11 ky thuat giau tin

BAN CƠ YẾU CHÍNH PHỦ HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ ThS TRẦN THỊ XUYÊN, ThS HOÀNG THU PHƯƠNG GIÁO TRÌNH KĨ THUẬT GIẤU TIN HÀ NỘI, 2013 BAN CƠ YẾU CHÍNH PHỦ HỌC VIỆN KỸ THUẬT MẬT MÃ ThS TRẦN THỊ XUN, ThS HỒNG THU PHƯƠNG GIÁO TRÌNH KĨ THUẬT GIẤU TIN HÀ NỘI, 2013 MỤC LỤC Mục lục .ii Danh mục từ viết tắt iii Danh mục bảng iv Danh mục hình vẽ .v Lời nói đầu .vii Chương Tổng quan kĩ thuật giấu tin .1 Chương Ẩn mã .15 Chương Thủy vân số 90 Tài liệu tham khảo 141 ii DANH MỤC TỪ VIẾT TẮT Kí hiệu BP Diễn giải Mặt phẳng bit (Bit Plane) CRT Định lí phần dư Trung hoa (Chinese Remainder Theorem) DCT Biến đổi Cosine rời rạc (Discrete Cosine Transform) DFT Biến đổi Fourier rời rạc (Discrete Fourier Transform) DWT Biến đổi sóng nhỏ rời rạc (Discrete Wavelet Transform) gcd IDCT Ước chung lớn (Greatest Common Divisor) Biến đổi Cosine rời rạc nghịch đảo (Inverse Discrete Cosine Transform) IDFT Biến đổi Fourier rời rạc nghịch đảo (Inverse Discrete Fourier Transform) IDWT Biến đổi sóng nhỏ rời rạc ngịch đảo (Inverse Discrete Wavelet Transform) LSB Bit quan trọng (Least Significant Bit) iii DANH MỤC BẢNG Bảng 1-1 So sánh ẩn mã thủy vân số Bảng 3-2 So sánh kĩ thuật nhúng thủy vân số miền không gian miền tần số 94 Bảng 3-3 Ví dụ bảng hệ số DCT 115 iv DANH MỤC HÌNH VẼ Hình 1-1 Lược đồ chung cho trình giấu tin .2 Hình 1-2 Lược đồ chung cho trình giải mã .3 Hình 1-3 Một thơng điệp bọn khủng bố FBI phát ngăn chặn kịp thời .7 Hình 1-4 Mối liên hệ số lượng liệu nhúng tính bền vững 11 Hình 2-5 Nguyên lí ẩn mã học 19 Hình 2-6 Hình ảnh nén thuật toán nén JPEG 31 Hình 2-7 Ba kênh cho định dạng nén JPEG 32 Hình 2-8 Các giá trị điểm ảnh hệ số DCT 33 Hình 2-9 Quá trình lượng tử hóa 34 Hình 2-10 Sắp xếp zíc zắc thành phần ảnh JPEG 35 Hình 2-11 Hình ảnh mặt phẳng bit giảm dần 38 Hình 2-12 Mơ tả q trình đảo bit để giấu tin thuật toán khối .46 Hình 2-13 Ma trận trọng số W .49 Hình 2-14 Khối x hệ số DCT .59 Hình 2-15 Các mặt phẳng LSB (a) ảnh “sạch” (b) ảnh nghi ngờ 71 Hình 2-16 Các mặt phẳng LSB (a) ảnh chưa nhúng tin (b) ảnh nghi ngờ 72 Hình 2-17 Sự khác biệt mặt phẳng LSB ảnh gốc (original image) ảnh giấu tin (stego images) .73 Hình 2-18 Ý nghĩa việc mã hóa thơng điệp: (a) nhúng trực tiếp sau chuyển đổi sang mã ASCII, (b) mã hóa thơng điệp trước nhúng 75 Hình 2-19 Mặt phẳng LSB nhúng dung lượng đầy đủ 76 Hình 2-20 Quá trình nhúng EzStego 79 Hình 2-21 Xác suất nhúng ảnh “sạch”: (a) ảnh “sạch” (0% nhúng), (b) đồ thị điểm giá trị p .84 Hình 2-22 Xác suất nhúng ảnh dùng Jsteg với dung lượng nhúng 50%: (a) ảnh nhúng, (b) đồ thị điểm giá trị p 84 v Hình 2-23 Xác suất nhúng ảnh dùng Jsteg với dung lượng nhúng 100%, (a) Ảnh nhúng, (b) đồ thị điểm giá trị p .85 Hình 2-24 Biểu đồ bit hình ảnh JPEG chưa nhúng .86 Hình 2-25 Biểu đồ bit hình ảnh JPEG dùng Jsteg .86 Hình 2-26 Biểu đồ bit hình ảnh JPEG dùng F3 87 Hình 2-27 Ảnh hưởng QF DCT: (a) khối x ảnh với QF = 90, (b) khối x ảnh với QF = 80 88 Hình 3-28 Hình ảnh nhúng thủy vân số 91 Hình 3-29 Mơ hình thủy vân số 95 Hình 3-30 Mơ hình nhúng thủy vân số 96 Hình 3-31 Mơ hình tách thủy vân 96 Hình 3-32 Đồ thị phân bố giá trị phát thủy vân ảnh phủ (cover image) ảnh stego image Tất vùng xám đậm xám nhạt khả tìm thủy vân 99 Hình 3-33 Sơ đồ phân chia miền tần số phép biến đổi DCT 101 Hình 3-34 Mơ hình nhúng thủy vân miền DCT 117 Hình 3-35 Mơ hình tách thủy vân 119 Hình 3-36 Các bước q trình mã hóa biến đổi DCT khối 121 Hình 3-37 Ma trận lượng tử 122 Hình 3-38 Sự khác sóng (a) sóng nhỏ (b) .123 Hình 3-39 Mơ hình DWT miền màu đỏ (Red) khối ảnh RGB MxN 124 Hình 3-40 Mơ hình IDWT ảnh RGB 125 Hình 3-41 Sơ đồ bảo vệ hình ảnh quảng cáo trực tuyến 130 Hình 3-42 Quy trình tạo xác thực thủy vân sản phẩm 131 vi LỜI NÓI ĐẦU Ngày nay, với phát triển Internet xuất phương tiện thông tin đại chúng, liệu số chép phổ biến dễ dàng Chính vấn đề bảo mật thơng tin ngày trở nên cấp bách Các thông tin cần bảo mật mã hố theo cách đó, nhiên với phương pháp thơng điệp mã hố lại tín hiệu tầm quan trọng liệu đó, nên thu hút ý đối phương Một hướng tiếp cận bảo mật giấu tin (Information Hiding), tức thông tin số cần bảo mật giấu vào đối tượng liệu số khác (gọi môi trường giấu tin) cho biến đổi mơi trường sau giấu tin khó nhận biết, đồng thời lấy lại thông tin giấu cần Một ưu điểm hướng tiếp cận giấu tin so với mã hoá tiếp cận mơi trường giấu tin đối phương khó xác định có thơng tin giấu hay khơng Ngồi phương pháp giấu tin cịn thể ưu rõ rệt nhiều ứng dụng phân phối tài liệu số, bảo vệ quyền… Cuốn giáo trình cung cấp cho bạn sinh viên chun ngành an tồn thơng tin nhìn tổng quan kĩ thuật giấu tin Nội dung giáo trình gồm chương: Chương Tổng quan kĩ thuật giấu tin: Trình bày số khái niệm bản, mơ hình phân loại giấu tin ứng dụng giấu tin thực tế Chương 2: Ẩn mã: trình bày kiến thức tổng quan ẩn mã, phân loại ẩn mã, độ an toàn ẩn mã trình bày ứng dụng phổ biến ẩn mã ẩn mã ảnh số hóa số phương pháp phân tích ẩn mã phổ biến vii Chương Thủy vân số: Trình bày khái niệm, phân loại mơ hình thủy vân số ứng dụng thủy vân với ảnh số hóa việc bảo vệ quyền, xác thực thông tin hay phát xuyên tạc thông tin Với kinh nghiệm thời gian hạn chế, việc chọn lọc trình bày vấn đề khơng thể tránh khỏi thiếu sót định Rất mong nhận ý kiến đóng góp quý báu độc giả CÁC TÁC GIẢ ThS HOÀNG THU PHƯƠNG ThS TRẦN THỊ XUYÊN viii CHƯƠNG TỔNG QUAN VỀ KĨ THUẬT GIẤU TIN 1.1 KHÁI NIỆM VỀ GIẤU TIN Cùng với bùng nổ Internet đa phương tiện, vấn nạn ăn cắp quyền, xuyên tạc thông tin, truy nhập thông tin trái phép gia tăng, địi hỏi phải khơng ngừng tìm giải pháp mới, hữu hiệu cho an tồn bảo mật thơng tin Một giải pháp nhiều triển vọng giấu tin, nghiên cứu phát triển khoảng 10 năm gần Giấu thông tin kĩ thuật nhúng (hay cịn gọi giấu) lượng thơng tin số vào đối tượng liệu số khác Kĩ thuật giấu tin nhằm hai mục đích: bảo mật cho liệu đem giấu, hai bảo vệ cho đối tượng mang tin giấu Hai mục đích khác dẫn đến hai kĩ thuật chủ yếu giấu tin Đó ẩn mã thủy vân số Nói chung giấu tin đa phương tiện tận dụng “độ dư thừa” phương tiện giấu để thực việc giấu tin mà người ngồi “khó” cảm nhận có thơng tin giấu 1.2 MƠ HÌNH GIẤU TIN CƠ BẢN Giấu thông tin vào phương tiện chứa tách lấy thông tin hai trình trái ngược - Biền đổi DWT liên quan tới hệ thống thị giác người biến đổi DCT Vì vậy, nén với tỉ lệ cao phương pháp DWT mà thay đổi ảnh khó nhận so với DCT với tỉ lệ tương tự - DWT thích hợp cho ứng dụng mà ảnh truyền liên tục khối lượng lớn liệu phải xử lí ứng dụng video hay hệ thống thời gian thực - Các dải tần với độ phân giải cao cho phép xác định vùng góc cạnh cấu trúc ảnh Nên DWT tăng cường giấu thủy vân vào hệ số DWT lớn hệ thống thị giác người nhận Nhược điểm: - Độ phức tạp tính tốn phương pháp DWT cao so với DCT - Việc sử dụng nhiều hàm sở DWT hay lọc sóng làm cho ảnh có vết vùng góc cạnh - Thời gian nén dài hơn, chất lượng ảnh thấp sử dụng DCT với tốc độ nén thấp 3.6 CÁC ỨNG DỤNG CỦA THỦY VÂN VỚI ẢNH SỐ HÓA Thủy vân ảnh số ứng dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực Tùy thuộc vào yêu cầu ứng dụng cụ thể mà kĩ thuật thủy vân ảnh số khác sử dụng Mục tập trung vào ứng dụng kĩ thuật thủy vân ảnh số số ứng dụng thực tế như: tăng cường tính pháp lí cho ảnh số, bảo vệ nhãn hiệu sản phẩm, phòng chống giả mạo chứng minh nhân dân/hộ chiếu với số ứng dụng khác 127 Hình ảnh công cụ hỗ trợ đắc lực cho quan thực thi pháp luật có vai trị pháp lí định Trước đây, hình ảnh thường chụp máy ảnh sử dụng hệ thống khí để điều khiển việc ghi nhận hình ảnh dựa vào tác dụng ánh sáng với hóa chất phim Và nhìn thấy kết cuối sau cuộn phim tráng rọi xong Vì mà việc chỉnh sửa hình ảnh khó quan luật pháp xem hình ảnh cảnh phạm tội, cảnh nạn nhân, trường chụp máy ảnh chứng vật lí hỗ trợ điều tra kết tội Tuy nhiên, với tiến khoa học công nghệ máy ảnh kĩ thuật số đời với nhiều ưu điểm tạo nhiều thay đổi Hiện nay, máy ảnh số ngày trở nên phổ biến nhiều người sử dụng với chất lượng hình ảnh ngày nâng cao Đồng thời, với phát triển Internet hình ảnh số dễ dàng chia sẻ tạo dễ dàng truy cập sở liệu Mặt khác, nhờ vào chương trình chỉnh sửa ảnh việc chỉnh sửa ảnh trở nên dễ dàng người nghiệp dư, tạo giả mạo "hoàn hảo" tới mức “khó” phân biệt đâu hình ảnh chỉnh sửa Nhãn hiệu hàng hóa dấu hiệu nhận biết làm nên giá trị thương hiệu Nhãn hiệu dấu hiệu để phân biệt hàng hoá, dịch vụ sở sản xuất, kinh doanh khác Nhờ có nhãn hiệu nên người dùng phân biệt hàng hố, dịch vụ chủ sở hữu nhãn hiệu với hàng hoá, dịch vụ chủ thể khác Tức nhãn hiệu tạo thành từ yếu tố dễ nhận biết, dễ ghi nhớ từ nhiều yếu tố kết hợp thành tổng thể dễ nhận biết, dễ ghi nhớ dễ kiểm tra Nhãn hiệu gồm: Nhãn hiệu gắn vào sản phẩm, bao bì sản phẩm để phân biệt sản phẩm loại sở sản xuất khác Nhãn hiệu dịch vụ gắn vào phương tiện dịch vụ để phân biệt dịch vụ loại sở kinh 128 doanh, dịch vụ khác Chẳng hạn quảng cáo mạng 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 bao bì có đặc trưng chống chép, giả mạo Xác thực trực tuyến Với phát triển mạng Internet, loại điện thoại thông minh (Smart Phone) với phát triển kĩ thuật thủy vân số làm cho q 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 bước quan trọng kinh doanh Trong thời đại công nghệ số ngày nay, để quảng cáo sản phẩm nhà sản xuất, người kinh doanh thường tạo ảnh sản phẩm đưa lên nhiều trang web để quảng bá cho sản phẩm Để biết sản phẩm đơn vị sản xuất quảng cáo thơng cáo quyền “© 2011 Corporation 129 X” thường sử dụng Tuy nhiên, kẻ xấu làm sai lệch thơng tin quảng cáo việc chỉnh sửa ảnh quảng cáo hay thay đổi thông cáo quyền Để giải vấn đề này, kĩ thuật kết hợp thủy vân ẩn thủy vân sử dụng, thủy vân dùng để xác định nguồn gốc sản phẩm thủy vân sử dụng để xác thực tính tin cậy thông tin quảng cáo thông qua việc xác thực trực tuyến theo sơ đồ hình Hình 3-41 Sơ đồ bảo vệ hình ảnh quảng cáo trực tuyến Theo sơ đồ trên, ảnh qua trình thu nhận ảnh từ thiết bị máy quét, máy ảnh số… chỉnh sửa tạo ảnh cho sản phẩm cần quảng cáo Sau thủy vân nhúng trước đăng tải ảnh trang web Khi người dùng quan tâm tới sản phẩm muốn xác thực thông tin quảng cáo gửi yêu cầu xác thực thông tin máy chủ (server) nhà sản xuất, hay trung tâm kiểm sốt việc đăng kí nhãn hiệu Máy chủ tiến hành trích xuất thủy vân đối sánh trả thông tin cho người sử dụng Bảo vệ nhãn hiệu sản phẩm 130 Người dùng cuối kiểm tra tính xác thực sản phẩm mà họ muốn mua nhà sản xuất theo dõi lần vết dựa đặc trưng nhãn hiệu sản phẩm mạng hay đơn giản thông qua thiết bị sử dụng phổ biến điện thoại di động Công nghệ bao gồm hai giai đoạn tạo bao bì sản phẩm có chứa thủy vân xử lí yêu cầu xác thực người dùng minh họa hình đây: Hình 3-42 Quy trình tạo xác thực thủy vân sản phẩm Người tiêu dùng dễ dàng kiểm tra tính xác thực sản phẩm thơng qua ảnh chụp nhãn hiệu sản phẩm gửi qua mạng thư điện tử trực tiếp từ điện thoại di động hay từ máy tính nhận kết kiểm tra Dữ liệu thủy vân nhúng ảnh dễ dàng trích xuất xác thực có yêu cầu người tiêu dùng Tuy nhiên vấn đề đặt làm để đảm bảo tính bí mật thủy vân, tức nhà sản xuất giải 131 mã xác thực thông tin thủy vân Phương pháp mã hóa thơng thường (RSA, Elgamal…) giải vấn đề lại gặp phải vấn đề tỷ lệ sai dương trình in quét ảnh làm cho việc giải mã gặp nhiều khó khăn Do cần có giải pháp cho vừa đảm bảo tính bí mật thủy vân lại vừa đảm bảo tính bí mật, tức trích xuất thủy vân tỷ lệ lỗi bit cao Nghiên cứu vấn đề bảo vệ quyền ảnh số nói chung vấn đề áp dụng kĩ thuật thủy vân cho ảnh số nói riêng, khơng hỗ trợ cho ứng dụng nêu mà ứng dụng nhiều lĩnh vực khác bảo vệ liệu y sinh học Giấu tin ảnh với việc kết hợp thủy vân nhiều kĩ thuật trộn ảnh, hàm băm, mã hóa…góp phần nâng cao mức độ an tồn cho thơng tin giấu Liên kết thẻ vật lí, ảnh số chip với kĩ thuật thủy vân Một thẻ thông minh đến tay người sử dụng phải trải qua nhiều công đoạn với tham gia nhiều nhân tố Trước hết trình sản xuất chip nhà sản xuất Tiếp theo việc phát triển phần mềm tương ứng với ứng dụng sản phẩm nhà sản xuất thẻ trước đến tay người sử dụng, thẻ cá thể hóa nhà cung cấp dịch vụ Như vậy, xem xét vấn đề bảo mật thẻ thông minh phải xem xét đến tất công đoạn, nhân tố tham gia môi trường công đoạn Tấn cơng hồn tồn thực thẻ đánh giá có độ an tồn cao người sử dụng khơng tự bảo vệ thẻ (ví dụ làm lộ mã PIN), hay nhà cung cấp dịch vụ không đảm bảo độ an tồn thơng tin liên quan đến người sử dụng mà họ quản lí (ví dụ làm lộ CSDL khách hàng) Ngay người sử dụng nhà cung cấp dịch vụ thắt chặt công tác bảo mật liệu, thẻ thơng minh bị công thân thẻ (phần cứng phần mềm) không bảo vệ Như vậy, thẻ thông minh thực 132 bảo vệ mắt xích vịng đời (life cycle) thẻ đạt đến độ an toàn định Tiến khoa học kĩ thuật làm tăng khả chứa liệu thẻ ID Một chip tích hợp thẻ điện tử thêm liệu bổ sung thêm nhiều tính cho thẻ điện tử, với phương pháp kí số, mã hóa tăng cường bảo mật, chống lại thay đổi thông tin thẻ Với chip sử dụng thuật toán bảo mật phức tạp đảm bảo an tồn truy cập tính tồn vẹn liệu, cơng nghệ khơng có nghĩa chống giả mạo hoàn toàn Với kĩ thuật tinh vi, kẻ giả mạo cơng mơ hình bảo mật chip thông qua việc kết hợp thành phần từ số thẻ hợp lệ để tạo tài liệu thẻ cước giả hay thay đổi liệu chứa chip Một dạng công khác tác động tới chip đầu đọc nhằm "phá vỡ" bảo mật chip thẻ, vô hiệu hóa đầu đọc thẻ chip Bởi chip thành phần bảo mật động có tỷ lệ thất bại thời gian thực, việc cố ý vơ hiệu hóa thẻ hay đầu đọc làm sai lệch quyền hạn hợp pháp thẻ hay chức đầu đọc thẻ tạo thêm quyền cho chủ thẻ khơng hợp lệ Ví dụ việc dùng tia laser chiếu vào mạch để mạch hoạt động khơng bình thường Qua việc xử lí kết khơng bình thường kẻ gian dị số thơng tin bí mật Một mối đe dọa thực tế khác với tổ chức phát hành thẻ việc kiểm tra thẻ là, tội phạm dễ dàng có thẻ trắng với chip hồn chỉnh Với thẻ trắng với thiết bị đọc ghi thông tin chứa chip, kẻ giả mạo dễ dàng kết hợp để tạo thẻ hợp lệ (ví dụ từ thẻ lấy cắp) Như vậy, để đảm bảo an tồn q trình sản xuất sử dụng thẻ thơng minh sử dụng kĩ thuật, phương pháp đơn lẻ mà đòi hỏi phải tạo lập nhiều lớp bảo vệ khác cho thẻ thông minh (bảo vệ theo chiều sâu) Trong phần tập trung tìm hiểu lớp bảo vệ cho thẻ 133 thơng minh sử dụng kĩ thuật thủy vân nhằm góp phần hỗ trợ nâng cao mức bảo mật tổng thể cho loại thẻ thơng minh có hình ảnh chủ sở hữu thẻ chứng minh thư số, thẻ hộ chiếu… Kĩ thuật thủy vân số có khả tạo lớp bảo mật có hiệu với thuộc tính ẩn Đồng thời kĩ thuật sử dụng phổ biến với chi phí rẻ, nghiên cứu phát triển nhiều năm qua nhằm mục đích chống giả mạo bảo vệ quyền Đặc trưng ẩn thủy vân số làm giảm tác động công thảo luận, sử dụng kết hợp với tính bảo mật chip tạo loại thẻ thơng minh có độ an tồn cao Kĩ thuật thủy vân số với thuộc tính ẩn tạo thành cấu trúc bảo mật cao, kết hợp văn bản, đồ họa với liệu số lưu trữ chip Với phương pháp tiếp cận giúp tăng cường tính tồn vẹn bảo mật tổng thể tài liệu Kĩ thuật thủy vân số sử dụng kĩ thuật trải phổ để ẩn liệu số thơng số độ chói hình ảnh Q trình nhúng thủy vân sử dụng kết hợp kĩ thuật sửa lỗi phát lỗi để tăng thêm tính bền vững tin cậy cho q trình trích xuất thủy vân Sau đó, thủy vân nhúng dạng chuỗi giả ngẫu nhiên giống nhiễu theo kĩ thuật trải phổ Quá trình phát bắt đầu cách cải thiện tỷ lệ tín hiệu nhiễu (SNRsignal-to-noise ratio) liệu nhúng ảnh số dựa liệu đặc biệt nhúng hình ảnh Sau đồng hóa dựa liệu số nhúng, hình ảnh lấy mẫu để thu thập số giả ngẫu nhiên nhúng Từ chuỗi giả ngẫu nhiên thu được, thủy vân giải mã lỗi phát sửa chữa Quá trình phát thủy vân khơng u cầu hình ảnh ban đầu, gọi trích xuất mù Chuỗi trải phổ giả ngẫu nhiên điều khiển sử dụng khóa bí mật Các khóa khác tùy theo tổ 134 chức phát hành thẻ, tài liệu trình đọc thẻ sử dụng hệ thống quản lí khóa an toàn để cấp quyền truy cập Chuỗi giả ngẫu nhiên làm cho thủy vân mạnh mẽ việc chống lại cơng Quy trình tạo liên kết thẻ vật lí, hình ảnh số chủ sở hữu thẻ chip với kĩ thuật thủy vân Trong đó: Các liên kết tạo thơng qua q trình đồng ảnh số chip: sử dụng thủy vân dễ vỡ nhúng số xê-ri chip (hay thông tin định danh chip) vào hình ảnh lưu trữ chip để đảm bảo hình ảnh chip nguyên mẫu không bị chỉnh sửa hay thay Sau q trình đồng chip ảnh in thẻ thực thông qua thủy vân bền vững nhúng số xê-ri chip (hay thông tin định danh chip) vào ảnh in thẻ tạo liên kết thực có hiệu chip với hình ảnh cho phép phát ảnh bị thay Cuối đồng ảnh in thẻ vật lí thực hiện: Nhúng liệu quan trọng từ thẻ vật lí vào ảnh in cho phép phát ảnh liệu bị thay Theo nghiên cứu tổ chức Digimarc (một tổ chức đầu việc nghiên cứu ứng dụng thủy vân) khuyến cáo việc kết hợp thông tin mô tả ảnh, tóm tắt thơng tin ghi thẻ, chuỗi số xê-ri chip vật lí nên theo cấu trúc có độ dài 96 bit để việc xác thực thực nhanh dễ dàng Kĩ thuật thủy vân bảo vệ quyền đồ số Để thực thủy vân đồ vecto số cần ý tới đặc điểm riêng loại liệu Dữ liệu ảnh vecto biểu diễn thông thường không gian liệu, tập hợp liệu thêm vào vài liệu sử dụng số, mô tả Mô tả không gian liệu, vùng địa lí đồ đối tượng mơ tả đối tượng địa lí giới thực ln nắm lấy ba yếu tố địa lí điểm, đường đa giác Tất đối tượng đồ định dạng 135 đỉnh có thứ tự Khơng gian liệu chuỗi tọa độ đỉnh sở hệ thống địa lí Tập hợp liệu mơ tả thuộc tính đối tượng đồ tên, loại, vài thông tin khác Hiển nhiên, thông tin ghi lại tập hợp liệu quan trọng thay đổi tùy tiện, tương tự cho liệu thêm vào kể Không gian để thủy vân quy định không gian liệu tọa độ đỉnh Một đồ vecto có dung sai rõ ràng, chúng đưa độ rộng tối đa cho làm méo tọa độ cho phép Việc thay đổi giá trị tọa độ dứt khốt phải nhỏ dung sai khơng làm suy giảm chất lượng đồ Có nhiều thuật toán thủy vân đề xuất ý tưởng chung thuật tốn trích chọn tập dãy đỉnh đồ vector, sau dãy biến đổi sang miền tần số phép biến đổi DCT, DFT… Thông thường với đồ số biến đổi DFT thường sử dụng tính bền vững với phép biến đổi hình học Sau thực biến đổi DFT Thủy vân thực phổ pha DFT cách chia pha DFT theo kích thước bước lượng tử hóa Thủy vân thực phổ biên độ DFT cách chia dãy hệ số L sau biến đổi DCT hay DFT thành dãy có kích thước Li với dãy Li mang không bit thông tin Việc chọn dãy L i để mang tin phụ thuộc vào kích thước đồ lượng thông tin thủy vân cần thiết cho lượng tin giấu dàn trải toàn đồ 3.7 CÁC THUẬT TOÁN KIỂM ĐỊNH THỦY VÂN Đây kĩ thuật sử dụng sau kĩ thuật thủy vân Thủy vân nhúng sau giải mã so sánh để kiểm định, chứng thực thủy vân Có thủy vân nhìn thấy mang ý nghĩa nhận biết cơng việc trở nên q đơn giản chẳng hạn thủy vân chuỗi mã ASCII mang 136 thơng tin tên tác giả, ngày tháng…thì giải mã dễ dàng nhận biết thông tin Hay thủy vân ảnh chẳng hạn giải mã ảnh tương tự ta nhìn thấy khác biệt hai ảnh Tuy nhiên, số trường hợp thủy vân chuỗi bit đấy, thủy vân chuỗi bit mang ý nghĩa thống kê nên thường sử dụng Vậy cơng việc nhận diện thủy vân không đơn giản Hoặc trường hợp thủy vân thông tin mang ý nghĩa nhận biết phải có kĩ thuật để kiểm định lượng thủy vân Kĩ thuật đơn giản tính tỉ lệ sai bit, chẳng hạn ta nhúng thủy vân có độ dài 1000 bit, giải mã thủy vân bị sai lệch bit so với ban đầu tỉ lệ sai 1/1000=10-3 3.8 CÁC LOẠI TẤN CÔNG THỦY VÂN SỐ Phương pháp thủy vân nên chống lại số phép xử lí ảnh thơng thường số cơng có chủ đích Cho đến chưa có hệ thống hồn hảo khơng rõ ràng việc liệu có tồn hay khơng hệ thống thủy vân an tồn tuyệt đối Vì vậy, thực tế thủy vân phải cân nhắc độ bền vững với thuộc tính khác lượng thơng tin giấu, tính ẩn… Dựa vào yêu cầu ứng dụng mà ảnh hưởng đến phương pháp thủy vân Nguyên tắc phương pháp thủy vân đảm bảo đủ tính bền vững cho cơng làm cho giá trị thương mại ảnh gốc bị ảnh hưởng Có thể có nhiều cơng hiểm độc khác xảy cách vơ tình cố ý hướng tới đối tượng có thủy vân Vì có nhiều phần mềm xử lí ảnh nên xảy nhiều cơng tính bền vững hệ thống thủy vân Mục tiêu công ngăn cản thủy vân không thực mục tiêu định sẵn Dưới số loại công thủy vân khác nhau: 137 Tấn cơng xóa bỏ (Removal Attack): Những cơng muốn xóa liệu thủy vân khỏi đối tượng cách lợi dụng thực tế thủy vân thường tín hiệu nhiễu thêm vào tín hiệu chủ đạo Tấn cơng nhiễu (Interference attack): công mà thêm nhiễu vào đối tượng có thủy vân Nén liệu, lượng tử hóa, nhiễu cộng, nhiễu nhân, … số ví dụ loại cơng Tấn cơng hình học(Geometric attack): Tất thao tác mà ảnh hưởng phương diện hình học ảnh lật ảnh, quay ảnh, cắt ảnh, … nên bị phát Tấn cơng cắt phía bên phải phần ảnh ví dụ kiểu cơng Tấn công giả mạo (Forgery attack): Là công mà dẫn đến việc chèn xóa, thay đổi phơng tương đương thay Tấn công an tồn (Security Attack): Nếu biết thuật tốn thủy vân kẻ cơng thử thực thêm sửa đổi để làm cho thủy vân bị vô hiệu để ước lượng sửa thủy vân Trường hợp hợp nói cơng lên an tồn Thuật tốn thủy vân xem an tồn thơng tin nhúng khơng thể bị phá hủy, bị phát bị giả mạo Tấn công giao thức (Protocol Attack): công mà mục tiêu phá hủy thông tin nhúng khơng vơ hiệu hóa việc phát thơng tin nhúng (vơ hiệu hóa thủy vân) Những công lợi dụng thực thi thủy vân Do thủy vân bền vững phải đảm bảo không bị suy ngược trở lại khơng thể bị chép Ví dụ cơng chép có mục tiêu chép thủy vân từ phương tiện truyền tin thành khác mà khơng cần biết khóa bí mật Tấn cơng mật mã (Cryptographic attack): Những công thực việc phá vỡ an tồn Ví dụ sử dụng phương pháp vét cạn để tìm khóa bí mật dùng thủy vân Một ví dụ khác kiểu cơng cơng 138 oracle Đối với kiểu công này, người ta tạo đối tượng khơng có thủy vân sử dụng thiết bị phát thủy vân công khai Những kiểu công giống với kiểu công sử dụng mật mã Tấn công chủ động (Active Attack): kẻ cơng thử cố tình xóa thủy vân đơn giản làm cho khơng bị phát Đây vấn đề lớn việc bảo vệ quyền, dấu vân tay hay điều khiển chép Tấn công thụ động (Passive Attack): kẻ cơng khơng thử xóa thủy vân mà đơn giản cố gắng xác định xem liệu có đặc trưng hay khơng Cox et al (2002) khuyến cáo việc bảo vệ thủy vân trước cơng thụ động việc quan trọng kênh liên lạc ngầm Tấn công thông đồng (Collusion Attack): Mục tiêu kẻ công giống với kiểu công chủ động phương pháp khác chút Để xóa thủy vân kẻ cơng sử dụng vài liệu mà chứa thủy vân khác để tạo nên thủy vân Đây vấn đề ứng dụng vân tay (ví dụ ngành cơng nghiệp phim ảnh) Tuy nhiên kiểu công không phổ biến kẻ cơng phải có khả truy nhập tới nhiều liệu Làm giảm chất lượng ảnh (Image Degradation): Kiểu công làm hỏng thủy vân bền vững cách xóa số phần ảnh Các phần bị thay chứa thơng tin thủy vân Những ví dụ kiểu cơng cắt, xóa hàng xóa cột Việc chèn nhiễu theo phân bố chuẩn kiểu công này, ảnh bị làm giảm chất lượng cách thêm nhiễu theo giá trị trung bình khác biệt Làm bật ảnh (Image Enhancement): kiểu công thực thao tác cuộn lại mà làm tính đồng thơng tin thủy vân ảnh Ví dụ làm cân biểu đồ tần số, tăng sắc nét, làm mịn ảnh, tăng độ lọc trung bình tăng độ tương phản 139 Nén ảnh (Image Compression): Để giảm không gian lưu trữ cắt giảm chi phí cho băng thơng truyền ảnh ảnh thường nén theo kĩ thuật nén JPEG JPEG2000 Những phương pháp nén làm liệu không tốt phương pháp nén không làm liệu Các phương pháp nén không làm liệu lấy lại thơng tin thủy vân thao tác giải nén Tuy nhiên kĩ thuật nén làm liệu tạo thay đổi mà lấy lại ảnh ban đầu giải nén Do xác suất lấy lại thông tin thủy vân thấp Biến đổi ảnh (Image Transformation): kiểu công cịn gọi cơng đồng hóa hay cơng hình học Phần mềm tiếng Stir Mark sử dụng cách làm méo hình theo phần nhỏ để làm sai thủy vân Các kiểu công hình học bao gồm quay ảnh, thay đổi tỉ lệ tịnh tiến gọi công RST Một số nhà nghiên cứu tập trung vào tính bền vững RST thiết kế hệ thống thủy vân bền vững tốn Bên cạnh việc biến đổi RST, kiểu biến đổi ảnh khác chẳng hạn thay đổi tỉ lệ, dịch chuyển, phản lại phép chiếu 3.9 BÀI TẬP 1) Lập trình để xây dựng chương trình nhúng trích xuất thủy vân file ảnh dùng kĩ thuật thủy vân số miền tần số DCT 2) Lập trình để xây dựng chương trình nhúng trích xuất thủy vân file ảnh dùng kĩ thuật thủy vân số miền tần số DWT 140 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] M.M Amin, P M Salleh, S Ibrahim, M.R Katmin “Information Hiding Using Steganography Năm 2003 [2] Jassim Mohmmed Ahmed, Zulkarnain Md Ali “Information Hiding Using LSB Technique” Năm 2011 [3] Raphael C.W.Phan, H.C.Ling “Steganalysis of Random Lsb Insertion Using Descrete Logarithms Proposed At CITA03” Năm 2003 [4] J.R.Krenn “Steganography and Steganalysis” Năm 2004 [5] Melinos Averkiou “Digital Watermaking” [6]Prabhishek Singh, R S Chadha “A survey of Digital Watermaking Techniques, applications and attacks” Năm 2013 [7] Phillip Bateman, “Imange Steganography steganalysis” Năm 2008 [8] Nguyễn Hạnh Phúc “Tổng quan kĩ thuật giấu tin giấu tin ảnh số” Khoa công nghệ thông tin Đại học Hàng Hải Năm 2007 141 ... việc giấu tin mà người ngồi “khó” cảm nhận có thơng tin giấu 1.2 MƠ HÌNH GIẤU TIN CƠ BẢN Giấu thông tin vào phương tiện chứa tách lấy thơng tin hai q trình trái ngược a Giấu thông tin vào phương... audio, … mơi trường để nhúng tin • Bộ nhúng thơng tin: chương trình thực việc giấu tin • Đầu ra: phương tiện có tin giấu Thơng tin giấu Phân phối Bộ nhúng thông tin Môi trường chứa (audio, ảnh,... trường chứa giấu tin Khóa giấu tin Hình 1-1 Lược đồ chung cho trình giấu tin b Tách thông tin: Tách thông tin từ phương tiện chứa diễn theo quy trình ngược lại với đầu thông tin giấu vào phương