NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT S_DES GIÚP TĂNG CƯỜNG ĐỘ AN TOÀN CHO ẨN TRONG ẢNH

BAN CƠ YẾU CHÍNH PHỦ
HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT S_DES GIÚP
TĂNG CƯỜNG ĐỘ AN TOÀN CHO ẨN TRONG ẢNH

Hà Nội, 2016


BAN CƠ YẾU CHÍNH PHỦ
HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ
¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯¯

ĐỒ ÁN TỐT NGHIỆP

NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT S_DES GIÚP
TĂNG CƯỜNG ĐỘ AN TOÀN CHO ẨN TRONG ẢNH

Ngành: Công nghệ thông tin
Chuyên ngành: An toàn thông tin
Mã số: 52.48.02.01

Hà Nội, 2016


Đồ án tốt nghiệp

Khoa An toàn Thông tin

MỤC LỤC

Nguyễn Thị Thanh Hương

3

Kết hợp Mật Mã trong Ẩn Mã


Đồ án tốt nghiệp

Khoa An toàn Thông tin

DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT
Từ viết tắt
BMP
DCT
DFT
DWT
GIF
HAS
IP
JPEG
LSB
MPD
PNG
PVD
S-DES
SW

TIFF

Nguyễn Thị Thanh Hương

Giải từ
BITMAP
Discrete Cosine
Transform/Transform
ation
Discrete Fourier
Transformation
Discrete Wavelet
Transformation
Graphics
Interchange Format
Human Auditory
System
Initial Permutation
Joint Photographic
Experts Group
Least Significant Bit
Multi-Pixel
Differencing
Portable Network
Graphics
Pixel Value
Differencing
Simplified - Data
Encryption Standard
Simple permitation

Function

Mô tả
Biến đổi Cosine
rời rạc
Biến đổi Fourier
rời rạc
Hiệu chỉnh hệ số
sóng nhỏ
Hệ thống thính
giác của con
người
Hoán vị đầu vào
Bit có trọng số
thấp nhất
Vi phân đa điểm
ảnh
Phương pháp vi
phân điểm ảnh
Hàm hoán vị đơn
giản để chuyển
mạch

Tag Image File
Format

4

Kết hợp Mật Mã trong Ẩn Mã

Đồ án tốt nghiệp

Khoa An toàn Thông tin

DANH MỤC BẢNG BIỂU

Nguyễn Thị Thanh Hương

5

Kết hợp Mật Mã trong Ẩn Mã


Đồ án tốt nghiệp

Khoa An toàn Thông tin

DANH MỤC HÌNH ẢNH

Nguyễn Thị Thanh Hương

6

Kết hợp Mật Mã trong Ẩn Mã


Đồ án tốt nghiệp

Khoa An toàn Thông tin

LỜI CẢM ƠN
Sau thời gian nghiên cứu, em đã hoàn thành đồ án tốt nghiệp của mình.
Lời đầu tiên em xin gửi lời cảm ơn chân thành tới cô Thạc Sỹ Hoàng Thu
Phương và cô Kỹ sư Đồng Thùy Linh – Giảng viên Học viện Kỹ thuật Mật
Mã, đã tận tình hướng dẫn và chỉ bảo em trong suốt thời gian vừa qua.
Em cũng xin chân thành cảm ơn các thầy cô trong Học viện đã tận tình
giảng dậy mang tới cho chúng em những kiến thức bổ ích nhất để phục vụ
cho công việc sau này của mình.
Em xin chân thành cảm ơn!
SINH VIÊN THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

Nguyễn Thị Thanh Hương

Nguyễn Thị Thanh Hương

7

Kết hợp Mật Mã trong Ẩn Mã


Đồ án tốt nghiệp

Khoa An toàn Thông tin

LỜI NÓI ĐẦU
Cùng với sự phát triển của nền kinh tế các nước thì ngành công nghệ
thông tin cũng có sự phát triển mang tính toàn cầu. Nó tạo ra một môi trường
mở nhằm trao đổi, phân phối và tìm kiếm tài nguyên dữ liệu một cách nhanh
chóng nhất. Tuy nhiên, việc lưu chuyển tài liệu trên những kênh thông tin

không an toàn cũng làm nảy sinh nhiều vấn đề về nguy cơ bị nghe lén, đánh
cắp, sửa đổi, thay thế và giả mạo những nội dung đó. Vì vậy bên cạnh sự phát
triển của nó ta cũng cần phát triển thêm những giải pháp để đem lại sự an toàn
cho các dữ liệu được lưu chuyển. Vấn đề này nhận được rất nhiều sự quan
tâm từ các nhà nghiên cứu trên nhiều lĩnh vực, trong đó thì ẩn mã
(Steganography) có thể coi là một giải pháp giải quyết được vấn đề trên.
Khác với mã hoá thông thường, ẩn mã nhằm che giấu đi sự tồn tại của
thông tin bằng cách nhúng nó vào trong một vật mang tin như hình ảnh,
video, âm thanh, văn bản… mà phổ biến nhất là ẩn mã trong ảnh. Các nhà
nghiên cứu đã cho ra đời một phương pháp mới là sự kết hợp của mật mã và
ẩn mã, nhằm tạo nên sự bảo vệ hai tầng cho dữ liệu mật đó. Vì vậy đề tài
được chọn khi thực hiện đồ án tốt nghiệp này là “NGHIÊN CỨU KỸ
THUẬT S-DES GIÚP TĂNG CƯỜNG ĐỘ AN TOÀN CHO ẨN TRONG
ẢNH”.
Trong đồ án này, tổng quan về ẩn mã và đặc biệt là ẩn mã trong ảnh sẽ
được tìm hiểu kỹ nhằm mục đích xây dựng ứng dụng giấu tin với sự kết hợp
của mật mã và ẩn mã giúp tăng cường độ an toàn cho ẩn trong ảnh. Cụ thể,
bài báo cáo của gồm có 4 chương:
Chương 1. Tổng quan về ẩn mã: Giới thiệu tổng quan về lịch sử, định
nghĩa, các khái niệm liên quan đến ẩn mã và các mô hình cơ bản cũng như
các môi trường ẩn mã phổ biến.
Chương 2. Tổng quan về ẩn mã trong ảnh: Trình bày về các loại định
dạng ảnh thường được sử dụng để ẩn mã, các kỹ thuật ẩn mã trong ảnh phổ
biến.
Chương 3. Tổng quan về lược đồ giúp tăng cường độ an toàn cho ẩn
mã trong ảnh dùng S-DES: Trình bày về mô hình kết hợp ẩn mã và mật mã,
Nguyễn Thị Thanh Hương

8

Kết hợp Mật Mã trong Ẩn Mã


Đồ án tốt nghiệp

Khoa An toàn Thông tin

giới thiệu về thuật toán S-DES, sau đó là đưa ra lược đồ cho ẩn mã trong ảnh
dùng S-DES và đánh giá độ an toàn của lược đồ kết hợp này.
Chương 4. Xây dựng chương trình và thực nghiệm: Trình bày nền tảng
ngôn ngữ, xây dựng chương trình demo giấu tin và lấy tin trên ảnh Bitmap sử
dụng kỹ thuật LSB kết hợp với thuật toán S_DES.
Sau khoảng thời gian thực hiện đồ án, các mục tiêu cơ bản đã hoàn
thành. Tuy nhiên việc kết hợp giữa mật mã và ẩn mã là phương pháp còn khá
phức tạp, trong khi thời gian thực hiện đồ án tương đối ngắn nên chắc chắn
không tránh khỏi thiếu sót. Rất mong nhận được góp ý của các thầy cô, cũng
như các bạn sinh viên để đồ án này được hoàn thiện hơn.
SINH VIÊN THỰC HIỆN ĐỒ ÁN

Nguyễn Thị Thanh Hương

Nguyễn Thị Thanh Hương

9

Kết hợp Mật Mã trong Ẩn Mã


Đồ án tốt nghiệp

Khoa An toàn Thông tin

CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ẨN MÃ
1.1. Giới thiệu chung về ẩn mã
Ẩn mã – Steganography có nguồn gốc từ tiếng Hy Lạp: Stegos có nghĩa
là “Cover” - Che đậy và Grafia có nghĩa là “Writing” – Văn bản. Cover
Writing được hiểu là văn bản được che đậy. Do vậy, ẩn mã là khoa học và
nghệ thuật về thông tin liên lạc vô hình. Kỹ thuật này được thực hiện thông
qua việc che giấu sự tồn tại của thông tin bằng việc ẩn nó vào một thông tin
khác.
Một trong những tài liệu đầu tiên mô tả về ẩn mã là cuốn sách
“Histories” được viết bởi Herodotus – ông là một nhà sử học Hy Lạp, sống ở
thế kỷ thứ V trước công nguyên. Trong cuốn sách của mình ông đã viết lại hai
câu truyện tiêu biểu về ẩn mã thời kỳ đó là: Câu chuyện thứ nhất kể về Một
chiến binh tên Demeratus muốn gửi thư cho Sparta để cảnh báo về cuộc xâm
lược sắp tới của Xerxes đại đế. Mà ở thời kỳ đó, người ta thường viết chữ lên
những tấm bảng phủ sáp. Chính vì vậy Demeratus đã nghĩ ra cách là tẩy lớp
sáp trên tấm bảng gỗ rồi viết bức thư bí mật đó vào tấm bảng gỗ, sau đó phủ
lại lớp sáp lên trông như một tấm bảng mới và cuối cùng văn kiện đó cũng
được gửi đi mà không bị phát hiện. Câu chuyện thứ hai kể về chuyện Lãnh
chúa Histaeus muốn lật đổ vua Darius của Ba Tư, ông ta muốn liên lạc với
con rể của mình ở nước Hy Lạp, ông ấy đã cạo đầu của một người nô lệ rồi
săm thông điệp bí mật đó lên trên đầu hắn. Khi tóc của người nô lệ đó mọc
dài trở lại thì hắn được gửi tới chỗ của con rể ông một cách an toàn mà không
bị phát hiện. Tới khi con rể của ông cho người cạo trọc đầu của tên nô lệ đó
mới đọc được thông điệp mà ông gửi tới [7]..
Một hình thức phổ biến khác về ẩn mã được sử dụng trong thế chiến thứ
hai là sử dụng mực vô hình để ẩn dấu thông điệp bí mật. Loại mực vô hình
này được tạo lên từ những chất liệu tự nhiên như là nước hoa quả, sữa, giấm,
thậm chí là nước tiểu, khi có tác động của nhiệt độ thì các dòng chữ sẽ hiện ra

rất rõ ràng. Cùng với sự phát triển của khoa học, con người đã tạo ra những
loại mực vô hình có khả năng che giấu thông tin cao hơn. Chẳng hạn như
muốn biết được thông điệp bị ẩn giấu thì phải kết hợp các hoá chất khác nhau
để có thể hiển thị rõ thông điệp bí mật được che giấu bên trong [6]..
Nguyễn Thị Thanh Hương

10

Kết hợp Mật Mã trong Ẩn Mã


Đồ án tốt nghiệp

Khoa An toàn Thông tin

Cũng trong thời kỳ này, con người đã có những cải tiến đáng kể trong
ẩn mã. Trong đó tiêu biểu là kỹ thuật “Null ciphers” và kỹ thuật “Microdot”
[7]..
Sau đây là ví dụ về kỹ thuật “null ciphers” được một gián điệp người
Đức áp dụng trong bức thư gửi về cho quân đội Đức ở chiến tranh thế giới thứ
II. Nội dung của bức thư như sau:
“Apparently neutral's protest is thoroughly discounted and ignored.
Isman hard hit. Blockade issue affects pretext for embargo on by products,
ejecting suets and vegetable oils.”
Khi quân đội Đức đem ghép mỗi chữ cái thứ hai của mỗi từ trong bức
thư sẽ thu được thông điệp sau: “Pershing sails from NY June 1”.
Cũng chính Người Đức đã phát triển ra kỹ thuật “Microdot” – được
mệnh danh là “Kiệt tác của hoạt động gián điệp”. Kỹ thuật này lần đầu tiên bị
phát hiện là vào năm 1941, nó ẩn dưới một dấu chấm trên một chiếc phong bì
được đánh máy của một đặc vụ Đức [6].. Điều đặc biệt là thông điệp này

không hề bị che giấu, cũng không hề bị mã hoá, mà nó được thủ nhỏ nhằm
mục đích không để bị phát hiện bằng mắt thường. Mặc dù có kích thước rất
nhỏ, nhưng lượng thông tin mà nó đem lại thì cực kỳ to lớn. Nó có thể được
dùng để ẩn giấu một lượng lớn dữ liệu, kể cả những bức vẽ hoặc những bức
ảnh lớn.
Ngày nay, cùng với sự phát triển của công nghệ máy tính và Internet, thì
an ninh thông tin được coi là một trong những yếu tố quan trọng nhất của
Công nghệ thông tin và truyền thông. Hơn thế, các cuộc tấn công vào trang
mạng hoặc truy cập trái phép vào những dữ liệu bí mật đã vượt quá giới hạn.
Vì vậy, chúng ta cần phải thực hiện các biện pháp nhằm bảo vệ các thông tin
bí mật đó. Trong đó có hai kỹ thuật có mối liên hệ mật thiết với ẩn mã là thuỷ
vân số và vân tay [4].. Hai kỹ thuật này chủ yếu dùng để bảo vệ những tài sản
về sở hữu trí tuệ, do đó thuật toán của chúng cũng cần đáp ứng những yêu cầu
khác so với ẩn mã. Trong thuỷ vân số, tất cả các phiên bản của một đối tượng
đều được “đánh dấu” theo cùng một cách. Thông tin mà được giấu trong đối
tượng của thuỷ vân số thường là một ký hiệu để biểu thị nguồn gốc hoặc
quyền sở hữu nhằm mục đích bảo vệ bản quyền. Nhưng với vân tay số thì
khác, mỗi bản sao khác nhau của những khách hàng khác nhau sẽ được nhúng
Nguyễn Thị Thanh Hương

11

Kết hợp Mật Mã trong Ẩn Mã


Đồ án tốt nghiệp

Khoa An toàn Thông tin

với một dấu hiệu riêng biệt. Điều này sẽ giúp chủ sở hữu tài sản trí tuệ xác

định được những khách hàng đã vi phạm thoả thuận là cung cấp tài sản cho
bên thứ ba.
Đối với ẩn mã, thông tin được giấu đi là rất quan trọng, nhưng với thuỷ
vân số và vân tay thì thông tin được giấu có thể là những thông tin bình
thường. Mục tiêu của việc tấn công vào một hệ thống ẩn mã là để biết được bí
mật ẩn giấu bên trong nó, còn đối với thuỷ vân số và vân tay thì mục tiêu tấn
công không phải là để phát hiện bí mật mà là để loại bỏ nó.
1.2. Khái niệm ẩn mã
Theo Wikipedia: ẩn mã là nghệ thuật và khoa học cho phép giấu đi sự
tồn tại của thông tin [10].. Với mật mã, kẻ thù có thể phát hiện, chặn bắt và
thay đổi thông điệp ngay cả khi không thể giải mã, nhưng mục tiêu của ẩn mã
lại là giấu thông điệp vào một thông điệp vô hại khác để kẻ thù không thể
phát hiện được rằng có một thông điệp được giấu bên trong nó.
Chính vì vậy, ẩn mã không làm thay đổi cấu trúc thông tin mà chỉ ẩn
giấu sự tồn tại của thông tin vào một phương tiện khác. Các hệ thống ẩn mã
ngày nay thường sử dụng các đối tượng đa phương tiện để ẩn giấu như là:
hình ảnh, âm thanh, văn bản, video,… vì chúng thường được gửi và nhận
hàng ngày qua thư điện tử hoặc chia sẻ trên mạng Internet một cách công
khai, mà kẻ thù thì không có lý do để nghi ngờ khi bắt được một thông tin vô
hại trên kênh truyền không an toàn như vậy.
1.3. Một số thuật ngữ cơ bản trong ẩn mã
Khi nhắc tới một hệ thống ẩn mã, người ta thường sử dụng một số thuật
ngữ sau:
- Vật phủ: là tệp dữ liệu đa phương tiện ban đầu hay còn gọi là vật gốc.
Tệp dữ liệu đa phương tiện này có thể là hình ảnh, văn bản, âm thanh, video,
…
- Thông điệp bí mật: Là thông tin cần trao đổi, được giấu vào trong vật
phủ.
- Vật mang tin: Là vật phủ sau khi đã được nhúng thông điệp, hay còn
gọi là vật chứa thông điệp được giấu (nhúng).

Nguyễn Thị Thanh Hương

12

Kết hợp Mật Mã trong Ẩn Mã


Đồ án tốt nghiệp

Khoa An toàn Thông tin

- Khoá ẩn mã: Là khoá được sử dụng để nhúng hoặc tách thông điệp ra
khỏi vật mang tin (khoá có thể được sử dụng hoặc không tuỳ thuộc vào từng
giải pháp của hệ thống ẩn mã)

Nguyễn Thị Thanh Hương

13

Kết hợp Mật Mã trong Ẩn Mã


Đồ án tốt nghiệp

Khoa An toàn Thông tin

1.4. Mô hình ẩn mã
Khi thực hiện kỹ thuật ẩn mã ta cần thực hiện các bước như sau:
- Bước 1: Người gửi phải chọn vật phủ, khoá ẩn mã cũng như thuật toán

nhúng thích hợp.
- Bước 2: Nhúng thông điệp vào trong vật phủ bằng thuật toán nhúng,
khi đó ta được một vật mang tin.
- Bước 3: Người gửi sẽ gửi vật mang tin qua đường truyền không an
toàn.
- Bước 4: Người nhận sẽ nhận thông điệp, sau đó dùng thuật toán tách và
khoá ẩn mã để tách lấy thông điệp ẩn.
Mô hình Ẩn mã được trình bày trong Hình 1.1

Hình 1.1 Mô hình ẩn mã
1.5. Một số kỹ thuật ẩn mã cơ bản
Trong kỹ thuật ẩn mã có nhiều cách phân loại kỹ thuật ẩn mã khác nhau.
Nhưng khi xét theo môi trường nhúng tin thì ẩn mã được chia thành 5 kỹ
thuật ẩn mã cơ bản là: ẩn mã trong ảnh, ẩn mã trong âm thanh, ẩn mã trong
video, ẩn mã trong tệp văn bản và cuối cùng là ẩn mã trong giao thức.
1.5.1. Ẩn mã trong ảnh
Trong thời kỳ công nghệ hiện đại như hiện nay thì ẩn mã trong ảnh là
một kỹ thuật phổ biến nhất trong tất cả những kỹ thuật ẩn mã đã biết. Bởi kỹ
Nguyễn Thị Thanh Hương

14

Kết hợp Mật Mã trong Ẩn Mã


Đồ án tốt nghiệp

Khoa An toàn Thông tin

thuật này có thể lợi dụng những hạn chế của thị giác con người nhằm đánh

lừa tư duy con người. Tất cả các văn bản, đoạn mã hay những hình ảnh mà có
thể được mã hoá thành chuỗi bit nhị phân thì đều có thể ẩn giấu vào trong
ảnh.
Khi thông điệp bí mật được giấu vào trong ảnh thì chất lượng của ảnh ít
nhiều có sự thay đổi nhưng không đáng kể và rất khó để nhận ra sự thay đổi
đó nếu chỉ dựa vào mắt thường. Hơn nữa ẩn mã trong ảnh sẽ ít đem tới sự chú
ý của kẻ tấn công. Vì vậy mà môi trường dữ liệu ảnh trở thành môi trường có
tính ứng dụng cao trong kỹ thuật ẩn mã và trở thành môi trường nhúng phổ
biến khi cần truyền tin bí mật.
1.5.2. Ẩn mã trong âm thanh
Ẩn mã trong tệp âm thanh là kỹ thuật khó nhất trong các kỹ thuật ẩn mã.
Bởi ẩn mã trong âm thanh phụ thuộc vào hệ thống thính giác của con người
(HAS – Human Auditory System). Mà HAS có thể nghe được các tín hiệu ở
các dải tần rất rộng và dải cường độ lớn nên sẽ gây khó khăn trong việc thêm
vào hoặc loại bỏ các dữ liệu ra khỏi cấu trúc dữ liệu ban đầu. Chính vì thế, khi
thực hiện ẩn mã trong âm thanh đòi hỏi yêu cầu rất cao về tính đồng bộ và
tính an toàn của thông điệp được giấu đi. May mắn hơn, HAS lại có một điểm
yếu là khó phân biệt được sự khác biệt của các dải tần và công suất của dải
âm thanh, có nghĩa là các âm thanh to, cao tần có thể che giấu được các âm
thanh nhỏ ở tần số thấp hơn một cách dễ dàng.
Nhưng kỹ thuật ẩn mã trong âm thanh này lại gặp vấn đề rắc rối khi
truyền đi trên kênh truyền. Bởi nếu kênh truyền hay băng thông bị chậm cũng
sẽ ảnh hưởng đến chất lượng của thông điệp sau khi bị giấu đi, dẫn tới thông
điệp khi đến được với người nhận sẽ bị sai lệch so với thông điệp ban đầu.
1.5.3. Ẩn mã trong video
Cũng giống như ẩn mã trong ảnh hay trong âm thanh, ẩn mã trong video
cũng được quan tâm và phát triển mạnh mẽ cho nhiều ứng dụng như: Điều
khiển truy cập thông tin, xác thực thông tin và bảo vệ quyền tác giả. Ẩn mã
trong video là kỹ thuật giấu một loại tệp và thông tin bất kỳ nào đó vào một
đoạn video. Về mặt kỹ thuật cơ bản thì video là một tập hợp những hình ảnh

được xắp sếp liên tục theo thời gian. Vì vậy có thể lấy từng khung hình, sau
đó ẩn giấu những thông điệp bí mật vào từng khung hình đó, sau đó lưu thành
Nguyễn Thị Thanh Hương

15

Kết hợp Mật Mã trong Ẩn Mã


Đồ án tốt nghiệp

Khoa An toàn Thông tin

một tệp video mới. Hơn nữa, trong video không chỉ có các hình ảnh, mà còn
có cả âm thanh. Vì vậy ta hoàn toàn có thể kết hợp ẩn mã trong ảnh và ẩn mã
trong âm thanh vào kỹ thuật ẩn mã trong video này. Điều này chứng tỏ rằng:
Một tệp video có thể ẩn giấu được một lượng rất lớn thông điệp bí mật.
1.5.4. Ẩn mã trong tệp văn bản
Ẩn mã trong văn bản là kỹ thuật đòi hỏi người gửi có trình độ cũng như
hiểu biết rất rõ về ẩn mã. Bởi trong tệp văn bản có quá ít dữ liệu dư thừa để có
thể thay thế. Hơn nữa văn bản được gọi là Vật phủ cũng dễ dàng bị sửa đổi
bởi những bên không liên quan bằng cách sửa một vài ký tự hoặc thay đổi
định dạng mới cho tệp.
1.5.5. Ẩn mã trong giao thức
Trong các giao thức như TCP, UDP, ICMP, IP,... đều có thể trở thành
vật phủ để ẩn mã. Trong mô hình OSI có những kênh ngầm (covert channel),
người dùng có thể mạo danh thông tin định danh trong header của TCP/IP để
giấu đi định danh thật của một hay nhiều tổ chức.
1.6. Ẩn mã và mật mã
Mã hoá là quá trình biến đổi thông tin từ định dạng bình thường sang

một dạng thông tin khác sao cho nghĩa của nó không bị lộ ra nếu không có
phương tiện để giải mã. Điều này cũng giống như trong Ẩn mã, cả hai phương
pháp đều nhằm mục đích che giấu thông tin để thông tin đó không bị phát
hiện.
Tuy nhiên vẫn tồn tại sự khác nhau giữa ẩn mã và mật mã là: Trong khi
mật mã là giấu đi nội dung của thông điệp mật thì ẩn mã là giấu đi sự hiện
diện của thông điệp mật đó. Chính vì sự khác nhau này mà việc định nghĩa về
sự phá vỡ hệ thống của hai khái niệm cũng hoàn toàn khác nhau.
- Đối với hệ thống Mật mã thì được coi là bị phá vỡ khi mà kẻ tấn công
phát hiện được kỹ thuật sử dụng để mã hóa và họ giải mã được thông điệp ban
đầu.
- Còn đối với hệ thống Ẩn mã thì được coi là bị phá vỡ khi mà kẻ tấn
công phát hiện rằng có sự can thiệp của ẩn mã trong thông tin được truyền đi
đó, đồng thời kẻ tấn công có thể biết được phương pháp ẩn mã và đọc được
thông điệp mật ẩn trong đó.

Nguyễn Thị Thanh Hương

16

Kết hợp Mật Mã trong Ẩn Mã


Đồ án tốt nghiệp

Khoa An toàn Thông tin

Hơn nữa, trong mật mã thì cấu trúc của thông tin được xáo trộn để cho
thông tin trở thành vô nghĩa hoặc khó hiểu trừ khi có được khóa giải mã. Còn
trong ẩn mã thì cấu trúc của thông tin không bị thay đổi nhưng lại được ẩn

vào bên trong một đối tượng mang tin khác nhằm che giấu sự tồn tại của nó.
Và trong thực tế đã có phương pháp kết hợp hai kỹ thuật này với việc mã
hóa thông điệp mật sử dụng kỹ thuật mật mã sau đó ẩn thông điệp mật đã
được mã hóa vào vật mang tin. Kết quả là thông điệp sẽ được truyền đi an
toàn hơn. Để khi kẻ tấn công phá vỡ được kỹ thuật ẩn mã, lấy được thông
điệp mật thì anh ta vẫn sẽ phải có khóa giải mã để lấy được thông điệp mật
dạng bản rõ ban đầu. Việc kết hợp này mang lại một mức bảo đảm an toàn
cao hơn cho thông điệp cần truyền đi.
1.7. Một số ứng dụng của ẩn mã trong thực tế
Trong thực tế ẩn mã có thể được ứng dụng trong rất nhiều trường hợp, ví
dụ như:
- Liên lạc bí mật: Nếu trong trường hợp sử dụng mật mã để liên lạc bí
mật thì có thể kéo tới sự nghi ngờ của kẻ tấn công, nhưng nếu sử dụng ẩn mã
và truyền đi trong môi trường truyền bình thường thì sẽ giảm bớt hay nói cách
khác là không kéo tới sự nghi ngờ của kẻ tấn công. Là một ứng dụng quan
trong nhất của ẩn mã.
- Gán nhãn, xác thực thông tin và phát hiện sự sửa đổi bất không mong
muốn: Ẩn mã có thể được dùng như một chức năng gán nhãn giúp nhận biết
hàng thật hàng giả, bảo vệ độc quyền. Giúp bảo vệ thông tin khỏi bị sửa đổi
bởi những bên không mong muốn.

Nguyễn Thị Thanh Hương

17

Kết hợp Mật Mã trong Ẩn Mã


Đồ án tốt nghiệp

Khoa An toàn Thông tin

CHƯƠNG 2. TỔNG QUAN VỀ ẨN MÃ TRONG ẢNH
2.1. Các định dạng ảnh thường dùng để ẩn mã
Cấu trúc ảnh bao gồm 3 phần chính là: Header – chứa thông tin tệp ảnh;
Dữ liệu ảnh – số liệu ảnh được mã hoá bởi kiểu mã hoá chỉ ra trong phần
Header và Bảng màu. Tuy nhiên mỗi định dạng ảnh lại có những đặc trưng
khác nhau, trong đó có một số định dạng được sử dụng phổ biến như: Định
dạng ảnh JPEG; Định dạng ảnh TIFF; Định dạng ảnh PNG; Định dạng ảnh
GIF và Định dạng ảnh BMP.
2.1.1. Định dạng ảnh JPEG
JPEG (Joint Photographic Experts Group) – là một trong những phương
pháp nén ảnh hiệu quả, có tỷ lệ nén ảnh tới vài chục lần [11].. Chính nhờ lý
do này mà định dạng ảnh JPEG trở thành định dạng phổ biến nhất để lưu trữ
ảnh trên Web và được hỗ trợ bởi tất cả các trình duyệt Web.
Tuy nhiên ảnh sau khi được giải nén sẽ khác với ảnh ban đầu. Chất
lượng của ảnh sẽ bị suy giảm sau khi giải nén. Cũng vì vậy nó không được
các nhiếp ảnh gia sử dụng. Trong quá trình nén dữ liệu của file JPEG, dữ liệu
ảnh trên các pixel bị thay đổi, các vùng ảnh quá nhỏ không thể nén được sẽ bị
xoá vĩnh viễn. Điều này gây ảnh hưởng tới màu sắc của bức ảnh. Hơn nữa
chất lượng ảnh dẽ giảm dần trong quá trình sử dụng khiến JPEG được gọi là
định dạng file “làm mất dữ liệu”
Ưu điểm:
- Lưu trữ ảnh 24-bit màu (lên tới 16 triệu màu)
- Màu sắc đa dạng, phù hợp với các ảnh cần chú trọng tới chi tiết màu
- Được sử dụng rộng rãi nhất
- Phù hợp với tất cả các hệ điều hành (Mac, PC, Linux)
Nhược điểm:
- Thường mất thông tin nhiều
- Sau khi nén, màu của ảnh nhìn không được thật

- Không hỗ trợ ảnh động
- Không hỗ trợ màu trong suốt (màu nền)
Nguyễn Thị Thanh Hương

18

Kết hợp Mật Mã trong Ẩn Mã


Đồ án tốt nghiệp

Nguyễn Thị Thanh Hương

Khoa An toàn Thông tin

19

Kết hợp Mật Mã trong Ẩn Mã


Đồ án tốt nghiệp

Khoa An toàn Thông tin

2.1.2. Định dạng ảnh TIFF
TIFF (Tag Image File Format) - là một định dạng file ảnh chất lượng
cao, định dạng ảnh này “không làm mất dữ liệu” của ảnh trong quá trình lưu
trữ hay giải nén. Chính nhờ ưu điểm này giúp TIFF trở thành định dạng mẫu
mực trong việc lưu trữ tư liệu hình ảnh [12]..
* Cấu trúc của định dạng ảnh TIFF bao gồm 3 phần:

- Phần Header IFH (Image File Header) có trong tất cả các tệp TIFF, bao
gồm 8 byte.
+ 1 word: Chỉ ra kiểu tạo tệp trên máy tính PC hay Macintosh. Hai loại
này khác nhau rất lớn ở thứ tự các byte lưu trữ trong các số dài 2 hay 4 byte.
Nếu trường này có giá trị là 4D4Dh thì đó là ảnh cho máy Macintosh, còn nếu
là 4949h thì là của máy PC.
+ 1 word: Là số phiên bản, luôn có giá trị là 42. Có thể coi đó là đặc
trưng của file TIFF vì nó không thay đổi kể cả khi được nén.
+ 2 word: Là giá trị Offset theo byte tính từ đầu file tới cấu trúc IFD.
- Phần thứ hai IFD (Image File Derictory): Nó không ở ngay sau IFH
mà vị trí của nó được xác định bởi trường Offset trong đầu tệp.
Một IFD bao gồm:
+ 2 byte: chứa các DE (Derictory Entry).
+ 12 byte: Là các DE xếp liên tiếp. Mỗi DE chiếm 12 byte.
+ 4 byte: Chứa Offset trỏ tới IFD tiếp theo.
- Cấu trúc phần dữ liệu thứ 3: Các DE có độ dài cố định 12 byte và gồm
4 phần:
+ 2 byte: Chỉ ra dấu hiệu mà ảnh đã được xây dựng.
+ 2 byte: Kiểu dữ liệu của tham số ảnh. Có 5 kiểu tham số cơ bản:
BYTE (1 byte)
ASCII (1 byte)
SHORT (2 byte)
LONG (4 byte)
RATIONAL (8 byte)

Nguyễn Thị Thanh Hương

20

Kết hợp Mật Mã trong Ẩn Mã

Đồ án tốt nghiệp

Khoa An toàn Thông tin

+ 4 byte: trường độ dài (bộ đếm) chứa số lượng chỉ mục của kiểu dữ
liệu đã chỉ ra. Nó không phải là tổng số byte cần thiết để lưu trữ. Để có số liệu
này ta cần nhân số chỉ mục với kiểu dữ liệu đã dùng.
+ 4 byte: Đó là Offset tới điểm bắt đầu dữ liệu thực liên quan tới dấu
hiệu, tức là dữ liệu liên quan với DE không phải lưu trữ vật lý cùng với nó
nằm ở một vị trí nào đó trong file. Dữ liệu chứa trong tệp thường được tổ
chức thành các nhóm dòng (cột) quét của dữ liệu ảnh.
Ưu điểm:
- Là định dạng rất linh động, hỗ trợ nhiều kiểu nén khác nhau như JPEG,
LZW, ZIP.
- Lưu trữ thông tin về màu sắc và cả thông tin về ảnh (thời gian chụp,
máy chụp, tốc độ chụp,…)
- Có thể lưu trữ dưới dạng các layers.
Nhược điểm:
- Kích thước ảnh lớn nên thời gian truyền và không gian đĩa lưu trữ lớn.
- Tốc tộ hiển thị ảnh chậm.
2.1.3. Định dạng ảnh PNG
PNG (Portable Network Graphics) – Là một định dạng hình ảnh sử dụng
phương pháp nén dữ liệu mới – không làm mất đi dữ liệu gốc. PNG được hỗ
trợ bởi thư viện tham chiếu Libpng, một thư viện nền độc lập bao gồm các
hàm của C để quản lý các hình ảnh PNG [13]..
Một tập tin PNG bao gồm 8 – byte ký hiệu (89 50 4E 47 0D 0A 1A)
được viết trong hệ thống có cơ số 16, chứa các chữ “PNG” và 2 dấu xuống
dòng, ở giữa là xếp theo số lượng của các thành phần, mỗi thành phần đều

chứa thông tin về hình ảnh. Cấu trúc dựa trên các thành phần được thiết kế
cho phép định dạng PNG có thể tương thích với các phiên bản cũ khi sử dụng
các “thành phần” trong tập tin.
PNG có cấu trúc như một chuỗi các thành phần, mỗi thành phần chứa
kích thước, kiểu, dữ liệu và mã sửa lỗi CRC ngay trong nó.
Chuỗi được gán tên bằng 4 chữ cái phân biệt chữ hoa, chữ thường. Sự
phân biệt này giúp bộ giải mã phát hiện bản chất của chuỗi khi nó không nhận
dạng được.
Nguyễn Thị Thanh Hương

21

Kết hợp Mật Mã trong Ẩn Mã


Đồ án tốt nghiệp

Khoa An toàn Thông tin

Với chữ cái đầu, viết hoa thể hiện chuỗi này là cần thiết. Chuỗi này chứa
thông tin cần thiết để đọc được tệp và nếu bộ giải mã không nhận dạng được
chuỗi này thì việc đọc tệp sẽ được huỷ bỏ.
Về cơ bản thì định dạng PNG đem lại cho ta những ưu thế vượt trội hơn
so với các định dạng phổ thông khác hiện nay như JPG, GIF, BMP…. Những
ưu thế được thể hiện rõ sức mạnh hơn khi được sử dụng trong môi trường đồ
hoạ Web.
Ưu điểm:
- Nén không bị mất dữ liệu ảnh
- Cho chất lượng ảnh tốt hơn so với GIF, PNG thậm chí còn cho ảnh
kích thước nhỏ hơn cả GIF

- Hỗ trợ màu trong suốt (màu nền) tốt hơn GIF
Nhược điểm:
- Không phù hợp với các ảnh kích thước lớn
- Không hỗ trợ ảnh động
- Chỉ được hỗ trợ bởi một số trình duyệt chứ không phải tất cả
2.1.4. Định dạng ảnh GIF
GIF (Graphics Interchange Format) – là một định dạng tập tin hình ảnh
bitmap cho các hình ảnh dùng ít hơn 256 màu sắc khác nhau và các hoạt hình
dùng ít hơn 256 màu sắc cho mỗi khung hình. Định dạng này thường dùng
cho sơ đồ, hình vẽ, nút bấm và các hình màu. GIF là định dạng nén dữ liệu
đặc biệt hữu ích cho việc truyền hình ảnh qua đường truyền lưu lượng nhỏ
[14].. Đây là một giải pháp tốt cho hình ảnh trên mạng, cho các hoạt hình nhỏ
và ngắn. Định dạng được ra đời vào năm 1987 và nhanh chóng được ứng
dụng rộng rãi trên World Wide Web cho đến nay.
GIF sử dụng thuật toán nén Loss less (không bị mất dữ liệu), điều đó cho
phép chúng tạo ra kích thước nhỏ mà không bị mất hoặc mờ bất kỳ chi tiết
nào của ảnh.
Có hai phiên bản của định dạng GIF, cả hai đều được phân phối rộng rãi.
Phiên bản đầu tiên là GIF87a, có rất nhiều chức năng được tạo dưới định dạng
này. Phiên bản hiện tại là GIF89a, có bổ sung thêm một số chức năng, trong

Nguyễn Thị Thanh Hương

22

Kết hợp Mật Mã trong Ẩn Mã


Đồ án tốt nghiệp

Khoa An toàn Thông tin

đó chức năng lưu trữ các ký tự và dữ liệu ảnh trong cùng một tệp. Hai phiên
bản này có thể được phân biệt dựa vào 6 byte đầu tiên của tập tin.
* GIF87a
Phiên bản GIF87A Là định dạng GIF đầu tiên, ra mắt vào năm 1987, tất
cả các phần mền, ứng dụng hỗ trợ định dạng GIF đều có thể đọc được
GIF87a.
Hình 2.1 mô tả về cấu trúc cơ bản của GIF87a. Mỗi tệp ảnh luôn bắt đầu
với một header và một bộ mô ta hiển thị, sau bộ mô tả hiển thị là một bộ bảng
màu tổng thê. Mỗi ảnh lưu trữ trong tệp bao gồm một bộ mô tả ảnh cục bộ,
một bảng màu cục bộ và một khối dữ liệu ảnh. Trường cuối cùng của mỗi tệp
GIF là một ký tự kết thúc để biểu thị sự kết thúc chuỗi dữ liệu GIF.

Hình 2.1 Cấu trúc ảnh GIF87a
- Header gồm 6 byte:
+ 3 byte: ký hiệu của ảnh, luôn luôn là “GIF”
+ 3 byte: Phiên bản định dạng GIF (87a hay 89a)
- Bộ mô tả hiển thị:
+ 1 word: Chiều rộng màn hình hiển thị tính theo Pixels
+ 1 word: Chiều cao màn hình hiển thị tính theo Pixels
+ 1 byte: Thông tin về màn hình và bản đồ màu
+ 1 byte: Chỉ số màu nền
Nguyễn Thị Thanh Hương

23

Kết hợp Mật Mã trong Ẩn Mã

Đồ án tốt nghiệp

Khoa An toàn Thông tin

+ 1 byte: Khuôn dạng điểm ảnh
- Bộ mô tả ảnh cục bộ:
+ 1 byte: Định dạng bộ mô tả ảnh
+ 1 word: Pixel bắt đầu ảnh tính từ trái màn hình hiển thị
+ 1 word: Pixel bắt đầu tính từ trên cùng màn hình hiển thị
+ 1 word: Độ rộng của ảnh tính theo Pixels
+ 1 word: Chiều cao của ảnh tính theo Pixels
+ 1 byte: Thông tin dữ liệu bảng màu và ảnh
- Dữ liệu ảnh: Là chuỗi các giá trị có thứ tự của các điểm ảnh màu tạo
nên ảnh. Các điểm ảnh được xếp liên tục trên một dòng ảnh, từ trái qua phải.
Các dòng ảnh được viết từ trên xuống dưới.
- Ký tự kết thúc: Là một byte được coi là ký tự cuối cùng của tệp. Giá trị
của byte này luôn là 3Bh và biểu thị kết thúc của chuỗi dữ liệu GIF. Mọi tệp
GIF đều phải có ký tự kết thúc.
* GIF89a:
Phiên bản 89a là phiên bản mới nhất của định dạng tệp ảnh GIF, được
công bố vào năm 1989. Về cơ bản thì nó gần giống với phiên bản trước, chỉ
bổ sung thêm một số thông tin không có trong 87a. Do đó một số thiết bị nếu
chỉ đọc được tệp ảnh 87a thì khi đọc sang ảnh 89a sẽ bị hiển thị sai thông tin
trong tệp.
Ưu điểm:
- Hỗ trợ màu trong suốt (màu nền)
- Hỗ trợ ảnh động
- Kích thước ảnh sau khi nén rất nhỏ (do chỉ giới hạn còn 256 màu trong
ảnh)
- Phù hợp với các ảnh đồ thị, ảnh hoạt hình (sô lượng màu sắc không quá

nhiều)
Nhược điểm:
- Chỉ hỗ trợ 256 màu
- Là định dạng ảnh cổ nhất (tồn tại từ năm 1989) và tới nay vẫn chưa ra
đời phiên bản mới hơn
Nguyễn Thị Thanh Hương

24

Kết hợp Mật Mã trong Ẩn Mã


Đồ án tốt nghiệp

Nguyễn Thị Thanh Hương

Khoa An toàn Thông tin

25

Kết hợp Mật Mã trong Ẩn Mã