Chương 1 là phần giới thiệu tổng quan, mục tiêu và phạm vi của nghiên cứu; đồng thời chỉ ra những đóng góp chính của công trình trong lĩnh vực này, và trình bày cấu trúc của luận án. • Chương 2 trình bày các nghiên cứu có liên quan bao gồm các vấn đề về xác thực, lĩnh vực sinh trắc học và sinh trắc học được ứng dụng trong hệ thống xác thực như thế nào, và có các nghiên cứu nào liên quan đến bảo mật trong hệ thống xác thực sử dụng đặc trưng sinh trắc. • Chương 3 tập trung vào lĩnh vực bảo vệ mẫu sinh trắc. Trong đó trình bảy các đặc điểm cần có của kĩ thuật bảo vệ mẫu sinh trắc.
Tiếp đó phân loại các kĩ thuật bảo vệ mẫu sinh trắc. Hai kĩ thuật Cam kết mờ và Phép chiếu trực giao ngẫu nhiên được sử dụng trong giao thức đề xuất được trình bày chi tiết cách thức hoạt động trong phần này. • Chương 4 trình bày về lĩnh vực an toàn tính toán, liên quan đến việc bảo vệ dữ liệu nhạy cảm của người dùng khi dữ liệu đó cần được xử lý trên máy chủ không đáng tin. Lĩnh vực này liên quan đến kĩ thuật mã hóa và bộ đồng xử lý bảo mật.
Trong phần này cũng đưa ra một ví dụ thực tiễn của một bộ đồng xử lý bảo mật được IBM sản xuất đó là IBM 4765 gồm cách thức tiến hành giao tiếp với bộ xử lý, các API được cung cấp giúp thực hiện các tác vụ trong giao thức đề xuất. • Chương 5 mô tả chi tiết về giao thức đề xuất. Trong đó, cách thức trình bày đi từ tổng quan kiến trúc hệ thống đến chi tiết từng quá trình đăng kí và xác thực ở mỗi thành phần của hệ thống. • Chương 6 đánh giá giao thức.
Trong đó trình bày về kết quả thực nghiệm chứng minh độ chính xác của quá trình xác thực. Bên cạnh đó, phân tích độ bảo mật và độ phức tạp của hệ thống. • Chương 7 là phần kết luận các việc làm được, chưa làm được và hướng phát triển của luận án. 6 CHƯƠNG 2 CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN Giới thiệu về xác thực 2.1 Định nghĩa Trong lĩnh vực bảo mật hệ thống thông tin, điều khiển truy xuất đóng vai quan trọng, nó liên quan đến việc quản lý các truy cập vào các tài nguyên của hệ thống.
Điều khiển truy xuất gồm có hai bước chính là xác thực và ủy quyền. Xác thực được định nghĩa là “quá trình kiểm tra/xác minh danh định của người dùng là đúng với chính họ” [1]. Trong khi đó, ủy quyền là “quá trình giới hạn các hành vi được phép làm của người dùng đã được xác thực”[2]. Nói cách khác, xác thực dùng để trả lời cho câu hỏi “bạn là ai?” và ủy quyền dùng để trả lời cho câu hỏi “bạn được phép làm gì?”.
Trong giới hạn của nghiên cứu, luận án này chỉ đề cập đến các lý thuyết liên quan đến phần xác thực. Để xác thực được người dùng thì trước tiên họ cần thực hiện việc đăng ký với hệ thống. Việc đăng ký này cần hai thông tin cơ bản là danh định và bằng chứng để kiểm tra sau này. Loại bằng chứng đi kèm với danh định dùng để xác thực được chia làm ba loại sau [2]: • Những gì bạn biết: mật khẩu, số bí mật (PIN) • Những gì bạn có: thẻ thông minh • Những gì là chính bạn: sinh trắc học Để tăng tính hiệu quả khi xác thực, các yếu tố xác thực có thể được sử dụng kết hợp với nhau.
Khi đó ta có hệ thống xác thực nhiều thành phần. Ví dụ hệ thống xác thực kết hợp giữa mật khẩu và token hoặc giữa mật khẩu và đặc trưng sinh trắc, hoặc giữa các đặc trưng sinh trắc với nhau.1 cung cấp thông tin so sánh về các hệ thống xác thực ứng với các loại bằng chứng trên [1].1: So sánh các phương pháp xác thực Những gì bạn biết Những gì bạn có Sinh trắc Ví dụ Mật khẩu, PIN Khóa, thẻ định danh Dấu vân tay, khuôn mặt, DNA Bị sao chép Dùng phần mềm sao Phụ thuộc vào khả năng Phụ thuộc vào khả năng chép phát hiện bản sao của hệ phát hiện bản sao của hệ thống xác thực thống xác thực Bị mất Do quên Dễ mất Rất khó mất Bị đánh cắp Do gián điệp Có khả năng Khó có khả năng Bị thay đổi Dễ bị thay đổi Dễ bị thay đổi Khó thay đổi 2.2 Quá trình xác thực Một quá trình căn bản được mô tả như sau: người dùng sẽ đăng ký danh định và cung cấp bằng chứng xác thực mẫu cho hệ thống. Hệ thống sẽ kiểm tra đối chiếu với cơ sở dữ liệu hiện có xem đây có phải là một người dùng mới, nếu đúng thì lưu thông tin vào cơ sở dữ liệu và thông báo đăng ký thành công, ngược lại thì cảnh báo người dùng đã đăng ký (Hình 2.1: Quá trình đăng kí một người dùng mới. 8 Sau khi đăng ký, hệ thống sẽ chỉ xác thực người dùng là đúng với danh định đăng ký khi và chỉ khi họ cung cấp đúng bằng chứng đã đăng ký.
Quá trình xác thực sẽ thực hiện việc kiếm tra bộ danh định và bằng chứng người dùng đưa ra có khớp với bộ danh định và bằng chứng họ đã đăng ký với hệ thống trước đó hay không và đưa ra kết luận. Quá trình xác thực bao gồm hai bước (Hình 2. Bước thứ nhất, được gọi là bước định danh, là người dùng khai báo danh định của mình và bằng chứng để yêu cầu hệ thống xác thực, ví dụ: nhập định danh và mật khẩu hoặc đưa thẻ vào. Bước tiếp theo là bước kiểm tra.
Trong bước này hệ thống sẽ kiểm tra so trùng bằng chứng người dùng cung cấp với bằng chứng người dùng đăng ký ứng với cùng một danh định có khớp nhau hay không. Nếu trùng khớp nhau thì hệ thống sẽ xác thực thành công, còn ngược lại thì là xác thực thất bại.2: Quá trình xác thực người dùng. Việc kiểm tra so trùng được phân thành hai loại: • So trùng chính xác: bằng chứng đưa ra phải hoàn toàn khớp với bằng chứng đăng ký trước đó (được lưu trong cơ sở dữ liệu). Kết quả trả về của quá trình kiểm tra này là nhị phân (có/không), do vậy hệ thống xác thực dùng so trùng chính xác được gọi là hệ thống xác thực nhị phân.
o Ví dụ: xác thực dùng mật khẩu, thẻ thông minh. 9 • So trùng có xác suất: bằng chứng xác thực người dùng đưa ra được so sánh với bằng chứng xác thực đã đăng ký trước đó, hệ thống sẽ tính một tỷ lệ giống nhau giữa hai bằng chứng trên. Hệ thống định nghĩa một ngưỡng và nếu tỷ lệ giống nhau lớn hơn ngưỡng đó thì hệ thống sẽ xác thực cho người dùng đó là đúng, còn ngược lại thì không. Hệ thống xác thực này được gọi là hệ thống xác thực dựa trên ngưỡng.
o Ví dụ: xác thực dùng đặc trưng sinh trắc Sinh trắc học 2.1 Định nghĩa Sinh trắc học (biometrics) là quá trình tự động nhận dạng mỗi cá thể con người dựa trên các đặc điểm về sinh lý hay đặc điểm về hành vi riêng của họ. Các đặc điểm sinh lý của con người thường liên quan đến cơ thể của con người. Các đặc trưng này khá bền vững với thời gian và mang tính chất tự nhiên. Có thể kể tới gồm: • Vân tay • Mống mắt • Võng mạc • Khuôn mặt • Hình học bàn tay • DNA • Biểu đồ nhiệt trên khuôn mặt • Hình học ngón tay • Hình dạng lỗ tai • Mùi • Tĩnh mạch tay Các đặc điểm hành vi là khuôn mẫu liên quan đến hành vi của con người.
Thường các đặc điểm này dễ bị thay đổi nếu con người thay đổi môi trường sống xung quanh. Có thể kể đến gồm: • Giọng nói • Cách gõ phím 10 • Chữ ký • Dáng đi Thông thường, việc nhận dạng con người thông qua các đặc trưng sinh trắc sẽ đáng tin cậy và tiện lợi hơn nhiều so với các phương pháp khác, do đó xác thực bằng đặc trưng sinh trắc là ứng dụng tiềm năng nhất của sinh trắc học. Các ưu điểm dễ nhận thấy của hệ thống xác thực bằng đặc trưng sinh trắc như: người dùng không cần phải nhớ mật khẩu hoặc phải đem theo các loại thẻ thông minh bên mình, người dùng có thể được nhận dạng bằng việc phải hiện diện thực tế tại thời điểm nhận dạng, kẻ tấn công khó giả dạng người dùng để đột nhập hệ thống. Tuy nhiên, đặc trưng sinh trắc mang tính chất đa dạng và phức tạp, nên các đặc điểm được dùng để xác thực phải thỏa mãn các tính chất sau [3].2 thống kê một số đặc trưng sinh trắc phổ biến bởi việc thỏa mãn các tính chất được liệt kê.
• Tính phố biến: Mọi người đều sở hữu đặc tính này. Sự khiếm khuyết đặc tính này, nếu có, chỉ do tai nạn hoặc bệnh tật. • Tính duy nhất: Không có hai người khác nhau có cùng chung đặc tính này • Tính ổn định: Tính chất không thay đổi theo thời gian hoặc thay đổi không đáng kể. Các đặc trưng thỏa mãn tính chất này không phụ thuộc vào tuổi tác, sức khỏe con người.
• Tính tính toán được: Đặc tính sinh học có thể số hóa và so sánh giữa các cá nhân. • Tính hiệu quả: Đặc tính phải so sánh được trong thời gian và nguồn tài nguyên giới hạn. • Tính chấp nhận được: Mọi người chấp nhận phương pháp xác thực đó đối với hệ thống. • Tính không thể gian lận: Đặc điểm sinh học đó phải không thể hoặc khó làm giả.2 so sánh tóm tắt một số đặc trưng sinh trắc dựa trên bảy tính chất kể trên.
Thực tế, khả năng lựa chọn một đặc trưng cụ thể phụ thuộc phần lớn vào yêu cầu của loại ứng dụng được phát triển. Do đó, không có loại đặc trưng nào vượt trội hơn thảy các loại đặc trưng còn lại trong mọi trường hợp. Mỗi đặc trưng sinh trắc đều có thể được tận dụng và không có đặc trưng nào tối ưu hoàn toàn. Ví dụ, dựa trên tính toán thì vân tay và mống mắt có độ hiệu quả xác thực cao hơn khuôn mặt; tuy nhiên, trong một ứng dụng 11 ngân hàng điện tử, khuôn mặt lại được ưu tiên áp dụng trong hệ thống xác thực vì nó dễ dàng tích hợp vào hệ thống hiện có với điện thoại di động có gắn máy chụp hình khuôn mặt.2: Bảng so sánh các đặc trưng sinh trắc1 [4].