Nghiên cứu phương pháp bảo vệ bản quyền ảnh số dựa trên kỹ thuật thủy vân số

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… Bài viết nghiên cứu về bảo vệ bản quyền ảnh số dựa trên kỹ thuật thủy vân số.

NGHIÊN CỨU PHƯƠNG PHÁP BẢO VỆ BẢN QUYỀN ẢNH SỐ DỰA TRÊN KỸ THUẬT THỦY VÂN SỐ Th.S Hoàng Xuân Trung Trung Tâm Tin hoc & Ngoại Ngữ - Đại học Công nghệ Quản lý Hữu Nghị Email: trunghx@utm.edu.vn Tóm tắt: Ngày phương pháp giấu thơng tin sản phẩm đa phương tiện dùng phổ biến ngồi vấn đề bảo mật cịn bảo vệ quyền, chống nhân bất hợp pháp, chống truy cập trái phép, chống xuyên tạc, chống giả mạo thông tin… Bài báo nghiên cứu bảo vệ quyền ảnh số dựa kỹ thuật thủy vân số Từ khóa: Thủy vân số, Mã hóa, Bảo mật, Giả mạo thơng tin Thủy vân số Trước đây, thủy vân tạo hoa văn hình trạm trổ với độ suốt định Khi đó, thủy vân thường biểu tượng hay hình ảnh nhận biết cách đưa ánh sáng để làm thủy vân nội dung thông tin Khi ngành công nghiệp số đời, kỹ thuật thủy vân (watermarking) nhắc tới việc thủy vân tín hiệu số Trong đó, thủy vân số tập bit thông tin nhúng vào đối tượng nhằm xác định thông tin nguồn gốc hay thông tin hợp lệ Thao tác đưa thủy vân vào môi trường số gọi thủy vân số (watermarking) Thủy vân số xem hình thức ẩn giấu tin (Steganography) Một ứng dụng tiêu biểu thủy vân ứng dụng phát hành tiền giấy Trong đó, họa tiết nhúng chìm vào tờ tiền sử dụng để xác định tờ tiền thật Tượng tự vậy, “thủy vân số” sử dụng “ liệu số đa phương tiện” để kiểm tra tính xác thực nội dung nguyên mẫu sản phẩm Như vậy, định nghĩa, “thủy vân số” q trình nhúng liệu vào đối tượng đa phương tiện theo cách đó, để sau phát trích xuất thủy vân cho mục đích xác thực nguồn gốc sản phẩm Thủy vân phần đặc trưng thông tin nhúng vào liệu cần bảo vệ Một yêu cầu quan trọng thủy vân khó để trích xuất gỡ bỏ từ đối tượng nhúng thủy vân khơng biết chìa khóa bí mật Phân loại thủy vân TẠP CHÍ KHOA HỌC 13 QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ nhúng thủy vân thực “miền không chìa khóa bí mật gian” Một khả khác thủy Thủy vân kỹ thuật thủy vân tùy theo “miền“miền nhúng” số” nơi chứa thủy vân Ví dụ, thủy vân tần Trong hình tiêu chí phân loại mà chia vân thực “miền khơng 2.1trình bàyMột khái sốlàloại thành nhiều loại khác gian” khảquát năngmột khác thủy vân “miền tần số” Trong hình 2.1trình bày khái khác a) Phân loại thủy vân theo miền nhúng: thủy vân quát số loại thủy vân khác Một tiêu chí để phân loại Hình Các loại kĩ thuật thủy vân b) Phân loại theo đối tượng Kĩ thuật thủy vân b) Phân loại theo đối tượng nhúng + Thủy vân ẩn đồng thời nhúng thủy vân: phân loại theo đối tượng đa phương thủy vân: Thủy vân hiển thị cho người xem Kĩ thuật thủy vân phân loại thơng tin thủy sản dạng hình tiện cần nhúng vânphẩm sau: theo đối tượng đa phương tiện cần nhúng mờ + Thủy vân ảnh thủy vân sau: Thủy vân ẩn bền vững nhúng + Thủy vân ảnh cách thay đổi điểm ảnh cho hệ thống cảm giác người nhận thấy + Thủy vân video phải chịu thao tác xử lý tín hiệu thơng thường (được gọi "tấn cơng") + Thủy vân âm phục hồi với chế giải mã + Thủy vân văn thích hợp mà Thủy vân ẩn dễ vỡ nhúng theo cách mà biến đổi hay giả c) Phân loại thủy vân theo cảm nhận mạo làm thay đổi hay phá hủy “thủy vân” người: Theo cảm nhận người, thủy vân chia làm ba loại khác sau: + Thủy vân + Thủy vân ẩn bền vững thủy vân ẩn dễ vỡ 14 TẠP CHÍ KHOA HỌC QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ Thủy vân đồng thời (dual watermark) kết hợp “thủy vân” ẩn “thủy vân” Xét theo tính bí mật thủy vân bền vững phân loại nhỏ sau: - Lược đồ “thủy vân” bí mật (private watermarking scheme): Cần tới ảnh gốc để trích xuất “thủy vân” Có hai loại Lược đồ thủy vân bí mật: Loại 1: yêu cầu ảnh bị biến đổi ảnh gốc trích xuất “thủy vân” Ảnh gốc sử dụng để tìm kiếm vị trí “thủy vân” ảnh bị biến đổi Loại 2: yêu cầu “thủy vân” q trình trích xuất kiểm tra, biết “thủy vân” có ảnh cần kiểm tra hay không Trong hai loại trích xuất “thủy vân” cần địi hỏi có chìa khóa bí mật Đối với loại thứ chìa khóa bí mật ảnh gốc, cịn loại thứ hai chìa khóa bí mật liệu bí mật sử dụng để nhúng vào ảnh (hay nói cách khác “thủy vân”) - Lược đồ “thủy vân nửa bí mật” (semiprivate watermarking): Không sử dụng ảnh gốc trình xác định thủy vân Tuy nhiên, lược đồ đưa thơng tin có diện thủy vân hay không - Lược đồ “thủy vân” mù” (blind watermarking): Trong lược đồ không yêu cầu ảnh gốc lẫn thủy vân nhúng q trình trích xuất thủy vân chống chép, giả mạo Những đặc - Lược đồ “thủy vân khố cơng khai” trưng nàywatermarking): chia (public-key Cịnthành gọi làhai “thủy vân” bất đối xứng (asymmetric loại theo cảm nhậnwatermarking) dựa Trong lược đồ này, chìa khóa để tìm kiếm trích thịxuất giác.“thủy vân” cơng khai với người trái ngược với thủy vân bí mật chìa khóa để tìm kiếm trích xuất thủy vân chìa khóa bí mật Biết khóa cơng khai “khó” tính khóa bí mật khóa bí mật sử dụng để nhúng loại bỏ thủy vân Tuy nhiên lược đồ đề xuất chưa có Lược đồ đảm bảo tính chất Một số ứng dụng thủy vân a, Nhãn hiệu hàng hóa vấn đề quyền Bảo vệ nhãn hiệu sản phẩm chống hàng giả, hàng nhập lậu thách thức lớn công đấu tranh bảo vệ thương hiệu bảo vệ người tiêu dùng Sự gia tăng phức tạp chuỗi cung ứng kinh tế toàn cầu ngày làm cho việc chứng thực nguồn gốc sản phẩm ngày khó khăn Đồng thời, sản phẩm từ thuốc tây, quần áo, điện thoại di động, mỹ phẩm đến thực phẩm bị làm giả, làm nhái với trình độ ngày tinh vi khiến người tiêu dùng khó phân biệt Nạn hàng giả, hàng nhái vô nhức nhối gây vấn đề đặc biệt nghiêm trọng Bài toán cấp thiết đặt người dùng làm để nhận diện xuất xứ mặt hàng thị trường, phân biệt sản phẩm thật giả Có nhiều giải pháp áp dụng giải pháp thường nhà sản xuất sản phẩm sử dụng sử dụng baocịn bì có Cácđóđặc trưng gọinhững đặc trưng chống chép, giả mạo Những đặc đặcnày trưng công khaichia với thành ngườihai loại trưng theo cảm nhận dựa thị giác sử dụng.(hình ảnh giải) Các đặc trưng gọi đặc ẩn sử ảnh trưng Các công đặc khai trưng với người dụng.(hình giải) nhìn thấy mắt thường hay cịn khơng thể nhìn thấy gọi làCác cácđặc đặc trưng trưng ẩn bí mật mắt thường hay cịn gọi đặc trưng bí mật Hình Một số phương pháp bảo vệ nhãn hiệu Nhiều nhà sản xuất sản phẩm thêm đặc trưng nhằm TẠP CHÍ KHOA HỌC 15 QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ bắt giữ có dán tem chống hàng giả Nhiều nhà sản xuất sản phẩm thêm đặc trưng nhằm bảo vệ bao bì sản phẩm họ Các đặc trưng bao gồm hình ảnh ba chiều, dập nổi, hoa văn, mã vạch hai chiều hay sử dụng loại mực in đặc biệt Tuy nhiên, đặc trưng yêu cầu người dùng phải đào nay, tạo có nhậncáo biếtsản nghệđược số ngày để quảng chứng thực sản phẩm hiệu Ngược lại, phẩm ngưởi đặc nhà trưng sản bảo xuất, vệ nhìnkinh thấy hiển nhiên kẻ xấu tìm biện pháp để doanh ảnh công Trênthường thực tế,tạo kỹ thuật làm hàng giả tinh visản tới mức loại tem chống phẩm đưa lên hàng giả bị làm giả, có nhiều loại hàng giả bị quanweb chức bắtbá giữ có sản dán nhiều trang đểnăng quảng cho tem chống hàng giả phẩm Để biết sản phẩm b, Ý tưởng mơ hình bảo vệ nhãn hiệu dovân đơnsốvị sản xuất quảng cáo với thủy thìthực mộttrực thơng bảnphát quyền Xác tuyếncáo Với triển “© mạng Internet, loại điện thoại thông minh 2011 Corporation X” Thường (Smart Phone) với phát triển kỹ thuật thủy vân số làm cho trình chứng thực sản phẩm hàng hóa trở nên dễ dàng hơn, tạo chiều hướng cho việc bảo vệ nhãn hiệu quảng cáo bao bì sản phẩm, bảo vệ nhãn hiệu quảng cáo Quảng bá thương hiệu sản phẩm sử dụng Tuy nhiên, kẻdoanh xấu thởi bước quan trọng kinh Trong đạilàm cơng số ngày quảng cáo cáo sản sainghệ lệch thôngnay, tinđểquảng phẩm nhà sản xuất, ngưởi kinh doanh thường tạo việc chỉnh ảnh vềsửa sảnbức phẩm ảnhcủa quảng đưa lên nhiều trang web để quảng bá cáosảnhay thay thơng cáosản bảnphẩm cho phẩm củađổi Để biết đơn vị sản xuất quảng cáo quyền Để giải vấn đề thơng cáo quyền “© 2011 Corporation X” Thường xấu có kỹ thuật kết sử hợpdụng thủyTuy vânnhiên, ẩn kẻ thủy thể làm sai lệch thông tin quảng cáo việc vân sửa hiệnbức dụng, đổi chỉnh ảnh sử quảng cáotrong hay thay thông cáo quyền Để giải vấn đề thủy vân dung để xác định kỹ thuật kết hợp thủy vân ẩn thủy vân gốc dụng, thủy vân nguồn sảnsửphẩm dung để xác định nguồn gốc sản phẩm Hình Sơ đồ bảo vệ hình ảnh quảng cáo trực tuyến Theo sơ đồ trên, ảnh qua Theo sơ đồ trên, ảnh qua trình thu trìnhtừthu nhận từ thiết bị nhận ảnh thiếtảnh bị máy quét, máy ảnh số… đượcmáy chỉnhảnh sửa số… tạo rasẽ ảnh máysẽquét, cho sản phẩm cần quảng cáo Sau thủy chỉnh sửa tạo ảnh cho sản 16 TẠP CHÍ KHOA HỌC quảng cáo gửi yêu cầu xác thực vân nhúng trước đăng tải ảnh thông tin củadùng nhàquan sản tâm trang web.server Khi người tớixuất, sản thực thông hayphẩm trungmuốn tâm xác kiểm soát việctin quảng cáo gửi u cầu xác thực thơng tin đăng kí nhãn hiệu Server tiến phẩm cáo Sau thủy QUẢN cần LÝ VÀquảng CƠNG NGHỆ hành trích xuất thủy vân đối sánh vân nhúng trước đăng trả thông tin cho người sử dụng trên server nhà sản xuất, hay trung tâm kiểm soát việc đăng kí nhãn hiệu Server tiến hành trích xuất thủy vân đối sánh trả thông tin cho người sử dụng c, Tiền xử lý thủy vân Vấn đề đặt hệ thống thuỷ vân định dạng thủy vân, nghĩa thơng tin giấu vào bên ảnh nhãn hiệu? Kiểu thuỷ ấn hay sử dụng chuỗi kỹ tự mã ASCII, nhúng trực tiếp lên ảnh mang thông tin tác giả, tiêu đề hay ngày tháng…Tuy nhiên, chuỗi kí tự mã ASCII lại bị hạn chế kỹ tự biểu diễn nhiều bít lí bít bị lỗi làm sai kí tự cần phép biến đổi đơn giản làm cho thuỷ ấn bị sai lệch nhiều Chúng ta sử dụng thủy vân dạng ảnh, ta có ảnh giấu ảnh Khi trích xuất thủy vân ảnh bị biến đổi, số điểm ảnh sai hình tổng thể thủy vân giữ nguyên Như vậy, khả khôi phục thủy vân dạng ảnh có tốt nhiều so với thủy vân ấn ký tự, nên hệ thống thủy vân sử dụng thông tin nhúng dạng ảnh số Vấn đề đặt phương pháp sử dụng để đảm bảo tính bí mật thủy vân kỹ thuật thủy vân bị phát - Kỹ thuật trộn Arnold Để khắc phục nhược điểm phương pháp mã hóa thủy vân trước tiên thủy vân trộn để đảm bảo việc nhúng thủy vân chống việc lấy mẫu lại cải thiện tính bền vững Kỹ thuật trộn ảnh sử dụng số thuật toán nhằm xáo trộn điểm ảnh hình ảnh, tổng số điểm khơng thay đổi Bởi trộn ảnh thủy vân loại bỏ khoảng cách tương đối điểm ảnh nên làm tăng tính bền vững thủy vân chống lại thao tác lấy mẫu Sau thủy vân xử lý thuật toán trộn, kẻ cơng phát thủy vân khơng thể khôi phục thủy vân gốc khóa thuật tốn trộn Bằng cách này, tính bí mật mờ an tồn thủy vân tăng cường Trong Lược đồ thủy vân đây, thuật toán trộn Arnold chọn làm phương pháp tiền xử lý cho tín hiệu thủy vân, thuật toán đơn giản theo chu kỳ Biến đổi Arnold phương pháp biến đổi tốt theo lý thuyết, gọi ánh xạ Arnold (Arnold mapping) Biến đổi Arnold đề xuất tác giả V.I.Arnold nghiên cứu lý thuyết tiến trình ngẫu nhiên vật lý - Lược đồ thủy vân Một thông tin mang ý nghĩa quyền sở hữu sản phẩm dạng ảnh xáo trộn sử dụng thuật toán trộn trình bày trên, sau nhúng dạng chuỗi giả ngẫu nhiên (pseudo random) vào ảnh nhãn hiệu sản phẩm Trong q trình nhúng thơng tin, kỹ thuật thủy vân miền tần số sử dụng (biến đổi DWT, DCT, DFT…) để đảm bảo tính bền vững cao thủy vân Cụ thể theo sơ đồ sau: TẠP CHÍ KHOA HỌC 17 QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ quyền sở hữu sản phẩm Hình Sơ đồ khối q trình nhúng (b) trích xuất, xác thực thủy vân Đánh giá chung phương pháp bảo vệ quyền hình ảnh a, Ưu điểm Bài báo tập trung tìm hiểu đặc trưng ảnh số vấn đề bảo vệ quyền ảnh số Đồng thời, báo nghiên cứu, tìm hiểu đánh giá số kỹ thuật thủy vân ảnh, tập trung chủ yếu vào kỹ thuật thủy vân bền vững, tính ẩn cho phép trích xuất thủy vân mà không cần tới ảnh gốc Các kỹ thuật thủy vân miền không gian miền tần số dựa phép biến đổi DCT, DFT, DWT lược đồ thủy vân kết hợp Từ làm sở để ứng dụng giải số vấn đề thực tiễn như: nâng cao tính 18 TẠP CHÍ KHOA HỌC QUẢN LÝ VÀ CƠNG NGHỆ pháp lý cho ảnh số, bảo vệ nhãn hiệu sản phẩm, tăng tính bảo mật cho thẻ thơng minh bảo vệ quyền đồ số Bên cạnh đó, việc tìm hiểu kỹ thuật thủy vân ảnh số hỗ trợ làm tăng mức độ an toàn lĩnh vực giấu tin việc kết hợp nhiều kỹ thuật trộn ảnh, mã hóa… b, Nhược điểm Tuy nhiên thời gian thực tế khoảng thời gian chưa đủ dài để em vừa tham gia thực tế hoàn thiện sản phẩm ứng dụng hồn chỉnh Vì q trình thực đề tài cịn gặp vài sai sót q trình phân tích xây dựng chương trình Mong rằng, đề tài nhận sư quan tâm góp ý Thầy, Cô giáo bạn để đề tài phát triển tốt giúp thân em có nhiều kiến thức vững Kết luận Bài báo nghiên cứu, tìm hiểu đánh giá số kỹ thuật thủy vân ảnh, tập trung chủ yếu vào kỹ thuật thủy vân bền vững, tính ẩn cho phép trích xuất thủy vân mà không cần tới ảnh gốc Các kỹ thuật thủy vân miền không gian miền tần số dựa phép biến đổi DCT, DFT, DWT lược đồ thủy vân kết hợp Từ làm sở để ứng dụng giải số vấn đề thực tiễn như: nâng cao tính pháp lý cho ảnh số, bảo vệ nhãn hiệu sản phẩm, tăng tính bảo mật cho thẻ thông minh bảo vệ quyền đồ số Bên cạnh đó, việc tìm hiểu kỹ thuật thủy vân ảnh số hỗ trợ làm tăng mức độ an toàn lĩnh vực giấu tin việc kết hợp nhiều kỹ thuật trộn ảnh, mã hóa…bù đắp cho hạn chế kỹ thuật thủy vân TÀI LIỆU THAM KHẢO: [1] S H Low, N.F Maxemchuk, A.M.Lapone , “ Document Identification for Copyright Protection Using Centroid Detection on Communication” , Vol 46, No.3,372-383 [2] Kang, H., “A vector watermarking using the generalized square mask” , Proc.of the International Conference on Information Technology: Coding and Computing, Las Vegas, NV, USA, pp.234-236 [3] Artech House, computer security series, “ Information Hiding Techniques for Steganography and Digital Watermarking” , nhà xuất stefan katzenbeisser, FabienA.P.petitcolas TẠP CHÍ KHOA HỌC 19 QUẢN LÝ VÀ CÔNG NGHỆ ... số vấn đề bảo vệ quyền ảnh số Đồng thời, báo nghiên cứu, tìm hiểu đánh giá số kỹ thuật thủy vân ảnh, tập trung chủ yếu vào kỹ thuật thủy vân bền vững, tính ẩn cho phép trích xuất thủy vân mà khơng... báo nghiên cứu, tìm hiểu đánh giá số kỹ thuật thủy vân ảnh, tập trung chủ yếu vào kỹ thuật thủy vân bền vững, tính ẩn cho phép trích xuất thủy vân mà không cần tới ảnh gốc Các kỹ thuật thủy vân. .. thủy vân dạng ảnh, ta có ảnh giấu ảnh Khi trích xuất thủy vân ảnh bị biến đổi, số điểm ảnh sai hình tổng thể thủy vân giữ nguyên Như vậy, khả khôi phục thủy vân dạng ảnh có tốt nhiều so với thủy