Chương 1. Giới thiệu đề tài Dịch vụ dựa trên vị trí, viết tắt là LBS (Location-based Service), là dịch vụ nhằm cung cấp các tiện ích cho người sử dụng dựa trên vị trí của họ. Các dịch vụ LBS đã xuất hiện từ sớm, ví dụ như các biển báo trên đường, chỉ dẫn cho người đi xe biết được một số thông tin hữu ích như: điểm đến còn cách bao xa, hướng dẫn hướng đi tại các ngã tư, khoảng cách đến trạm xăng gần nhất,… N gày nay, khoa học kĩ thuật tiến bộ không ngừng, cùng với đó là sự ra đời, phát triển và ảnh hưởng tới cuộc sống con người ngày một mạnh mẽ của hệ thống định vị (GPS, GeoLocation,…), hệ thống truyền tải không dây (3G, 4G), các thiết bị di động,… N hờ vào đó, các ứng dụng dựa trên vị trí cũng càng lúc càng phong phú và đa dạng, cung cấp rất nhiều tiện ích cho cuộc sống chúng ta. Chính từ sự tiện lợi mà LBS mang lại, số lượng người đăng kí sử dụng những dịch vụ này cũng tăng lên nhanh chóng.
Tuy nhiên, khi sử dụng dịch vụ này, người dùng được yêu cầu phải cung cấp một số thông tin cá nhân như vị trí, danh định, tên tuổi, sở thích,… Hiện nay đã có nhiều hình thức tấn công dựa trên các thông tin riêng tư đó. Vì vậy, vấn đề được người sử dụng dịch vụ LBS rất quan tâm là độ bảo mật thông tin riêng tư của họ. Một khi thông tin không mong muốn để lộ ra ngoài sẽ đem lại rất nhiều nguy hiểm cho người sử dụng. Ví dụ kẻ tấn công biết được vị trí chính xác của mình đang ở đâu, hay suy đoán ra được lịch trình sinh hoạt hằng ngày… Tuy nhiên, tính bảo mật thông tin cá nhân lại tỷ lệ nghịch với chất lượng, độ hiệu quả mà dịch vụ mang lại.
N ghĩa là độ bảo mật càng cao thì chất lượng dịch vụ sẽ càng thấp. Đây cũng là một trong những nguyên do có thể gây trở ngại cho sự phát triển của lĩnh vực rất tiềm năng này. Vì vậy yêu cầu đặt ra là phải đảm bảo sự cân bằng giữa hai yếu tố tính bảo mật và chất lượng dịch vụ. Có rất nhiều hướng tiếp cận để bảo vệ thông tin cá nhân như: bảo vệ định danh người dùng (nặc danh), bảo vệ thông tin vị trí (làm giảm độ chính xác của vị trí),… Tuy nhiên trong một số ứng dụng đòi hỏi cần định danh chính xác để xác thực người dùng.
Do nhu cầu cấp thiết trên, đề tài này được đưa ra nhằm giới thiệu một giải pháp làm mờ để bảo vệ thông tin vị trí nhưng vẫn phải đảm bảo được hiệu quả cao nhất có thể có của dịch vụ. Khi mục đích trên đạt được, nền tảng cho các dịch vụ dựa trên vị trí sẽ trở nên vững chắc, tạo đà cho sự phát triển ngày càng mạnh mẽ. Lê Thị Bảo Thu Trang 1 Bảo vệ tính riêng tư cho các dịch vụ dựa trên vị trí ở mức cơ sở dữ liệu 1. Mục đích nghiên cứu Bảo vệ tính riêng tư trong các dịch vụ LBS là đề tài thu hút rất nhiều sự quan tâm nghiên cứu trong những năm qua.
Tuy nhiên hiện nay vẫn chưa có được một giải pháp tổng thể cho yêu cầu bảo vệ tính riêng tư trước sự phát triển nhanh và phong phú của các dịch vụ LBS. Mỗi ứng dụng LBS với những yêu cầu riêng về tính riêng tư thì có những phương pháp riêng để bảo mật. Các giải pháp bảo vệ tính riêng tư đã được đề xuất thường được thiết kế và hiện thực như những ứng dụng bên ngoài hệ quản trị cơ sở dữ liệu. Vì thế, các giải pháp bảo vệ tính riêng tư hiện nay chưa tận dụng hết và kết hợp được một cách hiệu quả với khả năng lưu trữ và xử lý câu truy vấn ngay tại mức cơ sở dữ liệu.
Mục đích nghiên cứu của đề tài này là phát triển được một giải pháp tổng thể bảo vệ tính riêng tư về vị trí ở ngay mức cơ sở dữ liệu, độc lập với dữ liệu và ứng dụng LBS và đáp ứng được yêu cầu về mặt chất lượng dịch vụ. Giới hạn đề tài Có rất nhiều kỹ thuật khác nhau nhằm đạt được mục đích bảo vệ tính riêng tư như bảo vệ định danh, bảo vệ thông tin vị trí, bảo vệ tính riêng tư dựa vào chính sách. • Bảo vệ định danh (anonymity based): chú trọng ngăn ngừa khả năng kẻ tấn công dựa vào những thông tin công khai để suy diễn ra định danh người dùng. • Bảo vệ thông tin riêng tư (private information based).
Ở đây ta xem vị trí (location) là thông tin riêng tư cần được bảo vệ. Kỹ thuật thường gặp trong hướng tiếp cận này là làm mờ vị trí của người dùng (location obfuscation), nhằm che giấu đi thông tin chính xác. • Bảo vệ thông tin riêng tư dựa vào chính sách (Policy based): Bằng cách cho phép người dùng đặc tả các chính sách về vị trí, hệ thống có thể điều khiển truy xuất vào dữ liệu vị trí, các chính sách chỉ ra ai và khi nào được phép truy xuất các thông tin vị trí của người dùng. Đề tài này chỉ tập trung nghiên cứu và phát triển mới một kỹ thuật làm mờ (obfuscation) – đang rất được quan tâm để bảo vệ tính riêng tư về vị trí nhưng cũng đảm bảo được chất lượng dịch vụ.
Lê Thị Bảo Thu Trang 2 Bảo vệ tính riêng tư cho các dịch vụ dựa trên vị trí ở mức cơ sở dữ liệu 1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn của đề tài 1. Ý nghĩa khoa học N hư đã đề cập ở trên, các giải pháp bảo vệ tính riêng tư được đưa ra hiện nay thường tách biệt khỏi hệ quản trị cơ sở dữ liệu. Do đó, đề tài này có ý nghĩa khoa học như sau: • Tích hợp giải pháp bảo vệ tính riêng tư về vị trí của người sử dụng LBS ngay tại mức đánh chỉ mục cơ sở dữ liệu không gian và thời gian.
• Cơ sở dữ liệu của LBS được tích hợp sẵn các phương pháp bảo vệ tính riêng tư sẽ có thể tận dụng được những thế mạnh sẵn có của các hệ quản trị cơ sở dữ liệu trong việc quản lý và bảo mật dữ liệu vị trí. Hơn thế nữa có thể làm giảm đáng kể công sức phát triển phần mềm. • Giải pháp vừa đảm bảo che giấu thông tin cá nhân vừa đảm bảo được chất lượng dịch vụ mong muốn. Ý nghĩa thực tiễn N hư chúng ta đã biết, lĩnh vực thông tin di động ngày càng phát triển không ngừng và ảnh hưởng sâu rộng vào cuộc sống con người nhờ vào sự tiến bộ vượt bậc của khoa học kỹ thuật.
Chính điều này đã tạo tiền đề cho việc đi lên của các dịch vụ LBS, đem tới rất nhiều lợi ích cho chúng ta. Từ đây vấn đề làm sao để cân bằng giữa tính bảo mật thông tin cá nhân và độ hiệu quả, chất lượng của dịch vụ được xem như chìa khoá đem đến sự thành công cho ngành khoa học và dịch vụ này. Do đó, đề tài này mang lại rất nhiều ý nghĩa về mặt thực tiễn: • Về phía người dùng: Với giải pháp này, người dùng bảo vệ được tính riêng tư của mình trong khi vẫn có được các lợi ích với hiệu quả cao do các ứng dụng LBS mang lại. • Về phía người phát triển ứng dụng LBS, việc cơ sở dữ liệu được tích hợp sẵn các phương pháp bảo vệ tính riêng tư với tính năng độc lập cao có thể kết hợp với nhiều cách tổ chức dữ liệu bên dưới sẽ làm giảm đáng kể công sức phát triển phần mềm.
• Kích thích dịch vụ LBS phát triển: giải pháp của đề tài này nếu được áp dụng vào thực tiễn sẽ tạo sự an tâm của người dùng dịch vụ LBS để từ đó họ có thể mạnh dạn sử dụng các dịch vụ này. Lê Thị Bảo Thu Trang 3 Bảo vệ tính riêng tư cho các dịch vụ dựa trên vị trí ở mức cơ sở dữ liệu Chương 2. Hệ thống định vị toàn cầu 2. Định nghĩa Hệ thống định vị toàn cầu (Global Positioning System - GPS): là hệ thống xác định vị trí trên trái đất dựa trên một mạng lưới 24 vệ tinh do bộ quốc phòng Mỹ phóng lên quỹ đạo.
Ban đầu, GPS được sử dụng trong lĩnh vực quân sự, đến năm 1980 thì chính phủ Mỹ cho phép sử dụng trên tất cả các lĩnh vực, bất kể đối tượng nào, không cần phải đăng ký hay phải trả phí để sử dụng [23].1: Hệ thống các vệ tinh của GPS. N gày nay, GPS ngày càng trở nên phổ biến và được ứng dụng rộng rãi trên tất cả các lĩnh vực. Đặc biệt, nó là thành phần không thể thiếu trong lĩnh vực giao thông vận tải như hàng không, giao thông đường bộ và cả giao thông hàng hải. GPS được ứng dụng cả trong lĩnh vực kinh tế xã hội từ các hoạt động kinh tế: ngân hàng, nông nghiệp nông thôn, địa chất, các dịch vụ du lịch để mang lại nhiều hiệu quả kinh doanh, cho đến việc nó hỗ trợ trong các trường hợp khNn cấp, thiên tai để cứu sống bao mạng người.
Các thành phần của GPS Hệ thống GPS được chia thành ba thành phần: hệ thống không gian, trạm điều khiển và người sử dụng [24]. Lê Thị Bảo Thu Trang 4 Bảo vệ tính riêng tư cho các dịch vụ dựa trên vị trí ở mức cơ sở dữ liệu Hình 2.2: Các thành phần GPS. Trong đó, hệ thống không gian (Space segment) bao gồm các vệ tinh truyền các tín hiệu cần thiết cho hệ thống. Các vệ tinh sẽ thu nhận và lưu trữ dữ liệu từ trạm điều khiển, cung cấp thời gian chính xác bằng các chuNn tần số nguyên tử đặt trên vệ tinh và truyền thông tin đến cho người sử dụng bằng tần số thích hợp.
Trạm điều khiển (Ground segment) bao gồm các tiện ích trên mặt đất thực hiện nhiệm vụ theo dõi vệ tinh, tính toán quĩ đạo cần thiết cho sự quản lý hệ thống không gian. Các trạm điều khiển này theo dõi và cung cấp cho các vệ tinh thông tin về vị trí, thời gian với độ chính xác cao. Thành phần sau cùng là người sử dụng (User segment). N gười sử dụng dùng các thiết bị thu và tính toán để cung cấp thông tin về vị trí của mình.
Hoạt động của GPS Các vệ tinh GPS bay vòng quanh Trái Đất hai lần trong một ngày theo một quỹ đạo rất chính xác và phát tín hiệu có thông tin xuống Trái Đất. Các máy thu GPS nhận thông tin này và bằng phép tính lượng giác tính được chính xác vị trí của người dùng.
