Một số phương pháp bảo vệ bản quyền ảnh số và ứng dụng

Bạn đang xem bản rút gọn của tài liệu. Xem và tải ngay bản đầy đủ của tài liệu tại đây (263.83 KB, 12 trang )

Đại học quốc gia Hà nội

<b>------ </b>

HỒNG THỊ KIM OANH

<b>PHƢƠNG PHÁP BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ VÀ KHẢ NĂNG </b>

<b>ỨNG DỤNG </b>

<b>CHUYÊN NGÀNH :CÔNG NHGỆ THÔNG TIN </b>

<b>LUẬN VĂN THẠC SỸ </b>

<b>NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC: </b>
<i><b> PGS.TS. ĐẶNG VĂN ĐỨC </b></i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(2)</span><div class='page_container' data-page=2>

<i><b>Mở Đầu </b></i>

Cuộc cách mạng thông tin kỹ thuật số đã đem lại những thay đổi sâu sắc
trong xã hội và trong cuộc sống của chúng ta. Bên cạnh những thuận lợi mà
thông tin kỹ thuật số mang lại cũng sinh ra những thách thức và cơ hội mới. Sự
ra đời những phần mềm có tính năng rất 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 thúc
đẩy khả năng sáng tạo, xử lý và ứng dụng các dữ liệu đa phương tiện
(multimedia data). Mạng Internet toàn cầu đã tạo ra những cơ cấu ảo - nơi diễn
ra các q trình trao đổi thơng tin trong mọi lĩnh vực chính trị, qn sự, quốc
phịng, kinh tế, thương mại…Và chính trong mơi trường mở và tiện nghi như
thế xuất hiện những vấn nạn, tiêu cực đang rất cần các giải pháp hữu hiệu nhằm

đảm bảo an toàn thông tin, chống lại các nạn ăn cắp bản quyền, xuyên tạc thông
tin, truy nhập thông tin trái phép v.v.. Việc 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 tạo ra những cơ hội phát triển mới.

Với những yêu cầu đặt ra như trên, dưới góc độ của người nghiên cứu tin
học. Luận văn tốt nghiệp này đề cập tới vấn đề dấu thông tin cho ảnh, một dạng
dữ liệu được sử dụng nhiều và cũng hay bị lợi dụng nhất trên internet. Luận văn
<b>được trình bày với nhan đề: Nghiên cứu phƣơng pháp bảo vệ bản quyền ảnh </b>
<b>số và khả năng ứng dụng. </b>

Kết quả của đề tài khi triển khai thực tế sẽ góp phần tăng thêm độ an tồn
cho các thông điệp được dấu trong ảnh khi trao đổi, tăng khả năng chứng minh
quyền tác giả khi nhúng các tin mật vào ảnh.

Bố cục của luận van.

Luận văn gồm 3 chương và một phần kết luận.

</div>
<span class='text_page_counter'>(3)</span><div class='page_container' data-page=3>

Chương này trình bày tổng quan tình hình nghiên cứu về giấu tin, những khái niệm
cơ bản, mơ hình kỹ thuật giấu tin, hướng nghiên cứu triển khai về giấu tin.

Chương II: Một số kỹ thuật dấu tin cho ảnh

Chương này trình bày hai kỹ thuật điển hình về kỹ thuật dấu tin.Dấu tin trong
miền quan sát và giấu tin trong miền tần số. So sánh điểm mạnh điểm yếu của
từng kỹ thuật và đưa ra các thuật toán áp dụng kỹ thuật đã nêu.

Chương 3: Phát triển chương trình thử nghiệm

Trên cơ sở nghiên cứu , đánh giá các kỹ thuật giấu tin trong ảnh, Chương này cài
đặt một ứng dụng được phát triển từ thuật toán đã nêu ở chương 2.

</div>
<span class='text_page_counter'>(4)</span><div class='page_container' data-page=4>

<b>Chƣơng I:Tổng quan về dấu thông tin</b>

Từ Steganography bắt nguồn từ Hi Lạp và được sử dụng cho tới ngày nay,
nó có nghĩa là tài liệu được phủ (covered writing). Các câu chuyện kể về kỹ thuật
giấu thông tin được truyền qua nhiều thế hệ. Có lẽ những ghi chép sớm nhất về kỹ
thuật giấu thông tin (thơng tin được hiểu theo nghĩa ngun thủy của nó) thuộc về
sử gia Hy-Lạp Herodotus. Khi bạo chúa Hy-Lạp Histiaeus bị vua Darius bắt giữ ở
Susa vào thế kỷ thứ năm trước Công nguyên, ông ta đã gửi một thơng báo bí mật
cho con rể của mình là Aristagoras ở Miletus. Histiaeus đã cạo trọc đầu của một nô
lệ tin cậy và xăm một thông báo trên da đầu của người nơ lệ ấy. Khi tóc của người
nô lệ này mọc đủ dài người nô lệ được gửi tới Miletus.

Một câu chuyện khác về thời Hy-Lạp cổ đại cũng do Herodotus ghi lại. Mơi
trường để ghi văn bản chính là các viên thuốc được bọc trong sáp ong. Demeratus,
một người Lạp, cần thông báo cho Sparta rằng Xerxes định xâm chiếm
Hy-Lạp. Để tránh bị phát hiện, anh ta đã bóc lớp sáp ra khỏi các viên thuốc và khắc
thông báo lên bề mặt các viên thuốc này, sau đó bọc lại các viên thuốc bằng một
lớp sáp mới. Những viên thuốc được để ngỏ và lọt qua mọi sự kiểm tra một cách
dễ dàng.

Mực không màu là phương tiện hữu hiệu cho bảo mật thông tin trong một
thời gian dài. Người Romans cổ đã biết sử dụng những chất sẵn có như nước quả,
nước tiểu và sữa để viết các thông báo bí mật giữa những hàng văn tự thơng
thường. Khi bị hơ nóng, những thứ mực khơng nhìn thấy này trở nên sẫm màu và
có thể đọc dễ dàng. Mực khơng màu cũng được sử dụng rất gần đây, như trong thời

gian chiến tranh Thế giới II.

</div>
<span class='text_page_counter'>(5)</span><div class='page_container' data-page=5>

cho tới vài thập niên gần đây, giấu thông tin mới nhận được sự quan tâm của các
nhà nghiên cứu và các viện công nghệ thông tin với hàng loạt cơng trình nghiên
cứu giá trị. Cuộc cách mạng số hố thơng tin và sự phát triển nhanh chóng của
mạng truyền thơng là nguyên nhân chính dẫn đến sự thay đổi này. Những phiên
bản sao chép hoàn hảo, các kỹ thuật thay thế, sửa đổi tinh vi, cộng với sự lưu thông
phân phối trên mạng của các dữ liệu đa phương tiện đã sinh ra nhiều vấn đề nhức
nhối về nạn ăn cắp bản quyền, phân phối bất hợp pháp, xuyên tạc trái phép...

<i><b> 1.2. Một số khái niệm và định nghĩa </b></i>
<i><b>1.2.1 Định nghiã </b></i>

Với sự phát triển của công nghệ số và internet, ý nghĩa của dấu tin có sự
thay đổi với các dữ liệu số,tuy mục đích khơng thay đổi nhưng kỹ thuật dấu tin đã
có nhưng khác biệt cơ bản .Kế thừa các kỹ thuật dấu tin thông thường đã và đang
tồn tại. Căn cứ vào đặc thù của dữ liệu số ta có thể định nghĩa về hệ thống dấu tin:

Giấu thông tin là một kỹ thuật nhúng (giấu) một lượng thông tin số nào đó
vào trong một đối tượng dữ liệu số khác mà khơng ảnh hưởng tới tính năng truyền
đạt của dữ liệu.

</div>
<span class='text_page_counter'>(6)</span><div class='page_container' data-page=6>

Mỗi kỹ thuật dấu tin trong ảnh có những đặc điểm nhất định xác định lĩnh
vực áp dụng của nó. Chẳng hạn như có hay khơng mối liên hệ giữa dữ liệu nhúng
với phương tiện mang? Ai là người sẽ giải mã thơng tin? Có bao nhiêu người
nhận? Khố là dùng chung hay bí mật? Tốc độ nhúng cao hay thấp, việc giải mã
có là vấn đề quan trọng? ....

Kỹ thuật dấu thơng tin nhằm hai mục đích: một là bảo mật cho dữ liệu được
đem giấu, hai là bảo mật cho chính đối tượng được được dấu tin ở trong.

Hai khuynh hướng này dẫn đến hai khuynh hướng kỹ thuật chủ yếu của
giấu tin. Thứ nhất giấu tin mật, khuynh hướng này tập trung vào các kỹ thuật dấu
tin sao cho giấu được nhiều thông tin và quan trọng là khó phát hiện đối tượng
được giấu.Thứ hai là thuỷ vân số(Watermarking), khuynh hướng này có miền ứng
dụng lớn và được quan tâm nhiều, khuynh hướng này tập trung vào kỹ thuật làm
sao cho thông tin giấu được bền trước sự tấn công thông thường trên ảnh.

<i>1.2.2.1. Giấu tin và mã hố thơng tin </i>

Có thể coi nghệ thuật viết mật là một nhánh của ngành mật mã với mục tiêu
là nghiên cứu các phương pháp che giấu thơng tin mật.

MËt m·
Cryptography

GiÊu tin
Information hiding

Thủ Ên sè
Digital watermarking
ViÕt mËt

Steganography
Ngµnh mËt m·

</div>
<span class='text_page_counter'>(7)</span><div class='page_container' data-page=7>

<i>Hình 1.1: Phân cấp các lĩnh vực nghiên cứu của mật mã học </i>

Giấu tin là nghệ thuật nhúng mẩu tin mật vào một vật mang tin khác. Giấu
tin trong ảnh số là dấu các mẩu tin cũng là dạng số trong máy tính vào các ảnh nhị
phân sao cho không bị phát hiện.

Giấu tin và mật mã tuy cùng có mục đính là để đối phương khơng phát hiện ra tin
cần dấu, tuy nhiên nó khác với mật mã ở chỗ:

Mật mã là giấu đi ý nghĩa của thơng tin cịn Giấu tin là dấu đi sự hiện diện
của thông tin. Về bản chất giấu tin gần với nén dữ liệu hơn.

Giả sử ta có đối tượng cần bảo mật R (một văn bản, một tấm bản đồ hoặc
một tệp âm thanh chẳng hạn). Nếu dùng phương pháp mã hoá để bảo mật R ta sẽ
thu được bản mật mã của R là R’ chẳng hạn. Thông thường, R’ mang những giá trị
“vơ nghĩa” và chính điều này làm cho đối phương nghi ngờ và tìm mọi cách thám
mã. Ngược lại, nếu dụng phương pháp giấu R vào một đối tượng khác, một bức
ảnh F chẳng hạn ta sẽ thu được bức ảnh F’ hầu như không sai khác với F. Sau đó
chỉ cần gửi ảnh F’ cho người nhận. Để lấy ra bản tin R từ ảnh F’ ta không cần ảnh
gốc F. Xem như vậy, khi đối phương bắt được tấm ảnh F’ nếu đó là ảnh lạ (ảnh cá
nhân, ảnh phong cảnh của những nơi khơng nổi tiếng) thì khó nảy sinh nghi ngờ về
khả năng chứa tin mật trong F’.

</div>
<span class='text_page_counter'>(8)</span><div class='page_container' data-page=8>

Trong lĩnh vực bảo mật thông tin, giấu tin được phân nhánh như sau:

<i>Hình1. 2: Các nhánh của giấu tin </i>

Kỹ thuật giấu thơng tin nhằm mục đích đảm bảo an tồn và bảo mật thơng
tin rõ ràng ở hai khía cạnh. Một là bảo mật cho giữ liệu được đem giấu, hai là bảo
mật cho chính đối tượng được dùng để giấu tin. Hai khía cạnh khác nhau này dẫn

đến hai khuynh hướng kỹ thuật chủ yếu của giấu tin. Khuynh hướng thứ nhất là
giấu tin mật (Steganography). Khuynh hướng này tập trung vào các kỹ thuật giấu
tin sao cho thông tin giấu được nhiều và quan trọng là người khác khó phát hiện
được một đối tượng có bị giấu tin bên trong hay không.

Steganography là lĩnh vực nghiên cứu việc nhúng các mẩu tin mật vào một
môi trường phủ. Trong quá trình giấu tin để tăng bảo mật có thể người ta dùng một
khố viết mật khi đó người ta nói về Intrinsic Steganography (dấu tin có xử lý).
Khi đó để giải mã người dùng cũng phải có khố viết mật đó. Chú ý rằng khố này
khơng phải là khố dùng để lập mật mã mẩu tin, ví dụ nó có thể là khố để sinh ra
hàm băm phục vụ rải tin vào môi trường phủ. Ngược lại nếu khơng dùng khố viết
mật thì người ta chỉ dấu tin đơn thuần vào mơi trường phủ thì khi đó người ta nói
về Pure Steganography (dấu tin đơn thuần).

</div>
<span class='text_page_counter'>(9)</span><div class='page_container' data-page=9>

tạc thông tin. Thuỷ vân số có miền ứng dụng lớn hơn nên được quan tâm nghiên
cứu nhiều hơn và thực tế đã có nhiều những kỹ thuật dành cho khuynh hướng này.

Watermarking là kỹ thuật nhúng một biểu tượng vào trong ảnh môi trường
để xác định quyền sở hữu ảnh môi trường, chống sự giả mạo và xuyên tạc thơng
tin. Kích thước của biểu tượng thường nhỏ (từ vài bit tới vài nghìn bit). Kỹ thuật
này cho phép đảm bảo nguyên vẹn biểu tượng khi ảnh môi trường bị biến đổi bởi
các phép thao tác như lọc (filtering), nén mất dữ liệu (lossy compression), hay các
biến đổi hình học, .... Tuy nhiên việc đảm bảo nguyên vẹn biểu tượng không kể
đến khi có sự tấn cơng dựa trên việc hiểu rõ thuật tốn và có bộ giải mã trong tay.
Thông tin giấu là một định danh duy nhất, ví dụ định danh người dùng thì khi đó
người ta gọi là Fingerprinting (nhận dạng vân tay, điểm chỉ).

Xét về tính chất thuỷ vân giống giấu tin ở chỗ tìm cách nhúng thơng tin mật
vào một mơi trường. Tuy nhiên xét về bản chất thì thuỷ vân có những nét khác ở
một số điểm:

Mục tiêu của thuỷ vân là nhúng thông tin không lớn thường là biểu tượng,
chữ ký hay các đánh dấu khác vào môi trường phủ nhằm phục vụ việc xác nhận
bản quyền

Khác với giấu tin ở chỗ giấu tin sau đó cần tách lại tin cịn thuỷ vân tìm cách
biến tin giấu thành một thuộc tính của vật mang.

Chỉ tiêu quan trọng nhất của một thuỷ vân là tính bền vững, của giấu tin là
dung lượng

</div>
<span class='text_page_counter'>(10)</span><div class='page_container' data-page=10>

Kỹ thuật dấu tin được áp dụng cho các loại dữ liệu ảnh,audio, vidio.Tuy
nhiên đồ án này chỉ quan tâm đến phương pháp dấu tin cho ảnh số. Chức năng của
dấu tin trong ảnh sẽ khác nhau tuỳ theo các hình thức xâm phạm dữ liệu ảnh.

Ảnh bị vi phạm bản quyền: nội dung của ảnh giống với nội dung ảnh bản
quyền nhưng chúng được dùng với mục đích mà tác giả khơng cho phép. Để bảo
vệ các sản phẩm chống lại các 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 có cách là phá huỷ sản phẩm.

Ảnh bị sửa đổi :nội dung của ảnh bị xuyên tạc.Trong trường hợp này dấu tin có tác
dụng phân biệt ảnh bản quyền với ảnh bị sửa đổi nội dung. Áp dụng các bước tách
tin giống nhau với các ảnh khác nhau,ta sẽ tách được dấu bản quyền đã được đăng
ký trước đối với ảnh bị xuyên tạc

Hầu hết dấu tin được gắn cho ảnh là dấu khơng nhìn thấy nhưng trên thực tế

tồn tại một loại dấu tin có thể nhìn thấy, chúng khơng trong suốt hồn tồn.Tuy
nhiên nội dung của đồ án này tôi chỉ đề cập tới loại dấu tin khơng nhìn thấy.

</div>
<span class='text_page_counter'>(11)</span><div class='page_container' data-page=11>

<b>Tài liệu tham khảo: </b>

[1] Nguyễn Xuân Huy,Bùi Thế Hồng, Trần Quốc Dũng “Kỹ thuật thuỷ vân số
trong ứng dụng phát hiện xuyên tạc ảnh. Hội nghị về phát triển công nghệ thông tin
8/2004

[2] Jegren Seitz unversity of Cooperatie education heidenheim germany” Digital
watermarking for digital media” 5/2005

<i>[3 ] Perter Bayer, Hendrik Widenfors (August 2002), "Information Hiding - </i>

<i>Seganographic Contents in Streaming Media". Master Thesis - Software </i>

engineering. Thesis No: MSE-2002:24 pp 4.

[4] June 2003

<i>[5]Danley Harrison (2002), "An Introduction to Steganography" -Lecture Notes, </i>
pp 1-5

<i>[6 ]. B. Pfitzmann (1996), “Information Hiding Terminology”, Proc. First Int’l </i>

Workshop Information Hiding, Lecture Notes in Computer Science No.
1,174, Springer-Verlag, Berlin, pp. 347-356.

<i>[7 ]Duncan Sellars (1 February 2002), "Introdution to Digital Steganography" , </i>

Lecture Notes, pp 3-5

<i>[8 ]Perter Bayer, Hendrik Widenfors (August 2002), "Information Hiding - </i>

<i>Seganographic Contents in Streaming Media". Master Thesis - Software </i>

engineering. Thesis No: MSE-2002:24 pp 4.

<i>[9 ]R. B. Wolfgang and E. J. Delp (January 1999), “Fragile watermarking using </i>

</div>
<span class='text_page_counter'>(12)</span><div class='page_container' data-page=12>

<i>Security and Watermarking of Multimedia Contents, SPIE Vol. 3657, San </i>

Jose, CA, pp 124 .

<i>[10 ]nur Mutlu (December 2001) "An Overview ofImage Watermarking </i>

<i>Algorithms" , Project Report EE 731R Digital Image Processing, pp 1. </i>

www.watermarkingworld.org/WMMLArchive

<i>[11 ]nson, N.F. and S. Jajodia (1998), "Steganalysis of Images Created Using </i>

<i>Current SteganographySoftware", Lecture Notes in Computer Science, Vol. </i>

1525, pp. 273-289

</div>