Nghiên cứu kỹ thuật bảo vệ bản quyền các sản phẩm đồ họa vectơ.pdf

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

§¹i häc Th¸i Nguyªn
khoa c«ng nghÖ th«ng tin








NGÔ THÁI HÀ




NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT
BẢO VỆ BẢN QUYỀN CÁC SẢN PHẨM
ĐỒ HỌA VECTƠ







LuËn v¨n th¹c sÜ : KHOA HỌC MÁY TÍNH

Th¸i Nguyªn - 2009
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên


§¹i häc Th¸i Nguyªn
khoa c«ng nghÖ th«ng tin





NGÔ THÁI HÀ




NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT
BẢO VỆ BẢN QUYỀN CÁC SẢN PHẨM
ĐỒ HỌA VECTƠ

Chuyên ngành: KHOA HỌC MÁY TÍNH
Mã số: 60 48 01





LuËn v¨n th¹c sÜ : KHOA HỌC MÁY TÍNH



NGƯỜI HƯỚNG DẪN KHOA HỌC
PGS.TS ĐẶNG VĂN ĐỨC




Th¸i Nguyªn - 2009
iv

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


DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT


Chữ

viết tắt
Diễn giải Ý nghĩa
DCT Discrete Cosine Transform Biến đổi Cosin rời rạc
IDCT Invert Discrete Cosine Transform Biến đổi ngược DCT
DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Forier rời rạc
IDFT Invert Discrete Fourier Transform Biến đổi ngược DFT.
DWT Discrete Wavelet Transform Biến đổi Wavelet rời rạc
Steganography Giấu tin, Viết phủ
Intrinsic Steganography Giấu tin có xử lý
Pure Steganography Giấu tin đơn thuần
Watermarking Đánh dấu ẩn, thủy vân, thủy ấn
Watermark
Mã dấu bản quyền, mẫu tin
mật
IDWT Invert Discrete Wavelet Transform Biến đổi ngược DWT
PN Pseudo Noise giả nhiễu
FFT Fast fourier transfer Biến đổi Fourier nhanh
GIS Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý
PRNS Pseudo random number sequence Dãy số giả ngẫu nhiên
FT Fourier Transfer Biến đổi Fourier



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

i
MỤC LỤC
Trang
Trang phụ bìa
Lời cam đoan

Mục lục ........................................................................................................ i
Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt ............................................................... iv
Danh mục các bảng ...................................................................................... v
Danh mục các hình (hình vẽ, hình chụp, đồ thị) ........................................... iv
MỞ ĐẦU: .................................................................................................... 1
1. ĐẶT VẤN ĐỀ ............................................................................... 1
2. MỤC ĐÍCH CỦA LUẬN VĂN .............................................................. 2
3. BỐ CỤC LUẬN VĂN............................................................................. 3
NỘI DUNG ..................................................................................................
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN ................................................ 4
1.1. Các khái niệm cơ bản về giấu tin ........................................................... 4
1.1.1. Định nghĩa: ....................................................................................... 4
1.1.2. Phân loại các kỹ thuật giấu tin ............................................................ 5
1.1.3. Vài nét về lịch sử giấu tin ................................................................... 9
1.1.4. Các yêu cầu đối với giấu tin cho ảnh .................................................. 10
1.1.5. Mô hình kỹ thuật giấu tin ................................................................... 12
1.1.6. Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin ..................................................... 13
1.1.7. Các kiểu đánh dấu ẩn .......................................................................... 15
1.2. Giấu tin trong ảnh những đặc trƣng và tính chất ................................... 15
1.2.1. Giấu tin trong ảnh ............................................................................... 15
1.2.2. Những đặc trƣng và tính chất ............................................................. 16
1.2.3. Các phƣơng pháp giấu tin ................................................................... 19

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

ii
1.3. Kết luận chƣơng .................................................................................... 21
CHƢƠNG 2: GIẤU TIN TRONG BẢN ĐỒ VÉC TƠ ................................. 23
2.1. Bản đồ ................................................................................................... 23
2.2. Thủy vân bản đồ véc tơ ......................................................................... 25

2.3. Đặc điểm riêng của thủy vân bản đồ Véc tơ .......................................... 27
2.3.1. Dữ liệu bản đồ véc tơ ......................................................................... 27
2.3.2. Độ chính xác của bản đồ véc tơ .......................................................... 28
2.3.3. Các khả năng giấu tin ......................................................................... 29
2.3.3.1. Giấu tin hình học ............................................................................. 29
2.3.3.2. Giấu tin vào đỉnh ............................................................................. 30
2.3.3.3. Sắp xếp đối tƣợng ............................................................................ 30
2.3.3.4. Giảm nhiễu ...................................................................................... 30
2.4. Thuật toán thủy vân ............................................................................ 31
2.4.1. Thuật toán trong miền không gian ...................................................... 31
2.4.2. Thuật toán trong miền biến đổi (miền tần số) .................................... 36
2.4.2.1. Miền DFT : ................................................................................... 37
2.4.2.2. Miền DWT : .................................................................................. 39
2.4.2.3. Miền DCT ...................................................................................... 41
2.4.3. Thuật toán nhận đƣợc từ mô hình ba chiều ........................................ 41
2.6. Kết luận chƣơng .................................................................................... 42
CHƢƠNG 3: THUẬT TOÁN GIẤU VÀ TÁCH TIN TRONG BẢN ĐỒ
VÉC TƠ ....................................................................................................... 43
3.1. Giấu tin trong ảnh đen trắng ................................................................. 43
3.1.1. Thuật toán giấu tin cơ sở .................................................................... 43
a. Tiền xử lí .................................................................................................. 43
b. Quá trình thực hiện giấu tin ...................................................................... 43

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

iii
3.1.2. Thuật toán trích tin ............................................................................ 45
a. Tiền xử lí: ................................................................................................. 45
b. Quá trình trích tin: .................................................................................... 45
3.2. Biến đổi Fourier .................................................................................... 45

a. Biến đổi Fourier ....................................................................................... 45
b. Biến đổi Fourier liên tục ........................................................................... 47
c. Biến đổi Fourier rời ................................................................................. 49
3.2.1. Những biến đổi Fourier trong véc tơ................................................... 51
3.3. Kết luận chƣơng .................................................................................... 51
CHƢƠNG 4: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM ........................................ 52
4.1. Mô tả bài toán thử nghiệm ..................................................................... 52
4.2. Định dạng cấu trúc tệp Shapefile .......................................................... 53
4.2.1. Tổ chức dữ liệu khuôn mẫu của Shapefile ......................................... 54
4.2.2. Quy ƣớc về tên tệp .............................................................................. 54
4.2.3. Kiểu dữ liệu ...................................................................................... 55
4.2.4. Cấu trúc của Main file ....................................................................... 55
4.2.5. Cấu trúc của tệp chỉ số (Index file) .................................................... 64
4.2.6. Cấu trúc của tệp chứa cơ sở dữ liệu .................................................. 65
4.3. Quy trình giấu thông tin......................................................................... 65
a. Phân tích thuật toán .................................................................................. 65
b. Giấu thông tin ........................................................................................... 66
4.4. Quy trình tách thông tin ......................................................................... 69
4.5. Kết luận chƣơng .................................................................................... 70
KẾT LUẬN .................................................................................................. 71
vi

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


DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ


Tên hình Ý nghĩa
Hình 1.1 Phân loại các kỹ thuật giấu tin (Fabien A.P. Petitcolaset al., 1999)

Hình 1.2 Quá trình giấu tin và tách tin.
Hình 2.1 Các lớp bản đồ phân lớp đối tượng
Hình 2.2 Thế giới thực và bản đồ vectơ
Hình 4.1 Cấu trúc của tệp chính
Hình 4.2 Cấu trúc của tệp chỉ số.
Hình 4.3 Mô tả một bản đồ vector đơn giản
Hình 4.4 Giao diện chương trình DEMO













vii

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




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

1

MỞ ĐẦU:
1. ĐẶT VẤN ĐỀ
Ngày nay, với sự ra đời và phát triển của mạng Internet. Mọi người đều có
thể kết nối vào Internet, tìm kiếm thông tin một cách dễ dàng thông qua nhà
cung cấp dịch vụ mạng.
Sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật trên nhiều lĩnh vực đặc
biệt là trong lĩnh vực đa phương tiện (multimedia) làm cho sự sản xuất, quản lý
và phân phối các sản phẩm này: hình ảnh, âm thanh… rất dễ dàng. Cùng với sự
phổ biến rộng rãi các mạng internet tốc độ cao làm cho quá trình phân phối
chúng trở nên rất nhanh chóng, dễ dàng, đem lại những thuận lợi to lớn thông
qua hệ thống thương mại điện tử.
Với môi trường mở và tiện nghi như thế, các hệ thống mạng hiện đại trở
thành phương tiện phân phối tài liệu một cách nhanh chóng và kinh tế. Tuy
nhiên, việc phân phối một cách phổ biến các tài nguyên trên mạng hiện nay luôn
gặp phải vấn nạn sao chép và sử dụng không hợp pháp như: Xâm phạm bản
quyền, truy cập trái phép, xuyên tạc, giả mạo thông tin…
Đi đôi với sự phát triển của công nghệ máy tính thì tình trạng sử dụng bất
hợp pháp các sản phẩm số (tệp tin tài liệu, chương trình, âm thanh và hình ảnh...)
ngày càng tăng, do các tệp tin số có thể sao chép dễ dàng giữa các máy tính. Dẫn
đến tình trạng vi phạm bản quyền số đang xảy ra hàng ngày, hàng giờ trên khắp
thế giới. Nhằm bảo vệ các sản phẩm số không bị sử dụng trái phép, song song
với việc kêu gọi ý thức tự giác thực thi luật bản quyền, các công ty công nghệ
lớn trên thế giới đã và đang thực hiện các giải pháp kỹ thuật kiểm soát bản quyền
số. Một trong những vấn đề được đặt ra là làm sao bảo vệ quyền sở hữu đối với
các sản phẩm đa phương tiện này.

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

2
Đứng trước tình hình đó vấn đề về bảo mật thông tin hiện nay luôn nhận

được sự quan tâm đặc biệt trong nhiều lĩnh vực. Từ xa xưa đã có nhiều cách để
bảo mật thông tin, một trong những phương pháp dùng rất sớm để bảo vệ quyền
sở hữu đối với nội dung của các sản phẩm đa phương tiện là mã hoá. Nội dung
của sản phẩm đó được mã hoá và gửi cho người sử dụng. Người sử dụng chỉ đọc
được các thông tin này khi nhận được khoá để giải mã đi kèm. Phương pháp mã
hoá trên chỉ hiệu quả trong việc truyền thông tin nhưng không hiệu quả trong
việc bảo vệ quyền sở hữu. Sau khi người sử dụng đã giải mã được thì sẽ nhân
bản và phân phối lại sản phẩm đó. Ngày nay phương pháp giấu thông tin trong
các sản phẩm đa phương tiện được dùng phổ biến vì ngoài vấn đề bảo mật còn
bảo vệ bản quyền, chống nhân bản bất hợp pháp, chống truy cập trái phép, chống
xuyên tạc, chống giả mạo thông tin…
Giải pháp bảo mật thông tin được sử dụng phổ biến nhất là dùng các hệ
mật mã [1], [3]. Với giải pháp này, thông tin ban đầu sẽ được mã hóa thành bản
mật mã mang những giá trị “vô nghĩa”. Chính điều này làm nảy sinh nghi ngờ và
người sử dụng tìm mọi cách thám mã. Ngược lại, nếu đem thông tin giấu vào
trong một đối tượng khác, một bức ảnh F chẳng hạn, sẽ thu được một ảnh F‟ hầu
như không sai khác với F khi nhìn bằng mắt thường. Đây là ý tưởng của phương
pháp giấu tin (data hiding) trong môi trường ảnh, giấu tin mật [5], [6], đánh dấu
bản quyền [7], [8], và nhiều ứng dụng khác …
2. MỤC ĐÍCH CỦA LUẬN VĂN
Giấu tin là một lĩnh vực rộng lớn, trong luận văn này nghiên cứu các kỹ
thuật giấu tin trong ảnh rồi áp dụng cho bản đồ, một trong những vấn đề được
ứng dụng khá rộng rãi. Để thực hiện việc giấu tin trong bản đồ, ý tưởng cơ bản là
biến đổi một số thuộc tính của các điểm trên bản đồ theo một số thuật toán nhất

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

3
định, nhằm đảm bảo rằng dữ liệu bản đồ, về mặt thị giác, không sai khác là mấy
so với bản đồ gốc, đồng thời, sau khi nhận được bản đồ đích, sử dụng quy trình

giải mã với các khóa phù hợp, ta có thể trích được thông tin cần dấu.
Nội dung của luận văn này tập trung nghiên cứu các phương pháp giấu tin
trong ảnh bitmap, ảnh vector, các phương pháp thủy vân số [14], [15], một số
phương pháp giấu tin dựa vào các phép biến đổi DCT, DFT, DWT.
3. BỐ CỤC LUẬN VĂN
Luận văn gồm trang, được trình bày trong 3 chương, có phần mở đầu,
phần kết luận, phần mục lục, phần tài liệu tham khảo. Các nội dung cơ bản của
luận văn được trình bày theo cấu trúc như sau:
Chƣơng 1: Tổng quan về giấu tin
Trình bày tổng quan về giấu tin, phân tích các yêu cầu đối với giấu tin cho
ảnh, trình bày một số loại hình giấu tin và các yêu cầu đối với giấu tin trong ảnh.
Bên cạnh đó trình bày một số mô hình giấu tin và các ứng dụng của chúng,
những đặc trưng và tính chất của giấu tin trong ảnh. Ngoài ra, một nội dung rất
quan trọng trong chương này đó là các phương pháp giấu tin và các thuật toán
giấu tin.
Chƣơng 2 : Các kỹ thuật giấu tin trong ảnh
Tập trung phân tích, đánh giá các thuật toán giấu tin trong ảnh, kỹ thuật
biến đổi Fourier. Biến đổi Fourier trong ảnh vector, các thuật toán giấu và tách
thông tin trong ảnh vector.
Chƣơng 3: Xây dựng chƣơng trình
Trình bày cấu trúc bản đồ dạng shapefile và biến đổi DFT, xây dựng thuật toán
nhúng tách watermark.


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

4
CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN

1.1. Các khái niệm cơ bản về giấu tin

1.1.1. Định nghĩa:
Qua nghiên cứu các phương pháp giấu tin, ta có thể định nghĩa nó như
sau:
Giấu thông tin là kỹ thuật nhúng (embedding) một lượng thông tin số nào
đó vào trong một đối tượng dữ liệu số khác.[18]
Trong khuôn khổ của luận văn, các thuật ngữ “giấu tin”, “giấu thông tin”
và “giấu dữ liệu”; thuật ngữ “đánh dấu ẩn”,”thủy vân số” và “thủy vân”; Tương
tự ta cũng có “mã” và “mã đánh dấu bản quyền”được xem đồng nghĩa. Một
trong những yêu cầu cơ bản của giấu tin là đảm bảo tính chất ẩn của thông tin
được giấu đồng thời không làm ảnh hưởng đến chất lượng của dữ liệu gốc.
Sự khác biệt chủ yếu giữa mã hoá thông tin và giấu thông tin là mã hoá
làm cho các thông tin hiện rõ là nó có được mã hoá hay không tức là giấu đi ý
nghĩa của thông tin còn, còn với giấu thông tin thì người ta sẽ khó biết được là
có thông tin giấu bên trong tức là giấu đi sự hiện diện của thông tin. Về bản chất
giấu tin gần với nén dữ liệu hơn. Tóm lại giấu tin và mã hóa có mối quan hệ mật
thiết với nhau, cùng xây dựng một hệ thống an toàn và bảo mật thông tin.
Kỹ thuật giấu thông tin nhằm mục đích đảm bảo an toàn và bảo mật thông
tin ở hai khía cạnh. Một là bảo mật cho giữ liệu được đem giấu (embedded
data), chẳng hạn như giấu tin mật: thông tin mật được giấu kỹ trong một đối
tượng khác sao cho người khác không phát hiện được (steganography), hai là
bảo mật cho chính đối tượng được dùng để giấu tin (host data), chẳng hạn như
ứng dụng bảo vệ bản quyền, phát hiện xuyên tạc thông tin (watermarking).... Hai

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

5
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. Khuynh hướng thứ hai là thuỷ vân số (watermarking). Khuynh
hướng thuỷ vân số đánh giấu vào đối tượng nhằm khẳng định bản quyền sở hữu
hay phát hiện xuyên 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.
1.1.2. Phân loại các kỹ thuật giấu tin
Do kỹ thuật giấu thông tin số mới được hình thành trong thời gian gần đây
nên xu hướng phát triển chưa ổn định. Nhiều phương pháp mới, theo nhiều khía
cạnh khác nhau đang và chắc chắn sẽ được đề xuất, bởi vậy một định nghĩa
chính xác, một sự đánh giá phân loại rõ ràng chưa thể có được. Sơ đồ phân loại
trên được Fabien A. P. Petitcolas đề xuất năm 1999.
Có thể chia lĩnh vực giấu tin thành hai hướng lớn là thủy vân số và giấu tin
mật [18]. Giấu tin mật quan tâm đến các ứng dụng sao cho người khác khó phát
hiện nhất việc có tin được giấu và nếu có phát hiệ tin được giấu thì việc giải tin
cũng khó thực hiện nhất.
Phạm vi ứng dụng của thủy vân đa dạng hơn, tùy theo mục đích của hệ
thủy vân mà người ta lại chia thành các hướng nhỏ như thủy vân dễ vỡ và thủy
vân bền vững.




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

6

Hình 1.1 Phân loại các kỹ thuật giấu tin ( Fabien A.P. Petitcolaset al., 1999)

Sơ đồ phân loại này như một bức tranh khái quát về ứng dụng và kỹ
thuật giấu thông tin. Dựa trên việc thống kê sắp xếp khoảng 100 công trình đã
công bố trên một số tạp chí, cùng với thông tin về tên và tóm tắt nội dung của
khoảng 200 công trình đã công bố trên Internet, có thể chia lĩnh vực giấu tin ra
làm hai hướng lớn, đó là watermarking và steganography.
Steganography (giấu tin, viết phủ) 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 khoá 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
Giấu thông tin
Giấu tin mật Thủy vân số
Thủy vân dễ vỡ
Thủy vân ẩn Thủy vân hiện
Thủy vân bền vững
Thủy vân ẩn Thủy vân hiện

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

7
khoá viết mật đó. Chú ý rằng khoá này không phải là khoá dùng để lập mật mã
mẩu tin, ví dụ nó có thể là khoá để sinh ra hàm băm phục vụ rải tin vào môi
trường phủ. Ngược lại nếu không dùng khoá viết mật thì người ta chỉ dấu tin đơn
thuần vào môi trường phủ thì khi đó người ta nói về Pure Steganography (dấu
tin đơn thuần).
Watermarking (thuỷ ấn) 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 thông 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 công dựa trên việc hiểu rõ
thuật toán 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).
Nếu như watermark (thủy vân, thủy ấn) quan tâm nhiều đến ứng dụng
giấu các mẩu tin ngắn nhưng đòi hỏi độ bền vững lớn của thông tin cần giấu
(trước các biến đổi thông thường của tệp dữ liệu môi trường) thì steganography
lại quan tâm tới ứng dụng che giấu các bản tin đòi hỏi độ bí mật và dung lượng
càng lớn càng tốt. Đối với từng hướng lớn này, quá trình phân loại theo các tiêu
chí khác có thể tiếp tục được thực hiện, ví dụ dựa theo ảnh hưởng các tác động
từ bên ngoài có thể chia watermark thành hai loại, một loại bền vững với các
tác động sao chép trái phép, loại thứ hai lại cần tính chất hoàn toàn đối lập: dễ
bị phá huỷ trước các tác động nói trên. Cũng có thể chia watermark theo đặc

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

8
tính, một loại cần được che giấu để chỉ có một số người tiếp xúc với nó có thể

thấy được thông tin, loại thứ hai đối lập, cần được mọi người nhìn thấy.
Xét về tính chất thuỷ ấn giống giấu tin ở chỗ tìm cách nhúng thông tin mật
vào một môi trường. Nhưng về bản chất thì thuỷ ấn có những nét khác ở một số
điểm:
 Mục tiêu của thuỷ ấn 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 còn thuỷ ấn tìm
cách biến tin giấu thành một thuộc tính của vật mang
 Chỉ tiêu quan trọng nhất của một thuỷ ấn là tính bền vững, của giấu tin là
dung lượng
Điểm khác nữa giữa thuỷ ấn và giấu tin là thuỷ ấn có thể vô hình hoặc hữu hình
trên ảnh mang.
Kỹ thuật giấu tin được áp dụng cho các loại dữ liệu ảnh, audio, vidio.
Chức năng của giấu 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 không 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.

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

9
Ảnh bị sửa đổi: nội dung của ảnh bị xuyên tạc. Trong trường hợp này giấu
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 giấu tin được gắn cho ảnh là giấu không nhìn thấy nhưng trên
thực tế tồn tại một loại giấu tin có thể nhìn thấy, chúng không trong suốt hoàn
toàn.Tuy nhiên nội dung của luận văn này tôi chỉ đề cập tới loại giấu tin không
nhìn thấy.
1.1.3. Vài nét về lịch sử giấu tin
Các kỹ thuật giấu tin đã được đề xuất và sử dụng từ xa xưa, và sau này đã
được phát triển ứng dụng cho nhiều lĩnh vực. Từ Steganography bắt nguồn từ
Hi-Lạp với ý 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 (thông tin được hiểu theo nghĩa nguyên 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
thông 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 nô 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.
Môi trường để ghi văn bản chính là các viên thuốc được bọc trong sáp ong.
Demeratus, một người Hy-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

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

10
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 thông
thường. Khi bị hơ nóng, những thứ mực không nhìn thấy này trở nên sẫm màu
và có thể đọc dễ dàng.
Ý tưởng về che giấu thông tin đã có từ hàng nghìn năm về trước nhưng kỹ
thuật này được dùng chủ yếu trong quân đội và trong các cơ quan tình báo. Mãi
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 công trình nghiên
cứu giá trị. Cuộc cách mạng số hoá thông tin và sự phát triển nhanh chóng của
mạng truyền thông 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...
1.1.4. Các yêu cầu đối với giấu tin cho ảnh
Mục đích của giấu tin cho ảnh là bảo vệ bản quyền cho chủ sỡ hữu ảnh.
Những yêu cầu cơ bản đối với giấu tin cho ảnh là:
 Tính ẩn của giấu tin được chèn vào ảnh: Sự hiện diện của giấu tin trong
ảnh không làm ảnh hưởng tới chất lượng của ảnh đã chèn tin.
 Tính bền của giấu tin: Cho phép các tin có thể tồn tại được qua các phép
biến đổi ảnh, biến dạng hình học hay các hình thức tấn công cố ý khác.

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

11
 Tính an toàn: không thể xoá được tin ra khỏi ảnh trừ khi ảnh được biến đổi
tới mức không còn mang thông tin
Tính ẩn của tin là một yêu cầu rất quan trọng của phương pháp giấu tin.
Nếu tính ẩn của tin không được đảm bảo thì không những nó làm ảnh hưởng tới
chất lượng của ảnh mà còn dễ dàng tạo điều kiện cho các hình thức tấn công
nhằm loại bỏ tin ra khỏi ảnh. Với ảnh được đánh dấu một cách lý tưởng, ảnh có

bản quyền và ảnh gốc sẽ không thể phân biệt được bằng mắt thường. Như vậy
giá trị của bức ảnh sẽ không bị thay đổi và việc các tin như vậy sẽ là rào cản lớn
cho những kẻ phá hoại trong việc cố gắng xoá hoặc sửa đổi các thông tin về bản
quyền ảnh. Trên thực tế khi chèn tin vào ảnh thì ảnh kết quả và ảnh gốc sẽ có
những sai khác, để không thể nhận ra được những thay đổi về nội dung dữ liệu
này, người ta thường khai thác các đặc điểm về khả năng cảm thụ của mắt người.
Tính bền của giấu tin liên quan đến việc tách tin từ ảnh có bản quyền một
ảnh sau khi được đánh dấu có thể được đem ra xử lý để phục vụ cho các mục
đích khác nhau như nén ảnh, biến đổi hình học, lọc ảnh cải thiện ảnh , các biến
đổi cố tình để xoá dấu tin ra khỏi ảnh,…v.v. Vấn đề được đặt ra liệu sau khi ảnh
bị xử lý ta còn có thể tách được lượng tin ra khỏi ảnh không và tách được thì
chất lượng của tin có đảm bảo tin cậy không như ta đã biết khi chèn một dấu ẩn
vào ảnh thì trước hết phải đảm bảo tính ẩn của nó, nói cách khác thông tin về
dấu ẩn có năng lượng rất nhỏ so với thông tin ảnh. Mặt khác để tăng tính bền cho
dấu ẩn ta phải tăng năng lượng của thông tin dấu ẩn được chèn vào ảnh điều này
đối nghịch với yêu cầu của tính ẩn .Do vậy việc đảm bảo sự tồn tại của dấu ẩn
trong ảnh cũng giống như việc đảm bảo truyền tín hiệu có năng lượng nhỏ trong
môi trường có nhiễu lớn. Đây là cơ sở để áp dụng các phương pháp xử lí tín hiệu
số trong chèn dấu ẩn.

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

12
Trong trường hợp một ảnh được chèn nhiều ký hiệu bản quyền thì các ký
hiệu này phải đảm bảo có thể phân biệt được. Tuy nhiên việc tăng số lượng các
dấu ẩn cũng đồng nghĩa với việc tăng lượng của các thông tin được chèn vào ảnh
do đó tính ẩn của ảnh cũng bị ảnh hưởng theo chiều hướng giảm. Tóm lại các
yêu cầu đặt ra đối với đánh dấu ẩn cho ảnh có chiều hướng xung đột nhau, nếu
thoả mãn tốt yêu cầu này thì không đáp ứng được yêu cầu kia và ngược lại. Qua
đó ta có kết luận rằng không thể có mô hình đánh dấu ẩn nào cho ảnh một cách

lí tưởng. Để có được một phương pháp đánh dấu ẩn ảnh hợp lý, người ta thường
đưa ra hệ số cân đối và tuỳ theo những yêu cầu cụ thể, hệ số cân đối này sẽ được
chọn thích hợp.
1.1.5. Mô hình kỹ thuật giấu tin
Hệ thống giấu tin nói chung bao gồm 2 phần chính: chèn tin và tách tin (Hình
1.2). Giai đoạn chèn tin, các thông tin khoá (công khai hoặc bí mật) và dấu tin
được chèn vào ảnh gốc để được ảnh có bản quyền. Giai đoạn tách tin, dữ liệu
khoá (bí mật) và hoặc ảnh gốc (ảnh không chèn tin) sẽ làm dữ liệu cơ sở để tách
tin từ ảnh có bản quyền.

a) Chèn tin
Mẫu tin mật
Ảnh gốc Chèn tin Ảnh bản quyền
Khóa k

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

13

b) Tách tin
Hình 1.2. Quá trình giấu tin và tách tin.
 Mẩu tin mật: có thể là văn bản hoặc tệp ảnh hay bất kỳ một tệp nhị phân
nào, vì quá trình xử lý chúng ta đều chuyển chúng thành chuỗi các bit.
 Ảnh phủ hay ảnh gốc: ảnh được dùng để làm môi trường nhúng tin mật.
 Khoá K: khoá viết mật tham gia vào quá trình giấu tin, tăng tính bảo mật
 Ảnh bản quyền: là ảnh sau khi đã nhúng tin mật vào đó
Khoá k trong hệ đánh dấu trên là để đảm bảo tính bí mật của dấu tin
chống lại các hình thức khai thác quy luật về ký hiệu được chèn vào ảnh. Đây là
hình thức bảo vệ an toàn cho ảnh bản quyền đối với mọi hình thức tấn công cố ý
nhằm xoá dấu tin ra khỏi ảnh.

1.1.6. Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin
Bảo vệ bản quyền tác giả: Đây là ứng dụng cơ bản nhất của kỹ thuật thủy
vân số. Một thông tin nào đó mang ý nghĩa quyền sở hữu tác giả gọi là thủy vân
sẽ được nhúng vào trong các sản phẩm, thủy vân đó chỉ một mình chủ sở hữu
hợp pháp các sản phẩm đó có và được dùng làm minh chứng cho bản quyền sản
phẩm. Giả sử có một thành phẩm dữ liệu dạng đa phương tiện như ảnh, âm
thanh, video và cần được lưu thông trên mạng. 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
Ảnh gốc
Ảnh có bản quyền
u
Tách tin Tin
Khóa k

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

14
quyền ” vào sản phẩm này. Việc dán tem hay chính là việc nhúng thủy vân cần
phải đảm bảo không để lại một ảnh hưởng đáng kể nào đến việc cảm nhận sản
phẩm. Yêu cầu kỹ thuật đối với ứng dụng này là thủy vân phải tồn tại bền vững
cùng với sản phẩm, muốn bỏ thủy vân này mà không được phép của người chủ
sở hữu thì chí có cách là phá hủy sản phẩm[18].
Xác thực thông tin hay phát hiện xuyên tạc thông tin: Một tập các thông
tin sẽ được giấu trong phương tiện chứa sau đó được sử dụng để nhận biết xem
dữ liệu trên phương tiện gốc đó có bị thay đổi không. Các thủy vân nên được ẩn
để tránh sự tò mò của kẻ thù, hơn nữa việc làm giả các thủy vân hợp lệ hay
xuyên tạc thông tin nguồn cũng cần được xem xét. Trong các ứng dụng thực tế
người ta mong muốn tìm được vị trí bị xuyên tạc cũng như phân biệt được các
thay đổi. Yêu cầu chung đối với ứng dụng này là khả năng giấu thông tin cao và
thủy vân không cần bền vững[18].

Giấu vân tay hay dán nhãn: Thủy vân trong những ứng dụng này được sử
dụng để nhận diện người gửi hay người nhận của một thông tin nào đó. Ví dụ các
vân khác nhau sẽ được nhúng vào các bản sao khác nhau của thông tin gốc trước
khi chuyển cho nhiều người [2]. Với ứng dụng này thì yêu cầu là đảm bảo độ an
toàn cao cho các thủy vân tránh sự xóa dấu vết trong khi phân phối.
Kiểm soát sao chép: Các thủy vân trong trường hợp này được sử dụng để
kiểm soát sao chép đối với các thông tin. Các thiết bị phát ra thủy vân thường
được gắn sẵn vào trong các hệ thống đọc/ghi. Ví dụ như hệ thống quản lý sao
chép DVD đã được ứng dụng ở Nhật. Các ứng dụng loại này cũng yêu cầu thủy
vân phải được đảm bảo an toàn và cũng sử dụng phương pháp phát hiện thủy vân
đã giấu mà không cần thông tin gốc.

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

15
Giấu tin mật: Các thông tin giấu được trong trường hợp này càng nhiều
càng tốt, việc giải mã để nhận được thông tin cũng không cần phương tiện chứa
ban đầu. Các yêu cầu mạnh về chống tấn công của kẻ thù không cần thiết lắm
thay vào đó là thông tin giấu phải đảm bảo tính ẩn.
1.1.7. Các kiểu đánh dấu ẩn
Kỹ thuật đánh dấu ẩn có thể chia thành các loại khác nhau theo các
phương pháp khác nhau. Kỹ thuật đánh dấu ẩn (Watermarking) có thể chia thành
4 loại theo kiểu tài liệu (dữ liệu) sẽ được nhúng như sau:
 Đánh dấu ẩn trong văn bản (Text )
 Đánh dấu ẩn trong ảnh (Image)
 Đánh dấu ẩn trong âm thanh (Audio )
 Đánh dấu ẩn trong Video
Trong trường hợp hình ảnh, có vài phương thức đánh dấu ẩn trong miền
không gian. Có thể dùng đánh dấu ẩn trong miền tần số thay cho đánh dấu ẩn
trong miền không gian.

 Đánh dấu ẩn nhìn thấy
 Đánh dấu ẩn bền vững –vô hình
 Đánh dấu ẩn dễ vỡ -vô hình
1.2. Giấu tin trong ảnh những đặc trƣng và tính chất
1.2.1. Giấu tin trong ảnh
Giấu tin trong ảnh, hiện nay, là một bộ phận chiếm tỷ lệ lớn nhất trong các
chương trình ứng dụng, các phần mềm, hệ thống giấu tin trong dữ liệu đa
phương tiện bởi lượng thông tin được trao đổi bằng ảnh là rất lớn. Hơn nữa, giấu
thông tin trong ảnh cũng đóng vai trò hết sức quan trọng trong hầu hết các ứng
dụng bảo vệ an toàn thông tin như: nhận thức thông tin, xác định xuyên tạc thông

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

16
tin, bảo vệ bản quyền tác giả, điều khiển truy nhập, giấu thông tin mật … Vì thế
mà vấn đề này đã nhận được sự quan tâm rất lớn của các cá nhân, tổ chức,
trường đại học, và viện nghiên cứu trên thế giới.
Thông tin sẽ được giấu cùng với dữ liệu ảnh nhưng chất lượng ảnh ít thay
đổi và ít ai biết được bên trong bức ảnh đó mang những thông tin có ý nghĩa
khác. Và ngày nay, khi ảnh số đã được sử dụng phổ biến, thì giấu thông tin đã
đem lại rất nhiều những ứng dụng quan trọng trong trên nhiều lĩnh vực trong đời
sống xã hội. Ví dụ như đối với các nước phát triển, chữ ký tay đã được số hóa và
lưu trữ sử dụng như là 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. Thêm vào
đó, lại có rất nhiều loại thông tin quan trọng cần được bảo mật, chúng rất dễ bị
lấy cắp và bị thay đổi bởi các phần mềm chuyên dụng. Việc nhận thực cũng như
phát hiện thông tin xuyên tạc đã trở nên vô cùng quan trọng và cấp thiết. Một
đặc điểm của giấu thông tin trong ảnh đó là thông tin được giấu trong ảnh một
cách vô hình, nó như là một cách truyền thông tin mật cho nhau mà người khác
không thể biết được bởi sau khi giấu thông tin thì chất lượng ảnh gần như không

thay đổi, đặc biệt đối với ảnh mầu hay ảnh đa mức xám.
1.2.2. Những đặc trƣng và tính chất
Giấu tin trong chiếm vị trí chủ yếu trong các kỹ thuật giấu tin, vì vậy mà
các kỹ thuật giấu tin phần lớn cũng tập trung vào các kỹ thuật giấu tin trong ảnh.
Các phương tiện chứa khác nhau thì cũng sẽ có các kỹ thuật giấu khác nhau. Đối
tượng ảnh là một đối tượng dữ liệu tĩnh có nghĩa là dữ liệu tri giác không biến
đổi theo thời gian. Dữ liệu ảnh có nhiều định dạng, mỗi định dạng có những tính
chất khác nhau nên các kỹ thuật giấu tin trong ảnh thường chú ý những đặc trưng
và các tính chất cơ bản sau đây:

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

17
*) Phương tiện có chứa dữ liệu tri giác tĩnh
Dữ liệu gốc ở đây là dữ liệu tĩnh, dù đã giấu thông tin vào trong ảnh hay
chưa thì khi ta xem ảnh bằng thị giác, dữ liệu ảnh không thay đổi theo thời gian,
điều này khác với dữ liệu âm thanh và dữ liệu băng hình vì khi ta nghe hay xem
thì dữ liệu gốc sẽ thay đổi liên tục với tri giác của con người theo các đoạn, các
bài hay các cảnh… [18]
*) Kỹ thuật giấu 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 cũng có những kỹ thuật riêng cho từng
loại ảnh có những đặc trưng khác nhau.
*) Kỹ thuật giấu tin lợi dụng tính chất hệ thống thị giác của con người
Giấu tin trong ảnh ít nhiều cũng gây ra những thay đổi trên dữ liệu ảnh
gốc. Dữ liệu ảnh được quan sát bằng hệ thống thị giác của con người nên các kỹ
thuật giấu tin phải đảm bảo một yêu cầu cơ bản là những thay đổi trên ảnh phải
rất nhỏ sao cho bằng mắt thường khó nhận ra được sự thay đổi đó vì có như thế
thì mới đảm bảo được độ an toàn cho thông tin giấu. Rất nhiều các kỹ thuật đã
lợi dụng các tính chất của hệ thống thị giác để giấu tin chẳng hạn như mắt người

cảm nhận về sự biến đổi về độ chói kém hơn sự biến đổi về màu hay cảm nhận
của mắt về màu xanh da trời kém nhất trong ba màu cơ bản.
*) Giấu thông tin trong ảnh tác động lên dữ liệu ảnh nhưng không thay đổi kích
thước ảnh
Các thuật toán thực hiện công việc giấu thông tin sẽ được thực hiện trên
dữ liệu của ảnh. Dữ liệu ảnh bao gồm phần header, bảng màu (có thể có) và dữ
liệu ảnh. Do vậy mà kích thước ảnh trước hay sau khi giấu thông tin là như nhau.