................................................................ 31
Chương 3. CÀI ĐẶT LƯỢC ĐỒ THỦY VÂN.............................................. 32
3.1. Đặt vấn đ ề ............................................................................................ 32
3.2. Cài đặt lược đồ thủy vân...................................................................... 33
3.3. Kết quả thực nghiệm............................................................................ 38
3.3.1 Giao diện chương trình.................................................................. 38
3.3.2 Chạy thử nghiệm chương trình...................................................... 42
3.3. Kết luận chương 3 ................................................................................44


KÉT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN...................................................... 45
TÀI LIỆU THAM KHẢO............................................................................... 47
PHỤ LỤC........................................................................................................ 49


1

M Ở ĐẦU
1. Lý do chọn đề tài
Trong thực tế việc chứng minh quyền sở hữu đối với các cơ sở dữ liệu
quan hệ sau khi đã phân phối hoặc chuyển giao đang là một vấn đề quan ừọng
ừong các môi trường ứng dụng dựa trên Internet và ừong nhiều ứng dụng
phân phối sản phẩm. Trong những năm gần đây, công nghệ thông tin phát

ừiển với tốc độ chóng mặt về cả phần cứng và phần mềm, đặc biệt là tốc độ
phát triển của Internet và các công nghệ có liên quan đã đưa đến một tiểm
năng chưa từng có đối với việc truy nhập và phân phối lại các sản phẩm kỹ
thuật số. Sự phát triển của công nghệ đa phương tiện với khả năng sao chép
mô phỏng đã mở ra nhiều hướng mới cho sự phát ừiển lược đồ thuỷ vân, đặt
biệt là lĩnh vực bảo mật cơ sở dữ liệu. Thuỷ vân cơ sở dữ liệu cũng không
nằm ngoài quy luật phát triển đó. Ban đầu, thuỷ vân được sử dụng để nhúng
vào các sản phẩm đa phương tiện như âm thanh, hình ảnh, video... Nhưng
hiện nay, thuỷ vân đã được ứng dụng vào một lĩnh vực hết sức mới mẻ có liên
quan đến quyền sở hữu trí tuệ. Đó là lĩnh vực thuỷ vân cơ sở dữ liệu quan hệ,
đây là một trong những lĩnh vực quan ừọng và có ứng dụng nhiều trong cuộc
sống. Thuỷ vân đã được sử dụng với mong muốn có thể cho phép chứng minh
được tác giả và nguồn gốc của cơ sở dữ liệu để từ đó chứng minh dữ liệu là
chuẩn xác.
Xây dựng một hệ thống nhằm đáp ứng nhu cầu bảo vệ bản quyền ngân
hàng đề thi các học phần tại đơn vị công tác là mục tiêu để tôi thực hiện công
trình nghiên cứu của mình. Tôi mong muốn những kiến thức của tôi sẽ góp
phần vào việc nâng cao công tác Khảo thí, Đảm bảo chất lượng tại đơn vị
đang công tác, qua đó giúp nâng cao chất lượng Đào tạo tại trường Đại học
Thủ đô Hà Nội.


2

Xuất phát từ thực tế đó, em xin chọn đề tài “Bảo yệ bản quyền công
khai cho cơ sở dữ liệu quan hệ” để làm luận văn thạc sĩ dưói sự hướng dẫn
của TS. Lưu Thị Bích Hương.
2. Mục đích nghiên cứu
Nghiên cứu tổng quan về thủy vân và lược đồ thủy vân sử dụng bit MSB
để bảo vệ bản quyền công khai cho cơ sở dữ liệu quan hệ, từ đó xây dựng

chương trình thử nghiệm để bảo vệ bản quyền cho ngân hàng đề thi các học
phần của trường Đại học Thủ đô Hà Nội.
3. Nhiệm vụ nghiên cứu
- Tìm hiểu tổng quan về thủy vân.
- Lược đồ thủy vân sử dụng bit MSB để bảo vệ bản quyền công khai cho cơ
sở dữ liệu quan hệ.
- Cài đặt chương trình thử nghiệm.
4. Đổi tượng nghiên cứu
- Lược đồ thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ.
5. Giả thuyết khoa học
Luận văn nếu hoàn thành sẽ góp phần nâng cao công tác Khảo thí, Đảm
bảo chất lượng tại đơn vị đang công tác, qua đó giúp nâng cao chất lượng Đào
tạo tại trường Đại học Thủ đô Hà Nội.
6. Phương pháp nghiên cứu
- Tìm kiếm và nghiên cứu tài liệu liên quan, tiến hành phân tích, đánh giá và
đưa ra những đề xuất.
- Tiếp thu các kết quả nghiên cứu về mặt lý thuyết, ừên cơ sở đó cài đặt thử
nghiệm, đánh giá và so sánh với những phương pháp, lược đồ thủy vân đã có.


3

Chương 1
TÔNG QUAN VỀ THỦY VÂN c ơ SỞ D Ữ LIỆU QUAN HỆ

1.1. Môt
Ctf bản
• sổ khái niêm
•
1.1.1. Thủy vân

Từ “thuỷ vân” có xuất xứ từ kỹ thuật đánh dấu nước thời xưa. Đây là kỹ
thuật đánh dấu chìm một hình ảnh, một logo, hay một dữ liệu nào đó lên ừên
giấy nhằm mục đích trang trí và phân biệt được xuất xứ của sản phẩm giấy.
Như vậy, thông tin cần giấu được gọi là thuỷ vân (watermark). Thuỷ vân mô
tả thông tin có thể được dùng để chứng minh quyền sở hữu hoặc chống xuyên
tạc.
Có hai loại thuỷ vân, đó là: thuỷ vân bền vững và thuỷ dễ vỡ. Thuỷ vân
bền vững (robust watermark): Là thuỷ vân tồn tại bền vững cùng với dữ liệu,
không dễ dàng bị phá huỷ trước những biến đổi, tấn công lên dữ liệu. Các
lược đồ này thường được dùng trong các ứng dụng bảo vệ bản quyền, chứng
minh quyền sở hữu. Thuỷ vân dễ vỡ (fragile watermark): Là thuỷ vân dễ bị
biến đổi trước những biến đổi hay tấn công lên dữ liệu. Các lược đồ này
thường được dùng trong các ứng dụng chứng thực thông tin, đảm bảo sự toàn
vẹn dữ liệu.
1.1.2. Thủy vân cơ sở dữ liệu
Ngày nay, việc sử dụng các cơ sở dữ liệu ừong các ứng dụng càng ngày
càng tăng lên đang tạo ra một nhu cầu tương tự đối với thủy vân cơ sở dữ liệu.
Internet ngày càng phát triển đưa đến một sức ép rất nặng nề cho những ngưòi
bảo vệ dữ liệu trong việc tạo ra các dịch vụ cho phép người sử dụng tìm kiếm
và truy cập cơ sở dữ liệu từ xa. Mặc dù xu hướng này là hữu ích cho người
dùng nhưng nó cũng bộc lộ một mối nguy hiểm cho những nhà cung cấp dữ


4

liệu trước những kẻ trộm cắp dữ liệu. Do đó, những người cung cấp dữ liệu
đòi hỏi phải có công nghệ nhận dạng được những bản sao của các cơ sở dữ
liệu của họ bị đánh cắp.
Cho dù có khá nhiều điều có thể kế thừa được từ các kết quả đã đạt
được về thủy vân đối với dữ liệu đa phương tiện nhưng cho đến nay vẫn còn

rất nhiều thách thức kỹ thuật mới đối với lĩnh vực thủy vân các cơ sở dữ liệu
quan hệ bởi vì các dữ liệu quan hệ và các dữ liệu đa phương tiện khác nhau ở
khá nhiều khía cạnh quan ừọng. Ví dụ như, các phần khác nhau của một đối
tượng đa phương tiện không thể cắt bỏ hoặc thay thế một cách tùy ý mà
không gây ra những thay đổi về nội dung trong đối tượng. Ngược lại, việc
thêm, bớt và cập nhật các bộ của một quan hệ lại là những phép toán chuẩn
ừong cơ sở dữ liệu. Do những khác nhau lớn này mà các lược đồ thủy vân
được phát triển cho các dữ liệu đa phương tiện không thể được sử dụng trực
tiếp để thủy vân các quan hệ.
Định nghĩa 1.1: Thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ [3]
Thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ là một kỹ thuật nhúng một số thông tin
nào đó (được gọi là thông tin thủy vân W) vào cơ sở dữ liệu quan hệ nhằm
mục đích bảo vệ bản quyền hoặc sự toàn vẹn cho cơ sở dữ liệu này. Thủy vân
có thể ở dạng ẩn hoặc hiện và có thể là bền vững hoặc dễ vỡ.
Một thuỷ vân có thể được áp dụng cho bất kỳ cơ sở dữ liệu quan hệ nào
có các thuộc tính mang một đặc điểm là những thay đổi nhỏ tại một số giá trị
của chứng không làm ảnh hưởng đến các ứng dụng.
Đối với hầu hết các cơ sở dữ liệu quan hệ ừong đó có chứa các tham số
thì những sai lệch do hệ thống thuỷ vân gây ra có thể được điều chỉnh sao cho
chứng nằm trong miền dung sai của độ đo.
Để chủ sở hữu của cơ sở dữ liệu có thể giữ bí mật cho thông tin thủy vân

w và là người duy nhất có thể tìm lại được thông tin này thì cần phải ừộn w


5

với một dữ liệu được gọi là khóa do chính chủ cơ sở dữ liệu lựa chọn. Thông
tin thứ hai này được gọi là khóa thủy vân và được chứng tôi định nghĩa như
sau:

Định nghĩa 1.2: Khóa thủy vân [3]
Khóa thủy vân là một lượng dữ liệu do chủ sở hữu cơ sở dữ liệu lựa chọn
và nhằm mục đích xác định thủy vân trong lược đồ thủy vân. Ký hiệu là K.
Khóa K sẽ được kết hợp vói thủy vân w để nhúng vào cơ sở dữ liệu.
Khóa thủy vân chính là mấu chốt của lược đồ thủy vân cơ sở dữ liệu có sử
dụng khóa thủy vân.
Khóa thủy vân sẽ được nhúng vào ừong cơ sở dữ liệu quan hệ bằng
nhiều cách. Thông thường khóa thủy vân sẽ được nhúng với dữ liệu trong cơ
sở dữ liệu quan hệ rồi đưa vào ừong thuật toán sử dụng. Điều quan trọng ở
đây chính là việc ta giấu khóa thủy vân vào trong thuật toán như thế nào để
không bị phát hiện đồng thời có thể chứng minh được đây chính là cơ sở dữ
liệu quan hệ của mình. Hay nói cách khác, việc đưa khóa vào ừong cơ sở dữ
liệu quan hệ là một ừong những điểm quan trọng của bài toán bảo vệ bản
quyền và đảm bảo sự toàn vẹn dữ liệu ừong cơ sở dữ liệu quan hệ có sử dụng
khóa.
1.1.3. Lược đồ thủy vân
Lược đồ thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ bao gồm 2 phần: nhúng thủy
vân và phát hiện thủy vân. Khi nhúng thủy vân, một khóa thủy vân K do chủ
sở hữu cơ sở dữ liệu tự chọn sẽ được sử dụng để nhúng thủy vân w vào cơ sở
dữ liệu gốc. Sau khi nhúng thủy vân, các cơ sở dữ liệu sẽ được đưa vào ừong
môi trường Internet. Để xác minh quyền sở hữu của một cơ sở dữ liệu đáng
ngờ, quá trình xác minh cơ sở dữ liệu bị nghi ngờ được thực hiện như là đầu
vào và bằng cách sử dụng khóa thủy vân K (được sử dụng ừong giai đoạn
nhúng) thủy vân nhúng (nếu có) được lấy ra và so sánh với các thông tin thủy


6

vân ban đầu. Hình 1.1 là sơ đồ mô tả lược đồ thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ
cơ bản [8].

Khóa K

i
Cơ sở dữ liệu

Nhúng thủy vân

Cơ sở dữ liệu đã nhúng
thủy vân

gốc
i i

Thông tin thủy vân (W)
Khóa K

L
Cơ sở dữ liệu nghi

Phát hiện thủy

Khẳng định đúng hoặc

ngờ

vân

sai

Ẳi

Thông tin thủy vân (W)

Hình 1.1. Sơ đồ mô tả lược đồ thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ cơ bản
1.2. Các yêu cầu cơ bản của thuỷ vân trên Ctf sở dữ liệu quan hệ
Chúng ta có thể thấy rằng thủy vân các dữ liệu quan hệ có những yêu cầu
kỹ thuật cao và có các ứng dụng thực tế có ý nghĩa xứng đáng được quan tâm
thích đáng từ phía cộng đồng những người nghiên cứu, phát triển cơ sở dữ
liệu. Cần phải xác định một hệ thống thủy vân và kèm theo đó là nghiên cứu,
phát triển các lược đồ thủy vân nhất định. Những lược đồ này chắc chắn là sẽ
kế thừa phần lớn từ các nguyên tắc thủy vân đang tồn tại.
Giả sử, A là chủ nhân của quan hệ R chứa TỊ bộ, ừong đó anh ta đã đánh
dấu

7

1.2.1 Khả năng có thể phát hiện (Detectability)
A cần phải có khả năng phát hiện thủy vân của anh ta bằng cách xem
xét Cữbộ từ cơ sở dữ liệu nghi ngờ. Rõ ràng nếu mẫu bit (thủy vân) của anh ta
có mặt ở tất cả phép. Tuy nhiên, A cũng có thể ngờ vực ngay cả khi mẫu của anh chỉ có mặt
ở ít

nhất

là T b ộ ( T < (ú),

ừong

đó T

phụ

th u ộ c

vào

Cỡ v à

một giá trị

a cho

trước, được gọi là mức ý nghĩa của phép thử. Giá ừị của rđược xác định sao
cho xác suất để A sẽ tìm thấy mẫu bit của anh ừong ít nhất T bộ từ Cữbộ là
nhỏ hơn a.
1.2.2 Tính bền vững (Robustness)
Các thủy vân cần phải bền vững trước những tấn công nhằm xóa bỏ
chúng. Ví dụ với tư cách là kẻ tấn công, B thay đổi Ẹ bộ ừong quan hệ R của
A. Chứng ta nói rằng thủy vân là an toàn đối với tấn công này nếu kẻ tấn công
không thể phá hủy các dấu hiệu thủy vân ở ít nhất rbộ, trong đó Tphụ thuộc
vào (ùvà a như đã nói ở ừên.
1.2.3 Cập nhật phần tăng thêm (Incremental Updatabỉlỉty)
Sau khi có quan hệ R đã thủy vân, A có thể cập nhật R khi cần thiết mà
không làm hỏng thủy vân. Khi A thêm/bớt các bộ hoặc sửa đổi các giá trị của
các thuộc tính của R, thủy vân cần phải có khả năng cập nhật ừên những phần
gia tăng. Tức là, các giá trị thủy vân chỉ phải tính toán lại đối với các bộ được
thêm vào hoặc bị sửa đổi.
1.2.4 Không dễ cảm nhận được (Imperceptỉbỉlỉty)

Thuỷ vân ẩn, không dễ nhận thấy được bằng mắt thường của con
người. Sự thay đổi do các dấu hiệu thuỷ vân gây ra cho dữ liệu quan hệ không
được làm giảm giá ừị sử dụng của cơ sở dữ liệu. Hơn nữa, các phép đo thống


8

kê thông thường như trung bình, phương sai của các thuộc tính số cũng không
nên bị ảnh hưởng đáng kể.
1.2.5 Hệ thống mù (Blind System)
Việc phát hiện thuỷ vân không nên đòi hỏi các thông tin về cơ sở dữ
liệu gốc và cả thuỷ vân gốc. Một hệ thống thủy vân như vậy được gọi là hệ
thống mù. Tính chất này rất quan ừọng vì nó cho phép có thể phát hiện thuỷ
vân trong bản sao của quan hệ cơ sở dữ liệu cho dù quan hệ gốc đã được cập
nhật.
1.3. Những tấn công trên thuỷ vân cơ sở dữ liệu quan hệ
Vì các quan hệ cơ sở dữ liệu luôn được cập nhật nên các thuỷ vân được
giấu ừong một quan hệ có thể bị mất do những cập nhật thông thường cũng
như các tấn công có chủ đích.
1.3.1 Cập nhật thông thường
Giả sử В lấy ừộm dữ liệu của A mà không nhận ra nó đã được thủy
vân. Sau đó, В có thể cập nhật dữ liệu đã ăn ừộm khi anh ta sử dụng nó.
Kỹ thuật đánh dấu cần đảm bảo rằng A không bị mất thủy vân của anh
ngay cả các dữ liệu bị ăn trộm, thậm chí đối với cả những cập nhật của B. Tức
là các phép toán cập nhật thông thường như xóa, sửa, bổ sung các bộ trong cơ
sở dữ liệu quan hệ.
Các lược đồ thuỷ vân cần đảm bảo rằng người chủ cơ sở dữ liệu không
bị mất thuỷ vân ngay trong dữ liệu bị kẻ khác ăn trộm, thậm chí đối với
những cập nhật của tên trộm đó.
1.3.2 Tấn công có chủ đích

В có thể biết dữ liệu anh ta ăn trộm có chứa thủy vân, nhưng anh ta có
thể cố xóa thủy vân này hoặc thử dùng các phương tiện khác để đòi quyền sở
hữu trái phép. Hệ thống đánh dấu cần phải bảo vệ A trước những tấn công
gây hại của B. Nghĩa là các cơ sở dữ liệu có thể bị những kẻ xấu ăn trộm, tấn


9

công nhằm mục đích đòi quyền sở hữu trái phép hay phá huỷ dữ liệu, phá huỷ
thuỷ vân,... Do đó, hệ thống thuỷ vân cần phải bảo vệ người chủ cơ sở dữ liệu
trước những tấn công gây hại của kẻ trộm.
Một số tấn công gây hại như [3]:
Tẩn công vào các bit: Cách tấn công gây hại đơn giản nhất là cố gắng
phá huỷ thuỷ vân bằng cách cập nhật một số bit. Nếu tên ừộm в có thể thay
đổi tất cả các bit, thì anh ta có thể dễ dàng phá huỷ thuỷ vân. Tuy nhiên, việc
này cũng làm cho dữ liệu của anh ta không còn sử dụng được nữa. Do đó, tác
hại của một cuộc tấn công cần phải được xem xét ừên cơ sở mối quan hệ giữa
số bit mà В và A thay đổi, vì mỗi thay đổi có thể được coi như một sai sót.
Càng có nhiều sai sót càng làm cho dữ liệu kém hữu dụng.
Tẩn công ngẫu nhiên: Tấn công này sẽ gán các giá trị bit ngẫu nhiên
cho một số vị ừí bit nào đó. Một tấn công zero hoá đặt giá trị của một số vị ừí
bit bằng zero. Một tấn công đổi bit sẽ đổi giá trị của một số vị trí bit từ 0
thành 1 hoặc ngược lại từ 1 thành 0. Các phép cập nhật thông thường có thể
được coi là một tấn công ngẫu nhiên.
Tẩn công bằng cách làm tròn số : Kẻ tấn công có thể thử làm mất các
dấu hiệu ừong một thuộc tính kiểu số bằng cách làm ừòn tất cả các giá trị của
thuộc tính này. Anh ta phải đoán một cách chính xác có bao nhiêu vị ừí tham
gia trong thuỷ vân. Nếu anh ta đoán non thì tấn công có thể không thành công.
Nếu đoán già, thì anh ta đã làm giảm chất lượng của dữ liệu hơn mức cần
thiết. Thậm chí, ngay cả khi đoán đứng thì dữ liệu của anh ta cũng không

tương thích với dữ liệu của người chủ dữ liệu vì nó ít chính xác hơn.
Tẩn công tập hợp con: Kẻ tấn công có thể lấy đi một tập con các bộ
hoặc các thuộc tính của quan hệ đã thuỷ vân với hy vọng làm mất thuỷ vân
đó.


10

Tẩn công cộng: Kẻ tấn công có thể cộng thêm thủy vân của anh ta vào
quan hệ đã thủy vân của chủ sở hữu và đòi quyền sở hữu.
Tẩn công ngược lại: Kẻ tấn công có thể phát động một cuộc tấn công
ngược lại để đòi chủ quyền nếu anh ta có thể khám phá thành công một thủy
vân bịa đặt. Cái thủy vân mà kẻ tấn công công bố thực ra chỉ là một xuất hiện
ngẫu nhiên mà thôi.
1.4. Các ứng dụng chủ yếu của thuỷ vân cơ sở dữ liệu quan hệ
1.4.1 Bảo vệ bản quyền hoặc chứng mỉnh quyền sở hữu
Ngày nay, việc bảo vệ bản quyền hoặc chứng minh quyền sở hữu
(Copyright Protection or Proving Ownership) đối với các nguồn cơ sở dữ liệu
quan hệ ở bên ngoài là một vấn đề quan ừọng trong các môi trường ứng dụng
dựa vào Internet và trong nhiều ứng dụng phân phối dữ liệu. Đây là ứng dụng
cơ bản nhất của lược đồ ửiuỷ vân. Một thông tin nào đó (hay còn gọi là thuỷ
vân) mang ý nghĩa quyền sở hữu sẽ được nhúng vào ừong dữ liệu quan hệ.
Thuỷ vân đó chỉ một mình người chủ sở hữu hợp pháp cơ sở dữ liệu đó có và
được dùng làm minh chứng cho bản quyền sản phẩm [9].
1.4.2 Chứng thực thông tín (Authentication)
Một tập thông tin sẽ được giấu ừong cơ sở dữ liệu quan hệ. Sau đó, các
thông tin này sẽ được sử dụng để nhận biết xem dữ liệu gốc có bị thay đổi hay
không. Bằng lược đồ thuỷ vân, người ta có thể lấy thông tin đã giấu vào ừong
dữ liệu quan hệ đó ra. Nếu thông tin lấy ra trùng với thông tin ban đầu đem
giấu thì chứng tỏ dữ liệu gốc không bị thay đổi. Ngược lại, thông tin lấy ra và

thông tin ban đầu có sự khác biệt thì chứng tỏ dữ liệu đã bị thay đổi, xuyên
tạc. 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 [9].


11

1.5. Các lược đồ thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ
Thuỷ vân trên cơ sở dữ liệu quan hệ là một kỹ thuật mới và rất phức tạp.
Cho đến nay mới chỉ có một vài cách tiếp cận bài toán thuỷ vân cơ sở dữ liệu
quan hệ cho ứng dụng bảo vệ bản quyền. Việc lựa chọn lược đồ thủy vân nào
là tuỳ thuộc vào yêu cầu của ứng dụng. Một số lược đồ thuỷ vân trên cơ sở dữ
liệu quan hệ như:
• Lược đồ thủy vân sử dụng các bit ít ý nghĩa nhất (LSB)
• Lược đồ thuỷ vân dựa vào kỹ thuật tối ưu hoá
• Lược đồ thủy vân sử dụng ảnh nhị phân.
a. Lược đồ thủy vân sử dụng các bit ít ý nghĩa nhất
Các lược đồ thủy vân dựa trên các bit ít ý nghĩa nhất (LSB - Least
Significant Bit) áp dụng cho cơ sở dữ liệu quan hệ có dữ liệu kiểu số. Tư
tưởng chính của lược đồ này là sử dụng các bit ít ý nghĩa nhất (LSB) để thủy
vân cho cơ sở dữ liệu quan hệ chứa các thuộc tính kiểu số chấp nhận được
những thay đổi nhỏ mà không làm ảnh hưởng tới ý nghĩa của dữ liệu. Lược
đồ này sử dụng các bit ít ý nghĩa nhất của các bộ ừong cơ sở dữ liệu quan hệ
để xây dựng ra thủy vân nhúng cho toàn bộ cơ sở dữ liệu. Đồng thời, sử dụng
mức ý nghĩa để phát hiện thủy vân đã được nhúng vào trong cơ sở dữ liệu.
ưu điểm của lược đồ này là:
- Lược đồ tương đối đơn giản và áp dụng được cho các cơ sở dữ liệu
chứa các thuộc tính kiểu số chấp nhận thay đổi nhỏ.
- Là một trong những lược đồ thủy vân đầu tiên cho việc bảo vệ bản
quyền cơ sở dữ liệu quan hệ.

- Khả năng phát hiện mù và chi phí thấp khi xác minh quyền sở hữu các
dữ liệu.
Nhược điểm của lược đồ này là:
- Nếu giá trị dữ liệu nhận giá ừị null (rỗng) nhưng vẫn thủy vân.


12

- Miền ứng dụng hẹp (chỉ áp dụng cho cơ sở dữ liệu có chứa các thuộc
tính kiểu số).
- Cơ sở dữ liệu bị sửa đổi không còn là dữ liệu gốc ban đầu.
- Việc xác định mức ý nghĩa của phép thử phức tạp.
b. Thủy vân dựa vào các phép hoán vị
Để giải quyết bài toán thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ khi những thay đổi
Bryan Stephenson đã phát triển một lược đồ thủy vân đơn giản nhưng hiệu
quả dựa vào việc hoán vị giá trị các thuộc tính. Ý tưởng của lược đồ này là
hoán đổi vị trí giá trị của một số thuộc tính trong một vài bộ của cơ sở dữ liệu
với nhau thỏa mãn một khoảng cách được xây dựng. Sử dụng số lượng các
giá trị bị hoán đổi để kiểm soát sự sai khác của cơ sở dữ liệu nằm ừong một
giới hạn mà cơ sở dữ liệu có thể chấp nhận được.
ưu điểm của lược đồ này là:
- Có thể áp dụng cho nhiều loại dữ liệu nhưng sử dụng tốt nhất cho dữ
liệu kiểu số.
- Không làm thay đổi giá ừị của dữ liệu.
Nhược điểm của lược đồ này là:
- Cơ sở dữ liệu vẫn bị sửa đổi tuy chỉ ở một số lượng bộ nhất định và
được kiểm soát bởi khoảng cách;
- Chưa xây dựng được hàm khoảng cách;
- Việc cân đối giữa khả năng nhận nhầm và đoán sai phụ thuộc vào mức ý
nghĩa và tỉ lệ hoán vị khó xác định.

c. Thủy vân dựa vào việc chèn thêm ảnh nhị phân
Năm 2008 các tác giả Al-Haj, A. and Odeh, A. đã đưa ra một lược đồ
thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ để bảo vệ bản quyền bằng cách chèn thêm một
bức ảnh nhị phân vào thuộc tính văn bản chứa nhiều từ.


13

Ý tưởng chính của lược đồ thủy vân này xuất phát từ việc nhúng bức ảnh
nhị phân đó vào một thuộc tính kiểu văn bản có chứa nhiều từ. Các điểm ảnh
của ảnh nhị phân sẽ được phân đoạn thành M xâu nhị phân ngắn có độ dài N.
Các xâu nhị phân này sẽ được đổi sang dạng thập phân để nhúng vào thuộc
tính kiểu văn bản có chứa nhiều từ của các bộ đã được chọn của quan hệ. Các
từ ừong các thuộc tính kiểu văn bản được viết cách nhau đứng một dấu cách.
Việc nhúng thủy vân được thực hiện rất đơn giản. Giả sử giá trị thập phân của
xâu nhị phân thứ j là dj thì để thủy vân giá ừị này vào thuộc tính văn bản, chỉ
việc thêm một dấu cách vào sau từ thứ dj+i của xâu văn bản này, các khoảng
cách còn lại của xâu vẫn giữ nguyên. Để làm được điều đó cần phải chọn ảnh
nhị phân phù hợp với các quan hệ cần thủy vân. Thuật toán sẽ nhúng thủy vân
vào từng nhóm, với cách chia đơn giản mỗi nhóm gồm M bộ và sẽ nhúng M
xâu nhị phân ngắn vào mỗi nhóm.
ưu điểm của lược đồ này là\
- Dùng để bảo vệ bản quyền cơ sở dữ liệu có dữ liệu kiểu văn bản.
- Quan hệ sau nhúng không ảnh hưởng đến giá trị sử dụng của dữ liệu.
Nhược điểm của lược đồ này là:
- Cách chia nhóm tuần tự không phụ thuộc vào bất kỳ một tham số nào
nên một kẻ tấn công có thể dễ dàng phát hiện ra các nhóm và phát hiện ra ảnh
đã nhúng.
- Kích thước của ảnh nhị phân nhỏ
Tiếp theo chương này là chương 2 trình bày lược đồ thủy vân cơ

sở dữ liệu sử dụng bit ý nghĩa nhất (MSB - Most Significant Bit) dùng để bảo vệ
bản quyền công khai cơ sở dữ liệu quan hệ mà không làm thay đổi dữ liệu.


14

1.6. Kết luận chương 1
Chương 1 đã tìm hiểu các khái niệm về thủy vân, các yêu cầu cơ bản
của thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ cũng như các tấn công trên thủy vân các
cơ sở dữ liệu quan hệ. Đồng thời cũng đưa ra một số ứng dụng chủ yếu của
lược đồ thủy vân. Trong chương này, giới thiệu ba lược đồ thủy vân dùng để
bảo vệ bản quyền.


15

Chương 2
LƯƠC
ĐỒ THỦY VÂN SỬ DUNG
BIT MSB
«
•
2.1. Giới thiệu
•

Hiện nay, các lược đồ thủy vân đã được mở rộng kế thừa từ các nội
dung đa phương tiện sang các cơ sở dữ liệu quan hệ để bảo vệ bản quyền dữ
liệu ngay cả khi dữ liệu đã được xuất bản hoặc phân phối. Hầu hết các lược
đồ thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ đều dựa vào khóa bí mật vì thế đòi hỏi phải
có một khóa bí mật để chứng minh bản quyền. Điều đó có nghĩa là bản quyền

chỉ có thể được minh chứng và được công nhận trước công chúng (ví dụ trước
tòa án...).
Tuy nhiên, sau khi chứng minh quyền sở hữu khóa bí mật này đã bị lộ
và vì vậy thủy vân đã nhúng sẽ dễ dàng bị phá hủy bởi những kẻ phá hoại.
Ngoài ra, hầu hết các lược đồ thủy vân hiện có đều làm sai lệch dữ liệu trong
quá trình thủy vân, có thể là thay đổi các bit ít ý nghĩa nhất hoặc thay đổi các
giá trị thực. Những sai lệch này chắc chắn sẽ làm giảm giá trị sử dụng của dữ
liệu. Trong luận văn này, sẽ tìm hiểu một lược đồ thủy vân mà bất cứ ai cũng
có thể chứng minh quyền sở hữu dữ liệu một cách công khai bao nhiêu lần tùy
ý. Lược đồ thủy vân này không làm sai lệch dữ liệu và phù hợp với mọi kiểu
dữ liệu để thủy vân. Hơn nữa lược đồ này còn bền vững trước các tấn công
điển hình như là thêm hoặc xóa các bộ hoặc các thuộc tính, thay đổi giá trị
một cách ngẫu nhiên hoặc có lựa chọn.
Thủy vân không nên làm ảnh hưởng đến sự hữu ích của dữ liệu và phải
đủ khó đối với những người muốn phát hiện ra nó và phá hủy nó một cách ừái
phép mà không làm suy giảm giá trị sử dụng của dữ liệu. Vì vậy, thủy vân có
thể giúp ngăn chặn việc sao chép ừái phép bằng cách cung cấp một phương
tiện dể chứng minh bản quyền gốc của một bản sao dữ liệu được phân phối.


16

Trong những năm gàn đây, các nhà nghiên cứu đã phát triển một số
lược đồ thủy vân để bảo vệ bản quyền các cơ sở dữ liệu quan hệ. Có một điểm
chung của các lược đồ này là chúng đều dựa vào một khóa bí mật trong thuật
toán nhúng thủy vân và thuật toán phát hiện thủy vân. Nhờ vào khóa này,
người chủ của sản phẩm sẽ có thể chứng minh chủ quyền của mình đối với
sản phẩm của mình.
Một điểm chung nữa là quá trình thủy vân có làm dữ liệu bị sai lệch.
Hầu hết các lược đồ thủy vân đều thay đổi các thuộc tính số trong khi các

lược đồ khác lại hoán vị các giá trị cùng loại. Những sai lệch chỉ được thực
hiện ừong giới hạn sao cho tính hữu dụng của dữ liệu đối với các ứng dụng
nhất định không bị ảnh hưởng và việc phát hiện thủy vân có thể thực hiện
được ngay cả khi có những tấn công thay đổi giá trị hoặc lựa chọn các bộ.
Hai đặc điểm nêu ừên có thể ảnh hưởng nghiêm ừọng đến khả năng
ứng dụng của các lược đồ thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ.
Thứ nhất là, cách tiếp cận dựa vào khóa bí mật là không phù hợp cho
việc chứng minh trước công chúng. Để chứng minh bản quyền đối vói một dữ
liệu đáng ngờ, ngưòi chủ sở hữu phải tiết lộ khóa bí mật của mình ra công
chứng để phát hiện thủy vân. Sau khi đã sử dụng một lần, khóa này không còn
bí mật nữa. Khi biết được khóa này, một người sử dụng không bản quyền có
thể vô hiệu hóa việc phát hiện thủy vân gốc bằng cách gỡ bỏ thủy vân gốc
khỏi dữ liệu được bảo vệ hoặc thêm một thủy vân giả vào dữ liệu không được
thủy vân.
Thứ hai là, những sai lệch được đưa vào ừong quá trình thủy vân có thể
ảnh hưởng đến giá trị sử dụng của dữ liệu. Ngay cả khi có thể ấn định một số
kiểu ràng buộc nhất định để hạn chế sai sót (ví dụ như các giá ừị trung bình
và các phương sai của những thuộc tính được thủy vân) trước hoặc trong khi