..

ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN
TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN VÀ TRUYỀN THƠNG

HỒNG THỊ THÚY DIỆU

PHƢƠNG PHÁP THỦY VÂN DỄ VỠ
KHĨA CƠNG KHAI ỨNG DỤNG TRONG
BÀI TỐN CHỐNG GIẢ MẠO VĂN BẰNG

LUẬN VĂN THẠC SỸ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Thái Nguyên - 2014

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam đoan
Những nội dung trong luận văn này là do tôi thực hiện dƣới sự chỉ đạo
trực tiếp của thầy giáo PGS.TS Phạm Văn Ất.
Mọi tham khảo dùng trong luận văn đều đƣợc trích dẫn rõ ràng tên tác
giả, tên cơng trình, thời gian, địa điểm công bố.
Mọi sao chép không hợp lệ, vi phạm qui chế đào tạo, hay gian trá tơi
xin chịu hồn tồn trách nhiệm.
Học viên

Hồng Thị Thúy Diệu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

LỜI CẢM ƠN
Lời đầu tiên, em xin gửi lời biết ơn sâu sắc đến PGS.TS Phạm Văn Ất
ngƣời đã tận tình hƣớng dẫn, chỉ bảo, giúp đỡ em trong suốt quá trình làm
luận văn.
Em cũng xin gửi lời cảm ơn đến các thầy cô giáo trƣờng Đại học Công
nghệ thông tin và Truyền thông - Đại học Thái Nguyên, các thầy cô Viện
Công nghệ thông tin đã truyền đạt những kiến thức và giúp đỡ em trong suốt
quá trình học của mình.
Tơi cũng xin gửi lời cảm ơn tới Ban giám hiệu trƣờng Cao đẳng Cộng
đồng Bắc Kạn đã tạo điều kiện thuận lợi cho tơi tham gia khóa học và trong
suốt q trình hồn thành luận văn.
Và cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn tới các đồng nghiệp, gia đình và bạn
bè những ngƣời đã ủng hộ, động viên tạo mọi điều kiện giúp đỡ để tơi có
đƣợc kết quả nhƣ ngày hôm nay.
Thái Nguyên, tháng 7 năm 2014
Học viên

Hồng Thị Th Diệu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

MỤC LỤC
TRANG PHỤ BÌA……………………………………………………………i
LỜI CAM ĐOAN ............................................................................................. ii

LỜI CẢM ƠN .................................................................................................. iii
MỤC LỤC ........................................................................................................ iv
DANH MỤC CÁC BẢNG.............................................................................. vii
DANH MỤC CÁC HÌNH .............................................................................. viii
MỞ ĐẦU ........................................................................................................... 1
Chƣơng 1 ........................................................................................................... 3
TỔNG QUAN VỀ CÁC KỸ THUẬT GIẤU TIN ........................................... 3
1.1. Khái niệm giấu tin ...................................................................................... 3
1.2. Lịch sử giấu tin ........................................................................................... 4
1.3. Phân loại các kỹ thuật giấu tin ................................................................... 6
1.4. Ứng dụng của kỹ thuật giấu tin .................................................................. 6
1.5. Một số hƣớng tiếp cận giấu tin trong ảnh .................................................. 8
1.5.1. Giấu tin trên miền không gian ảnh ...................................................... 8
1.5.2. Giấu tin trên miền tần số...................................................................... 8
1.6. Cấu trúc tệp ảnh bitmap ............................................................................. 9
1.6.1. Cấu trúc và nội dung của Bitmap File Header ................................. 10
1.6.2. Cấu trúc và nội dung của Bitmap Info............................................... 10
1.6.3. Cấu trúc và nội dung của Color Palette ............................................. 11
1.6.4. Bitmap Data ....................................................................................... 11
1.7. Một số định nghĩa..................................................................................... 11
1.8. Thuật toán giấu tin Wu-Lee .................................................................. 13
1.8.1. Thuật tốn nhúng tin .......................................................................... 13
1.8.2. Phân tích thuật tốn ........................................................................... 15

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

1.8.3. Thí dụ minh họa thuật tốn nhúng tin Wu-Lee ................................. 16
1.8.4. Một số nhận xét về thuật toán Wu-Lee ............................................. 17

1.9. Thuật toán Chen – Pan – Tseng ............................................................... 18
1.9.1. Ý tƣởng .............................................................................................. 18
1.9.2. Thuật toán nhúng tin CPT ................................................................. 18
1.9.3. Chứng minh tính đúng đắn của thuật tốn......................................... 20
1.9.4. Một số thí dụ minh họa thuật tốn CPT ............................................ 22
1.9.5. Phân tích thuật tốn ........................................................................... 25
1.10. Thuật tốn giấu tin THA ........................................................................ 26
1.10.1. Thuật toán nhúng tin ........................................................................ 26
1.10.2. Ví dụ minh hoạ ................................................................................ 27
Chƣơng 2 ......................................................................................................... 29
MỘT SỐ LƢỢC ĐỒ THỦY VÂN DỄ VỠ KHĨA CƠNG KHAI ................ 29
2.1. Thủy vân trên ảnh số ................................................................................ 29
2.2. Phân loại thủy vân .................................................................................... 30
2.3. Giới thiệu về hàm băm ............................................................................. 31
2.3.1. Định nghĩa hàm băm ...................................................................... 31
2.3.2. Đặc tính của hàm băm ....................................................................... 31
2.3.3. Tính chất của hàm băm ...................................................................... 32
2.3.4. Một số hàm băm phổ biến ................................................................. 33
2.3.5. Tiêu chuẩn của một hàm băm tốt....................................................... 35
2.3.6. Ứng dụng của hàm băm ..................................................................... 36
2.4. Hệ mật mã khóa cơng khai ....................................................................... 36
2.4.1. Mã khóa cơng khai............................................................................. 37
2.4.2. Sơ đồ mã khóa cơng khai................................................................... 37
2.4.3. Các đặc trƣng của khóa cơng khai ..................................................... 38
2.4.4. Ứng dụng khóa cơng khai .................................................................. 38

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>


2.4.5. Tính an tồn của các sơ đồ khóa cơng khai ....................................... 39
2.5. Hệ mã hóa RSA ........................................................................................ 39
2.5.1. Tạo khóa cho RSA ............................................................................. 40
2.5.2. Sử dụng RSA ..................................................................................... 40
2.5.3. Ví dụ RSA......................................................................................... 40
2.5.4. Sơ đồ chữ ký số RSA ......................................................................... 41
2.6. Quản lý và phân phối khóa....................................................................... 42
2.7. Lƣợc đồ thủy vân dễ vỡ khóa cơng khai trên ảnh nhị phân ..................... 43
2.7.1. Thuật toán nhúng dấu thủy vân ......................................................... 44
2.7.2. Thuật tốn xác thực tính tồn vẹn ..................................................... 44
2.7.3. Tấn cơng tính chẵn lẻ......................................................................... 45
2.8. Lƣợc đồ thủy vân dễ vỡ khóa cơng khai trên ảnh mầu ............................ 46
2.8.1. Nhúng tin trên ảnh mầu bằng kỹ thuật chèn bit thấp......................... 46
2.8.2. Thuật toán nhúng thủy vân ................................................................ 48
2.8.3. Thuật toán xác thực ........................................................................... 49
Chƣơng 3 ......................................................................................................... 51
ỨNG DỤNG THỦY VÂN DỄ VỠ KHỐ CƠNG KHAI TRONG ............. 51
BÀI TỐN CHỐNG GIẢ MẠO VĂN BẰNG .............................................. 51
3.1. Bài tốn .................................................................................................... 51
3.2. Giải pháp .................................................................................................. 51
3.3. Mơ hình xử lý của hệ thống ..................................................................... 51
3.4. Kết quả thực nghiệm ................................................................................ 53
KẾT LUẬN ..................................................................................................... 58
TÀI LIỆU THAM KHẢO ............................................................................... 59
I. Tiếng Việt .................................................................................................... 59
II. Tiếng Anh ................................................................................................... 59

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>


DANH MỤC CÁC BẢNG
Bảng 1.1. Cấu trúc và nội dung của Bitmap File Header ............................... 10
Bảng 1.2. Cấu trúc và nội dung của Bitmap Info............................................ 10
Bảng 1.3. Cấu trúc và nội dung của Color Palette .......................................... 11

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

DANH MỤC CÁC HÌNH

Hình 1.1. Mơ hình giấu tin ................................................................................ 3
Hình 1.2. Mơ hình giải mã thơng tin ................................................................. 4
Hình 1.3. Phân loại kỹ thuật giấu tin................................................................. 6
Hình 1.4. Minh hoạ thuật tốn nhúng tin của Wu-Lee ................................... 16
Hình 1.5. Minh hoạ giữa thay đổi ngẫu nhiên và thay đổi có định hƣớng ..... 18
Hình 1.6. Minh hoạ thuật tốn CPT trƣờng hợp thay đổi 1 bit .................... 222
Hình 1.7. Minh hoạ q trình giải mã thơng tin đã giấu ............................... 233
Hình 1.8. Thí dụ minh hoạ trƣờng hợp thay đổi hai bit .................................. 25
Hình 2.1. Mơ hình thủy vân số....................................................................... 29
Hình 2.2. Phân loại thủy vân theo mục đích ứng dụng ................................... 30
Hình 2.3. Sơ đồ mã khóa cơng khai ................................................................ 38
Hình 2.4. Mơ hình thuật tốn nhúng thủy vân ................................................ 44
Hình 2.5. Mơ hình xác thực tính tồn vẹn ...................................................... 45
Hình 3.1. Sơ đồ thủy vân ảnh bằng ................................................................. 52
Hình 3.2. Sơ đồ xác thực và định vị vùng giả mạo ......................................... 53
Hình 3.3. Ảnh bằng gốc .................................. Error! Bookmark not defined.
Hình 3.4. Ảnh bằng thủy vân .......................................................................... 55
Hình 3.5 Ảnh bằng giả .................................................................................... 56

Hình 3.6. Ảnh định vị vùng giả mạo ............................................................... 57

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

1

MỞ ĐẦU

Một trong những thành tựu quan trọng của những thập niên cuối thế kỷ
XX, đầu thế kỷ XXI là sự ra đời, phát triển của mạng Internet. Mọi ngƣời đều
có thể kết nối vào Internet để tìm kiếm thơng tin một cách dễ dàng thông qua
nhà cung cấp dịch vụ Internet. Ngƣời dùng có thể đọc thơng tin mới nhất, tra
cứu các thƣ viên số, tìm thơng tin lĩnh vực mình quan tâm. Bên cạnh đó, các
nhà cung cấp sản phẩm cũng sẵn sàng cung cấp dữ liệu của mình cho ngƣời
dùng thơng qua mạng.
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. Kỹ
thuật thủy vân hiện đang đƣợc xem là một trong những giải pháp quan trọng
trong việc bảo vệ bản quyền và xác thực tính tồn vẹn của dữ liệu số.
Theo mục đích sử dụng của lƣợc đồ thủy vân đƣợc chia thành hai nhóm
chính là thủy vân dễ vỡ và thủy vân bền vững. Mặt khác, dựa vào việc sử
dụng khóa cũng có thể chia thành hai loại là: thủy vân khóa bí mật và thủy
vân khóa cơng khai. Đối với thủy vân khóa bí mật, do sử dụng chung khóa
cho cả hai q trình nên cần phải có cơng đoạn trao đổi khóa giữa ngƣời
nhúng và ngƣời kiểm tra dấu thủy vân, điều này dẫn đến việc bảo mật khóa
gặp phải khó khăn. Tuy nhiên hạn chế này khơng xuất hiện trong thuật tốn
thủy vân khóa công khai.
Nội dung luận văn tập trung vào việc nghiên cứu một số kỹ thuật giấu

dữ liệu trong ảnh đã đƣợc công bố, một số lƣợc đồ thủy vân dễ vỡ khóa cơng
khai trên ảnh nhị phân và ảnh mầu; ứng dụng những kỹ thuật này trong bài
toán chống giả mạo văn bằng.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

2

Cấu trúc của luận văn
Dựa vào mục tiêu đã xác định, nội dung của luận văn sẽ đƣợc trình bày
qua 3 chƣơng nhƣ sau:
Chƣơng I: Tổng quan về các kỹ thuật giấu tin
Chƣơng II: Một số lƣợc đồ thủy vân dễ vỡ khóa cơng khai
Chƣơng III: Ứng dụng thuỷ vân dễ vỡ khố cơng khai trong bài tốn
chống giả mạo văn bằng.
Do thời gian và trình độ cịn hạn chế nên luận văn khó tránh khỏi
những sai sót, kính mong nhận đƣợc sự đóng góp chỉ bảo của các thầy, cô
giáo và các bạn đồng nghiệp.
Qua đây tôi xin cảm ơn thầy giáo PGS.TS Phạm Văn Ất và các thầy
giáo trong Trƣờng Đại học công nghệ thông tin và truyền thơng – Đại học
Thái Ngun đã tận tình hƣớng dẫn tơi trong q trình học tập cũng nhƣ trong
thời gian nghiên cứu hoàn thiện luận văn này.
Thái Nguyên, tháng 7 năm 2014
Học viên thực hiện

Hồng Thị Thúy Diệu

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu


/>

3

Chƣơng 1
TỔNG QUAN VỀ CÁC KỸ THUẬT GIẤU TIN
Chương này trình bày một số khái niệm và phân tích khả năng ứng dụng
của kỹ thuật giấu tin. Ngoài ra, trong Chương cịn trình bày ba thuật tốn giấu tin
trên ảnh nhị phân Wu-Lee[8], CPT[6] và THA [7] thường được đề cập trong các
tài liệu. Các thuật toán này là cơ sở để xây dựng lược đồ thủy vân dễ vỡ trình bày
trong Chương 2.

1.1. Khái niệm giấu tin
Giấu tin là một kỹ thuật giấu một lƣợng thông tin số nào đó vào một
đối tƣợng dữ liệu khác.
Kỹ thuật giấu tin nhằm hai mục đích: một là bảo mật cho dữ liệu đƣợc
đem giấu, hai là bảo vệ cho chính đối tƣợng đƣợc giấu tin ở trong. Hai mục
đích khác nhau này dẫn đến hai kỹ thuật chủ yếu của giấu tin. Hƣớng thứ nhất
là giấu tin mật, nhằm tập trung vào các kỹ thuật giấu tin sao cho ngƣời khác
khó phát hiện đƣợc đối tƣợng có chứa thơng tin mật bên trong. Hƣớng thứ hai
là thủy vân số, hƣớng thủy vân số có miền ứng dụng lớn hơn nên đƣợc quan
tâm nghiên cứu nhiều hơn và thực tế đã có rất nhiều kỹ thuật đƣợc đề xuất.
Mơ hình giấu tin và giải mã thơng tin
a. Mơ hình giấu tin

Hình 1.1. Mơ hình giấu tin
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>


4

b. Mơ hình giải mã thơng tin

Hình 1.2. Mơ hình giải mã thông tin
1.2. Lịch sử giấu tin
Các kỹ thuật giấu tin đã đƣợc đề xuất và sử dụng từ xa xƣa, và tiếp tục
đƣợc phát triển cho đến ngày nay.
Các ghi chép đầu tiên về giấu tin đã đƣợc nhà sử học Hy Lạp
Herodotus ghi chép lại, một trong những câu chuyện nổi tiếng khi nói đến
lĩnh vực này là câu chuyện về tên bạo chúa Histiacus. Trong suốt thế kỷ thứ 5
trƣớc công nguyên, Histiacus bị vua Darius giam cầm tại nhà tù Susa. Trong
thời gian này, ông đã cố gắng liên hệ với con rể của mình là Aristagoras ở
Miletus. Để thực hiện âm mƣu này, ông đã cạo đầu của một nơ lệ và xăm lên
đó thơng điệp cần chuyển, đến khi tóc của nơ lệ này mọc dài, hắn đƣợc
chuyển tới Miletus. Phƣơng pháp này về sau đã đƣợc các điệp viên Đức sử
dụng vào đầu thế kỷ 20.
Ngoài ra, từ xa xƣa Demeratus ngƣời Hy Lạp đã nghĩ ra cách khắc
thông báo lên bề mặt các viên thuốc và đƣợc bọc lại cẩn thận. Hay nhƣ cách
sử dụng mực không màu, nƣớc hoa quả, để viết thông báo ẩn v.v.
Thời chiến tranh Pháp – Phổ (1870 – 1871), thông tin đƣợc giấu trong
các đoạn phim nhỏ. Thời chiến tranh thế giới thứ I, tài liệu trao đổi giữa các
điệp viên đƣợc giấu dƣới các siêu dấu chấm. Và rất nhiều phƣơng pháp khác
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

5


đƣợc áp dụng để che giấu thông tin sử dụng trong chiến tranh. Về sau, rất
nhiều kỹ thuật giấu tin trên giấy đã đƣợc phát triển sử dụng các tia cực tím.
Giải pháp giấu thơng tin mật vào các bức ảnh đƣợc khám phá và phát triển
đầu tiên vào những năm 1860, do nhiếp ảnh gia Dragon ngƣời Pháp thực hiện.
Ngày nay, giấu thông tin trong ảnh chiếm tỷ lệ lớn trong các chƣơng
trình ứng dụng, các phần mềm, hệ thống giấu tin trong dữ liệu đa phƣơng tiện
bởi lƣợng thông tin đƣợc trao đổi bằng ảnh là rất lớn. Hơn nữa, giấu thơng tin
trong ảnh cũng đóng vai trị hết sức quan trọng trong hầu hết các ứng dụng
bảo vệ an tồn thơng tin nhƣ: nhận thức thơng tin, xác định xuyên tạc thông
tin, bảo vệ bản quyền tác giả, điều khiển truy cập, giấu thông tin mật v.v. Vì
thế mà vấn đề này đã nhận đƣợc sự quan tâm rất lớn của các cá nhân, tổ chức,
trƣờng đại học và viện nghiên cứu trong và ngồi nƣớc.
Thơng tin sẽ đƣợc giấu cùng với dữ liệu ảnh nhƣng chất lƣợng ảnh ít
thay đổi và mắt ngƣời khơng thể phát hiện đƣợc bên trong bức ảnh đó có chứa
thơng tin gì. Và ngày nay, khi ảnh số đã đƣợc sử dụng phổ biến thì giấu thơng
tin trong ảnh đã đem lại rất nhiều những ứng dụng quan trọng trên nhiều lĩnh
vực trong đời sống xã hội. Ví dụ nhƣ đối với các nƣớc phát triển chữ ký tay
đã đƣợc số hoá và đƣợc lƣu trữ giống nhƣ là hồ sơ cá nhân của các dịch vụ
ngân hàng và tài chính, nó đƣợc dùng để xác thực trong các thẻ tín dụng của
ngƣời tiêu dùng. Thêm vào đó, lại có rất nhiều loại thông tin quan trọng cần
đƣợc bảo mật, chúng rất dễ bị lấy trộm và bị thay đổi bởi các phần mềm
chuyên dụng. Việc nhận thức cũng nhƣ 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 thơng tin đƣợc giấu trong ảnh một cách vơ hình, bởi sau khi giấu
thơng tin thì chất lƣợng ảnh gần nhƣ không thay đổi, đặc biệt đối với ảnh màu
hay ảnh đa mức xám.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>


6

1.3. Phân loại các kỹ thuật giấu tin
Có thể chia lĩnh vực giấu tin thành hai hƣớng chính, đó là giấu tin mật
và thủy vân số.
Kỹ thuật giấu tin mật ln chú trọng đến tính che giấu, với tính che
giấu, các đối thủ khó có thể phát hiện đƣợc đối tƣợng có chứa tin mật bên
trong hay khơng; hơn nữa, nếu phát hiện có giấu tin thì việc giải mã thơng tin
mật cũng khó có thể thực hiện đƣợc. Đồng thời, các kỹ thuật giấu tin mật còn
quan tâm lƣợng tin có thể đƣợc giấu.
Phạm vi ứng dụng của thủy vân đa dạng hơn, tuỳ theo mục đích của hệ
thủy vân mà ngƣời ta lại chia thành các hƣớng nhỏ nhƣ: thủy vân dễ vỡ và
thủy vân bền vững. Thủy vân bền vững quan tâm nhiều đến việc nhúng những
mẩu tin địi hỏi độ bền vững cao của thơng tin đƣợc giấu trƣớc các biến đổi
thông thƣờng trên dữ liệu môi trƣờng. Thủy vân dễ vỡ yêu cầu thông tin giấu
sẽ bị sai lệch nếu có bất kỳ sự thay đổi nào trên dữ liệu chứa. Nhƣ vây, kỹ
thuật giấu tin có thể đƣợc phân loại nhƣ trong Hình 1.3.
Giấu thơng tin

Giấu tin mật

Thuỷ vân số

Hình 1.3. Phân loại kỹ thuật giấu tin
1.4. Ứng dụng của kỹ thuật giấu tin
Giấu tin mật: Thông tin đƣợc giấu trong những trƣờng hợp này cần
đƣợc bảo mật trƣớc các đối thủ. Việc giải mã để nhận đƣợc thông tin cũng
không cần dữ liệu mơi trƣờng gốc. Đối với các thuật tốn giấu tin mật chúng
ta không chú trọng đến việc bảo vệ thông tin mật trƣớc sự tấn cơng của các

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

7

đối thủ mà thay vào đó các thuật tốn quan tâm đến tính ẩn và tính an tồn đối
với dữ liệu cần giấu. Do đó, các thuật tốn giấu tin có độ bảo mật cao sẽ đƣợc
sử dụng trong các ứng dụng giấu tin mật.
Bảo vệ bản quyền tác giả: Đây là ứng dụng cơ bản nhất của kỹ thuật
thủy vân số. Một thơng tin nào đó mang ý nghĩa bản quyền đƣợc sở hữu bởi
tác giả gọi là thủy vân, thông tin này sẽ đƣợc nhúng vào trong các sản phẩm
multimedia, và đó là minh chứng cho bản quyền của tác giả nhằm bảo vệ các
sản phầm chống lại các hành vi lấy cắp hoặc làm nhái. Yêu cầu kỹ thuật đối
với ứng dụng này là thủy vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm, khi
muốn bỏ thủy vân này mà không đƣợc phép của ngƣời chủ sở hữu thì chỉ cịn
cách là phá huỷ sản phẩm.
Xác thực thông tin: Một tập các thông tin sẽ đƣợc giấu trong dữ liệu
nguồn và thông tin sẽ đƣợc sử dụng để nhận biết xem dữ liệu nguồn có bị
thay đổi hay không. Với kiểu ứng dụng này các thủy vân nên đƣợc ẩn để tránh
đƣợc sự tò mò của đối phƣơng, hơn nữa việc làm giả các thủy vân hợp lệ hay
xuyên tạc thông tin nguồn cũng cần đƣợc xem xét. Trong các ứng dụng thực
tế, ngƣời ta mong muốn tìm đƣợc vị trí bị xun tạc cũng nhƣ phân biệt đƣợc
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.
Giấu vân tay hay dán nhãn: Thủy vân số trong những ứng dụng này
đƣợc sử dụng để nhận diện ngƣời gửi hay ngƣời nhận của một thơng tin nào
đó. Ví dụ nhƣ các vân khác nhau sẽ đƣợc nhúng vào các bản sao khác nhau
của thông tin gốc trƣớc khi chuyển cho nhiều ngƣời. Với những ứng dụng này
thì yêu cầu là đảm bảo độ an tồn cao cho các thủy vân tránh sự xố giấu vết

trong khi phân phối.
Kiểm soát sao chép: Các thủy vân trong những trƣờng hợp này đƣợc
sử dụng để kiểm sốt việc sao chép thơng tin. Các thiết bị phát hiện ra thủy
vân thƣờng đƣợc gắn sẵn vào trong các hệ thống đọc/ghi. Ví dụ nhƣ hệ thống
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

8

quản lí sao chép DVD đã đƣợc sử dụng ở Nhật. Các ứng dụng loại này yêu
cầu thủy vân phải đƣợc đảm bảo an toàn và cũng sử dụng phƣơng pháp phát
hiện thủy vân đã giấu mà không cần thông tin gốc.
1.5. Một số hƣớng tiếp cận giấu tin trong ảnh
1.5.1. Giấu tin trên miền không gian ảnh
Miền không gian ảnh là miền dữ liệu ảnh gốc, tác động lên miền khơng
gian ảnh chính là tác động lên các điểm ảnh, thay đổi giá trị trực tiếp của điểm
ảnh. Đây là hƣớng tiếp cận tự nhiên bởi vì khi nói đến việc giấu tin trong ảnh
ngƣời ta thƣờng nghĩ ngay đến việc thay đổi giá trị các điểm ảnh nguồn, một
phƣơng pháp phổ biến của hƣớng tiếp cận này là phƣơng pháp tác động đến
bit ít quan trọng của mỗi điểm ảnh.
Tuy nhiên, phƣơng pháp này cũng có nhiều hạn chế, chẳng hạn nhƣ
khơng đảm bảo đƣợc tính bền vững của thông tin giấu đối với các thao tác biến
đổi nhƣ quay ảnh hoặc nén ảnh Jpeg. Điều này là dễ hiểu vì các thao tác nói trên
cũng loại bỏ hoặc làm sai lệch các bit ít quan trọng nhất của mỗi điểm ảnh.
1.5.2. Giấu tin trên miền tần số
Hƣớng tiếp cận dựa trên miền không gian ảnh nhƣ đã trình bày ở trên là
cách tiến hành khảo sát tín hiệu và hệ thống rời rạc một cách trực tiếp trên
miền giá trị rời rạc của các điểm ảnh gọi là trên miền biến số độc lập tự nhiên.
Nhƣng trong nhiều trƣờng hợp, cách khảo sát trực tiếp này gặp phải những

khó khăn nhất định hoặc rất phức tạp và hiệu quả khơng cao.
Ngồi phƣơng pháp khảo sát trực tiếp, có thể dùng phƣơng pháp khảo
sát gián tiếp thơng qua các kỹ thuật biến đổi. Các biến đổi này làm nhiệm vụ
chuyển miền biến số độc lập sang các miền khác và nhƣ vậy tín hiệu và hệ
thống rời rạc sẽ đƣợc biểu diễn trong các miền mới với các biến số mới.
Phƣơng pháp biến đổi này cũng giống nhƣ phƣơng pháp biến đổi trong phép
tính tích phân hay phƣơng pháp đổi hệ toạ độ trong giải tích của tốn phổ
thơng quen thuộc.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

9

Mỗi cách biến đổi sẽ có những thuận lợi riêng, tuỳ từng trƣờng hợp mà
chúng ta chọn phép biến đổi nào cho phù hợp. Sau khi khảo sát, biến đổi xong
các tín hiệu và hệ thống rời rạc trong miền các biến số mới này, nếu cần thiết
có thể dùng các biến đổi ngƣợc để đƣa chúng trở lại miền biến số độc lập.
Phƣơng pháp khảo sát gián tiếp sẽ làm đơn giản rất nhiều các công việc
gặp phải khi dùng phƣơng pháp khảo sát trực tiếp trong miền biến số độc lập
tự nhiên. Hệ thống rời rạc cần khảo sát chính là miền khơng gian các điểm
ảnh. Có một số phƣơng pháp biến đổi đƣợc sử dụng rất phổ biến nhƣ: Furier,
Cosine rời rạc (DCT), Wavelet rời rạc (DWT)… Đây là những phép biến đổi
đƣợc sử dụng nhiều trong các kỹ thuật xử lý ảnh và âm thanh. Trong giấu tin,
đặc biệt trong kỹ thuật thủy vân tiếp cận theo miền tần số, các phép biến đổi
từ miền biến số tự nhiên của ảnh sang miền tần số nhƣ biến đổi Furier, biến
đổi cosin rời rạc, Wavelet đƣợc sử dụng phổ biến.
1.6. Cấu trúc tệp ảnh bitmap
Tệp ảnh bitmap là một trong những định dạng ảnh thông dụng đƣợc hỗ
trợ bởi hầu hết các hệ điều hành và thiết bị điện tử. Theo [3], tệp ảnh bitmap

đƣợc chia thành 4 phần nhƣ sau:

Trong đó:
 Bitmap File Header gồm 14 byte
 Bitmap Info gồm 40 byte
 Color palette - Bảng màu (đối với ảnh 24 bít khơng có bảng mầu)
 Bitmap Data
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

10

1.6.1. Cấu trúc và nội dung của Bitmap File Header
Bảng 1.1. Cấu trúc và nội dung của Bitmap File Header
Byte#

Data

Giá trị

1

Kiểu tệp

„B‟

2

Kiểu tệp


„M‟

3-6

Size of the file

Unsigned long

7 - 10

Reserved

Zero

11 - 14

Byte offset to bitmap data

Số TT (tính từ 0) byte
đầu của BMP data

1.6.2. Cấu trúc và nội dung của Bitmap Info
Bảng 1.2. Cấu trúc và nội dung của Bitmap Info
Byte #

Data

Giá trị


1-4

Number of bytes in Bitmap Info

40

5-8

Width of bitmap

In pixels

9 - 12

Height of bitmap

In pixels

13 - 14

Number of color planes

1

15 - 16

Number of bits per pixels

1, 4, 8 hoặc 24


17 - 20

Type of compression

21 - 24

Size of image

25 - 28

Horizontal resolution

29 - 32

Vertical resolution

33 - 36

Number of colors In color Palette

In bytes

Ảnh 24 bít – 0
Ảnh 8 bít - nếu 0 thì
256 mầu

37 - 40

Number of colors importal


Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

11

1.6.3. Cấu trúc và nội dung của Color Palette
Bảng 1.3. Cấu trúc và nội dung của Color Palette
Byte#

Data

Giá trị

Entry - chỉ số mầu

1

Blue color value

0 – 255

0

2

Green color value

0 – 255


0

3

Red color value

0 – 255

0

4

Reserved

0

0

5

Blue color value

0 – 255

1

6

Green color value


0 – 255

1

7

Red color value

0 – 255

1

8

Reserved

0

1

9

…

Ghi chú:
- Mỗi entry gồm 4 byte và chứa một mầu trong bảng mầu
- Ảnh 24 bít khơng có bảng mầu
1.6.4. Bitmap Data
 Với ảnh 8 mầu
Mỗi byte chứa chỉ số mầu (tính từ 0) của một điểm ảnh. Các điểm ảnh

đƣợc lƣu trữ trên file theo từng hàng từ dƣới lên trên. Các điểm ảnh mỗi hàng
đƣợc chứa từ trái sang phải.
 Với ảnh 24 mầu
Mỗi nhóm 3 byte biểu diễn mầu của một điểm ảnh (byte 1 – Red, byte
2 – Green, byte 3 – Blue). Thứ tự lƣu trữ các điểm ảnh trong file cũng nhƣ với
ảnh 8 màu.
1.7. Một số định nghĩa
Trƣớc tiên luận văn trình bày một số định nghĩa sử dụng trong các thuật
tốn nhúng tin.
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

12

Định nghĩa 1.1: Phép

hai ma trận nguyên cùng cấp A và B (ký hiệu A

B) đƣợc định nghĩa:
, i =1..m, j = 1…n

với

Thí dụ minh hoạ phép tốn

thực hiện trên hai ma trận nhị phân kích

thƣớc 4x4 nhƣ sau:
1 0 0 1

0 1 0 1
0 0 1 1

0 0 1 1
1 1 0 1
0 1 0 1

1 0 1 0
1 0 0 0
0 1 1 0

0 1 0 1

0 0 1 1

0 1 1 0

1.2:
:

Với
Định nghĩa 1.3: Ma trận W kích thƣớc

đƣợc gọi là ma trận trọng số

nếu mọi W thoả mãn điều kiện:

cấp r với

Thí dụ minh hoạ về ma trận trọng số cấp 3 (r = 3) với ma trận W nhƣ sau:


W

1 3 2
5 6 7
4 7 1
2 6 3

Nhƣng với ma trận W '

1 3 2
5 6 7
lại không phải là ma trận trọng số cấp 3 vì
1 7 1
2 6 3

trong ma trận W' khơng tồn tại phần tử (i,j) để W'i,j = 4, mà 4
vậy Wi', j | i 1..4, j 1..3

1, 2,..., 23 1 ,

1, 2,..., 23 1

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

13

Định nghĩa 1.4: Phép toán SUM trên ma trận A cấp


đƣợc tính theo

cơng thức:

1.5:
hay

.

1.8. Thuật tốn giấu tin Wu-Lee
Kỹ thuật giấu tin theo khối bit thể hiện độ an toàn khơng cao với việc
sử dụng duy nhất kích thƣớc khối là khố cho q trình giấu tin, đồng thời
ảnh chứa thông tin giấu cũng dễ bị phát hiện do kỹ thuật có thể sẽ thay đổi giá
trị của một bit trong các khối ảnh toàn màu đen hoặc toàn màu trắng. Điều
này sẽ có thể dẫn tới sự bất thƣờng ở vị trí thay đổi so với các vị trí lân cận
trong khối.
Thuật tốn giấu thơng tin trong ảnh đen trắng do M.Y.Wu và J.H.Lee
[8] đƣa ra trong một bài báo đăng tại Proceedings of international Symposium
on Multimedia Information Processing 1999 đã khắc phục đƣợc phần nào
những tồn tại nêu trên bằng cách đƣa thêm khoá K cho việc giấu tin và đƣa
thêm các điều kiện để thay đổi bit trong mỗi khối.
1.8.1. Thuật toán nhúng tin
 Tư tưởng giấu tin của Wu - Lee
Thuật toán giấu tin đƣợc thể hiệu nhƣ sau: chia ảnh môi trƣờng thành
các khối điểm ảnh có cùng kích thƣớc mxn. Với mỗi khối điểm ảnh F (ma
trận điểm ảnh) có thể đƣợc giấu tối đa 1 bit b (b = 0 hoặc b = 1). Quá trình
giấu tin sẽ thực hiện biến đổi ma trận nhị phân F thành ma trận G nhƣng giữa
F và G chỉ khác nhau tối đa là một vị trí.
 Tóm tắt thuật tốn

Input:
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

14

là kích thƣớc của ma trận gồm m hàng và n cột, giá trị m, n đƣợc
giữ bí mật.
Fmxn là ma trận nhị phân và là ma trận môi trƣờng để giấu tin.
Kmxn là ma trận nhị phân khoá và giá trị của ma trận K phải đƣợc giữ bí
mật.
b là bit nhị phân cần giấu (b = 0 hoặc b = 1).
Output:
Nếu thuật tốn thực hiện thành cơng, kết quả thu đƣợc là ma trận G đƣợc
biến đổi tối đa một phần tử từ ma trận F và G thoả mãn hai bất biến sau:
+ 0 < SUM(G
+ SUM(G

K) < SUM(K)

(1.1)

K) mod 2 = b

(1.2)

Theo đầu ra của thuật toán, khi nhận đƣợc G để kiểm tra ma trận G có
giấu thơng tin hay khơng chúng ta sẽ cần kiểm tra G có thoả mãn bất biến
(1.1) hay khơng. Với bất biến (1.2) q trình giải mã thơng tin giấu trong ma

trận G có thể dễ dàng xác định đƣợc G chứa giá trị bit đã giấu bằng 0 hay
bằng 1 theo (1.3)
b =SUM(G

K) mod 2

(1.3)

 Nội dung thuật toán
Bƣớc 1:

đặt s = SUM(F K)

Bƣớc 2: if 0 < s // sẽ biến đổi F thành G thoả mãn bất biến (1.1) và (1.2)
Xét các trường hợp sau:
Trường hợp 1

if s mod 2 = b then
G = F // giấu mà không cần biến đổi

Trường hợp 2

if s = SUM(K) -1 then

- Chọn ngẫu nhiên phần tử (i,j) thoả Fi,j = 1 và Ki,j =1
- Fi,j = 0
Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

15

-G=F
Trường hợp 3

if s = 1 then

- Chọn ngẫu nhiên phần tử (i,j) thoả Fi,j = 0 và Ki,j =1
- Fi,j = 1
-G=F
Trường hợp 4

if (s >1) and (s
- Chọn ngẫu nhiên phần tử (i,j) thoả Ki,j =1
- Fi,j = NOT (Fi,j)
-G=F
1.8.2. Phân tích thuật tốn
Thuật toán sử dụng K nhằm làm tăng độ bảo mật cho thuật tốn giấu tin.
Nếu trƣớc đây chỉ biết kích thƣớc khối là mxn thì đối phƣơng đã có thể dễ
dàng giải mã đƣợc tin mật thông qua ảnh chứa tin, nhƣng với thuật tốn của
Wu-Lee ngồi giá trị m,n các thuật tốn thám mã cịn phải xác định giá trị cụ
thể của ma trận K. Do vậy, để tìm đƣợc ma trận khóa K khi đã biết m, n các
thuật toán thám mã phải duyệt
Theo định nghĩa phép toán

trƣờng hợp khác nhau.
, và bất biến (1.2) nên nội dung thuật toán

Wu-Lee sẽ biến đổi F thành G sao cho SUM(G

K) cùng tính chẵn lẻ với b.

Do vậy, nếu b khơng cùng tính chẵn lẻ với SUM(G

K) thì thuật tốn sẽ

thực hiện đảo giá trị của phần tử Fi,j ứng với Ki,j = 1 để đạt đƣợc bất biến (1.2).
Nhƣ vậy, khoá K đƣợc xem nhƣ một mặt nạ, tạo ra khung nhìn cho thuật tốn.
Điều kiện 0 tại các vị trí Ki,j = 1 mà Fi,j đều bằng khơng hoặc đều bằng một thì khơng nên
giấu tin vì nếu thực hiện giấu dễ bị lộ khóa K.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

16

1.8.3. Thí dụ minh họa thuật tốn nhúng tin Wu-Lee
Giả sử ta cần giấu dãy bit b1b2b3 = 011 vào một ảnh kích thƣớc 6x6 với
ma trận khóa K có kích thƣớc 3x3 nhƣ trong hình vẽ. Ta chia ảnh F thành 4
khối ảnh nhỏ với mỗi khối kích thƣớc là 3x3 ta thu đƣợc F1, F2, F3, F4.
F1

F2

G1

G2

0 1 0 1 0 1 Dữ liệu cần giấu: b1b2b3 =011

0 0 0 1 0 1

1 0 1 1 0 0

1 0 1 1 0 0

0 0 1 0 1 0

0 0 1 0 1 0

0 1 0 1 1 0

0 1 0

0 1 0 1 1 0

1 1 1 0 1 1

0 1 1

1 1 1 0 1 1

0 0 0 0 1 1

1 0 1

0 0 0 0 1 0

F3

K

G3

F4

G4

Hình 1.4. Minh hoạ thuật tốn nhúng tin của Wu-Lee
- Với F1, 0< SUM(F1

K) = 3 < SUM(K) nên thuật toán sẽ giấu b1 (b1

= 0) vào F1 bằng cách biến đổi F1 thành G1 sao cho SUM(G1
b1. Trong trƣờng hợp này, SUM(F1

K) mod 2 =

K) thoả trƣờng hợp 4 tại Bƣớc 2 trong

thuật toán, do vậy chúng ta sẽ đảo giá trị tại phần tử (i,j) của F1 ứng với Ki,j =
1. Giả sử ta chọn phần tử (1,2) kết quả sẽ thu đƣợc nhƣ G1.
- Vì SUM(F2

K) = 0 nên khối F2 sẽ không đƣợc dùng để giấu dữ

liệu do vậy G2 = F2.
- Với F3, do F3 thoả mãn điều kiện 0< SUM(F3

K) = 3 < SUM(K),

nên thuật toán sẽ thực hiện giấu b2 vào F3. Trong trƣờng hợp này, ta thấy
SUM(F3

K) mod 2 = 1 = b2 nên không cần biến đổi F3 và G3 bằng F3.

- Với F4, 0< SUM(F4

K) = 4
giấu bit b3 = 1 vào khối F4 bằng cách biến đổi F4 thành G4 thoả mãn tính chất
(2) và (3). Do SUM(F4

K) = SUM(K) -1 nên chúng ta chọn ngẫu nhiên

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>

17

phần tử (i,j) mà F4(i,j) = 1 mà Ki,j = 1 và thay đổi F4(i,j) = 0. Giả sử ta chọn
phần tử (3,3) kết quả sẽ thu đƣợc nhƣ G4.
1.8.4. Một số nhận xét về thuật toán Wu-Lee
Thứ nhất: ảnh môi trƣờng để thực hiện giấu thông tin cũng phải đƣợc
chọn kỹ càng. Nếu một ảnh có quá nhiều điểm trắng (hoặc đen) thì tỉ lệ bit

giấu đƣợc sẽ rất thấp.
Thứ hai: Vì trong mỗi ma trận điểm ảnh F thuật toán chỉ biến đổi tối đa
là một phần tử (từ 1 thành 0 hoặc từ 0 thành 1), do vậy nếu chọn m, n đủ lớn
thì sự thay đổi này khó có thể nhận biết bằng mắt thƣờng nhƣng khả năng
giấu của thuật toán lại giảm đáng kể.
Thứ ba: Khi cần biến đổi ma trận F, thuật tốn ln thay đổi ngẫu nhiên
một phần tử Fi,j ứng với Ki,j = 1. Do vậy, trong một số trƣờng hợp ảnh sau khi
đƣợc giấu tin sẽ xuất hiện những điểm khác biệt so với ảnh gốc và dễ dàng
phân biệt đƣợc bằng mắt thƣờng. Do đó, để tăng tính che giấu cho thuật tốn
chúng ta nên chọn phần tử (i,j) có định hƣớng theo một tiêu chí nào đó.
Xét ví dụ giấu bit 0 vào ma trận có kích thƣớc

với các giá trị cụ

thể nhƣ sau:

F=

1

0

0

0

1

0

1

1

0

0

0

0

0

1

0

1

1

0

1

0

K= 1

1

0

0

0

1

1

0

0

0

1

1

0

1

0

1

1

0

1

0

b=

0

Giả sử chọn ngẫu nhiên phần tử (1,4) để thay đổi ta thu đƣợc G và thay
đổi trên biên (có định hƣớng) ta chọn phần tử (5,3) kết quả ta đƣợc G‟. Trong
trƣờng hợp này, chúng ta thấy rằng khả năng che giấu của G‟ cao hơn G
giống nhƣ trong Hình 1.5.

Số hóa bởi Trung tâm Học liệu

/>