Luận văn thạc sĩ nghiên cứu, tìm hiểu kỹ thuật giấu tin mật và ứng dụng

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN&TRUYỀN THƠNG

NGUYỄN CAO THẮNG

NGHIÊN CỨU, TÌM HIỂU
KỸ THUẬT GIẤU TIN MẬT VÀ ỨNG DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

Thái Nguyên - 2020


ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN&TRUYỀN THƠNG

NGUYỄN CAO THẮNG

NGHIÊN CỨU, TÌM HIỂU
KỸ THUẬT GIẤU TIN MẬT VÀ ỨNG DỤNG

Ngành: Công nghệ thông tin
Chuyên ngành: Khoa học máy tính
Mã số: 848 0101

LUẬN VĂN THẠC SĨ CƠNG NGHỆ THÔNG TIN

NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC: TS. HỒ VĂN CANH

Thái Nguyên - 2020

i

LỜI CAM ĐOAN
Học viên xin cam đoan luận văn này là cơng trình nghiên cứu thực sự
của bản thân, dưới sự hướng dẫn khoa học của TS. Hồ Văn Canh.
Các số liệu, kết quả trong luận văn là trung thực và chưa từng được
cơng bố dưới bất cứ hình thức nào. Tất cả các nội dung tham khảo, kế thừa
của các tác giả khác đều được trích dẫn đầy đủ.
Em xin chịu trách nhiệm về nghiên cứu của mình.
Tác giả

Nguyễn Cao Thắng


ii

LỜI CẢM ƠN
Học viên trân trọng cảm ơn sự quan tâm, tạo điều kiện và động viên của
Lãnh đạo Đại học Công nghệ thông tin & Truyền thông, Đại học Thái
Nguyên, các thầy cô Khoa Đào tạo sau đại học, các khoa đào tạo và các quý
phòng ban Học viện trong suốt thời gian qua.
Học viên xin bày tỏ sự biết ơn sâu sắc tới TS. Hồ Văn Canh đã nhiệt
tình định hướng, bồi dưỡng, hướng dẫn học viên thực hiện các nội dung khoa
học trong suốt quá trình nghiên cứu, thực hiện luận văn.
Xin chân thành cảm ơn sự động viên, giúp đỡ to lớn từ phía Cơ quan
đơn vị, đồng nghiệp và gia đình đã hỗ trợ học viên trong suốt quá trình triển
khai các nội dung nghiên cứu.
Mặc dù học viên đã rất cố gắng, tuy nhiên, luận văn khơng tránh khỏi
những thiếu sót. Học viên kính mong nhận được sự đóng góp từ phía Cơ sở

đào tạo, quý thầy cô, các nhà khoa học để tiếp tục hoàn thiện và tạo cơ sở cho
những nghiên cứu tiếp theo.
Xin trân trọng cảm ơn!
Thái Nguyên, tháng
2020

năm

Học viên

Nguyễn Cao Thắng
iii

MỤC LỤC
LỜI CAM ĐOAN ........................................................................................................
LỜI CẢM ƠN ............................................................................................................
MỤC LỤC .................................................................................................................
DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT ......................................................................................
DANH MỤC HÌNH VẼ ...........................................................................................


DANH MỤC BẢNG BIỂU ....................................................................................
MỞ ĐẦU ....................................................................................................................
1. Tính cấp thiết của đề tài.......................................................................................
2. Mục đích nghiên cứu ...........................................................................................
3. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu .......................................................................
4. Phương pháp nghiên cứu .....................................................................................
5. Bố cục luận văn ...................................................................................................
CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN ....................................
1.1Giới thiệu chung về giấu thông tin .............................

1.2Lịch sử ẩn giấu thông tin ...........................................
1.3Các thành phần của hệ giấu tin ..................................
1.4Phân loại các kỹ thuật giấu tin ..................................
1.5Môi trường giấu tin ....................................................
1.5.1Giấu tin trong ảnh .....
1.5.2Giấu tin trong audio ..
1.5.3Giấu tin trong video ..
1.5.4Giấu tin trong văn bản
1.6Giấu tin trong ảnh số ...................................................
1.6.1Một số khái niệm ......
1.6.2Mơ hình kỹ thuật giấu
1.7Tính chất, đặc trưng giấu tin trong ảnh ..................
1.7.1Phương tiện chứa có d
1.7.2Giấu tin phụ thuộc ản
1.7.3Giấu tin lợi dụng khả
1.7.4Giấu tin không làm th
1.7.5Đảm bảo chất lượng ả
Kết luận Chương 1 ..................................................................................................
CHƯƠNG 2. NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN MẬT
TRONG ẢNH SỐ ....................................................................................................
2.1Ảnh số .........................................................................
2.1.1Khái niệm chung ......


iv

2.1.2
Phân loại ảnh ...........
2.1.3
Các định dạng ảnh ...

2.2
Yêu cầu đối với giấu tin trong ảnh ..........................
2.2.1
Tính bảo mật ............
2.2.2
Tỷ lệ giấu tin ............
2.2.3
Tính bền vững ..........
2.2.4
Độ phức tạp tính tốn
2.3
Hai tiêu chí đánh giá giấu tin trong ảnh .................
2.4
Một số phương pháp giấu tin trong ảnh .................
2.4.1
Giấu tin mật vào các
2.4.2
Giấu tin kiểu chèn nh
2.4.3
Phương pháp giấu tin
2.4.4
Các phương pháp giấ
2.5
Một số thuật toán giấu tin trong ảnh ......................
2.5.1
Thuật toán giấu tin đơ
2.5.2
Thuật toán giấu tin V
2.5.3
Thuật toán giấu tin C

2.5.4
Thuật tốn Chen- Pan
2.6
Mã hóa thơng tin .......................................................
2.6.1
Sơ lược về lịch sử mậ
2.6.2
Các khái niệm cơ bản
2.6.3. Phân loại ..................................................................................................
Kết luận Chương 2 ..................................................................................................
CHƯƠNG 3. NGHIÊN CỨU XÂY DỰNG GIẢI PHÁP KẾT HỢP MÃ
HĨA VÀ KỸ THUẬT GIẤU THƠNG TIN TRÊN MƠI TRƯỜNG ẢNH ......
3.1 Mục đích u cầu ...........................................................................................
3.2
Giải pháp ...................................................................
3.3 Xây dựng chương trình .................................................................................
3.3.1
Lựa chọn phương phá
3.3.2
Giải thuật giấu tin ....
3.4
Cài đặt và thực nghiệm ............................................
3.4.1
Cài đặt ......................
3.4.2
Thực nghiệm ............
3.5
Đề xuất áp dụng vào thực tiễn công tác lĩnh vực A
Kết luận chương 3 ...................................................................................................
KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ ................................................................................

DANH MỤC CÁC TÀI LIỆU THAM KHẢO .....................................................


v

Ký hiệu,
viết tắt
AES
AN-QP
CNSS
GCD

HVS

HAS
IT
ISO
LSB
MSB
NIST
RSA
CRT
GF(P)
GF(2)


K
E

D
P

C

ϕ(n)

(p, q)
n
x
y

k'

k ''
s
r


vii

DANH MỤC HÌNH VẼ
Hình 1.1: Sơ đồ phân loại các kỹ thuật giấu tin......................................................... 6
Hình 1.2: Tỉ lệ phương tiện được lựa chọn để giấu tin.............................................. 7
Hình 1.3: Kỹ thuật giấu tin cơng bố trong giai đoạn 1992- 2007...............................7
Hình 1.4: Sơ đồ giấu tin.......................................................................................... 10
Hình 1.5: Sơ đồ quá trình tách tin........................................................................... 11
Hình 2.1: Biểu đồ Historgram của ảnh ngọn nến..................................................... 18
Hình 2.2: Minh họa giấu thơng tin trong LSB của ảnh cấp xám 8 bit.....................22
Hình 2.3: Thay đổi bit............................................................................................. 29

Hình 2.4: Ảnh trước và sau khi giấu các bít thơng tin............................................. 35
Hình 2.5: Phân loại hệ mật...................................................................................... 53
Hình 2.6: Sơ đồ mật mã đối xứng........................................................................... 54
Hình 2.7: Hệ thống mã khóa khóa cơng khai.......................................................... 55
Hình 3.1: Mơ hình giải pháp kết hợp mã hóa và ẩn giấu thơng tin..........................59
Hình 3.2: File chạy chương trình............................................................................. 64
Hình 3.3: Giao diện chính chương trình.................................................................. 64
Hình 3.4: Q trình nạp khóa cơng khai.................................................................. 65
Hình 3.5: Q trình mã hóa bằng RSA và AES....................................................... 66
Hình 3.6: Giao diện quá trình giấu tin..................................................................... 66
Hình 3.7: Chức năng tách dữ liệu từ ảnh................................................................. 67
Hình 3.8: Quá trình giải mã thơng điệp................................................................... 68
Hình 3.7: Tập ảnh gốc............................................................................................. 69


viii

DANH MỤC BẢNG BIỂU
Bảng 2.1: Số hóa thơng tin và ảnh gốc.................................................................... 22
Bảng 2.2: Khối bít ban đầu...................................................................................... 29
Bảng 2.3: Bảng chân lý phép toán AND và XOR................................................... 32
Bảng 2.4: Mơ tả q trình đảo bít để giấu tin.......................................................... 34
Bảng 2.5: Ma trận trọng số W................................................................................. 37
Bảng 2.6: Chia ma trận ảnh theo thuật toán CPT.................................................... 40
Bảng 2.7: Thực hiện phép XOR.............................................................................. 40
Bảng 2.8: Thực hiện phép AND.............................................................................. 41
Bảng 2.9: Bảng ghép khối ảnh theo thuật toán CPT................................................ 43
Bảng 2.10: Mơ tả giải mã bản tin theo thuật tốn CPT............................................ 47
Bảng 3.1: So sánh ảnh gốc và ảnh đã giấu tin......................................................... 70

1

MỞ ĐẦU
1. Tính cấp thiết của đề tài
Với mục đích truyền tải thông điệp nhạy cảm, kỹ thuật ẩn giấu thông
tin xuất hiện sớm từ thời kỳ cổ đại với những hình thức đơn giản “mang màu
sắc tự nhiên” gần gũi các kỹ thuật hóa trang và sử dụng giấu trong các vỏ bọc
container. Tiếp theo đó là giai đoạn ứng dụng thành tựu của ngành hóa học để
tạo các cặp chất viết và hiện. Trong những năm gần đây kỹ thuật ẩn giấu
thông tin đặc biệt phát triển trong lĩnh vực truyền thông đa phương tiện [1].
Sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật, cơng nghệ số hóa và
tốc độ phát triển của mạng truyền thơng hiện nay, làm cho việc sản xuất, quản
lý, phân phối các sản phẩm multimedia trở nên nhanh gọn. Điều đó tạo nền
tảng cho các quốc gia, các nhà khoa học trên thế giới tập trung nghiên cứu kỹ
thuật ẩn giấu thông tin trên môi trường đa phương tiện sử dụng vào mục đích
đảm bảo an tồn và che giấu thơng tin quan trọng. Việc kết hợp ứng dụng kỹ
thuật mật mã với ẩn giấu thông tin làm tăng độ bảo mật của thông tin và khả
năng tránh bị phát hiện của thông tin khi truyền. Hiện nay, trên thế giới và
trong nước đã có nhiều kết quả và cơng trình nghiên cứu về ẩn giấu thông tin
[4], [9]. Tuy vậy, việc ứng dụng các kết quả đó vào thực tiễn đời sống kinh tế
xã hội chưa thực sự phổ biến.
Trong lĩnh vực An ninh - Quốc phịng (AN-QP), cơng tác thơng tin liên
lạc có vai trị và là yếu tố quan trọng, góp phần thực hiện thắng lợi mọi nhiệm
vụ, kế hoạch cơng tác đề ra. Tin tức địi hỏi phải được đảm bảo bí mật, chính
xác, kịp thời và trong nhiều trường hợp cịn phải giữ bí mật danh tính người
gửi cũng như người nhận tin. Thực tiễn cho thấy nhu cầu liên lạc mật, trao đổi
thông tin giữa các đầu mối với trung tâm chỉ huy hoặc với nhau ngày càng
nhiều; trong khi các sản phẩm trang bị, đảm bảo nhu cầu đó, hiện tại cịn
khiêm tốn về chủng loại và số lượng; đồng thời đây cũng là đối tượng để cơ

quan đặc biệt đối phương tấn công, khai thác. Vì vậy, nghiên cứu giải pháp
kết hợp mã hóa với kỹ thuật ẩn giấu thông tin trong môi trường đa phương


2

tiện là một nhiệm vụ cấp thiết đặt ra, là cơ sở khoa học, nghiệp vụ đề xuất ứng
dụng và phát triển sản phẩm, góp phần đa dạng hóa các loại hình thơng tin
liên lạc, phục vụ u cầu cơng tác mang tính đặc thù trong lĩnh vực AN-QP.
Xuất phát từ những lý do đó, đề tài “Nghiên cứu tìm hiểu kỹ thuật giấu tin
mật và ứng dụng” mang tính cấp thiết, khoa học, thực sự có ý nghĩa về lý
luận và thực tiễn gắn với công tác của học viên.
2.

Mục đích nghiên cứu

Luận văn nghiên cứu một số kỹ thuật mã hóa và các nội dung liên quan
tới việc ẩn giấu thông tin trong môi trường đa phương tiện, cụ thể hơn là các
thuật tốn giấu thơng tin trong ảnh số. Trên cơ sở đó nghiên cứu đề xuất giải
pháp kết hợp mã hóa với kỹ thuật ẩn giấu thông tin trên một định dạng ảnh
tiêu biểu. Đồng thời nghiên cứu thử nghiệm, đánh giá chất lượng sản phẩm
tạo cơ sở khoa học đề xuất triển khai ứng dụng thực tiễn công tác.
3.

Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu: Các kỹ thuật mật mã và ảnh số.
Phạm vi nghiên cứu: Ứng dụng các kỹ thuật giấu tin và kỹ thuật mã hóa
sử dụng trong lĩnh vực AN-QP.
4.

Phương pháp nghiên cứu

Phân tích, tổng hợp, kết hợp với phương pháp chuyên gia, thử nghiệm,
đánh giá thực tế dựa trên các cơ sở khoa học kỹ thuật và lý luận trong cơng
tác nghiệp vụ.
5. Bố cục luận văn
Ngồi phần mở đầu, kết luận, tài liệu tham khảo, danh mục viết tắt,
hình vẽ, danh mục phụ lục, luận văn gồm 03 chương:
Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật giấu tin
Chương 2: Nghiên cứu một số kỹ thuật giấu tin mật trong ảnh số
Chương 3: Nghiên cứu xây dựng giải pháp kết hợp mã hóa và kỹ thuật
giấu thơng tin trong ảnh.


3

CHƯƠNG 1
TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN
1.1 Giới thiệu chung về giấu thông tin
Giấu tin là kỹ thuật nhúng (giấu) một lượng thơng tin số nào đó vào một
vật mang tin khác. Giấu tin trong ảnh số là giấu các mẩu tin dạng số trong máy
tính vào các tệp ảnh nhị phân sao cho khơng bị người ngồi phát hiện [10].

Kỹ thuật giấu tin nhằm hai mục đích bảo mật cho dữ liệu được đem
giấu và bảo vệ cho chính đối tượng mang tin giấu. Hai khía cạnh khác nhau
này dẫn đến hai kỹ thuật chủ yếu giấu tin mật (steganography) và thủy vân số
hay thủy ấn (watermaking). Kỹ thuật giấu tin mật với mục đích đảm bảo an
tồn và bảo mật thông tin, tập trung giấu được nhiều thông tin nhất đồng thời
hạn chế tối đa khả năng bị phát hiện. Kỹ thuật thủy vân số đánh giấu vào đối

tượng nhằm khẳng định bản quyền sở hữu hay phát hiện xun tạc thơng tin,
tập trung đảm bảo tính bền vững của đối tượng chứa tin.
Mỗi kỹ thuật giấu tin gồm thuật toán giấu tin và bộ giải mã thơng tin.
Thuật tốn giấu tin được dùng để giấu thơng tin vào phương tiện mang bằng
cách sử dụng khóa bí mật được dùng chung giữa người gửi và nhận, việc giải
mã thơng tin chỉ có thể thực hiện được khi có khố. Bộ giải mã trên phương
tiện mang đã chứa dữ liệu và trả lại thơng điệp ẩn trong nó.
Phương tiện chứa bao gồm các đối tượng được dùng làm môi trường để giấu tin
như text, audio, video, ảnh…Thông tin giấu là lượng thơng tin mang một ý nghĩa nào
đó như ảnh, logo, đoạn văn bản… tùy thuộc vào mục đích của người sử dụng. Thơng
tin sẽ được giấu vào trong phương tiện chứa nhờ một bộ nhúng, bộ nhúng là những
chương trình triển khai các thuật tốn để giấu tin và được thực hiện với một khóa bí
mật giống như các hệ mã cổ điển. Sau khi giấu tin ta thu được phương tiện chứa bản tin
đã giấu và phân phối sử dụng trên mạng. Sau khi đối tượng nhận được phương tiện có
giấu thơng tin, q trình giải mã được thực hiện thông qua một bộ giải


4

mã tương ứng với bộ nhúng thông tin cùng với khóa của q trình nhúng. Kết
quả thu được gồm phương tiện chứa gốc và thông tin đã giấu. Bước tiếp theo
thông tin giấu sẽ được xử lý kiểm định so sánh với thơng tin giấu ban đầu.
Tóm lại, giấu thơng tin là nghệ thuật và khoa học của truyền thông bên
trong một truyền thơng, mục đích của steganography là che giấu những thông
báo bên trong những thông báo khác mà không làm ảnh hưởng đáng kể đến
thông báo này, qua đó làm tăng độ an tồn của thơng tin.
1.2 Lịch sử ẩn giấu thông tin
Từ Steganography bắt nguồn từ Hy Lạp và được sử dụng cho tới ngày
nay, nó có nghĩa là tài liệu được phủ (covered writing). Những ghi chép sớm
nhất về kỹ thuật giấu thông tin theo nghĩa nguyên thủy 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 đã gửi một thơng báo bí mật cho
con rể của mình là Aristagoras ở Miletus bằng cách cạo trọc đầu một nơ lệ tin
cậy và xăm thơng báo bí mật trên da đầu của người nơ lệ ấy. Khi tóc của
người nơ lệ này mọc đủ dài thì hắn được gửi tới Miletus.
Một câu chuyện khác về thời Hi Lạp cổ đại cũng do Herodotus ghi lại,
môi trường để ghi văn bản chính là các viên thuốc được bọc trong sáp ong.
Demeratus cần thông báo cho Sparta việc Xerxes định xâm chiếm Hy Lạp.
Tuy nhiên, 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 đã 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 thơng báo bí mật giữa những hàng văn
tự thơng thường. Khi bị hơ nóng, loại mực khơng nhìn thấy này trở nên sẫm


5

màu và dễ dàng đọc nội dung. Mực không màu cũng được sử dụng phổ biến
trong chiến tranh thế giới thứ hai [6].
Ý

tưởng về che giấu thơng tin đã có từ hàng nghìn năm trước và được

dùng chủ yếu trong quân đội và các cơ quan tình báo. Thực tiễn, các kỹ thuật
giấu tin này được sử dụng kết hợp với các bài toán, yêu cầu, biện pháp nghiệp
vụ khác, làm tăng hiệu quả cho mục đích sử dụng.
1.3 Các thành phần của hệ giấu tin

Một hệ giấu tin gồm có các thành phần cơ bản sau:
Mẩu tin: Có thể là văn bản, hình ảnh hay tệp tin tùy ý (âm thanh số,
video số…), vì trong quá trình giấu tin, chúng đều được chuyển thành các
chuỗi bit.
Môi trường chứa tin: Thường là ảnh, nên gọi là ảnh phủ hay ảnh gốc.
Ngồi ra cịn có thể là âm thanh số, video số, văn bản…
Khóa K: Khóa mật, tham gia vào quá trình giấu tin để tăng tính bảo mật.

Mơi trường đã chứa tin: Là môi trường chứa tin mật sau khi đã được
nhúng tin mật vào; trường hợp môi trường ảnh thì gọi là ảnh mang.
Xét theo góc độ tốn học, có thể định nghĩa một lược đồ giấu tin như sau: Gọi
K s là một khóa viết mật (stego key) được xác định từ một tập K của tất cả các

khóa viết mật; M là tập tất cả các thơng điệp có thể được nhúng
và C là tập tất cả các vật mang có thể. Khi đó, một lược đồ giấu tin được thiết
lập bởi 2 ánh xạ, ánh xạ nhúng Emb và ánh xạ trích xuất Ext:
Emb: C ×K ×M → C
Ext : C → M sao cho:
Ext(Emb(c, Ks , m)) = m với ∀ c ∈ C , K s ∈ K và m ∈ M .

Vật mang s = Emb(c, Ks , m) được gọi là stego data.


6

1.4 Phân loại các kỹ thuật giấu tin
Do kỹ thuật giấu tin số mới được hình thành trong thời gian gần đây
nên xu hướng phát triển chưa ổn định. Có nhiều cách phân loại khác nhau dựa
trên các tiêu chí khác nhau. Theo Fabien A.P. Petitcolas đề xuất năm 1999 có
thể chia lĩnh vực giấu tin theo hai hường lớn là giấu tin mật và thủy vân số.

Trong đó kỹ thuật thủy vân số được chia thành hai xu hướng nhỏ là thủy vân
dễ vỡ và thủy vân bền vững. Trong đó, thủy vân dễ vỡ u cầu thơng tin giấu
sẽ bị sai lệch nếu có bất kỳ sự thay đổi nào vào dữ liệu chứa tin, còn thủy vân
bền vững quan tâm nhiều đến việc nhúng các mẩu tin địi hỏi độ bền cao của
thơng tin được giấu trước các biến đổi thông thường trên dữ liệu chứa tin.
Giấu thơng tin
Information hiding

Thủy vân số
Watermarking

Giấu tin mật
Steganography

Thủy vân ẩn
Imperceptible
watermaring

Hình 1.1: Sơ đồ phân loại các kỹ thuật giấu tin
1.5 Môi trường giấu tin
1.5.1 Giấu tin trong ảnh
Hiện nay, giấu tin trong ảnh chiếm tỉ lệ lớn nhất trong giấu tin đa
phương tiện, bởi lượng thông tin được trao đổi bằng hình ảnh là rất lớn, chúng


7

cịn đóng vai trị quan trọng trong các ứng dụng xác thực, bảo vệ quyền tác
giả, điều khiển truy cập, phát hiện xun tạc thơng tin.

Hình 1.2: Tỉ lệ phương tiện được lựa chọn để giấu tin

Hình 1.3: Kỹ thuật giấu tin công bố trong giai đoạn 1992- 2007
Thông tin sẽ được giấu cùng với dữ liệu ảnh nhưng chất lượng ảnh ít
thay đổi và chẳng ai biết được đằng sau bức ảnh đó mang những thơng tin có
ý

nghĩa. Ngày nay, khi ảnh số được sử dụng phổ biến, thì giấu thông tin trong

ảnh đã đem lại nhiều ứng dụng quan trọng trong các lĩnh vực đời sống xã hội
như tại các quốc gia phát triển, chữ ký tay đã được số hóa và lưu trữ sử dụng
như hồ sơ cá nhân của các dịch vụ ngân hàng và tài chính. Nó được dùng để
nhận thực trong các thẻ tín dụng của người tiêu dùng.


8

Một số ứng dụng cho phép người dùng lưu trữ chữ ký trong ảnh nhị
phân rồi gắn vào vị trí nào đó trong file văn bản để đảm bảo tính an tồn của
thơng tin. Tài liệu sau đó được truyền trực tiếp qua máy fax hoặc lưu truyền
trên mạng và việc nhận thực chữ ký, xác thực thông tin trở thành một vấn đề
quan trọng khi mà việc ăn cắp thông tin hay xuyên tạc thông tin bởi tin tặc
đang trở thành một vấn nạn đối với bất kỳ quốc gia hay tổ chức nào. Thêm đó,
có rất nhiều thơng tin quan trọng, nhạy cảm cần được bảo mật, chúng được số
hóa lưu trữ trong hệ thống máy tính hay trên mạng và xuất hiện nguy cơ dễ bị
lấy cắp hoặc bị thay đổi. Việc nhận thực cũng như phát hiện thông tin xuyên
tạc cũng trở nên vô cùng quan trọng và cấp thiết. Đặc điểm nữa của giấu
thông tin trong ảnh là thông tin được giấu một cách vô hình, tránh sự phát
hiện của kẻ thứ ba, bởi chất lượng ảnh sau khi giấu gần như không thay đổi so
với ban đầu.

1.5.2 Giấu tin trong audio
Giấu tin trong audio mang những đặc điểm riêng khác với giấu thông
tin trong các đối tượng đa phương tiện khác. Kỹ thuật giấu tin trong ảnh phụ
thuộc vào hệ thống thị giác của con người (HVS_Human Vision System) còn
kỹ thuật giấu tin trong audio phụ thuộc vào hệ thống thính giác của con người
(HAS_ Human Auditory System). HAS cảm nhận được các tín hiệu ở dải tần
rộng và công suất lớn, nhưng lại kém trong việc phát hiện sự khác biệt nhỏ
giữa các dải tần và cơng suất, có nghĩa các âm thanh to, cao tần có thể che
giấu được các âm thanh nhỏ thấp một cách dễ dàng. Kênh truyền tin cũng là
một vấn đề liên quan tới băng thông hay tốc độ chậm sẽ ảnh hưởng đến chất
lượng thông tin sau khi giấu. Giấu thông tin trong audio yêu cầu rất cao về
tính đồng bộ và tính an tồn của thơng tin.
1.5.3 Giấu tin trong video
Giấu tin trong video được quan tâm và phát triển mạnh mẽ cho nhiều
ứng dụng như điều khiển truy cập thông tin, nhận thực thống tin và bảo vệ


9

quyền tác giả. Ta có thể lấy một số ví dụ các hệ thống chương trình trả tiền
xem theo video clip (pay per view application). Các thuật toán trước đây
thường cho phép giấu ảnh vào trong video, nhưng kỹ thuật gần đây cho phép
giấu được cả hình ảnh và âm thanh vào video.
1.5.4 Giấu tin trong văn bản dạng text
Giấu thơng tin vào các văn bản dạng text khó thực hiện hơn do có ít các
thơng tin dư thừa, để làm được điều này người ta phải khéo léo khai thác các
dư thừa tự nhiên của ngôn ngữ. Một cách khác là tận dụng các định dạng,
khoảng cách giữa các từ khóa hay các dịng văn bản. Từ nội dung của thơng
điệp cần truyền đi, người ta cũng có thể sử dụng văn phạm phi ngữ cảnh để
tạo nên các văn bản “phương tiện chứa” rồi truyền đi.

1.6 Giấu tin trong ảnh số
1.6.1 Một số khái niệm
Giấu thông tin trong ảnh số là một phần của khái niệm giấu thông tin
với việc sử dụng ảnh số làm phương tiện mang. Trong đó:
Ảnh mơi trường hay ảnh gốc (host image) là ảnh mà ta đem nhúng
thông tin vào. Ảnh thu được sau khi đã giấu thông tin gọi là ảnh kết quả
(result image). Ảnh kết quả càng ít nhiễu càng khó gây ra nghi ngờ về sự tồn
tại của thông tin trong ảnh.
Thông tin nhúng là lượng thông tin được nhúng vào trong ảnh môi trường.
Phương tiện nhúng là đối tượng đa phương tiện ảnh đã có thơng tin nhúng.

Nhiễu là những đặc điểm lạ của phương tiện nhúng so với phương tiện
chứa ban đầu.
Thuỷ vân số: Là một kỹ thuật giấu các thuỷ vân vào trong phương tiện
chứa, kỹ thuật khơng u cầu về tính khơng nhìn thấy của thơng tin nhúng.
Có nhiều cách để phân loại các kỹ thuật giấu thông tin trong ảnh số, dựa
trên lĩnh vực áp dụng các kỹ thuật người ta chia kỹ thuật giấu tin trong ảnh thành
watermarking và image hiding. Watermarking là kỹ thuật nhúng một biểu tượng


10

vào trong ảnh môi trường để xác định quyền sở hữu ảnh mơi trường. Kích
thước của biểu tượng thường nhỏ từ vài bit đến 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, nén mất dữ liệu, hay các biến đổi hình học...
Image hiding là kỹ thuật dùng một ảnh môi trường để lưu trữ và chuyển
giao các dữ liệu quan trọng với kích thước tương đối lớn một cách an tồn.
Mục đích của ảnh image hiding là làm cho dữ liệu trở nên không quan sát
được đối với thị giác của con người.

1.6.2 Mơ hình kỹ thuật giấu tin, tách tin
Giấu thơng tin vào phương tiện chứa và tách lấy thông tin là hai q
trình trái ngược nhau và có thể mơ tả qua sơ đồ khối của hệ thống như sau:

Hình 1.4: Sơ đồ giấu tin
Đầu vào:
Thông tin cần giấu (M) tuỳ theo mục đích của người sử dụng, nó có thể
là thơng điệp (với giấu tin bí mật) hay các logo, hình ảnh bản quyền.
Phương tiện chứa (C): các file ảnh, text, audio…là mơi trường để
nhúng tin.
Khố (K) là thành phần để góp phần làm tăng độ bảo mật.
Bộ nhúng thơng tin: là những chương trình thực hiện việc giấu tin.
Đầu ra: là các phương tiện chứa đã có tin giấu trong đó.


11

Tách thông tin từ các phương tiện chứa diễn ra theo quy trình ngược lại
với đầu ra là các thơng tin đã được giấu và phương tiện chứa. Phương tiện
chứa sau khi tách lấy thơng tin có thể được sử dụng, quản lý theo những yêu
cầu khác nhau. Sơ đồ tách tin như sau:

Hình 1.5: Sơ đồ quá trình tách
tin 1.7 Tính chất, đặc trưng giấu tin trong ảnh
1.7.1 Phương tiện chứa có dữ liệu tri giác tĩnh
Dữ liệu gốc ở đây là dữ liệu ảnh tĩnh, dù đã giấu thơng tin vào trong ảnh
hay chưa, thì khi người ta xem ảnh bằng thị giác, dữ liệu ảnh không thay đổi theo
thời gian. Khác với dữ liệu audio hay video, khi nghe hay xem, thì dữ liệu gốc sẽ
thay đổi liên tục với tri giác của con người theo các thời điểm khác nhau.

1.7.2 Giấu tin phụ thuộc ảnh
Kỹ thuật giấu tin phụ thuộc vào các loại ảnh khác nhau. Chẳng hạn đối
với ảnh đen trắng, ảnh xám hay ảnh màu, ta có những kỹ thuật riêng do các
loại ảnh với đặc trưng khác nhau. Ảnh nén và ảnh không nén cũng áp dụng
những kỹ thuật giấu tin khác nhau, vì ảnh nén có thể làm mất thơng tin khi
nén ảnh.


12

1.7.3 Giấu tin lợi dụng khả năng thị giác của con người
Giấu tin trong ảnh cũng gây ra những thay đổi trên dữ liệu ảnh gốc. Dữ
liệu ảnh được quan sát bằng hệ thống thị giác con người, nên các kỹ thuật
giấu tin phải đảm bảo yêu cầu cơ bản là những thay đổi trên ảnh phải rất nhỏ,
sao cho bằng mắt thường không thể nhận ra được sự thay đổi đó, có như thế
thì mới đảm bảo được độ an tồn cho thơng tin giấu.
1.7.4 Giấu tin khơng làm thay đổi kích thước ảnh
Các phép tốn giấu tin sẽ được thực hiện trên dữ liệu của ảnh. Dữ liệu
ảnh bao gồm cả phần header (nơi lưu các thông tin về tệp, kích thước, và địa
chỉ offset về vùng dữ liệu), bảng màu (có thể có) và dữ liệu ảnh. Khi giấu tin,
các phương pháp giấu đều biến đổi giá trị của các bit trong dữ liệu ảnh trước
hay sau khi giấu tin, là như nhau.
1.7.5 Đảm bảo chất lượng ảnh sau khi giấu tin
Đây là yêu cầu quan trọng đối với giấu tin trong ảnh. Sau khi giấu tin
bên trong, ảnh phải đảm bảo yêu cầu không bị biến đổi, để có thể khơng bị
phát hiện dễ dàng so với ảnh gốc.


13

Kết luận Chương 1
Trong chương 1 luận văn trình bày những nội dung nghiên cứu tổng
quan lĩnh vực ẩn giấu thông tin trong các phương tiện đa phương tiện, trên cơ
sở đó đã đã lựa chọn và tập trung nghiên cứu kỹ thuật giấu tin trong ảnh số.
Theo đó, đã trình bày các khái niệm liên quan, đưa ra mơ hình giấu và tách tin
trong ảnh số; đồng thời tổ chức nghiên cứu tính chất, các đặc trưng của giấu
tin trong ảnh.
Những nghiên cứu trong chương 1 cũng khẳng định được mục đích,
tầm quan trọng và ý nghĩa ứng dụng của giấu tin nói chung và giấu tin trong
ảnh nói riêng trong bài toán liên lạc mật. Các kiến thức này làm cơ sở lý
thuyết và tiền đề khoa học cho phép những nghiên cứu sâu hơn ở phần sau.


14

CHƯƠNG 2
NGHIÊN CỨU MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN MẬT
TRONG ẢNH SỐ
2.1 Ảnh số
2.1.1 Khái niệm chung
Ảnh số là tập hợp bao gồm hữu hạn các phần tử được gọi là điểm ảnh
(picxel) có hai đặc trưng cơ bản là vị trí (x, y) và độ xám của nó, mỗi điểm
ảnh được biểu diễn bởi một số hữu hạn các bit. Điểm ảnh là một phần tử ảnh,
đơn vị thông tin nhỏ nhất trong một ảnh dạng raster [7].
Mức xám của điểm ảnh là cường độ sáng của nó được gán bằng giá trị
số tại điểm đó. Các thang giá trị mức xám thơng thường gồm có 16, 32, 64,
128, 256. Hiện nay mức phổ dụng từ 0 ÷ 255 tương đương với 1 byte trong
máy tính.
Như vậy ta sẽ thấy:
-

Ảnh đen trắng: là ảnh có hai màu đen, trắng (không chứa màu khác)

với mức xám ở các điểm ảnh có thể khác nhau.
-

Ảnh màu: màu sắc được tạo nên từ 3 màu cơ bản (R-G-B), người ta

thường dùng 3 byte để mô tả mức màu, giá trị màu: 28*3=224≈ 16,7 triệu màu.

Tiếp sau q trình số hóa, ảnh sẽ được lưu hoặc phân tích, các ảnh thơ
thường sẽ có kích thước lưu trữ rất lớn và sẽ khơng hiệu quả. Các ảnh thô
thường sẽ được biểu diễn lại dựa trên các đặc trưng ảnh như biên ảnh
(Boundary), hay vùng ảnh (Region) thông qua một số phương pháp biểu diễn
như: mã Run- Length đối với ảnh nhị phân; mã Chaine dùng biểu diễn đường
biên ảnh, khi một đường bất kỳ được chia thành các đoạn nhỏ; mã tứ phân
(Quad- Tree) được dùng để mã hoá cho vùng ảnh. Vùng ảnh đầu tiên được
chia làm bốn phần thường là bằng nhau, sau đó kiểm tra nếu khơng đồng nhất
thì tiếp tục phân chia cho tới khi được là khối đồng nhất.