ĐẠI HỌC DUY TÂN
TIỂU LUẬN
AN TOÀN VÀ BẢO MẬT DỮ LIỆU
Đề tài:
MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH
Giảng viên: PGS-TS TRỊNH NHẬT TIẾN
Học viên : TRẦN ĐÌNH HOÀNG HUY
Lớp : K7MCS
Đà Nẵng, 6/2013
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 2
MỤC LỤC
ĐẶT VẤN ĐỀ 3
GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ 4
I. TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN 4
1. Giấu tin 4
2. Các yêu cầu cở bản của hệ giấu tin trên ảnh tĩnh 5
2.1. Một số đặc điểm và tính chất của hệ giấu tin 5
2.2. Tính chất bền vững của giấu tin 6
2.3. Thông tin dùng để giấu trong ảnh 6
II. MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH 7
1. Giới thiệu ảnh Bitmap 7
2. Sơ đồ hệ thống giấu tin 8
2.1. Quá trình nhúng tin 8
2.2. Quá trình giải và phát hiện tin 8
3. Các kỹ thuật giấu tin trong ảnh 9
3.1. Kỹ thuật chèn vào các bit ít quan trọng của một điểm ảnh (LSB) 9
3.2. Kỹ thuật Patchwork 10
3.3. Kỹ thuật dùng mặt nạ tri giác 11
3.4. Kỹ thuật thao tác trên các hệ số của phép biến đổi DCT 11
4. Các đặc trưng của giấu thông tin trong ảnh 11
4.1. Phương tiện chứa có dữ liệu tri giác tĩnh 12

cố gắng nhìn thật cẩn thận vào môi trường có giấu dữ liệu. Phương pháp này đã có
nhiều ứng dụng trong thực tế. Vì vậy việc nghiên cứu phương pháp bảo vệ thông tin
này không chỉ có ý nghĩa trên lý thuyết mà cả thực tiễn. Do đó, để thực hiện tiểu
luận môn an toàn và bảo mật dữ liệu tôi đã chọn đề tài: Một số kỹ thuật giấu tin
trong ảnh.
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 4
GIẢI QUYẾT VẤN ĐỀ
I. TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN
1. Giấu tin
Giấu thông tin là một kỹ thuật nhúng (giấu) một lượng thông tin số nào đó vào
trong một đối tượng dữ liệu khác.
Môi trường giấu tin có thể là bất kỳ đối tượng dữ liệu số nào, nhưng phổ biến
hơn cả là ảnh số. Đối với ảnh nhị phân (ảnh đen trắng) mỗi điểm ảnh được biểu diễn
bởi một bit nên khi có thay đổi, các bit dễ bị phát hiện. Do đó rất khó giấu tin vào đó
một cách an toàn. Việc nghiên cứu về các phương pháp giấu tin trong ảnh nhị phân
trước hết để giải quyết những khó khăn này. Ngoài ra bản thân các thuật toán giấu
tin trong ảnh nhị phân có thể được sử dụng làm cơ sở để phát triển các thuật toán
giấu tin trong ảnh màu. Ảnh đa mức xám hay trong các môi trường đa phương tiện
khác một cách rất hiệu quả
Các phương pháp giấu tin trong ảnh nhị phân thường giấu tin theo khối bit và
sử dụng thuộc tính chẳn lẻ của các khối bit để khôi phục lại thông tin. Một thuật
toán giấu tin khá phổ biến là thuật toán WL của M.Wu và J. Lee. Trong thuật toán
WL, môi trường giấu tin là một ảnh nhị phân (có thể được coi như một ma trận nhị
phân, mỗi phần tử của ma trận là 1 bit) được chia ra thành các khối m*n bit, mỗi
khối giấu được một bit thông tin bằng cách thay đổi nhiều nhất là một bit trong khốí.
Ưu điểm của thuật toán này là tương đối đơn giản. Nhược điểm của thuật toán này là
tỉ lệ giấu tin thấp vì mỗi khối chỉ giấu được một bit thông tin, và độ an toàn chưa
cao vì với giả thiết đối phương đã biết sử dụng thuật toán WL thì chúng chỉ cần xác
định được m và n và ma trận khoá thì chúng sẽ tìm ra tin giấu.
Thuật toán CPT của Y.Chen, H.Pan, Y.Tseng cũng có tư tưởng giấu tin theo

- Thực hiện trong
suốt quá trình
truyền
- Sử dụng khoá
công cộng hoăc
khoá bí mật
Giấu tin
-Phát hiện sự
thay đổi
- Mã các thông
tin liên quan đến
bản quyền
An toàn site
- Firewalls
- Vấn đề truy cập
- Sử dụng các
ảnh công cộng có
chất lượng thấp
Mối quan hệ giữa giấu tin và an toàn ảnh
gài bí mật các thông tin xác định chủ quyền sở hữu và các thông tin sẽ được sử dụng
như bằng chứng về quyền sở hữu tài liệu đó nếu có tranh chấp.
2.2. Tính chất bền vững của giấu tin
Tính chất này là quan trọng nhất của hệ giấu tin bền vững. Nghĩa là hệ giấu tin
phải chống lại được các phép biến đổi, hay các tấn công có chủ định.
2.3. Thông tin dùng để giấu trong ảnh
Một câu hỏi đầu tiên đối với hệ giấu tin là thông tin gì sẽ được giấu vào bên
trong ảnh. Kiểu giấu tin hay dùng nhất là một chuỗi các ký tự. Chuỗi ký tự được
nhúng trực tiếp lên ảnh mang những thông tin như tác giả, tiêu đề hay ngày tháng,
hay thông tin bản quyền… Tuy nhiên sử dụng chuỗi ký tự lại bị một hạn chế, đó là
mỗi ký tự biểu diễn bằng nhiều bit nếu như vì một lý do nào đó một bit bị lỗi thì sẽ

+ Chiều cao của ảnh (height), cho bởi điểm ảnh (pixel).
+ Chiều rộng của ảnh (width), cho bởi điểm ảnh.
Cấu trúc tập tin ảnh BMP bao gồm 4 phần
+ Phần đầu [Bitmap Header (14 bytes)]: giúp nhận dạng tập tin bitmap.
+ Phần thông tin [Bitmap Information (40 bytes)]: lưu một số thông tin chi tiết
giúp hiển thị ảnh.
+ Phần bảng màu [Color Palette (4*x bytes)], x là số màu của ảnh: định nghĩa
các màu sẽ được sử dụng trong ảnh.
+ Phần dữ liệu (Bitmap Data): đây chính là nơi sẽ được dùng để giấu tin.
Đặc điểm nổi bật nhất của định dạng BMP là tập tin hình ảnh thường không
được nén bằng bất kỳ thuật toán nào. Khi lưu ảnh, các điểm ảnh được ghi trực tiếp
vào tập tin - một điểm ảnh sẽ được mô tả bởi một hay nhiều byte tùy thuộc vào giá
trị n của ảnh. Do đó, một hình ảnh lưu dưới dạng BMP thường có kích cỡ rất lớn,
gấp nhiều lần so với các ảnh được nén (chẳng hạn GIF, JPEG hay PNG).
Định dạng BMP được hỗ trợ bởi hầu hết các phần mềm đồ họa chạy trên
Windows, và cả một số ứng dụng chạy trên MS-DOS. Ngay từ Windows 3.1,
Microsoft đã cho ra đời phần mềm PaintBrush, một phần mềm hỗ trợ vẽ hình ảnh
đơn giản và lưu hình ảnh được vẽ dưới dạng BMP 16 hay 256 màu. Tuy nhiên, do
kích thước tập tin ảnh BMP quá lớn, định dạng BMP không phù hợp để trao đổi
hình ảnh qua mạng Internet (do hạn chế về tốc độ truyền dữ liệu). Do đó, các trang
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 8
web thường sử dụng ảnh dạng GIF, JPEG hay PNG. Các định dạng này hỗ trợ các
thuật toán nén hình ảnh, vì vậy có thể giảm bớt kích cỡ của ảnh.
2. Sơ đồ hệ thống giấu tin
2.1. Quá trình nhúng tin

Ký hiệu bức ảnh cần nhúng tin là I, tin giấu là W= (W
1
, W
2

tấn
công
Dãy tin W
Ảnh gốc I
Ảnh
nhúng
tin I’
Ảnh J
Quá trình nhúng tin
Theo sơ đồ hệ thống nhúng và giải tin, ta có một số nhận xét sau:
- Trước khi bức ảnh I được nhúng tin, nó được biến đổi sang miền tần số.Vì
nếu thực hiện trên miền không gian ảnh thì tin nhúng có độ bền không cao, dễ bị
phá vỡ bởi các tấn công đơn giản.
- Chuỗi tin được nhúng trong ảnh có thể là dãy các bit nhị phân. Các phương
pháp giấu tin thực hiện giấu từng bit của chuỗi tin vào từng khối nhỏ trong ảnh.
Thông thường chuỗi nhị phân này được sinh ra một cách ngẫu nhiên từ một khoá K.
Để tăng tính ngẫu nhiên, người ta có sử dụng các kỹ thuật sinh chuỗi số ngẫu nhiên
khác nhau. Chuỗi nhị phân này cũng có thể nhận được từ cách chuyển một chuỗi ký
tự hay một số sang dạng nhị phân.
- Trong quá trình nhúng tin, từng khối ảnh khác nhau có thể giấu lượng tin
khác nhau. Đối với các khối ảnh là biên thì lượng tin giấu vào đây phải ít để tránh
làm thay đổi chất lượng ảnh. Các khối có độ lệch giữa các giá trị thấp thì có thể giấu
tin nhiều hơn.
3. Các kỹ thuật giấu tin trong ảnh
3.1. Kỹ thuật chèn vào các bit ít quan trọng của một điểm ảnh (LSB)
+ Kỹ thuật:
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 10
Miền
không
gian

255.
- 8 bit màu: Mỗi điểm ảnh có giá trị màu là 1 trong 256 màu được chọn từ bảng
màu.
- 8 bit xám: Mỗi điểm ảnh có giá trị là 1 trong 256 cấp độ xám
Các kỹ thuật giấu tin trong miền không gian được thực hiện bằng cách thay đổi
trực tiếp giá trị màu hoặc cường độ sáng của các điểm ảnh được chọn. Một kỹ thuật
giấu tin được sử dụng trong không gian ảnh là kỹ thuật chèn vào các bit ít quan
trọng nhất của các điểm ảnh. Phương pháp giấu tin LSB thực hiện bằng cách thay
đổi các bit ít quan trọng của mỗi màu trong 24 bit màu hoặc chèn vào các bit ít quan
trọng của ảnh 8 bit.
+ Tính bền vững:
Phương pháp chèn vào các bit ít quan trọng rất dễ bị tấn công bởi các phép
biến đổi, thậm chí là những phép thông thường và ít quan trọng nhất.
Các phương pháp nén mất mát thông tin, chẳng hạn như JPEG gần như phá vỡ
các thông tin giấu. Vấn đề là lỗ hổng của hệ thống tri giác của con người mà phương
pháp chèn các bit ít quan trọng cố gắn khai thác, ít nhạy cảm với sự thay đổi nhỏ các
giá trị màu của màu xanh hay độ chói, cũng giống với những gì các phương pháp
nén mất mát thông tin dựa vào để giảm dung lượng bức ảnh.
Các phép biến đổi trên ảnh cũng dễ dàng làm mất các thông tin bị nhúng. Nói
tóm lại, phương pháp chèn vào các bit ít quan trọng là phương pháp giấu tin ít bền
vững.
Do tính chất tỉ lệ dữ liệu giấu cao nên phương pháp này thích hợp cho việc
giấu thông tin mật nơi mà tính bền vững ít được quan tâm.
3.2. Kỹ thuật Patchwork
+ Kỹ thuật:
Patchwork là kỹ thuật được phát triển bởi Bender cùng các đồng sự của ông và
được xuất bản trong tạp chí IBM system năm 1996.
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 11
Patchwork là kỹ thuật dựa vào phân bố Gauss để nhúng thông tin vào ảnh. Hai
tập hợp các điểm ảnh của bức ảnh được chọn được ký hiệu là A và B. Thuật toán

Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 12
phát hiện và không thực hiện được phép thao tác nào trên ảnh. Hai phương pháp này
có những đặc điểm khác nhau, cách thực hiện khác nhau nhưng trong báo cáo này là
giấu tin trong ảnh nên chỉ đề cập tới các đặc trưng chính của giấu thông tin trong
ảnh.
4.1. Phương tiện chứa có dữ liệu tri giác tĩnh
Dữ liệu gốc ở đây là dữ liệu của ảnh tĩnh, dù đã giấu thông tin vào trong ảnh
hay chưa thì khi ta xem ảnh bằng thị giác dữ liệu ảnh được tri giác tĩnh nghĩa là ảnh
không thay đổi theo thời gian khi tri giác, điều này khác với đa phương tiện audio
hay video vì khi ta tri giác các dữ liệu phương tiện chứa gốc là hình ảnh hay âm
thanh thì dữ liệu gốc sẽ thay đổi liên tục với tri giác của con người theo các đoạn
hay các bài, các cảnh… Sự khác biệt này ảnh hưởng lớn đối với các kỹ thuật giấu
tin trong audio hay video. Đối với giấu thông tin trong ảnh phương pháp giấu và kỹ
thuật giấu phụ thuộc vào đặc điểm thị giác của con người ví dụ như độ sáng tối, hay
yếu tố khoảng cách to nhỏ…
4.2. Giấu tin trong ảnh tác động lên dữ liệu ảnh nhưng không thay đổi
kích thước ảnh
Các phép toán thực hiện công việc giấu tin sẽ được thực hiện trên dữ liệu của
trên ảnh. Dữ liệu ảnh bao gồm các phần header, bảng phân màu và dữ liệu ảnh. Khi
giấu thông tin, các phương pháp đều biến đổi giá trị của các bit trong dữ liệu ảnh
chứ không chứ không thêm vào hay bớt đi dữ liệu ảnh. Do vậy mà kích thước ảnh
trước hay sau khi giấu thông tin là như nhau.
4.3. Đảm bảo yêu cầu chất lượng ảnh sau khi giấu thông tin
Đây là một yêu cầu quan trọng đối với giấu thông tin trong ảnh. Sau khi giấu
thông tin bên trong, ảnh phải đảm bảo được yêu cầu không bị biến đổi để có thể bị
phát hiện dễ dàng so với ảnh gốc. Yêu cầu này giường như quá đơn giản đối với
ảnh màu và ảnh xám bởi mỗi pixel ảnh được biểu diễn bởi nhiều bit, nhiều giá trị và
khi ta thay đổi một giá trị nhỏ nào đó chất lượng ảnh không thay đổi, thông tin giấu
khó bị phát hiện, nhưng đối với ảnh đen trắng thì việc giấu thông tin phức tạp hơn
nhiều, vì ảnh đen trắng mỗi pixel ảnh chỉ có hai giá trị đen hoặc trắng, và nếu ta

độ an toàn thông tin. Bảng sau sẽ liệt kê những khác nhau cơ bản giữa giấu thông tin
trong ảnh đen trắng và ảnh mầu.
Giấu thông tin trong ảnh đen trắng Giấu thông tin trong ảnh màu hoặc
ảnh xám
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 14
Thông tin giấu ít hơn đối ảnh Thông tin giấu nhiều hơn
Có cùng kích cỡ với ảnh
Khả năng bị phát hiện phương tiện có
giấu thông tin cao hơn ảnh màu
Khả năng bị phát hiện thấp
Độ an toàn thông tin thấp do dễ bị phát
hiện có thông tin chứa thông tin bên
trong
Độ an toàn cao
Các thuật toán giấu ít, phức tạp Nhiều thuật toán và có nhiều hướng
mở rộng phát triển. Như áp dụng giải
thuật di truyền.

Ảnh màu sau khi giấu tin rất khó phát hiện sự thay đổi

Ảnh đen trắng sau khi giấu cùng một lượng thông tin như ảnh màu nhưng chất
lượng kém hơn (rất nhiều chấm đen lạ).
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 15
III. XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH GIẤU TIN BỀN VỮNG TRONG
ẢNH
1. Giới thiệu thuật toán giấu tin
Thuật toán LSB (Least Significant Bit), chèn vào các bit ít quan trọng của một
điểm ảnh được cải tiến từ thuật toán CPT giấu tin trong khối bit do Yu-Yuan Chen,
Hsiang-Kuang Pan, Yu-Chee Tseng của đại học Đài Loan đề xuất cho ảnh đen trắng
nhằm áp dụng cho ảnh màu và đa cấp xám.

’ do giấu tin vào khối
F
i
tạo thành). Thuật toán sẽ thực hiện giấu r bit thông tin vào mỗi khối F
i
bằng cách
thay đổi nhiều nhất 2 bit của F
i
và F
i
được biến đổi thành F
i
’ sao cho luôn thoả mãn
điều kiện:
SUM((F
i
’ K)

W) mod 2
r
= b
1
b
2
b
r

Quá trình biến đổi gồm 4 bước:
Bước 1: Tính T=F
i

’ sao cho tổng Sum tính được ở bước 2
r
khi thay F
i
bởi F
i
’ sẽ
tăng lên d.
Trong đó:

phép XOR và là phép nhân các phần tử tại các vị trí tương ứng
của 2 ma trận cùng kích thước. Ma trận K và W được sử dụng bí mật giữa người gửi
và người nhận tin.
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 16
Thông tin
giấu
Tiền xử lý
Ảnh gốc
để giấu tin
Giấu tin vào
khối bit LSB
Sinh File
Khoá
Tạo ảnh đã
giấu tin
Lược đồ giấu tin cho ảnh màu và đa cấp xám
+ Đánh giá thuật toán:
Độ an toàn của thuật toán phụ thuộc vào 2 ma trận K và W. Dễ thấy để xác
định được K và W càn kiểm tra
nmnmrr

LSB:
Bit LSB (Least
Significant Bit) các
bit khi bị thay đổi giá
trị hầu như không làm
ảnh hưởng đến chất
lượng ảnh gốc. Để cải
tiến thuật toán, trích
ra các bit LSB của ảnh màu và ảnh đa cấp xám để tạo thành ma trận nhị phân F.
Thực hiện việc giấu tin vào F theo thuật toán CPT với ma trận K và W được sinh
ngẫu nhiên. Sau đó trả các bit LSB trở về ảnh gốc để tạo thành ảnh mới đã giấu tin.
Lược đồ tổng quát của cải tiến trên được mô tả :
Bước tiền xử lý bao gồm một số thao tác chính : 1. Số hoá thông tin giấu và
nén để tăng dung lượng; 2. Trích các bit LSB từ ảnh gốc một cách ngẫu nhiên bằng
một hàm băm để tạo thành ma trận F và chia thành các khối F
i
; 3. Sinh ngẫu nhiên
ma trận khoá K và ma trận số W.
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 17
Khoá chứa các thông tin cơ bản để giải mã thông tin: chiến lược trích các bit
LSB, số khối và kích thước các khối F
i
, ma trận khoá K và ma trận số W.
Sau cải tiến , tính bảo mật của thông tin ngoài phụ thuộc vào ma trận K, W các
phụ thuộc vào chiến lược trích các bit LSB và kỹ thuật nén thông tin. Ảnh đã giấu
tin nếu nhìn bằng mắt thường không thể phát hiện các sai khác so với ảnh gốc.
Vì sử dụng các bit LSB để tạo thành ma trận F nên chất lượng của ảnh sau khi
đã giấu tin rất tốt. Để tăng dung lượng giấu tin, thay vì việc sử dụng thuật toán CPT
giấu thông tin trong khối bit. Có thể thay đổi trực tiếp giá trị các bit của ma trận F để
giấu thông tin. Nhược điểm của giải pháp này là tính bảo mật của thuật toán chỉ còn

thuật chèn vào các bit ít quan trọng của một điểm ảnh (LSB).
Bên cạnh đó, tiểu luận cũng còn những hạn chế:
1. Chương trình thử nghiệm giấu tin có hạn chế là tin được giấu có thể bị mất
trên đường truyền nếu file ảnh giấu tin bị nén hay biến dạng, để khắc phục vấn đề
này phải nghiên cứu và sử dụng kỹ thuật khác.
2. Tiểu luận chỉ mới trình bày một số kỹ thuật giấu tin trong ảnh mà chưa tìm
hiểu các kỹ thuật phát hiện ảnh giấu tin.
Hướng phát triển của tiểu luận:
1. Tìm hiểu chi tiết hơn các kỹ thuật giấu tin trong ảnh cũng như các kỹ thuật
phát hiện ảnh giấu tin.
2. Viết chương trình giấu tin trong ảnh hỗ trợ một số định dạng ảnh trên Web.
Em xin chân thành cảm ơn!
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 20
TÀI LIỆU THAM KHẢO
[1]. Tiểu luận “Phương pháp dấu tin trong bit ít quan trọng LSB” – Học viên
Bùi Công Vũ, K5MSC, Đại học Duy Tân.
[2]. “Lưu Mạnh Bá , Nguyễn Thanh Thuỷ. Nhập môn xử lý ảnh số”. Nhà xuất
bản khoa học và kỹ thuật. 2006.
[3]. “Kỹ thuật giấu tin mật trong ảnh tĩnh sử dụng các bit LSB” – ThS.Dương
Đức Hải.
[4]. “Giấu tin trong ảnh nhị phân và ứng dụng” – PGS.TS. Phạm Văn Ất; ThS.
Nguyễn Hiếu Cường – Khoa CNTT Trường Đại Học Giao Thông Vận Tải và KS.
Đỗ Văn Tuấn - Trường TH kỹ thuật Tin Học Hà Nội.
[5]. “Một số cải tiến của kỹ thuật giấu dữ liệu trong ảnh” - Nguyễn Xuân Huy,
Bùi Thuý Hằng.
Trần Đình Hoàng Huy – K7MCS 21