NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG MÔI TRƯỜNG MUILTIMEDIA

ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐỖ VĂN TUẤN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN
TRONG MÔI TRƯỜNG MUILTIMEDIA

LUẬN VĂN THẠC SĨ

Hà Nội - 2007


ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ

ĐỖ VĂN TUẤN

NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN
TRONG MÔI TRƯỜNG MUILTIMEDIA

Ngành Công nghệ thông tin:
Mã số:1.01.10

LUẬN VĂN THẠC SĨ
NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: PGS.TS. PHẠM VĂN ẤT

Hà Nội - 2007


LỜI CẢM ƠN

Trong quá trình hoàn thành luận văn này có rất nhiều thầy
giáo, bạn bè và người thân đã rất nhiệt tình hỗ trợ về kiến thức
cũng như tinh thần để tôi hoàn thành luận văn này. Trước hết, tôi
xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới thầy hướng dẫn: PGS.TS. Phạm
Văn Ất. Thầy đã cung cấp cho tôi những kiến thức, những phương
pháp khi nghiên cứu một vấn đề mang tính khoa học. Thầy thường
xuyên đưa ra và giúp tôi phát hiện ra nhiều ý tưởng mới. Tôi xin
chân thành cảm ơn thầy về sự hỗ trợ chân thành và nhiệt tình trong
suốt thời gian tôi làm luận văn.
Tôi xin trân trọng cảm ơn các Thầy giáo đã đọc và góp ý cho
nội dung của luận văn
Cuối cùng xin chân thành cảm ơn những người bạn, người
thân đã giúp đỡ, chia sẻ với tôi trong suốt quá trình làm luận văn.


PHẦN MỞ ĐẦU
1.Đặt vấn đề
Ngày nay, một trong những sự kiện trọng đại trong những thập niên cuối của
thế kỷ 20, đầu thế kỷ 21 là sự ra đời phát triển của mạng internet. Thông tin đã trở
thành sẵn sàng trực tuyến, mọi người đều có thể kết nối vào internet để tìm kiếm
thông tin một cách dễ dàng thông qua nhà cung cấp dịch vụ internet. Người dùng có
thể đọc các thông tin mới nhất, tra cứu các thư viện số, tìm thông tin lĩnh vực mình
quan tâm. Bên cạnh đó các nhà cung cấp sản phẩm cũng sẵn sàng cung cấp dữ liệu
của mình cho người dùng thông qua mạng.
Tuy nhiên, việc phân phối một cách phổ biến các tài nguyên trên mạng hiện
nay luôn gặp phải vấn nạn sao chép và sử dụng không hợp pháp. Nhu cầu này đã dẫn
đến sự ra đời và phát triển một lĩnh vực khoa học nằm ở biên giới giữa toán học và tin
học. Một trong những mục tiêu nghiên cứu của an toàn dữ liệu và bảo mật thông tin là
xây dựng quy trình và giải pháp bảo vệ các tài liệu, ngăn chặn các hoạt động không

hợp pháp.
Vấn đề an toàn và bảo mật thông tin hiện nay luôn nhận được sự quan tâm
đăck biệt trong nhiều lĩnh vực. Các công nghệ và giải pháp để bảo vệ thông tin đã và
đang được nghiên cứu, phát triển phù hợp với dạng lưu trữ các thông tin và phương
thức truyền tải thông tin.
Giải pháp bảo mật thông tin được sử dụng phổ biến nhất là dùng các hệ mật
mã như: Hệ mã hoá công khai, Hệ mã hoá bí mật. Với giải pháp này, thông tin ban
đầu (bản rõ) sẽ được mã hoá thành bản mật mã (bản mật). Chính điều này làm cho đối
phương nghi ngờ và tìm mọi cách thám mã. Ngược lại, nếu chúng ta đem thông tin
giấu vào trong một môi trường khác, một bức ảnh F chẳng hạn, ta sẽ thu được bức ảnh
F’ hầu như không sai khác với F khi nhìn bằng mắt thường. Sau đó F’ được gửi tới
người nhận. Để lấy thông tin từ F’, người nhận cần đối sánh với bản gốc. Đây là ý
tưởng của phương pháp giấu tin (data hiding) trong môi trường ảnh.
Nếu thông tin được bảo mật theo một quy trình hai hoặc ba bước, chẳng hạn:
mã hoá, nén rồi giấu vào một trường ảnh hoặc âm thanh thì cấp độ bảo mật còn có thể
cao hơn nữa.


2. Mục đích của luận văn
Giấu dữ liệu là một lĩnh vực rộng lớn, trong luận văn này chỉ đề cập đến việc
nghiên cứu các kỹ thuật giấu dữ liệu trong ảnh, âm thanh đó là hai kiểu dữ liệu được
dùng rộng rãi.
Nội dung luận văn tập trung vào việc nghiên cứu và cải tiến một số kỹ thuật
giấu dữ liệu trong ảnh đã được công bố, sau đó phát triển, mở rộng kỹ thuật giấu dữ
liệu trong ảnh nhị phân vào môi trường ảnh màu, âm thanh và xây dựng các thư viện
cung cấp cho người dụng có thể sử dụng vào thực tế.
3. Những đóng góp của luận văn
- Luận văn cung cấp cho người dùng một cách nhìn tổng quát và đầy đủ về hệ
thống giấu tin. Từ đó, người dùng sẽ chọn cách thức, môi trường phù hợp cho từng
bài toán cụ thể.

- Luận văn trình bày phương pháp chứng minh mới về tính đúng đắn của thuật
toán CPT, với cách chứng minh mới sẽ giúp quá trình nghiên cứu thuật toán này trở
nên dễ dàng hơn.
- Đề xuất hai thuật toán giấu tin trên ảnh màu và trên dữ liệu âm thanh. Hai
thuật toán này được cải tiến từ hai tư tưởng giấu tin của Wu-Lee và của ba tác giả
Chen – Pan – Tseng.


Chƣơng 1. TỔNG QUAN VỀ CÁC KỸ THUẬT GIẤU TIN
1.1. Một số khái niệm cơ bản
1.1.1 Khái niệm về giấu tin
Giấu tin là một kỹ thuật giấu một lượng thông tin số nào đó vào một
đối tượng dữ liệu khác.
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 được giấu tin ở trong. Hai mục
đích khác nhau này dẫn đến hai kỹ thuật chủ yếu của giấu tin. Hướng thứ nhất
là giấu tin mật, nhằm tập trung vào các kỹ thuật giấu tin sao cho người khác
khó phát hiện được đối tượng có chứa thông tin mật bên trong. Hướng thứ hai
là thuỷ vân số, hướng thuỷ vân số có miền ứng dụng lớn hơn nên được quan
tâm nghiên cứu nhiều hơn và thực tế đã có rất nhiều kỹ thuật đã được đề xuất.
1.1.2. Phân loại các kỹ thuật giấu tin
Có thể chia lĩnh vực giấu tin thành hai hướng chính, đó là thuỷ vân số
và giấu tin mật.
Kỹ thuật giấu tin mật luôn chú trọng đến tính che giấu, với tính che
giấu, các đối thủ khó có thể phát hiện được đối tượng có chứa tin mật bên
trong hay không; hơn nữa, nếu phát hiện có giấu tin thì việc giải mã thông tin
mật cũng khó có thể thực hiện được. Đồng thời, các kỹ thuật giấu tin mật còn
quan tâm lượng tin có thể được giấu.
Phạm vi ứng dụng của thuỷ vân đa dạng hơn, tuỳ theo mục đích của hệ
thuỷ vân mà người ta lại chia thành các hướng nhỏ như: thuỷ vân dễ vỡ và

thuỷ vân bền vững. Thuỷ vân bền vững quan tâm nhiều đến việc nhúng những
mẩu tin đòi hỏi độ bền vững cao của thông tin được giấu trước các biến đổi
thông thường trên dữ liệu môi trường. Thuỷ vân dễ vỡ yêu cầu thông tin giấu
sẽ bị sai lệch nếu có bất kỳ sự thay đổi nào trên dữ liệu chứa. Như vây, kỹ
thuật giấu tin có thể được phân loại như trong hình 1.1.


Giấu thông tin

Giấu tin mật

Thuỷ vân số

Thuỷ vân
bền vững

Thuỷ vân ẩn

Thuỷ vân
hiện

Thuỷ vân
dễ vỡ

Thuỷ vân ẩn

Thuỷ vân
hiện

Hình 1.1 Phân loại các kỹ thuật giâu tin

1.1.3. Mô hình kỹ thuật giấu tin
Mô hình của kỹ thuật giấu tin được mô tả trong Hình 1.2 và 1.3. Trong đó,
Hình 1.2 biểu diễn quá trình giấu tin. Phương tiện chứa bao gồm các đối tượng được
dùng làm môi trường để giấu tin như các tệp Multimedia. Thông tin cần giấu là một
lượng thông tin mang một ý nghĩa nào đó tuỳ thuộc vào mục đích của người sử dụng.
Thông tin sẽ được giấu vào trong môi trường chứa nhờ một bộ nhúng. Bộ nhúng là
những chương trình, thuật toán để giấu tin và được thực hiện với một khoá bí mật
giống như các hệ mật mã cổ điển. Sau khi giấu tin ta thu được môi trường đã giấu tin
và được phân phối trên các phương tiện truyền thông khác nhau.


Thông tin cần giấu
Dữ liệu
môi
trường
(audio,
video,
ảnh....)

Bộ nhúng
thông tin

Dữ liệu
môi
trường
đã
được
giấu tin

Khoá

Hình 1.2 Lược đồ của quá trình giấu tin
Hình 1.3 chỉ ra các công việc của quá trình giải mã thông tin đã được giấu.
Quá trình giải mã được thực hiện thông qua một bộ giải mã tương ứng với bộ
nhúng thông tin kết hợp với khoá để giải mã thông tin. Khoá để giải mã thông
tin có thể giống hoặc khác với khoá để nhúng thông tin. Kết quả thu được
gồm môi trường gốc và thông tin đã được giấu. Tuỳ trường hợp, thông tin tách
được có thể cần xử lí, kiểm định so sánh với thông tin giấu ban đầu. Thông
qua dữ liệu mật được tác ra từ môi trường chứa tin giấu, người ta có thể biết
được trong quá tình phát tán dữ liệu có bị tấn công hay không.
Với một hệ thống giấu tin mật, tính an toàn của dữ liệu cần giấu được quan
tâm đặc biệt. Một hệ thống được xem là có độ bảo mật cao nếu độ phức tạp của các
thuật toán thám mã khó có thể thực hiện được trên máy tính. Tuy nhiên, cũng có một
số hệ thống lại quan tâm đến số lượng thông tin có thể được giấu, hoặc quan tâm đến
sự ảnh hưởng của thông tin mật đến môi trường chứa dữ liêu.


Khoá
Dữ liệu
môi
trường
đã
được
giấu tin

Bộ giải
mã tin

Dữ liệu
môi

trường
(audio,
video,
ảnh....)

Thông tin giấu

Kiểm định
Hình 1.3 Lược đồ giải mã tin giấu
1.1.4. Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin
Giấu tin mật: Thông tin được giấu trong những trường hợp này cần
được bảo mật trước các đối thủ. Việc giải mã để nhận được thông tin cũng
không cần dữ liệu môi trường gốc. Đối với các thuật toán giấu tin mật chúng
ta không chú trọng đến việc bảo vệ thông tin mật trước sự tấn công của các
đối thủ mà thay vào đó các thuật toán quan tâm đến tính ẩn và tính an toàn đối
với dữ liệu cần giấu. Do đó, các thuật toán giấu tin có độ bảo mật cao sẽ được
sử dụng trong các ứng dụng giấu tin mật.
Bảo vệ bản quyền tác giả: Đây là ứng dụng cơ bản nhất của kỹ thuật
thuỷ vân số. Một thông tin nào đó mang ý nghĩa bản quyền được sở hữu bởi
tác giả gọi là thuỷ vân, thông tin này sẽ được nhúng vào trong các sản phẩm
multimedia, và đó là minh chứng cho bản quyền của tác giả nhằm bảo vệ các
sản phầm chống lại các hành vi lấy cắp hoặc làm nhái. Yêu cầu kỹ thuật đối với ứng
dụng này là thuỷ vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm, khi muốn bỏ
thuỷ vân này mà không được phép của người chủ sở hữu thì chỉ còn cách là
phá huỷ sản phẩm.


Xác thực thông tin: Một tập các thông tin sẽ được giấu trong dữ liệu
nguồn và thông tin sẽ được sử dụng để nhận biết xem dữ liệu nguồn có bị thay
đổi hay không. Với kiểu ứng dụng này các thuỷ vân nên được ẩn để tránh

được sự tò mò của đối phương, hơn nữa việc làm giả các thuỷ 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 thông tin
cao và thuỷ vân không cần bền vững.
Giấu vân tay hay dán nhãn: Thuỷ vân số trong những ứng dụng này
được sử dụng để nhận diện người gửi hay người nhận của một thông tin nào
đó. Ví dụ như các vân khác nhau sẽ được nhúng vào các bản sao khác nhau
của thông tin gốc trước khi chuyển cho nhiều người. Với những ứng dụng này
thì yêu câu là đảm bảo độ an toàn cao cho các thuỷ vân tránh sự xoá giấu vết
trong khi phân phối.
Kiểm soát sao chép: Các thuỷ vân trong những trường hợp này được
sử dụng để kiểm soát việc sao chép thông tin. Các thiết bị phát hiện ra thuỷ
vân thường được gắn sẵn vào trong các hệ thống đọc/ghi. Ví dụ như hệ thống
quản lí sao chép DVD đã được sử dụng ở Nhật. Các ứng dụng loại này yêu
cầu thuỷ vân phải được đảm bảo an toàn và cũng sử dụng phương pháp phát
hiện thuỷ vân đã giấu mà không cần thông tin gốc.
1.2.Giấu tin trong dữ liệu đa phƣơng tiện
1.2.1. Giấu tin trong ảnh
Ngày nay, giấu thông tin trong ảnh chiếm tỷ lệ lớn trong các chương trình ứng
dụng, các phần mềm, hệ thống giấu tin trong dữ liệu đa


TÀI LIỆU THAM KHẢO
Tiếng Việt
[1]

Phạm Văn Ất (1995), Kỹ thuật lập trình C, cơ sở và nâng cao, Nhà xuất bàne
Khoa học và Kỹ thuật

[2]

Vũ Bá Đình, Nguyễn Xuân Huy, Đào Thanh Tĩnh (2002), Đánh giá khả năng
giấu dữ liệu trong bản đồ số, tạp chí Tin học và Điều khiển học, số 4, 347-353

[3]

Nguyễn Xuân Huy, Bùi Thị Thuý Hằng (2001), Một số cải tiến của kĩ thuật
giấu dữ liệu trong ảnh

[4]

Phạm Văn Ất, Nguyễn Hữu Cường, Đỗ Văn Tuấn, Giấu tin trong
ảnh nhị phân và ứng dụng, Tạp chí Khoa học Giao thông vận tải, số 19
tháng 9 năm 2007

Tiếng Anh
[ 5]

M. Wu, J. Lee. A novel data embedding method for two-color fascimile

images. In Proceedings of international symposium on multimedia information
processing. Chung-Li, Taiwan, R.O.C, 1998.
[ 6]

Y. Chen, H. Pan, Y. Tseng. A secure data hiding scheme for two-color images.

In IEEE symposium on computers and communications, 2000.
[7]

Anil.K.Jain (1986), Fundamentals of Digital Image Processing, Prentice - Hall

[8]

R.Anderson (1996), Proceedings of the First International Information Hading

Workshop, Cambridge, UK, May/June, 1996, vol 1174 of Lecture Notes in Cumputer
Science, Berlin Springer-Verlag.
[9]



[10]

www.watermarkingworld.org