Một số thuật toán giấu tin trong ảnh

TRƯỜNG ĐẠI HỌC QUỐC GIA HÀ NỘI TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ Khoa Công Nghệ -oOo - ĐỒ HỌA MÁY TÍNH Trình bày : Một số thuật toán giấu tin ảnh Nhóm học viên thực : Bùi Gia Hiếu Trần Thanh Lưu Lớp : K10 – T2 Hà Nội – 10/2004 Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin ảnh CHƯƠNG 1: TỔNG QUAN VỀ LĨNH VỰC GIẤU THÔNG TIN Giới thiệu chung giấu thông tin Định nghĩa : “Giấu thông tin nghệ thuật nhúng mẩu tin mật vào vật mang tin khác Giấu tin ảnh số giấu mẩu tin dạng số máy tính vào ảnh nhị phân cho không bị phát hiện.” Thuật ngữ giấu thông tin steganography (bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp - có nghĩa covered writing) Giấu tin mật mã : Có thể coi nghệ thuật giấu tin nhánh ngành mật mã với mục tiêu nghiên cứu phương pháp che giấu thông tin mật Nghành mật mã (Cryptology) Mật mã (Cryptography) Giấu thông tin (Data Hiding) Thuỷ vân số (Watermarking) Giấu tin (Steganography) Steganography (Cover writing) Là nghệ thuật/khoa học/công việc truyền tin mà thông ẩn giấu thông tin Cryptography (Secret writing) Là nghiên cứu phương pháp gửi thông điệp hình thức khác cho người nhận mong đợi bỏ che giấu để đọc thông điệp.Thông điệp muốn gửi gọi rõ Thông điệp bị che giấu gọi mã hóa Sau người nhận loại bỏ che giấu để đọc thông tin thông điệp không bảo vệ Steganography giấu thông điệp rõ thay cho mã hóa thông địêp Nó nhúng liệu cần bảo vệ Giấu tin mật mã có mục đính để đối phương không phát tin cần giấu, nhiên khác với mật mã chỗ: + Mật mã : Giấu ý nghĩa thông tin + Giấu tin : Giấu diện thông tin Thủy vân số giấu tin : Trang - - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin ảnh Watermarking (thuỷ ấn) lĩnh vực nghiên cứu việc nhúng thông tin phục vụ xác thực, ví dụ xác nhận quyền Nếu thông tin giấu định danh nhất, ví dụ định danh người dùng người ta gọi Fingerprinting (nhận dạng vân tay, điểm chỉ) Steganography (giấu tin, viết phủ) lĩnh vực nghiên cứu việc nhúng mẩu tin mật vào môi trường phủ Trong trình giấu tin để tăng bảo mật người ta dùng khoá viết mật người ta nói Intrinsic Steganography (giấu tin có xử lý) Khi để giải mã người dùng phải có khoá viết mật Chú ý khoá khoá dùng để lập mật mã mẩu tin, ví dụ khoá để sinh hàm băm phục vụ rải tin vào môi trường phủ Ngược lại không dùng khoá viết mật người ta giấu tin đơn vào môi trường phủ người ta nói Pure Steganography (giấu tin đơn thuần) Xét tính chất, thuỷ ấn giống giấu tin chỗ tìm cách nhúng thông tin mật vào môi trường Tuy nhiên xét chất thuỷ ấn có nét khác số điểm: + Mục tiêu thuỷ ấn nhúng thông tin không lớn thường biểu tượng, chữ ký hay đánh dấu khác vào môi trường phủ nhằm phục vụ việc xác nhận quyền + Khác với giấu tin chỗ, giấu tin sau cần tách lại tin thuỷ ấn tìm cách biến tin giấu thành thuộc tính vật mang + Chỉ tiêu quan trọng thuỷ ấn tính bền vững, giấu tin dung lượng tin giấu + Điểm khác thuỷ ấn giấu tin thuỷ ấn vô hình hữu ảnh mang Giấu tin ảnh số: Giấu tin ảnh thực cách thay vài thông tin quan trọng ảnh gốc Đối với ảnh màu: Sử dụng bit thấp (least-significant bit -LSB) pixel để giấu thông tin.Thí dụ, ảnh Kodak Photo CD kích thước 2048x3072x24 bit màu RGB giấu tới 2.36 Mb bit thông tin Ảnh màu đen/trắng (ảnh nhị phân) (trang fax, mã vạch ) khó khăn thay đổi pixel ảnh mắt người dễ nhận biết Ảnh JPEG hay MP3 âm thanh: Phức tạp Phải tìm “lỗ hổng” cho chất lượng ảnh bị ảnh hưởng thực thuật toán nén giải nén ảnh Giấu thông tin vào ảnh Trang - - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin ảnh Giải pháp giấu tin ảnh Giấu tim miền quan sát Giấu tin miền tần số Trang - - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin ảnh Kỹ thuật chung giấu thông tin ảnh : Chọn vị trí dấu thông tin :  vị trí ngẫu nhiên ảnh gốc  vùng tần số trung bình hay tần số cao (biên ảnh) - Miền ảnh có tần số cao mắt người phân biệt thay đổi - Chú ý: nén ảnh mát thông tin thường loại bỏ miền ảnh có tần số cao Chọn miền giấu thông tin :  Dấu thông tin miền quan sát: Thực trực tiếp ma trận ảnh  Dấu thông tin miền DFT, DCT hay DWT  Sau biến đổi ngược lại miền quan sát Chọn kiểu chèn thông tin giấu :  Cộng trực tiếp thông tin vào miền giá trị ảnh  Thay đổi cách biểu diễn giá trị ảnh theo cách biểu diễn thông tin ẩn Chọn kiểu tách thông tin ẩn :  Chọn kiểu tách thông tin ẩn  Tách thông tin ẩn tương tự tách tín hiệu nhiễu  Các bước tách thông tin ẩn bước ngược lại tiến trình chèn thông tin ẩn Các thành phần hệ giấu tin ảnh số Các thành phần hệ giấu tin ảnh số gồm :  Bản tin mật (Secret Message): văn tệp ảnh hay tệp nhị phân nào, trình xử lý chuyển chúng thành chuỗi bit  Ảnh phủ (hay ảnh gốc) (Cover Data): ảnh dùng để làm môi trường nhúng tin mật  Khoá bí mật K (Key): khoá viết mật tham gia vào trình giấu tin để tăng tính bảo mật  Bộ nhúng thông tin (Embedding Algorithm): Những chương trình, thuật toán nhúng tin  Ảnh mang (Stego Data): ảnh sau nhúng tin mật vào  Kiểm định (Control) : Kiểm tra thông tin sau giải mã Trang - - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin ảnh Mô hình kỹ thuật giấu tin mô tả theo hai hình vẽ sau : Bản tin mật Phương tiện chứa (audio, ảnh, video) Phương tiện chứa giấu tin Bộ nhúng thông tin Phân phối Khoá Hình 1: Lược đồ chung cho trình giấu tin Hình vẽ biểu diễn trình giấu tin Phương tiện chứa bao gồm đối tượng dùng làm môi trường giấu tin : text, audio, video, ảnh, tin mật lượng thông tin mang ý nghĩa ảnh, logo, đoạn van bản… tuỳ thuộc vào mục đích người sử dụng Thông tin giấu vào phương tiện chứa nhờ nhúng, nhúng chương trình, triển khai thuật toán để giấu tin thực với khoá bí mật giống hệ mật mã cổ điển Sau giấu tin, ta thu phương tiện chứa tin giấu phân phối sử dụng mạng Khoá Phương tiện chứa giấu tin Bộ giải mã tin Bản tin mật Hình 1: Lược đồ chung cho trình giấu tin Hình 1: 2: Lược đồ cho trình mãgiải mã chung cho quágiải trình Phương tiện chứa (audio, ảnh, video) Kiểm định mã tin Hình vẽ công việc giải mã thông tin giấu Sau nhận đối tượng phương tiện chứa có giấu thông tin, trình giải mã thực thông qua nhúng thông tin với khoá trình nhúng Kết thu gồm phương tiện chứa gốc tin mật giấu Bước tin mật thu xử lý kiểm định so sánh với thông tin giấu ban đầu Sơ đồ phân loại (hình 1,2) Fabien A P Petitcolas đề xuất năm 1999 Trang - - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin ảnh Giải pháp giấu tin ảnh số : Giải pháp : Giấu tin vào miền quan sát Phương pháp đơn giản không yêu cầu biến đổi sang miền tần số Thông tin ẩn chèn trực tiếp vào pixel ảnh Thông tin ẩn trải toàn mặt ảnh Ma trận ảnh gốc ma trận dấu ẩn phải có kích thước + Chèn thông tin vào miền quan sát : - Tạo dãy số nguyên S liên tục có thứ tự ngẫu nhiên theo luật sinh xác định trước - Cho trước a, bvà m, xn phần tử sinh, xn+1 phần tử ngẫu nhiên tạo ra, theo Lehmer(1949) : xn+1 = (a*xn + b) mod m - Miền giá trị dãy {1 MxN} - Chuyển đổi ma trận giấu tin chiều thành dãy số W - Xáo trộn dãy W sau : W[i] = W[Si] - Chuyển đổi ngược dãy W ma trận MxN - Cộng ma trận thông tin ẩn xáo trộn với ảnh gốc để có ảnh chứa thông tin ẩn + Tách tin giấu miền quan sát : - Gọi ảnh gốc I ảnh có thông tin ảnh I’.Thực phép trừ phần tử tương ứng I’ cho I để có thông tin ẩn (ma trận W) - Chuyển ma trận W thành dãy số W* - Tạo dãy số nguyên S liên tục có thứ tự ngẫu nhiên theo luật sinh xác định bước chèn tin ẩn - Sắp xếp lại dãy W*: W*[Si] =W[i] - Chuyển đổi dãy W* thành ma trận hai chiều để có thông tin ẩn Giải pháp :Giấu tin miền tần số + Chèn thông tin vào miền tần số : Trang - - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin ảnh + Tách thông tin miền tần số: Trang - - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin ảnh Các tính chất giấu tin ảnh số: a Tính vô hình (Độ tin cậy): Giấu tin ảnh làm biến đổi ảnh mang Tính vô hình thể mức độ biến đổi ảnh mang Một hương pháp tốt làm cho thông tin mật trở nên vô hình ảnh mang, người dùng phát có ẩn chứa thông tin b Khả chống giả mạo : Vì mục đích phương pháp giấu tin chuyển thông tin mật Nếu thám tin mật kẻ địch cố tìm cách làm sai lạc thông tin mật, làm giả mạo thông tin để gây bất lợi cho đối phương Một phương pháp giấu tin tốt đảm bảo tin mật không bị công cách có chủ đích sở hiểu biết đầy đủ thuật toán nhúng tin (nhưng khoá) có ảnh mang Đối với lĩnh vực thuỷ ấn số khả chống giả mạo đặc tính vô quan trọng Vì có bảo vệ quyền, chứng minh tính pháp lý sản phẩm c Dung lượng giấu : Quality Dung lượng giấu tính tỷ lệ lượng tin giấu so với kích thước ảnh Vì tin mật gửi với ảnh mang qua mạng nên tiêu quan trọng Các phương pháp cố giấu nhiều tin giữ bí mật Tuy nhiên thực tế người ta phải cân Robustness nhắc dung lượng tiêu khác tính vô hình, tính ổn định Capacity Cân nhắc chất lượng, dung lượng tính bền vững Trang - - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin ảnh d Tính bền vững : Sau giấu tin vào ảnh mang, thân ảnh mang phải qua khâu biến đổi khác lọc tuyến tính, lọc phi tuyến, thêm nhiễu, làm sắc nét, mờ nhạt, quay, nén liệu Tính bền vững thước đo nguyên vẹn thông tin mật sau biến đổi e Độ phức tạp thuật toán : Chỉ tiêu độ phức tạp mã hoá giải mã yếu tố quan trọng đánh giá phương pháp giấu tin ảnh Yêu cầu độ phức tạp tính toán phụ thuộc vào ứng dụng Ví dụ ứng dụng tạo thuỷ ấn để đánh dấu quyền cần phải có độ phức tạp tính toán cao đảm bảo chịu công nhiều tin tặc nhằm phá huỷ thuỷ ấn Ứng dụng giấu tin ảnh số: Giấu tin ảnh số ngày ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực.Các ứng dụng có sử dụng đến giấu tin ảnh số : Bảo vệ quyền tác giả (Copyright Protection), Điểm số (fingerprinting), Gán nhãn (Labelling), Giấu thông tin mật (Steganography)…      Bảo vệ quyền : Là ứng dụng kỹ thuật thuỷ vân số (watermarking) - dạng phương pháp giấu tin Một thông tin mang ý nghĩa sở hữu quyền tác giả (người ta gọi thuỷ vân - watermark) nhúng vào sản phẩm, thuỷ vân có người chủ sở hữu hợp pháp sản phẩm có dùng làm minh chứng cho quyền sản phẩm Giả sử có thành phẩm liệu dạng đa phương tiện ảnh, âm thanh, video cần lưu thông mạng Để bảo vệ sản phẩm chống lại hành vi lấy cắp làm nhái cần phải có kỹ thuật để “dán tem quyền” vào sản phẩm Việc dán tem việc nhúng thuỷ vân cần phải đảm bảo không để lại ảnh hưởng lớn đến việc cảm nhận sản phẩm Yêu cầu kỹ thuật ứng dụng thuỷ vân phải tồn bền vững với sản phẩm, muốn bỏ thuỷ vân mà không phép người chủ sở hữu cách phá huỷ sản phẩm Điểm số : Mục tiêu điểm số để chuyển thông tin người nhận (chứ chủ sở hữu) sản phẩm phương tiện số nhằm xác định sản phẩm Về mặt ý nghĩa điểm số tương tự số xê ri phần mềm Gán nhãn : Tiêu đề, giải nhãn thời gian minh hoạ khác nhúng vào ảnh, ví dụ đính tên người lên ảnh họ đính tên vùng địa phương lên bảng đồ Khi chép ảnh chép liệu nhúng Và có chủ sở hữu tác phẩm, người có khoá mật (Stego-Key) tách xem giải Trong sở liệu ảnh, người ta nhúng từ khoá để động tìm kiếm tìm nhanh ảnh Nếu ảnh khung ảnh cho đoạn phim, người ta gán thời điểm diễn kiện (timing) để đồng hình ảnh với âm Người ta gán số lần ảnh xem để tính tiền toán theo số lần xem Giấu thông tin mật : Trong nhiều trường hợp sử dụng mật mã gây ý mong muốn Ngoài việc sử dụng công nghệ mã hoá bị hạn chế Một số kỹ thuật giấu tin ảnh mầu cấm sử dụng Ngược lại việc giấu tin môi trường gửi mạng gây ý Có thể dùng để gửi bí mật thương mại, vẽ thông tin nhạy cảm khác … Trang - 10 - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin ảnh Chọn phần tử (j,k) thuộc Shd đảo bít Fi [j,k] (nếu bit đổi thành ngược lại) Chọn phần tử (j,k) thuộc S-(h-1)d đảo bít Fi [j,k] Rõ ràng, để tăng Sum lên d, ta chon hai tập khác rỗng Shd S-(h-1)d Thật vậy, hai tập chứa vị trí bít khối Fi mà ta đảo để tăng Sum lên hd –(h-1)d cách tương ứng , kết cuối Sum tăng lên hd + (-(h-1)d) = d Tương tự tập Sw khác, ta coi tập S0 chứa vị trí mà đảo bít có vị trí Fi tăng Sum lên Kết đạt ta không đảo bít Fi Vì vậy, ta coi S0 tập trống nói đảo bít có vị trí thuộc tập S0 có nghĩa không cần làm Ví dụ minh hoạ : Giả sử ta có ma trận ảnh F 8*8 chia thành ma trận khối ảnh F1, F2, F3, F4 có cỡ 4*4, ma trận khoá K 4*4 ma trận trọng số có cỡ sau: Ma trận F 8*8 : F1 F2 1 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 K= W= 1 0 0 1 0 1 7 F3 F4 Trong ví dụ này, ta chọn m = n = 4, chọn r = 3, ta giấu bít sau : B = 001010000001 vào ảnh F Như vậy, đoạn bít 001 giấu vào khối F1, 010 vào F2, 000 vào F3, 001 vào F4 Bước 1: Ta thực phép toán XOR Fi K Kết sau : F1  K F2  K 0 1 1 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 Trang - 24 - F3  K F4  K Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin ảnh Bước 2: - Ta thực phépnhân khối bít ma trận kết với ma trận trọng số : (F1  K)  W (F2  K)  W 0 0 4 0 0 0 0 0 0 7 0 0 0 (F3  K)  W (F4  K)  W Với F1 : Chú ý : Ta có 23 =8 Tính SUM ((F1  K)  W) = (mod 8) Vì chuỗi bít cần giấu 001 nên ta phải thay đổi để tăng trọng số lên 1(Vì d =1- 0(mod 2r) = 1) Ta xây dựng tập S1 , với h =1 : Ta nhận thấy , ô (2,4) W[2,4] = T[2,4] = 0, thoả mãn điều kiện theo thuật toán Vậy S1 = {(2,4)}  , ta chọn ô để đảo bít Khi ma trận khối ảnh F1 : F’1 Với F2: 1 0 1 0 0 0 Tính SUM((F2  K)  W) = (mod 8) Và chuỗi bit cần giấu 010 = nên d = 0, không cần thay đổi F2 Với F3: Tính SUM ((F3  K)  W) = (mod 8) Và chuỗi bít cần giấu 000 = 0, nên ta cần thay đổi F3 để tăng trọng số lên d = (0-2) mod = Ta xây dựng tập S6 : Với h = 1: Ta nhận thấy W[4,4] = 8-6 =2 T[4,4] =1, thoả mãn điều kiện thuật toán, nên S6 = {(4,4)}  , ta chọn ô để đảo bít Khi dó, ma trận khối ảnh F3 : Trang - 25 - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin ảnh F’3 1 0 1 1 1 Với F4: Tính SUM ((F4  K)  W) = (mod 8) Và chuỗi bít cần giấu 001 = 1, nên ta cần thay đổi F4 để tăng trọng số lên 5,d = (1-4) mod = Ta xây dựng tập S5 : Với h = 1: S5 =  Với h = : S10 = S2 = { (2,2)}; S(-5) = S3 = { (1,3), (2,1),(3,2), (3,4)} Ta chọn đảo bít hai ô [F4]2,2 [F4]3,2 Khi ma trận khối ảnh F4 : 0 1 0 1 1 Ảnh tạo thành sau ghép khối điểm ảnh F11;F22;F33:F44 sau: F’1 F’2 1 1 0 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 1 F’3 F’4 Như vậy, ta giấu xong thông tin B vào khối theo thuật toán CHEN_PAN_TSENG Phân tích đánh giá thuật toán : Độ an toàn thuật toán : Trang - 26 - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin ảnh Đánh giá độ an toàn kỹ thuật giấu tin ảnh trình bày trên, giả sử thuật toán lập mã công khai, giả sử thêm ảnh môi trường F, giá trị r, kích thước khối m*n không bí mật Hơn , người thám tin có mã (ảnh kết )F chưa biết khoá ma trận trọng số , việc tìm thông tin giấu F thuật toán nêu với tham số biết gần Thật vậy, ta có gần t1 = 2mn khả lựa chọn khoá K gần t2 = C 2mn1 *(2r -1)!* (2r -1)mn -( r r 1) khả lựa chọn ma trận trọng số W có tới t1*t2 cách kết hợp K với W Khi (m*n) đủ lớn số lựa chọn lớn gần tìm tin mật Chẳng hạn, với m = n = 4,r = 4, ta có t1=65.536,t2 = 16*15!*15 = 313.841.848.320.000 Ttrong truờng hợp phần thông tin B bị lộ người thám tin biết hai khối ảnh Fi , Fj hai khối ảnh tương ứng sau giấu Bi Bj vào Fi Fj , khả giải mã thông tin xảy có thêm số điều kiện Nếu Fi = Fj khác Bi Bj cho biết mối quan hệ trọng số vị trí mà Fi khác F’j Fj khác F’j Hơn nữa, có thêm Fi = F’i = F’j có bít vị trí (a,b) Fj bị đảo, giá trị W[a,b] =Bj - Bi (mod 2r) Bi - Bj (mod 2r) Điều dễ dàng thấy ta đặt : di = Bi – SUM((Fi  K)  W) (mod 2r) = dj = Bj – SUM((Fj  K)  W) (mod 2r) Nếu phần tử W xác định nhaqnj hai giá trị số khả cho W 2mn , giảm đáng kể so với ban đầu Khi ma trận trọng số W bị xác định việc tìm khoá trở nên dễ dàng Chẳng hạn, với giả thiết Fi = F’i Fj Fj khác F’j vị trí (a,b) K[a,b] tính cách :  Nếu Bj - Bi = W[a,b]  2r-1 (Fj  K) [a,b] = suy K[a,b] = Fj [a,b]  Nếu không Bj - Bi = -W[a,b]  2r-1 (Fj  K) [a,b] = 1, suy K[a,b] = - Fj [a,b] Tóm lại, việc giải mã thông tin khó khăn kích thước khối m*n đủ lớn khoá K, ma trận trọng số W cất giữ an toàn Nếu coi hệ mã hệ mã có khoá bí mật giống hệ mã cổ điển Phân tích đánh giá thuật toán: - Thuật toán giấu r bít vào khối m*n với điều kiện 2r < m*n mà cần thay đổi nhiều bít khối Như vậy, thuật toán có cải tiến lớn so với thuật toán khác - giấu bít vào khối, số lượng thông tin giấu nhiều - Độ an toàn thuật toán cao thông qua hai ma trận dùng làm khoá để giải tin, ma trận trọng số ma trận khoá - Thuật toán đương nhiên áp dụng cho ảnh màu ảnh đa mức xám Ta sử dụng kỹ thuật chon bít quan trọng LSB điểm ảnh để xây dựng ma trận hai chiều bit 0,1 thuật toán với ảnh đen trắng Cải tiến thuật toán : Ta nhận thấy tình phải thay đổi bít khối ảnh dẫn tới chất lượng ảnh bị ảnh hưởng Vì vậy, ta cải thiện thuật toán cách thay đổi giá trị ma trận trọng số W cho tình ta cần thay đổi bít khối ảnh , Trang - 27 - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin ảnh chất lượng ảnh sau giấu tin tốt Mỗi lần thuật toán cần thay đổi giá trị ma trận trọng số, ta cần lưu lại giá trị thay đổi giá trị coi khoá thuật toán, độ an toàn thuật toán tăng thêm Kỹ thuật giấu tin dựa vào giải pháp giấu tin vào miền tần số : Kỹ thuật giấu tin J.COX Thuật toán J.COX : Các bước thuật toán chèn thông tin ẩn :  Tính DCT cho toàn ảnh gốc  Tìm vùng có ý nghĩa để chèn thông tin ẩn Tác giả chọn 1000 hệ số DCT lớn  Thông tin ẩn dãy số thực ngẫu nhiên trung bình thuộc miền [-1, 1]: X=x1, x2, , xn  Chèn thông tin ẩn vào miền DCT theo công thức : C *u ,v = C u,v (1+.W u,v ) C *u ,v : Hệ số ảnh chứa thông tin ảnh C u,v : Hệ số ảnh gốc W u,v : Thành phần thông tin ẩn tương ứng với hệ số (u,v)  : Hệ số cân đối tính bền vững với tính ẩn, chọn 0.1 Các bước thuật toán tách thông tin ẩn :  Tính toán DCT cho toàn ảnh gốc  Tính toán DCT cho toàn ảnh nhúng thông tin ẩn  Thông tin ẩn tách nhờ công thức biến đổi sau: Trang - 28 - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin ảnh W *u ,v =  C u*,v  C u ,v  C u ,v Sử dụng hàm “tương đương” để xác thực thông tin ẩn ( W.W*) sim (W,W*) = W.W * Kết thuật toán J.COX : IV Đánh giá thuật toán trình bày Với kỹ thuật giấu tin : Giấu tin đơn giản giấu tin phương pháp WU_LEE, thuật toán cho phép giấu bít vào khối bít Do đó, kích thước khối bít lớn dẫn tới số bít giấu ảnh nhỏ Còn thuật toán giấu tin ảnh CHENG_PAN_TSENG cho phép giấu nhiều bít với [log2 (mn+1)] bit liệu vào khối ảnh m*n, tức với m*n bít môi trưòng giấu [log2(mn+1)] bit liệu Do đó, với kích thước khối cố định tỷ lệ giấu bít liệu lớn : f= log (mn  1) mn Nhận thấy hàm đơn điệu giảm theo m,n, muốn có tỷ lệ giấu tin lớn m*n phải nhỏ Tuy nhiên, ta lưu ý rằng, độ an toàn thông tin lại phụ thuộc tỷ lệ thuận với kích thước khối bít sử dụng để giấu bít thông tin : kích thước khối lớn độ an toàn cao Do đó, tỷ lệ giấu tin phụ thuộc tỷ lệ nghịch với độ an toàn việc chọn kích thước khối lớn làm tăng độ an toàn lại giảm tỷ lệ giấu tin ngược lại, kích thước khối nhỏ làm tăng tỷ lệ giấu tin lại làm giảm độ an toàn Thông thường, ta nên chon kích thước khối bít cho [log2(mn+1)] = 4, tức giấu bít hay bít liệu vào khối bít ảnh có kích thước m*n Đối với loại ảnh lượng thông tin giấu yếu tố khác khác : - Đối với ảnh đen trắng, kích thước ảnh thường nhỏ Vì vậy, số lượng tin giấu chất lượng ảnh sau giấu tin thường không tốt - Đối với ảnh màu, ảnh màu có kích thước lớn số lượng tin giấu nhiều (kích thước file thông tin tính KB) ảnh sau giấu tin thường không thấy thay đổi hệ thống mắt thường Trang - 29 - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin ảnh V Một số kỹ thuật giấu tin ảnh khác : Kỹ thuật giấu tin dựa bảng màu : Kỹ thuật giấu tin sử dụng kỹ thuật LSB nói thuật toán thường áp dụng cho loại bảng màu Vấn đề nảy sinh thay đổi giá trị bít LSB, tức làm thay đổi trỏ đến bảng màu.Nếu màu không xếp, xảy trường hợp màu đối lập đứng kề nhau, dẫn đến tình trạng bít có tin giấu dễ bị phát Có thể giải vấn đề theo hai cách sau đây:  Sắp xếp lại bảng màu, gam màu giống nằm cạnh bảng màu, việc lật bít điểm ảnh khó bị phát  Mở rộng bảng màu cách đưa thêm vào bảng màu màu lân cận Tuy nhiên, hai cách tạo kẽ hở cho việc thám tin Ở cách thứ điểm dễ phát bảng mầu xếp Còn cách thứ hai điểm yếu xuất thêm mầu không dùng đến Một số phương pháp cải tiến nhắm vào việc tính mầu kế cận cho bị phát Trình tự kỹ thuật xếp lại bảng mầu gồm bước: Copy bảng mầu gốc Sắp xếp bảng mầu Copy bảng có trật tự Ánh xạ ma trận số điểm ảnh đến bảng mầu có trật tự Nhúng thông tin mật vào LSB cách thay thể mầu Nếu xếp bảng mầu theo độ chói (luminance) thành nhóm điểm mầu không phân biệt mắt thường Độ chói (L)được tính theo công thức: L = 0.299R + 0.587G + 0.114B Bản chất của kỹ thuật kỹ thuật giấu tin theo LSB, thêm vào bước xếp hay mở rộng bảng màu nên phần kỹ thuật tính chất khác giống kỹ thuật giấu tin dùng bít có trọng số thấp Kỹ thuật giấu tin dựa trải phổ : Kỹ thuật ứng dụng rộng rãi thông tin vô tuyến quân đội, khả giấu tin lớn, bền vững chống lại phát thám tin.Nếu coi ảnh tin dải phổ việc giấu tin giống trải phổ có lượng thấp (tin mật) vào dải phổ lượng cao (tín hiệu) Đây phương pháp nghiên cứu kỹ lưỡng nhằm đặt mục tiêu khó bị phát hiện, khó trích tin, dung lượng giấu cao tính bền vững cao chống phép biến đổi Trọng tâm phương pháp rải tín hiệu Thiết bị điều chế băng tín hiệu hẹp dải mang Tần số sóng mang dịch chuyển liên tục nhờ vào sinh nhiễu giả ngẫu nhiên với khoá mật Bằng cách phổ lượng tín hiệu rải băng rộng với mật độ thấp, thường mức nhiễu Để lấy lại thông tin, bên thu phải có khoá sinh giả số ngẫu nhiên để chỉnh tần số giải chế tín hiệu gốc Một người thứ ba phát tin mật mức nhiễu.Bộ rải tín hiệu thực thêm số bước để khai thác triệt để dải phổ Lập mã mẩu tin m với khoá key1, thu e (tuỳ chọn) Chuỗi bít e sau đưa qua mã hoá tự sửa lỗi cấp thấp (Low - Rate Error Correction Code) để tăng tính bền vững chống công chống nhiễu, trở thành c Điều chế dải phổ sử dụng sinh nhiễu giả ngẫu nhiên với khoá key2, để thu s Xen trải s sử dụng khoá key3 thu i Trang - 30 - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin ảnh Cộng i vào ảnh f, thu g Một công đoạn lượng hoá thực nhằm giữ vùng phạm vi động ban đầu ảnh phủ Chúng ta gọi g.Chúng ta giả thiết ảnh mang truyền qua kênh truyền có nhiễu đến người nhận, họ nhận g' Quá trình giải mã đơn lặp lại bước theo trật tự ngược Dùng kỹ thuật phục chế ảnh để thu ảnh f' xấp xỉ ảnh gốc f f' trích từ ảnh mang g' để lộ liệu nhúng i' i' đưa vào tách xen dùng khoá key3 để xây dựng lại xấp xỉ tín hiệu mật s' s' giải chế với key2 để xấp xỉ tin giấu c' c' giải mã hoá qua giải mã sửa lỗi ECC để có e' Nếu m mã hoá e' giải mã với khoá key1 để thu lại m' Đánh giá kỹ thuật giấu tin dựa vào trải phổ : Dung lượng giấu Dung lượng thông tin giấu theo phương pháp tương đối cao, phụ thuộc vào tham số khác dùng trình mã hoá Nếu nén mẩu tin trước nhúng tăng thêm dung lượng giấu Bộ mã hoá sửa lỗi ECC chèn thêm liệu dư thừa vào chuỗi liệu mật để nhằm mục đích tự sửa lỗi Khả tự sửa lỗi cao thêm nhiều bit kiểm tra Chúng ta phải cân nhắc khả sửa lỗi khả giấu Khi chèn nhiều liệu vào ảnh lượng nhiễu tăng Các ảnh sặc sỡ cho phép giấu nhiều liệu Mật độ giấu tin cho phép phương pháp khác biệt, từ byte ẩn/ 50 byte liệu 10 byte ẩn/ 50 byte liệu Tính bền vững Kỹ thuật trải phổ tương đối bền vững Mọi phép biến đổi ảnh, cộng nhiễu vào ảnh phá hỏng tin giấu Tuy kẻ công ngoan cố phá tin nhúng cách thực số kỹ thuật xử lý ảnh số, ví dụ dùng lọc nhiễu, cách mà dùng để tách ảnh gốc Khả giấu tin Kỹ thuật trải phổ dùng nhiều liên lạc quân có tính bảo mật cao Thông thường kẻ công biết có tin giấu đó, phát họ khó thám tin key2 key3 Sự phù hợp cho giấu tin thuỷ ấn Do có dung lượng giấu cao khó bị phát thám tin nên phương pháp phù hợp cho giấu tin Vấn đề giải pháp Chấp nhận mức độ sửa lỗi vừa phải tăng lượng tin giấu, nhờ tác động lên khả cộng nhiễu Nếu dùng mã hoá sửa lỗi ECC tăng khả sửa lỗi lại làm giảm dung lượng tin giấu Một hướng cải tiến nâng cao chất lượng ảnh gốc cho giảm tỷ lệ bít lỗi tín hiệu phục hồi, giảm bớt bít dư thừa dùng tự sửa lỗi Alexander Herrigel phát triển kỹ thuật tăng tính bền vững chống phép biến đổi cắt xén ảnh, hay biến đổi hình học khác  Thứ ảnh phủ chia làm khối thông tin nhúng nhiều lần vào khối đó, nhờ thông tin mật trích từ phần ảnh  Thứ hai mẫu dược cộng thêm vào dải phổ qua phép biến đổi lôga-cực áp dụng ảnh, xác định hệ số tỷ lệ định hướng ảnh, qua tin mật trở nên bền vững phép co giãn xoay Cuối cộng lọc giác quan thích nghi trước chèn tín hiệu mẩu tin mật, nhờ nhiễu cộng thêm vào chắn nằm ngưỡng giác quan Tuy nhiên điều lại làm tăng tỷ lệ lỗi phục hồi làm giảm lượng tín hiệu nhúng Trang - 31 - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin ảnh Kỹ thuật giấu tin dựa vào mã khối bề mặt Kỹ thuật mã khối bề mặt Bender phát triển công bố tạp chí IBM Systems Journal vào năm 1996 [17] Đây kỹ thuật chèn liệu, tương đối bền vững chống lại phép biến đổi hình học Nhược điểm lớn phương pháp cần đến can thiệp trực tiếp người trình mã hoá Mã hoá khối bề mặt hoạt động theo cách chép vùng có mẫu hoa văn bề mặt ngẫu nhiên tìm thấy ảnh đến vùng có hoa văn tương tự Quá trình mã hoá thực thủ công cách chọn vùng làm việc, sau sử dụng số mặt nạ để chọn vùng chép, ví dụ khối văn đồ hoạ, để sau giải mã mặt nạ trở nên diện Quá trình giải mã hoá thực bước sau: 1.Tính tương quan (autocorrelate) ảnh với để làm lên vùng mà khối giống nằm chồng lên Càng nhiều vùng chép rõ sau phép tương quan ảnh với Dịch chuyển vùng ảnh bước Trích ảnh khỏi phần dịch chuyển Bình phương kết dùng ngưỡng để phân lại giá trị sát Các vùng chép để lộ tin giấu Đánh giá kỹ thuật giấu tin dựa mã khối bề mặt: Dung lượng giấu Có thể thấy khối chép không lớn (16x16 điểm ảnh), có số mặt nạ nên lượng tin giấu Nếu sửa nhiều vùng ảnh theo cách dễ bị lộ Hơn tất vùng phù hợp với kỹ thuật này, ví dụ vùng mầu đồng nhất, chúng làm loang to thay đổi Tính bền vững Nếu khối bề mặt chép đủ lớn (trên 16 x 16 điểm ảnh), thân khối thay đổi theo ảnh phép biến đổi phi hình học lọc, nénn quay Mặt nạ nhúng diện, có bị xoay hay lọc so với ban đầu Cắt xén ảnh phá huỷ khối bề mặt giấu tin hai nằm vùng cắp Các biến đổi hình học biến đổi mặt nạ làm cho bị mất.Nếu hai vùng giống bị kẻ công phá huỷ thông tin nhúng bị Khả giấu tin Nếu hai vùng giống bị kẻ công phá huỷ thông tin nhúng bị Sự phù hợp cho giấu tin thuỷ ấn Do dung lượng tin giấu ít, có tính bền vững biến đổi vô tình dễ trích suất nên kỹ thuật phù hợp cho thủy ấn Vấn đề giải pháp Nhược điểm lớn phương pháp cần có hỗ trợ thủ công người để chọn vùng chép Một hướng giải để máy tính tự làm việc này, có giám sát người.Các hướng nghiên cứu khác tìm khối vùng tần số bị để ý bền vững thuật toán nén Kỹ thuật giấu tin dựa vào mảnh chắp Đây kỹ thuật giấu tin đời sớm, làm việc theo nguyên lý giấu bít đơn vào cặp ảnh chắp (tập điểm) lấy từ hai phần khác ảnh Kỹ thuật Patchwork sử dụng dựa vào trình ngẫu nhiên mà trình lại dựa yếu điểm mắt người phân biệt độ chói Sử dụng phương pháp mã hoá mẫu dư thừa (redundant pattern encoding) để phân bổ thông tin ảnh phủ giống công việc chắp vá Patchwork giấu mẫu tin nhỏ nhiều lần ảnh Tư tưởng chủ đạo chọn ngẫu nhiên hai mảnh tệp ảnh mang, thay đổi độ sáng, theo chiều tăng, theo chiều giảm Patchwork (chắp mảnh) Bender phát triển công bố tạp chí IBM Systems Journal vào năm 1996 [17] Trong kỹ Trang - 32 - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin ảnh thuật này, n cặp điểm ảnh (a,b) chọn ngẫu nhiên Độ sáng a tăng đơn vị độ sáng b giảm đơn vị Như tổng chênh lệch n cặp điểm 2n Thuật toán làm việc sau:  Tạo chuỗi bít giả ngẫu nhiên để chọn cặp điểm từ ảnh phủ  Với cặp, gọi d khác biệt hai điểm (ví dụ độ sáng)  Mã hoá bít thông tin vào cặp Ví dụ d0 thể bit Nếu điểm không trật tự đó, đổi chúng cho  Nếu d lớn ngưỡng bỏ qua cặp điểm tìm cặp Vì thuật toán có hoán đổi vị trí điểm ảnh nên dẫn đến làm biến đổi ảnh Vì vậy, thuật toán phù hợp cho nhúng lượng tin nhỏ Một lợi điểm thuật toán bền vững với thuật toán nén liệu Để xác định điểm dùng ảnh, sinh số giả ngẫu nhiên sử dụng, với khoá bí mật chia xẻ người gửi người nhận, thuật toán giải mã phải tới thăm điểm ảnh để trích suất thông tin Nếu tính tổng: S(n)=sum(a[i]-b[i], i=1 n) a[i] b[i] điểm thứ i tương ứng mảnh A B, ảnh bình thường Sau thực n lần ta được: a[i]=a[i]+delta b[i]=b[i]+delta Giá trị kỳ vọng S(n) là: 2*delta*n Với n đủ lớn sau tính S(n) cho ảnh chắn ảnh có thuỷ ấn hay không mảnh chắp Sau nhiều lần lặp phương pháp Patchwork, bước lặp thứ i hay mảnh chắp Ai Bi chọn giả ngẫu nhiên ảnh Ai tăng độ sáng  Bi giảm  Hình : Lặp phương pháp Patchwork Đánh giá kỹ thuật giấu tin dựa phương pháp Patchwork : Dung lượng giấu Lượng thông tin giấu theo phương pháp thấp Tính bền vững Một đặc tính quan trọng phương pháp Patchwork bền vững chống cắt xén phép hiệu chỉnh độ tương phản tông mầu Cắt xén ảnh dẫn đến độ chíng xác giảm theo Trang - 33 - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin ảnh cấp lô-ga-rít kích thước ảnh bị thu nhỏ Biến đổi thứ hai thường làm thay đổi độ sáng điểm ảnh, không ảnh hưởng đến tin mật Patchwork hoạt động theo nguyên lý khác Một số thử nghiệm cho thấy sau nén ảnh theo phương pháp JPEG với hệ số chất lượng 75%, giải mã lại thông tin với hệ số 85% Tuy nhiên Patchwork dễ bị huỷ phép biến đổi hình học dịch, xoay, co giãn Một công vào hệ thống giấu tin dùng phương pháp thành công chúng thay đổi vị trí liệu nhằm thay đổi chúng theo cách vô hình làm thay đổi vị trí điểm sử dụng Patchwork Khả giấu tin Các vùng chắp mà thông tin giấu gần vô hình không cần đến khoá hàm sinh số giả ngẫu nhiên để tìm điểm giấu tin Mặt khác dùng khoá để mã hoá số lớn ảnh kích thước cần lấy trung bình ảnh tìm mảnh chắp Vấn đề giải pháp Vấn đề sử dụng điểm làm đơn vị mảnh chắp nhiễu cộng thêm vào ảnh có tần số cao Dễ bị lọc qua loạt công đoạn xử lý nén liệu … Một giải pháp dùng mảnh chắp vùng nhỏ thay điểm, với phân bổ delta rải nhiễu dải rộng đưa xuống vùng tần số thấp thông tin không bị lọc mất.Một vấn đề nhạy cảm đổi với phép biến đổi hình học Khắc phục điều nằy cách thêm đặc tính nhận dạng thống kê Kỹ thuật giấu tin dựa vào hệ số phép chiếu trực giao: Kỹ thuật thuộc nhóm phương pháp biến đổi cosin rời rạc (DCT) Nó chủ yếu áp dụng thuỷ ấn Cách tiếp cận xử lý hệ số phép chiếu ảnh hệ trực giao, nhờ thông tin mật ẩn phần quan trọng liệu khó bị phá huỷ phép xử lý ảnh thông thường nén liệu Kỹ thuật phương diện gần giống kỹ thuật LSB chỗ thay đổi chút hệ số lớn Đây cải tiến kỹ thuật DCT cổ điển, với kết mức độ bảo mật cao Có thể coi tổng quát hoá phương pháp DCT sở phép chiếu trực giao không sử dụng hàm cosin Các véc tơ tạo từ khoá bí mật, lại bước khác giống DCT Tóm tắt trình qua bước sau: Sinh tập n véc tơ trực giao (ánh xạ hai chiều) từ khoá key Chiếu ảnh lên hệ toạ độ tập hệ số {c[i], i=1 n} Sửa hệ số lớn để mã hoá bit tin m(k) với mật độ mong muốn a: c'[j]=c[j] (1+a*m(k)) Tái tạo lại ảnh cách ngịch đảo lại phép chiếu Quá trình giải mã ngược lại, tính chênh lệch hệ số tính toán ảnh mang ảnh gốc Như phương pháp cần ảnh gốc để thu tách thông tin Phần kỹ thuật chọn khoá để tính véc tơ cho phép chiếu trực giao Có phương pháp sử dụng hàm giả ngẫu nhiên sau dùng thuật toán Gramm-Schmidt Đánh giá kỹ thuật giấu tin dựa hệ số phép chiếu trực giao: Dung lượng giấu Dung lượng giấu phụ thuộc vào ảnh gốc véc tơ sở, cần hệ số lớn để giấu tin Một ảnh có giấu lượng tin khác tuỳ vào khoá chọn Trang - 34 - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin ảnh Tính bền vững Phương pháp minh hoạ chứng minh bền vững với công, bao gồm nén liệu, lọc chương trình xử lý ảnh Để có thêm bền vững chống biến đổi cắt xén ảnh, người ta sử dụng mã hoá dư thừa, nhúng thông tin vào nhiều khối ảnh khác Khả giấu tin Vì véc tơ sở dùng cho kỹ thuật thay đổi nên khó tách thông tin khoá Tuy nhiên dùng lại khoá nhiều lần kẻ công dùng phương pháp thống kê để dò khoá, để đảm bảo tính bí mật phải thường xuyên thay đổi khoá Sự phù hợp cho giấu tin thuỷ ấn Do có tính bền vững cao cần phải có ảnh gốc muốn tách tin nên kỹ thuật phù hợp cho thuỷ ấn Tuy nhiên kỹ thuật DCT, biến thể kỹ thuật lại dùng chủ yếu cho giấu tin khả giấu lượng thông tin lớn Kỹ thuật giấu tin dùng hệ số DCT Các ảnh JPEG có tỷ lệ nén cao, chất lượng tốt, chúng sử dụng nhiều mạng Tuy nhiên tệp ảnh JPEG không phù hợp với xử lý bít ảnh dựa bảng mầu, dùng chúng để giấu liệu Ảnh JPEG sử dụng biến đổi Cosin rời rạc để thực nén ảnh Biến đổi cosin rời rạc phép biến đổi liệu tính xác giá trị cosin, có lỗi làm tròn Độ lệch liệu gốc liệu phục hồi lại sau biến đổi phụ thuộc vào giá trị phương pháp sử dụng để tính trị cosin rời rạc Cũng xử lý ảnh dùng biến đổi Fourier nhanh biến đổi (wavelet transformation) Thuật toán JPEG làm việc cách chia ảnh thành ma trận 8x8 Sau tính hệ số biến đổi cosin rời rạc cho ma trận Bước hệ số nhân với ma trận lượng hoá Kết thu làm tròn đến số nguyên gần nhất, cuối số nguyên nén lưu lại Các cấu tử DCT nơi giấu liệu Cách tiếp cận phổ biến chọn hệ số DCT lớn sử chút Vì hệ số lớn tức mức "năng lượng" cao nên làm thay đổi ảnh Một hướng khác chọn hệ số DCT vùng mà mắt người không nhìn thấy Các thuật toán JPEG tiếng áp dụng F5 JSteg dùng cách sửa DCT để nhúng liệu Cả hai phương pháp qua mắt thường không qua phương pháp phân tích thống kê Đây kỹ thuật giấu tin mà dung lượng tin giấu không lớn nên thường dùng nhiều công việc thuỷ ấn Kỹ thuật giấu tin dựa vào lượng hoá lỗi : Ý tưởng kỹ thuật lượng hoá lỗi theo sơ đồ cho trước Mức chênh lệch tín hiệu Δi tính cách lượng hoá chênh lệch hai điểm ảnh kề xi xi+1 Δi =Q(xi+1 - xi ) Khi lỗi sinh lượng hoá Tại đầu nhận Δi tính cộng vào với giá trị mẫu gần để tính xấp xỉ xi Khoá mật cho thuật toán bảng bít ứng với Δi Ví dụ: i -4 -3 -2 -1 1 1 0 Để cất bit thứ i mẩu tin vào ảnh phủ, trước hết tính Δi Nếu bit ứng với Δi không giống với bit bí mật, Δi thay với Δk gần với Δi có bít gán với trùng với bít bí mật Sau chuỗi Δi mã hoá entrôpi gửi Tại đầu nhận người ta tính lại Δi, sau dùng khoá bí mật (chính bảng ánh xạ trên) để lấy lại chuỗi 0, Trang - 35 - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin ảnh Dung lượng tin giấu phương pháp ít, nên thích hợp với việc thuỷ ấn Kỹ thuật giấu tin dựa mặt nạ lọc: Các kỹ thuật mặt nạ lọc giấu tin cánh đánh dấu ảnh theo cách tương tự kỹ thuật thuỷ ấn Vì kỹ thuật thuỷ ấn thiên tích hợp thông tin vào ảnh nên chúng không bị nén liệu Bằng cách phủ che mặt nạ tín hiệu yếu (nhưng nhận biết) với tín hiệu khác để làm tín hiệu yếu trở nên vô hình, khai thác điểm yếu hệ thống thị giác người không phát thay đổi nhỏ vùng thời gian ảnh Về mặt kỹ thuật mà nói thuỷ ấn dạng giấu tin Nếu nói cách chặt chẽ giấu tin giấu liệu vào ảnh thuỷ ấn mở rộng thông tin ảnh biến thông tin trở thành thuộc tính ảnh phủ, phục vụ mục đích xác thực quyền Các kỹ thuật mặt nạ phù hợp với sử dụng ác ảnh nén liệu JPEG kỹ thuật LSB tương đối miễn dịch phép xử lý ảnh nén, hay cắt xén Kỹ thuật giấu tin gần tương tự kỹ thuật thuỷ ấn nên dung lượng giấu tin không lớn … Nhận xét đánh giá chung kỹ thuật giấu tin: Lĩnh vực giấu tin giống mật mã học, nhiều hướng nghiên cứu tìm phương pháp kỹ thuật Ở hai lĩnh vực có tương đồng chỗ không nằm lĩnh vực mà phụ thuộc vào kết nghiên cứu lĩnh vực khác Nếu lúc toán học người ta nghĩ cách giải toán khó tìm hàm cửa lật chẳng hạn sở cho hệ mật mã Trong phương pháp nén ảnh mới, ví dụ Fractal hay biến đổi Wavelet xuất phát điểm cho nhiều hướng nghiên cứu giấu tin Các hướng nghiên cứu phát triển lĩnh vực giấu tin ảnh chịu ảnh hưởng số lĩnh vực khác, số có:  Nghiên cứu hệ thống thị giác người cảm nhận mầu sắc  Các phương pháp xử lý ảnh  Các cách nén ảnh  Các phép biến đổi ảnh Tập trung nghiên cứu khai thác "kẽ hở" lĩnh vực định hướng công tác nghiên cứu giấu tin ảnh Trang - 36 - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin ảnh CHƯƠNG III : MỘT SỐ CHƯƠNG TRÌNH ỨNG DỤNG GIẤU TIN TRONG ẢNH I Hide And Seek v4.1 Ứng dụng gồm số chương trình chạy DOS Colin Maroney viết để giấu tin vào ảnh GIF Tư tưởng chủ đạo giấu ngẫu nhiên, nên lượng thông tin cần giấu nhỏ dải khắp ảnh Tuy nhiên lượng thông tin nhiều vùng thay đổi dầy hơn, dễ bị phát Hạn chế chương trình dấu tối đa 19,000 byte hình hiển thị sử Một số kỹ thuật giấu tin ảnh mầu dụng 320 x 480 điểm ảnh Nếu ảnh sử dụng bé kích thước xuất vùng đen quanh ảnh II StegoDos Cũng số chương trình chạy DOS, sử dụng ảnh 320 x 200 điểm ảnh, 256 mầu để giấu tin III White Noise Storm Do Ray (Arsen) Arachelian viết, dễ dùng nhúng nhiều tin chương trình trước Ảnh mang không cần có kích thước cố định, tính vô hình cao IV.S-Tools for Windows Có lẽ chương trình giấu ảnh tốt Có thể giấu tin ảnh BMP, GIF, tệp âm WAV chí lên vùng chưa dùng đến đĩa mềm Giao diện đồ hoạ kéo thả Để giấu tin cần kéo biểu tượng tệp tin cần giấu thả lên ảnh Chương trình sử dụng số hệ mật mã DES, DES ba đoạn, IDEA MDC Trang - 37 - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin ảnh Tài liệu tham khảo: Kỹ thuật đồ hoạ máy tính - Đặng Văn Đức - Viện Công Nghệ Thông Tin – Trung tâm khoa học công nghệ quốc gia Luận văn cao học khoá 8,9 – Khoa Công Nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội Tài liệu giảng (file *.pdf) : Kỹ thuật đồ hoạ máy tính – Giáo viên TS.Đặng Văn Đức Các Website có liên quan Trang - 38 - [...]... Một số thuật toán giấu tin trong ảnh CHƯƠNG 2 : MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG ẢNH TĨNH Trong chương này, chúng ta tìm hiểu một số kỹ thuật xử lý điểm ảnh sử dụng trong kỹ thuật giấu tin và một số kỹ thuật giấu tin đang được sử dụng rộng rãi :  Một số kỹ thuật xử lý ảnh BITMAP  Mô hình của quá trình giấu tin trong ảnh số  Một số kỹ thuật giấu tin trong ảnh số I Một số kỹ thuật xử lý ảnh BITMAP trong. .. giải mã thông tin III Một số kỹ thuật giấu tin trong ảnh đen trắng và ảnh màu Các kỹ thuật giấu tin dựa trên giải pháp giấu tin vào miền quan sát : Kỹ thuật 1 - Giấu tin đơn giản : 1).Ý tưởng : Đây có thể là kỹ thuật đơn giản nhất trong các kỹ thuật giấu tin Ý tưởng cơ bản của thuật toán là chia một ảnh thành các khối nhỏ và với mỗi khối nhỏ đó sẽ giấu được một bít thông tin Các khối ảnh này chỉ gồm... không ảnh hưởng đến chất lượng ảnh mà số lượng tin giấu sẽ nhiều hơn Trang - 21 - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin trong ảnh Kỹ thuật 3 - Kỹ thuật giấu tin CHAN_PAN_TSENG Trong mục này đề cập đến một kỹ thuật đơn giản và đáng tin cậy để giấu những thông tin quan trọng vào trong một ảnh đen trắng (ảnh nhị phân) bằng cách sử dụng một khoá bí mật K (Private Key) và một ma trận trọng số do... các thuật toán đã trình bày Với kỹ thuật giấu tin : Giấu tin đơn giản và giấu tin bằng phương pháp WU_LEE, thì các thuật toán này chỉ cho phép giấu một bít vào trong một khối bít Do đó, kích thước khối bít càng lớn thì dẫn tới số bít được giấu trong ảnh là càng nhỏ Còn đối với thuật toán giấu tin trong ảnh CHENG_PAN_TSENG cho phép giấu nhiều bít hơn với [log2 (mn+1)] bit dữ liệu vào trong một khối ảnh. .. tin Các khối bit Giấu tin Các khối đã giấu thông tin Ghép khối File dữ liệu chứa các Bit LSB Ảnh đã được giấu tin Hình 2.1 : Quá trình giấu tin Trang - 14 - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin trong ảnh Ảnh chứa thông tin giấu Tách bit LSB File dữ liệu các bit LSB Tách khối Các khối bit Lấy tin Thông tin được giấu Ghép khối File thông tin giấu ban đầu Giải mã File thông tin giấu ban đầu Hình... hiện thuật toán : Trang - 15 - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin trong ảnh  Chuyển file thông tin cần giấu F sang dạng nhị phân, bởi thuật toán sẽ giấu từng bít thông tin vào trong ảnh Quá trình giải tin là biến đổi ngược, thu được file thông tin cần giấu  Đọc header của ảnh để lấy thông tin ảnh Sau đó, đọc toàn bộ dữ liệu ảnh vào một mảng hai chiều để sử dụng cho việc giấu tin Quá trình... tin trong ảnh chất lượng ảnh sẽ sau khi giấu tin sẽ tốt hơn Mỗi lần thuật toán cần thay đổi giá trị của ma trận trọng số, ta cần lưu lại giá trị thay đổi đó và giá trị này cũng được coi là khoá của thuật toán, như vậy độ an toàn của thuật toán càng tăng thêm Kỹ thuật giấu tin dựa vào giải pháp giấu tin vào miền tần số : Kỹ thuật giấu tin J.COX Thuật toán J.COX : Các bước của thuật toán chèn thông tin. .. thông tin cần giấu P Output: - Một ảnh đã được giấu thông tin Giấu tin: Để cho đơn giản chúng ta coi kích cỡ của ảnh F là bội của m*n Việc nhúng thông tin giấu vào trong ảnh sẽ được thực hiện bằng cách thay đổi một số bít của ảnh F theo quy tắc Bước 1: Chia ảnh F thành các khối nhỏ, mỗi khối có kích thước là m*n Trang - 19 - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin trong ảnh Bước 2: Với mỗi khối ảnh. .. 1 1 1 F’3 F’4 Như vậy, ta đã giấu xong thông tin B vào trong các khối theo thuật toán CHEN_PAN_TSENG 4 Phân tích đánh giá thuật toán : Độ an toàn của thuật toán : Trang - 26 - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin trong ảnh Đánh giá về độ an toàn của kỹ thuật giấu tin trong ảnh như đã trình bày ở trên, giả sử thuật toán lập mã là công khai, cũng giả sử thêm rằng ảnh môi trường F, giá trị r,... khối ảnh 3 Thuật toán giấu tin trong ảnh CHEN_PANG_TSENG Input: - F : Một ma trận ảnh gốc dùng để giấu thông tin F được chia thành các khối Fi , mỗi ma trận điểm ảnh Fi có kích thước là m*n, để cho đơn giản ta giả sử rằng F là bội của các Fi - K : Một ma trận khoá cấp m*n Trang - 22 - Đồ hoạ máy tính - Một số thuật toán giấu tin trong ảnh - W : Ma trận trọng số cấp m*n - r : Số lượng bít sẽ nhúng trong