đồ án tốt nghiệp thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ dựa trên kỹ thuật tối ưu hoá áp dụng theo mẫu

Sốhóabởi TrungtâmHọc liệu–ĐạihọcTháiNguyên http://www.lrc-tnu.edu.vnĐẠIHỌCTHÁINGUYÊNKHOACÔNGNGHỆTHÔNGTIN NGUYỄNTHỊHẠNH THỦYVÂNCƠSỞDỮLIỆUQUANHỆDỰ ATRÊNKỸTHUẬTTỐIƯUHOÁ ÁPDỤNGTHUẬTTOÁNTÌMKI

Sốhóabởi TrungtâmHọc liệu–ĐạihọcTháiNguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn

ĐẠIHỌCTHÁINGUYÊNKHOACÔNGNGHỆTHÔNGTIN

NGUYỄNTHỊHẠNH

THỦYVÂNCƠSỞDỮLIỆUQUANHỆDỰ ATRÊNKỸTHUẬTTỐIƯUHOÁ ÁPDỤNGTHUẬTTOÁNTÌMKIẾMTHEOMẪU

LUẬNVĂNTHẠCSĨ KHOAHỌCMÁYTÍNH

TháiNguyên–2009

ĐẠIHỌCTHÁINGUYÊNKHO ACÔNGNGHỆTHÔNGTIN

NGUYỄNTHỊHẠNH

THỦYVÂNCƠSỞDỮLIỆUQUANHỆDỰA

TRÊNKỸTHUẬTTỐIƯUHOÁ ÁPDỤNGTHUẬTTOÁNTÌMKIẾMTHEOMẪU

ĐẠIHỌCTHÁINGUYÊNKHOACÔNGNGHỆTHÔNGTIN

Công trình được hoàn thành tại:

[7].R.Sion,M.Atallah,andS Prabhakar.“ RightsProtectionf o r RelationalData”.IEEETransaction

tnu.edu.vn Sốhóabởi TrungtâmHọc liệu–ĐạihọcTháiNguyên

 1 

LỜICAMĐOAN

Tôixincamđoan:Luậnvăn“Nghiêncứuvàpháttriểnkỹthuậtthủyv â n cơs

ởdữliệuquanhệdựatrênkỹthuậttốiưuhóaápdụngthuậttoántìmkiếmtheomẫ u”làcôngtrìnhnghiêncứuriêngcủatôi.

Cácsốliệutrongluậnvănđượcsửdụngt r u n g thực.Kếtquản g h i ê n cứuđượctrìnhbàyt r o n g luậnv ă n n à y chưa t ừ n g đượccôngb ốtạibấtkỳc ô n g trìnhnàokhác

BẢNG CÁCTỪ VIẾTTẮT 4

DANHMỤCCÁCHÌNHVẼ 5

LỜIMỞĐẦU Chương1-TỔNGQUANVỀKỸTHUẬTGIẤUTINVÀTHUỶVÂN11 1.1 Kỹthuậtgiấutinvànhữngvấnđềcơbảnvềkỹthuậtgiấutin 12

1.1.1 Kháiniệmgiấutin 12

1.1.2 Phânloạicáckỹthuậtgiấutin 14

1.1.3 Mụcđíchcủagiấutin 15

1.1.4 Môitrườnggiấutin 17

1.2 Cơsởlýthuyếtvềthuỷvân 21

1.2.1 Kháiniệmthuỷvânvànhúngthuỷvân 21

1.2.2 Lịchsửpháttriểncủathuỷvân 21

1.2.3 Môhìnhhệthốngtổngquátquátrình nhúngvàthuỷvân 22

1.2.4 Mộtsốứngdụngcủathuỷvân 24

Chương2-THUỶVÂNCƠSỞDỮLIỆUQUANHỆDỰATRÊNKỸTHUẬTTỐIƯUÁ PDỤNGTHUẬTTOÁNTÌMKIẾMTHEOMẪU25 2.1 Giớithiệuvềthuỷvâncơsởdữliệu 25

2.2 Môhìnhchitiếthệthốngthuỷvâncơsởdữliệu 27

2.3 Phânhoạchdữliệu 29

2.4 Nhúngthuỷvân 32

2.4.1 Mãhoábítđơn 32

2.4.2 Thuậttoántìmkiếmtheo mẫu 37

2.4.3 Thuậttoánnhúngthuỷvân 39

2.5 Đánhgiángưỡnggiảimã 40

2.6 Pháthiệnthuỷvân 43

2.7 Kiểutấncông 45

Chương3 – C À I Đ Ặ T LƯỢCĐ Ồ T H U Ỷ V Â N CƠSỞD Ữ L I Ệ U QUANHỆBẰN GKỸTHUẬTTỐIƯUTHUẬTTOÁNTÌMKIẾMTHEOMẪU 47

3.1 Giớithiệuvềkỹthuậttìmkiếmtheomẫu 47

3.2 Môtảứngdụng 48

3.2.1 Cơsởcủaứngdụng 48

3.2.2 Giảthiết 48

3.2.3 Mộtsốkếtquảthựcnghiệmđạtđược 49

PHỤLỤC … 58

KẾTLUẬN 59

TÀILIỆUTHAMKHẢO……… 60

MAC MessageAutheticationCode Mãxácthựcthôngtin

DANHMỤCCÁCHÌNHVẼ

Trang

Hình1.1.Sơđồbiểudiễnquátrìnhgiấutin ……21

Hình1.2.Sơđồbiểudiễnquátrìnhgiảimãtin ……21

Hình1.3.Sơđồphânloạikỹthuậtgiấutin ……21

Hình1.4.Sơđồnhúngthuỷvân ……21

Hình1.5.Sơđồkhôiphụcthuỷvân 21

Hình2.1.Cácthờikỳmãhoávàgiảimãthuỷ vân 26

Hình2.2 Bảngbiểudiễncáckýhiệusửdụngtrongthuậttoán …………31 Hình2.3:Phânphốicủatập

Trongthựctếviệcchứngminhquyềnsởhữuđốivớicáccơsởdữliệuq u a n hệsaukhiđãphânphốihoặcchuyểngiaođanglàmộtvấnđềquantrọngtrongcácmôit r ườngứ ngdụngdựat r ê n Internetvàtrongnhiềuứ ngdụngp h â n phốisảnphẩm

Trongnhữngnăm gầnđây,côngnghệthôngtinpháttriểnvớitốcđộchóngmặtvềcảphầncứngvàphầnmềm,đặcbiệtlàtốcđộpháttri ểncủaInternetvàcáccôngnghệcóliênquanđãđưađếnmộttiểmnăngchưatừngc ó đốivớiviệctruynhậpvàphânphốilạicácsảnphẩmkỹthuậtsố.Sựphátt r i ểncủacôngnghệđaphươngtiệnvớikhảnăngsaochépmôphỏngđãmởran h i ềuhướngmớichosựpháttriểnkỹthuậtthuỷvân,đặtbiệtlàlĩnhvựcbảomậtcơsởdữliệu.Thuỷvâncơsởdữliệucũngkhôngnằmngoàiquyluậtpháttriểnđó

Banđầu,thuỷvânđượcsửdụngđểnhúngvàocácsảnphẩmđaphươngtiệnnhưâmthanh,hìnhảnh…

Nhưnghiệnnay,thuỷvânđãđượcứngdụngvàomộtlĩnhvựchếtsứcmớimẻcóliênquanđếnquyềnsởhữutrítuệ.Đólàlĩnhvựct h u ỷv â n cơsởdữl i ệuquanhệ,đâylàmộtt r

- Ngàynay,Internetđãvàđang

pháttriểnvớitốcđộnhanh,cùngvớisựpháttriểnđóthìcáccôngnghệvàcácứngdụngđượcphântántrênInternetrấtnhiều.Chínhvìvậy,việcchứngminhquyềnsởhữuđốivớicáccơsởdữliệuquanhệsaukhiđãphânphốihoặcchuyểngiaođanglàmộtvấnđềrấtq u a n trọngtrongcácmôitrườngứngdụngdựatrêninternetvàtrongnhiềuứ ngdụngphânphốisảnphẩm

- Trongmộtbốicảnhnhưvậy,việcthựcthiquyền

sởhữudữliệulàmộty ê u cầuquantrọngđòihỏicácgiảiphápđồngbộ,baogồmcáckhíacạnhvềkỹthuật,vềtổchức,vàcảl u ậtpháp.Mặcdùchúngt a vẫnch ưa c ó đượcn hữnggiảipháptoàndiệnnhưvậynhưngtrongcácnămgầnđây,cáckỹthuậtthuỷvânđãđóngmộtvaitròquyếtđịnhnhằmgiảiquyếtvấnđềvềquyền sởhữunày

- Chođếnnay,mớichỉcómộtvàicáchtiếpcậnđốivớibàitoánthuỷvând ữliệuquanhệ.Tuynhiên,nhữngkỹthuậtnàykhôngbềnvữngđốivớicáct ấncôngthuỷvân

Mụctiêuchung

Nghiêncứukỹthuậtthuỷvâncơsởdữliệudựatrênkỹthuậttốiưuhóađ ể mãhoávàgiảimãthuỷvân.Trongđótậptrungnghiêncứu

kỹthuậtphânh o ạ c h dữliệukhôngphụthuộcvàocácbộđượcđánhdấuđểđịnhvịcácphânhoạch,vànghiêncứukỹthuậtpháthiệnthủyvândựavàomộtngưỡngtốiưu

Mụctiêucụthể

Nghiêncứukỹthuậtthuỷvâncơsởdữliệuquanhệcóápdụngkỹthuậttốiưuhoánhưmộtbàitoántốiưuhoácóràngbuộc.Đồngthờitrìnhbàykỹt h u ậthữuhiệuđểgiảibàitoántốiưunàybằngthuậttoántìmkiếmtheomẫuvàxửlýcácràngbuộccủachúng

Ýnghĩakhoahọcvàýnghĩathựctiễncủađềtài

Ýnghĩakhoahọccủađềtài

- Đưaracơsởkhoahọccủaviệclựachọnkỹthuậttốiưuđểmãhoávàgiảimãthuỷvântrongđósửdụngkỹthuậttìmkiếmtheomẫuđểgiảiquyếtbàitoán

Ýnghĩathựctiễn

- KếtquảcủađềtàicóýnghĩarấtlớnđốivớiNgànhcôngnghệthôngtintrongviệcchứngminhquyềnsởhữuđốivớicáccơsởdữliệuquanhệsaukhiđãphânphốihoặcchuyểngiaođanglàmộtvấnđềrấtquantrọngtrongc á c môitrườngứngdụngdựatrêninternetvàtrongnhiềuứngdụngphânphốisảnphẩm

- Nghiêncứu,hiểurõvàtrìnhbàyvềkỹthuậttốiưuđểmãhoávàgiảimãthuỷvân

Chương2:Thuỷvâncơsởdữliệuquanhệdựatrênkỹthuậttốiưuápd ụngthuậttoántìmkiếmtheomẫu

Chươngnàytrìnhbàyquátrìnhmãhoá,giảimãthuỷvâncơsởdữliệuq u a n hệbằngkỹthuậttốiưuápdụngthuậttoántìmkiếmtheomẫu

Chương3:Pháttriểnứngdụngthuỷvâncơsởdữliệuquanhệdựatrênk ỹ thuậttốiưuápdụngthuậttoántìmkiếmtheomẫu

Chươngnàytrìnhbàyứngdụngcủakỹthuậttốiưu,kỹthuậttìmkiếmtheomẫutrongquátrìnhnhúngthuỷvân.Cùngvớimộtsốkếtquảcàiđặtcủaứ n g dụng

Chương1-TỔNGQUANVỀKỸTHUẬTGIẤUTINVÀTH

UỶVÂN

Cuộccáchmạngthôngtinkỹthuậtsốđãđemlạinhữngthayđổisâusắctrongxãhộivàtrongcuộcsống.Nhữngthuậnlợithôngtinkỹthuậtsốmanglạicũngđềranhữngtháchthứcvàcơhộimớichoquátrìnhđổimới.Sựrađờinhữngphầnmềmcótínhnăngmạnh,cácthiếtbịmớinhưmáyảnhkỹt hu ậtsố,máyquétchấtlượngcao,máyin,máyghiâmkỹthuậtsố,v.v…,đãv ớitớithếgiớitiêudùngrộnglớnđểsángtạo,xửlývàthưởngthứccácdữliệuđaphươngtiện.MạngInternettoàncầuđãbiếnthànhmộtxãhộiảonơid i ễnraquátrìnhtraođổithôngtintrongmọilĩnhvựcchínhtrị,quânsự,quốcphòng,kinhtế,thươngmại…

Vàchínhtrongmôitrườngmởvàtiệnnghinhưthếxuấthiệnnhữngvấnnạn,tiêucựcđangrấtcầnđếncácgiảipháphữu hiệuchovấnđềantoànthôngtinnhưnạnăncắpbảnquyền,nạnxuyêntạcthôngtin,truynhậpthôngtintráiphépv.v Đitìmgiảiphápchonhữngvấnđềnàykhôngchỉgiúptahiểuthêmvềcôngnghệphứctạpđangpháttriểnrấtnhanhn à y màcònđưaran h ữ ngcơh ộ ikinhtếm ớicầnkhámphá.M ộttrongcácgiảiphápn h i ềut r i ểnvọnglàgiấutin,đượcnghiêncứuphátt r i ểntrongk h

o ảng10n ă m gầnđây.Đểh i ểurõvềnguồngốccủathuỷvân,trướctiênchúngtatìmhiểuphươngphápgiấuthôngtin,thuỷvânlàmộtthànhphầncủap h ươngphápgiấutin

1.1 Kỹthuậtgiấutinvànhữngvấnđềcơbản vềkỹthuậtgiấutin

1.1.1 Kháiniệmvềgiấutin

Từtrướcđếnnay,nhiềuphươngphápbảovệthôngtinđãđượcđưara,t r o n g đógiảiphápdùngmậtmãđượcứngdụngrộngrãinhất

Thôngtinbanđầuđượcmãhoá,

sauđósẽđượcgiảimãnhờkhoácủahệmã.ĐãcónhiềuhệmãphứctạpđượcsửdụngnhưDES,RSA,NAPSACK ,rấthiệuquảvàphổbiến

Mộtphươngphápmớikhácđãvàđangđượcnghiêncứuvàứngdụngm ạnhmẽởnhiềunướctrênthếgiới,đólàphươngphápgiấutin.Giấuthôngtinlàkỹthuậtnhúngmộtlượngthôngtinsốnàođóvàotrongmộtđốitượngd ữliệusốkhác.Mộttrongnhữngyêucầucơbảncủagiấutinlàđảmbảotínhchấtẩncủathôngtinđ ư ợ cgiấuđồngthời

k h ô n g làmảnhh ư ở n g đếnchấtl ư ợ ngcủadữliệugốc

Sựkhácbiệtchủyếugiữamãhoáthôngtinvàgiấuthôngtinlàmãhoálàmchocácthôngtinthểhiệnlàcóđượcmãhoáhaykhông,cònvớigiấut h ô n g tinthìngườitasẽkhóbiếtđượclàcóthôngtingiấubêntrong

Phươngtiệnc hứađãđượcgi ấutin

Bộgiải mãtin

Phươngtiện chứa(audio, ảnh,video)

định

Hình1.2.SơđồbiểudiễnquátrìnhgiảimãHaisơđồtrênhình1.1và1.2biểudiễnquátrìnhgiấutinvàquátrìnhgiảitin

1.1.2 Phânloại cáckỹthuậtgiấutin

Dokỹthuậtgiấuthôngtinsốmớiđượchìnhthànhtrongthờigiangầnđâyn ê

n x u hướngpháttriểnc h ư a ổ nđịnh.Nhiềuphươngphápmới,theonhiềukhíacạnhkhácnhauđangvàchắcchắnsẽđượcđềxuất,bởiv ậymộtđịnhnghĩachínhxác,mộtsựđánhgiáphânloạirõràngchưathểcóđược.SơđồphânloạisauđâyđượcFabienA.P.Petitcolasđềxuấtnăm1999

Giấuthôngtin(Informationhiding)

Giấutinbímật(s

teganography) Nhúngthuỷvân(Watermarking)

Thuỷvânbềnvững(RobustCopyrightmarking) gileWatermarking)Thuỷvân“dễvỡ”(Fra

Thuỷvânẩn(Imperce

ptiblewatermarking) blewatermarking)Thuỷvânhiện(Visi

Hình1.3.Phânloạikỹthuậtgiấutin

Dựatrênviệcthốngkêsắpxếpkhoảng100côngtrìnhđãcôngbốtrênmộtsốtạpchí,cùngvớithôngtinvềtênvàtómtắtnộidungcủakhoảng200c ô n g trìnhđãcôngbốtrênInternet,cóthểchialĩnhvựcgiấutinralàmhaih ư ớ nglớn,đólàthuỷvânvàgiấutinbímật.Nếunhưthủyvânliênquanđếnứ ngdụnggiấucácmẩutinngắnnhưngđòihỏiđộbềnvữnglớncủathôngtinc ầngiấu(trướccácbiếnđổithôngthườngcủatệpdữliệumôitrường)thìgiấutinbímậtlạiliênquantớiứngdụngchegiấucácbảntinđòihỏiđộbímậtvàd un glượngcànglớncàngtốt.Đốivớitừnghướnglớnnày,quátr ìn hphânl o ạitheocáctiêuchíkháccóthểtiếptụcđượcthựchiện,vídụdựatheoảnhh ư ở

n g cáctácđộngtừbênngoàicóthểchiathuỷvânthànhhailoại,mộtloạib ềnvữngvớicáctácđộngsaochéptráiphép,loạithứhai lạicầntínhchấth o à n toànđốilập:dễbịpháhuỷtrướccáctácđộngnóitrên.Cũngcóthểchiathuỷvântheođặctính,mộtloạicầnđượcchegiấuđểchỉcómộtsốngườitiếpxúcv ớinóc ó thểthấyđượct h ô n g tin,l o ạithứh a i đốil ập,c ầnđượcmọin g ư ờ inhìnthấy.Cácthànhtựuđạtđượctronglĩnhvựcnghiêncứunàyđãbắtđ ầ u đượcápdụnghiệuquảchomụcđíchbảovệbảnquyền,chốngsaochép,p h â n tántráiphépcácsảnphẩmtrongmôitrườngsốhoávànhiềumụcđíchkhác.Nhiềup h ư ơ n g phápg i ấ u t h ô n g tinkhácn h a u đ ã đượcđ ề xuất,mỗip

h ư ơ n g phápc ó nhữngưuđiểm,nhượcđiểmr i ê n g vàthíchhợpc h o mộtnhómứngdụngnàođó.[3],[11],[12]

1.1.3 Mụcđíchcủagiấutin

Bảomậtthôngtinbằnggiấutincóhaikhíacạnh.Mộtlàbảomậtchodữliệuđượcgiấu,vídụgiấutinmật:thôngtinmậtđượcgiấukỹtrongmộtđốitượngkhács a o

c h o ngườikháckhôngpháthiệnđược.H a i làb ảomậtc h í n h đốitượngđượcdùngđểgiấudữliệuvào,chẳnghạnứngdụngbảovệ

bảnquyền,pháthiệnxuyêntạcthông tin Một sốứngdụng đangđượctriểnkhai:

- Bảovệbảnquyềntácgiả(copyrightprotection):Đâylàứngdụngcơb ảnnhấtcủakỹthuậtthuỷvân.Mộtthôngtinnàođómangýnghĩaquyềnsởh ữut á c giả(ngườit a gọinólàthuỷv â n -

w a t e r m a r k ) sẽđượcn h ú n g v à o trongcácsảnphẩm,thuỷvânđóchỉngườichủsởhữuhợpphápcácsảnphẩmđ ó cóvàđượcdùnglàmminhchứngchobảnquyềnsảnphẩm.Giảsửcómộtthànhphẩmdữliệudạngđaphươngtiệnnhưảnh,âmthanh,videocầnđượcl ư u thôngtrênmạng.Đểbảovệcácsảnphẩmchốnglạihànhvilấycắphoặclàmnháicầnphảicómộtkỹthuậtđể“dántembảnquyền”vàosảnphẩmnày.Việcdántemhaychínhlàviệcnhúngthuỷvâncầnphảiđảmbảokhôngđểlạimộtảnhhưởnglớnnàođếnviệccảmnhậnsảnphẩm.Yêucầukỹthuậtđốiv ớiứngdụngnàylàthuỷvânphảitồntạibềnvữngcùngvớisảnphẩm,muốnb ỏthuỷvânnàymàkhôngđượcphépcủangườichủsởhữuthìchỉcòncáchlàpháhuỷsảnphẩm

- Xácthựcthông tinvàpháth i ệnxuyêntạcthôngtin(authenticationand

t a m p e r detection):Mộtt ậpthôngtinsẽđượcgiấutrongphươngtiệnchứa,sauđóđượcsửdụngđểnh ậnbiếtdữliệutrênphươngtiệngốccóbịthayđổih a y không.C

á c thuỷv â n nênđượcẩnđể tránhsựt ò mòc ủađốiphương,h ơ n nữav i ệclàmgiảcácthuỷv â n hợplệh ay xu yê n tạcthôngtinn g u ồncũngcầnxemxét.Trongcácứngdụngthựctế,ngườitamongmuốntìmđượcvịtríbịxuyêntạccũngnhưphânbiệtđượccácthayđổi(vídụnhưp h â n biệtmộtđốitượngđaphươngtiệnchứathôngtingiấuđãbịthayđổi,x u y ê n tạcnộidunghaychỉbịn én mấtdữl i ệu).Yêucầuchungđốivớiứngdụngnàylàkhảnănggiấuthôngtincaovàthuỷvânkhôngcầnbềnvững

- Dấuv â n tayhayd á n n h ã n ( f i n g e r p r i n t i n g a n d l a b e l i n g ) : Thuỷvânt r o n g nhữngứngdụngnàyđượcsửdụngđểnhậndiệnngườigửihayngườ

in h ậnmộtthôngtinnàođó.Vídụcácvânkhácnhausẽđượcnhúngvàocácbảncopykhácnhaucủathôngtingốctrướckhichuyểnchonhiềungười.Vớin h ữngứngdụngnày,y ê u cầulàđảmbảođộantoàncaochocácthuỷvân,tránhkhảnăngxoádấuvếttrongkhiphânphối

- Điều

khiểntruycập(copycontrol):Cácthiếtbịpháthiệnthuỷvân(ởđ â y sửdụngphươngpháppháthiệnthuỷvânđãgiấumàkhôngcầnthông

ting ốc)đượcgắnsẵnvàotrongcáchệthốngđọcghi,tùythuộcvàoviệccóthủyvânhaykhôngđểđiềukhiển(chophép/cấm)truycập.Vídụhệthốngquản

d ữl i ệuquanhệ.Trongc á c dữliệuđó,d ữl i ệuđ a phươngtiệnlàmôitrườngchiếmtỉlệchủyếutrongcáckỹthuậtgiấutin

a Giấutintrongảnh(image)

Giấuthôngtintrongảnh,hiệnnay,làmộtbộphậnchiếmtỉlệlớnnhấttrongcácchươngtrìnhứngdụng,cácphầnmềm,hệthốnggiấutintrongđap h ư ơ n g tiệndolượngthôngtinđượctraođổibằngảnhlàrấtlớnvàhơnnữa

giấuthôngtintrongảnhcũngđóngvaitròquantrọngtronghầuhếtcácứngdụngbảovệantoànthôngtinnhư: xáct h ựct h ô n g tin,xácđịnhx u y ê n tạcthôngtin,bảovệbảnquyềntácgiả,điềukhiểntruycập,giấutinbímật Dođ ó vấnđềnàyđãnhậnđượcsựquantâmlớncủacáccánhân,tổchức,trườngđ ạ ihọc,vàviệnnghiêncứutrênthếgiới.

Thôngtinsẽđượcgiấucùngvớidữliệuảnhnhưngchấtlượngảnhítthayđổivàkhôngaibiếtđượcđằngsauảnhđómangnhữngthôngtincóýn g h ĩ a Ngàynay,khiảnhsốđãđượcsửdụngphổbiến,giấuthôngtintrongảnhđãđemlạinhiềunhữngứngdụngquantrọngtrênnhiềulĩnhvựctrongđ ờ isốngxãhội.Vídụđốivớicácnướcpháttriển,chữkítayđãđượcsốhoávàlưutrữsửdụngnhưhồsơcánhâncủacácdịchvụngânhàngvàtàichính,nóđượcdùngđểxácthựctrongcácthẻtíndụngcủangườitiêudùng.PhầnmềmWinWordcủaMicroSoftcũngchophépngườidùnglưutrữchữkítrongả nhnhịphânrồigắnvàovịtrínàođótrongfilevănbảnđểđảmbảotínhant o à n củathôngtin.Tàiliệusauđóđượctruyềntrựctiếpquamáyfaxhoặclưut r u y ềntrênmạng.Theođó,việcxácthựcchữkí,xácth ựct h ô n g tinđãtrởthànhmộtvấnđềquantrọngkhiviệcăncắpthôngtinhayxuyêntạcthôngtinbởicáctintặcđangtrởthànhmộtvấnnạnđốivớibấtkìquốcgianào,tổchứcnào.Hơnnữacónhiềuloạithôngtinquantrọngcầnđượcbảomậtnhưn h ữngthôngtinvềanninh,t h ô n g tinvềb ảohiểmhaycácthôngtinvềtàichính,cácthôngtinnàyđượcsốhoávàlưutrữtronghệthốngmáytínhhayt rê n mạng.Chúngd ễbịl ấyc ắpvàbịt h a y đổibởic á c phầnm ềmchuyêndụng.V i ệcxácth ựccũngnhư pháth i ệ nt hô ng tinx u y ê n tạcđ ã trởn ê n vôc ù n g quantrọng,cấpthiết.M ộtđ ặ c điểmc ủag i ấuthôngtintrongảnhlàt h ô n g tinđượcgiấutrongảnhmộtcáchvôhình,tươngtựcáchtruyềnthông

tinmậtchonhaumàngườikháckhôngthểbiếtđượcbởisaukhigiấuthôngtinchấtlượngảnhgầnnhưkhôngthayđổiđặcbiệtđốivớiảnhmầuhayảnhxám.Vídụvềv ụviệ

cn g à y

11-9g ây chấnđộngnướcMĩvàtoànthếgiới,c h í n h têntrùmkhủngb ốquốctếO s m a

B i n L a D e n đãdùngcáchthứ cgiấut hô ngtintrongảnhđểliênlạcvớiđồngbọn,vàhắnđãquamặtđượccụctìnhb á o trungươngMĩCIAvàcáccơquananninhquốctế.Chắcchắnsauvụviệcnày,việcnghiêncứucácvấnđềliênquanđếngiấuthôngtintrongảnhsẽrấtđượcquantâm

b Giấutintrongâmthanh(audio)

Giấuthông tintrongâmthanh mangnhữngđ ặc điểmriêngkhácvớig i ấu

thôngtintrongcácđốitượngđaphươngtiệnkhác.Mộttrongnhữngyêuc ầucơbảncủagiấutinlàđảmbảotínhchấtẩncủathôngtinđượcgiấuđồngt h ờikhônglàmảnhhưởngđếnchấtlượngcủadữliệugốc.Đểđảmbảoyêuc ầunày,kỹthuậtgiấuthôngtintrongảnhphụthuộcvàohệthốngthịgiáccủac o n người-

HAS.Mộtvấnđềkhókhănlàhệthốngthínhgiáccủac o n ngườingheđượccáctínhiệuởcácdảitầnrộngvàcôngsuấtlớnnênđãg â y khókhănđốiv ớicácp hư ơn g phápgiấutintrongâmthanh.Nhưngh ệt h ốngthínhgiáccủaconngườilạikémtrongviệcpháthiệnsựkhácbiệtcácd ảitầnvàcôngsuất,điềunàycónghĩalàcácâmthanhto,caotầncóthểchegiấuđượccácâmthanhnhỏthấpmộtcáchdễdàng.Cácmôhìnhphântíchtâmlíđãchỉrađiểmyếutrênvàthôngtinnàysẽgiúpíchchoviệcchọncácâmthanhthíchhợpchoviệcgiấutin.Vấnđềkhókhănthứhaiđốivớigiấut h ô n g tint r o n

HVScònkỹthuậtgiấuthôngtintrongâmthanhlạiphụthuộcvàohệthốngthínhgiác-g âmt h a n h làkênhtruyềntin.K ê n h t r u y ềnh a y bănHVScònkỹthuậtgiấuthôngtintrongâmthanhlạiphụthuộcvàohệthốngthínhgiác-gthônHVScònkỹthuậtgiấuthôngtintrongâmthanhlạiphụthuộcvàohệthốngthínhgiác-gc h ậmsẽả n h hưởngđếnchấtl ư ợ ngthôngtinsaukhigiấu.Vídụđển h ú n g

Sốhóabởi TrungtâmHọc liệu–ĐạihọcTháiNguyên tnu.edu.vn

tậpt r u n g nghiêncứuở n h i ềunướct r ê n thếgiớin h ư Đ ứ c,Mỹ,ý,Canada,

mộtđoạnjavaappletvàomộtđoạnâmthanh(16bit,44.100Hz)

cóchiềudàib ì n h thường

thìcácphươngphápnóichungcũngcầnítnhấtlà20bit/s.Giấut h ô n g tintrongâmthanhđòihỏiyêucầucaovềtínhđồngbộvàtínhantoàncủathôngtin.Cácphươngphápgiấuthôngtintrongâmthanhđềulợidụngđiểmyếutronghệthốngthínhgiáccủaconngười

c Giấutintrongphim (video)

Cũnggiốngnhưgiấuthôngtintrongảnhhaytrongâmthanh,giấutintron gphimcũngđượcquantâmvàđượcpháttriểnmạnhmẽchonhiềuứngdụngn h ư điềukhiểnt r u y c ậpt h ô n g tin,xácthựct h ô n g tinvàbảovệbảnquyềntácgiả.Vídụcáchệthốngchươngtrìnhtrảtiềnxemtheođoạnvớicácđ oạnphim(payperviewapplication).Cáckỹthuậtgiấutintrongphimcũngđượcpháttriểnmạnhmẽvàcũngtheohaikhuynhhướnglàthuỷvânsốvàg i ấuthôngtin.Nhưngphầnnàychỉquantâmtớicáckỹthuậtgiấutintrongphim.MộtphươngphápgiấutintrongphimđượcCoxđưaralàphươngphápp h â n bốđều.Ýtưởngcơbảncủaphươngpháplàphânphốithôngtingiấud à n trảitheotầnsốcủad ữl i ệugốc.Nhiềunhànghiêncứuđãd ùn g nhữngh à m cosinriêngvàcáchệsốtruyềnsóngriêngđểgiấutin.Trongcácthuậtt o á n đầut i ê

n thườngc á c kỹthuậtc h o phépgiấuc á c ảnhvàot r o n g phimn hưngthờigiangầnđâycáckỹthuậtchophépgiấucảâmthanhvàhìnhảnhvàophim.VídụSwansonđãsửdụngphươngphápgiấutheokhối,phươngphápnàyđãgiấuđượchaibítvàokhối8*8

HaygầnđâynhấtlàphươngphápcủaMukherjeelàkỹthuậtgiấuâmthanhvàophimsửdụngcấutrúclướiđac h iều

Giấutinlàmộtcôngnghệmớiphứctạp,đangđượccácnhàkhoahọc

Sốhóabởi TrungtâmHọc liệu–ĐạihọcTháiNguyên

http://www.lrc-tnu.edu.vn

NhậtB ản…

Tuynhiên, nhữngkếtq u ảthựcnghiệmchothấyđểc óthểứngd ụngthựctếthìlĩnhvựcnàycầnphảicóthêmthờigianđểnghiêncứuthẩmđịnhnhưngcácnhàkhoahọccũngkhẳngđịnhrằngđâylàmộtcôngnghệmớiđ ầ yhứahẹnchovấnđềantoànvàbảomậtthôngtin.Côngviệchiệnnaycủac á c nhàkhoahọclàđangtậptrungxâydựngmộthệthốnglíthuyếtchínhxácchovấnđềgiấutin,đâylàmộtmảnhđấtmớichocácnhàkhoahọckhámphá.M ộttrongnhữngkỹthuậtquantrọngcủagiấutinđangđượcrấtnhiềucácnhàkhoahọcquantâmvàpháttriểnnhất,đólàkỹthuậtthuỷvân(watermark).[3],[11],[12]

1.2 Cơsởlýthuyếtvềthuỷvân

1.2.1 Kháiniệmthuỷvânvànhúngthuỷvân

-Thuỷvânlàmộttínhiệubảomậtvàkhôngnhậnbiết,đượcnhúngvàodữliệugốcđểtruyềndữliệuđãnhúngđi.[9]

-Nhúngthủyvân(watermarking)làmộttrongnhữngkỹthuậtgiấudữliệuhiệnđại,làquátrìnhchènthôngtinvàodữliệuđaphươngtiệnnhưngbảođảmkhôngnhậnbiếtđược,nghĩalàchỉlàmthayđổinhỏdữliệugốc.Thôngt h ư ờ n g ngườitachỉđềcậpđếnnhúngthủyvânsố.Mộttậpcácdữliệusốthức ấp-

gọilàmãđánhdấubảnquyềnhaythủyvân(watermark),đượcnhúngvàodữliệusốsơcấp-

gọilàdữliệubaophủ(vídụnhưvănbản,hìnhảnh,âmthanhvàphimsố, ) D ữliệusauquátr ìn h nhúng đượcgọilàdữliệun h ú n g [ 1 0 ] , [12],[13]

1.2.2 Lịchsửpháttriểncủathuỷvân

Sốhóabởi TrungtâmHọc liệu–ĐạihọcTháiNguyên tnu.edu.vn

Tanaka(1990),CaronnivàTirkel

(1993)lầnlượtđưaranhữngấnbảnđ ầ utiênvềnhúngthủyvânn h ư n g chưanhậnđượcsựquantâmđúngmức

Đếnnăm1995,chủđềnàymớibắtđầuđượcquantâmvàtừđó,nhúngthủyvânsốđ ãphátt r i ể ntốcđ ộ nhanhv ớin h i ềuh ư ớ ngnghiêncứuvàphươngphápthựchiệnkhácnhau.Nhúngthủyvânđượcứngdụngtrongnhiềulĩnhvựcnhưbảovệquyềnsởhữu,điềukhiểnviệcsaochép,xácnhậngiấytờ,haytruyềnđạtthôngtinkhác,…

t r o n g đóứngd ụngphổbiếnlàcungcấpbằngchứngvềbảnquyềntácgiảcủacácdữliệusốbằngcáchnhúngcácthôngtinbảnquyền

/côngcộng

Tấtcảc ác phươngphápn h ú n g t h ủyvânđ ề ucóchungc á c khốisau:mộthệthốngnhúngthủyvânvàmộthệthốngkhôiphụcthủyvân.[9],[10],[12],[13]

Hình1.4.trìnhbàyquátrìnhnhúngthủyvântổngquát.Đầuvàolàthủyvân,dữliệucầnnhúngvàmãcánhânhaycôngcộng.Thủyvâncóthểởbấtkìdạngnàon h ư chữsố,v ă n bảnha yhìnhảnh.Khoác ót hểđượcdùngđểtăngc ư ờ ngt í n h b ảomật,n g h ĩ a làngănc h ặ nn h ữngn g ườikhôngc ó bảnq u y ềnkhôiphụchaypháhủythủyvân.Cáchệthốngthựctếdùngítnhấtlàmộtkhoá,thậmchíkếthợpnhiềukhoá.Đầuralàdữliệuđãđượcnhúngthủyvân

Quátrìnhkhôiphụcthủyvântổngquátđượcchoởhình1.5.Đầuvàolàdữliệuđãnhúngthủyvân,khoávàdữliệugốc(cóthểcóhoặckhôngtuỳthuộcvàophươngpháp).Đầurahoặclàthủyvânkhôiphụcđượchoặcđạil ư ợ n g nàođóchỉramốitươngquangiữanóvàthủyvânchotrướcởđầuvào

Phụthuộcvàomụcđ í c h vàứ ngdụngm à c á c yêucầucủahệthốngn h ú n g thủyvânđượcđặtra.Vớicáchệthốngthựctế,chúngđòihỏicácyêuc ầusau:

– Tínhkhôngnhậnbiết:cácđiềuchỉnhgâyradon h ú n g thủyvânphảithấphơnngưỡngcảmthụ,nghĩalàcácmẫudùngtrongnhúngthủyvânchỉđượcphépthayđổinhỏ

– Tínhbềnvững:đâylàmộtyêucầunòngcốtcủanhúngthủyvân

– Khôiphụcthủyvâncầnhoặckhôngcầndữliệugốc

−Tríchthủyvânhaykiểmchứngsựtồntạicủathủyvân

– Cáckhoávàbảomậtthủyvân.

1.2.4 Mộtsốứngdụngcủathuỷvân

Mộtứngdụngphổbiếncủakỹthuậtthuỷvânlàđưaramộtbằngchứngvềquyềnsởhữuđốivớidữliệusốbằngcáchnhúngdấuhiệumangtínhbảnq u y ềnvàophimhoặccácsảnphẩmảnhsố

Ngoàira,còncónhữngứngdụngkhác:

- TựđộngđiềukhiểnvàtựhiệuchỉnhsaochéptàiliệutrênWeb.Vídụmộtrobottìmwebđểđánhdấuvàotàiliệuvàtừđónhậndạngsảnphẩmbấthợppháp

- Tựđộngkiểmtraviệctruyềnnhậnsóngvôtuyến.Vídụmộtrobotcóthể“nghe”mộttrạmthuphátsóngradiovàtìmkiếmnhữngdấuhi ệuđểbiểuthịmộtphầncụthểcủabảnnhạchoặclờiquảngcáovừađượcphátra

- Việcmởrộngdữliệu-đểthêm

thôngtinmanglạilợiíchmộtcáchc ô n g khai

- Ứngdụngtronglấydấuvântay(chophépnhậndạngdữliệuđãp h â n tán)

Chương2-THUỶVÂNCƠSỞDỮLIỆUQUANHỆDỰA

TRÊNKỸTHUẬTTỐIƯUHOÁ ÁPDỤNGTHUẬTTOÁNTÌMKIẾMTHEOMẪU

2.1.Giớithiệuvềthuỷvâncơsởdữliệu(databasewatermarking)

TốcđộpháttriểnnhanhcủaInternetvàcáccôngnghệcóliênquanđãđưađếnmộttiềmnăngchưatừngcóđốivớiviệctruycậpvàphânphốilạic ác sảnphẩmkỹthuậtsố.Trongbốicảnhnhưvậy,việcthựcthiquyềnsởhữud ữliệulàmộtyêucầuquantrọngđòihỏicácgiảiphápđồngbộ,baogồmcáckhíacạnhvềkỹthuật,vềtổchức,vàcảluậtpháp.Mặcdùvẫnchưacóđượcn h ữnggiảipháptoàndiệnnhưvậynhưngtrongcácnămgầnđây,cáckỹthuậtthuỷvânđãđóngvaitròquyếtđịnhnhằmgiảiquyếtvấnđềvềquyềnsởhữunày.Nhữngkỹthuậtnhưvậychophépngườichủdữliệucóthểnhúngmộtthuỷvânẩnvàodữliệu.Mộtthuỷvânthườngmôtảnhữngthôngtincóthểđượcdùngđểchứngminhquyềnsởhữudữliệu,chẳnghạnnhưtênchủsởhữu,nguồngốc,hoặcngườitiếpnhậnnộidungnày.Việcnhúngthôngtinant o à n đòihỏit h u ỷvânđượcnhúngtrongdữliệukhôngthểbịlàmgiảmạohoặcbịtẩyxoámộtcáchdễdàng.Nhúngẩncónghĩalàthuỷvânkhôngthển h ì n thấyđượctrongdữliệu.H ơ n nữa,việcpháth i ệnthuỷv â n đượct h ựch i ệntheophươngphápmù,tứclàkhôngđòihỏidữliệugốccũngnhưthuỷv â n gốc.Đãcómộtsốkỹthuậtthuỷvânđượcpháttriểnđểnhúngthủyvânphim,âmthanh,ảnhvàdữliệuvănbản

Tráilại,vấnđềthuỷvândữliệuquanhệđãkhôngnhậnđượcsựchúýthíchđáng.Tuynhiên,cónhiềungữcảnhứngdụngtrongđódữliệutrởnênmộttàisảnquantrọng,vìvậyvấnđềvềquyềnsởhữuphảiđượcthựcthimộtcáchcẩnthận.Vídụdữliệuvềthờitiết,dữliệuvềthịtrườngchứngkhoán,d ữliệuvềh à n h vicủakháchhàng,dữliệuyhọcvàkhoahọc.Việcn hú ng thuỷvânvàodữliệuquanhệcóthểthựchiệnđượcbởitrongthựctế,cácdữliệuthậtcóthểchấpnhậnmộtdungsainhỏmàvẫnkhôngảnhhưởngđángk ểđếngiátrịsửdụngcủachúng.

Chođếnnay,mớicómộtvàicáchtiếpcậnđốivớibàitoánthuỷvândữliệuquanhệđượcđềxuất.Tuynhiên,n h ữngkỹthuậtnàykhôngbềnvữngđốivớicáctấncôngthủyvân.Đềtàinàytrìnhbàymộtkỹthuậtthuỷvâncơsởdữliệuquanhệcóđộbềnvữngcaosovớicáckỹthuậtkhác.Kỹthuậtnàyb ềnvữngđốivớicáctấncôngxoá,

sửavàchèncácbảnghi.[1],[2], [8],[9]

Dw Kênh D’w

truyền

Phânhoạ chdữliệu

số

Hình2.1:Cácthờikỳmãhoávàgiảimãthuỷvân.

MộtbộdữliệuDđượcbiếnđổithànhbộdữliệuđãthuỷvânDWbằngc á c h dùnghàmmãhoáthuỷvân,đầuvàokhoábímậtKSchỉđượcngườichủsởhữubiết,vàmộtth

uỷvânW.Thuỷvânlàmthayđổidữliệu.Tuynhiên,n h ữngthayđổinàyđượckiể

msoátbằngcáchsửdụngtậpcácràngbuộcthíchhợpthamchiếuđếntậpG.Cácràngb

uộcnàygiớihạnlượngthayđổiđểcóthểthựchiệntrêndữliệu

Quátrìnhmãhoáthuỷvângồmbabướcchínhsau:

ướ c 3 :Đánhgiángưỡngtốiưu:

cácthốngkêbitnhúngđượcsửd

ụngđểtínhtoánngưỡngtốiưuT*-ngưỡnglàmcựctiểuhoákhảnă ng (xácsuất)xảyralỗigiảimã

BộdữliệuđãnhúngthuỷvânDWđượcchuyểnđiquacáckênhtruyềnvàd o đ ó c

ó t h ể chịun h ữngtấncôngc óc h ủđ íc hhoặck h ô n g c ó c h ủđíchnhằmpháhuỷthôngtinthuỷvân.Chúýrằngnhữngtấncôngcóchủđíchcóthểđượcthựch i ệnmàkhôngcầnbấtcứsựhiểubiếtgìvềkhoábímậtKShoặcbộdữliệuD

GiảimãthuỷvânlàquátrìnhlấyrathuỷvânđãnhúngtừbộdữliệuđãnhúngthuỷvânDW,sửdụngkhoábímậtKSvàngưỡngtốiưuT*.ThuậttoángiảimãnàykhôngrõràngbởibộdữliệugốcDkhôngyêucầugiảimãthànhc ông thuỷvânđãnhúng

Quátrìnhgiảimãthuỷvânđượcchiathànhbabướcchínhsau:

B

ướ c 1 :Phânhoạchbộdữliệu:sửdụngthuậttoánphânhoạchdữliệuđãdùngtrongphầnmãhoátrên,sinhracácphânvùngdữliệu

B

ướ c 2 :Giảimãngưỡng:Cácthốngkêcủamỗiphânvùngđượcđ á n hgiávàbitđ ã n h ú n g đ ư ợ cgiảimãb ằngc á c h dùnglượcđ ồ g i ảimãngưỡngdựatrênngưỡngtốiưuT*

ướ c 3 :Bầuchọntheođasố:Cácbitthuỷvânđượcg i ảimãsửd ụngkỹthuậtbầuchọntheođasố

Tiếptheosẽtrìnhbàychitiếtcáckỹthuật,cácthuậttoánchoquátrìnhmãhoávàgiảimãthuỷvân.[9]

2.3 Phânhoạchdữliệu

Thuậttoánphânhoạchdữliệuphânchiabộdữliệuthànhcácphần,cáct ậphợpcondựavàokhoábímật KS.

BộdữliệuD làmộtcơsởdữliệuquanhệvớilượcđồ D(P,A0, ,A1)

trongđóP làthuộctínhkhoáchính,thuỷv

ânvàDlàsốbảnghitrongD

A0, ,A1 làthuộctínhdùngđểnhúngBộdữliệuD đượcchiathành m phầnkhônggiaonhauS0, ,S m1,sao

D

vàocácphânvùng,kỹthuậtphânhoạchnàychiatrungbình vàomỗiphân

m

vùng.H ơn nữa,kẻtấncôngkhôngthểđoánđượccácbảnghiđãđượcđưa

vàophânvùngnàonếukhôngbiếtrõvềkhoábímậtK S vàsốphânvùngdữliệuđãphânhoạchm đượcgiữbímật.Khôngnhấtthiếtphảigiữbímậtm T u y nhiên,việcgiữbímậtcóthểgâykhókhănhơnchokẻtấncôngmuốntáilậpcácphầnđó

chính.Giảsửquanhệthuộc tínhđơn, bitýnghĩanhất(MSB)củadữliệu

cóthểđượcdùngđểthaythếchokhoáchính.ViệcsửdụngMSBchovi ệcn h ú n g thủyvânsẽkhônglàmthayđổi bitýnghĩanhấtnày.Tuynhiên,nếuquánhiềubảnghi

chiasẻcùng bítMSBcóthểchophépkẻtấncôngsuy

luậnđượcthôngtinvềsựphânphốitrongcácphầndữliệu.Trườnghợpquanhệđathuộctính,sửdụngcácthuộctínhnhậnbiếtthayvìsửdụngkhoáchính;v í dụdữliệuyhọc,tacóthểsửdụngtênđầy