Luận văn tốt nghiệp: Giấu tin trong ảnh bằng mã hóa LSB
CHƯƠNG I :
TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ĐA PHƯƠNG
TIỆN
Đa phương tiện (Multimedia) là nhiều hệ thống truyền thông, các dữ liệu
hay các thông tin đa phương tiện gồm: text (văn bản), graphic (hình họa),
animation (hoạt ảnh), Image(ảnh chụp), video, audio.
1.1. Giấu tin trong dữ liệu đa phương tiện:
Giấu tin như thế nào?
Cùng với sự phát triển của Internet và các phương tiện multimedia, nhiều
vấn đề như: ăn cắp bản quyền, xuyên tạc thông tin, truy cập thông tin trái phép…
cũng tăng theo, đòi hỏi phải tìm ra các giải pháp mới, hữu hiệu cho an toàn và bảo
mật thông tin. Một trong các giải pháp nhiều triển vọng là giấu tin(Data Hiding),
đã và đang được nghiên cứu và ứng dụng.
Giấu thông tin là kỹ thuật nhúng(embedding) một lượng thông tin số nào
đó vào trong một đối tượng dữ liệu số khác. Sự khác biệt giữa mã hóa thông tin đã
nói ở trên và giấu thông tin là mã hóa làm cho các thông tin hiện rõ là nó có được
mã hóa hay không, còn với giấu thông tin thì sẽ khóphát hiện ra được rằng có
thông tin giấu bên trong.
Yêu cầu cơ bản của việc 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.
Hiện tại thì giấu tin chia làm hai hướng lớn, đó là watermark(thủyvân), và
steganography. Phương pháp thủy vân quan tâm 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 th ường của tệp dữ liệu môi trường. Trong khi đó, phương pháp
Steganography quan tâm tới ứng dụng che giấu các bản tin đòi hỏi độ bí mật và
dung lượng càng lớn càng tốt.
Mục đích của giấu tin có hai khía cạnh chính:
Luận văn tốt nghiệp: Giấu tin trong ảnh bằng mã hóa LSB
Bảo mật cho dữ liệu đem giấu(embedded data), chẳng hạn như giấu thông
tin mật trong một đối tượng nào đó sao cho người khác không phát hiện được.
phân phối trên mạng của các dữ liệu đa phương tiện đã sinh ra rất nhiều những
vấn đề nhức nhối về nạn ăn cắp bản quyền, phân phối bất hợp pháp, xuyên tạc trái
phép…đây là lúc công nghệ giấu tin được chú ý và phát triển.
Giấu thông tin là một kĩ thuật nhúng thông tin vào trong một nguồn đa
phương tiện gọi là các phương tiện chứa mà không gây ra sự nhận biết về sự tồn
tại của thông tin giấu. Phương pháp giấu tin là làm cho người ta khó có thể biết
được có thông tin giấu bên trong đó do tính chất ẩn của thông tin được giấu.
1.2.1.Mục đích của giấu tin
Giấu tin có hai mục đích:
- Bảo mật cho những dữ liệu được giấu
- Bảo đảm an toàn (bảo vệ bản quyền) cho chính các đối tượng chứa dữ
liệu giấu trong đó.
Có thể thấy hai mục đích này hoàn toàn trái ngược nhau và dần phát triển
thành hai lĩnh vực với những yêu cầu và tính chất khác nhau.
Hình 1.1: Hai lĩnh vực chính của kỹ thuật giấu thông tin
Giấu thông tin
Giấu tin bí mật
(Steganography)
Thuỷ vân số
(Watermarking)
Luận văn tốt nghiệp: Giấu tin trong ảnh bằng mã hóa LSB
Kỹ thuật giấu thông tin bí mật (Steganography): với mục đích đảm bảo an toàn và
bảo mật thông tin tập trung vào các kỹ thuật giấu tin để có thể giấu được nhiều
thông tin nhất. Thông tin mật được giấu kỹ trong một đối tượng khác sao cho
người khác không phát hiện được.
Kỹ thuật giấu thông tin theo kiểu đánh giấu (watermarking) để bảo vệ bản quyền
của đối tượng chứa thông tin tập trung đảm bảo một số các yêu cầu như đảm bảo
tính bền vững… đây là ứng dụng cơ bản nhất của kỹ thuật thuỷ vân số.
phối
Luận văn tốt nghiệp: Giấu tin trong ảnh bằng mã hóa LSB
Hình 1.2: Lược đồ chung cho quá trình giấu tin
Tách thông tin từ các phương tiện chứa diễn ra theo quy trình ngược lại với đầu ra
là các thông tin đã được giấu vào phương tiện chứa. Phương tiện chứa sau khi
tách lấy thông tin có thể được sử dụng, quản lý theo những yêu cầu khác nhau.
Hình 1.3: Lược đồ chung cho quá trình giải mã
Hình vẽ 1.3 chỉ ra các công việc giải mã thông tin đã giấu. Sau khi nhận
được đối tượng phương tiện chứa có giấu thông tin, quá trình giải mã được thực
hiện thông qua một bộ giải mã tương ứng với bộ nhúng thông tin cùng với khoá
Phương tiện chứa
(audio, ảnh, video)
Phương tiện chứa đã
được giấu tin
Bộ
giải
mã tin
Thông tin giấu
Kiểm
định
Khóa giấu tin
Luận văn tốt nghiệp: Giấu tin trong ảnh bằng mã hóa LSB
của quá trình nhúng. Kết quả thu được gồm phương tiện chứa gốc và thông
tin đã giấu. Bước tiếp theo thông tin đã giấu sẽ được xử lý kiểm định so sánh với
thông tin ban đầu.
1.2.3.Phân loại các kỹ thuật giấu tin
a. Giấu tin trong ảnh:
Hiện nay giấu thông tin trong ảnh là một bộ phận chiếm tỉ lệ lớn nhất trong các
chưng trình ứng dụng hệ thống giấu tin trong đa phương tiện bởi lượng thông tin
được trao đổi bằng ảnh là rất lớn và hơn nữa giấu thông tin trong ảnh cũng đóng
động nước Mĩ và toàn thế giới, chính tên trùm khủng bố quốc tế Osma BinLaDen
đã dùng cách thức giấu thông tin trong ảnh để liên lạc với đồng bọn, và hắn đã
qua mặt được cục tình báo trung ương Mĩ CIA và các cơ quan an ninh quốc tế.
Chắc chắn sau vụ việc này, thì việc nghiên cứu các vấn đề liên quan đến
giấu thông tin trong ảnh sẽ rất được quan tâm.
b. Giấu thông tin trong audio:
Giấu thông tin trong audio mang những đặc điểm khác so với giấu thông tin trong
các đối tượng đa phương tiện khác. 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. Khác với kĩ thuật giấu thông tin trong ảnh phụ
thuộc vào hệ thống thị giác thì kĩ thuật giấu thông tin trong audio lại phụ thuộc
vào hệ thống thính giác HAS.
Một vấn đề khó khăn ở đây là hệ thống thính giác của con người nghe được các
tín hiệu ở các giải tần rộng và công suất lớn nên đã gây khó dễ đối với các phương
pháp giấu tin trong audio. Nhưng thật may là HAS lại kém trong việc phát hiện sự
khác biệt các dải tần và công suất, điều này có nghĩa là các âm thanh to, cao tần có
thể che giấu được các âm thanh nhỏ thấp một cách dễ dàng. Các mô hình phân
tích tâm lí đã chỉ ra điểm yếu trên và thông tin này sẽ giúp ích cho việc chọn các
audio thích hợp cho việc giấu tin. Vấn đề khó khăn thứ hai đối với giấu thông tin
Luận văn tốt nghiệp: Giấu tin trong ảnh bằng mã hóa LSB
trong audio là kênh truyền tin. Kênh truyền hay băng thông chậm sẽ ảnh hưởng
đến chất lượng thông tin sau khi giấu. Ví dụ để nhúng một đoạn java applet vào
một đoạn audio (16 bit, 44.100 Hz) có chiều dài bình thường thì các phương pháp
nói chung cũng cần ít nhất là 20 bit/s. Giấu thông tin trong audio đòi hỏi yêu cầu
rất cao về tính đồng bộ và tính an toàn của thông tin. Các phương pháp giấu thông
tin trong audio đều lợi dụng điểm yếu trong hệ thống thính giác của con người.
c. Giấu tin trong video:
Cũng như giấu tin trong ảnh hay trong audio giấu tin trong video cũng
được quan tâm và được phát triển mạnh mẽ cho nhiều ứng dụng như đièu khiển
truy cập thông tin, nhận thực thông tin và bảo vệ bản quyền tác giả. Một phương
+ Độ an toàn của giấu tin - khả năng không bị phát hiện của giấu tin.
+ Lượng thông tin tối đa có thể giấu trong một phương tiện chứa cụ thể mà vẫn có
thể đảm bảo an toàn
+ Độ bí mật của thông tin trong trường hợp giấu tin bị phát hiện
- Giấu thông tin bí mật không quan tâm tới nhiều các yêu cầu bền vững của
phương tiện chứa, đơn giản là bởi người ta có thể thực hiện việc gửi và nhận
nhiều lần một phương tiện chứa đã được giấu tin
- Giấu thông tin thuỷ vân: do yêu cầu bảo vệ bản quyền, xác thực… nên giấu tin
thuỷ vân có yêu cầu khác với giấu tin bí mật. Yêu cầu đầu tiên là các dấu hiệu
thuỷ vân
đủ bền vững trước các tấn công vô hình hay cố ý gỡ bỏ nó. Thêm vào đó các dấu
hiệu thuỷ vân phải có ảnh hưởng tối thiểu (về mặt cảm nhận) đối với các phương
tiện chứa. Như vậy các thông tin cần giấu càng nhỏ càng tốt.
Luận văn tốt nghiệp: Giấu tin trong ảnh bằng mã hóa LSB
Tuỳ theo các mục đích khác nhau như bảo vệ bản quyền, chống xuyên tạc
nội dung, nhận thực thông tin,… thuỷ vân cũng có các yêu cầu khác nhau
Các kỹ thuật giấu tin mới được phát triển mạnh trong khỏang mười năm
trở lại đây nên việc phân loại các kỹ thuật còn chưa hoàn toàn thống nhất. Sơ đồ
phân loại do F.Petitcolas đưa ra năm 1999 được nhiều người chấp nhận.
Hình 1.4. Phân loại các kỹ thuật giấu tin.
Theo sơ đồ đây, giấu tin được chia thành hai hướng chính là giấu tin mật và thủy
vân số. Giấu tin mật quan tâm chủ yếu đến lượng tincos thể giấu, còn thủy vân số
lại quan tâm chủ yếu đến tính bền vững của thông tin giấu. trong từng hướng
chính lại chia ra các hướng nhỏ hơn, chẳng hạn với thủy vân số thì có thủy vân
bền vững và thủy vân dễ vỡ. Thủy vân bền vững cần bảo toàn được các thông tin
thủy vân trước các tấn công như dịch chuyển, cắt xén, xoay đối với ảnh. Ngược
lại, thủy vân dễ vỡ cần phải dễ bị phá hủy khi gặp các sự tấn công nói trên.
1.3. Một số ứng dụng đang được triển khai
1.3.1. Bảo vệ bản quyền tác giả (copyright protection):
Robust Watermarking
để nhận biết xem dữ liệu trên phương tiện gốc đó có bị thay đổi hay không. Các
thuỷ vân nên được ẩn để tránh được sự tò mò của kẻ thù, hơn nữa việc làm giả các
thuỷ 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 (ví dụ như phân biệt xem một đối tượng đa phương tiện
chứa thông tin giấu đã bị thay đổi, xuyên tạc nội dung hay là chỉ bị nén mất dữ
liệu). Yêu cầu chung đối với ứng dụng này là khả năng giấu thông tin cao và thuỷ
vân không cần bền vững.
1.3.3. Giấu vân tay hay dán nhãn (fingerprinting and labeling):
Thuỷ vân trong những ứng dụng này đựơc sử dụng để nhận diện người gửi
hay người nhận của một thông tin nào đó. Ví dụ như các vân khác nhau sẽ được
nhúng vào các bản copy khác nhau của thông tin gốc trước khi chuyển cho nhiều
Luận văn tốt nghiệp: Giấu tin trong ảnh bằng mã hóa LSB
người. Với những ứng dụng này thì yêu cầu là đảm bảo độ an toàn cao cho các
thuỷ vân tránh sự xoá giấu vết trong khi phân phối.
1.3.4. Điều khiển truy cập (copy control):
Các thuỷ vân trong những trường hợp này được sử dụng để điều khiển truy
cập đối với các thông tin. Các thiết bị phát hiện ra thuỷ vân thường được gắn sẵn
vào trong các hệ thống đọc ghi. Ví dụ như hệ thống quản lí sao chép DVD đã
được ứng dụng ở Nhật. Các ứng dụng loại này cũng yêu cầu thuỷ vân phải được
bảo đảm an toàn và cũng sử dụng phương pháp phát hiện thuỷ vân đã giấu mà
không cần thông tin gốc.
CHƯƠNG II:
TÌM HIỂU CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN TRONG ẢNH
2.1. Các định dạng ảnh thường được sử dụng để giấu tin.
Cấu trúc ảnh nói chung gồm 3 phần chính: Header, dữ liệu, bảng màu. Tuy nhiên
mỗi loại ảnh có những đặc trưng khác nhau, định dạnh một số loại ảnh cơ bản:
2.1.1. Định dạng ảnh IMG.
Ảnh IMG là ảnh đen trắng. Phần đầu của ảnh IMG có 16 byte chứa các thông tin
cần thiết:
Bảng màu mở rộng
Dữ liệu ảnh nén
Luận văn tốt nghiệp: Giấu tin trong ảnh bằng mã hóa LSB
+ 1 byte: chỉ ra phương pháp mã hoá. Nếu là 0 thì mã hoá theo phương pháp
BYTE PACKED, nếu không là phương pháp RLE.
+ 1 byte: số bit cho một điểm ảnh plane.
+ 1 word: toạ độ góc trái trên của ảnh. Với kiểu PCX nó có giá trị là (0,0); còn
PCC thì khác (0,0).
+ 1 word: toạ độ góc phải dưới.
+ 1 word: kích thước bề rộng và bề cao của ảnh.
+ 1 word: số điểm ảnh.
+ 1 word: độ phân giải màn hình.
+ 1 word.
+ 48 byte: chia thành 16 nhóm, mỗi nhóm 3 byte. Mỗi nhóm này chứa thông tin
về một thanh ghi màu. Như vậy ta có 16 thanh ghi màu.
+ 1 byte: số bit plane mà ảnh sử dụng. Với ảnh 16 màu, giá trị này là 4, với ảnh
256 màu (1 pixel/ 8 bit) thì số bit plane lại là 1.
+ 1 byte: số bytes cho một dòng quét ảnh.
+ 1 word: kiểu bảng màu.
+ 58 byte: không dùng.
Tóm lại, định dạng ảnh PCX thường được dùng để lưu trữ ảnh vì thao tác đơn
giản, cho phép nén và giải nén nhanh.
2.1.3. Định dạng ảnh TIFF.
Cấu trúc gồm có 3 phần:
- Phần header IFH (Image File Header) có trong tất cả các tệp TIFF và gồm 8
byte.
+ 1 word: chỉ ra kiểu tạo tệp trên máy tính.
+ 1 word: version.
+ 2 word: giá trị Offset theo byte tính từ đầu file tới cấu trúc IFD.
Luận văn tốt nghiệp: Giấu tin trong ảnh bằng mã hóa LSB
Globel Palette
Header Image (10 byte)
Palette of Image (nếu có)
Data of Image 1
‘,’ ký tự liên kết
…………………..
‘;’ terminator
Hình 2.3: Cấu trúc ảnh Gif
Chữ ký của ảnh.
Bộ mô tả hiển thị.
Bản đồ màu tổng thể.
Mô tả một đối tượng của ảnh.
- Dấu phân cách.
- Bộ mô tả ảnh.
- Bản đồ màu cục bộ.
- Dữ liệu ảnh. Phần mô tả này lặp lại n lần nếu ảnh chứa n đối tượng.
- Phần đầu cuối ảnh GIF (terminator).
+ Chữ ký của ảnh GIF có giá trị là GIF87a. Nó gồm 6 ký tự, 3 ký tự đầu chỉ ra
kiểu định dạng, 3 ký tự sau chỉ ra version của ảnh.
+ Bộ hình thị: chứa mô tả các thông số cho toàn bộ ảnh GIF:
Copyright: Tài liệu đại học ©