NGHIÊN CỨU KỸ THUẬT BẢO VỆ BẢN QUYỀN CÁC SẢN PHẨM ĐỒ HỌA VECTƠ L

THUẬT TOÁN GIẤU VÀ TÁCH TIN TRONG BẢN ĐỒ VÉC TƠ ........

S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Đại học Thái Nguyên khoa công nghệ thông tin NGễ THI H NGHIấN CU K THUT BO V BN QUYN CC SN PHM HA VECT Luận văn thạc sĩ : KHOA HC MY TNH Thái Nguyên - 2009 S húa bi Trung tõm Hc liu i hc Thỏi Nguyờn http://www.lrc-tnu.edu.vn Đại học Thái Nguyên khoa công nghệ thông tin NGễ THI H NGHIấN CU K THUT BO V BN QUYN CC SN PHM HA VECT Chuyờn ngnh: KHOA HC MY TNH Mó s: 60 48 01 Luận văn thạc sĩ : KHOA HC MY TNH NGI HNG DN KHOA HC PGS.TS NG VN C Thái Nguyên - 2009 iv Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC CHỮ VIẾT TẮT Chữ viết tắt Diễn giải Ý nghĩa DCT Discrete Cosine Transform Biến đổi Cosin rời rạc IDCT Invert Discrete Cosine Transform Biến đổi ngược DCT DFT Discrete Fourier Transform Biến đổi Forier rời rạc IDFT Invert Discrete Fourier Transform Biến đổi ngược DFT. DWT Discrete Wavelet Transform Biến đổi Wavelet rời rạc Steganography Giấu tin, Viết phủ Intrinsic Steganography Giấu tin có xử lý Pure Steganography Giấu tin đơn thuần Watermarking Đánh dấu ẩn, thủy vân, thủy ấn Watermark Mã dấu bản quyền, mẫu tin mật IDWT Invert Discrete Wavelet Transform Biến đổi ngược DWT PN Pseudo Noise giả nhiễu FFT Fast fourier transfer Biến đổi Fourier nhanh GIS Geographic Information System Hệ thống thông tin địa lý PRNS Pseudo random number sequence Dãy số giả ngẫu nhiên FT Fourier Transfer Biến đổi Fourier Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn i MỤC LỤC Trang Trang phụ bìa Lời cam đoan Mục lục i Danh mục các ký hiệu, chữ viết tắt . iv Danh mục các bảng v Danh mục các hình (hình vẽ, hình chụp, đồ thị) . iv MỞ ĐẦU: 1 1. ĐẶT VẤN ĐỀ . 1 2. MỤC ĐÍCH CỦA LUẬN VĂN 2 3. BỐ CỤC LUẬN VĂN . 3 NỘI DUNG CHƢƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN 4 1.1. Các khái niệm cơ bản về giấu tin . 4 1.1.1. Định nghĩa: . 4 1.1.2. Phân loại các kỹ thuật giấu tin 5 1.1.3. Vài nét về lịch sử giấu tin . 9 1.1.4. Các yêu cầu đối với giấu tin cho ảnh 10 1.1.5. Mô hình kỹ thuật giấu tin . 12 1.1.6. Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin . 13 1.1.7. Các kiểu đánh dấu ẩn 15 1.2. Giấu tin trong ảnh những đặc trƣng và tính chất . 15 1.2.1. Giấu tin trong ảnh . 15 1.2.2. Những đặc trƣng và tính chất . 16 1.2.3. Các phƣơng pháp giấu tin . 19 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn ii 1.3. Kết luận chƣơng 21 CHƢƠNG 2: GIẤU TIN TRONG BẢN ĐỒ VÉC TƠ . 23 2.1. Bản đồ . 23 2.2. Thủy vân bản đồ véc tơ . 25 2.3. Đặc điểm riêng của thủy vân bản đồ Véc tơ 27 2.3.1. Dữ liệu bản đồ véc tơ . 27 2.3.2. Độ chính xác của bản đồ véc tơ 28 2.3.3. Các khả năng giấu tin . 29 2.3.3.1. Giấu tin hình học . 29 2.3.3.2. Giấu tin vào đỉnh . 30 2.3.3.3. Sắp xếp đối tƣợng 30 2.3.3.4. Giảm nhiễu 30 2.4. Thuật toán thủy vân 31 2.4.1. Thuật toán trong miền không gian 31 2.4.2. Thuật toán trong miền biến đổi (miền tần số) 36 2.4.2.1. Miền DFT : . 37 2.4.2.2. Miền DWT : 39 2.4.2.3. Miền DCT 41 2.4.3. Thuật toán nhận đƣợc từ mô hình ba chiều 41 2.6. Kết luận chƣơng 42 CHƢƠNG 3: THUẬT TOÁN GIẤU VÀ TÁCH TIN TRONG BẢN ĐỒ VÉC TƠ . 43 3.1. Giấu tin trong ảnh đen trắng . 43 3.1.1. Thuật toán giấu tin cơ sở 43 a. Tiền xử lí 43 b. Quá trình thực hiện giấu tin 43 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn iii 3.1.2. Thuật toán trích tin 45 a. Tiền xử lí: . 45 b. Quá trình trích tin: 45 3.2. Biến đổi Fourier 45 a. Biến đổi Fourier . 45 b. Biến đổi Fourier liên tục . 47 c. Biến đổi Fourier rời . 49 3.2.1. Những biến đổi Fourier trong véc tơ . 51 3.3. Kết luận chƣơng 51 CHƢƠNG 4: CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 52 4.1. Mô tả bài toán thử nghiệm . 52 4.2. Định dạng cấu trúc tệp Shapefile 53 4.2.1. Tổ chức dữ liệu khuôn mẫu của Shapefile . 54 4.2.2. Quy ƣớc về tên tệp 54 4.2.3. Kiểu dữ liệu 55 4.2.4. Cấu trúc của Main file . 55 4.2.5. Cấu trúc của tệp chỉ số (Index file) 64 4.2.6. Cấu trúc của tệp chứa cơ sở dữ liệu 65 4.3. Quy trình giấu thông tin . 65 a. Phân tích thuật toán 65 b. Giấu thông tin . 66 4.4. Quy trình tách thông tin . 69 4.5. Kết luận chƣơng 70 KẾT LUẬN 71 vi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ Tên hình Ý nghĩa Hình 1.1 Phân loại các kỹ thuật giấu tin (Fabien A.P. Petitcolaset al., 1999) Hình 1.2 Quá trình giấu tin và tách tin. Hình 2.1 Các lớp bản đồ phân lớp đối tượng Hình 2.2 Thế giới thực và bản đồ vectơ Hình 4.1 Cấu trúc của tệp chính Hình 4.2 Cấu trúc của tệp chỉ số. Hình 4.3 Mô tả một bản đồ vector đơn giản Hình 4.4 Giao diện chương trình DEMO vii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 1 MỞ ĐẦU: 1. ĐẶT VẤN ĐỀ Ngày nay, với sự ra đời và phát triển của mạng Internet. Mọi người đều có thể kết nối vào Internet, tìm kiếm thông tin một cách dễ dàng thông qua nhà cung cấp dịch vụ mạng. Sự phát triển nhanh chóng của khoa học kỹ thuật trên nhiều lĩnh vực đặc biệt là trong lĩnh vực đa phương tiện (multimedia) làm cho sự sản xuất, quản lý và phân phối các sản phẩm này: hình ảnh, âm thanh… rất dễ dàng. Cùng với sự phổ biến rộng rãi các mạng internet tốc độ cao làm cho quá trình phân phối chúng trở nên rất nhanh chóng, dễ dàng, đem lại những thuận lợi to lớn thông qua hệ thống thương mại điện tử. Với môi trường mở và tiện nghi như thế, các hệ thống mạng hiện đại trở thành phương tiện phân phối tài liệu một cách nhanh chóng và kinh tế. 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 như: Xâm phạm bản quyền, truy cập trái phép, xuyên tạc, giả mạo thông tin… Đi đôi với sự phát triển của công nghệ máy tính thì tình trạng sử dụng bất hợp pháp các sản phẩm số (tệp tin tài liệu, chương trình, âm thanh và hình ảnh .) ngày càng tăng, do các tệp tin số có thể sao chép dễ dàng giữa các máy tính. Dẫn đến tình trạng vi phạm bản quyền số đang xảy ra hàng ngày, hàng giờ trên khắp thế giới. Nhằm bảo vệ các sản phẩm số không bị sử dụng trái phép, song song với việc kêu gọi ý thức tự giác thực thi luật bản quyền, các công ty công nghệ lớn trên thế giới đã và đang thực hiện các giải pháp kỹ thuật kiểm soát bản quyền số. Một trong những vấn đề được đặt ra là làm sao bảo vệ quyền sở hữu đối với các sản phẩm đa phương tiện này. Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 2 Đứng trước tình hình đó vấn đề về bảo mật thông tin hiện nay luôn nhận được sự quan tâm đặc biệt trong nhiều lĩnh vực. Từ xa xưa đã có nhiều cách để bảo mật thông tin, một trong những phương pháp dùng rất sớm để bảo vệ quyền sở hữu đối với nội dung của các sản phẩm đa phương tiện là mã hoá. Nội dung của sản phẩm đó được mã hoá và gửi cho người sử dụng. Người sử dụng chỉ đọc được các thông tin này khi nhận được khoá để giải mã đi kèm. Phương pháp mã hoá trên chỉ hiệu quả trong việc truyền thông tin nhưng không hiệu quả trong việc bảo vệ quyền sở hữu. Sau khi người sử dụng đã giải mã được thì sẽ nhân bản và phân phối lại sản phẩm đó. Ngày nay phương pháp giấu thông tin trong các sản phẩm đa phương tiện được dùng phổ biến vì ngoài vấn đề bảo mật còn bảo vệ bản quyền, chống nhân bản bất hợp pháp, chống truy cập trái phép, chống xuyên tạc, chống giả mạo thông tin… Giải pháp bảo mật thông tin được sử dụng phổ biến nhất là dùng các hệ mật mã [1], [3]. Với giải pháp này, thông tin ban đầu sẽ được mã hóa thành bản mật mã mang những giá trị “vô nghĩa”. Chính điều này làm nảy sinh nghi ngờ và người sử dụng tìm mọi cách thám mã. Ngược lại, nếu đem thông tin giấu vào trong một đối tượng khác, một bức ảnh F chẳng hạn, sẽ thu được một ảnh F‟ hầu như không sai khác với F khi nhìn bằng mắt thường. Đây là ý tưởng của phương pháp giấu tin (data hiding) trong môi trường ảnh, giấu tin mật [5], [6], đánh dấu bản quyền [7], [8], và nhiều ứng dụng khác … 2. MỤC ĐÍCH CỦA LUẬN VĂN Giấu tin là một lĩnh vực rộng lớn, trong luận văn này nghiên cứu các kỹ thuật giấu tin trong ảnh rồi áp dụng cho bản đồ, một trong những vấn đề được ứng dụng khá rộng rãi. Để thực hiện việc giấu tin trong bản đồ, ý tưởng cơ bản là biến đổi một số thuộc tính của các điểm trên bản đồ theo một số thuật toán nhất [...]... đích mà tác giả không cho phép Để bảo vệ các sản phẩm chống l i các hành vi l y cắp hoặc l m nhái cần phải có một kỹ thuật để “dán tem bản quyền vào sản phẩm này Việc dán tem hay chính l việc nhúng thuỷ vân cần phải đảm bảo không để l i một ảnh hưởng l n nào đến việc cảm nhận sản phẩm Yêu cầu kỹ thuật đối với ứng dụng này l thuỷ vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm, muốn bỏ thuỷ vân này mà không... ra khỏi ảnh 1.1.6 Các ứng dụng của kỹ thuật giấu tin Bảo vệ bản quyền tác giả: Đây l ứng dụng cơ bản nhất của kỹ thuật thủy vân số Một thông tin nào đó mang ý nghĩa quyền sở hữu tác giả gọi l thủy vân sẽ được nhúng vào trong các sản phẩm, thủy vân đó chỉ một mình chủ sở hữu hợp pháp các sản phẩm đó có và được dùng l m minh chứng cho bản quyền sản phẩm Giả sử có một thành phẩm dữ liệu dạng đa phương... Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 23 CHƢƠNG 2: GIẤU TIN TRONG BẢN ĐỒ VÉC TƠ 2.1 Bản đồ Các đối tượng bản đồ khi tồn tại dưới dạng số được thể hiện và l u trữ trên các l p thông tin khác nhau Bản đồ l một chỉnh thể bao gồm nhiều l p thông tin chồng xếp l n nhau để mô tả thế giới thực Thông tin trên bản đồ được phân ra thành 4 l p cơ bản sau: Hình 2.1 Các l p bản đồ phân l p đối... video và cần được l u thông trên mạng Để bảo vệ các sản phẩm chống l i các hành vi l y cắp hoặc l m nhái cần phải có một kỹ thuật để “ dán tem bản Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 14 quyền ” vào sản phẩm này Việc dán tem hay chính l việc nhúng thủy vân cần phải đảm bảo không để l i một ảnh hưởng đáng kể nào đến việc cảm nhận sản phẩm Yêu cầu kỹ thuật đối với... chủ yếu trong các kỹ thuật giấu tin, vì vậy mà các kỹ thuật giấu tin phần l n cũng tập trung vào các kỹ thuật giấu tin trong ảnh Các phương tiện chứa khác nhau thì cũng sẽ có các kỹ thuật giấu khác nhau Đối tượng ảnh l một đối tượng dữ liệu tĩnh có nghĩa l dữ liệu tri giác không biến đổi theo thời gian Dữ liệu ảnh có nhiều định dạng, mỗi định dạng có những tính chất khác nhau nên các kỹ thuật giấu tin... thanh, các đoạn phim, văn bản, bảng mã, kiểu 3D, dữ liệu CAD, dữ liệu vecto 2D, phần mềm … Những dữ liệu kiểu này, một vài dữ liệu đa phương tiện tổng quan như ảnh số, âm thanh, các đoạn phim, văn bản, bảng mã, kiểu 3D được chú ý nhiều hơn các kiểu khác Trong luận văn này trình bày về cách sử dụng thủy vân cho bản đồ vecto 2D, l dữ liệu quan trọng nhất của hệ thống thông tin địa l (GIS) Bản đồ luôn... của không gian dữ liệu, tập hợp dữ liệu và thêm vào một vài dữ liệu được sử dụng như chỉ số, sự mô tả Mô tả không gian dữ liệu, các vùng địa l của bản đồ đối tượng mô tả đối tượng địa l trong thế giới thực và luôn nắm l y 3 yếu tố địa l cơ bản l điểm, đường và đa giác Tất cả các đối tượng bản đồ này đều được định dạng bởi các đỉnh có thứ tự Không gian dữ liệu l một chuỗi thực sự các tọa độ của những... Trong l ch sử loài người đã biết vận dụng sáng tạo trí tuệ của mình để giấu những thông điệp vô cùng quan trọng, như cạo đầu và xăm chữ l n da đầu, hay khắc chữ l n viên thuốc rồi bọc l i bằng sáp ong … Ngày nay, khi sự phát triển của Công nghệ Thông tin vô cùng nhanh chóng và mạnh mẽ, loài người l i phải tìm cách bảo vệ những sản phẩm trí tuệ của mình nói chung và bảo vệ bản quyền những sản phẩm đồ họa. .. sá…được đơn giản hóa thành các đối tượng đường gấp khúc (polyline) Các Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 25 vùng địa l như ao hồ, các đơn vị hành chính được trừu tượng hóa thành các l p đường biên, tập hợp các đối tượng miền…(hình 2.1) B.V tỉnh Thế giới thực sông B.V tỉnh sông Bản đồ vectơ L p bản đồ Hình 2.2 Thế giới thực và bản đồ vectơ Cấu trúc mô hình véc... hơn Nếu phân các phương pháp theo đặc điểm kỹ thuật có: *) Phương pháp thay thế  Thay thế các bit dữ liệu trong bản đồ bit (bit plane)  Thay thế bảng mầu (palette) *) Phương pháp xử l tín hiệu  Các phương pháp biến đổi ảnh (Transform) Số hóa bởi Trung tâm Học liệu – Đại học Thái Nguyên http://www.lrc-tnu.edu.vn 21  Các kỹ thuật điều chế dải phổ *) Các phương pháp mã hoá (coding)  L ợng hoá, dithering