Đang tải... (xem toàn văn)
PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN TRONG MÔI TRƯỜNG ĐA PHƯƠNG TIỆN Thông tin là một khái niệm trừu tượng, thể hiện dưới nhiều dạng thức khác nhau. Thông tin có thể phát sinh, được lưu trữ, được biến đổi trong những vật mang tin. Thông tin có thế được truyền đi, được sao chép hoặc xử lý, đế cho chúng ta các thông tin có ý nghĩa thiết thực. Thông tin được biểu hiện bằng các tín hiệu vật lý.
Mc lc 1 I. 1. I.1. Thông tin là một khái niệm trừu tượng, thể hiện dưới nhiều dạng thức khác nhau. Thông tin có thể phát sinh, được lưu trữ, được biến đổi trong những vật mang tin. Thông tin có thế được truyền đi, được sao chép hoặc xử lý, đế cho chúng ta các thông tin có ý nghĩa thiết thực. Thông tin được biểu hiện bằng các tín hiệu vật lý. Máy tính không thể hiểu được từ ngữ, sách báo tranh ảnh theo nghĩa thông thường. Máy tính chỉ lưu trữ, xử lý những thông tin đã được số hoá thành từng bit - giá trị nhỏ nhất của thông tin, hoặc thành một nhóm bit gọi là byte. Bit có thể có hai giá trị tắt-off/mở-on, hoặc hai giá trị có/không, 0 - zero/1 - one. Máy tính được chế tạo với các thiết bị chuyến mạch (switching device), có thể chuyển trạng thái dữ liệu sang dạng những số 0 và 1 của hệ thống số nhị phân. Đó là hệ thống số bao gồm tất cả các số biểu diễn bởi hai ký hiệu 0 và 1. I.2. ! Giấu tin là giấu (hoặc nhúng) một lượng thông tin số vào trong đối tượng dữ liệu số khác. “Giấu tin” nhiều khi không phải chỉ hành động giấu theo nghĩa thông thường, mà chỉ mang ý nghĩa quy ước. ❖ Mục đích của giu tin Giấu tin phc v cho hai mc đích trái ngược nhau: Bảo mật cho những dữ liệu được giấu trong đối tượng chứa. Bảo đảm an toàn (bảo vệ bản quyền) cho chính đối tượng chứa dữ liệu giấu trong đó. Hai mc đích giấu tin phát triến thành hai lĩnh vc với yêu cầu và tính chất "# $!% Giấu thông tin bí mật (Steganography). 2 Thủy vân số (Watermarking). H^nh 1: hai lĩnh vực của giấu tin. I.3. & ! I.3.1. & !'()*+#,$ H^nh 2: Sơ đồ giấu tin • -!'(% . Thông tin cần giấu: Tuỳ theo mc đích của người dùng, nó có thể là thông điệp (với giấu tin bí mật) hay là các logo, h^nh ảnh bản quyền. . Phương tiện chứa: các file ảnh, text, audio .là môi trường để giấu tin. . Khoá: thành phần để góp phần làm tăng độ bảo mật. • /01% là chương tr^nh thực hiện việc giấu tin. 3 • -!2$% là phương tiện chứa, đã có tin giấu 2đó. I.3.2. )*+#,$ Diễn ra theo quy tr^nh ngược lại với giấu tin: đầu ra là các thông tin được giấu và phương tiện chứa. H^nh3: Sơ đồ tách tin. I.4. 4567"8!9 ! Có nhiều cách để tiến hành phân loại các phương pháp giấu thông tin theo các tiêu chí khác nhau, như theo các phương tiện chứa tin, các phương pháp tác động lên phương tiện chứa tin, hay phân loại theo các ứng dng c thể. I.4.1. 4567:)*+#,$ . Giấu thông tin trong ảnh. . Giấu thông tin trong các file âm thanh. . Giấu thông tin trong video. . Giấu thông tin trong văn bản dạng text. I.4.2. 4567:##,##;06<)*+ 4 . Phương pháp chèn dữ liệu: t^m vị trí trong file dễ bị bỏ qua, và chèn các dữ liệu cần giấuvào đó (vd: dữ liệu được giấusau các ký tự EOF). . Phương pháp thay thế: thay thế các phần tử không quan trọng của phương tiện chứa, bằng các dữ liệu của thông điệp cần giấu (vd: thay thế các bit ít quan trọng, thay thế trong miền tần số, các kỹ thuật trải phổ, thống kê ) . Phương pháp tạo các phương tiện chứa: Từ thông điệp cần chuyển đi, sẽ tạo ra hợp lý phương tiện chứa, đế phc v cho việc truyền thông tin đó. I.4.3. 4567:=#;>#?@= . Giấu thông tin bí mật. . Giấu thông tin thuỷ vân. I.5. #()-2"8!9 ! I.5.1. 4*+#,$ Để có thế che giấu thông tin an toàn và hiệu quả, ngoài việc phải có thuật toán giấu tin tốt, giao thức liên lạc đảm bảo, phương tiện chứa phù hợp cũng là yếu tố quan trọng. Phương tiện chứa C có thể là bất kỳ dạng dữ liệu nào mà máy tính có thể đọc được như file h^nh ảnh, âm thanh số, bản tin dạng text Nhưng phương tiện chứa phải có đủ lượng thông tin dư thừa tối thiểu, để có thể giấu thông tin, v^ dữ liệu khi biến đổi để giấu tin, có thể bị phát hiện. Có hai yêu cầu đặt ra với phương tiện chứa: . Phương tiện chứa tin phải được giữ bí mật. . Không sử dng phương tiện chứa tin đến lần thứ hai. Yêu cầu thứ nhất để tránh kẻ tấn công có phương tiện chứa đó, th^ việc giấu tin trở lên vô nghĩa. Yêu cầu thứ hai đế tránh kế tấn công có thế so sánh hai “phiên bản” phương tiện chứa đó, để phát hiện những chỗ khác nhau, dẫn đến nghi ngờ về một liên lạc bí mật. Do đó phải huỷ toàn bộ các phương tiện chứa đã được dùng tại phía người gửi, và phương tiện chứa sau khi đã tách lấy thông tin ở người nhận. 5 Để tránh việc nghi ngờ của kẻ tấn công, phương tiện chứa trước khi giấu tin (C) và sau khi giấu tin (S), phải đảm bảo giống nhau về mặt tri giác, sau đó mới đến các yêu cầu về thuộc tính thống kê, về chất lượng Có thế sử dng nhiều loại phương tiện chứa khác nhau, nhưng v^ lý do phổ biến và dễ thực hiện, ảnh luôn được coi là phương tiện chứa chủ yếu. I.5.2. #-#: ! Thông điệp mà hai đối tác cần trao đổi, có thể là bất cứ loại dữ liệu nào. Với kỹ thuật hiện nay, có thế giấu nhiều loại dữ liệu trong phương tiện chứa. Do yêu cầu an toàn, kích thước của phương tiện chứa phải lớn hơn rất nhiều kích thước của thông điệp, nên thông điệp dạng text (có kích thước nhỏ) thường được dùng nhiều nhất. Tuy nhiên người ta có thể giấu cả ảnh, bản đồ với yêu cầu ở mức độ cần thiết, phương tiện chứa là ảnh hay bản đồ khác. I.5.3. ! Khoá giấu tin là thành phần quan trọng quyết định độ bảo mật của hệ thống giấu tin. Khoá giấu tin có thế phân loại theo h^nh thức phân phối và ta có hai h^nh thức: . Phân phối khoá: Một trung tâm sản xuất, phân phối khoá tới các đối tác liên lạc theo một kênh an toàn. Cách làm này khá phức tạp v^ đòi hỏi một kênh an toàn đế chuyến khoá, khi các đối tác ở xa th^ việc chuyến khoá là một vấn đề đáng quan tâm. . Thoả thuận khoá: Hai đối tác có thể trực tiếp thoả thuận khoá với nhauhay thông qua một trung tâm. Khoá được quy ước lấy từ cơ sở dữ liệu nào đó mà hai phía cùng sở hữu. Cách làm này tuy có một số yếu tố bất lợi, nhưng thực hiện đơn giản hơn so với trao đổi khoá. Trong giấu tin bí mật có thể dùng cả khoá bí mật và khoá công khai. Để đảm bảo bí mật liên lạc, khoá giấu tin cần đáp ứng được hai yêu cầu: . Một là khoá giấu tin phải đảm bảo “tính tri giác”, tóc là khoá phải góp 6 phần tàng h^nh thông tin giấu, để tránh bị đối phương phát hiện. . Hai là khoá đồng thời phải đủ mạnh, để nếu đối phương có nghi ngờ và kiểm tra phương tiện chứa, cũng “khó” thể lấy được thông tin giấu trong đó. 2. ABC Khi một thuật toán giấu tin được sử dng, thuật toán đó sẽ nằm trong khuôn khổ một giao thức xác định, thích hợp để xử lý dữ liệu. Theo lý thuyết, có ba kiểu giao thức cơ bản: giấu tin thuần tuý, giấu tin với khoá bí mật, giấu tin với khoá công khai. Trong đó kiểu giấu tin sau cùng được xây dựng trên nguyên tắc mật mã khoá công khai. 2.1. !!-!D Giấu tin thuần tuý là hệ thống giấu tin, không yêu cầu phải trao đổi trước một số thông tin bí mật. Trong hệ thống giấu tin thuấn tuý, người giấu tin và người tách tin phải thực hiện cùng một thuật toán nhúng và tách thông tin, thuật toán này phải được giữ bí mật. EF$G% !!-!D Bộ bốn giá trị = (C, M, D, E) được gọi là Hệ giấu tin thuần tuý trong đó: C là tập các phương tiện chứa thông tin có thể, M là tập các thông điệp cần giấu |C| > |M|. E: CxM C là hàm nhúng và D: C M là hàm tách, với tính chất D(E (c, m)) = m vớim € M vàc € C. Trong giấu tin thuần tuý, độ bảo mật thông tin dựa trên chính thuật toán, phương tiện chứa trước và sau khi nhận tin giấu cũng phải được bảo vệ cẩn thận. Neu đối phương tấn công vào nơi cất giữ phương tiện chứa, việc giấu thông tin sẽ không 7 hiệu quả, khi đó đối phương không những phát hiện được việc liên lạc bí mật, mà còn lấy được cả thông tin giấu trong đó. Phương pháp giấu tin thuần tuý phải được kết hợp với việc mã hoá thông tin. Trước tiên việc mã hoá sẽ làm tăng độ bảo mật của thông điệp, sau đó nhúng bản mã vào trong phương tiện chứa. Cách này sẽ làm tăng độ bảo mật và vẫn đảm bảo tính vô h^nh của kênh liên lạc, nó thực sự khó khăn cho việc phát hiện hay tấn công các thông điệp. 2.2. !?@="H>9 Đối với hệ thống giấu thông tin thuần tuý, độ an toàn ph thuộc hoàn toàn vào độ bí mật của thuật toán giấu và tách thông tin. Để cho hệ thống an toàn hơn, người ta thực hiện trao đổi một số thông tin bí mật giữa hai đối tác. Trong hệ thống giấu tin với khoá bí mật, người gửi chọn phương tiện chứa thông tin, sử dng khoá bí mật k, tiến hành nhúng thông điệp vào phương tiện chứa tin đó. Giấu tin với khoá bí mật vẫn phải đảm bảo phương tiện chứa (trước và sau khi giấu tin) phải giống nhau về cảm nhận, đế tránh kẻ giám sát phát hiện được phiên liên lạc. Đây là một tiêu chuẩn khi chọn khoá. EF$I% !?@="H>9 Bộ năm giá trị = (C, M, K, D k , E k ) được gọi là hệ giấu tin sử dng khoá bí mật, trong đó: C là tập các phương tiện chứa có thể, M là tập các thông điệp cần giấu với |C| > | M|, K là tập các khoá bí mật. Ek: C M K C và D k : C K M với điều kiện D k (E k (c, m, k), k) = m với mọi m € M, c € C và k € K. Giao thức truyền thông tin bằng giấu tin sử dng khoá bí mật, yêu cầu các bên tham gia phải trao đổi khoá trước. 8 Có thế dùng một số đặc tính của chính phương tiện chứa làm khoá, hàm băm tính toán các giá trị này để làm khoá. Người nhận cũng tính hàm băm trên chính các giá trị này, để lấy khoá giải mã tách thông tin. Với cách này, không phải trao đổi khoá trên kênh an toàn, nhưng v^ hàm băm không phải là bí mật, nên việc liên lạc bí mật sẽ không đảm bảo. Có thế chọn các thành phần quan trọng trong phương tiện chứa đế làm khoá, các thành phần đó nếu bị thay đối sẽ ảnh hưởng nghiêm trọng tới phương tiện chứa, và có thể nhận ra được. 2.3. !'J"#"$ Hệ thống giấu tin với khoá công khai cũng yêu cầu có hai khoá: khóa bí mật và khóa công khai. Khóa công khai được lưu trong Cơ sở dữ liệu khoá công khai, giống như mật mã với khoá công khai, và được dùng trong quá tr^nh nhúng thông tin. Khoá bí mật chỉ người nhận mới biết và được dùng trong quá tr^nh tách lấy thông tin, tái tạo lại thông điệp ban đầu. Cách dễ nhất để xây dựng hệ thống giấu tin với khoá công khai là sử dng hệ mật mã với khoá công khai. Giả sử hai đối tác đã trao đối khoá công khai của thuật toán mã hoá công khai. Nguyên lý của giấu tin với khoá công khai là dùng hàm giải mã D đế giải mã trên mọi phương tiện chứa thông tin c, mà không cần quan tâm việc nó chứa hay không chứa thông điệp bí mật (D là hàm trên tập C). Trong trường hợp phương tiện chứa không có thông tin thu được khi giải mã, ta chỉ thu được các phần tử ngẫu nhiên m, ta gọi là các phần tử “ngẫu nhiên tự nhiên ” của phương tiện chứa. Trong giao thức giấu tin với khoá công khai, khi cố gắng đế tách tin, kẻ tấn công chỉ có thể nhận được các thông tin “ngẫu nhiên”, v^ không có khoá giải mã tương ứng. 9 3. KBLMA4NO 3.1. !2P Giấu tin trong ảnh, hiện nay, là bộ phận chiếm tỉ lệ lớn nhất trong các hệ giấu tin trong đa phương tiện, bởi lượng thông tin được trao đổi bằng ảnh là rất lớn, mặt khác giấu tin trong ảnh đóng vai trò quan trọng trong các ứng dng bảo vệ thông tin như: nhận thực thông tin, xác định xuyên tạc thông tin, bảo vệ bản quyền tác giả, điều khiển truy cập, giấu thông tin mật Chính v^ thế vấn đề này đã nhận được sự quan tâm rất lớn của các cá nhân, tố chức, trường đại học, và viện nghiên cứu trên thế giới. Thông tin được giấu vào dữ liệu ảnh nhưng chất lượng ảnh ít thay đối, và “khó” biết được đằng sau ảnh đó mang thông tin có ý nghĩa. Ngày nay, khi ảnh số đã được dùng phổ biến, th^ giấu tin trong ảnh đã đem lại nhiều ứng dng quan trọng trong đời sống xã hội. Ví d như các nước phát triển, chữ kí tay đã được số hoá, lưu trữ, sử dng như là hồ sơ cá nhân của các dịch v ngân hàng và tài chính, nó được dùng đế nhận thực trong các thẻ tín dng của người tiêu dùng. Một đặc điểm của giấu tin trong ảnh là thông tin được giấu trong ảnh một cách vô h^nh. Nó như là một cách mà truyền thông tin mật cho nhau mà người khác “khó” thế biết được, bởi sau khi giấu tin, th^ chất lượng ảnh gần như không thay đổi, đặc biệt là đối với ảnh mầu hay ảnh xám. 3.2. !2$!@ Giấu tin trong audio mang đặc điểm riêng, không giống với giấu tin trong đối tượng đa phương tiện khác. Một trong những yêu cầu cơ bản của giấu tin là đảm bảo tính chất ẩn của thông tin được giấu, đồng thời không làm ảnh hưởng đến chất lượng của dữ liệu gốc. Để đảm bảo yêu cầu này, kỹ thuật giấu tin trong ảnh ph thuộc vào hệ thống thị giác của con người - HVS (Human Vision System), kỹ thuật 10 [...]... Hz) có chiều dài bình thường, thì các phương pháp nói chung cũng cần ít nhất là 20 bit/s Giấu tin trong audio đòi hỏi yêu cầu rất cao về tính đồng bộ và tính an toàn của thông tin Các phương pháp giấu tin trong audio đều lợi dụng điểm yếu trong hệ thống thính giác của con người 3.3 Giấu tin trong video Cũng giống như giấu tin trong ảnh hay trong audio, giấu tin trong video cũng được quan tâm, và phát... điểm thị giác và thính giác của con người 4 PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN TRONG MÔI TRƯỜNG ĐA PHƯƠNG TIỆN Có nhiều phương pháp giấu tin trong các phương tiện chứa, nhưng trong phần này chỉ xin trình bày phương pháp thay thế Đó là thay thế các phần tử ít quan trọng của phương tiện chứa bằng các bit của thông điệp cần chuyển đi 4.1 Một số ký hiệu Ký hiệu c là phương tiện chứa, giả sử nó có độ dài là l(c), được... để giấu tin Định nghĩa: Vùng của phương tiện chứa là một tập con khác rỗng {ci, Ci(c)} Bằng việc chia phương tiện chứa thành các vùng không giao nhau, ta có thể thực hiện: - Giấu thông tin trên một vùng, hay một số vùng của phương tiện chứa tin, chứ không phải trên toàn bộ phương tiện chứa tin - Giấu một bit thông tin lên một vùng phương tiện chứa tin, chứ không phải lên một phần tử của phương tiện. .. thước lớn hơn ảnh đen trắng) - Xét về khả năng che giấu tin: Giấu tin trong ảnh màu có khả năng che giấu tin cao hon nhiều, do trong ảnh màu khó thế nhận biết được sự thay đối các màu với mức độ nhỏ Phương pháp giảm chất lượng ảnh để giấu tin trên đây có thể coi như một trường hợp riêng của giấu tin trong ảnh màu, trong đó người ta giấu một ảnh màu trong một ảnh màu khác 26 II XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH... là 0,1 trừ trường hợp đặc biệt 4.2 Nguyên lý giấu tín bằng cách thay thế 12 Giấu tin bằng cách thay thế hiện đang rất phổ biến, kỹ thuật giấu tin này không làm tăng kích thước của phương tiện chứa Khi kết hợp với các thuật toán khác để “khảo sát môi trường quanh điểm cần giấu tin, kẻ giám sát rất khó phát hiện được các thông tin cần giấu Lưu ý là giấu tin ở đây không có nghĩa là hành động giấu thực... giấu thực tế, việc giấu tin dựa vào các quy ước Nếu tính chất nào đó của một phần tử trong phương tiện chứa thoả mãn điều kiện, thì xem như đã giấu tin vào phần tử đó Khi giấu tin mật, người ta có thể giấu tin trong nhiều loại phương tiện chứa khác nhau, tuy nhiên với điều kiện kỹ thuật hiện nay, phương tiện chứa là ảnh được lựa chọn nhiều nhất, bởi tính phổ biến của ảnh và các phương tiện tạo ảnh số,... quan trọng nhất, thì phương tiện chứa cũng bị biến động không đáng kể, và đối phương cũng khó nhận ra Người giấu tin sẽ thay thế các bit LSB trong phương tiện chứa tin bằng các bit của thông điệp bí mật Người nhận có thể dễ dàng tách các tin mà anh ta có hiếu biết nhất định về thuật toán giấu thông tin mật và khoá giấu thông tin Thay thế các bit trong các vùng ma trận ảnh: Phương pháp này khó thực hiện... Cj nằm trong (0, 256), trường hợp đó là các ảnh lượng tử hoá hay các ảnh số Ảnh màu là phương tiện được sử dụng nhiều nhất hiện nay, có nhiều cách biểu diễn màu, trong đó hệ màu RGB là phổ biến nhất Phương tiện chứa đã có tin giấu, ký hiệu là s, là chuỗi các phần tử Si, và độ dài phương tiện chứa (đã có giấu tin) không thay đổi Khoá được dùng để giấu tin, ký hiệu là k Thông điệp bí mật cần giấu là... thông tin, nhận thực thông tin và bảo vệ bản quyền tác giả Các kỹ thuật giấu tin trong video phát triển mạnh mẽ, và cũng theo hai khuynh hướng là thuỷ vân số và data hiding Một phương pháp giấu tin trong video được đưa ra bởi Cox, là phương pháp phân bố đều Ý tưởng cơ bản là phân phối tin giấu dàn trải theo tần số của dữ liệu chứa (gốc) Người ta đã dùng hàm cosin riêng và hệ số truyền sóng riêng để giấu. .. hệ số truyền sóng riêng để giấu tin. Trong các thuật toán khởi nguồn, kỹ thuật cho phép giấu ảnh vào video, nhưng thời gian gần đây các kỹ thuật cho phép giấu cả âm thanh và hình ảnh vào video Phương pháp Swanson đã giấu theo khối, đã giấu 11 được 2 bít vào khối 8*8 Gần đây nhất là phương pháp Mukherjee, giấu audio vào video sử dụng cấu trúc lưới đa chiều Kỹ thuật giấu tin sử dụng cả đặc điểm thị giác