2.2. Ảnh số
2.2.4.2. Giấu tin trong ảnh màu
Có nhiều lựa chọn phƣơng pháp giấu tin trong ảnh mầu hơn ảnh đen trắng. Tin giấu trong ảnh mầu khó bị phát hiện hơn trong ảnh đen trắng. Ảnh mầu đối với máy tính chỉ là một mảng các số thể hiện cƣờng độ sáng tại mỗi điểm ảnh (pixels). Các điểm ảnh tạo nên ảnh mành. Một ảnh 640 x 480 pixels, sử dụng 256 mầu (8 bits cho một điểm) là ảnh phổ biến. Một ảnh nhƣ vậy có thể chứa chừng 300 kilobits dữ liệu.
Yêu cầu kỹ thuật đối với giấu tin trong ảnh màu:
1) Chất lƣợng ảnh phủ vẫn đảm bảo, dữ liệu nhúng phải không thấy đƣợc bằng mắt thƣờng
2) Dữ liệu nhúng cần phải đƣợc mã hoá trực tiếp vào dữ liệu ảnh chứ không vào phần khác, nhƣ vậy mới giữ đƣợc cho nhiều dạng tệp khác nhau
3) Dữ liệu nhúng phải bền vững với các sửa đổi và tấn công từ bên ngoài. Các tác động, ví dụ nhiễu trên đƣờng truyền, lọc, lấy mẫu, cắt xén, mã hoá, nén mất dữ liệu, in, quét, biến đổi số sang tƣơng tự và ngƣợc lại phải tác động đến dữ liệu ít nhất
4) Khuyến khích mã hoá sửa lỗi để đảm bảo toàn vẹn dữ liệu. Vì điều khó tránh khỏi là dữ liệu nhúng cũng sẽ bị mất nếu biến đổi ảnh mang
5) Khuyến khích các phƣơng pháp giấu cho phép phục hồi tin không cần đến ảnh gốc.
Các phƣơng pháp:
Có thể chia các phƣơng pháp giấu tin trong ảnh hiện nay thành ba nhóm sau: 1) Nhúng vào các bít có trọng số thấp (LSB)
2) Các phƣơng pháp dựa vào kỹ thuật biến đổi ảnh, ví dụ biến đổi từ miền không gian sang miền tần số
3) Các phƣơng pháp sử dụng mặt nạ giác quan
Nhóm phƣơng pháp nhúng thông tin vào các bít có trọng số thấp của ảnh hay đƣợc áp dụng trên các ảnh bitmap không nén và các ảnh dùng bảng mầu (nhƣ GIF, TIF). Ý tƣởng chính của phƣơng pháp này là lấy từng bít của mẩu tin mật rồi rải nó lên ảnh mang, gài vào các bít có trọng số thấp của điểm bị rải trúng.
Nhóm phƣơng pháp dựa trên các phép biến đổi ảnh lợi dụng việc biến đổi ảnh từ miền biểu diễn này sang miền biểu diễn khác để giấu các bít tin. Một ví dụ của hệ thống sử dụng phƣơng pháp này là "Jpeg-Jsteg", phần mềm này nhúng thông tin bằng cách điều chế các hệ số của phép biến đổi Cosin rời rạc theo các bít tin cần giấu và sự làm tròn lỗi khi lƣợng hoá. Một số các phƣơng pháp khác thuộc nhóm này sử dụng ảnh nhƣ mô hình vật lý với các dải phổ thể hiện mức năng lƣợng. Khi đó giấu tin giống nhƣ việc điều chế một tín hiệu dải hẹp vào một dải tần rộng (ảnh phủ).
Nhóm phƣơng pháp dùng mặt nạ giác quan dựa trên nguyên lý đánh lừa hệ thống giác quan của con ngƣời, một số điểm yếu của hệ thống giác quan là:
- Hiệu ứng mặt nạ của các cạnh
- Khả năng nhạy cảm kém đối với các thay đổi nhỏ trong độ chói trên các - Mảng ảnh có cấu tạo ngẫu nhiên
- Sự nhạy cảm kém đối với các tần số miền không gian thấp, ví dụ sự thay đổi liên tục của độ sáng trên ảnh.
"Mặt nạ" ở đây ám chỉ hiện tƣợng mắt ngƣời không cảm nhận đƣợc một tín hiệu nếu nó ở bên cạnh một tính hiệu nhất định nào đó.
Nếu phân chia các phƣơng pháp theo định dạng ảnh thì có hai nhóm chính:
1) Nhóm phƣơng pháp phụ thuộc định dạng ảnh: đặc điểm của nhóm này là thông tin giấu dễ bị "tổn thƣơng" bởi các phép biến đổi ảnh. Trong nhóm này lại chia ra theo dạng ảnh, có các phƣơng pháp cho
- Ảnh dựa vào bảng mầu - Ảnh JPEG
2) Các phƣơng pháp độc lập với định dạng ảnh: đặc trƣng của các phƣơng pháp nhóm này là lợi dụng vào việc biến đổi ảnh để giấu tin vào trong đó, ví dụ giấu vào các hệ số biến đổi. Nhƣ vậy có bao nhiêu phép biến đổi ảnh thì cũng có thể có bấy nhiêu phƣơng pháp giấu ảnh. Các phép biến đổi nhƣ:
- Phƣơng pháp biến đổi theo miền không gian (spacial domain) - Phƣơng pháp biến đổi theo miền tần số (DCT, DFT, Wavelet) - Các biến đổi hình học
Dĩ nhiên các phƣơng pháp nhóm thứ hai có nhiều ƣu điểm hơn về tính bền vững, tuy nhiên lƣợng thông tin giấu đƣợc sẽ ít hơn và cài đặt cũng sẽ phức tạp hơn.
Nếu phân các phƣơng pháp theo đặc điểm kỹ thuật có:
1) Phƣơng pháp thay thế
- Thay thế các bit dữ liệu trong bản đồ bit (bit plane) - Thay thế bảng mầu (palette)
2) Phƣơng pháp xử lý tín hiệu
- Các phƣơng pháp biến đổi ảnh (Transform) - Các kỹ thuật điều chế dải phổ
3) Các phƣơng pháp mã hoá (coding) - Lƣợng hoá, dithering
- Mã hoá sửa lỗi
4) Các phƣơng pháp thống kê - kiểm thử giả thuyết 5) Phƣơng pháp sinh mặt nạ - Fractal
Vì là lĩnh vực mới phát triển nhƣng lại có ứng dụng phong phú nên sẽ còn có nhiều phƣơng pháp giấu tin trong ảnh đã đƣợc nghiên cứu.
Có thể liệt kê một số kỹ thuật giấu tin trong ảnh nhƣ: - Giấu tin vào các bit có trọng số thấp
- Giấu tin dựa trên bảng màu - Kỹ thuật trải phổ
- Kỹ thuật dùng hệ số của phép chiếu trực giao - Kỹ thuật dùng hệ số DCT (Jpeg)
- Kỹ thuật lƣợng hoá lỗi - Kỹ thuật mặt nạ và lọc - Kỹ thuật rải vào miền tần số
- Kỹ thuật dựa trên biến đổi Mellin-Fourier
- Kỹ thuật giấu vào các đối tƣợng dùng các hệ số của phép biến đổi hình học. Nếu một lúc nào đó trong toán học ngƣời ta có thể nghĩ ra cách giải các bài toán khó hoặc tìm ra một hàm cửa lật chẳng hạn thì có thể đó sẽ là cơ sở cho một hệ mật mã mới. Trong khi một phƣơng pháp nén ảnh mới, ví dụ Fractal hay biến đổi Wavelet có thể là xuất phát điểm cho nhiều hƣớng nghiên cứu giấu tin mới. Các hƣớng nghiên cứu phát triển trong lĩnh vực giấu tin trong ảnh chịu ảnh hƣởng của một số lĩnh vực khác, trong số đó có:
Nghiên cứu hệ thống thị giác con ngƣời và sự cảm nhận mầu sắc - Các phƣơng pháp xử lý ảnh
- Các cách nén ảnh - Các phép biến đổi ảnh
Tập trung nghiên cứu khai thác các "kẽ hở" của các lĩnh vực trên là định hƣớng chính của công tác nghiên cứu giấu tin trong ảnh.
Nhận xét:
Trong các kỹ thuật giấu tin trong môi trƣờng đa phƣơng tiện đƣợc nghiên cứu thì giấu tin trong ảnh đƣợc nghiên cứu nhiều nhất. Đó là vì kích thƣớc của ảnh phù hợp để trao đổi liên lạc.
Trƣớc đây, ngƣời ta thƣờng nghiên cứu giấu tin trong các ảnh đen trắng và ảnh đa cấp xám. Giấu tin trong các loại ảnh này có ƣu điểm là dễ thực hiện. Tuy nhiên dung lƣợng nhúng lại bị hạn chế. Hơn nữa, ảnh đen trắng đã không còn phổ biến nhƣ trƣớc, do vậy nếu sử dụng ảnh đen trắng để giấu tin rất dễ bị ―nghi ngờ‖. Ngƣời ta đã nghiên cứu nhiều kỹ thuật giấu tin trong ảnh màu. Do đặc điểm của ảnh màu là dung lƣợng lớn, có nhiều phép biến đổi thực hiện trên ảnh màu, do vậy các kỹ thuật giấu tin trong ảnh màu cũng đa dạng hơn, dung lƣợng giấu cũng cao hơn nhiều so với ảnh đen trắng. Hiện nay, các nghiên cứu về giấu tin trong ảnh cũng chủ yếu tập trung vào ảnh màu.
Đối với giấu tin mật trong ảnh màu, phƣơng pháp LSB đƣợc sử dụng nhiều nhất. Loại ảnh tốt nhất để giấu thông tin là ảnh BMP 24 bit. Lý do là bởi vì đây là loại file lớn nhất, có chất lƣợng tốt nhất. Khi một ảnh có chất lƣợng cao và độ phân giải tốt thì rất dễ dàng che giấu thông tin bên trong nó.
Mặc dù ảnh BMP 24 bit là tốt nhất để giấu thông tin mật, nhiều ngƣời lại muốn chọn ảnh BMP 8bit hoặc các định dạng ảnh khác nhƣ ảnh GIF, ảnh JPEG, lý do là việc truyền tải các bức ảnh có kích thƣớc lớn có thể gây ra sự nghi ngờ.
Đối với ảnh GIF, vì sử dụng kỹ thuật nén LZW nên một sự thay đổi dù nhỏ đối với các bit của ảnh cũng có thể tạo ra sự phá hủy đối với ảnh. Do vậy, việc tiến hành giấu tin trong ảnh GIF cũng phải đảm bảo vấn đề này.
Tất cả các định dạng ảnh đều có các phƣơng pháp khác nhau để giấu tin mật, với các điểm yếu và điểm mạnh khác nhau. Có kỹ thuật thì bị hạn chế về dung lƣợng, có thì thuật thì lại bị hạn chế về tính bền vững. Vì vậy, khi lựa chọn giải thuật giấu tin cần phải văn cứ vào loại ứng dụng và phải đảm bảo các đặc điểm an ninh an toàn.