CHƯƠNG 1 – TỔNG QUAN ĐỀ TÀI 1.1 Tính cấp thiết đề tài Hiện nay, các hệ thống GIS [1][5] đang phát triển không ngừng về cả số lượng và chất lượng khi xuất hiện ngày càng nhiều ứng dụng trong các lĩnh vực như: nghiên cứu quản lý tài nguyên thiên nhiên và môi trường (quản lý rừng, phân tích các tác động môi trường, quản lý chất lượng nước, đánh giá hiện trạng sử dụng đất đai,…), nghiên cứu điều kiện kinh tế - xã hội (quản lý dân số, quản lý mạng lưới giao thông, quản lý mạng lưới y tế giáo dục, điều tra và quản lý hệ thống cơ sở hạ tầng.), nghiên cứu hỗ trợ các chương trình quy hoạch phát triển, v. Một trong những yếu tố quan trọng nhất quyết định đến kết quả của các ứng dụng này là dữ liệu GIS, mà cụ thể là các bản đồ số. Thông thường, chi phí xây dựng dữ liệu GIS sẽ chiếm khoảng 80% chi phí của một dự án GIS [6]. Hơn nữa, sự phát triển ngày càng mạnh mẽ của công nghệ GIS dẫn đến tình trạng: Dữ liệu không gian địa lý có chứa các thông tin nhạy cảm (chính trị, quân sự, …) nên các dữ liệu này cần được bảo mật tuyệt đối.
Các đối tượng khách hàng của các hệ thống thông tin địa lý rất là đa dạng, từ chính phủ, các nhà quy hoạch đô thị, các điều tra viên, tiểu thương… Do khác nhau về vai trò và chuyên môn của họ nên cần phải có sự cấp phát quyền khác nhau trên các hệ thống thông tin địa lý. Cần kiểm soát các truy cập vào dữ liệu của các công ty tập đoàn và chính phủ, đồng thời phải kiểm soát sự phát triển của các cơ sở hạ tầng dữ liệu địa lý. Các nhà cung cấp dữ liệu thông tin địa lý cần có giấy phép và được bảo vệ tài nguyên mà họ công bố trên Web. Do đó vấn đề bảo mật cơ sở dữ liệu GIS là một vấn đề vô cùng cấp thiết.
Bảo mật cơ sở dữ liệu GIS bao gồm 3 vấn đề chính: tính bí mật (confidentiality), tính toàn vẹn (integrity) và điều khiển truy xuất (access control) [13][43]. Tính bí mật đảm bảo rằng chỉ những người dùng hợp lệ mới có thể truy xuất và hiểu được dữ liệu GIS. Tính toàn vẹn đảm bảo dữ liệu không bị sửa đổi bởi những người dùng bất hợp pháp. Cơ chế điều khiển truy xuất bao gồm hai phần chính là xác thực (authentication) và kiểm tra quyền truy cập (authorization).
Khi người dùng truy xuất vào cơ sở dữ liệu GIS cần phải đảm bảo rằng người dùng đăng nhập thành công và chỉ hiện những thao tác được phép trên những đối tượng dữ liệu nhất định. Tính bí mật và tính toàn vẹn đối với dữ liệu GIS đã được giải quyết thỏa đáng bằng các giải pháp trong lĩnh vực công nghệ thông tin như: mã hóa (cryptography), chữ ký số (digital signature), digital digest, v. Tuy nhiên vấn đề điều khiển truy xuất đối với dữ liệu GIS còn phức tạp vì cần 10 phải xem xét tới thuộc tính hình học của dữ liệu GIS, nên cần có giải pháp phù hợp đáp ứng các yêu cầu truy xuất vào dữ liệu GIS. Dữ liệu GIS (đặc biệt là dữ liệu nền) thường được dùng chung bởi nhiều ứng dụng khác nhau.
Trong mỗi ứng dụng GIS, người dùng được chia làm nhiều nhóm khác nhau và mỗi nhóm sẽ có đặc quyền riêng trong việc truy xuất dữ liệu GIS. Để hiểu rõ vấn đề này, chúng ta xem xét một ví dụ truy xuất dữ liệu trên ứng dụng quản lý quy hoạch của thành phố Hồ Chí Minh. Ứng dụng này có nhiều nhóm người dùng, giả sử bao gồm nhóm người dùng sau: nhóm dân thường, nhóm quân sự, nhóm lãnh đạo thành phố. Tùy vào mỗi nhóm người dùng khác nhau khi truy xuất dữ liệu quy hoạch sẽ thấy được những vị trí đặc biệt và mức độ chi tiết khác nhau.
Ví dụ nhóm dân thường chi nên biết một số vị trí phổ thông và thông tin tổng quát, nhóm quân sự được biết nhiều vị trí quan trọng hơn với nhiều thông tin chi tiết hơn. Trong thực tế, chúng ta có thể thực hiện điểu khiển truy xuất cho các dịch vụ thông tin không gian địa lý bằng nhiều cách tiếp cận khác nhau cả về mặt lý thuyết lẫn ứng dụng. Tuy nhiên, những giải pháp này đều gặp phải một số ưu và nhược điểm riêng (xem mục 3. Nhìn chung, các giải pháp này chưa cho phép một cơ chế có thể đảm bảo việc điều khiển truy xuất dữ liệu đến từng đối tượng trong từng điều kiện và hoàn cảnh khác nhau một cách mềm dẻo với người quản lý.
Do đó, đề tài này sẽ tập trung nghiên cứu và đề xuất một mô hình điều khiển truy xuất khả mở và tổng quát cho dữ liệu GIS hỗ trợ bảo mật tới từng đối tượng dữ liệu trên mỗi lớp dữ liệu GIS. Đồng thời phát triển một giải pháp đặc tả các quy tắc phân quyền và các chính sách bảo mật đa dạng theo mô hình điều khiển truy xuất này. Bên cạnh đó, đề tài sẽ xây dựng một bộ công cụ phát triển (dạng framework và thư viện hỗ trợ lập trình) để có thể áp dụng vào các ứng dụng GIS có yêu cầu tích hợp bảo mật cao ngoài thực tế.2 Phương pháp nghiên cứu 1.1 Cách tiếp cận Đề tài nghiên cứu và tổng hợp các mô hình điều khiển truy xuất cho dữ liệu GIS đã công bố (có đánh giá điểm yếu, điểm mạnh), sau đó phát triển một mô hình điều khiển truy xuất mới khả mở hỗ trợ điều khiển truy xuất tới từng đối tượng trong các lớp dữ liệu GIS. Tính hiệu dụng của giải pháp cũng sẽ được kiểm chứng qua việc triển khai một ứng dụng GIS thực tế.2 Phương pháp nghiên cứu Phương pháp nghiên cứu trong đề tài là kết hợp nghiên cứu lý thuyết với thử nghiệm để kiểm chứng các kết quả nghiên cứu.
Đề tài sẽ: (1) nghiên cứu lý thuyết và các công trình khoa học đã và đang nghiên cứu để có nền tảng vững chắc về mô hình và các 11 giải pháp điều khiển truy xuất cho dữ liệu GIS; (2) nghiên cứu và phát triển một mô hình điều khiển truy xuất cho dữ liệu GIS hỗ trợ điều khiển truy xuất đến từng đối tượng trong mỗi lớp dữ liệu, và có tính khả dụng; (3) phát triển phương pháp đặc tả các quy tắc phân quyền (authorization rule) và các chính sách bảo mật (security policy) theo mô hình điều khiển truy xuất đã đề xuất; (4) xây dựng các chức năng cơ bản của hệ thống điều khiển truy xuất theo mô hình điều khiển truy xuất đã đề xuất; (5) phát triển bộ công cụ dựa trên mô hình điều khiển truy xuất nhằm hỗ trợ việc chuyển giao công nghệ và áp dụng vào các ứng dụng GIS trong thực tế; (6) tìm hiểu về các kỹ thuật và công nghệ để hiện thực một ứng dụng thử nghiệm nhằm đánh giá các kết quả nghiên cứu.3 Ý nghĩa khoa học và khả năng áp dụng thực tiễn Về mặt khoa học, đề tài nghiên cứu và đề xuất một mô hình điều khiển truy xuất cho dữ liệu GIS mới hỗ trợ điều khiển truy xuất tới từng đối tượng dữ liệu trên mỗi lớp dữ liệu GIS và các giới hạn truy xuất dựa trên vai trò người dùng và ngữ cảnh. Hơn nữa, mô hình được đề xuất sẽ hỗ trợ chuẩn công nghiệp OASIS XACML và chuẩn NIST cho mô hình điều khiển truy xuất dựa trên vai trò. Mô hình điều khiển truy xuất đề xuất sẽ làm nền tảng vững chắc tạo tiền đề nghiên cứu và phát triển các ứng dụng GIS có các yêu cầu bảo mật tới từng đối tượng trên mỗi lớp dữ liệu không gian. Về mặt thực tiễn, đề tài xây dựng bộ công cụ phát triển (dạng framework và thư viện hỗ trợ lập trình) để có thể áp dụng vào các ứng dụng GIS có yêu cầu tích hợp bảo mật cao ngoài thực tế.
Điều này cũng sẽ được kiểm chứng thông qua việc triển khai thử nghiệm một ứng dụng trong đề tài. 12 CHƯƠNG 2 – PHÁT BIỂU ĐỀ TÀI 2.1 Giới thiệu GIS và ứng dụng GIS Hệ thống thông tin địa lý GIS là một công cụ tập hợp những quy trình dựa trên máy tính để lập bản đồ, lưu trữ và thao tác dữ liệu địa lý, phân tích các sự vật hiện tượng thực trên trái đất, dự đoán tác động và hoạch định chiến lược [1][2]. GIS là một tập hợp có tổ chức gồm phần cứng, phần mềm, dữ liệu, con người và các kỹ thuật thao tác để thu nhận, lưu trữ, cập nhật, phân tích và hiển thị tất cả các dạng thông tin địa lý có quan hệ không gian (Hình 1). Hình 1: Các thành phần của hệ thống GIS GIS được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực khác nhau của cuộc sống [1][2][5].
Vì GIS được thiết kế như một hệ thống chung để quản lý dữ liệu không gian, nó có rất nhiều ứng dụng trong việc phát triển đô thị và môi trường tự nhiên như là: quy hoạch đô thị, quản lý nhân lực, nông nghiệp, điều hành hệ thống công ích, lộ trình, nhân khẩu, bản đồ, giám sát vùng biển, cứu hoả, quản lý và dự báo các vùng thiên tai và bệnh tật. Trong phần lớn lĩnh vực này, GIS đóng vai trò như là một công cụ hỗ trợ quyết định cho việc lập kế hoạch hoạt động. GIS cũng có thể được áp dụng trong các hệ thống tài chính và bán lẻ với vai trò như quản lý tài sản, tìm vị trí để thiết lập chi nhánh mới, tìm lộ trình tối ưu để phân phối hàng hóa, v.v GIS sẽ làm thay đổi đáng kể tốc độ thông tin địa lý được sản xuất, cập nhật và phân phối. GIS cũng làm thay đổi phương pháp phân tích dữ liệu địa lý.
Hai ưu điểm quan trọng của GIS so với bản đồ giấy là: dễ dàng cập nhật thông tin không gian và tổng hợp hiệu quả nhiều tập hợp dữ liệu thành một cơ sở dữ liệu kết hợp. GIS lưu giữ thông tin về thế giới thực dưới dạng tập hợp các lớp chuyên đề có thể liên kết với nhau nhờ các đặc điểm địa lý. Điều này đơn giản nhưng vô cùng quan trọng và là một công cụ đa năng đã được chứng minh là rất có giá trị trong việc giải quyết nhiều vấn đề thực tế, từ thiết lập tuyến đường, phân phối của các chuyến xe đến lập 13 báo cáo chi tiết cho các ứng dụng quy hoạch hay mô phỏng sự lưu thông khí quyển toàn cầu [Hình 2]. Hình 2: Phân tích dữ liệu trong hệ thống GIS Về việc lưu trữ dữ liệu, GIS có 2 loại dữ liệu là raster và vector [2].