Chương 1             TỔNG QUAN VỀ GIẤU TIN

1.1.         Giấu tin

Thông tin số ngày càng được sử dụng rộng rãi cùng với sự phát triển của các phương tiện chế bản và truyền thông điện tử. Thông tin số thể hiện những ưu điểm nổi bật trong việc sao chép, lưu trữ, khôi phục hay tăng cường chất lượng thông tin. Qua mạng Internet, chúng ta có thể tìm kiếm, trao đổi thông tin trong tất cả các lĩnh vực của cuộc sống, từ kinh tế thương mại đến học tập hay các thông tin liên quan đến an ninh quốc phòng. Bên cạnh những thuận lợi mà thông tin kỹ thuật số mang lại cũng sinh ra những thách thức mới mà chúng ta cần phải nghiên cứu và giải quyết. Đó là việc chống lại các nạn ăn cắp bản quyền, xuyên tạc thông tin, truy nhập thông tin trái phép v.v...Việc tìm giải pháp cho những vấn đề này không chỉ giúp ta hiểu thêm về công nghệ phức tạp đang phát triển rất nhanh này mà còn  tạo ra những cơ hội phát triển mới.

Trong một thời gian dài, nhiều phương pháp bảo vệ thông tin đã được đưa ra, trong đó giải pháp dùng mật mã được ứng dụng rộng rãi nhất. Các hệ mã đã được phát triển nhanh chóng và được ứng dụng rất phổ biến. Thông tin ban đầu sẽ được mã hoá thành các kí hiệu vô nghĩa, sau đó sẽ được lấy lại thông qua việc giải mã nhờ khoá của hệ mã. Đã có nhiều hệ mã phức tạp và hiệu quả được sử dụng như DES, RSA. Hình 1.2 thể hiện qui trình kỹ thuật mã hóa thông tin.

Một phương pháp bảo vệ an toàn thông tin khác đó là giấu thông tin. Không giống như mã hóa thông tin, phương pháp giấu tin thực hiện nhúng tin vào trong một đối tượng số khác dựa vào “kẻ hở” của đối tượng số này. Hình 1.2 thể hiện qui trình giấu thông tin.

Giấu thông tin là một kỹ thuật nhúng (giấu) một lượng thông tin số nào đó vào trong một đối tượng dữ liệu số khác [14, 19].

Giả sử ta có đối tượng cần bảo mật M (một  văn bản, bức ảnh hay một tệp âm thanh . . .). Nếu dùng phương pháp mã hoá để bảo mật M ta sẽ thu được bản mật mã của M là M’ chẳng hạn. Thông thường, M’ mang những giá trị “vô nghĩa” và chính điều này làm cho đối phương nghi ngờ và tìm mọi cách thám mã. Ngược lại, nếu dùng phương pháp giấu M vào một đối tượng khác, một bức ảnh F chẳng hạn, ta sẽ thu được bức ảnh F’ hầu như không sai khác với F. Sau đó chỉ cần gửi ảnh F’ cho người nhận. Để lấy ra bản tin M từ ảnh F’ ta không cần ảnh gốc F. Xem như vậy, khi đối phương bắt được tấm ảnh F’ nếu đó là ảnh lạ (ảnh cá nhân, ảnh phong cảnh của những nơi không nổi tiếng ) thì khó nảy sinh nghi ngờ về khả năng chứa tin mật trong F’.

Như vậy, sự khác biệt giữa mã hoá thông tin và giấu thông tin là mức độ lộ liễu của đối tượng mang tin mật. Nếu ta phối hợp hai phương pháp trên thì mức độ lộ liễu được giảm đến mức tối đa, đồng thời độ an toàn cũng được nâng cao. Chẳng hạn, ta có thể mã hoá M thành M’ sau đó mới giấu M’ vào ảnh F để thu được ảnh F’. Tóm lại, giấu thông tin và hệ mã mật có quan hệ mật thiết với nhau, cùng xây dựng nên một hệ thống an toàn và bảo mật thông tin.

Kỹ thuật giấu thông tin nhằm mục đích đảm bảo an toàn và bảo mật thông tin. Việc bảo đảm an toàn và bảo mật này có thể được xem xét ở hai khía cạnh. Một là bảo mật cho dữ liệu được đem giấu, hai là bảo mật cho chính đối tượng được dùng để giấu tin. Hai khía cạnh khác nhau này dẫn đến hai khuynh hướng kỹ thuật chủ yếu của giấu tin.

Khuynh hướng thứ nhất là giấu tin mật (steganography). Khuynh hướng này tập trung vào các kỹ thuật giấu tin sao cho thông tin giấu được nhiều và quan trọng là người khác khó phát hiện được một đối tượng có bị giấu tin bên trong hay không. Khuynh hướng thứ hai là thuỷ vân số (watermarking). Khuynh hướng thuỷ vân số thực hiện giấu một lượng thông tin vào đối tượng nhằm khẳng định bản quyền sở hữu hay phát hiện xuyên tạc thông tin. Thuỷ vân số có miền ứng dụng lớn hơn nên được quan tâm nghiên cứu nhiều hơn và thực tế đã có nhiều những kỹ thuật dành cho khuynh hướng này.

Hình 1.3  trên đây cung cấp một cái nhìn khái quát về lĩnh vực của giấu tin. Có thể chia lĩnh vực giấu tin ra làm hai hướng lớn, đó là thuỷ vân số và giấu tin mật. Nếu như thuỷ vân số quan tâm nhiều đến các ứng dụng giấu các mẩu tin ngắn nhưng đòi hỏi độ bền vững cao của thông tin cần giấu đối với các biến đổi thông thường của tệp dữ liệu môi trường thì giấu tin mật lại quan tâm tới các ứng dụng che giấu các bản tin với độ mật và dung lượng càng lớn càng tốt. Đối với từng hướng lớn này, quá trình phân loại có thể tiếp tục theo các tiêu chí khác , ví dụ dựa theo ảnh hưởng các tác động từ bên ngoài có thể chia thuỷ vân  thành hai loại, một loại bền vững với các tác động sao chép, thay đổi trái phép, loại thứ hai lại cần tính chất hoàn toàn đối lập: phải dễ bị phá huỷ trước các tác động nói trên. Cũng có thể chia thuỷ vân theo đặc tính, một loại cần được che giấu để chỉ có một số những người tiếp xúc với nó có thể thấy được thông tin, loại thứ hai đối lập, cần được mọi người nhìn thấy.

1.2.         Các yêu cầu cơ bản của hệ giấu tin trên ảnh tĩnh

Cũng giống như các loại thông tin khác, an toàn ảnh số cũng là điều rất được quan tâm hiện nay. Đối với các bức ảnh có yêu cầu cao trong việc tôn trọng bản quyền hay chống các xuyên tạc thì vấn đề này đòi hỏi phải có những kỹ thuật hỗ trợ. Để giải quyết vấn đề này, thông thường ta có thể quan tâm theo ba khía cạnh : mã hóa dữ liệu ảnh, kiểm tra truy cập trên các trang web chứa ảnh cần bảo vệ và cuối cùng là nhúng thủy vân vào các bức ảnh này.

Hệ giấu tin có một số đặc điểm và tính chất:

·        Phương tiện chứa là ảnh hai chiều tĩnh.

·        Giấu tin trên ảnh tác động lên dữ liệu ảnh nhưng  không làm thay đổi kích thước ảnh.

·        Kỹ thuật giấu phụ thuộc vào tính chất của hệ thống thị giác con người.

·        Khi giải tin có thể cần hoặc không cần ảnh gốc.

Ngoài một số đặc điểm chung trên cần phải quan tâm đến tính chất bền vững của thủy vân. Tính chất này là tính chất quan trọng nhất của một hệ thuỷ vân bền vững. Nghĩa là hệ thuỷ vân phải chống lại được các phép biến đổi, hay các tấn công có chủ đích hoặc không có chủ đích lên thuỷ vân. Giấu thông tin mật không quan tâm nhiều lắm đến tính bền vững của tin giấu mà chỉ quan tâm đến tính mật và dung lượng tin có thể giấu trong một đối tượng ảnh.

1.3.         Các ứng dụng của Giấu tin

Bảo vệ bản quyền tác giả (copyright protection)

Một thông tin nào đó mang ý nghĩa quyền sở hữu tác giả (thuỷ vân - watermark) sẽ được nhúng vào trong các sản phẩm. Thông tin đó chỉ một mình người chủ sở hữu hợp pháp các sản phẩm đó có và được dùng làm minh chứng cho bản quyền sản phẩm. Giả sử có một thành phẩm dữ liệu dạng  đa phương tiện như ảnh, âm thanh, video cần được lưu thông trên mạng. Để bảo vệ các sản phẩm chống lại các hành vi lấy cắp hoặc làm nhái cần phải có một kỹ thuật để “dán tem bản quyền” vào sản phẩm này. Việc dán tem hay chính là việc nhúng thuỷ vân cần phải đảm bảo không để lại một ảnh hưởng lớn nào đến việc cảm nhận sản phẩm. Yêu cầu kỹ thuật đối với ứng dụng này là thuỷ vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm, muốn bỏ thuỷ vân này mà không được phép của người chủ sở hữu thì chỉ có cách là phá huỷ sản phẩm. 

Giấu tin mật (steganography)