MỘT THUẬT TOÁN MỚI GIẤU TIN TRONG ẢNH
NHỊ PHÂN SỬ DỤNG TÍNH CHẴN LẺ CỦA CÁC KHỐI BIT ThS. NGUYỄN HIẾU CƯỜNG
Bộ môn Công nghệ phần mềm
Khoa Công nghệ thông tin
Trường Đại học Giao thông Vận tải

Tóm tắt: Báo cáo trình bày một thuật toán mới để giấu tin trong ảnh nhị phân sử dụng
tính chẵn lẻ của các khối bit. Thuật toán có thể giấu được một bit vào mỗi khối ảnh bằng cách
thay đổi nhiều nhất một phần tử của khối đó, trong khi tính bảo mật và chất lượng ảnh sau khi
giấu tin của thuật toán này khá cao.
Summary: The paper presents a new algorithm for hiding data in binary images using
parity blocks. The algorithm can hide one bit in each image block by changing at most one bit
in the block. It has also good quality in security and stego-images.
I. ĐẶT VẤN ĐỀ
Giấu tin là kỹ thuật nhằm giấu những thông tin số cần bảo mật vào trong một đối tượng dữ
liệu số khác (gọi là môi trường giấu tin) sao cho sự biến đổi của môi trường sau khi đã giấu tin
là rất khó nhận biết, do vậy đối phương sẽ không thể biết được trong một đối tượng nào đó có
giấu thông tin mật hay không. Giấu tin là giải pháp hiệu quả cho nhiều vấn đề trong bảo mật
thông tin hiện nay, như truyền tin bí mật, bảo vệ bản quyền, xác thực thông tin,… Môi trường
giấu tin có thể là bất kỳ đối tượng dữ liệu đa phương tiện nào nhưng phổ biến nhất là ảnh số.
CB-
CNTT
Các thuật toán giấu tin trong ảnh thường sử dụng ảnh màu hoặc ảnh đa mức xám làm môi
trường giấu tin, do chúng có môi trường “dày” và vì thế lượng tin có thể giấu được lớn và tính
che giấu cao. Giấu tin trong ảnh nhị phân là một thách thức lớn hơn, vì không như các loại ảnh
trên, môi trường giấu tin trong ảnh nhị phân rất “thưa”, mỗi điểm ảnh của nó chỉ được thể hiện
bởi một bit nên sẽ rất dễ bị phát hiện khi có bất kỳ sự biến đổi nào [2, 3, 4].

⎨
⎧
<−
<−
≤−+−≤
2kv
2ju
2kvju1

Định nghĩa 4. Ma trận láng giềng của ma trận F cấp m×n là ma trận N cấp m×n trong đó
N[j,k] là số phần tử láng giềng thuộc khối F của F[j,k] mà có giá trị khác với F[j,k].
CB-CNTT
Ví dụ:
Nếu F = thì N =
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
100
100
111
⎥
⎥
⎥

sang xét khối Fi tiếp theo.
+ Nếu 0 < SUM(Fi) < mn thì chuyển sang bước 2 để giấu tin. Việc giấu tin vào Fi thực chất
là biến đổi Fi thành F’i sao cho thỏa mãn một bất biến nào đó. Bất biến này cũng chính là dấu
hiệu để có thể khôi phục lại thông tin đã giấu. Trong thuật toán này bất biến cần đạt được là
SUM(F’i ^ K) = b (mod 2), nói cách khác b phải có cùng tính chẵn lẻ với SUM(F’i ^ K).
Bước 2:
+ Tính S = SUM(Fi ^ K)
+ Nếu S = b (mod 2) thì đã đạt bất biến, do đó trường hợp này giấu được một bit vào Fi mà
không cần phải biến đổi Fi.
+ Nếu S ≠ b (mod 2) thì cần phải biến đổi Fi sao cho đạt được bất biến. Để làm việc này
chỉ cần thay đổi một bit trong Fi sao cho tính chẵn lẻ của S thay đổi là được. Đây là trường hợp
giấu một bit vào Fi bằng cách thay đổi một phần tử trong Fi.
CB-
CNTT
Tuy nhiên qua thử nghiệm thấy rằng với kỹ thuật thay đổi bit ngẫu nhiên, tức là sử dụng
mọi khối Fi để giấu tin và trong trường hợp cần thay đổi một phần tử trong Fi lại thay đổi một
phần tử bất kỳ miễn sao đạt được bất biến thì chất lượng ảnh sau khi giấu sẽ không được tốt,
xuất hiện khá nhiều điểm bất thường. Do đó một vấn đề được đặt ra là cần một kỹ thuật thay đổi
bit có chọn lọc: xác định đúng các khối Fi để giấu tin và vị trí phần tử cần thay đổi trong Fi sao
cho ảnh ít bị ảnh hưởng nhất.
Trong bước 1, để tránh giấu vào các khối toàn màu đen hoặc toàn màu trắng, ta đã đưa ra
điều kiện chỉ giấu vào các khối Fi thỏa mãn 0 < SUM(Fi) < mn. Trong bước 2 này, ở trường
hợp giấu bit b mà cần phải thay đổi một phần tử của khối Fi thì ta không thay đổi ngay một
phần tử bất kỳ mà chuyển sang bước 3 để xác định phần tử thích hợp nhất.
Bước 3:
+ Xây dựng ma trận láng giềng Ni của ma trận Fi
+ Xác định phần tử Ni[j,k] có giá trị lớn nhất trong ma trận Ni mà có K[j,k] = 1
+ Thay đổi phần tử Fi[j,k]
Với tính chất của ma trận láng giềng thì rõ ràng nếu Ni[j,k] có giá trị lớn nhất và K[j,k] = 1
thì sau khi thay đổi Fi[j,k] ta sẽ nhận được F’i thỏa mãn bất biến và F’i[j,k] có nhiều phần tử

⎣
⎡
001
110
011
Giả sử bit cần giấu vào Fi là bit 0.
Vì SUM(Fi) = 5 thỏa mãn 0 < SUM(Fi) < 9 nên có thể sử dụng Fi để giấu tin. Vì
SUM(Fi ^ K) = 3 khác tính chẵn lẻ với 0 nên để giấu được bit 0 vào Fi cần phải thay đổi một
phần tử trong Fi. Do Ni[2,2] có giá trị lớn nhất và K[2,2] = 1 nên phần tử được chọn để thay đổi
là Fi[2,2].
Kết quả sau khi giấu bit 0 vào Fi, có F’i = .
⎥
⎥
⎥
⎦
⎤
⎢
⎢
⎢
⎣
⎡
100
110
111
Nhận xét: Việc lựa chọn khóa K là hoàn toàn ngẫu nhiên, do đó số khả năng lựa chọn có
thể lên đến 2mn. Khi K càng có nhiều bit 0 thì xác suất để các phần tử Ni[j,k] có giá trị lớn nhất
trong ma trận láng giềng mà có K[j,k] = 1 càng nhỏ, vì thế sẽ hạn chế khả năng lựa chọn phần tử
tốt nhất để thay đổi. Tất nhiên, nếu K gồm toàn bit 0 thì ta không thể sử dụng nó trong thuật
toán này để giấu tin được.
Để khôi phục lại tin giấu:

Hình 4. Ảnh sau khi giấu logo.bmp bằng kỹ thuật
chọn khối để giấu – những khối toàn màu đen hoặc
toàn màu trắng không được sử dụng để giấu tin
Hình 5. Ảnh sau khi giấu logo.bmp bằng kỹ thuật chọn
khối để giấu và chọn bit thích hợp trong khối để thay
đổi với việc sử dụng ma trận láng giềng của khối
CB-
CNTT
V. KẾT LUẬN
Báo cáo trình bày một thuật toán mới để giấu tin trong ảnh nhị phân. Thuật toán có thể giấu
một bit vào mỗi khối ảnh m×n bằng cách thay đổi nhiều nhất một phần tử trong khối đó. Thuật
toán sử dụng tính chẵn lẻ của các khối bit để xây dựng bất biến, sử dụng một ma trận khóa để tăng
tính bảo mật và dùng kỹ thuật thay đổi bit có chọn lọc để nâng cao chất lượng ảnh sau khi giấu.

Tài liệu tham khảo
[1]. M. Venkatesan, P. Meenakshi Devi, K. Duraiswamy, K. Thiagarajah. A New Data Hiding Scheme
with Quality Control for Binary Images Using Block Parity. 3rd International Symposium on Information
Assurance and Security, IEEE, 2007.
[2]. M. Wu, J. Lee. A Novel Data Embedding Method for Two-Color Fascimile Images. In Proceedings of
International Symposium on Multimedia Information Processing. Chung-Li, Taiwan, R.O.C, 1998.
[3]. C. Chan, C. Chang. A Survey of Information Hiding Schemes for Digital Images. IJCSES
International Journal of Computer Sciences and Engineering Systems, Vol.1, No.3, July 2007.
[4]. Phạm Văn Ất, Nguyễn Hiếu Cường, Đỗ Văn Tuấn. Giấu tin trong ảnh nhị phân và ứng dụng. Tạp chí
Khoa học Giao thông vận tải, số 19, tháng 9 năm 2007 ♦