Một số kỹ thuật giấu tin trong video và ứng dụng

Do đó, việc phát triển các kỹ thuậtđảm bảo an ninh dữ liệu là việc làm cần thiết, trong đó có kỹ thuật giấu tin.Công nghệ này ra đời đã phần nào giải quyết được các khó khăn trên là giấu

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN

NGÔ THỊ NGUYỆT THANH

MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG VIDEO VÀ

ỨNG DỤNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

ĐÀ NẴNG – Năm 2022

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC DUY TÂN

NGÔ THỊ NGUYỆT THANH

MỘT SỐ KỸ THUẬT GIẤU TIN TRONG VIDEO VÀ

ỨNG DỤNG

Chuyên ngành: Khoa học máy tính

Mã số: 8480101

LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH

Người hướng dẫn khoa học: TS Huỳnh Bá Diệu

ĐÀ NẴNG – Năm 2022

LỜI CẢM ƠN

Luận văn đưọc thực hiện tại Trường Đại học Duy Tân, dưới sự hướngdẫn của TS Huỳnh Bá Diệu Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành đến quýThầy, Cô của Trường Đại học Duy Tân đã giúp tôi hoàn thành luận văn này

Đầu tiên, tôi xin bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đến thầy TS Huỳnh BáDiệu đã tận tình hướng dẫn cho tôi những kiến thức quý báo về nghiên cứukhoa học, giúp tôi hoàn thành luận văn Ngoài những kiến thức về khoa học,thầy cũng là Người chia sẻ, động viên tôi trong những lúc khó khăn

Xin chân thành cảm ơn PGS.TS Nguyễn Gia Như, TS Hồ Văn Nhàn,

TS Hà Như Hằng, Khoa Đào tạo Sau đại học Trường Đại học Duy Tân, ViệnĐào tạo Quốc tế, các nhà khoa học trong và ngoài ngành, các tác giả đồngcông bố, các tác giả có tài liệu đã trích dẫn trong luận văn về sự hỗ trợ, hợptác có hiệu quả trong suốt quá trình nghiên cứu khoa học của mình

Tôi xin gửi lời cảm ơn tới Lãnh đạo trường Đại học Duy Tân, sự biết

ơn đối với gia đình, bạn bè thân thiết, các đồng nghiệp vì đã tạo nhiều điềukiện thuận lợi trong suốt quá trình học tập, liên tục động viên để duy trì nghịlực, sự cảm thông, chia sẻ về thời gian lẫn công việc và các khía cạnh kháccủa cuộc sống trong suốt quá trình để hoàn thành luận văn

Đà Nẵng, ngày … tháng … năm 2022

Tác giả

Ngô Thị Nguyệt Thanh

LỜI CAM ĐOAN

Tôi xin cam đoan đây là công trình nghiên cứu của riêng tôi

Các số liệu và kết quả nghiên cứu trong luận văn này là trung thực và không trùng lặp với các đề tài khác

Tác giả

Ngô Thị Nguyệt Thanh

MỤC LỤC

LỜI CẢM ƠN i

LỜI CAM ĐOAN ii

MỤC LỤC iii

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT vi

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ vii

MỞ ĐẦU 1

1 Lý do chọn đề tài 1

2 Mục đích nghiên cứu 2

3 Nhiệm vụ nghiên cứu 2

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 3

5 Phương pháp nghiên cứu 3

6 Tổng quan vấn đề nghiên cứu 3

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN 5

1.1 Sơ lược về giấu thông tin 5

1.1.1 Kỹ thuật giấu tin 5

1.1.2 Giấu thông tin mật 7

1.1.3 Giấu thông tin thủy vân 7

1.2 Mô hình giấu thông tin 8

1.3 Môi trường giấu tin 10

1.3.1 Giấu tin trong ảnh 10

1.3.2 Giấu tin trong audio 11

1.3.3 Giấu tin trong video 12

1.3.4 Giấu tin trong văn bản (Text) 13

1.3.5 Các môi trường giấu tin khác 13

1.4 Một số ứng dụng và xu hướng phát triển 13

1.4.1 Bảo vệ bản quyền tác giả (copyright protection) 13

1.4.2 Xác thực thông tin (authentication) 14

1.4.3 Phát hiện giả mạo thông tin (tamper detection) 15

1.4.4 Dấu vân tay (fingerprinting) 15

1.4.5 Dán nhãn (labeling) 15

1.4.6 Giấu tin mật (steganography) 16

1.4.7 Kiểm soát sao chép (copy control) 16

1.5 Một số định dạng tệp video 17

1.5.1 Khung và cấu trúc khung 17

1.5.2 Một số loại định dạng video phổ biến 18

1.6 Sơ đồ giấu tin và tách tin trong video 20

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN TRONG VIDEO 22

2.1 Một số thuật toán bổ trợ cho giấu tin trong video 22

2.1.1 Thuật toán DES 22

2.1.2 LSB Coding 24

2.1.3 Kỹ thuật ẩn video trong các miền biến đổi: DCT và DWT 25

2.1.4 Thuật toán NOLSB 30

2.2 Kỹ thuật giấu thông tin trên khung hình của video 33

2.2.1 Giấu thông tin bằng kỹ thuật LSB 33

2.2.2 Giấu tin trên khung hình bằng mặt phẳng phân đoạn nhiễu BPCS 34

2.3 Kỹ thuật giấu thông tin trên âm thanh của video 38

2.3.1 Âm thanh số 38

2.3.2 Các định dạng của âm thanh số 40

2.3.3 Một số phương pháp giấu tin trong âm thanh số 41

2.4 Đánh giá chất lượng âm thanh hoặc khung hình sau giấu tin 47

Chương 3 CHƯƠNG TRÌNH THỰC NGHIỆM 48

3.1 Môi trường cài đặt và demo chương trình 48

3.1.1 Môi trường cài đặt: Matlab R2021a 48

3.1.2 Giới thiệu giao diện chương trình 49

3.2 Thực hiện thử nghiệm 49

3.2.1 Giấu tin vào video 50

3.2.2 Tách tin đã giấu từ video ra file 53

3.3 Đánh giá chất lượng khung hình và âm thanh sau giấu tin 58

KẾT LUẬN 60 DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO

DANH MỤC CÁC TỪ VIẾT TẮT

Từ viết

AAC Advanced Audio Coding Định dạng âm thanh chuẩnAES Advanced Encryption Standard Tiêu chuẩn mã hóa tiên tiếnAVI Audio Video Interle Định dạng số đa phương tiện

của MicrosoftDES Data Encryption Standard Tiêu chuẩn Mã hóa Dữ liệuDCT Discrete Cosine Tranform Phép biến đổi Cosin rời rạcDFT Discrete Fourier stransform Biến đổi Fourier rời rạc

FLAC Free Lossless Audio Codec Nén âm thanh không mất dữ

liệu

FT Fourier Transform Biến đổi Fourier

HAS Human Auditory System Hệ thống thính giác của con

ngườiLSB Least Significant Bit Bít có trọng số nhỏ nhất

MSE Mean Square Error Sai số bình phương

MSB Most Significant Digit Bit có giá trị 1 và ở hàng lớn

nhấtMP3 Movie Picture Experts Group-

PCM Pulse Code Modulation Điều biến mã xung

PSNR Peak Signal to Nosise Ratio Tín hiệu nhiễu

WAV Waveform Audio Format Định dạng âm thanh dạng sóngWMA Windows Media Audio Định dạng âm thanh của

Microsoft

DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ

Hình 1.1: Các hình thức giấu tin 16

Hình 1.2: Lược đồ chung cho quá trình giấu tin 17

Hình 1.3: Lược đồ chung cho quá trình giải mã 18

Hình 1.4: Sơ đồ giấu tin và tách tin trong video 28

Hình 2.1: Fiestel Function (F) 31

Hình 2.2: Quá trình LSB coding 33

Hình 2.3: Mặt phẳng bit biểu diễn điểm ảnh 43

Hình 2.4: Khối nhiễu và khối nhiều thông tin 44

Hình 2.5: Tách khung hình từ tập tin video 45

Hình 2.6: Mô phỏng sóng âm thanh 47

Hình 2.7: Sơ đồ giấu tin trên 8 bit LSB của audio 50

Hình 2.8: Mô hình dựa vào tiếng vang 54

Hình 3.1: Giao diện của chương trình 57

Hình 3.2: Giao diện khi chạy chương trình 57

Hình 3.3: Chọn file video nguồn 59

Hình 3.4: Chọn file chứa nội dung thông tin giấu 59

Hình 3.5: Chọn nơi lưu file video mang tin 60

Hình 3.6: Dữ liệu đầu vào được load lên giao diện 60

Hình 3.7: Đã giấu xong tin 61

Hình 3.8: Bắt đầu giải tin 62

Hình 3.9: Chọn file mang thông tin giấu 63

Hình 3.10: Chọn nơi lưu file chứa tin trích xuất 63

Hình 3.11: Nhập số byte cần lấy để trích xuất 64

Hình 3.12: Thực hiện xong việc tách tin đã giấu 64

Hình 3.13: Làm mới chương trình 65

Hình 3.14: Thoát khỏi chương trình 65

Ở Việt Nam, nhiều văn bản pháp luật đã được Quốc hội ban hành nhằmđảm bảo chủ quyền số, làm chủ không gian mạng, góp phần bảo đảm quốcphòng, an ninh đất nước Một số luật tiêu biểu như Luật an ninh quốc gia số32/2004/QH11 được Quốc hội thông qua ngày 03/12/2004; Luật Giao dịchđiện tử số 51/2005/QH11 được Quốc hội thông qua ngày 29/11/2005; LuậtCông nghệ thông tin số 67/2006/QH11 được Quốc hội thông qua ngày29/6/2006; Luật an toàn thông tin mạng đã được Quốc hội thông qua ngày19/11/2015 và có hiệu lực từ ngày 1/7/2016 Thủ tướng Chính phủ cũng ban

hành quyết định số 63/QĐ-TTg ngày 13/01/2010 về việc phê duyệt Quyhoạch phát triển an toàn thông tin số quốc gia đến năm 2020 Ngoài hệ thốngluật, văn bản pháp qui chúng ta cần phải có những biện pháp kỹ thuật để bảomật dữ liệu, đảm bảo an toàn thông tin Do đó, việc phát triển các kỹ thuậtđảm bảo an ninh dữ liệu là việc làm cần thiết, trong đó có kỹ thuật giấu tin.Công nghệ này ra đời đã phần nào giải quyết được các khó khăn trên là giấuthông tin trong các nguồn đa phương tiện như các nguồn âm thanh, hình ảnh,ảnh tĩnh Mục tiêu của giấu thông tin là làm cho thông tin trở nên vô hình, từ

đó khiến ta không thể thấy được đối tượng

Kỹ thuật giấu tin đang thu hút sự quan tâm của nhiều nghiên cứu trênthế giới, đặc biệt trong lĩnh vực an ninh, an toàn và bảo mật dữ liệu Ở ViệtNam, cũng đã có nhiều công trình nghiên cứu được công bố về kỹ thuật giấutin trong ảnh, tuy nhiên kỹ thuật giấu tin trong video vẫn còn hạn chế Trong

đề tài nghiên cứu này sẽ tìm hiểu một số kỹ thuật giấu tin trong video, trìnhbày các cơ sở lý thuyết để thực hiện đề tài nghiên cứu phát triển kỹ thuật giấutin trong video

2 Mục đích nghiên cứu

Nghiên cứu cơ sở lý thuyết để thực hiện giấu tin, tìm hiểu các nghiêncứu có liên quan, dựa vào cơ sở các nghiên cứu đã tìm hiểu được để xây dựngchương trình giấu tin trong video với hình thức giấu trên khung hình và âmthanh của video, sau đó kết hợp video đã giấu trên khung hình và âm thanh cógiấu tin để được một video đã giấu tin hoàn chỉnh

3 Nhiệm vụ nghiên cứu

Nghiên cứu một số công trình khoa học, các thuật toán liên quan giấutin trong Video Nghiên cứu về lập trình Matlab để xây dụng demo chươngtrình

Chương trình tính toán được thực hiện bởi 2 thuật toán: DES và LSB.Thuật toán DES để mã hóa dữ liệu bí mật và cũng để giải mã ở phía thu

Thuật toán LSB (Least Significant Bit) được sử dụng để ẩn dữ liệu bí mậtđằng sau khung hình của video.

Chương trình được thực hiện bằng công cụ Matlab phiên bản 2021,công cụ này cũng được dùng thiết kế giao diện demo của chương trình thựcnghiệm giấu tin trong video

4 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của đề tài là ảnh số (khung hình tách ra củavideo), âm thanh (âm thanh được tách ra của video) và video số

Phạm vi nghiên cứu của đề tài chủ yếu tập trung vào video định dạngAVI không nén

5 Phương pháp nghiên cứu

Kết hợp nghiên cứu cơ sở lý thuyết về các phương pháp giấu tin vàtổng hợp các nghiên cứu có liên quan Lập luận để đưa ra một số cải tiếntrong phương pháp giấu tin mới Phân tích các công trình nghiên cứu khoahọc về giấu tin trong video có liên quan đã được công bố, từ đó áp dụng xâydựng chương trình cài đặt, giấu tin trên video, thử nghiệm và đánh giá dựatrên các thử nghiệm đó để đưa ra một số nhận xét nhất định trong phạm vinghiên cứu hoặc định hướng phát triển mở rộng tiếp theo

6 Tổng quan vấn đề nghiên cứu

Luận văn chủ yếu tập trung nghiên cứu một số kỹ thuật giấu tin trongvideo Tìm hiểu một số công trình nghiên cứu đã được công bố trước đây TạiViệt Nam, cũng có nhiều nghiên cứu về kỹ thuật giấu tin, nhưng số lượngchưa nhiều, chủ yếu tập trung trong lĩnh vực giấu tin trên ảnh số Vì vậy,trong luận văn này sẽ trình bày thêm một số thuật toán khác về giấu tin trongvideo và xây dựng chương trình thực nghiệm chạy trên phần mềm Matlab.Ngoài phần mở đầu, phần kết luận, đề tài gồm 3 chương chính:

Chương 1: Tổng quan về kỹ thuật giấu tin

Trình bày một số vấn đề liên quan đến giấu tin, phân loại các kỹ thuậtgiấu tin, mô hình giấu thông tin, các môi trường giấu tin, ứng dụng của giấutin, các đặc tính riêng của từng loại tệp video, sơ đồ giấu và tách tin trongvideo

Chương 2: Phương pháp giấu tin trong video

Trình bày một số kỹ thuật giấu tin trong video, cơ sở lý thuyết giấu tintrên khung hình và âm thanh của video, đánh giá chất lượng khung hình vàaudio sau quá trình giấu tin

Chương 3: Chương trình thực nghiệm

Dựa trên một số kỹ thuật giấu tin trên video được trình bày ở chương 2,chương này sẽ đưa ra chương trình thử nghiệm chạy trên phần mềm Matlab

và đánh giá kết quả kỹ thuật giấu thông tin trên video đã tìm hiểu

Chương 1 TỔNG QUAN VỀ KỸ THUẬT GIẤU TIN

1.1 Sơ lược về giấu thông tin

1.1.1 Kỹ thuật giấu tin

Ngày nay, để giao tiếp bí mật và an toàn, steganography video đã trởthành một lựa chọn được ưa chuộng Ví dụ, Internet đã cách mạng hóa thếgiới hiện đại và rất nhiều ứng dụng dựa trên Internet được giới thiệu ngày nay

đã làm tăng thêm mức độ tiện nghi và kết nối cao trong mọi khía cạnh củacuộc sống con người Tính đến tháng 9 năm 2009, khoảng 1,73 tỷ người trênthế giới sử dụng Internet cho nhiều mục đích khác nhau, từ truy cập thông tincho nhu cầu giáo dục đến giao dịch tài chính, mua sắm hàng hóa và dịch vụ.Khi thế giới hiện đại đang dần trở nên “không có giấy tờ” với lượng thông tinkhổng lồ được lưu trữ và trao đổi qua Internet, thì bắt buộc phải có các biệnpháp bảo mật mạnh mẽ để bảo vệ quyền riêng tư và bảo mật dữ liệu

Ý tưởng che giấu thông tin để truyền đi đã được con người nghĩ ra từrất lâu, mục đích của việc này nhằm ẩn đi các thông tin cần giữ bí mật Trướcđây, trong cuộc cách mạng của Mỹ, mực không màu cũng được sử dụng đểtrao đổi thông điệp giữa người Mỹ và người Anh, thời kỳ này các kỹ thuậtgiấu tin được áp dụng chủ yếu để truyền thông tin bí mật trong chiến tranh vàmột số ít trong các lĩnh vực khác Gần đây, Ủy ban di sản văn hóa quốc giaItalia đã công bố một thông tin làm xôn xao trong giới khoa học về bức họanổi tiếng có nụ cười bí ẩn của nàng Mona Lisa Khi các nhà nghiên cứu dùngkính lúp có độ phóng đại cao soi vào bức tranh nguyên gốc hiện đang trưngbày tại bảo tàng Louvre, họ cho rằng đã tìm thấy những ký tự và con số nhỏxíu trong đôi mắt nàng Có thể, thiên tài Leonardo Da Vinci trong khi vẽ tácphẩm này đã bí mật truyền đi một thông điệp nào đó mà hiện nay người ta vẫnchưa giải mã được

Ngày nay, với sự phát triển mạnh mẽ của công nghệ, cùng với việcbùng nổ nhu cầu trao đổi thông tin với lượng lớn dữ liệu được truyền trênInternet Các dữ liệu số này có thể bị biên tập, chỉnh sửa hoặc nhân bản mộtcách dễ dàng bởi những kẻ tấn công Vì vậy, tính an toàn và bảo mật củanhững dữ liệu số này ngày càng được quan tâm với nhiều giải pháp được đềxuất Những giải pháp này có thể được chia ra làm 2 loại, đó là mã hóa thôngtin (Cryptography) và giấu tin (Steganography) Mã hóa thông tin là thông tin

sẽ được mã hóa trước khi được truyền đi, vì thế dữ liệu truyền đi sẽ được bảomật, tuy nhiên, cách này sẽ kích thích sự tò mò của những kẻ tấn công vì dữliệu được chuyển sang một phiên bản không có ý nghĩa Trong khi đó, giấu tin

là giải pháp nhúng những thông tin mật vào một dữ liệu mang thông tin nhưvăn bản, hình ảnh, audio hay video để đảm bảo tính bảo mật của thông tinđược nhúng

Giấu tin là một kỹ thuật nhúng một lượng thông tin số nào đó vào trongmột đối tượng dữ liệu số khác Giấu tin khác mã hóa, giấu tin là giấu mộtlượng thông tin vào đối tượng số nào đó mà không làm ảnh hưởng nhiều đếnchất lượng ban đầu của đối tượng đó, nó là một hình thức che giấu sự tồn tạicủa thông điệp, có nghĩa là chỉ giấu đi sự hiện diện của thông tin, trong khi

mã hóa là biến thông tin ở định dạng bình thường sang dạng thông tin khôngthể hiểu được nếu không có phương tiện giải mã, có nghĩa là mã hóa sẽ giấu

đi ý nghĩa của thông tin

Kỹ thuật giấu nhằm hai mục đích: một là bảo mật cho dữ liệu được đemgiấu, hai là bảo vệ cho chính đối tượng mang tin giấu Hai mục đích này dẫnđến hai kỹ thuật chủ yếu của giấu tin, đó là giấu tin mật (Steganoraphy) vàthủy vân số (Watermarking) [1]

Bảo mật thông tin bằng giấu tin có hai khía cạnh Một là bảo mật cho

dữ liệu đem giấu (embedded data), chẳng hạn như giấu tin mật: thông tin mật

được giấu kỹ trong một đối tượng khác sao cho người khác không phát hiệnđược (steganography) Hai là bảo mật chính đối tượng được dùng để giấu dữliệu vào (host data), chẳng hạn như ứng dụng bảo vệ bản quyền, phát hiệnxuyên tạc thông tin (watermarking)

1.1.2 Giấu thông tin mật

Kỹ thuật giấu thông tin mật (Steganography) là kỹ thuật truyền tin màtrong đó thông tin ẩn được giấu trong thông tin chính Khái niệm

“Steganography” bắt nguồn từ tiếng Hy Lạp, phiên dịch ra nó có nghĩa là “tàiliệu được phủ” (covered writing) Thông tin mật được truyền từ người gửi đếnngười nhận cần được đảm bảo không làm cho người thứ ba có thể phát hiện.Steganography có thể dùng thêm khóa (Intrinsic Steganography) để tăng tínhbảo mật cho thông tin, hoặc là giấu tin thuần túy (Pure Steganography) khôngdùng khóa [4] Giấu thông tin mật có hai loại là giấu tin mật dạng ngôn ngữ(Linguistic Steganography), nghĩa là dùng ngôn ngữ thông thường để gửithông tin bí mật, ví dụ bạn có thể ngụy trang thông tin mật ẩn trong các thôngtin rác (thông tin có nội dung mở và không gây sự chú ý đối với người khác)hoặc dùng ngôn ngữ có qui ước ngầm ; còn giấu tin mật dạng kỹ thuật(Technical steganography) là kỹ thuật sử dụng các phương pháp khoa học đểlàm ẩn thông tin, ví dụ như dùng mực hóa học để che giấu thông tin hay các

kỹ thuật sử dụng thông tin dư thừa trong văn bản, hình ảnh, âm thanh, video

1.1.3 Giấu thông tin thủy vân

Kỹ thuật thuỷ vân số (watermarking) là kỹ thuật nhúng nhãn hiệu(trademark), thẻ (tag) hay nhãn (label) trong dữ liệu đa phương tiện hoặcđối tượng khác sao cho có thể tách chúng ra sau này Khái niệm watermarkbắt nguồn từ việc viết thông điệp bằng thứ mực vô hình lên giấy, và chỉ có thểđọc được khi nhúng nó xuống nước Thủy vân số có hai loại là thủy vân ẩn(Imperceptible watermarking) và thủy vân hiện (Visible watermarking) Đối

với thủy vân ẩn thì yêu cầu đặt ra là thông tin nhúng bị che dấu để người kháckhông phát hiện được Thủy vân ẩn thường dùng là nhúng các thông tin vềbản quyền sản phẩm Ngược lại, với thủy vân hiện thì thông tin hiển thị côngkhai trên sản phẩm để người khác có thể phát hiện được Thủy vân hiệnthường nhúng thông tin như logo, tên tác giả, địa chỉ website

Sự khác biệt cơ bản giữa kỹ thuật giấu thông tin thủy vân và giấu thôngtin mật là ở chỗ, thủy vân số tập trung chủ yếu trong ứng dụng bảo vệ các đốitượng chứa, dữ liệu nhúng chủ yếu là các thông tin về bản quyền đối với sảnphẩm số nên dung lượng dữ liệu nhúng thường không lớn, có thể hiện hoặc ẩntrong đối tượng chứa; trong khi đó kỹ thuật truyền thông tin mật lại quan tâmđến việc dữ liệu nhúng có dung lượng lớn, luôn ẩn trong đối tượng chứa saocho không bị người khác phát hiện

Hình 1.1: Các hình thức giấu tin

1.2 Mô hình giấu thông tin

Mô hình giấu tin gồm 2 quá trình: giấu thông tin vào phương tiện chứa

và trích lấy thông tin từ phương tiện chứa ra ngoài

Giấu tin

Kênh truyền

ẩn

Giấu tin mật

Giấu tin mật

dạng ngôn ngữ

Giấu tin mật dạng kỹ thuật

Ẩn danh

Đánh dấu bản quyền

Thủy vân bền vững

Dấu vân tay

Thủy vân số

Thủy vân ẩn Thủy vân hiện

Thủy vân không bền vững

Hình 1.2: Lược đồ chung cho quá trình giấu tin

Thông tin cần giấu tùy theo mục đích của người sử dụng, nó có thể là thông điệp (với các tin mật) hay các logo, hình ảnh bản quyền

Phương tiện chứa: các file ảnh, text, audio, video là môi trường để nhúng tin

Bộ nhúng thông tin: là những chương trình thực hiện việc giấu tin.Đầu ra: là các phương tiện chứa đã có giấu thông tin trong đó

Tách thông tin từ các phương tiện chứa diễn ra theo quy trình ngược lạivới đầu ra là thông tin đã được giấu vào phương tiện chứa Phương tiện chứasau khi tách lấy thông tin có thể được sử dụng quản lý theo những yêu cầukhác nhau

Quá trình giải mã: Sau khi nhận được đối tượng phương tiện có giấuthông tin, quá trình giải mã được thực hiện thông qua một giải mã ứng với bộnhúng thông tin cùng với khóa của quá trình nhúng Kết quả thu được gồmphương tiện chứa gốc và thông tin đã giấu Bước tiếp theo thông tin đã giấu sẽđược xử lý kiểm định so sánh với thông tin ban đầu

Phương tiện chứa

đã được giấu tin

Khóa

Hình 1.3: Lược đồ chung cho quá trình giải mã

1.3 Môi trường giấu tin

1.3.1 Giấu tin trong ảnh

Ảnh trên máy tính được tạo thành từ các điểm ảnh nhỏ (pixel) có màusắc Kỹ thuật giấu tin trong ảnh thường được thực hiện bằng cách thay thếmột vài pixel ít quan trọng nhất trong ảnh gốc, nhằm mục đích không làm ảnhhưởng đến chất lượng ảnh hoặc không thể nhận thấy sự thay đổi sau khi giấutin so với ảnh gốc bằng mắt thường Do lượng thông tin được truyền có địnhdạng hình ảnh là rất lớn, có vai trò quan trọng, ví dụ như nhận thực, xác địnhxuyên tạc thông tin, bảo vệ bản quyền tác giả, chữ ký số nên các ứng dụngliên quan đến giấu tin trong ảnh chiếm tỷ lệ lớn Đây cũng là một kỹ thuậtđược trùm khủng bố Osama Bin Laden dùng để liên lạc với đồng bọn trong

vụ tấn công ngày 11 tháng 9 năm 2001 và đã qua mặt được các cơ quan anninh

Giấu thông tin trong ảnh hiện nay chiếm tỉ lệ lớn nhất trong các chươngtrình ứng dụng, các phần mềm, hệ thống giấu tin trong đa phương tiện bởilượng thông tin được trao đổi bằng ảnh là rất lớn, hơn nữa giấu thông tin

Thông tin giấu

Bộ giải mã tin Phương tiện chứa tin

Phương tiện chứa

đã được giấu tin

Khóa

Kiểm định

trong ảnh cũng đóng vai trò hết sức quan trọng đối với hầu hết các ứng dụngbảo vệ an toàn thông tin như: nhận thực thông tin, xác định xuyên tạc thôngtin, bảo vệ bản quyền tác giả.

Thông tin sẽ được giấu cùng với dữ liệu ảnh nhưng chất lượng ảnh ítthay đổi và chẳng ai biết được đằng sau ảnh đó mang những thông tin có ýnghĩa Ngày nay, khi ảnh số đã được sử dụng rất phổ biến thì giấu thông tintrong ảnh đem lại rất nhiều ứng dụng quan trọng trên nhiều lĩnh vực đời sống

xã hội Ví dụ, trong các dịch vụ ngân hàng và tài chính ở một số nước pháttriển, thuỷ vân số được sử dụng để nhận diện khách hàng trong các thẻ tíndụng Mỗi khách hàng có một chữ kí viết tay, sau đó chữ kí này được số hoá

và lưu trữ trong hồ sơ của khách hàng Chữ kí này sẽ được sử dụng như làthuỷ vân để nhận thực thông tin khách hàng.Trong các thẻ tín dụng, chữ

kí tay được giấu trong ảnh của khách hàng trên thẻ Khi sử dụng thẻ, ngườidùng đưa thẻ vào một hệ thống, hệ thống có gắn thiết bị đọc thuỷ vân trên ảnh

và lấy được chữ kí số đã nhúng trong ảnh Thuỷ vân được lấy ra sẽ so sánhvới chữ kí số đã lưu trữ xem có trùng hợp không, từ đó xác định nhận thựckhách hàng

1.3.2 Giấu tin trong audio

Kỹ thuật giấu thông tin trong audio phụ thuộc vào hệ thống thính giáccủa con người (HAS - Human Auditory System) HAS cảm nhận được các tínhiệu ở dải tần rộng và công suất thay đổi lớn, nhưng lại kém trong việc pháthiện sự khác biệt nhỏ giữa các dải tần và công suất Điều này có nghĩa là, các

âm thanh to, cao tần có thể che giấu được các âm thanh nhỏ thấp một cách dễdàng Kênh truyền tin cũng là một vấn đề Kênh truyền hay băng thông chậm

sẽ ảnh hưởng đến chất lượng thông tin sau khi giấu Giấu thông tin trongaudio yêu cầu rất cao về tính đồng bộ và tính an toàn của thông tin

Các định dạng âm thanh số phổ biến như MP3 áp dụng thuật toán nénbằng cách loại bỏ những sóng âm thanh mà con người không cảm thấy, nhằmgiảm dung lượng của chúng mà không ảnh hưởng đến chất lượng âm thanh.Mặt khác, những âm thanh có tần số cao có thể che lấp âm thanh có tần sốnhỏ Do đó khi hiện diện cả hai loại thì tai người khó phát hiện ra tần số nhỏ.Dựa vào nghiên cứu những đặc điểm nêu trên và dựa vào hệ thống thính giáccủa con người, kỹ thuật giấu tin trong âm thanh thường áp dụng phương pháp

bổ sung thông tin ẩn vào những đặc trưng âm thanh có phạm vi nằm ngoàimức nhận biết của tai người, hoặc giấu tin vào phạm vi có tần số nhỏ khi hiệndiện tần số lớn trong âm thanh, vì vậy người ta không thể phát hiện sự khácbiệt khi nghe âm thanh gốc so với âm thanh gốc đã được nhúng thông tin ẩn

1.3.3 Giấu tin trong video

Kỹ thuật giấu tin trong video dựa trên nghiên cứu về đặc điểm hệ thốngthính giác và thị giác của con người Tương tự như lĩnh vực giấu tin trong ảnh

và âm thanh, giấu tin trong video được áp dụng rộng rãi trong các lĩnh vựcnhư điều khiển truy cập, xác thực thông tin, bảo vệ quyền tác giả Để có thểgiấu dữ liệu như hình ảnh, âm thanh hoặc thậm chí cả video trong một đốitượng video khác, người ta áp dụng phương pháp như: phân bổ đều (J Cox)

để phân phối thông tin giấu theo tần số của dữ liệu gốc, hoặc cấu trúc lưới đachiều (Mukherjee)

Giấu tin trong video cũng được quan tâm và được phát triển mạnh mẽcho nhiều ứng dụng như điều khiển truy cập thông tin, nhận thực thông tin vàbảo vệ bản quyền tác giả Ta có thể lấy một ví dụ là các hệ thống chương trìnhtrả tiền xem theo video clip (pay per view application) Các thuật toán trướcđây thường cho phép giấu ảnh vào trong video, nhưng gần đây kỹ thuật chophép giấu cả âm thanh

Giấu tin là một công nghệ mới rất phức tạp, đang được tập trung nghiêncứu ở nhiều nước trên thế giới như Đức, Mỹ, Italia, Canada, Nhật Bản Những kết quả thực nghiệm cho thấy cần phải có thêm thời gian để nghiêncứu thẩm định, tuy nhiên các nhà khoa học khẳng định rằng đây là một côngnghệ mới đầy hứa hẹn cho vấn đề an toàn và bảo mật thông tin.

1.3.4 Giấu tin trong văn bản (Text)

Mặc dù dữ liệu dạng văn bản chiếm tỷ lệ lớn trên hệ thống máy tính vàtruyền trên mạng nhưng kỹ thuật giấu tin trong văn bản lại dễ bị phát hiện vìtính chất văn bản thuần túy rất dễ phát hiện sự thay đổi Kỹ thuật áp dụng chovăn bản thường là phương pháp đưa thông tin ẩn vào giữa khoảng trống củacác từ, đoạn hoặc các định dạng văn bản… Do lượng thông tin dư thừa đốivới dữ liệu dạng văn bản là ít và dễ bị phát hiện nên người ta ít áp dụng giấutin trong môi trường này so với các dữ liệu khác

1.3.5 Các môi trường giấu tin khác

Kỹ thuật giấu tin đang được áp dụng cho nhiều loại đối tượng Ngoàicác dữ liệu đa phương tiện, hiện nay các kỹ thuật giấu tin hướng đến các đốitượng khác như: các hệ quản trị cơ sở dữ liệu, các phương thức truyền thôngtin,… các gói IP truyền trên mạng và chắc chắn sau này còn tiếp tục phát triểntiếp

1.4 Một số ứng dụng và xu hướng phát triển

1.4.1 Bảo vệ bản quyền tác giả (copyright protection)

Theo Luật sở hữu trí tuệ số 50/2005/QH11, quyền tác giả là quyền của

tổ chức, cá nhân đối với tác phẩm do mình sáng tạo ra hoặc sở hữu Theo đó,thông tin mang ý nghĩa sở hữu quyền tác giả (thủy vân) được nhúng vào sảnphẩm, nhằm mục đích giống như dán tem bản quyền của người chủ sở hữu vàđược pháp luật bảo vệ Khi các tác phẩm văn hóa số (phim ảnh, âm nhạc, tácphẩm văn học…) được lưu thông trên thị trường thì thủy vân chính là nhân tố

nhằm xác định chính xác chủ sở hữu hợp pháp Kỹ thuật thủy vân bền vữngcung cấp một chức năng rất quan trọng trong vấn đề bảo vệ bản quyền tác giả,bởi vì thủy vân cần phải bền vững như sản phẩm nhằm chống lại hành độnggiả mạo, tẩy xóa hay phá hủy nó.

Một thông tin nào đó mang ý nghĩa xác định quyền sở hữu của tác giả(người ta gọi nó là thuỷ vân) sẽ được nhúng vào các sản phẩm dữ liệu đaphương tiện và chỉ duy nhất người chủ sở hữu hợp pháp các sản phẩm đó cóthủy vân và được dùng làm minh chứng cho bản quyền sản phẩm Giả sử, cómột thành phẩm dữ liệu dạng đa phương tiện như ảnh, âm thanh, video cầnđược lưu trên mạng Việc bảo vệ các sản phẩm chống lại các hành vi lấy cắphoặc làm nhái cần phải có một kỹ thuật để dán tem bản quyền vào sản phẩmnày Việc dán tem 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 thuậtđối với ứng dụng này là thuỷ vân phải tồn tại bền vững cùng với sản phẩm,muốn hủy bỏ thuỷ vân này mà không được phép của người chủ sở hữu thì chỉ

có cách là phá huỷ sản phẩm

1.4.2 Xác thực thông tin (authentication)

Một tập các thông tin sẽ được giấu trong phương tiện chứa sau đó được

sử dụng để nhận biết xem dữ liệu trên phương tiện gốc đó có bị thay đổi haykhông Các thuỷ vân nên được “ẩn” để tránh sự tò mò của đối phương

Xác thực thông tin nhằm xác định trong trường hợp chủ sở hữu quyềntác giả muốn kiểm tra sản phẩm của mình có bị thay đổi bởi một bên thứ bahay không Trong lĩnh vực này, người ta áp dụng kỹ thuật thủy vân không bềnvững Khi có sự tác động nào đó làm thay đổi sản phẩm thì dữ liệu nhúng sẽ

không còn nguyên vẹn như ban đầu.

1.4.3 Phát hiện giả mạo thông tin (tamper detection)

Nhằm mục đích kiểm tra sản phẩm đó có phải là giả mạo hay không (ví

dụ, khách hàng muốn kiểm tra tác phẩm mình muốn mua) Để phát hiện sựgiả mạo, người chủ sở hữu sẽ nhúng thuỷ vân vào tác phẩm của mình, việcphát hiện được thực hiện bởi người mua căn cứ vào thuỷ vân sử dụng để bảomật

Trong các ứng dụng thực tế, người ta mong muốn tìm được vị trí bịxuyên tạc cũng như phân biệt được các thay đổi (ví dụ như phân biệt xem mộtđối tượng đa phương tiện chứa giấu thông tin đã bị thay đổi, xuyên tạc nộidung hay chỉ là bị nén mất dữ liệu) Yêu cầu chung đối với dữ liệu này là khảnăng giấu được nhiều thông tin và thuỷ vân không cần bền vững trước cácphép xử lý trên các đối tượng đã được giấu tin

1.4.4 Dấu vân tay (fingerprinting)

Dấu vân tay chứa dữ liệu nhúng có nội dung là thông tin (ví dụ như sốserial hay khóa phần mềm) mang tính duy nhất cho mỗi giao dịch của nhàphân phối cung cấp cho người mua Sau khi mua sản phẩm văn hóa số, ngườitiêu dùng sẽ sử dụng thông tin đó để giải mã và được xác nhận là người chủhợp pháp của sản phẩm đó

1.4.5 Dán nhãn (labeling)

Dữ liệu nhúng có thể là tiêu đề, tên tác giả, địa điểm, thời gian, chúthích… nhằm cung cấp các thông tin liên quan đến sản phẩm văn hóa số hoặcđược sử dụng cho mục đích tìm kiếm chúng sau này Mỗi một sản phẩm sẽmang một thuỷ vân riêng.Với những ứng dụng này thì yêu cầu thủy vân phải

có độ an toàn cao và không bị xoá cho các thuỷ vân trong quá trình lưu thôngsản phẩm

1.4.6 Giấu tin mật (steganography)

Trong trường hợp tác phẩm văn hóa số cần được truyền một cách bímật cho người nhận thì người ta áp dụng kỹ thuật giấu tin mật nhằm tránhngười khác phát hiện Các thông tin có thể giấu được trong những trường hợpnày càng nhiều càng tốt sao cho vẫn đảm bảo yêu cầu là không thể phát hiệnđược Việc giải mã để lấy được thông tin cũng không cần phương tiện manggốc ban đầu Các yêu cầu về chống tấn công của đối phương không cần caolắm, thay vào đó là yêu cầu thông tin giấu phải được bảo mật

1.4.7 Kiểm soát sao chép (copy control)

Kỹ thuật thủy vân áp dụng trong việc điều khiển truy cập các sản phẩm

số Theo đó, các nhà cung cấp sản phẩm có thể sử dụng hệ thống điều khiểnđọc và ghi, hoạt động theo cơ chế kiểm soát thông tin bản sao của sản phẩm,nhằm ngăn cấm việc sao chép bất hợp pháp bản gốc

Điều mong muốn đối với các hệ thống phân phối dữ liệu đa phươngtiện là tồn tại một kỹ thuật chống sao chép trái phép dữ liệu Có thể sử dụngthuỷ vân để chỉ trạng thái sao chép của dữ liệu Các thuỷ vân trong trườnghợp này được sử dụng để kiểm soát sao chép đối với các thông tin Các thiết

bị phát hiện ra thuỷ vân thường được gắn sẵn vào trong các hệ thống đọc ghi Ví dụ như hệ thống quản lý sao chép DVD đã được ứng dụng ở Nhật.Thuỷ vân mang các giá trị chỉ trạng thái cho phép sao chép dữ liệu như

-“không được sao chép” (copy never) hay “chỉ được sao chép một lần” (copyonce), sau khi copy xong, bộ đọc - ghi thuỷ vân sẽ ghi thuỷ vân mới chỉ trạngthái mới lên DVD Các ứng dụng loại này cũng yêu cầu thuỷ vân phải đượcđảm bảo an toàn và cũng sử dụng được phương pháp phát hiện thuỷ vân đãgiấu mà không cần thông tin gốc

1.5 Một số định dạng tệp video

1.5.1 Khung và cấu trúc khung

Video bao gồm một loạt các ảnh bitmap trực giao hiển thị trong liên kếtnhanh với tốc độ không đổi Trong cấu trúc của video những ảnh này đượcgọi là khung hình Chúng ta đo tốc độ khung hình được hiển thị trong mỗigiây (FPS)

Vì mỗi khung hình là một ảnh kỹ thuật số trực giao bitmap bao gồmmột raster các điểm ảnh (pixel) Nếu nó có chiều rộng W pixel và chiều cao Hpixel ta nói rằng kích thước khung hình là W x H pixels

Pixels chỉ có một thuộc tính màu sắc của chúng Màu sắc của một điểmảnh được biểu diễn bởi một giá trị cố định các bit Các bit hơn các biến thểtinh tế của màu sắc là có thể được sao chép Đây được gọi là độ sâu màu (CD)của video

Ví dụ video có thể có thời gian (T) 1 giờ (3600 giây), kích thước khunghình 640 x 480 (R x C) ở độ sâu màu 24 bit và tỷ lệ khung hình 25 fps Video

ví dụ này có các thuộc tính sau:

 Pixel mỗi khung hình = 640 * 480 = 307.200

 Bit trên mỗi khung hình = 307.200 * 24 = 7.372.800 = 7, 37 Mbits

 Tỷ lệ bit (BR) = 7.37 * 25 = 184, 25 Mbits / sec

 Kích thước video (VS) = 184 Mbits / sec * 3600 giây

= 662.400 Mbits = 82.800 MB = 82, 8 GB Các đặc tính quan trọng nhất là tốc độ bit và kích thước video Cáccông thức liên quan giữa hai thuộc tính đó với tất cả các thuộc tính khác là:

BR = W * H * CD * FPS

VS = BR * T = W * H * CD * FPS * T

Đơn vị là: BR theo bit/s, W và H theo điểm ảnh, CD bằng bit, VS theo bit,

T theo giây Trong khi một số công thức thứ cấp là: pixels_per_khung hình = W *

H pixels_per_second = W * H * FPS bits_per_khung hình = W * H * CD

1.5.2 Một số loại định dạng video phổ biến

1.5.2.1 Định dạng AVI

Định dạng AVI (Audio Video Interle) là một định dạng số đa phươngtiện do Microsoft giới thiệu vào tháng khoảng 11/1992 như một chuẩn videodành cho Windows Tệp AVI có thể chứa cả dữ liệu âm thanh và video trongmột tệp, cho phép đồng bộ với phát lại audio – video

Đặc điểm của tệp AVI là dạng video không nén, chính vì vậy hình ảnhcủa video dạng này khá đẹp và sắc nét, đây là đặc tính ưu điểm và đồng thờicũng là nhược điểm của định dạng này, vì hình ảnh và âm thanh của nó khôngđược nén nên dung lượng của một tệp AVI thường khá lớn (một tệp video avikhoảng 60 phút sẽ có dung lượng khoảng trên dưới 10Gb)

1.5.2.2 Định dạng FLV (Flash video)

Tệp FLV là một dạng file nén từ các file video khác để tải lên trangweb với dung lượng nhỏ, tuy nhiên chất lượng của hình ảnh không bằng đượcfile gốc (MP4, WAV,…) Tệp FLV được lựa chọn cho việc nhúng videotrong web, đây là định dạng hay được sử dụng bởi ứng dụng trên web như:Youtube, Google Video, Yahoo! Video,…

1.5.2.3 H.264/MPEG – 4 Part 10 hay AVC (Advanced Video Coding)

Đây là một chuẩn mã hóa/giải mã video và định dạng tệp video đangđược sử dụng rộng rãi nhất hiện này vì khả năng ghi, nén và chia sẽ videophân giải cao Tệp này có dung lượng thấp nhưng mang lại chất lượng rất cao

bộ code Windows Media Video và âm thanh được mã hóa theo codecWindows Media Audio codec.

1.5.2.6 MPEG-4 Part 14 hoặc MP4

Là định dạng thường được sử dụng để lưu trữ video và âm thanh,nhưng cũng có thể được sử dụng để lưu trữ dữ liệu khác như phụ đề và hìnhảnh MP4 cho phép truyền tải trên Internet

1.5.2.7 DivX (Digital Video Express)

Là một định dạng nổi tiếng từ lâu trong nhóm MPEG-4 Chất lượng coinhư bằng MPEG 2 nhưng kích thước chỉ nhỏ bằng một nửa

1.5.2.8 XviD (viết ngược lại của DivX)

Là một dạng MPEG4 XviD kết hợp hài hòa giữa tốc độ, chất lượng, cókhả năng tùy biến cao, là một ASP code được giới chuyên môn đánh giá caonhất

1.5.2.9 3GP

Là phiên bản đơn giản của MP4, được thiết kế để nén và giảm dunglượng cũng như băng thông cần thiết Định dạng này sử dụng cho các ứngdụng trên máy điện thoại đi động thông minh Nó lưu trữ hình ảnh như làMPEG-4 hay H.263 và âm thanhlà dạng AMR-NB hay AAC-LC Một tệp3GP thường chứa nhiều nội dung nhiều hơn nội dung truyền tải, vì nó cònchứa các thông tin chú thích của hình ảnh

1.5.2.11 MOV (Apple QuickTime Movie)

Là một định dạng được Apple phát triển Định dạng file QuickTime làmột định dạng chia sẻ và xem video phổ biến cho người dùng Mac và thườngđược sử dụng trên web để lưu file video và phim Đây là một định dạng đaphương tiện phổ biến, thường được dùng trên Internet do ưu điểm tiết kiệmdung lượng của nó

1.5.2.12 Định dạng H.265 hay còn gọi là HEVC

HEVC (High Efficiency Video Coding – code video hiệu suất cao) Là

một định dạng video mang lại khả năng nén cao gần gấp đôi so vớiH.264/AVC hiện đang được dùng phổ biến, do đó giúp giảm băng thông cầnthiết để truyền tải phim, đặc biệt là trên các thiết bị di động Nhờ đó, chúngkhông phải trả quá nhiều chi phí xem phim kết nối với 3G/4G mà vẫn thưởngthức được video chất lượng cao, thời gian tải nội dung cũng giảm đi

1.6 Sơ đồ giấu tin và tách tin trong video

Sơ đồ giấu tin và tách tin trong video tổng quan được minh họa theo hình

Stego video

Khóa

Trong đó:

- Cover Video: video ban đầu dùng để che giấu thông tin

- Message: dữ liệu quan trọng cần giấu

- Message Embedder: bộ chương trình giấu tin

- Stego video: video đã giấu tin

- Message Extractor: bộ chương trình tách thông tin đã giấu trong videoMessage đem giấu có thể là một đoạn văn bản, một ảnh logo, một đoạn mã IDđịnh danh nào đó liên quan đến bản dữ liệu số che giấu nó hoặc có thể lại làmột đoạn âm thanh số ngắn nào đó

Chương 2 PHƯƠNG PHÁP GIẤU TIN TRONG VIDEO

2.1 Một số thuật toán bổ trợ cho giấu tin trong video

2.1.1 Thuật toán DES

Thuật toán DES là thuật toán khóa đối xứng, trong đó chỉ một khóariêng được sử dụng để mã hóa dữ liệu DES là thuật toán được sử dụng phổbiến nhất để mã hóa và giải mã, vì thuật toán này nhanh hơn và hiệu quả hơn

so với các thuật toán khác, nó có 16 vòng lặp, do đó mất ít thời gian hơn đểtính toán mã hóa

Mỗi lần lặp thực hiện các thao tác khác nhau Các hoạt động được thựchiện là xáo trộn bit, thay thế phi tuyến tính (S-box) và exclusive-ORoperation Thay thế và Hoán vị là hai phép toán quan trọng trong thuật toánDES Sự thay thế ánh xạ các giá trị khác nhau với nhau và trong hoán vị, các

vị trí bit được sắp xếp lại để chúng ta có thể nhận được đầu vào hoán vị Kỹthuật này được sử dụng nhiều lần trong mỗi lần lặp lại Thuật toán mã hóaDES chấp nhận 2 đầu vào:

+ Văn bản thuần túy được mã hóa

+ Chìa khóa bí mật

Thuật toán DES chấp nhận văn bản thuần túy của khối 64-bit Khối 54bit được lấy làm đầu vào và khối văn bản mã hóa 64 bit được tạo làm đầu ra.Đầu vào thứ hai cho DES là khóa bí mật [13] Cùng một khóa bí mật được sửdụng ở cả phía người gửi và người nhận Độ dài khóa thường là độ dài 64 bit.Mọi bit thứ tám trong tổng độ dài khóa đều bị bỏ qua, vì nó được sử dụng đểkiểm tra tính chẵn lẻ

Quá trình bắt đầu với hoán vị ban đầu là sắp xếp lại các bit để tạo thànhđầu vào hoán vị Sau khi hoàn thành hoán vị ban đầu, đầu vào được chiathành 2 nửa, mỗi nửa 32 bit Như đã thấy trong hình, hàm f được thực hiệntrong tất cả các lần lặp

Li = Ri-1 (1)

Ri = Li-1 f {Ri-1, Ki} (2)Hàm F là hàm Fiestel thực hiện các chức năng khác nhau

Hình 2.1: Fiestel Function (F)

Như thể hiện trong hình trên, đầu tiên nó mở rộng nửa bên phải của đầuvào từ 32 lên 48 bit tương tự như độ dài của khóa, tức là 48 bit Hoạt độngXOR được thực hiện giữa phím và nửa bên phải của đầu vào Đầu ra của hoạtđộng XOR là 48-bit, được nhập vào các hộp S Hộp S nhận đầu vào 6 bit vàcung cấp đầu ra 4 bit Và tổng số 32-bit được xuất ra từ 8 hộp S Đầu ra nàyđược hoán vị bằng cách sử dụng hộp P Đây là quá trình hoàn chỉnh của 1vòng Sau khi hoàn thành một vòng, các nửa bên trái và bên phải không đượchoán đổi thay vào đó nó được nối với nhau Và kết quả là dữ liệu được mãhóa Cùng với quá trình mã hóa khóa 48-bit cũng được chuyển đổi Tại mỗivòng, các tổ hợp phím phụ 48 bit khác nhau được tạo ra bằng cách sử dụngdịch chuyển vòng Quá trình giải mã tương tự như quá trình mã hóa, điểmkhác biệt duy nhất là khóa phải được sử dụng theo thứ tự ngược lại và thay vìdịch chuyển sang trái, nó sử dụng dịch chuyển phải để tạo ra các khóa phụ

Có rất nhiều thuật toán mật mã có sẵn để mã hóa và giải mã Đầu tiênmật mã đối xứng được sử dụng vì nó chỉ gồm 1 khóa bí mật nên rất dễ thực

hiện Trong trường hợp khác, tức là mật mã không đối xứng, nó bao gồm haikhóa riêng tư và khóa công khai, vì vậy quá trình mã hóa dữ liệu khó khăn vàtốn thời gian so với đối xứng Về đối xứng, lý do của việc sử dụng các thuậttoán DES là DES ít tốn thời gian hơn so với AES.

2.1.2 LSB Coding

LSB (Bit ít có ý nghĩa nhất) là kỹ thuật phổ biến để nhúng thông điệpvào khung Trong quá trình nhúng, các bit pixel có trọng số ít nhất của khungđược thay đổi bằng 1 bit của dữ liệu bí mật Đây là kỹ thuật phổ biến đơn giảnnhất nhưng nhanh nhất để ẩn dữ liệu trong ảnh hay video Sử dụng kỹ thuậtnày, chúng ta có thể nhúng dữ liệu bí mật vào các bit nhỏ nhất trong số cácpixel của khung hình Trong quá trình nhúng này, chúng ta có thể nhúng 3 bitthông báo vào các pixel Mỗi thành phần RGB ẩn 1 bit dữ liệu Ví dụ, chúngtôi đã sử dụng hình ảnh Bitmap (BMP) [13] Các pixel sau là hình ảnh 24 bit:

(00101110 00001110 11001101)(00011101 10101101 00001100)(11101111 10100000 11000011)Lấy ký tự để ẩn nó trong các pixel của hình ảnh đã cho ở trên Ví dụ,hãy xem xét ký tự ‘b’ Đầu tiên ký tự này được chuyển đổi thành giá trịASCII Ký tự ‘b’ có giá trị ASCII là 98 Bây giờ lấy giá trị nhị phân của giátrị ASCII này, để chúng ta có thể nhúng ký tự vào pixel Giá trị nhị phân là1100010

(00101111 00001111 11001100) (00011100 10101100 00001101) (11101110 10100000 11000011)Như thể hiện trong ví dụ, chỉ có 1 bit thay đổi trong mỗi pixel là khôngthể nhận biết được

Mã hóa LSB là kỹ thuật phổ biến và đơn giản nhất Lý do là nó đơngiản nhưng nó cung cấp quá trình nhúng nhanh và thậm chí dữ liệu được tríchxuất ở phía người nhận theo cách thích hợp Kỹ thuật LSB rất dễ thực hiện vàcung cấp bảo mật tốt.

Hình 2.2: Quá trình LSB coding

2.1.3 Kỹ thuật ẩn video trong các miền biến đổi: DCT và DWT

Ý tưởng là chuyển đổi phương tiện mang kỹ thuật số (ví dụ như video)thành miền tần số bằng cách áp dụng DCT [12] DCT biến đổi tín hiệu hoặchình ảnh từ miền không gian sang miền tần số Nó giúp tách hình ảnh thànhcác phần (hoặc dải phụ quang phổ) có tầm quan trọng khác nhau Để cải thiệntính bảo mật của các thông điệp bí mật được ẩn bằng cách sử dụng các hệ sốDCT của ảnh bìa [5] Trong kỹ thuật này, ảnh bìa được chia thành các khối,

và DCT được áp dụng cho mỗi khối; số lượng các bit quan trọng nhất đượcnhúng vào hệ số DCT của ảnh bìa dựa trên các giá trị của hệ số DCT, phươngpháp được đề xuất đã cải thiện tỷ lệ tín hiệu nhiễu (PSNR), bảo mật và dung

lượng Kỹ thuật ghi mật mã dựa trên DCT được sử dụng để nhúng các tinnhắn văn bản vào LSB của hệ số DCT của một hình ảnh kỹ thuật số.

Các kỹ thuật khác nhau được thực hiện bằng cách sử dụng các hệ sốwavelet để nâng cao khả năng ẩn và độ trong suốt về tri giác trong các miềnwavelet Sử dụng phép biến đổi wavelet, đã nâng cao năng lực của hệ thốngmật mã và đạt được mức độ riêng tư cao bằng cách ẩn dữ liệu trong miềnDWT hai chiều của ảnh bìa Phương pháp này đạt được mức độ không nhạy

và độ méo hình ảnh chấp nhận được Tuy nhiên, phương pháp này đòi hỏi chiphí tính toán cao

Ngoài ra, một sơ đồ ẩn dữ liệu sử dụng tính năng phát hiện thay đổicảnh cho các luồng video H.264, bộ mã hóa H.264 sử dụng các khối video cókích thước khác nhau trong giai đoạn dự đoán lẫn nhau để ẩn thông tin thayđổi cảnh bên trong chuỗi được mã hóa

Quá trình ẩn dữ liệu được thực hiện trong miền biến đổi bằng cách sửdụng các hệ số DCT và DWT của video bìa Trong phương pháp SCDH, quátrình ẩn dữ liệu được thực hiện theo ba bước: (1) phân tích chuỗi video, (2)nhúng thông điệp bí mật và (3) trình tự video cover và chuẩn hóa tải trọng sửdụng hệ số DWT

(1) Trong phân tích chuỗi video, hệ số DCT thu được để phát hiệnđiểm thay đổi cảnh trong video bìa Các thay đổi cảnh được phát hiện bằngcách sử dụng chênh lệch khung hình và thông điệp bí mật được nhúng Quátrình nhúng này giúp tăng mức độ bảo mật của phương pháp SCDH một cáchhiệu quả vì việc ẩn thông điệp bí mật tại điểm thay đổi cảnh của chuỗi videochuyển động làm cho thông điệp bí mật khó bị phát hiện Sau đó, video bìa vàtải trọng được chuẩn hóa bằng cách sử dụng các dải con wavelet của hệ sốDWT để nâng cao chất lượng của chuỗi video stego

Đầu tiên, phương pháp ẩn dữ liệu bằng việc sử dụng DCT sẽ phân tích

cú pháp chuỗi video Trong bước này, video bìa được nén để loại bỏ các dưthừa về không gian và thời gian Quá trình này cho phép tính toán hiệu quả vànhanh chóng Hệ số DCT được chuyển đổi thành các khối pixel trong miềnbiến đổi Hệ số DCT hai chiều K (p, q) của hình ảnh video n x n, thu đượcbằng cách sử dụng 2 công thức sau:

trong đó n là kích thước khối (tức là đối với khối 8x8, n là 8), (x, y) là cường

độ của pixel hình ảnh gốc và (p, q) là giá trị pixel của hình ảnh đã được biếnđổi

Trong quá trình phân tích cú pháp video, các thay đổi cảnh được pháthiện bằng cách sử dụng công thức (3)

D¿ Đối với chuỗi hai khung hình video liên tiếp, fi và fi + 1 với 0

<fi> N, N là số khung hình trong dữ liệu video, fi (x, y) biểu thị giá trị củapixel tại vị trí (x, y ) cho khung thứ i, và Ci (x, y) và Ci + 1 (x, y) lần lượt biểuthị các DCT của khung fi và fi + 1 Chênh lệch giữa hai khung liên tiếp được

ký hiệu là D (fi, fi + 1) Do đó, trong SCDH, điểm thay đổi cảnh được xácđịnh bằng cách sử dụng trình phân tích cú pháp giữ lại các thông tin như màusắc, tương quan không gian, vectơ chuyển động và hệ số DCT của video [10].Phương thức SCDH thay thế các hệ số này bằng các giá trị pixel của thôngđiệp bí mật Thông thường, khi một sự thay đổi cảnh xảy ra trong một khunghình video, màu sắc và độ sáng của hình ảnh sẽ khác với những màu của

(1)

(3)