luận văn thạc sĩ Thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ dựa trên kỹ thuật tối ưu hoá áp dụng thuật toán tìm kiếm theo mẫu

Header Page 1 of 89.

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGUYỄN THỊ HẠNH

THỦY VÂN CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ
DỰA TRÊN KỸ THUẬT TỐI ƢU HOÁ
ÁP DỤNG THUẬT TOÁN TÌM KIẾM THEO MẪU

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Thái Nguyên – 2009

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 1 of 89.




Header Page 2 of 89.

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGUYỄN THỊ HẠNH

THỦY VÂN CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ

DỰA TRÊN KỸ THUẬT TỐI ƢU HOÁ
ÁP DỤNG THUẬT TOÁN TÌM KIẾM THEO MẪU
Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Mã số: 604801

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC:
TS BÙI THẾ HỒNG

Thái Nguyên - 2009
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 2 of 89.




Header Page 3 of 89.

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN

KHOA CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

NGUYỄN THỊ HẠNH

THỦY VÂN CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ
DỰA TRÊN KỸ THUẬT TỐI ƢU HOÁ
ÁP DỤNG THUẬT TOÁN TÌM KIẾM THEO MẪU
Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 604801

TÓM TẮT LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
TS BÙI THẾ HỒNG

Thái Nguyên – 2009

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 3 of 89.




Header Page 4 of 89.
Công
trình
được
hoàn
thành
tại:
.......................................................................
...................................................................................................
.......................

Người hướng dẫn khoa học:
....................................................................................
(Ghi rõ họ tên, chức danh khoa học, học vị)

Phản
1:........................................................................................

biện

Phản
2:.........................................................................................

biện

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn họp tại:
Vào hồi...... giờ...... ngày....... tháng........ năm 20...

Có thể tìm hiểu luận văn tại trung tâm học liệu Đại học Thái
Nguyên
Và thư viện Trường/Khoa:…………………………….
(Ghi tên thư viện đơn vị)
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 4 of 89.




Header Page 5 of 89.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 5 of 89.

Header Page 6 of 89.

TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. “Nghiên cứu và Phát triển Kỹ thuật Thuỷ vân Cơ sở Dữ liệu Quan hệ”, Báo cáo kết quả
nghiên cứu của đề tài cơ sở 2008, 12/2008, Phòng CSDL & LT.
[2]. Bùi Thế Hồng, Nguyễn Thị Thu Hằng, Lƣu Thị Bích Hƣơng, “Thủy vân cơ sở dữ liệu
quan hệ”, Tạp chí Khoa học & Công nghệ, ĐH Thái Nguyên, 2009.
[3]. Vũ Ba Đình, “Giấu thông tin trong cơ sở dữ liệu không gian”, Tạp chí nghiên cứu khoa học
kỹ thuật và công nghệ Quân sự, số 4, 30-37
[4]. R. Agrawal, J. Kiernan, “Watermarking Relational Databases” in Proceedings of the 28th
VLDB Conference, Hong Kong, China, 2002.
[5]. R. Agrawal, P. J. Haas, and J. Kiernan. “Watermarking relational data: framework,
algorithms and analysis*”. The VLDB Journal (2003).
[6]. R. Sion, M. Atallah, S. Prabhakar.“Watermarking Relational Databases” CERIAS TR
2002-28*. Center for Education and Research in Information Assurance, Computer
Sciences, Purdue University, 2002.
[7]. R. Sion, M. Atallah, and S. Prabhakar. “Rights Protection for Relational Data”. IEEE
Transactions on Knowledge and Data Engineering, 16(6), June 2004.
[8]. R. Sion, “Proving ownership over categorical data”. ICDE 2004.
[9]. M. Shehab, E. Bertino, A. Ghafoor. “Watermarking Relational Databases using
Optimization Based Techniques”. CERIAS Tech Report 2006-41.
[10]. www.watermarkingworld.org.
[11]. W. Bender, D. Gruhl, N. Morimoto, A. Lu, “Techniques for data Hiding” IBM
SYSTEMS JOURNAL, VOL 35, NOS 3&4, 1996.
[12]. Stefan Katzenbeisser and Fabien A.P.Petitcolas, “Information Hiding Techniques for
Steganography and Digital Watermarking”.Artech House Boston London.

[13]. Michael Arnold, Martin Schmucker and Stephen D. Wolthusen, “Techniques and
Applications of Digital Watermarking and Content Protection”. Artech House
Boston London.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 6 of 89.




Header Page 7 of 89.
1

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan : Luận văn “Nghiên cứu và phát triển kỹ thuật thủy
vân cơ sở dữ liệu quan hệ dựa trên kỹ thuật tối ưu hóa áp dụng thuật toán
tìm kiếm theo mẫu” là công trình nghiên cứu riêng của tôi.
Các số liệu trong luận văn được sử dụng trung thực. Kết quả nghiên
cứu được trình bày trong luận văn này chưa từng được công bố tại bất kỳ
công trình nào khác.
Tôi xin chân thành cám ơn các Thầy trong Viện Công nghệ thông tin
Việt Nam đã truyền đạt cho tôi kiến thức trong suốt những năm học ở trường.
Tôi xin chân thành cảm ơn TS. Bùi Thế Hồng đã tận tình hướng dẫn tôi hoàn
thành tốt luận văn này.
Thái Nguyên, ngày 10 tháng 11 năm
2009
Tác giả luận văn

Nguyễn Thị Hạnh

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 7 of 89.




Header Page 8 of 89.
2

MỤC LỤC
BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT ........................................................................ 4
DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ...................................................................... 5
LỜI MỞ ĐẦU
Chƣơng 1-TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN VÀ THUỶ VÂN 11
1.1. Kỹ thuật giấu tin và những vấn đề cơ bản về kỹ thuật giấu tin ........ 12
1.1.1. Khái niệm giấu tin .......................................................................... 12
1.1.2. Phân loại các kỹ thuật giấu tin ........................................................ 14
1.1.3. Mục đích của giấu tin ..................................................................... 15
1.1.4. Môi trường giấu tin ......................................................................... 17
1.2. Cơ sở lý thuyết về thuỷ vân ................................................................. 21
1.2.1. Khái niệm thuỷ vân và nhúng thuỷ vân ........................................... 21
1.2.2. Lịch sử phát triển của thuỷ vân ....................................................... 21
1.2.3. Mô hình hệ thống tổng quát quá trình nhúng và thuỷ vân ............... 22
1.2.4. Một số ứng dụng của thuỷ vân ........................................................ 24
Chƣơng 2-THUỶ VÂN CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ DỰA TRÊN KỸ
THUẬT TỐI ƢU ÁP DỤNG THUẬT TOÁN TÌM KIẾM THEO MẪU 25
2.1. Giới thiệu về thuỷ vân cơ sở dữ liệu .................................................. 25
2.2. Mô hình chi tiết hệ thống thuỷ vân cơ sở dữ liệu ............................... 27

2.3. Phân hoạch dữ liệu .............................................................................. 29
2.4. Nhúng thuỷ vân ................................................................................... 32
2.4.1

Mã hoá bít đơn.............................................................................. 32

2.4.2. Thuật toán tìm kiếm theo mẫu ....................................................... 37
2.4.3. Thuật toán nhúng thuỷ vân ........................................................... 39
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 8 of 89.




Header Page 9 of 89.
3

2.5. Đánh giá ngƣỡng giải mã .................................................................... 40
2.6. Phát hiện thuỷ vân ............................................................................... 43
2.7. Kiểu tấn công ....................................................................................... 45
Chƣơng 3 – CÀI ĐẶT LƢỢC ĐỒ THUỶ VÂN CƠ SỞ DỮ LIỆU
QUAN HỆ BẰNG KỸ THUẬT TỐI ƢU THUẬT TOÁN TÌM KIẾM
THEO MẪU ............................................................................................... 47
3.1. Giới thiệu về kỹ thuật tìm kiếm theo mẫu .......................................... 47
3.2. Mô tả ứng dụng ................................................................................... 48
3.2.1. Cơ sở của ứng dụng ........................................................................ 48
3.2.2. Giả thiết .......................................................................................... 48
3.2.3. Một số kết quả thực nghiệm đạt được ............................................. 49
PHỤ LỤC.............................................................................................. …..58

KẾT LUẬN ............................................................................................... ..59
TÀI LIỆU THAM KHẢO ………………………………………………...60

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 9 of 89.




Header Page 10 of 89.
4

BẢNG CÁC TỪ VIẾT TẮT

Kí hiệu

Từ Tiếng Anh

Giải thích

HVS

Human Vision System

Hệ thống thị giác của con người

HAS

Human Auditory System

Hệ thống thính giác của con người

PS

Pattern Search

Tìm kiếm theo mẫu

GA

Genetic Algorithm

Thuật toán di truyền

MAC

Message Authetication Code

Mã xác thực thông tin

MD5

Message Digest algorithm 5

Hàm băm

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 10 of 89.

Header Page 11 of 89.
5

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ
Trang
Hình 1.1. Sơ đồ biểu diễn quá trình giấu tin ....................................... ……21
Hình 1.2. Sơ đồ biểu diễn quá trình giải mã tin .................................. ……21
Hình 1.3. Sơ đồ phân loại kỹ thuật giấu tin ......................................... ……21
Hình 1.4. Sơ đồ nhúng thuỷ vân ......................................................... ……21
Hình 1.5. Sơ đồ khôi phục thuỷ vân ........................................................... 21
Hình 2.1. Các thời kỳ mã hoá và giải mã thuỷ vân ..................................... 26
Hình 2.2. Bảng biểu diễn các ký hiệu sử dụng trong thuật toán …………31
Hình 2.3: Phân phối của tập S i   i trên trục số………………………….36
Hình 2.4. Biểu diễn Sigmoid(α,τ ) tại τ = 0 và α = {1, 2, 8}……………..39
Hình 2.5. Lược đồ ngưỡng giải mã………………………………………..42
Hình 3.1. Bảng thống kê kết quả thực nghiệm ……………………………

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 11 of 89.




Header Page 12 of 89.
6

LỜI MỞ ĐẦU
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 trọng
trong các môi trường ứng dụng dựa trên Internet và trong nhiều ứng dụng
phân phối sản phẩm.
Trong những năm gần đây, công nghệ thông tin phát triển 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 triển kỹ thuật 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 …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 trọng 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.
Xuất phát từ thực tế đó, luận văn lựa chọn đề tài: “Nghiên cứu và phát
triển kỹ thuật thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ dựa trên kỹ thuật tối ưu hóa áp
dụng thuật toán tìm kiếm theo mẫu”.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 12 of 89.

Header Page 13 of 89.
7

Tính cấp thiết của đề tài
- Ngày nay, Internet đã và đang phát triển với tốc độ nhanh, cùng với sự
phát triển đó thì các công nghệ và các ứng dụng được phân tán trên Internet
rất nhiều. Chính vì vậy, 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 rất
quan trọng trong các môi trường ứng dụng dựa trên internet và trong nhiều
ứng dụng phân phối sản phẩm.
- Trong một bối cảnh như vậy, việc thực thi quyền sở hữu dữ liệu là một
yêu cầu quan trọng đòi hỏi các giải pháp đồng bộ, bao gồm các khía cạnh về
kỹ thuật, về tổ chức, và cả luật pháp. Mặc dù chúng ta vẫn chưa có được
những giải pháp toàn diện như vậy nhưng trong các năm gần đây, các kỹ thuật
thuỷ vân đã đóng một vai trò quyết định nhằm giải quyết vấn đề về quyền sở
hữu này.
- Cho đến nay, mới chỉ có một vài cách tiếp cận đối với bài toán thuỷ vân
dữ liệu quan hệ. Tuy nhiên, những kỹ thuật này không bền vững đối với các
tấn công thuỷ vân.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 13 of 89.




Header Page 14 of 89.

8

Mục tiêu nghiên cứu
Mục tiêu chung
Nghiên cứu kỹ thuật thuỷ vân cơ sở dữ liệu dựa trên kỹ thuật tối ưu hóa
để mã hoá và giải mã thuỷ vân. Trong đó tập trung nghiên cứu kỹ thuật phân
hoạch dữ liệu không phụ thuộc vào các bộ được đánh dấu để định vị các phân
hoạch, và nghiên cứu kỹ thuật phát hiện thủy vân dựa vào một ngưỡng tối ưu.
Mục tiêu cụ thể
Nghiên cứu kỹ thuật thuỷ vân cơ sở dữ liệu quan hệ có áp dụng kỹ thuật
tối ưu hoá như một bài toán tối ưu hoá có ràng buộc. Đồng thời trình bày kỹ
thuật hữu hiệu để giải bài toán tối ưu này bằng thuật toán tìm kiếm theo mẫu
và xử lý các ràng buộc của chúng.

Ý nghĩa khoa học và ý nghĩa thực tiễn của đề tài
Ý nghĩa khoa học của đề tài
- Đưa ra cơ sở khoa học của việc lựa chọn kỹ thuật tối ưu để mã hoá và
giải mã thuỷ vân trong đó sử dụng kỹ thuật tìm kiếm theo mẫu để giải quyết
bài toán.
Ý nghĩa thực tiễn
- Kết quả của đề tài có ý nghĩa rất lớn đối với Ngành công nghệ thông
tin trong 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 rất quan trọng trong
các môi trường ứng dụng dựa trên internet và trong nhiều ứng dụng phân phối
sản phẩm.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 14 of 89.

Header Page 15 of 89.
9

Nhiệm vụ nghiên cứu
- Nghiên cứu, hiểu rõ và trình bày về kỹ thuật tối ưu để mã hoá và giải
mã thuỷ vân.
- Nghiên cứu và sử dụng công cụ để mô tả kỹ thuật tìm kiếm theo mẫu

Phƣơng pháp nghiên cứu
- Nghiên cứu lý thuyết cơ sở về thuỷ vân cơ sở dữ liệu
- Nghiên cứu ứng dụng và mô tả chi tiết về kỹ thuật tìm kiếm theo mẫu.

Phạm vi nghiên cứu
- Phạm vi nghiên cứu kỹ thuật thuỷ vân cơ sở dữ liệu quan hệ và mô tả
kỹ thuật tối ưu trong đó áp dụng kỹ thuật tìm kiếm theo mẫu

Các kết quả nghiên cứu dự kiến cần đạt đƣợc


Kết quả về học thuật: Nghiên cứu kỹ thuật thuỷ vân cơ sở dữ liệu



Kết quả về phát triển ứng dụng: Áp dụng kỹ thuật tìm kiếm theo mẫu
để mô tả và phát triển ứng dụng trong thực tế

Kết cấu của luận văn

Bố cục của luận văn bao gồm phần mở đầu, phần kết luận và ba
chương. Nội dung các chương được tổ chức như sau:
Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật giấu tin và thuỷ vân
Chương này trình bày một số khái niệm về kỹ thuật giấu tin, các vấn đề
cơ bản của kỹ thuật giấu tin. Đồng thời cũng trình bày khái niệm cơ bản về
thuỷ vân, và đặc biệt đưa ra sơ đồ chi tiết về thuỷ vân.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 15 of 89.




Header Page 16 of 89.
 10 

Chương 2: Thuỷ vân cơ sở dữ liệu quan hệ dựa trên kỹ thuật tối ưu áp
dụng thuật toán tìm kiếm theo mẫu
Chương này trình bày quá trình mã hoá, giải mã thuỷ vân cơ sở dữ liệu
quan hệ bằng kỹ thuật tối ưu áp dụng thuật toán tìm kiếm theo mẫu.
Chương 3: Phát triển ứng dụng thuỷ vân cơ sở dữ liệu quan hệ dựa trên
kỹ thuật tối ưu áp dụng thuật toán tìm kiếm theo mẫu
Chương này trình bày ứng dụng của kỹ thuật tối ưu, kỹ thuật tìm kiếm
theo mẫu trong quá trình nhúng thuỷ vân. Cùng với một số kết quả cài đặt của
ứng dụng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 16 of 89.

Header Page 17 of 89.
 11 

Chƣơng 1-

TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN
VÀ THUỶ VÂN
Cuộc cách mạng thông tin kỹ thuật số đã đem lại những thay đổi sâu
sắc trong xã hội và trong cuộc sống. Những thuận lợi thông tin kỹ thuật số
mang lại cũng đề ra những thách thức và cơ hội mới cho quá trình đổi mới. Sự
ra đời những phần mềm có tính năng mạnh, các thiết bị mới như máy ảnh kỹ
thuật số, máy quét chất lượng cao, máy in, máy ghi âm kỹ thuật số, v.v…, đã
với tới thế giới tiêu dùng rộng lớn để sáng tạo, xử lý và thưởng thức các dữ
liệu đa phương tiện. Mạng Internet toàn cầu đã biến thành một xã hội ảo nơi
diễn ra quá trình trao đổi thông tin trong mọi lĩnh vực chính trị, quân sự, quốc
phòng, kinh tế, thương mại… Và chính trong môi trường mở và tiện nghi như
thế xuất hiện những vấn nạn, tiêu cực đang rất cần đến các giải pháp hữu hiệu
cho vấn đề an toàn thông tin như nạn ăn cắp bản quyền, nạn xuyên tạc thông
tin, truy nhập thông tin trái phép v.v.. Đi tìm giải pháp cho những vấn đề này
không chỉ giúp ta hiểu thêm về công nghệ phức tạp đang phát triển rất nhanh
này mà còn đưa ra những cơ hội kinh tế mới cần khám phá. Một trong các
giải pháp nhiều triển vọng là giấu tin, được nghiên cứu phát triển trong
khoảng 10 năm gần đây. Để hiểu rõ về nguồn gốc của thuỷ vân, trước tiên
chúng ta tìm hiểu phương pháp giấu thông tin, thuỷ vân là một thành phần của
phương pháp giấu tin.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 17 of 89.




Header Page 18 of 89.
 12 

1.1. Kỹ thuật giấu tin và những vấn đề cơ bản về kỹ thuật giấu tin
1.1.1. Khái niệm về giấu tin
Từ trước đến nay, nhiều phương pháp bảo vệ thông tin đã được đưa ra,
trong đó giải pháp dùng mật mã được ứng dụng rộng rãi nhất. Thông tin ban
đầu được mã hoá, sau đó sẽ được giải mã nhờ khoá của hệ mã. Đã có nhiều hệ
mã phức tạp được sử dụng như DES, RSA, NAPSACK..., rất hiệu quả và phổ
biến.
Một phương pháp mới khác đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng
mạnh mẽ ở nhiều nước trên thế giới, đó là phương pháp giấu tin. Giấu thông
tin là kỹ thuật nhúng một lượng thông tin số nào đó vào trong một đối tượng
dữ liệu số khác. 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 gốc.
Sự khác biệt chủ yếu giữa mã hoá thông tin và giấu thông tin là mã hoá
làm cho các thông tin thể hiện là có được mã hoá hay không, còn với giấu
thông tin thì người ta sẽ khó biết được là có thông tin giấu bên trong.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 18 of 89.

Header Page 19 of 89.
 13 
Thông tin
giấu

Phương tiện
chứa (audio,
ảnh, video )

Bộ nhúng
thông tin

Phương tiện
chứa đã được
giấu tin

Phân phối

Khoá

Hình 1.1. Sơ đồ biểu diễn quá trình giấu tin
Khoá

Phương tiện
chứa đã được
giấu tin

Phương tiện
chứa (audio,
ảnh, video )

Bộ giải
mã tin

Kiểm
định

Thông tin giấu

Hình 1.2. Sơ đồ biểu diễn quá trình giải mã
Hai sơ đồ trên hình 1.1 và 1.2 biểu diễn quá trình giấu tin và quá trình giải tin.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 19 of 89.




Header Page 20 of 89.
 14 

1.1.2. Phân loại các kỹ thuật giấu tin
Do kỹ thuật giấu thông tin số mới được hình thành trong thời gian gần
đây nên xu hướng phát triển chưa ổn định. Nhiều phương pháp
mới, theo nhiều khía cạnh khác nhau đang và chắc chắn sẽ được đề xuất, bởi

vậy một định nghĩa chính xác, một sự đánh giá phân loại rõ ràng chưa thể có
được. Sơ đồ phân loại sau đây được Fabien A. P. Petitcolas đề xuất năm 1999.

Giấu thông tin
(Information hiding)

Giấu tin bí mật
(steganography)

Nhúng thuỷ vân
(Watermarking)

Thuỷ vân bền vững
(Robust Copyright marking)

Thuỷ vân ẩn
(Imperceptible watermarking)

Thuỷ vân “dễ vỡ”
(Fragile Watermarking)

Thuỷ vân hiện
(Visible watermarking)

Hình 1.3. Phân loại kỹ thuật giấu tin

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 20 of 89.

Header Page 21 of 89.
 15 

Dựa trên việc thống kê sắp xếp khoảng 100 công trình đã công bố trên
một số tạp chí, cùng với thông tin về tên và tóm tắt nội dung của khoảng 200
công trình đã công bố trên Internet, có thể chia lĩnh vực giấu tin ra làm hai
hướng lớn, đó là thuỷ vân và giấu tin bí mật. Nếu như thủy vân liên quan đến
ứng dụng giấu các mẩu tin ngắn nhưng đòi hỏi độ bền vững lớn của thông tin
cần giấu (trước các biến đổi thông thường của tệp dữ liệu môi trường) thì giấu
tin bí mật lại liên quan tới ứng dụng che giấu các bản tin đòi hỏi độ bí mật và
dung lượng càng lớn càng tốt. Đối với từng hướng lớn này, quá trình phân
loại theo các tiêu chí khác có thể tiếp tục được thực hiện, ví dụ dựa theo ảnh
hưởng các tác động từ bên ngoài có thể chia thuỷ vân thành hai loại, một loại
bền vững với các tác động sao chép trái phép, loại thứ hai lại cần tính chất
hoàn toàn đối lập: dễ bị phá huỷ trước các tác động nói trên. Cũng có thể chia
thuỷ vân theo đặc tính, một loại cần được che giấu để chỉ có một số người tiếp
xúc với nó có thể thấy được thông tin, loại thứ hai đối lập, cần được mọi
người nhìn thấy. Các thành tựu đạt được trong lĩnh vực nghiên cứu này đã bắt
đầu được áp dụng hiệu quả cho mục đích bảo vệ bản quyền, chống sao chép,
phân tán trái phép các sản phẩm trong môi trường số hoá và nhiều mục đích
khác. Nhiều phương pháp giấu thông tin khác nhau đã được đề xuất, mỗi
phương pháp có những ưu điểm, nhược điểm riêng và thích hợp cho một
nhóm ứng dụng nào đó. [3],[11],[12]

1.1.3. Mục đích của giấu tin
Bảo mật thông tin bằng giấu tin có hai khía cạnh. Một là bảo mật cho
dữ liệu được giấu, ví dụ giấu tin mật: thông tin mật được giấu kỹ trong một

đối tượng khác sao cho người khác không phát hiện được. Hai là bảo mật
chính đối tượng được dùng để giấu dữ liệu vào, chẳng hạn ứng dụng bảo vệ
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 21 of 89.




Header Page 22 of 89.
 16 

bản quyền, phát hiện xuyên tạc thông tin ... Một số ứng dụng đang được triển
khai:
- Bảo vệ bản quyền tác giả (copyright protection): Đây là ứng dụng cơ
bản nhất của kỹ thuật thuỷ vân. Một thông tin nào đó mang ý nghĩa quyền sở
hữu tác giả (người ta gọi nó là thuỷ vân - watermark) sẽ được nhúng vào
trong các sản phẩm, thuỷ vân đó chỉ người chủ sở hữu hợp pháp các sản phẩm
đó có và được dùng làm minh chứng cho bản quyền sản phẩm. Giả sử có một
thành phẩm dữ liệu dạng đa phương tiện như ảnh, âm thanh, video cần được
lưu thông trên mạng. Để bảo vệ các sản phẩm chống lại 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 thuỷ vân cần phải đảm bảo không để lại
một ảnh hưởng lớn nào đến việc cảm nhận sản phẩm. Yêu cầu kỹ thuật đối
với ứng dụng này là thuỷ vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm, 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 và phát hiện xuyên tạc thông tin (authentication
and tamper detection): Một tập thông tin sẽ được giấu trong phương tiện
chứa, sau đó được sử dụng để nhận biết dữ liệu trên phương tiện gốc có bị

thay đổi hay không. Các thuỷ vân nên được ẩn để tránh sự tò mò của đối
phương, hơn nữa việc làm giả các thuỷ vân hợp lệ hay xuyên tạc thông tin
nguồn cũng cần 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 (ví dụ như
phân biệt một đối tượng đa phương tiện chứa thông tin giấu đã bị thay đổi,
xuyên tạc nội dung hay chỉ bị nén mất dữ liệu).Yêu cầu chung đối với ứng
dụng này là khả năng giấu thông tin cao và thuỷ vân không cần bền vững.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 22 of 89.




Header Page 23 of 89.
 17 

- Dấu vân tay hay dán nhãn (fingerprinting and labeling): Thuỷ vân
trong những ứng dụng này được sử dụng để nhận diện người gửi hay người
nhận một thông tin nào đó. Ví dụ các vân khác nhau sẽ được nhúng vào các
bản copy khác nhau của thông tin gốc trước khi chuyển cho nhiều người. Với
những ứng dụng này, yêu cầu là đảm bảo độ an toàn cao cho các thuỷ vân,
tránh khả năng xoá dấu vết trong khi phân phối.
- Điều khiển truy cập (copy control): Các thiết bị phát hiện thuỷ vân (ở
đây sử dụng phương pháp phát hiện thuỷ vân đã giấu mà không cần thông tin
gốc) được gắn sẵn vào trong các hệ thống đọc ghi, tùy thuộc vào việc có thủy
vân hay không để điều khiển (cho phép/cấm) truy cập. Ví dụ hệ thống quản lí
sao chép DVD đã được ứng dụng ở Nhật.
- Giấu tin bí mật (steganography): Các thông tin giấu được trong những
trường hợp này càng nhiều càng tốt. Việc giải mã để nhận được thông tin

cũng không cần phương tiện chứa gốc.[3],[11],[12]

1.1.4. Môi trƣờng giấu tin
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 (văn bản, hình
ảnh, âm thanh, phim ), trong sản phẩm phần mềm và gần đây là những nghiên
cứu trên lĩnh vực cơ sở dữ liệu quan hệ. Trong các dữ liệu đó, dữ liệu đa
phương tiện là môi trường chiếm tỉ lệ chủ yếu trong các kỹ thuật giấu tin.
a. Giấu tin trong ảnh (image)
Giấu thông tin trong ảnh, hiện nay, là một bộ phận chiếm tỉ lệ lớn nhất
trong các chương trình ứng dụng, các phần mềm, hệ thống giấu tin trong đa
phương tiện do lượng thông tin được trao đổi bằng ảnh là rất lớn và hơn nữa
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 23 of 89.




Header Page 24 of 89.
 18 

giấu thông tin trong ảnh cũng đóng vai trò 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 cập, giấu tin bí mật... Do
đó vấn đề này đã nhận được sự quan tâm lớn của các cá nhân, tổ chức, trường
đại học, và viện nghiên cứu trên thế giới.
Thông tin sẽ được giấu cùng với dữ liệu ảnh nhưng chất lượng ảnh ít
thay đổi và không ai biết được đằng sau ảnh đó mang những thông tin có ý
nghĩa. Ngày nay, khi ảnh số đã được sử dụng phổ biến, giấu thông tin trong

ảnh đã đem lại nhiều những ứng dụng quan trọng trên nhiều lĩnh vực trong
đời sống xã hội. Ví dụ đối với các nước phát triển, chữ kí tay đã được số hoá
và lưu trữ sử dụng như hồ sơ cá nhân của các dịch vụ ngân hàng và tài chính,
nó được dùng để xác thực trong các thẻ tín dụng của người tiêu dùng. Phần
mềm WinWord của MicroSoft cũng cho phép người dùng lưu trữ chữ kí trong
ảnh nhị phân rồi gắn vào vị trí nào đó trong file văn bản để đảm bảo tính an
toàn của thông tin. Tài liệu sau đó được truyền trực tiếp qua máy fax hoặc lưu
truyền trên mạng. Theo đó, việc xác thực chữ kí, xác thực thông tin đã trở
thành một vấn đề quan trọng khi việc ăn cắp thông tin hay xuyên tạc thông
tin bởi các tin tặc đang trở thành một vấn nạn đối với bất kì quốc gia nào, tổ
chức nào. Hơn nữa có nhiều loại thông tin quan trọng cần được bảo mật như
những thông tin về an ninh, thông tin về bảo hiểm hay các thông tin về tài
chính, các thông tin này được số hoá và lưu trữ trong hệ thống máy tính hay
trên mạng. Chúng dễ bị lấy cắp và bị thay đổi bởi các phần mềm chuyên
dụng. Việc xác thực cũng như phát hiện thông tin xuyên tạc đã trở nên vô
cùng quan trọng, cấp thiết. Một đặc điểm của giấu thông tin trong ảnh là
thông tin được giấu trong ảnh một cách vô hình, tương tự cách truyền thông
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 24 of 89.




Header Page 25 of 89.
 19 

tin mật cho nhau mà người khác không thể biết được bởi sau khi giấu thông
tin chất lượng ảnh gần như không thay đổi đặc biệt đối với ảnh mầu hay ảnh
xám. Ví dụ về vụ việc ngày 11-9 gây chấn động nước Mĩ và toàn thế giới,

chính tên trùm khủng bố quốc tế Osma BinLaDen đã dùng cách thức giấu
thông tin trong ảnh để liên lạc với đồng bọn, và hắn đã qua mặt được cục tình
báo trung ương Mĩ CIA và các cơ quan an ninh quốc tế. Chắc chắn sau vụ
việc này, việc nghiên cứu các vấn đề liên quan đến giấu thông tin trong ảnh sẽ
rất được quan tâm.
b. Giấu tin trong âm thanh(audio)
Giấu thông tin trong âm thanh mang những đặc điểm riêng khác với
giấu thông tin trong các đối tượng đa phương tiện khác. 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 gốc. Để đảm bảo yêu
cầu này, kỹ thuật giấu thông tin trong ảnh phụ thuộc vào hệ thống thị giác của
con người - HVS còn kỹ thuật giấu thông tin trong âm thanh lại phụ thuộc vào
hệ thống thính giác - HAS. Một vấn đề khó khăn là hệ thống thính giác của
con người nghe được các tín hiệu ở các dải tần rộng và công suất lớn nên đã
gây khó khăn đối với các phương pháp giấu tin trong âm thanh. Nhưng hệ
thống thính giác của con người lại kém trong việc phát hiện sự khác biệt các
dải tần và công suất, điều này có nghĩa là các âm thanh to, cao tần có thể che
giấu được các âm thanh nhỏ thấp một cách dễ dàng. Các mô hình phân tích
tâm lí đã chỉ ra điểm yếu trên và thông tin này sẽ giúp ích cho việc chọn các
âm thanh thích hợp cho việc giấu tin. Vấn đề khó khăn thứ hai đối với giấu
thông tin trong âm thanh là kênh truyền tin. Kênh truyền hay băng thông
chậm sẽ ảnh hưởng đến chất lượng thông tin sau khi giấu. Ví dụ để nhúng
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên

Footer Page 25 of 89.