Thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ dựa trên kỹ thuật tối ưu hóa áp dụng giải thuật di truyền

I H C THÁI NGUYÊN

KHOA CÔNG NGH THÔNG TIN

H và tên tác gi

V V N HUY

Tên đ tài

TH Y VÂN C S D LI U QUAN H D A
TRÊN K THU T T I U HOÁ ÁP D NG
GI I THU T DI TRUY N

LU N V N TH C S NGÀNH KHOA H C MÁY TÍNH

Thái Nguyên - 2009


I H C THÁI NGUYÊN

KHOA CÔNG NGH THÔNG TIN

H và tên tác gi

V V N HUY

Tên đ tài

TH Y VÂN C S D LI U QUAN H D A
TRÊN K THU T T I U HOÁ ÁP D NG

GI I THU T DI TRUY N
Chuyên ngành: Khoa h c máy tính
Mã s : 604801

LU N V N TH C S NGÀNH KHOA H C MÁY TÍNH

NG

IH

NG D N KHOA H C
TS BÙI TH H NG

Thái Nguyên - 2009


L I CAM OAN
Tôi xin cam đoan lu n v n “Th y vân c s d li u quan h d a trên k
thu t t i u hoá áp d ng gi i thu t di truy n” này là công trình nghiên c u
c a riêng tôi. Các s li u s d ng trong lu n v n là trung th c. Các k t qu
nghiên c u đ

c trình bày trong lu n v n ch a t ng đ

c công b t i b t k

công trình nào khác.
V V n Huy

L I NÓI
hoàn thành lu n v n này, tr

U

c tiên tôi xin chân thành c m n s

ch b o t n tình c a TS Bùi Th H ng, ng

i đã nhi t tình ch b o góp ý giúp

tôi hoàn thành lu n v n này.
Tôi xin chân thành c m n Khoa Công ngh thông tin –

i h c Thái

Nguyên, Vi n Công ngh thông tin đã t o đi u ki n giúp tôi hoàn thành lu n
v n này.
Tôi xin chân thành c m n b n Võ Phúc Nguyên – Gv Khoa i n T
- H K thu t công nghi p Thái Nguyên đã tr giúp tôi r t nhi u trong quá
trình hoàn thành lu n v n này.
L i sau cùng tôi xin chân thành c m n nh ng ng

i thân trong gia

đình cùng các b n đ ng nghi p đã đ ng viên tôi hoàn thành lu n v n này.
V V n Huy


-1-

M CL C
M C L C.............................................................................................................................. 1
DANH M C CÁC THU T NG ........................................................................................... 3
DANH M C CÁC HÌNH V ................................................................................................. 4
DANH M C CÁC B NG BI U ............................................................................................ 5
M
U ................................................................................................................................ 6
1. Lý do l a ch n đ tài..................................................................................................... 6
2. M c tiêu nghiên c u...................................................................................................... 7
3. Ph m vi nghiên c u....................................................................................................... 7
4. Ph ng pháp nghiên c u .............................................................................................. 7
5. Ý ngh a khoa h c và ý ngh a th c ti n c a đ tài ......................................................... 8
6. C u trúc c a lu n v n ................................................................................................... 8
CH NG 1 – T NG QUAN V THU VÂN VÀ GI I THU T DI TRUY N...................... 9
1.1. C b n v k thu t gi u tin ...................................................................................... 10
1.1.1. Khái ni m v gi u tin........................................................................................ 10
1.1.2. Phân lo i các k thu t gi u tin......................................................................... 10
1.1.3. M c đích c a gi u tin ....................................................................................... 12
1.1.4. Môi tr ng gi u tin .......................................................................................... 12
1.2. C b n v thu vân................................................................................................... 14
1.2.1. Khái ni m thu vân........................................................................................... 14
1.2.2. M t s v n đ có liên quan đ n thu vân ......................................................... 16
1.2.3. Khái ni m thu vân c s d li u ..................................................................... 17
1.3. M t s ng d ng c a thu vân ................................................................................. 18
1.3.1. B o v b n quy n tác gi (copyright protection) ............................................. 18
1.3.2. Phát hi n xuyên t c thông tin (authentication and tamper detection) ............. 18
1.3.3. L y d u vân tay hay dán nhãn (fingerprinting and labeling) .......................... 19
1.3.4. i u khi n thi t b (Device control) ................................................................. 19
1.3.5. Theo dõi quá trình s d ng (Tracking) ............................................................ 19

1.3.6. Theo dõi truy n thông (Broadcast Monitoring) ............................................... 19
1.3.7. Truy n tin bí m t (Concealed Communication) ............................................... 20
1.4. Gi i thu t di truy n .................................................................................................. 20
CH NG 2 – TH C TR NG NGHIÊN C U THU VÂN C S D LI U QUAN H 22
2.1. Tình hình nghiên c u trong n c............................................................................. 22
2.2. Tình hình nghiên c u trên th gi i........................................................................... 22
2.2.1. Theo ki u d li u (Data type)........................................................................... 23
Th c hi n: V V n Huy


-22.2.2. Theo ki u bi n d ng (Distortion) ..................................................................... 23
2.2.3. Theo đ nh y (Sensitivity) ................................................................................ 24
2.2.4. Theo thông tin thu vân (watermark information) ........................................... 25
2.2.5. Tính ki m tra đ c ........................................................................................... 26
2.2.6. Theo c u trúc d li u (Data structure)............................................................. 27
CH NG 3 – N I DUNG VÀ CÁC K T QU NGHIÊN C U......................................... 29
3.1. Phân ho ch d li u .................................................................................................. 29
3.2. Nhúng thu vân ........................................................................................................ 33
3.2.1. Mã hoá bit đ n ................................................................................................. 34
3.2.2. Áp d ng gi i thu t di truy n gi i bài toán t i u ............................................. 38
3.2.3. Thu t toán nhúng thu vân ............................................................................... 41
3.2.4. ánh giá ng ng gi i mã................................................................................. 42
3.3. Gi i mã thu vân ...................................................................................................... 46
3.4. K t qu th c nghi m ................................................................................................ 48
K T LU N VÀ KI N NGH ................................................................................................ 52
PH L C ............................................................................................................................ 54
TÀI LI U THAM KH O...................................................................................................... 57

Th c hi n: V V n Huy

-3-

DANH M C CÁC THU T NG
MSB (Most significant bit): Bit ý ngh a nh t
LSB (Least significant bit): Bit ít ý ngh a nh t
MAC (Message Authentication Code) : Mã xác th c thông đi p
GA (Genetic Algorithms): Gi i thu t di truy n

Th c hi n: V V n Huy


-4-

DANH M C CÁC HÌNH V

Hình 1.1. 1. M t cách phân lo i k thu t gi u tin................................................................ 11
Hình 3. 1. Cách phân ho ch b d li u............................................................................... 32
Hình 3. 2. Th ng kê phân b t p Xmax, Xmin và cách l y ng

Th c hi n: V V n Huy

ng T* ............................. 45


-5-

DANH M C CÁC B NG BI U
B ng 1. Danh m c các ký hi u ............................................................................................ 30
B ng 2. Th ng kê các t n công v i s l n t n công là 20.................................................... 51

Th c hi n: V V n Huy


-6-

M

U
1. Lý do l a ch n đ tài
2. M c tiêu nghiên c u
3. Ph m vi nghiên c u
4. Ph

ng pháp nghiên c u

5. Ý ngh a khoa h c và ý ngh a th c ti n
6. C u trúc c a lu n v n
1. Lý do l a ch n đ tài
Ngày nay, các ng d ng và các s n ph m s trong đó bao g m c các
c s d li u quan h đ
tr

c phát tri n và phân ph i r ng kh p trong môi

ng Internet, vì v y vi c ch ng minh quy n s h u đ i v i các s n ph m

này sau khi chuy n giao là m t v n đ r t c n thi t. Vi c th c thi quy n s
h u d li u là m t yêu c u quan tr ng đòi h i các gi i pháp đ ng b , bao g m
các khía c nh v k thu t, v t ch c, và c lu t pháp. M c dù v n ch a có

đ

c nh ng gi i pháp toàn di n nh v y nh ng trong các n m g n đây, các k

thu t thu vân đã đóng m t vai trò quy t đ nh nh m gi i quy t v n đ v
quy n s h u này.
Hi n nay, m i ch có m t vài cách ti p c n đ i v i bài toán thu vân d
li u quan h đ
tr

c đ xu t. Tuy nhiên, nh ng k thu t này không b n v ng

c các t n công thông th

ng và các t n công gây h i, vì v y c n có m t

k thu t th y vân c s d li u quan h có đ b n v ng cao h n nh t là đ i
v i các t n công xoá, s a, và chèn các b n ghi.
Lu n v n “th y vân c s d li u quan h d a trên k thu t t i u
hoá áp d ng gi i thu t di truy n” trình bày k thu t thu vân c s d li u

Th c hi n: V V n Huy


-7d a vào k thu t t i u hoá. K thu t này ph i đ m b o b n v ng tr

c các

t n công thêm, b t và thay đ i giá tr c a các b trong quan h .
2. M c tiêu nghiên c u

M c tiêu chính c a lu n v n là đi sâu nghiên c u k thu t t i u hoá đ
mã hoá và gi i mã thu vân. Trong đó t p trung nghiên c u k thu t phân
ho ch d li u không ph thu c vào các b đ

c đánh d u đ đ nh v các phân

ho ch; nghiên c u cách gi i bài toán t i u b ng gi i thu t di truy n v i các
ràng bu c trên thu c tính đ

c ch n đ ti n hành th y vân, và nghiên c u k

thu t phát hi n th y vân d a vào m t ng

ng t i u.

3. Ph m vi nghiên c u
Ph m vi nghiên c u c a đ tài là đi sâu nghiên c u v m t lý thuy t c a
thu vân và áp d ng cho c s d li u quan h .
Nghiên c u v c ch mã hoá và gi i mã thu vân c s d li u quan
h d a trên k thu t t i u hoá áp d ng thu t toán di truy n.
4. Ph

ng pháp nghiên c u
Lu n v n này là lu n v n thu c ngành k thu t chuyên ngành khoa h c

máy tính nên ph

ng pháp nghiên c u ch y u

đây là ph

ng pháp ti p c n

lý thuy t, sau đó áp d ng lý thuy t vào m t ngôn ng l p trình c th đ ki m
ch ng. D a trên nh ng k t qu ki m ch ng đó đ đ a ra các k t lu n và các
đ xu t nh m hoàn thành m c tiêu nghiên c u c a lu n v n.
C th trong lu n v n này, tác gi l y thông tin tiêu th đi n làm c s
d li u ph c v cho nghiên c u; nghiên c u v lý thuy t thu vân; nghiên c u
v cách gi i bài toán t i u hoá b ng gi i thu t di truy n; s d ng ph n m m
Matlab đ l p trình ki m ch ng lý thuy t.

Th c hi n: V V n Huy


-85. Ý ngh a khoa h c và ý ngh a th c ti n c a đ tài
a ra c s khoa h c c a vi c áp d ng k thu t t i u hoá đ mã hoá
và gi i mã thu vân trong đó s d ng gi i thu t di truy n đ gi i quy t bài
toán t i u hoá.
K t qu nghiên c u c a đ tài r t có ý ngh a trong vi c ch ng minh
quy n s h u đ i v i các s n ph m s hoá, đ c bi t là trong c s d li u
quan h sau khi đã phân ph i ho c chuy n giao.

ng th i vi c ch ng minh

quy n s h u này c ng là m t v n đ r t quan tr ng trong môi tr

ng ng

d ng d a trên Internet nh m phát tán và truy n t i thông tin.
6. C u trúc c a lu n v n

Ngoài ph n m đ u và ph n k t lu n, lu n v n đ
ch

c trình bày thành ba

ng nh sau:
- Ch
Ch

ng 1. T ng quan v thu vân và gi i thu t di truy n.
ng này ch y u trình bày v các thông tin c b n c a k thu t

gi u tin, các khái ni m c b n v thu vân và ng d ng th c ti n c a
thu vân, s l
- Ch

c v gi i thu t di truy n.

ng 2. Th c tr ng nghiên c u v thu vân c s d

li u

quan h .
Ch

ng này ch y u trình bày v th c tr ng nghiên c u v thu vân

c s d li u quan h

trong n

c và trên th gi i.

- Ch

ng 3. N i dung và các k t qu nghiên c u.

Ch

ng này đi sâu mô t chi ti t lý thuy t các b

c ti n hành thí

nghi m áp d ng k thu t t i u hoá cho mã hoá và gi i mã thu vân s .

Th c hi n: V V n Huy


-9-

CH

NG 1 – T NG QUAN V THU VÂN VÀ
GI I THU T DI TRUY N
1. C b n v gi u tin
2. C b n v thu vân
3. M t s

ng d ng c a thu vân
4. Gi i thu t di truy n

Thông tin k thu t s đã đem l i nh ng thay đ i sâu s c trong xã h i và
trong cu c s ng c a chúng ta ngày nay. Nh ng thu n l i mà thông tin k
thu t s mang l i c ng sinh ra nh ng thách th c và c h i m i cho xã h i hi n
đ i. M ng Internet toàn c u đã bi n thành m t xã h i o n i di n ra quá trình
trao đ i thông tin trong m i l nh v c c a đ i s ng. Và chính trong môi tr

ng

m và ti n nghi nh th xu t hi n nh ng v n n n, tiêu c c đang r t c n đ n
các gi i pháp h u hi u cho các v n đ an toàn thông tin nh n n n c p b n
quy n, n n xuyên t c thông tin, truy nh p thông tin trái phép, sao chép b t
h p pháp các s n ph m trí tu s v.v..
Gi i pháp cho nh ng v n đ trên đã đ
pháp gi u tin (DataHiding), đ

c bi t đ n và áp d ng đó là gi i

c nghiên c u phát tri n trong kho ng h n

ch c n m g n đây. Trong đó thu vân (watermark) là m t thành ph n c a
ph

ng pháp gi u tin.
Gi u thông tin bao g m hai k thu t chính là thu

và gi u tin bí m t (steganograph) đang đ
tri n. Các thành t u đ t đ

n (watermarking)

c quan tâm nghiên c u và phát

c trong l nh v c nghiên c u này đã b t đ u đ

c

áp d ng hi u qu cho m c đích b o v b n quy n, ch ng sao chép, phân tán
trái phép các s n ph m trong môi tr
Th c hi n: V V n Huy

ng s hoá và nhi u m c đích khác.


- 10 Nhi u ph

ng pháp gi u thông tin khác nhau đã đ

pháp có nh ng u đi m, nh

c đ xu t, m i ph

ng

c đi m riêng và thích h p cho m t nhóm các

ng d ng.
1.1. C b n v k thu t gi u tin
1.1.1. Khái ni m v gi u tin
Gi u thông tin (Datahiding) là k thu t nhúng (embedding) m t l

thông tin s nào đó vào trong m t đ i t

ng d li u s khác. M t trong nh ng

yêu c u c b n c a gi u tin là đ m b o tính ch t n c a thông tin đ
đ ng th i không làm nh h
ph

ng pháp đã và đang đ

ng

ng đ n ch t l
c r t nhi u n

ng c a d li u g c.

c gi u
ây là

c trên th gi i nghiên c u và ng

d ng r t m nh m .
S khác bi t ch y u gi a mã hoá thông tin và gi u thông tin là mã hoá
làm cho các thông tin hi n rõ là nó có đ
thông tin thì ng

i ta s khó bi t đ

c mã hoá hay không, còn v i gi u

c là có thông tin gi u bên trong.

1.1.2. Phân lo i các k thu t gi u tin
Do k thu t gi u thông tin s m i đ
đây nên xu h

c hình thành trong th i gian g n

ng phát tri n ch a n đ nh. Nhi u ph

nhi u khía c nh khác nhau đang đ

ng pháp m i, theo

c đ xu t, vì v y đã t n t i nhi u cách

phân lo i r t khác nhau.
D a trên vi c th ng kê các công trình đã công b trên các t p chí, cùng
v i thông tin v tên và tóm t t n i dung c a các công trình đã công b trên
Internet, ng

i ta chia l nh v c gi u tin ra làm hai h

ng l n, đó là

watermarking và steganography
Steganography quan tâm t i ng d ng che gi u các b n tin đòi h i đ
bí m t cao và dung l
Th c hi n: V V n Huy

ng l n.


- 11 Watermark (th y vân) quan tâm nhi u đ n ng d ng gi u các m u tin
ng n nh ng đòi h i đ b n v ng l n c a thông tin c n gi u (tr
đ i thông th

ng c a t p d li u môi tr

c các bi n

ng).

Information
hiding

Steganograp
hy

Watermarkin
g

Robust
Copyright
marking

Imperceptible
Watermarking
Thu vân n

Fragile
marking
Thu vân “d v ”

Visible
Watermarking
Thu vân hi n

Hình 1.1. 1. M t cách phân lo i k thu t gi u tin
i v i t ng h
nhau d a theo nh h

ng l n trên, quá trình phân lo i theo các tiêu chí khác
ng các tác đ ng t bên ngoài, ng

i ta có th chia

watermark thành hai lo i, m t lo i b n v ng v i các tác đ ng sao chép trái
phép, lo i th hai l i c n tính ch t hoàn toàn đ i l p: d b phá hu tr

c các

tác đ ng nói trên. C ng có th chia watermark theo đ c tính, m t lo i c n
đ

c che gi u đ ch có m t s ng

tin, lo i th hai đ i l p, c n đ

Th c hi n: V V n Huy

i ti p xúc v i nó có th th y đ

c m i ng

i nhìn th y.

c thông


- 12 1.1.3. M c đích c a gi u tin
B o m t thông tin b ng gi u tin có hai khía c nh. M t là b o m t cho
d li u đem gi u (embedded data), ch ng h n nh gi u tin m t: thông tin
m tđ

c gi u k trong m t đ i t

hi n đ

c (steganography). Hai là b o m t chính đ i t

ng khác sao cho ng

gi u d li u vào (host data), ch ng h n nh

i khác không phát
ng đ

c dùng đ

ng d ng b o v b n quy n, phát

hi n xuyên t c thông tin (watermarking)...
1.1.4. Môi tr

ng gi u tin

K thu t gi u tin đã đ
tr

c nghiên c u và áp d ng trong nhi u môi

ng d li u khác nhau nh trong d li u đa ph

ng ti n (text, image,

audio, video), trong s n ph m ph n m m và g n đây là nh ng nghiên c u trên
môi tr

ng c s d li u quan h . Trong các môi tr

đa ph

ng ti n là môi tr

ng d li u đó thì d li u

ng chi m t l ch y u trong các k thu t gi u tin.

a. Gi u tin trong nh
Gi u thông tin trong nh, hi n nay, là m t b ph n chi m t l l n nh t
trong các ch
ph

ng trình ng d ng, các ph n m m, h th ng gi u tin trong đa

ng ti n b i l

ng thông tin đ

c trao đ i b ng nh là r t l n và h n n a

gi u thông tin trong nh c ng đóng vai trò h t s c quan tr ng trong các h u
h t các ng d ng b o v an toàn thông tin nh : nh n th c thông tin, xác đ nh
xuyên t c thông tin, b o v b n quy n tác gi , đi u khi n truy c p, gi u thông
tin m t. Vì v y v n đ gi u tin trong nh này đang đ

c quan tâm r t l n c a

các nhà nghiên c u.
Thông tin s đ

c gi u cùng v i d li u nh nh ng ch t l

thay đ i và không th nh n bi t đ

c b ng th giác c a con ng

th b phát hi n b i “th giác máy”. Ngày nay, khi nh s đã đ

ng nh ít b
i, nó ch có
c s d ng r t

ph bi n, thì gi u thông tin trong nh đã đem l i r t nhi u nh ng ng d ng
Th c hi n: V V n Huy


- 13 quan tr ng trên nhi u l nh v c trong đ i s ng xã h i thì vi c nh n th c ch kí
s , xác th c thông tin đã tr thành m t v n đ c c kì quan tr ng khi mà vi c
n c p thông tin hay xuyên t c thông tin b i các tin t c đang tr thành m t
v n n n đ i v i b t kì qu c gia nào, t ch c nào. M t đ c đi m c a gi u
thông tin trong nh đó là thông tin đ

c gi u trong nh m t cách vô hình, nó

nh là m t cách mà truy n thông tin m t cho nhau mà ng
bi t đ

c b i sau khi gi u thông tin thì ch t l

i khác không th

ng nh g n nh không thay

đ i đ c bi t đ i v i nh m u hay nh xám.
b. Gi u tin trong audio
Gi u thông tin trong audio mang nh ng đ c đi m riêng khác v i gi u
thông tin trong các đ i t

ng đa ph

ng ti n khác. M t trong nh ng yêu c u

c b n c a gi u tin là đ m b o tính ch t n c a thông tin đ
không làm nh h

ng đ n ch t l

c gi u đ ng th i
đ m b o yêu c u

ng c a d li u g c.

này, k thu t gi u thông tin trong nh ph thu c vào h th ng th giác c a con
ng

i - HVS (Human Vision System) còn k thu t gi u thông tin trong audio

l i ph thu c vào h th ng thính giác HAS (Human Auditory System). Và
m t v n đ khó kh n
các tín hi u
ph

đây là h th ng thính giác c a con ng

i nghe đ

c

các gi i t n r ng và công su t l n nên đã gây khó d đ i v i các

ng pháp gi u tin trong audio. Nh ng th t may là HAS l i kém trong vi c

phát hi n s khác bi t các d i t n và công su t đi u này có ngh a là các âm
thanh to, cao t n có th che gi u đ

c các âm thanh nh th p m t cách d

dàng. Các mô hình phân tích tâm lí đã ch ra đi m y u trên và thông tin này s
giúp ích cho vi c ch n các audio thích h p cho vi c gi u tin.
V n đ khó kh n th hai đ i v i gi u thông tin trong audio là kênh
truy n tin. Kênh truy n hay b ng thông ch m s

nh h

ng đ n ch t l

ng

thông tin sau khi gi u. Gi u thông tin trong audio đòi h i yêu c u r t cao v

Th c hi n: V V n Huy


- 14 tính đ ng b và tính an toàn c a thông tin. Các ph

ng pháp gi u thông tin

trong audio đ u l i d ng đi m y u trong h th ng thính giác c a con ng

i.

c. Gi u thông tin trong video
C ng gi ng nh gi u thông tin trong nh hay trong audio, gi u tin trong
video c ng đ

c quan tâm và đ

c phát tri n m nh m cho nhi u ng d ng

nh đi u khi n truy c p thông tin, nh n th c thông tin và b o v b n quy n
tác gi . Các k thu t gi u tin trong video c ng đ
c ng theo hai khuynh h
gi u tin trong video đ
t

ng c b n c a ph

c phát tri n m nh m và

ng là thu vân s và datahiding. M t ph
c đ a ra b i Cox là ph

ng pháp

ng pháp phân b đ u. Ý

ng pháp là phân ph i thông tin gi u dàn tr i theo t n s

c a d li u ch a g c. M t s nhà nghiên c u khác đã dùng nh ng hàm Cosin
riêng và các h s truy n sóng riêng đ gi u tin. Trong các thu t toán kh i
ngu n thì th

ng các k thu t cho phép gi u các nh vào trong video nh ng

th i gian g n đây các k thu t cho phép gi u c âm thanh và hình nh vào
video.
Gi u tin là m t công ngh m i r t ph c t p, nó đang đ
h c t p trung nghiên c u

c các nhà khoa

nhi u n

c trên th gi i. Tuy nhiên, nh ng k t

qu th c nghi m cho th y đ th c s

ng d ng th c t thì l nh v c này c n

ph i có thêm th i gian đ nghiên c u và th m đ nh.
1.2. C b n v thu vân
1.2.1. Khái ni m thu vân
Thu vân s (digital watermarking) là quá trình chèn thông tin vào d
li u s đ m b o không th c m nh n đ

c b ng các giác quan c a con ng

i

nh ng l i d dàng phát hi n b i các thu t toán c a máy tính. M t d u thu
vân (watermark) mà m t m u thông tin trong su t và không th nhìn th y

Th c hi n: V V n Huy


- 15 đ

c b ng các giác quan đ

c chèn vào m t v trí thích h p trong d li u s

b ng cách s d ng m t thu t toán đ c bi t.
Tu thu c vào m c đích và ng d ng mà các yêu c u c a h th ng
watermarking đ

c đ t ra. V i các h th ng th c t , h th ng thu vân đòi h i

các yêu c u sau:
+ Tính không nh n th y đ

c (Imperceptibility): Các đi u ch nh

gây ra do nhúng watermark ph i th p h n ng

ng c m th c a con ng

ngh a là các m u dùng trong nhúng watermark ch đ

i,

c phép thay đ i r t nh

trong gi i h n cho phép.
+ Tính b n v ng (Robustness):

ây là m t yêu c u nòng c t c a

watermarking. Tùy vào t ng lo i ng d ng mà tính b n v ng này b ng đ
nhìn nh n d

c

i nhi u quan đi m khác nhau, n u nh đ i v i các ng d ng

dùng đ b o v quy n s h u thì watermark c n ph i b n v ng qua m t s các
hành đ ng c p nh t n i dung c a d li u. N u nh đ i v i ng d ng đ ch ng
làm gi ho c ch ng l i s thay đ i trên d li u thì đòi h i watermark ph i hu
b khi có các tác v này x y ra.
+ Tính không chia tách đ

c (Inseparability): Sau khi d li u đ

c

nhúng watermark thì yêu c u là ph i r t khó ho c không th tách thành 2 ph n
riêng bi t nh lúc đ u.
+ B o m t (Security): Sau khi đã nhúng watermark vào d li u, thì

yêu c u là ch cho phép nh ng user có quy n m i ch nh s a và phát hi n đ
watermark đi u này đ

c

c th c hi n nh vào key dùng làm khoá trong gi i

thu t nhúng watermark vào d li u và gi i thu t phát hi n ra watermark trong
d li u.
+ Tìm l i watermark: Có th c n ho c không c n đ n d li u g c v n
có th tìm l i đ

c thu vân đã nhúng.

Th c hi n: V V n Huy


- 16 + Trích watermark hay ki m ch ng: Cho phép ki m tra s t n t i
c a watermark trong d li u đã nhúng.
1.2.2. M t s v n đ có liên quan đ n thu vân
Visible watermarks – th y vân hi n, gi ng nh tên g i, nó là nh ng
m u thông tin, t

ng t nh nh ng logo đ

c chèn vào nh ho c video. K

thu t này ch y u áp d ng cho nh đ đánh d u các nh trong c s d li u
nh ho c ng n ch n s mua bán trên web có s d ng nh ng nh này. K thu t
k t h p thu vân v i nh g c dùng cách thay đ i đ sáng c a nh g c b ng

cách dùng m t hàm thu vân v i m t khoá bí m t. Khoá bí m t này xác đ nh
giá tr gi ng u nhiên dùng cho vi c đi u ch nh đ sáng, m c đích là đ gây
khó kh n h n cho các t n công xoá b d u n i này.
Watermarking – Thu vân, ng

c l i v i steganography, nó có thêm

khái ni m là b n v ng v i các t n công. Ngay c n u s t n t i c a thông tin
n là b l thì k thu t này c ng s gây ra s khó kh n cho k t n công n u
không bi t đ

c khoá bí m t. Lý do c a s b n v ng này đó là ph

ng th c

thu vân có th nhúng nhi u l n các thông tin nh và d li u c n b o v h n
là ph

ng th c steganographic. Trên th c t

watermarking không ph i là hai ph

thì steganographic và

ng th c có ph n b sung cho nhau nhi u

h n là đ i l p nhau.
Fingerprinting và labeling (l y d u vân tay và gán nhãn) là các thu t
ng bi u th các ng d ng đ c bi t c a thu vân, chúng gi ng nh nh ng
thông tin c a t o hoá ho c nh ng đ c tr ng đ

c nhúng vào các đ i t

Fingerprinting có ngh a là quá trình thu vân v i các thông tin đ

ng.

c nhúng

ho c là mã duy nh t xác đ nh tác gi ho c xác đ nh d li u g c ho c mã duy
nh t bên c nh các chu i mã có ch a các đ c tr ng d li u.

Th c hi n: V V n Huy


- 17 Bitstream watermarking (th y vân dòng bit) đôi khi đ

c s d ng

cho nén d li u thu vân ví d nh video. Thu t ng nhúng các k hi u thay
th cho watermarking đ
đ

c các n ph m tr

c đây s d ng, nh ng nó không

c ti p t c s d ng n a, và t đó d n đ n s hi u nh m gi a mã hoá và

thu vân. Mã hoá (cryptographic) ph c v cho m c đích xác đ nh quy n tác

gi . Chúng đ
đ

c s d ng đ nh n d ng b t k thay đ i nào trong d li u đã

c đánh d u và xác th c ng

i g i. Tuy nhiên thu vân ch đ

đ xác th c trong các ng d ng đ c bi t và th

ng đ

c s d ng

c thi t k cho vi c

ch ng l i các thay đ i và ch nh s a.
Fragile watermarks (Thu vân d v ) là các thu vân có s r t h n
ch v m t b n v ng đ i v i d li u. Chúng đ

c áp d ng đ nh n d ng các

thay đ i c a d li u đã thu vân h n là gìn gi thông tin, n u có các t n công
nh m xoá b thu vân thì vi c này c ng s phá hu luôn c d li u g c.
1.2.3. Khái ni m thu vân c s d li u
Thu vân c s d li u là k thu t cho phép ng
nhúng m t thu vân n vào d li u. M t thu vân th
tin có th đ

i ch d li u có th
ng mô t nh ng thông

c dùng đ ch ng minh quy n s h u d li u, ch ng h n nh là

tên ch s h u, ngu n g c, ho c ng

i ti p nh n n i dung này. Vi c nhúng

thông tin an toàn đòi h i thu vân đ

c nhúng trong d li u không th b làm

gi m o ho c b t y xoá m t cách d dàng. Nhúng n có ngh a là thu vân
không th nhìn th y đ
đ

c th c hi n theo ph

nh thu vân g c.

c trong d li u. H n th n a, vi c phát hi n thu vân
ng pháp “mù”, t c là không đòi h i d li u g c c ng

ng th i, khi nhúng thu vân vào d li u c n ph i đ m b o

các thay đ i trên d li u là trong gi i h n cho phép c a t ng ng d ng c th .

Th c hi n: V V n Huy

- 18 1.3. M t s

ng d ng c a thu vân

1.3.1. B o v b n quy n tác gi (copyright protection)
ây là ng d ng c b n nh t c a k thu t thu vân s . M t thông tin
nào đó mang ý ngh a quy n s h u tác gi (ng
watermark) s đ
ng

i ta g i nó là thu vân -

c nhúng vào trong các s n ph m, thu vân đó ch m t mình

i ch s h u h p pháp các s n ph m đó có và đ

c dùng làm minh

ch ng cho b n quy n s n ph m. Gi s có m t thành ph m d li u d ng đa
ph

ng ti n nh

nh, âm thanh, video c n đ

c l u thông trên m ng.

b o

v các s n ph m ch ng l i hành vi l y c p ho c làm nhái c n ph i có m t k
thu t đ “dán tem b n quy n” vào s n ph m này. Vi c dán tem hay chính là
vi c nhúng thu vân c n ph i đ m b o không đ l i m t nh h

ng l n nào

đ n vi c c m nh n s n ph m. Yêu c u k thu t đ i v i ng d ng này là thu
vân ph i t n t i b n v ng cùng v i s n ph m, mu n b thu vân này mà
không đ

c phép c a ng

i ch s h u thì ch còn cách là phá hu s n ph m.

1.3.2. Phát hi n xuyên t c thông tin (authentication and tamper detection)
M t t p thông tin s đ

c gi u trong ph

d ng đ nh n bi t xem d li u trên ph
Các thu vân nên đ

ng ti n ch a, sau đó đ

cs

ng ti n g c có b thay đ i hay không.

c n đ tránh s tò mò c a đ i ph

ng, h n n a vi c

làm gi các thu vân h p l hay xuyên t c thông tin ngu n c ng c n xem xét.
Trong các ng d ng th c t , ng
c ng nh phân bi t đ
đa ph

i ta mong mu n tìm đ

c v trí b xuyên t c

c các thay đ i (ví d nh phân bi t xem m t đ i t

ng

ng ti n ch a thông tin gi u đã b thay đ i, xuyên t c n i dung hay là

ch b nén m t d li u). Yêu c u chung đ i v i ng d ng này là kh n ng gi u
thông tin cao và thu vân không c n b n v ng.

Th c hi n: V V n Huy


- 19 1.3.3. L y d u vân tay hay dán nhãn (fingerprinting and labeling)
Thu vân trong nh ng ng d ng này đ
g i hay ng
đ

c s d ng đ nh n di n ng

i nh n m t thông tin nào đó. Ví d nh các vân khác nhau s

c nhúng vào các b n copy khác nhau c a thông tin g c tr

cho nhi u ng

i

c khi chuy n

i. V i nh ng ng d ng này thì yêu c u là đ m b o đ an toàn

cao cho các thu vân, tránh kh n ng xoá d u v t trong khi phân ph i.
1.3.4. i u khi n thi t b (Device control)
Các thi t b phát hi n thu vân ( đây s d ng ph
thu vân đã gi u mà không c n thông tin g c) đ

ng pháp phát hi n

c g n s n vào trong các h

th ng đ c ghi, tùy thu c vào vi c có th y vân hay không đ đi u khi n (cho
phép/c m) truy c p. Ví d nh h th ng qu n lí sao chép DVD đã đ
d ng

Nh t. Nhà s n xu t s trang b cho các ph

c ng

ng ti n dùng đ nhân b n

(nh CD writer…) kh n ng phát hi n xem digital media có ch a watermarks
hay không, n u có thì s t ch i không nhân b n.
1.3.5. Theo dõi quá trình s d ng (Tracking)
Digital watermarking có th đ

c dùng đ theo dõi quá trình s d ng

c a các digital media. M i b n sao c a s n ph m đ

c ch a b ng m t

watermark duy nh t dùng đ xác đ nh user là ai. N u có s nhân b n b t h p
pháp, ta có th truy ra ng
các ph

i vi ph m nh vào watermark đ

c ch a bên trong

ng ti n này.

1.3.6. Theo dõi truy n thông (Broadcast Monitoring)
Các công ty truy n thông và qu ng cáo có th dùng k thu t digital
watermarking đ qu n lý xem có bao nhiêu khách hàng đã dùng d ch v mà
h cung c p.

Th c hi n: V V n Huy

- 20 1.3.7. Truy n tin bí m t (Concealed Communication)
B i vì digital watermarking là m t d ng đ c bi t c a vi c che d u d
i ta có th dùng đ truy n các thông tin bí m t.

li u (steganography) nên ng
1.4. Gi i thu t di truy n

Gi i thu t di truy n (GA - Genetic Algorithms) là k thu t giúp gi i
quy t bài toán b ng cách mô ph ng theo s ti n hoá c a con ng

i hay c a

sinh v t nói chung (d a trên thuy t ti n hoá muôn loài c a Darwin) trong đi u
ki n luôn thay đ i c a môi tr

ng s ng. Thu t toán di truy n là m t h

ng

ti p c n tính toán g n đúng, ngh a là m c tiêu c a thu t toán di truy n không
nh m đ a ra l i gi i chính xác t i u mà là đ a ra l i gi i t

ng đ i t i u.

Gi i thu t di truy n là m t k thu t c a khoa h c máy tính nh m tìm ki m
gi i pháp thích h p cho các bài toán t i

u t

h p (combinatorial

optimization). Gi i thu t di truy n là m t phân ngành c a gi i thu t ti n hoá
v n d ng các nguyên lý c a ti n hoá nh di truy n, đ t bi n, ch n l c t
nhiên, và lai ghép.
Gi i thu t di truy n th

ng đ

c ng d ng nh m s d ng ngôn ng

máy tính đ mô ph ng quá trình ti n hoá c a m t t p h p nh ng đ i di n tr u
t

ng (g i là nh ng nhi m s c th ) c a các gi i pháp có th ch p nh n đ

c

(g i là nh ng cá th ) cho bài toán t i u hoá. T p h p này s ti n tri n theo
h

ng ch n l c nh ng gi i pháp t t h n. Tìm ki m gi thuy t thích h p b t

đ u v i m t qu n th , hay m t t p h p có ch n l c ban đ u c a các gi
thuy t. Các cá th c a qu n th hi n t i kh i ngu n cho qu n th th h k
ti p b ng các ho t đ ng lai ghép và đ t bi n ng u nhiên – đ
các quá trình ti n hoá gi ng nh ti n hoá sinh h c.
trong qu n th hi n t i đ

c

cl

ng liên h v i đ i l

cho, v i các gi thuy t phù h p nh t đ
Th c hi n: V V n Huy

m ib

c l y m u sau
c, các gi thuy t

ng thích nghi đã

c ch n theo xác su t là các h t gi ng


- 21 cho vi c s n sinh th h k ti p. Thu t gi i di truy n đã đ
cách thành công và đ

c phát tri n r ng rãi trong nhi u l nh v c.

Gi i thu t di truy n (GA) cung c p m t ph
b is t

c ng d ng m t

ng pháp h c đ

c thúc đ y

ng t v i s ti n hoá sinh h c. Thay vì tìm ki m các gi thuy t t

t ng quát đ n c th ho c t đ n gi n đ n ph c t p, GA t o ra các gi thuy t
k ti p b ng cách l p vi c đ t bi n và vi c tái h p các ph n c a gi thuy t
đ

c bi t hi n t i là t t nh t

qu n th hi n t i đ

m ib

c, m t t p các gi thuy t đ

c c p nh t b ng cách thay th vài ph n nh qu n th b i

cá th con c a các gi thuy t t t nh t
GA đ

c g i là

th i đi m hi n t i. S ph bi n c a

c thúc đ y b i các y u t sau:

̇ Ti n hoá là m t ph

ng pháp m nh, thành công cho s thích nghi bên

trong các h th ng sinh h c.
̇ GA có th tìm ki m trên các không gian gi thuy t có các ph n t
tác ph c t p,

đó nh h

ng

ng c a m i ph n lên toàn th đ thích nghi

gi thuy t khó có th mô hình hoá.
̇ GA có th đ

c th c hi n song song và có th t n d ng thành t u c a

ph n c ng máy tính m nh.

Th c hi n: V V n Huy