Đảm bảo sự toàn vẹn cho các cơ sở dữ liệu quan hệ có các thuộc tính văn bản bằng kỹ thuật thủy vân số

i

Mục lục
Mục lục .............................................................................................................. i
Bảng các ký hiệu và chữ viết tắt ....................................................................... iv
Danh mục các bảng .......................................................................................... vi
Danh mục các hình vẽ ...................................................................................... vi
Mở đầu.............................................................................................................. 1
1. Lý do lựa chọn đề tài ................................................................................. 1
2. Đối tượng phạm vi nghiên cứu .................................................................. 2
a. Đối tượng nghiên cứu ........................................................................ 2
b. Phạm vi nghiên cứu........................................................................... 2
3. Phương pháp nghiên cứu ........................................................................... 2
4. Ý nghĩa khoa học của đề tài .............................................................. 2
5. Cấu trúc luận văn .............................................................................. 2
Chương 1. TỔNG QUAN VỀ THỦY VÂN CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ ....... 4
1.1. Một số khái niệm cơ bản ........................................................................ 4
1.1.1. Cơ sở dữ liệu ............................................................................... 4
1.1.2. Mô hình dữ liệu quan hệ .............................................................. 4
1.1.3. Thuộc tính, miền thuộc tính và kiểu thuộc tính ............................ 5
1.1.4. Quan hệ, lược đồ quan hệ ............................................................ 6
1.1.5. Khoá của quan hệ ........................................................................ 6
1.2. Thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ .............................................................. 7
1.2.1. Thủy vân ..................................................................................... 7
1.2.2. Thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ ................................................... 7
1.2.3. Khóa thủy vân ............................................................................. 8
1.2.4. Lược đồ thủy vân ....................................................................... 9
1.2.5. Sự cần thiết của các kỹ thuật thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ ..... 10


ii

1.3. Các yêu cầu trên thuỷ vân cơ sở dữ liệu quan hệ .................................. 12
1.3.1. Khả năng có thể phát hiện ......................................................... 12
1.3.2. Tính bền vững và dễ vỡ ............................................................. 13
1.3.3. Khả năng cập nhật dữ liệu ......................................................... 13
1.3.4. Tính ẩn và hiện .......................................................................... 14
1.3.5. Phát hiện mù ............................................................................. 14
1.4. Các ứng dụng chủ yếu của thuỷ vân quan hệ ........................................ 14
1.5. Các kỹ thuật thuỷ vân cơ sở dữ liệu quan hệ ......................................... 16
Chương 2. BẢO VỆ SỰ TOÀN VẸN CHO CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ CÓ
CÁC THUỘC TÍNH VĂN BẢN ........................................................................... 21
2.1. Đặt vấn đề ............................................................................................ 21
2.2. Thuật toán nhúng thuỷ vân ................................................................... 22
2.2.1. Sinh thủy vân từ các bộ của lược đồ .......................................... 22
2.2.2. Chia nhóm các bộ của quan hệ .................................................. 28
2.2.3. Nhúng thủy vân vào thuộc tính tác động thấp ............................ 30
2.2.4. Nhận xét lược đồ sinh thủy vân cải tiến ..................................... 31
2.3. Thuật toán phát hiện thuỷ vân............................................................... 32
2.4 Thuật toán xóa thủy vân ........................................................................ 33
2.5. Đánh giá lược đồ .................................................................................. 33
2.5.1 Lược đồ thủy vân cải tiến ........................................................... 33
2.5.2. Phân tích tính đúng đắn ............................................................. 36
2.6. Kết luận ................................................................................................ 42
Chương 3. THỬ NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ THUẬT TOÁN ......................... 43
3.1. Thiết kế chương trình ........................................................................... 43
3.1.1. Đặt vấn đề ................................................................................. 43
3.2.1. Lược đồ cơ sở dữ liệu ................................................................ 43


iii

3.2.2. Thiết kế chương trình ................................................................ 45
3.2. Thử nghiệm chương trình ..................................................................... 48
3.2.1. Dữ liệu thử nghiệm.................................................................... 48
3.2.2. Kết quả khi nhúng thủy vân ....................................................... 50
3.2.3. Kết quả chạy thử nghiệm thuật toán phát hiện thủy vân ............. 52
3.3. Đánh giá kết quả thử nghiệm ................................................................ 54
Kết luận và hướng phát triển ........................................................................... 56
Tài liệu tham khảo .......................................................................................... 57
Tài liệu tiếng Việt ......................................... Error! Bookmark not defined.
Tài liệu tiếng Anh ......................................... Error! Bookmark not defined.


iv

Bảng các ký hiệu và chữ viết tắt
Ký hiệu

Ý nghĩa của ký hiệu

R

Lược đồ quan hệ

r

Quan hệ thuộc lược đồ R

ri

Quan hệ thứ i thuộc lược đồ R

n

Số thuộc tính tác động thấp

m

Số thuộc tính tác động cao



Số bộ dữ liệu

i

Số bộ của ri

g

Số nhóm của quan hệ

ti

Bộ thứ i trong quan hệ

Hi

Thuộc tính tác động cao thứ i

Li

Thuộc tính tác động thấp thứ i

ti.Aj

Giá trị thuộc tính thứ j của bộ thứ i

K

Khóa thủy vân

Gk

Nhóm thứ k

qk

Số bộ trong nhóm Gk

P

Thuộc tính khóa chính của quan hệ

M

Ma trận thủy vân

CK

Mảng chứa các mã ký tự thủy vân

np

Số lượng kí tự thủy vân trong CK

W

Mảng chứa vị trí xác định ký tự thủy vân trong CK

Wi

Phần tử thứ i của W

tpos

Vị trí bộ cần nhúng

npos

Vi tri nhung thuy van trong bo chi ra boi tpos

H()

Hàm băm

length(S)
insert(S,n,c)

Hàm trả về độ dài của một chuỗi ký tự S.

Hàm trèn kí tự c vào vị trí n của xâu S.


v

LSB

Bit ít ý nghĩa nhất (Least Significant Bit)

MSB

Bit ý nghĩa nhất (Most Significant Bit)

MD5

Thuật toán MD5 (Message Digest algorithm 5)


vi

Danh mục các bảng
Bảng 3. 1. Một số bộ quan hệ Sinh viên (SINHVIEN) ................................ 48
Bảng 3. 2. Một số bộ quan hệ Môn học (MON) .......................................... 48
Bảng 3. 3. Một số bộ quan hệ DIEM ........................................................... 49
Bảng 3. 4. Bộ trong quan hệ Khóa .............................................................. 49
Bảng 3. 5. Bộ trong quan hệ Lop ................................................................ 49
Bảng 3. 6. Bộ trong quan hệ ngành ............................................................. 49
Bảng 3. 7. Quan hệ sinh viên sau khi nhúng thủy vân ................................. 51
Bảng 3. 8. Quan hệ môn học sau khi nhúng thủy vân .................................. 52
Bảng 3. 9. Quan hệ Khóa sau khi nhúng thủy vân ...................................... 52

Bảng 3. 10. Quan hệ lớp sau khi nhúng thủy vân ........................................ 52
Bảng 3. 11. Quan hệ ngành sau khi nhúng thủy vân .................................... 52
Bảng 3. 12. Kết quả kiểm tra thủy vân khi thêm bộ ..................................... 53
Bảng 3. 13. Kết quả kiểm tra thủy vân khi sửa bộ ....................................... 54
Bảng 3. 14. Kết quả kiểm tra thủy vân khi xóa bộ ....................................... 54

Danh mục các hình vẽ
Hình 1. 1. Sơ đồ nhúng thủy vân cơ bản ...................................................... vi
Hình 1. 2. Sơ đồ phát hiện thủy vân cơ bản ... Error! Bookmark not defined.
Hình 2. 1. Quan hệ không nhúng được thủy vân ......................................... 25
Hình 3. 1. Lược đồ cơ sở dữ liệu thử nghiệm .............................................. 44
Hình 3. 2. Giao diện chương trình ............................................................... 45
Hình 3. 3. Cửa sổ thông báo kết quả nhúng thủy vân .................................. 46
Hình 3. 4. Cửa sổ thông báo kiểm tra toàn vẹn lược đồ ............................... 46
Hình 3. 5. Cửa sổ thông báo lỗi kiểm tra toàn vẹn lược đồ .......................... 46
Hình 3. 6. Cửa sổ thông báo xóa thủy vân ................................................... 47
Hình 3. 7. Cửa sổ thông báo lỗi khi xóa thủy vân ........................................ 47
Hình 3. 8. Dữ liệu đầu vào .......................................................................... 50
Hình 3. 9. Kết quả nhúng thủy vân.............................................................. 50


1

Mở đầu
1. Lý do lựa chọn đề tài
Ngày nay, việc chia sẻ dữ liệu trên mạng internet ngày càng phổ biến, điều
này tạo điều kiện thuận lợi cho người sử dụng trong việc trao đổi và tìm kiếm thông
tin hữu ích. Nhưng bên cạnh đó, việc chia sẻ dữ liệu trên mạng tạo nên sức ép đối
với các dịch vụ mạng đi kèm (như: dịch vụ lưu trữ, dịch vụ web, …) đồng thời, việc
chia sẻ này khiến cho các thông tin được phép quảng bá rộng rãi khiến cho vấn đề

bảo vệ bản quyền trước các nguy cơ sao chép và sửa đổi thông tin trở nên phổ biến.
Vì vậy, các nhà cung cấp và người sử dụng đòi hỏi cần phải có các công nghệ nhận
dạng được các dữ liệu chia sẻ.
Trong xu hướng đấy, bảo vệ bản quyền, xác thực thông tin cũng như việc
nhận dạng dữ liệu trong cơ sở dữ liệu quan hệ là một vấn đề được đặt ra đối với kỹ
thuật thủy vân số. Các ứng dụng thực tế của kỹ thuật thủy vân số trên cơ sở dữ liệu
quan hệ có ý nghĩa quan trọng đang được nhiều người quan tâm và phát triển.
Thủy vân số có hai loại là thủy vân dễ vỡ và thủy vân bền vững:
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 kỹ thuật 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 kỹ thuật này thường được dùng trong các ứng
dụng nhận thực thông tin, đảm bảo tính toàn vẹn dữ liệu.
Xuất phát từ nhu cầu thực tế và tính chất của thủy vân số, luận văn “Đảm
bảo sự toàn vẹn cho các cơ sở dữ liệu quan hệ có các thuộc tính văn bản bằng kỹ
thuật thủy vân số” nghiên cứu lược đồ thủy vân dễ vỡ dùng để bảo vệ sự toàn vẹn
cho các CSDL quan hệ.


2

2. Đối tượng phạm vi nghiên cứu
a. Đối tượng nghiên cứu
Đối tượng nghiên cứu của đề tài là lược đồ thủy vân dễ vỡ áp dụng trên cơ
sở dữ liệu quan hệ.
b. Phạm vi nghiên cứu
Phạm vi nghiên cứu của để tài là nghiên cứu và xây dựng thuật toán nhúng
và phát hiện thủy vân áp dụng cho thuộc tính văn bản để đảm bảo tính toàn vẹn của

cơ sở dữ liệu quan hệ.
Sử dụng công cụ lập trình để cài đặt và chạy thử nghiệm lược đồ.

3. Phương pháp nghiên cứu
Phương pháp nghiên cứu chủ yếu là phương pháp tiếp cận lý thuyết, tài liệu
để tìm hiểu tổng quan về kỹ thuật thuỷ vân. Đặc biệt là các kỹ thuật về thuỷ vân trên
cơ sở dữ liệu quan hệ.
Sử dụng các công cụ lập trình để tạo ra chương trình kiểm chứng. Dựa trên
kết quả kiểm chứng đó để đưa ra các kết luận nhằm hoàn thành mục tiêu của luận
văn.
Trong luận văn học viên có sử dụng một phần cơ sở dữ liệu điểm của trường
Cao đẳng Phát thanh - truyền hình I, Phủ Lý, Hà Nam trong việc kiểm chứng lược
đồ.
4. Ý nghĩa khoa học của đề tài
Mục tiêu của đề tài có ý nghĩa khoa học và có ý nghĩa thực tiễn trong việc
bảo vệ sự toàn vẹn đối với các cơ sở dữ liệu quan hệ sau khi đã phân phối hoặc
chuyển giao. Đồng thời việc bảo vệ sự toàn vẹn này cũng là một vấn đề rất quan
trọng trong môi trường ứng dụng dựa trên Internet nhằm phát tán và truyền tải
thông tin.
5. Cấu trúc luận văn
Luận văn ngoài các phần mở đầu và phần kết luận, luận văn được trình bày
thành ba chương như sau.
Chương 1: Tổng quan về thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ


3

Nội dung của chương này đề cập đến các kiến thức cơ sở về thủy vân và lược
đồ cơ sở dữ liệu
Chương 2: Bảo vệ sự toàn vẹn cho cơ sở dữ liệu quan hệ có các thuộc tính

văn bản
Nội dung của chương đề cập đến việc xây dựng lược đồ thủy vân cho cơ sở
dữ liệu quan hệ và chứng minh tính đúng đắn của nó.
Chương 3: Thử nghiệm và đánh giá thuật toán
Nôi dung của chương đề cập đến việc cài đặt và đánh giá thuật toán trên cơ
sở dữ liệu điểm của Trường Cao đẳng Phát thanh – Truyền hình I


4

Chương 1. TỔNG QUAN VỀ THỦY VÂN CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ
1.1. Một số khái niệm cơ bản
1.1.1. Cơ sở dữ liệu
Định nghĩa 1.1: Cơ sở dữ liệu (database)
Cơ sở dữ liệu (database) là một hệ thống các thông tin có cấu trúc được lưu
trữ trên các thiết bị lưu trữ thứ cấp (băng từ, đĩa từ…) nhằm thoả mãn yêu cầu khai
thác thông tin đồng thời của nhiều người sử dụng hay nhiều chương trình ứng dụng
với nhiều mục đích khác nhau.
1.1.2. Mô hình dữ liệu quan hệ
Trong quá trình thiết kế và xây dựng các hệ quản trị cơ sở dữ liệu, người ta
tiến hành xây dựng các mô hình dữ liệu. Mô hình dữ liệu phải được thể hiện được
các mối quan hệ bản chất của các dữ liệu mà dữ liệu này phản ánh các mối quan hệ
và các thực thể trong thế giới thực. Mô hình dữ liệu phản ánh khía cạnh cấu trúc
logic mà không đi sâu vào khía cạnh vật lý của cơ sở dữ liệu. Mô hình dữ liệu là
một sự hình thức hóa toán học với một tập ký hiệu để mô tả dữ liệu và một tập các
phép toán được sử dụng để thao tác các dữ liệu này. Khi xây dựng các mô hình dữ
liệu cần phân biệt các thành phần cơ bản sau:
 Thực thể: Là đối tượng có trong thực tế mà chúng ta cần mô tả các đặc
trưng của nó.
 Thuộc tính: Là các dữ liệu thể hiện các đặc trưng của thực thể.

 Ràng buộc: Là các mối quan hệ logic của các thực thể. Ba thành phần
trên được thể hiện ở hai mức:
 Mức loại dữ liệu: là sự khái quát hóa các ràng buộc, các thuộc tính, các
thực thể cụ thể.
 Mức thể hiện: Là một ràng buộc cụ thể, hoặc là các giá trị thuộc tính,
hoặc là một thực thể cụ thể.
Trên thực tế có một số mô hình dữ liệu đã được nghiên cứu:


5

 Mô hình dữ liệu mạng: Thể hiện trực tiếp các ràng buộc tùy ý giữa các
loại bản ghi. Là mô hình dữ liệu được biểu diễn bởi một đồ thị có hướng.
 Mô hình dữ liệu quan hệ: Các ràng buộc được thể hiện qua các quan hệ
tức là bảng giá trị. Mô hình dựa trên lý thuyết tập hợp và đại số quan hệ.
Vì tính chất chặt chẽ của toán học về lí thuyết tập hợp nên mô hình này
đã mô tả dữ liệu một cách rõ ràng, uyển chuyển và trở thành rất thông
dụng.
 Mô hình dữ liệu hướng đối tượng: Cho phép biểu diễn dữ liệu tự nhiên
và sát với thực tế hơn cả. Tuy nhiên cho đến nay, chưa có một cơ sở toán
học tốt hình thức hóa ở mức cao, chặt chẽ đối với mô hình này.
Mô hình dữ liệu quan hệ do E.F. Codd đề xuất năm 1970 là cơ sở cho hầu
hết các hệ thống cơ sở dữ liệu hiện tại. Mô hình dữ liệu quan hệ được quan tâm là vì
nó được xây dựng trên cơ sở toán học chặt chẽ. Mô hình dữ liệu quan hệ cung cấp
các khái niệm chặt chẽ được hình thức hóa cao, cho phép áp dụng các cộng cụ toán
học, các thuật toán tối ưu trên mô hình dữ liệu quan hệ. Mô hình dữ liệu quan hệ
được trừu tượng hóa cao và chỉ dừng ở mức logic.
1.1.3. Thuộc tính, miền thuộc tính và kiểu thuộc tính
Định nghĩa 1.2: Thuộc tính, miền giá trị của thuộc tính
Thuộc tính là đặc trưng của quan hệ.

Tập tất cả các giá trị có thể có của thuộc tính Ai gọi là miền giá trị của thuộc
tính đó, ký hiệu: Dom(Ai) hay viết tắt là: DAi
Ví dụ 1.1:
Nhânviên(MaNV, Ten, NgSinh, Đchi)
Dom(MaNV) = {char(5)}; Dom(Ten) = {char(10)};
Dom(NgSinh) = {date};

Dom(Đchi) = {‘HN’, ‘HP’, ‘VP’, …}.

Mỗi một thuộc tính đều phải thuộc một kiểu dữ liệu. Kiểu dữ liệu có thể là
vô hướng - là các kiểu dữ liệu cơ bản như chuỗi, số, logic, ngày tháng,… hoặc các
kiểu có cấu trúc được định nghĩa dựa trên các kiểu dữ liệu đã có sẵn.


6

1.1.4. Quan hệ, lược đồ quan hệ
Định nghĩa 1.3: Quan hệ
Cho U = {A1, A2, …, A} là một tập hữu hạn không rỗng các thuộc tính. Mỗi
thuộc tính Ai (i =1, 2, …, ) có miền giá trị là Dom(Ai). Khi đó r là một tập các bộ
{r1, r2, …, rm} được gọi là quan hệ trên U với rj (j = 1, 2, …, m) là một hàm rj:
U 

D

Ai

sao cho r j . Ai  Dom ( Ai ) (i =1, 2, …, ).

Ai U

Có thể xem một quan hệ như một bảng, trong đó mỗi hàng (phần tử) là một
bộ và mỗi cột tương ứng với một thành phần gọi là thuộc tính.
Ví dụ 1.2:
Nhanvien (MNV

TEN

NgSinh

Đchi)

SP2.1

Hà

2/04/76

HN

SP2.2

Anh

4/05/70

VP

SP2.3

Bình

2/04/76

HP

Trong đó các thuộc tính là MNV: mã nhân viên; TEN: tên; NgSinh: ngày
sinh; Đchi: địa chỉ.
Bộ giá trị: (SP2.1, Hà, 2/04/76, HN) là một bộ.
Định nghĩa 1.4: Lược đồ quan hệ
Tập tất cả các thuộc tính trong một quan hệ cùng với mối liên hệ giữa chúng
được gọi là lược đồ quan hệ.
Lược đồ quan hệ R với tập thuộc tính U={A1, A2, .., A} được viết là R(U)
hoặc R{A1, A2, .., A}.
1.1.5. Khoá của quan hệ
Định nghĩa 1.5: Khóa của quan hệ
Khoá của quan hệ r xác định trên tập thuộc tính U = {A1, A2, .., A}là tập con
K U sao cho bất kỳ hai bộ khác nhau t1, t2  r luôn thoả t1.K ≠ t2.K và bất kỳ tập
con thực sự K1  K nào đó đều không có tính chất đó.
Trong ví dụ 1.2 thì thuộc tính MNV là khóa của quan hệ Nhanvien.


7

Khoá là một khái niệm rất quan trọng trong việc thiết kế một cơ sở dữ liệu
quan hệ. Khoá thường được áp dụng trong việc tìm kiếm hay cập nhật dữ liệu trong
các cơ sở dữ liệu quan hệ.

1.2. Thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ
1.2.1. 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 trên 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).
Thủy vân số (digital watermarking)là quá trình chèn thông tin vào dữ liệu số
bằng các thuật toán xử lý trên máy tính. Các thủy vân số này đảm bảo có khả năng
phát hiện bằng thuật toán xác định trên máy tính.
Thuỷ vân số 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 kỹ thuật 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 kỹ thuật này thường được
dùng trong các ứng dụng nhận thực thông tin, đảm bảo sự toàn vẹn dữ
liệu.
1.2.2. Thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ
Ngày nay, việc sử dụng các cơ sở dữ liệu trong 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
hiện đang đưa đến một sức ép rất nặng nề cho những người muốn bảo vệ dữ liệu
trong việc tạo ra các dịch vụ (thường được gọi là các dịch vụ web hoặc các tiện ích
điện tử) cho phép người sử dụng tìm kiếm và truy cập cơ sở dữ liệu từ xa. Mặc dù


8

xu hướng này là hữu ích cho người dùng cuối nhưng nó cũng bộc lộ một mối nguy
hiểm cho những nhà cung cấp dữ 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 các cơ sở dữ liệu của họ bị đánh cắp.
Định nghĩa 1.6: Thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ
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 đảm bảo 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 một cơ sở dữ liệu quan hệ, chẳng hạn
như có các thuộc tính mang một đặc điểm là những thay đổi nhỏ tại một số giá trị
của chúng không làm ảnh hưởng đến các ứng dụng. Ví dụ, các nhà xuất bản sách
khi in các bảng toán học (như các bảng logarit và lịch thiên văn) thường cố ý đưa
vào một số lỗi nhỏ để có thể dễ dàng nhận dạng các bản sao bị ăn cắp.
1.2.3. Khóa thủy vân
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 trộn W 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 chúng tôi định nghĩa như sau:
Định nghĩa 1.7: Khóa thủy vân
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 với 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 trong 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 trong 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


9

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 trong cơ sở dữ liệu quan hệ là một trong những điểm
quan trọng của bài toán bảo vệ bản quyền và đảm bảo sự toàn vẹn dữ liệu trong cơ
sở dữ liệu quan hệ có sử dụng khóa. Một trong những cách giấu khóa hữu hiệu nhất
là sử dụng hàm băm vì kỹ thuật này đảm bảo được yêu cầu bảo mật cũng như chi
phí tính toán.
Định nghĩa 1.8. Hàm băm
Hàm băm (Hash function) là giải thuật nhằm sinh ra các giá trị băm tương
ứng với mỗi khối dữ liệu (có thể là một chuỗi kí tự, một đối tượng, v.v...). Ký hiệu
là H.
Cho hàm băm H thao tác trên một thông điệp đầu vào có độ dài tùy ý M và
kết quả là một độ dài cố định h: h = H(M). Hàm này có các đặc trưng sau:
 với M đã cho, dễ dàng tính được h
 với h đã cho, khó tính được M sao cho H(M) = h, và
 với M đã cho, khó tìm được một thông điệp khác M0 sao cho H(M) =
H(M0).
Hàm H(K || r.A) băm khóa K cùng với giá trị thuộc tính A của bộ r, hàm
H(K||ri.A1||ri.A2||….||ri.A) băm khóa K cùng với các giá trị thuộc tính của bộ ri của
cơ sở dữ liệu, trong đó || là phép ghép nối. Để đơn giản trong cách đánh giá độ phức
tạp tính toán của các lược đồ thủy vân, luận văn sẽ bỏ qua độ phức tạp tính toán của
hàm băm.
Trong thực tế, hai hàm băm thông dụng nhất là MD5 và SHA [12]. Trong
các thử nghiệm, luận văn dùng hàm băm MD5.
1.2.4. 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 [12]. 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 trong môi trường
Internet. Để xác minh quyền sở hữu của một cơ sở dữ liệu đáng ngờ, quá trình xác

10

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 trong giai đoạn nhúng) thủy vân nhúng (nếu có)
được lấy ra và so sánh với các thông tin thủy vân ban đầu. Hình 1.1 và Hình 1.2 là
sơ đồ mô tả lược đồ thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ cơ bản [5].
Khóa K

Cơ sở dữ liệu
gốc

Nhúng thủy vân

Cơ sở dữ liệu đã
nhúng thủy vân

Thông tin thủy vân
(W)
Hình 1. 1. Sơ đồ nhúng thủy vân cơ bản
Khóa K

Cơ sở dữ liệu
nghi ngờ

Phát hiện thủy vân

Khẳng định đúng
hoặc sai

Thông tin thủy vân
(W)
Hình 1. 2. Sơ đồ phát hiện thủy vân cơ bản
1.2.5. Sự cần thiết của các kỹ thuật thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ
Hiện nay, có khá nhiều tài liệu về thuỷ vân các dữ liệu đa phương tiện. Hầu
hết các kỹ thuật này ban đầu được phát triển cho các bức ảnh tĩnh và sau đó được
mở rộng cho video và audio. Có rất nhiều các kết quả của thuỷ vân dữ liệu đa
phương tiện có thể áp dụng cho thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ, nhưng cho đến nay
vẫn còn rất nhiều thách thức kỹ thuật mới đối với lĩnh vực thuỷ vân cơ sở dữ liệu


11

quan hệ bởi vì các dữ liệu quan hệ và các dữ liệu đa phương tiện khác nhau ở khá
nhiều khía cạnh quan trọng. Những khác biệt đó [1] bao gồm:
 Một đối tượng đa phương tiện thường chứa một lượng các bit dư thừa.
Vì vậy, các kỹ thuật thuỷ vân có một cái mặt nạ (vỏ) rất rộng để có thể
giấu tin vào trong. Trong khi đó, một quan hệ cơ sở dữ liệu chứa các bộ,
mỗi bộ này biểu diễn một đối tượng riêng biệt. Cho nên, các kỹ thuật
thuỷ vân cần phải được trải rộng trên tất cả các đối tượng riêng biệt này.
 Vị trí tương đối về không gian/thời gian của các phần khác nhau của một
đối tượng đa phương tiện có đặc thù là không thể thay đổi. Nhưng các bộ
của một quan hệ lại cấu thành một tập hợp và do vậy không cần phải áp
đặt một thứ tự nào giữa các đối tượng này.
 Các phần khác nhau của một đối tượng đa phương tiện không thể bị cắt
bỏ hoặc thay thế một cách tuỳ ý mà không gây ra những thay đổi trong
đối tượng. Ngược lại, việc thêm, bớt, và cập nhật các bộ của một bảng
quan hệ lại là những phép toán chuẩn trong cơ sở dữ liệu. Do đó, sẽ rất
khó để phát hiện những xâm hại đơn giản như xóa bỏ một số bộ hoặc

thay thế chúng bằng các bộ của các quan hệ khác.
 Do có những khác nhau như đã nêu trên đây mà các kỹ thuật được phát
triển cho các dữ liệu đa phương tiện không thể được sử dụng trực tiếp để
thuỷ vân các dữ liệu quan hệ.
Thật vậy, giả sử chúng ta ánh xạ một quan hệ thành một bức ảnh bằng cách
xem mỗi giá trị thuộc tính như một điểm ảnh. Nhưng “bức ảnh” được định nghĩa
như vậy sẽ thiếu rất nhiều tính chất của một bức ảnh thật. Ví dụ, các điểm ảnh nằm
cạnh nhau trong một bức ảnh thật thường có quan hệ rất mật thiết với nhau và quan
hệ này là cơ sở cho nhiều kỹ thuật thuỷ vân ảnh tĩnh. Các kỹ thuật thuỷ vân trên
miền biến đổi của ảnh thường thực hiện theo quy trình: trước hết áp dụng một phép
biến đổi (cosine rời rạc - DCT, sóng nhỏ - DWT, . . .) miền giá trị của bức ảnh, sau
đó nhúng thuỷ vân vào miền đã biến đổi rồi biến đổi ngược trở lại. Cách làm này
trải các tín hiệu thuỷ vân như phủ một màn nhiễu trên toàn bộ bức ảnh. Áp dụng


12

trực tiếp các kỹ thuật này cho một quan hệ sẽ làm sai lệch giá trị của tất cả các thuộc
tính. Điều đó có thể sẽ không được chấp nhận. Hơn nữa, một thuỷ vân như vậy có
thể không tồn tại được ngay cả trước những cập nhật nhỏ đối với quan hệ.
Các kỹ thuật thủy vân văn bản thường lợi dụng các tính chất đặc biệt của văn
bản đã được định dạng. Thủy vân thường được nhúng vào văn bản bằng cách thay
đổi khoảng cách giữa các từ và các dòng văn bản. Một số kỹ thuật dựa vào việc
nhấn mạnh một vài câu trong văn bản. Nhìn chung, các kỹ thuật này có thể sử dụng
để thủy vân các quan hệ chỉ chứa các thuộc tính kiểu văn bản, còn đối với các quan
hệ chứa các thuộc tính kiểu đơn giản thì rất khó áp dụng.

1.3. Các yêu cầu trên thuỷ vân cơ sở dữ liệu quan hệ
Thủy vân các cơ sở dữ liệu quan hệ có những thách thức đối với các kỹ thuật
và các ứng dụng thực tế có ý nghĩa đáng được quan tâm từ phía cộng đồng những

người nghiên cứu cơ sở dữ liệu quan hệ. Cần phải xác định một hệ thống thủy vân
và kèm theo đó là phát triển các kỹ thuật nhất định. Những kỹ thuật này sẽ dựa vào
phần lớn các nguyên tắc thủy vân đang tồn tại. Tuy nhiên, chúng cũng sẽ đòi hỏi
phải có những mở rộng và các nghiên cứu sâu hơn [1].
Giả dụ, có quan hệ r thuộc lược đồ quan hệ R có  bộ, trong đó chủ dữ liệu
đã thủy vân v bộ. Hệ thống thủy vân cần phải thỏa mãn những tính chất sau đây:
1.3.1. Khả năng có thể phát hiện
Chủ dữ liệu cần phải có khả năng phát hiện (Detectability) thủy vân bằng
cách xem xét v bộ từ cơ sở dữ liệu nghi ngờ. Rõ ràng là nếu chủ dữ liệu phát hiện
mẫu thủy vân có mặt ở tất cả v bộ thì chủ sở hữu có lý do xác đáng để nghi ngờ có
sự sao chép trái phép. Tuy nhiên, chủ sở hữu cũng có thể ngờ vực ngay cả khi phát
hiện mẫu thủy vân chỉ có mặt ở ít nhất là  bộ (  v) trong đó  phụ thuộc vào v và
một giá trị α cho trước, được gọi là mức ý nghĩa của phép thử. Giá trị của  được
xác định sao cho xác suất để chủ sở hữu sẽ tìm thấy mẫu thủy vân của mình trong ít
nhất  bộ từ v bộ là nhỏ hơn α.
Một hướng khác, người được ủy quyền sử dụng cơ sở dữ liệu quan hệ muốn
xác nhận dữ liệu được gửi từ chủ sở hữu là nguyên vẹn không bị thay đổi trong quá


13

trình gửi. Cơ sở dữ liệu quan hệ được gửi từ chủ sở hữu phải chứa thủy vân đã được
nhúng. v bộ sẽ được xem xét để xác minh tính toàn vẹn của dữ liệu. Khi có bất kỳ
thay đổi nào trong dữ liệu được thủy vân thì cơ sở dữ liệu đó đã bị sửa đổi. Người
được ủy quyền sử dụng cơ sở dữ liệu quan hệ có thể yêu cầu chủ sở hữu gửi lại dữ
liệu hoặc có thể khoanh vùng các giả mạo và vẫn có thể sử dụng được các dữ liệu
không bị giả mạo bên trong.
1.3.2. Tính bền vững và dễ vỡ
Các thủy vân cần phải bền vững trước những tấn công nhằm xóa bỏ. Ví như,
kẻ tấn công thay đổi k bộ trong quan hệ r của chủ sở hữu. Khi đó, 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  bộ, trong đó  phụ thuộc vào v và α như đã nói ở trên.
Ngược lại, trong các lược đồ thủy vân dễ vỡ, khi có bất kỳ tấn công nào lên
dữ liệu thì các thủy vân không còn nguyên vẹn. Vì vậy, kẻ tấn công dữ liệu mong
muốn thay đổi k bộ trong quan hệ r của chủ sở hữu mà vẫn không làm thay đổi thủy
vân. Khi đó, nếu những thay đổi của kẻ tấn công làm thay đổi các thủy vân được
giấu thì ta có thể kết luận rằng quan hệ đã bị tấn công.
1.3.3. Khả năng cập nhật dữ liệu
Sau khi quan hệ r đã thủy vân, chủ sở hữu có thể cập nhật quan hệ r khi cần
thiết mà không làm hỏng thủy vân. Khi chủ sở hữu 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 trên
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.
Tuy nhiên, khi quan hệ r đã thủy vân được cập nhật dữ liệu thì kẻ tấn công
dữ liệu sẽ xem đây là các tấn công trên quan hệ r. Để giải quyết vấn đề này, chủ sở
hữu có thể cập nhật, thủy vân lại quan hệ r và gửi sang cho người được ủy quyền sử
dụng dữ liệu. Vấn đề này giải quyết cho bài toán đảm bảo tính toàn vẹn của quan hệ
trong quá trình truyền tải.


14

1.3.4. Tính ẩn và hiện
Đối với thuỷ vân ẩn, dữ liệu sau khi thủy vân không dễ nhận thấy được bằng
mắt thường của con người (trừ chủ dữ liệu). Sự thay đổi do các dấu hiệu thuỷ vân
gây ra cho dữ liệu quan hệ không được làm giảm giá trị sử dụng của cơ sở dữ liệu.
Hơn nữa, các phép đo thống kê thông thường như trung bình, phương sai của các
thuộc tính số cũng không nên bị ảnh hưởng đáng kể.
Tuy nhiên, trong một số trường hợp, thủy vân có tính hiện, dễ dàng nhận
thấy bằng mắt thường hoặc bằng một số phương pháp kiểm tra. Nhưng sự thay đổi

do các thủy vân gây ra cho dữ liệu quan hệ không làm ảnh hưởng tới giá trị sử dụng
của cơ sở dữ liệu quan hệ. Tính hiện của dữ liệu có thể giúp cho việc dễ vỡ của thủy
vân khi có bất kỳ tấn công nào trên dữ liệu được nhúng.
1.3.5. Phát hiện mù
Việc phát hiện thuỷ vân không đòi hỏi các thông tin về cơ sở dữ liệu gốc và
cả thuỷ vân gốc. Một lược đồ thủy vân như vậy được gọi là hệ thống mù (Blind
System). Tính chất này rất quan trọng vì nó cho phép phát hiện thuỷ vân trong bản
sao của quan hệ cơ sở dữ liệu cho dù quan hệ gốc đã được cập nhật.
Để phát hiện mù đối với cơ sở dữ liệu thì một số thông số liên quan đến chủ
sở hữu vẫn là cần thiết để chứng minh cơ sở dữ liệu thuộc quyền sở hữu hoặc chứng
minh tính toàn vẹn của cơ sở dữ liệu.

1.4. Các ứng dụng chủ yếu của thuỷ vân quan hệ
Bảo vệ bản quyền
Ngày nay, việc bảo vệ bản quyền hoặc chứng minh quyền sở hữu (Copyright
Protection or Proving Ownership) đối với các cơ sở dữ liệu quan hệ là một vấn đề
quan trọng trong các môi trường ứng dụng, như môi trường Internet và trong nhiều
ứng dụng phân phối dữ liệu. Đây là ứng dụng cơ bản nhất của kỹ thuật thuỷ vân.
Một thông tin nào đó (hay còn gọi là thuỷ vân) mang ý nghĩa quyền sở hữu sẽ được
nhúng vào trong 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
[12].


15

Vấn đề chứng minh bản quyền hay quyền sở hữu công khai cơ sở dữ liệu cần
được thực hiện bởi một bên thứ ba. Bên thứ ba có thể là một tổ chức thuộc chính
phủ hay một tổ chức cá nhân làm việc trong ngành chứng thực có uy tín và được
cấp phép chứng thực. Để có thể chứng thực quyền sở hữu cơ sở dữ liệu, chủ sở hữu

cơ sở dữ liệu cần phải đăng ký với tổ chức chứng thực các thông tin liên quan vào
trong một văn bản được gọi là giấy chứng thực. Giấy chứng thực bao gồm các
thông tin như: Định danh của chủ sở hữu cơ sở dữ liệu, khóa thủy vân, thủy vân, các
thông tin pháp lý và tổ chức uy tín cấp giấy chứng thực.
Các thông tin pháp lý bao gồm: thời gian bắt đầu, thời gian kết thúc, thời
gian giấy chứng thực lần đầu tiên. Các thông tin này giúp cho việc xem xét quyền
sở hữu cơ sở dữ liệu và cũng là các thông tin pháp lý được sử dụng khi có tranh cãi
về quyền sở hữu cơ sở dữ liệu.
 Việc chứng minh quyền sở hữu cơ sở dữ liệu được thực hiện qua các
bước sau:
 Kiểm tra các thông tin pháp lý còn thỏa mãn hay không.
 Sử dụng các thông tin về khóa thủy vân, thủy vân, cơ sở dữ liệu và thuật
toán phát hiện thủy vân để xác minh quyền sở hữu.
 Kết luận quyền sở hữu và cấp một giấy chứng nhận mới.
Đảm bảo sự toàn vẹn
Một tập thông tin sẽ được giấu trong 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 kỹ thuật thuỷ vân, có thể lấy thông tin đã giấu vào trong 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 [12].
Trong các ứng dụng thực tế, các kỹ thuật thủy vân mong muốn tìm được vị
trí bị xuyên tạc, cũng như phân biệt được các thay đổi và khôi phục lại dữ liệu gốc.
Tuy nhiên, việc đáp ứng được tất cả các yêu cầu trên là vô cùng khó khăn. Ngay cả
việc xác định vị trí bị xuyên tạc trong cơ sở dữ liệu quan hệ cũng đã rất khó và


16

thường phải có thêm các ràng buộc cần thiết. Chẳng hạn như, khoanh vùng xuyên

tạc tại một khu vực (nhóm) sẽ dễ hơn rất nhiều so với xác định vị trí chính xác của
xuyên tạc. Tương tự việc phân biệt các thay đổi và khôi phục dữ liệu gốc cũng gặp
những khó khăn nhất định. Việc khôi phục dữ liệu gốc thường chỉ thực hiện được
đối với những thay đổi nhỏ (thường là một thuộc tính của một bộ). Tuy nhiên, để có
thể khôi phục được như vậy cũng yêu cầu rất nhiều ràng buộc.
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
Thuỷ vân trong những ứng dụng này được sử dụng để nhận diện người gửi
hay người nhận một thông tin nào đó. Trong các ứng dụng, dữ liệu cơ sở dữ liệu là
công bố công khai trên mạng, chủ sở hữu dữ liệu muốn ngăn cản sao chép và phân
phối trái phép bằng cách nhúng một thủy vân riêng (hoặc giấu vân tay) trong mỗi
bản sao của dữ liệu. Nếu tại một thời điểm nào đó sau này, các bản sao trái phép của
các cơ sở dữ liệu được tìm thấy, thì nguồn gốc của bản sao chép có thể được xác
định bằng cách lấy giấu vân tay. Với những ứng dụng này thì yêu cầu là đảm bảo độ
an toàn cao cho các thuỷ vân, tránh khả năng xoá dấu vết trong khi phân phối [12].

1.5. Các kỹ thuật thuỷ vân cơ sở dữ liệu quan hệ
Thủy vân dựa trên các bit ít ý nghĩa nhất (LSB)
Các lược đồ thủy vân dựa trên các bit ít ý nghĩa nhất (LSB - Least
Significant Bit) đề xuất trong các bài báo [1], [2], [3] sau đó được các tác giả phát
triển thêm [7], [8], [11]. Lược đồ thủy vân áp dụng cho cơ sở dữ liệu quan hệ có dữ
liệu kiểu số. Tư tưởng chính của kỹ thuật 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. Kỹ thuật
này sử dụng các bit ít ý nghĩa nhất của các bộ trong 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 kỹ thuật này là:

17

 Kỹ thuật 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 kỹ thuật 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 kỹ thuật này là:
 Nếu giá trị dữ liệu nhận giá trị null (rỗng) nhưng vẫn thủy vân.
 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.
Do đó, đối với lược đồ thủy vân này cần có những cải tiến về kỹ thuật thủy
vân để khắc phục các nhược điểm đã nêu trên.
Thủy vân dựa vào bit ý nghĩa nhất (MSB)
Lược đồ thủy vân dựa vào bit ý nghĩa nhất (MSB - Most Significant Bit)
được đề xuất bởi Li, Y. và Deng, R. H [9]. Lược đồ thủy vân áp dụng cho cơ sở dữ
liệu quan hệ có dữ liệu kiểu số. Ý tưởng của kỹ thuật này là xây dựng một quan hệ
mới rw là một bản sao của quan hệ gốc r có cùng các thuộc tính. Trong đó, thuộc
tính khóa chính của quan hệ rw trùng với thuộc tính khóa chính của quan hệ r và các
thuộc tính còn lại chỉ chứa các giá trị 0 hoặc 1 là bit MSB của giá trị các thuộc tính
trong quan hệ r. Quan hệ rw được xây dựng dựa trên các bit ý nghĩa nhất của quan
hệ gốc r.
Quá trình nhúng sử dụng khóa thủy vân cùng với quan hệ gốc r nhằm sinh ra
một quan hệ tương ứng rw chỉ chứa các giá trị 0 hoặc 1 như nói ở trên. Sau quá trình
nhúng thủy vân, quan hệ rw, khóa thủy vân và mức ý nghĩa sẽ được đăng kí quyền
sở hữu bởi một bên thứ ba có thẩm quyền.

Khi có nghi ngờ cơ sở dữ liệu bị sao chép, các dữ liệu được đăng kí sẽ được
sử dụng để chứng minh bản quyền cơ sở dữ liệu.


18

Ưu điểm của kỹ thuật này là:
 Thủy vân sử dụng bit MSB để ngăn cản các cuộc tấn công sửa đổi dữ
liệu. Khi khóa thủy vân K, thủy vân W và thuật toán được công khai, ai
cũng có thể xác định được vị trí của những MSB.
 Bất kỳ sửa đổi MSB nào trong dữ liệu có thể dễ dàng bị phát hiện trong
giai đoạn kiểm tra.
 Không làm thay đổi giá trị của dữ liệu.
 Được sử dụng để bảo vệ bản quyền công khai.
Nhược điểm của kỹ thuật này là:
 Việc thay đổi của các bit khác MSB trong dữ liệu có thể không được
phát hiện.
 Miền ứng dụng hẹp do chỉ áp dụng cho các cơ sở dữ liệu quan hệ với
thuộc tính có kiểu dữ liệu số.
 Việc đăng kí quyền sở hữu tốn kém.
 Việc xác định mức ý nghĩa phức tạp.
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
trong các thuộc tính có thể gây ra phiền phức, các tác giả Ersin Uzun và Bryan
Stephenson [6] đã phát triển một kỹ thuật thủy vân đơn giản nhưng hiệu quả dựa
vào việc hoán vị giá trị các thuộc tính. Ý tưởng của kỹ thuật 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 trong một giới hạn mà cơ sở dữ liệu có thể
chấp nhận được.

Ưu điểm của kỹ thuật này là:
 Có thể áp dụng cho nhiều loại dữ liệu nhưng sử dụng tốt nhất cho dữ liệu
kiểu số.
 Kỹ thuật này là cải tiến một số nhược điểm của hai kỹ thuật LSB và
MSB.


19

 Không làm thay đổi giá trị của dữ liệu.
Nhược điểm của kỹ thuật 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.
 Đây là một hướng có thể phát triển tiếp để khắc phục nhược điểm của kỹ
thuật này.
Thủy vân dựa vào việc chèn thêm ảnh nhị phân
Trong [4], [10] các tác giả 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.
Ý tưởng chính của kỹ thuật này [4] 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 trong các thuộc tính kiểu văn
bản được viết cách nhau đúng 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
trị này vào thuộc tính văn bản, chỉ việc thêm một dấu cách vào sau từ thứ dj+1 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 kỹ thuật 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 kỹ thuật này là: