CHƯƠNG II. MỘT SỐ KỸ THUẬT ĐÁNH DẤU ẨN BẢO VỆ BẢN QUYỀN SỐ TRÊN MIỀN KHÔNG GIAN VÀ MIỀN HỆ SỐ BIẾN ĐỔI
I. Đánh dấu ẩn dựa trên miền không gian
1. Giải thuật thay thế bit có trọng số thấp nhất
Sử dụng giải thuật dùng bit có trọng số thấp nhất thì chúng ta có thể ẩn được một lượng lớn các thông tin mà rất ít ảnh hưởng đến chất lượng của ảnh.
Kỹ thuật này được thực hiện trên miền không gian. Quá trình nhúng dấu thông tin Watermark được thực hiện bằng cách chọn một tập con trong số các điểm ảnh và thay thế bit có giá trị thấp nhất của tập con được chọn đó bởi một bit miêu tả dấu thông tin Watermark. Quá trình giải mã dấu thông tin Watermark được thực hiển bởi quá trình giải mã lần lượt các bit có trọng số thấp thấp trong mỗi khối các điểm ảnh được lựa chọn. Nếu bit giải mã được phù hợp với bit được chèn thì dấu Watermark được xem như là đúng. Tuy nhiên các bit giải mã được không phải phù hợp được một cách hoàn toàn chính xác với các bit được chèn. Do vậy mà cần có một giá trị đo độ tương quan giữa giá trị gốc và giá trị giải mã được. Nếu độ tương quan này trên một ngưỡng cụ thể nào đó, thì giải thuật giải mã được xem là có thể xác định được dấu Watermark.
Quá trình triển khai giải thuật này rất đơn giản. Tuy nhiên điều quan trong là quá trình chọn các tập điểm ảnh thì nên chọn như thế nào, quá trình biến đổi các điểm ảnh được lựa chọn như thế nào. Một cách để chúng ta thực hiện điều này là sử dụng một bộ phát sinh số ngẫu nhiên. Và trong quá trình giải mã thì chúng ta cũng thực từng bước theo thứ tự ngẫu nhiên này.
Tiến trình thực hiện :
Quá trình nhúng dấu ẩn vào hình ảnh
- Mục đích: Đưa một đoạn thông điệp N bit (W) vào image A.
- Thực hiện :
• Chia image A làm N khối có chiều dài bằng nhau hoặc gần bằng nhau tương ứng với kích thước của dấu ẩn.
• Trên mỗi khối: lấy ngẫu nhiên 1 bit có trọng số nhỏ nhất của 1 điểm ảnh thuộc khối đó(ta có thể chọn cố định bit có trong số nhỏ nhất của byte đầu tiên, tuy nhiên làm theo cách này thì watermark dễ bị phá bỏ hơn).
• Trên mỗi khối thay thế 1 bit được chọn bằng 1 bit trong dấu ẩn W.
• Thu được một hình ảnh A’ và một khoá key, khoá này cho biết vị trí của bit trong khối i được thay thế.
Đánh giá:
Bởi vì ta dùng bit có trọng số nhỏ nhất để chứa message nên trong các tác vụ xử lý ảnh thông thường người ta có thể bỏ qua bit này mà chất lượng của ảnh không hề giảm. Do đó cách đưa watermark vào image theo cách trên sẽ không bền vững.
Quá trình kiểm tra dấu ẩn:
-Mục đích: kiểm tra xem ảnh A’ có chứa watermark hay không?
-Cách làm:
• Giá trị vào: A, A’, và key.
• Dựa vào key ta lấy được các bit bị thay đổi trong giải thuật embed ở trên.
• So sánh xem A và A’ chỉ khác nhau ở các vị trí quy định trong các bit hay không?
• Nếu đúng thì A’ chứa watermark từ A, ta có thể thu được watermar W bằng cách lấy lại các bit thay đổi ở trên.
Nhận xét:
Bởi vì so sánh A’ và A đòi hỏi phải giống nhau ở tất cả các vị trí còn lại nên khi ảnh A’ bị nhiễu hoặc bị thay đổi do các hành động thông thường như cắt ảnh … thì giải thuật trên không phát hiện được. Trong thực tế thì khi thực hiện giải thuật này người ta không yêu cầu phải so sánh chính xác, mà có một sai số cho phép, nếu kết quả của quá trình so sánh A và A’ nhỏ hơn sai số cho phép này thì xem như A’ được sinh ra từ A.
Ảnh
Dấu ẩn 0 1 0 0 0 0 0 1
Quá trình nhúng chữ A vào điểm ảnh của một ảnh 3 24 bit màu
0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1
Ảnh đã được nhúng thông tin
0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 0 0 1
Hình 2.1 Quá trình nhúng thông tin vào ảnh theo LSB : Tính bền vững và tính không cảm nhận được của giải thuật:
Chất lượng về mặt cảm nhận của ảnh là không thay đổi đáng kể bởi vì các bit thuộc về dấu thông tin Watermark chỉ thay thế bit có trong số thấp nhất trong một tập các điểm ảnh được lựa chọn. Vì vậy quá trình ẩn dấu thông tin vào ảnh theo giải thuật này là hầu như không phát hiện được. Tuy nhiên với giải thuật này thì tính bền vững không cao, bởi vì các bit có trọng số thấp của các điểm ảnh phân bố trong ảnh không nhiều, kẻ tấn công có thể tập trung đến nhiều đến bit có trọng số thấp nhất của tất cả các điểm ảnh và từ đó có thể xoá bỏ được dấu thông tin. Ngoài ra giải thuật này cũng không bền vững đối với quá trình nén JPEG bởi vì nó được thực hiện trên miền không gian. Giải thuật đánh dấu thông tin dựa trên miền biến đổi DCT sẽ bền vững hơn đối với quá trình nén JPEG sẽ được trình bày sau.