Tiểu luận nhập môn an toàn thông tin hust

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TIỂU LUẬN Nhập môn an toàn thông tin Bảo vệ dữ liệu đa phương tiện trong quá trình phân phối qua mạng mở HÀ NỘI Có đính kèm slide trình bày Bài tập lớn môn nhập môn an toàn thông tin thầy Nguyễn Linh Giang HUST

TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI TIỂU LUẬN Nhập mơn an tồn thơng tin Bảo vệ liệu đa phương tiện trình phân phối qua mạng mở HÀ NỘI, 7/2022 CHƯƠNG Vấn đề thực trạng 1.1 Đặt vấn đề Bảo vệ liệu đa phương tiện giúp bảo vệ liệu khỏi mối đe dọa đến từ đối tượng không cấp phép để sử dụng liệu đó, thường đến từ hệ thống mạng việc phân phối liệu qua hệ thống mạng mở Việc bảo vệ liệu phải đảm bảo ba khía cạnh tam giác an tồn thơng tin confidentiality, integrity authority Confidentiality bảo đảm người dùng phép truy cập sử dụng liệu, người dùng khác biết nội dung nắm lúc liệu truyền qua mạng Integrity bảo đảm liệu khơng bị sửa đổi q trình phân phối Authority giúp bảo đảm quyền sở hữu trí tuệ tác giả khơng bị xâm hại 1.2 Hiện trạng Có nhiều mối đe dọa tới liệu đa phương tiện, đặc biệt mơi trường mạng lúc này, liệu chuyển tiếp qua môi trường mạng mở Các đối tượng xấu thực hành vi như: đánh cắp liệu, thay đổi trái phép liệu, phân phối trái phép liệu, đạo nhái, v.v… Để chống lại mối đe dọa này, có biện pháp áp dụng phổ biến giấu tin (steganography) mã hóa (cryptopgraphy) Về kĩ thuật giấu tin, thông tin ẩn giấu dạng thơng tin khác (ví dụ text video, ảnh, v.v…) Khi truyền thơng tin ta truyền video, ảnh, ….đi Khi bị công đánh cắp liệu kẻ cơng khơng tìm thông tin ẩn giấu Kĩ thuật sử dụng để khẳng định quyền sở hữu liệu thông tin ẩn giấu định danh tác giả, thơng tin ẩn giấu chứa thơng tin sử dụng để biết người phát tán trái phép liệu đa phương tiện (thông tin ẩn giấu chứa định danh người nhận thông tin mà họ không hay biết) Về kĩ thuật mã hóa, khác với kĩ thuật giấu tin, liệu biến đổi dạng đọc bên thứ ba truyền tới người nhận, người nhận biến đỏi từ dạng không đọc dạng ban đầu để tiếp tục xử lý Kĩ thuật bao gồm thuật tốn mã hóa đối xứng mã hóa cơng khai, với chế hỗ trợ kèm Nhìn chung, việc áp dụng riêng lẻ kĩ thuật, ví dụ mã hóa tỏ hiệu qua trọng việc bảo vệ liệu khỏi mối đe dọa bên Có nhiều yếu tố cần phải cân nhắc, giải pháp phải đảm bảo đỉnh tam giác an tồn thơng tin DRM (Digital rights management) ví dụ điển hình: DRM bảo vệ tất quyền tác giả, nhà cung cấp, nhà phân phối người dùng cuối Mặc dù vậy, DRM tiêu chuẩn hóa cách thức đóng gói liệu đa phương tiện, protocol dùng để trao đổi key, kĩ thuật để chống lại kiểu xâm phạm khác bị bỏ ngỏ cho người dùng tự định, ví dụ thuật tốn mã hóa (Furht & Kirovski, 2006), hàm hash (Ho & Li, 2004) hay thuật toán watermark (Cox, Miller, & Bloom, 2002), v.v… Những kĩ thuật cần phải lựa chọn phù hợp để bảo đảm sản phẩm sử dụng thực tiễn Lưu ý rằng, ba đỉnh tam giác an toàn thơng tin CIA ln có ràng buộc định: ta tăng cường đỉnh buộc ta phải đánh đổi hiệu đỉnh khác, đây, ta tăng cường đỉnh Confidentiality Integrity buộc phải giảm đỉnh Availability Việc liệu đa phương tiện mang lại khó khăn định: liệu binary text hồn tồn sử dụng kĩ thuật mã hóa hash để bảo vệ tính mật (confidentiality) tính tồn vẹn (integrity) liệu, nhiên chuyển sang liệu đa phương tiện video, ảnh, âm việc sử dụng kĩ thuật đề cập bên trở nên hiệu liệu thường có kích thước lớn, nén trước lưu trữ thường xử lý lại (resampling, cắt block, v.v…) trước truyền theo yêu cầu kênh phân phối Thứ nhất, để mã hóa liệu đa phương tiện với thuật tốn mã hóa thường khó (do khối lượng tính tốn thuật tốn mã hóa lớn nên dẫn đến chi phí xử lý cao, không đáp ứng tốc độ ứng dụng đòi hỏi tương tác với thời gian thực) Thêm nữa, thuật tốn mã hóa thường làm cấu trúc thông tin, mà cấu trúc lại sử dụng để khắc phục lỗi đường truyền nhiễu xảy trình truyền tin, khiến cho hiệu suất đường truyền bị giảm đáng kể, khơng đáp ứng nhu cầu truyền thi theo thời gian thực Thứ hai, hàm hash truyền thống không phù hợp để sử dụng chứng thực liệu đa phương tiện Những kiểu liệu ảnh, video, âm thường nén, rezing hay resampling, biến đổi, v.v…Các hàm hash cần liệu nguồn thay đổi chút khiến cho giá trị hash thay đổi nhiều Chúng ta cần hàm hash tiên tiến mà thực biến đổi định giá trị đầu vào không làm cho giá trị hash thay đổi (gọi acceptable operation) Hàm hash cần phải cho biết liệu bị thay đổi hay chưa, mà cịn phải vị trí bị thay đổi Tóm lại, cần thuật tốn hash để đáp ứng yêu cầu đặt Thứ ba, hash mã hóa giúp bảo vệ liệu kênh phân phối mà không bảo vệ liệu đầu cuối, tức liệu phân phối tới người dùng, họ đem phân phối lại mà khơng chịu kiểm soát Các kĩ thuật cần phát triển ví dụ ẩn giấu thơng tin tác giả, chủ sở hữu liệu vào thân liệu, thơng tin cần phải tồn sau trải qua bước nén, tái định dạng, v.v… Như vậy, với kiểu liệu mới, đặc thù liệu cần phải có thuật tốn mới, kĩ thuật để bảo vệ liệu Cho tới tại, có nhiều thuật tốn, kĩ thuật đời phân tích kĩ thuật báo cáo Dữ liệu đa phương tiện báo cáo tập trung vào ảnh, video âm Khi nhắc đến liệu đa phương tiện từ đây, ta hiểu ảnh, video âm CHƯƠNG Bảo vệ liệu đa phương tiện 2.1 Bảo vệ tính bí mật nội dung đa phương tiện (Confidentiality) Để bảo vệ tính bí mật liệu đa phương tiện, liệu mã hóa thành dạng khơng thể đọc người dùng ủy quyền giải mã liệu đa phương tiện trở dạng sử dụng Nhìn chung, liệu đa phương tiện mã hóa phần có chọn lọc, phần mã hóa, cịn phần khác khơng thay đổi Có hai lý để làm vậy: thứ nhất, việc mã hóa có chọn lọc làm giảm khối lượng liệu cần phải mã hóa, từ làm giảm chi phí tính tốn Thứ hai, việc mã hóa phần thơng tin header tail liệu khơng đóng vai trị nhiều việc gia tăng tính bảo mật Một hệ thống mã hóa đa phương tiện bao gồm số thành phần như:  Dữ liệu đa phương tiện ban đầu  Thuật tốn mã hóa  Khóa mã hóa  Dữ liệu đa phương tiện mã hóa  Thuật tốn giải mã  Khóa giải mã Tại đây, liệu đa phương tiện ban đầu mã hóa thuật tốn mã với tham gia khóa mã hóa, trở thành mật liệu Tương tự, trình giải mã giải mã mật liệu trở thành liệu đa phương tiện ban đầu với thuật toán giải mã tham gia khóa giải mã Dựa vào loại liệu mã hóa, thuật tốn mã hóa phân loại thành ba loại: mã hóa hình ảnh, mã hóa âm mã hóa video 2.1.1 Mã hóa hình ảnh Trong mã hóa hình ảnh, cần phải giữ rõ ràng mặt nội dung ảnh, ta khơng cần thiết phải mã hóa tồn ảnh Có hai cách mã hóa thường sử dụng: cách thứ hốn chuyển vị trí pixel ảnh, cịn giá trị màu pixel khơng thay đổi (Maniccam & Bourbakis, 2004) Cách thứ hai mã hóa phần liệu ảnh giữ nguyên thông tin định dạng (Lian, Sun, & Wang, 2004) 2.1.2 Mã hóa âm Trong mã hóa âm thanh, tất mẫu âm mã hóa Do âm thường mã hóa trước truyền tải nên ta cần mã hóa số tham số nhạy cảm để phục vụ giải mã đoạn âm Ví dụ: ta cần mã hóa bit allocation cịn phần khác khơng mã hóa khiến cho file MP3 khơng thể sử dụng không giải mã cách (Servetti, Testa, Carlos, & Martin, 2003) 2.1.3 Mã hóa video Trong mã hóa video, cần trì mức độ rõ ràng video So với hình ảnh âm thanh, video có khối lượng liệu lớn hơn, vậy, video thường nén trước truyền lưu trữ Các thuật tốn mã thường mã hóa video compress mã hóa phần khơng mã hóa tồn nên việc lựa chọn phần để mã hóa ảnh hưởng lớn tới q trình xử lý video Thơng thường, video có phần sau: format information, texture information, motion information Phần format information hỗ trợ decoder giải mã video đó, cần mã hóa phần khiến cho video xử lý (Ho & Hsu, 2005) Tuy nhiên, kĩ thuật chưa đủ để bảo vệ nội dung video format information thường dễ đốn Nếu ta mã hóa motion information khiến cho video trở nên vô nghĩa, nhiên phần texture information (chứa đặc điểm hình ảnh video) nhiều bị lộ số thông tin Điều ngược lại tương tự: ta mã hóa texture information, motion information (chứa cách đối tượng video chuyển động) nhiều lộ thơng tin sử dụng Vì lý dẫn đến việc lựa chọn mã hóa texture information motion information, cịn format information giữ nguyên (Lian, Liu, Ren, & Wang, 2006b) Ngoài ra, texture information motion information mã hóa phần để đạt hiểu tối đa (ví dụ phần dấu mã hóa, cịn phần biên độ giữ nguyên, v.v…) 2.2 Bảo vệ tính tồn vẹn liệu đa phương tiện 2.2.1 Một số kĩ thuật sử dụng Một vấn đề phải đối mặt việc liệu bị sửa đổi trái phép Việc xảy đường truyền mạng cố ý người dùng với mục đích xấu, ví dụ ảnh cá nhân bị cắt mặt ghép mặt người khác vào, hay chương trình TV bị cắt ghép với mục đích xấu, v.v… Giải pháp sử dụng sử dụng hàm hash Giá trị hash tính tốn từ liệu ban đầu có kích thước nhỏ nhiều so với kích thước ban đầu liệu Chúng ta dễ dàng tính tốn giá trị hash từ liệu, khơng thể (về mặt thực tiễn) tính toán giá trị ban đầu từ giá trị hash, thay đổi nhỏ liệu ban đầu khiến cho giá trị hash thay đổi lớn Chính đặc điểm mà hàm hash sử dụng để kiểm tra tính tồn vẹn liệu Một hệ thống hash thường có bốn thành phần: liệu ban đầu, thuật toán hash, key thuật toán xác thực Giá trị hash tính tốn từ liệu key sử dụng thuật tốn mã hóa có, giá trị truyền sang cho bên nhận với liệu ban đầu Sau bên nhận tiến hành hash lại liệu so sánh với giá trị hash cung cấp, trùng liệu nhận liệu Việc truyền giá trị hash sang cho bên nhận có vài cách: cách thứ truyền trực tiếp cho bên nhận thơng qua kênh mật (tuy nhiên thông thường truyền kênh với liệu), cách thứ hai sử dụng kĩ thuật watermark giới thiệu để nhúng giá trị hash vào phần data truyền cho người nhận 2.2.2 Các vấn đề cịn tồn Mặc dù cơng nghệ, kĩ thuật đề cập bên nghiên cứu nhiều năm gần đây, số sử dụng rộng rãi, nhiên số tồn chưa thể khắc phục Thứ nhất, thuật tốn mã hóa mà sử dụng kĩ thuật mã hóa phần liệu thường bị lệ thuộc vào định dạng liệu sử dụng, ví dụ JPEG (Joint Photographic Experts Group), DVD (Digital Versatile Disc), AVC (Advanced Video Coding) sử dụng thuật tốn mã hóa khác định dạng có cấu trúc khác thuật tốn mã hóa sử dụng phần vị trí khác để mã hóa Điều dẫn đến việc có nhiều thuật tốn mã hóa, khiến cho việc xây dụng hệ thống thơng tin trở nên khó khăn số lượng thuật tốn mã hóa cần phải xây dựng nhiều tiềm ẩn nguy bảo mật độ ổn định hệ thống Thứ hai, dạng liệu đa phương tiện ảnh, video bị công theo dạng camera-capturing cắt cạnh, flip, down-sampling, analog-digital, digital-analog convert,… tổ hợp kĩ thuật nên cần phải có kĩ thuật bảo vệ bền vững Thứ ba, với thuật tốn hash bền vững giá trị hash thường có độ dài lớn nên yêu cầu kênh truyền có độ rộng lớn để truyền Nếu ta sử dụng watermark để nhúng hash truyền độ dài hash lớn gây ảnh hưởng tới chất lượng hình ảnh Cần phải có thuật toán đơn giản hơn, hiệu cao để tránh việc làm tải hệ thống truyền dẫn, hệ thống truyền dẫn không dây Nói hệ thống khơng dây, thuật tốn cần phải tính tốn tới việc lỗi truyền dẫn khơng dây cao so với truyền dẫn có dây, làm giảm hiệu thuật tốn khơng có phương án đối phó 2.3 Bảo vệ quyền sở hữu liệu đa phương tiện Do kiến thức cần truyền tải đề tài nhiều rộng nên truyền tải hết Để đảm bảo nội dung đầy đủ theo yêu cầu báo cáo, phần sâu vào tìm hiểu kĩ thuật watermark, cụ thể kĩ thuật thủy vân miền tần số 2.3.1 Khái niệm Watermark Watermark (tạm dịch: thủy vân) q trình nhúng (có thể nhìn thấy mắt khơng) liệu (dữ liệu gọi watermark) vào đối tượng đa phương tiện liệu đa phương tiện nhằm xác thực nguồn gốc hay chủ sở hữu đối tượng Việc ẩn giấu liệu nhiều làm thay đổi phần nội dung đối tượng đa phương tiện liệu đa phương tiện (ví dụ thay đổi màu pixel ảnh) Việc thay đổi không tránh khỏi thường không ảnh hưởng lớn tới chất lượng đa phương tiện (do thay đổi thường nhỏ, nhỏ nhiều so vớ độ nhạy cảm mắt người nhìn thấy chấp nhận được) nên việc thay đổi chấp nhận Watermark lấy (extract) xóa theo nhu cầu để phục vụ mục đích đề Kĩ thuật watermark kĩ thuật ẩn mã, chúng có tên gọi khác có mục đích sử dụng khác 2.3.2 Phân loại Dựa vào đặc điểm watermark, tính chất thuật tốn loại đa phương tiện cần watermark, mục đích nó, ta phân loại kĩ thuật watermark thành vài loại sau 2.3.2.1 Theo khả cảm nhận giác quan thông thường người Nếu ta phân loại theo tiêu chí kĩ thuật watermark chia thành hai loại: loại thứ watermark nhận biết được, loại thứ hai watermark cảm nhận Đúng tên gọi kĩ thuật này, kĩ thuật watermark nhận biết lưu trữ thông tin khu vực không liên quan tới nội dung liệu đa phương tiện (ví dụ lưu trường tiêu đề (header) file liệu) làm thay đổi nội dung liệu đa phương tiện cố gắng làm giảm tối đa ảnh hưởng tới chất lượng đối tượng đa phương tiện Một ví dụ việc lưu trữ gây ảnh hưởng tối thiểu đến chất lượng liệu watermark lưu trữ điểm ảnh, điểm ảnh có byte để lưu trữ màu điểm ảnh đó, ta thay bit byte biểu thị màu thành bit watermark thay đổi bit màu màu gần khơng thay đổi (chỉ thay đổi chút xíu sắc độ tươi sáng) Ngược lại, với kĩ thuật watermark cảm nhận người xem dễ dàng thấy watermark nội dung liệu đa phương tiện Đối với liệu ảnh video logo hay chữ góc in mờ ảnh, video 2.3.2.2 Theo độ bền vững (robustness) Theo độ bền vững (robustness) ta chia kĩ thuật watermark thành số loại như: bền vững (Miller, Doerr, Cox, 2004), không bền vững (Fridrich, 2002) bán bền vững (Yin & Yu, 2002) Các thuật tốn bền vững giữ cho watermark tồn kể liệu nén, filter, chuyển đổi A-D (analog – digital), D-A (digital – analog), v.v chí chống lại geometric attack đảo, thu phóng, cắt xén, v.v Ngược lại, thuật tốn khơng bền vững nhạy cảm với tác vụ Chúng thường sử dụng để phát thay đổi liệu watermark sử dụng để chứa thông tin đánh dấu sở hữu thông tin 2.3.2.3 Theo môi trường chứa Môi trường chứa dạng khác liệu đa phương tiện Từ có thuật tốn watermark cho ảnh, video âm 2.3.2.4 Theo miền thực Khi thực watermark, liệu ban đầu biến đổi sang miền liệu khác có tính ổn định cao để thuật tốn watermark tác động vào Việc làm tính chất liệu đầu vào kích cỡ, độ phân giải (đối với ảnh, video) khơng cịn ảnh hưởng đến thuật toán Chúng ta chia kĩ thuật watermark dựa miền sử dụng, theo ta có loại chính: watermark miền khơng gian watermark miền tần số Miền tần số ưa chuộng tính bền vững với vơ hình 2.3.2.5 Theo mục đích Việc sử dụng watermark có mục đích khác Có hai động để sử dụng watermark: bảo vệ quyền sở hữu (Bodo, Laurent, Dugelay, 2003) truy tìm kẻ phản bội (traitor tracing) (Wu, Trappe, Wang, & Liu, 2004) Như ta chia kĩ thuật watermark thành hai loại dựa hai động vừa nêu Cụ thể, để bảo vệ quyền sở hữu người ta nhúng thông tin chủ sở hữu đa phương tiện vào nó, có chép thơng tin vơ tình chép watermark, việc làm dễ dàng bị phát cách trích xuất thủy vân Cịn với mục đích truy tìm kẻ phản bội, người ta nhúng thông tin người mua hàng hay người nhận liệu đa phương tiện Trong trường hợp liệu đa phương tiện sử dụng trái với mục đích ban đầu thỏa thuận với chủ sở hữu (ví dụ chép hay phát tán trái phép) trích xuất thủy vân để tìm vi phạm xử lý 2.3.3 Kiến trúc chung hệ thống watermark Có thể có nhiều kĩ thuật watermark khác nhau, sinh để phục vụ mục đích khác nhau, nhiên kĩ thuật tuân theo khung xây dựng chung mà trình bày sau 2.3.3.1 Bộ phận nhúng watermark Người ta mong muốn nhúng liệu A (watermark) vào đa phương tiện B (cover) tạo phiên B thủy vân (watermarked cover) Đây gọi trình nhúng thủy vân (embedding process) Q trình cịn có tham gia khóa mã hóa để kiểm sốt q trình trích xuất, chủ sở hữu có khóa thực q trình trích xuất watermark Sản phẩm sau nhúng watermark xong phân phối bên ngồi Chúng bị sửa đổi cơng theo nhiều hình thức khác (possibly distorted watermarked cover) 2.3.3.2 Bộ phận trích xuất watermark Đầu vào phận liệu watermark (rất có khả bị cơng sửa đổi, làm nhiễu) (possibly distorted watermarked cover), khóa Tùy thuộc vào phương pháp sử dụng khối nhúng kết watermark điểm số đánh giá cho biết có khả watermark (cho trước) nhúng vào liệu 2.3.4 Các thuộc tính kỹ thuật watermark Watermark đặc trưng số thuộc tính xác định, tầm quan trọng thuộc tính phụ thuộc vào yêu cầu toán Dưới vài thuộc tính tiêu biểu: 2.3.4.1 Fidelity (trung thực) Độ giống gốc có sử dụng watermark phải lớn (ví dụ: khác biệt hình ảnh gốc hình ảnh sau sử dụng watermark phải khó nhận ra) Việc sử dụng watermark cần khơng gây ý cho người xem không cần thiết phải ẩn giấu tuyệt đối Nếu watermark nhận giác quan người thường bị loại bỏ thuật tốn nén có mát (lossy compression) mặt lý thuyết mà nói, thành phần vơ hình người nhạy cảm có phải watermark hay khơng coi thông tin dư thừa Tuy nhiên watermark bật ảnh hưởng tới chất lượng đa phương tiện dễ bị cơng 2.3.4.2 Statistically invisible (vơ hình mặt thống kê) Watermark phải vơ hình mặt thống kê để ngăn cản việc xóa trái phép thơng qua việc sử dụng biện pháp thống kê 2.3.4.3 Readily extracted (dễ dàng trích xuất) Nếu giải mã phải chạy thời gian thực (ví dụ luồng video), trình giải mã phải đơn giản đáng kể so với q trình mã hóa Việc đơn giản hóa bước tùy thuộc vào yêu cầu sử dụng thực tế liệu 2.3.4.4 Data payload (tải trọng liệu) Ám số lượng thông tin mang lần sử dụng watermark Điều nảy sinh vấn đề dung lượng kĩ thuật watermark Chiều dài liệu sử dụng watermark có vai trị thước đo dung lượng Tín hiệu watermark dài có nghĩa phải sửa đổi nhiều hơn, hình ảnh watermark trơng nhiễu Càng nhiều thơng tin nhúng độ mạnh watermark thấp 2.3.4.5 Embedding effectiveness (hiệu nhúng) Xác suất nhúng thành công watermark vào tác phẩm chọn ngẫu nhiên Thuộc tính có vai trò quan trọng với hệ thống nhúng thời gian thực (tỉ lệ nhúng thành công cần phải tối ưu) 2.3.4.6 False positive rate (tỉ lệ phát sai) Tỉ lệ phát sai watermark (trên thực tế liệu không watermark) Cần phải giảm tối thiểu tỉ lệ 2.3.4.7 Robustness/Sercurity (Độ bền/bảo mật) Watermark phải có khả chống chịu với cơng có chủ đích khơng có chủ đích Sử dụng “bảo mật” tác phẩm watermark có khả chịu công thù địch sử dụng “độ mạnh” xử lý khả tác phẩm tồn q trình xử lý nội dung bình thường nén liệu, in, quét, xoay, dịch tỉ lệ Độ mạnh bao gồm hai vấn đề riêng biệt, thứ liệu watermark tồn liệu sau liệu bị biến dạng, sửa đổi hay không? thứ hai liệu q trình trích xuất watermark có tự động phát khơng? Ví dụ: watermark chèn nhiều thuật tốn cịn lưu liệu sau bị biến đổi hình học thuật tốn phát tương ứng phát watermark watermark loại bỏ từ trước, không khơng phát Bất kì gia tăng độ mạnh phải trả giá khả hiển thị watermark Ngoài ra, việc sử dụng tác phẩm ban đầu làm tăng độ mạnh watermark, ví dụ: Việc sử dụng hình ảnh gốc cho phép thực số bước tiền quan sát trước áp dụng watermark ước tính góc quay, độ dịch, tỉ lệ nội dung phần thiếu hình ảnh thay phần nội dung ban đầu Có thể thực tìm kiếm tồn diện góc quay, yếu tố tỉ lệ khác tìm thấy watermark, nhiên điều phức tạp 2.3.5 Thị giác người (HVS) với thủy vân ảnh Human visual system hệ thống bao gồm mắt não tương tác hoạt động với để giúp người có khả cảm nhận hình ảnh Theo đó, mắt người có thụ cảm để cảm nhận ba màu đỏ, xanh lục xanh dương (RGB), với đó, có nhạy cảm vài khía cạnh định ảnh mà khơng phải tồn Các hệ thống thủy vân lợi dụng điều để đạt hiệu ẩn giấu cao khơng cần q khắt khe độ vơ hình Ta bàn thuộc tính kĩ thuật watermark để xem với hệ thống thị giác người ta cần phải làm 2.3.5.1 Độ trung thực Để giảm ảnh hưởng tới chất lượng hình ảnh ban đầu, hệ thống thủy vân cần phải có chế thích nghi với nội dung ảnh cần watermark Có số đặc điểm thị giác sử dụng đây: Mắt người khơng nhạy cảm với thay đổi nhỏ vùng ảnh có nhiều họa tiết, lại nhảy cảm vùng trơn nên thuật tốn dựa điều để khuếch đại lượng tin ẩn giấu vùng có họa tiết dày đặc Các vùng thường có độ tương phản cao hơn, tính tốn độ tương phản khu vực ảnh sau ánh xạ độ lớn độ tương phản sang lượng tin watermark Các cạnh đối tượng ảnh yếu tố quan trọng ảnh hưởng tới mức độ cảm nhận mắt người, cụ thể vật có phần viền rõ ràng dễ dàng nhận biết Những khu vực xung quanh phần cạnh có độ tương phản cao khối lượng thủy vân nhúng vào cao, khiến cho khu vực xung quanh cạnh viền bị lem nhem xuất nhiều nhiễu Như cần thuật tốn phân biệt khu vực với khu vực có họa tiết dày đặc 2.3.5.2 Độ bền vững Để làm cho watermark bền vững trước kĩ thuật cơng cần phải nhúng watermark vào vùng dễ nhận biết mắt người Những vùng chịu ảnh hưởng thuật toán nén mát (các thuật tốn thường hi sinh thuộc tính mà mắt người nhạy cảm, ví dụ JPEG), người ta cố tình loại bỏ watermark nhúng vào phải loại bỏ ln khu vực này, khiến cho chất lượng ảnh thay đổi tương đối nhiều khu vực dễ dàng nhận biết 2.4 Thủy vân miền tần số Trong phần này, tìm hiểu đặc điểm miền tần số điều khiến cho phù hợp để thủy vân Cùng với đó, giới thiệu ba miền phụ, thuộc tính miền giới thiệu kỹ thuật watermark miền phụ 2.4.1 Khái niệm Trong kĩ thuật thủy vân miền tần số, liệu gốc đầu vào biến đổi sang miền tần số, sau hệ số biến đổi lượng nhỏ theo số cách để biểu diễn watermark Các thuật tốn lợi dụng điểm yếu thị giác người để giảm thiểu ảnh hưởng tới chất lượng hình ảnh đầu Sau từ miền tần số sửa đổi (watermarked), thực phép biến đổi ngược với phép biến đổi ban đầu để trở miền liệu Bức ảnh lúc sản phẩm mà phân phối Để trích xuất watermark từ liệu A, ta biến đổi A từ miền liệu thành miền tần số, sau so sánh với phiên gốc A để trích xuất khác biệt Từ watermark tính tốn 2.4.2 Các đặc điểm  Khi chuyển miền liệu sang miền khác ta lựa chọn cho sau chuyển pixel độc lập thống kê với  Watermark có phân bố khơng tồn khơng gian hình ảnh biến đổi ngược từ miền tần số quay trở về, khiến kẻ thù khó giải mã đọc dấu hiệu  Người ta lựa chọn đặt watermark nơi chúng ý (lợi dụng điểm yếu thị giác người  Phương pháp biến đổi miền ẩn thơng điệp khu vực quan trọng tác phẩm, điều làm cho chúng trở nên mạnh trước số công sửa đổi định Tuy nhiên mạnh với nhiều loại cơng khác bị giảm độ nhận biết với hệ thống giác quan người  Việc liệu gốc bị cắt xén mối đe dọa nghiêm trọng kĩ thuật watermark dựa miền không gian ảnh hưởng đến kĩ thuật dựa miền tần số watermark miền tần số bị phân tán tồn miền hình ảnh ta chuyển đổi ngược trở Kể liệu bị cắt xén trích xuất phần watermark  Nén mát cách loại bỏ thành phần không quan trọng mặt cảm nhận liệu (cũng dựa điểm yếu hệ thống thị giác người) Hầu hết trình xử lý loại diễn miền tần số Trên thực tế, việc so khớp biến đổi với biến đổi nén dẫn đến hiệu suất tốt lược đồ ẩn liệu (ví dụ: DCT cho JPEG, Wavelet cho JPEG-2000)  Đặc tính thị giác người khai thác triệt để miền tần số 2.4.3 Các phép biển đổi sang miền tần số 2.4.3.1 Discrete Cosine Transform (DCT) Phép biến đổi DCT có số ưu điểm liên quan đến watermarking như:  Nếu chuỗi đầu vào dãy số thực DCT chuỗi số thực  DCT hai chiều lõi hệ thống nén ảnh kỹ thuật số có mát phổ biến sử dụng ngày nay: Hệ thống JPEG  Độ nhạy cảm mắt người thay đổi ảnh sau biến đổi DCT nghiên cứu kĩ lưỡng, sử dụng kết nghiên cứu để định bị trí nhúng watermark Một số cơng trình nghiên cứu thủy vân sử dụng DCT: Zhao cộng (Zaho J and Koch E., “Embedding Robust Labels into Images for Copyright Protection”, Proceedings of the International Conference on Intellectual Property Rights for Information, Knowledge and New Techniques, Munchen, Wien, Oldenbourg Verlag, pp 242-251, 1995.t) phân đoạn hình ảnh thành khối kích thước 8x8 Các bước chuyển đổi lượng tử hóa khối DCT áp dụng khối Một bit thơng tin mã hóa vào khối cách sử dụng mối quan hệ ba hệ số DCT c1, c2 c3 lượng tử hóa từ khối Ba hệ số phải tương ứng với tần số trung bình Một khối mã hóa “1”, c 1> c 3+ d c 2>c 3+ d ; mã hóa “0” c1 + d < c3 c2+d