CHƯƠNG 1. TỔNG QUAN VỀ ĐỀ TÀI 1. Nhu cầu về khóa thông minh Hiện nay, với sự phát triển của các ứng dụng điện toán đám mây và các giao tiếp không dây, việc “ thông minh hóa’’ các hoạt động trong cuộc sống hằng ngày rất được quan tâm và phát triển. Bắt đầu từ những thói quen sử dụng điện thoại thông minh, trợ lí ảo thông minh giúp sắp xếp thời gian biểu hay thông báo lịch hẹn, hay các ứng dụng tài chính thông minh giúp cân đối tài chính cá nhân, gia đình… Cho đến những cảnh báo tắc đường, chỉ đường khi tham gia giao thông, tất cả giờ đây nằm gọn trong túi quần của bạn.
Và tất nhiên, nhà thông minh cũng bắt đầu trở thành một xu thế, khi chiếc điện thoại thông minh giúp ta kiểm soát ngôi nhà của mình qua SMS hay Email về mọi thứ ta muốn như nhiệt độ phòng, bật tắt đèn từ xa, kiểm soát điện năng tiêu thụ… và quan trọng nhất là vấn đề an ninh cho ngôi nhà của mình. Để đáp ứng nhu cầu đó, khóa thông minh được sinh ra để người dùng có thể bảo vệ được tài sản của mình và đương nhiên là sẽ đáng tin cậy hơn rất nhiều so với các loại khóa truyền thống. Các loại khóa thông minh hiện nay sử dụng 3 cơ chế khóa chính đó là: mở khóa bằng thẻ từ, mở khóa bằng nhận diện vân tay, mở khóa bằng phím số. Ngoài những loại khóa thông minh hiên nay, mở khóa bằng “nhận diện khuôn mặt” cũng là đề tài về tính bảo mật an ninh cũng đang được nghiên cứu.
Không chỉ vậy, khóa thông minh có chức năng chính là tăng cường độ tin cậy về bảo mật, do nó có thể ứng dụng vào nhiều hệ thống khác nhau như khóa cửa, khóa phòng, khóa cửa tủ, két sắt… Với hiệu năng làm việc, độ tin cậy và tính ứng dụng cao, khóa thông minh dần trở thành xu thế tất yếu trong cuộc sống hằng ngày của con người. Tổng quan về khóa cửa 2. Lịch sử hình thành và phát triển của khóa cửa [14] Để có được một bộ khóa cửa như hiện nay, khóa cửa đã trải qua nhiều giai đoạn phát triển, có thể tóm lược qua các cột mốc sau: - Khóa then cài: Đây là những loại “khóa” đơn giản trong giai đoạn con người bắt đầu có ý thức giữ gìn nhà cửa, tránh sự xâm nhập của kẻ gian. Khóa cửa dưới dạng then cài có kết cấu Sinh viên thực hiện: Tưởng Thanh Phúc- Nguyễn Thanh Huy Người hướng dẫn: Ths.
Trần Duy Chung 4 Thiết kế và chế tạo khóa thông minh nhận diện khuôn mặt khá đơn giản nhưng ngược lại cũng có tác dụng khá hữu hiệu trong việc đảm bảo an ninh cho chủ nhà.1: Khóa then cài [14] - Khóa dây xích: Bước phát triển hơn nữa, người ta đã biết sử dụng dây xích nối một đầu bên cửa và một đầu cố định.2: Khóa dây xích [14] - Khóa chốt nổi: Sinh viên thực hiện: Tưởng Thanh Phúc- Nguyễn Thanh Huy Người hướng dẫn: Ths. Trần Duy Chung 5 Thiết kế và chế tạo khóa thông minh nhận diện khuôn mặt Là hình thức biến thể của then cài và dây xích. Đó là một thanh hình dẹp bằng kim loại gắn nổi trên cánh cửa, để giữ cửa khỏi mở ra bằng cách chốt (cài) vào khung bao của bộ cửa.3: Khóa chốt nổi [14] - Khóa cơ truyền thống: Những bộ khóa cửa đầu tiên ra đời rất đơn giản thường làm bằng gỗ ( loại tốt) với hệ chìa chữ L rất đơn giản. Khi các vật liệu bằng kim loại phát triển ổ khóa cửa chuyển qua làm bằng kim loại rắt đa dạng về kiểu dáng, hoa văn, màu sắc, nhưng chung quy ta lại có thể phân biệt từng giai đoạn của nó thông qua hệ chìa.4: Khóa dạng ổ [14] - Khóa hiện đại – khóa điện tử Sinh viên thực hiện: Tưởng Thanh Phúc- Nguyễn Thanh Huy Người hướng dẫn: Ths.
Trần Duy Chung 6 Thiết kế và chế tạo khóa thông minh nhận diện khuôn mặt Ngày nay với những tiến bộ trong ngành kỹ thuật điện, điện tử… chúng ta còn thấy những loại khóa không sử dụng những loại chìa truyền thống mà dùng các hình thức khác để mở như thẻ từ, vân tay, mật khẩu,… Hình 1.5: Khóa điện tử 2. Tìm hiểu các loại khóa trên thị trường hiện nay Trên thị trường hiện nay có rất nhiều loại khóa cửa, rất đa dạng về mẫu mã và chủng loại đáp ứng các nhu cầu khác nhau của khách hàng: - Khóa cơ Gồm hai phần là ổ khóa và chìa khóa, làm bằng kim loại cứng và nhiều hình dạng. Khóa được mở khi có chìa khóa với các mép răng trên mép khóa đúng với thứ tự các chốt nhỏ trong ổ khóa nhằm nâng các chốt nhỏ đó lên gây mất tác dụng ổ khóa.6: Cơ chế mở khóa [7] Sinh viên thực hiện: Tưởng Thanh Phúc- Nguyễn Thanh Huy Người hướng dẫn: Ths. Trần Duy Chung 7 Thiết kế và chế tạo khóa thông minh nhận diện khuôn mặt - Khóa cửa bằng vân tay Khóa vân tay hay khóa cửa bằng vân tay là loại khóa dùng vân tay thay cho chìa khóa để mở cửa.7: Khóa vân tay - Khóa bằng thẻ từ Khóa từ là một loại khóa được làm bằng kim loại, nhưng thay vì cách đút chìa vào xoay để mở như khóa cơ thông thường thì sẽ sử dụng 1 thẻ từ ( hình dáng giống như thẻ ATM ) để đóng mở.
Khóa từ còn có tên tiếng Anh là Nopass.8: Khóa bằng thẻ từ - Khóa cửa bằng mật mã số Sinh viên thực hiện: Tưởng Thanh Phúc- Nguyễn Thanh Huy Người hướng dẫn: Ths. Trần Duy Chung 8 Thiết kế và chế tạo khóa thông minh nhận diện khuôn mặt Loại khóa này sử dụng mật mã bằng số đã được lập trình, cài đặt từ trước để mở khóa thay cho cách mở khóa bằng chìa thông thường.9: Khóa bằng mật mã số Sinh viên thực hiện: Tưởng Thanh Phúc- Nguyễn Thanh Huy Người hướng dẫn: Ths. Trần Duy Chung 9 Thiết kế và chế tạo khóa thông minh nhận diện khuôn mặt CHƯƠNG 2. Công nghệ sinh trắc và bảo mật [5] Sinh trắc học hay Công nghệ sinh trắc học (tiếng Anh: Biometric) là công nghệ sử dụng những thuộc tính vật lý, đặc điểm sinh học riêng của mỗi cá nhân như vân tay, khuôn mặt, mống mắt, tĩnh mạch,…để nhận diện, xác thực bảo mật.
Nhiều công nghệ sinh trắc đã và đang được phát triển, một số chúng đang được sử dụng trong các ứng dụng thực tế và phát huy hiệu quả cao. Các đặc trưng sinh trắc thường được sử dụng là vân tay, gương mặt, mống mắt, tiếng nói. Mỗi đặc trưng sinh trắc có điểm mạnh và điểm yếu riêng, nên việc sử dụng đặc trưng sinh trắc cụ thể là tùy thuộc vào yêu cầu của mỗi ứng dụng nhất định. Các đặc trưng sinh trắc có thể được so sánh dựa vào các yếu tố sau: tính phổ biến, tính phân biệt, tính ổn định, tính thu thập, hiệu quả, tính chấp nhận.
Trong yêu cầu về bảo mật và tìm kiếm, tính phân biệt (hai người khác nhau thì đặc trưng sinh trắc này phải khác nhau) và ổn định (đặc trưng sinh trắc này không thay đổi theo từng giai đoạn thời gian tương ứng với hạng mục đối sánh nhất định) được quan tâm nhiều hơn cả. Vân tay đã được biết tới với tính phân biệt (tính chất cá nhân) và ổn định theo thời gian cao nhất, vì vậy nó là đặc trưng sinh trắc được sử dụng rộng rãi nhất. Nhận dạng sinh trắc đề cập đến việc sử dụng các đặc tính hành vi và thể chất (ví dụ: vân tay, gương mặt, chữ kí…) có tính chất khác biệt để nhận dạng một người một cách tự động. Nhận dạng vân tay và nhận dạng khuôn mặt được xem là một trong những kỹ thuật nhận dạng hoàn thiện và đáng tin cậy nhất.
Trong các tổ chức, cơ quan an ninh, quân sự, hành chính, khoa học… luôn có nhu cầu kiểm tra và trả lời các câu hỏi: “người này có phải là đối tượng đó hay không?”, “người này có được quyền truy cập và sử dụng thiết bị đó?”, “người này có được biết những thông tin đó?”… Phương pháp dựa vào thẻ bài truyền thống (ví dụ dùng chìa khóa…), phương pháp dựa vào trí thức (ví dụ dùng mật khẩu và PIN – Personal Identification Number) đã được sử dụng phổ biến nhưng thực tế đã chứng minh là không hiệu quả vì tính an toàn không cao. Người ta nhận thấy các đặc trưng sinh trắc không thể dễ dàng bị thay thế, chia sẻ hay giả mạo., chúng được xem là đáng tin cậy hơn trong nhận dạng một người so với các phương pháp trên. Vân tay và khuôn mặt là những đặc điểm khá đặc biệt của con người bởi vì tính đa dạng của nó, mỗi người sở hữu một dấu vân tay và khuôn mặt khác nhau. Chưa có thông tin trường hợp mà có những người cùng dấu vân tay và khuôn mặt trùng nhau.
Bằng việc sử dụng vân tay và khuôn mặt, việc xác nhận một người có thể được thực hiện bằng một hệ thống nhận dạng vân tay và khuôn mặt hoàn toàn an toàn. Sinh viên thực hiện: Tưởng Thanh Phúc- Nguyễn Thanh Huy Người hướng dẫn: Ths. Trần Duy Chung 10 Thiết kế và chế tạo khóa thông minh nhận diện khuôn mặt Theo thống kê, mật khẩu hiện nay đã có nhiều phương pháp bị tấn công và bị kẻ gian đánh cắp khá dễ dàng. Đây là vấn đề khiến cho người dùng cảm thấy đau đầu.
Nếu đặt mật khẩu quá dài và phức tạp sẽ khiến người dùng khó nhớ, đặt mật khẩu ngắn lại dễ bị các hacker đánh cắp, chiếm đoạt tài sản của người dùng. Do vậy, giải pháp xác thực sinh trắc học đang được người dùng hướng đến và sẽ phát triển mạnh mẽ ngay trong tương lai gần.1: Sơ đồ khối logic chính của hệ thống sinh trắc học [26] 2. Phát hiện khuôn mặt [15] Face detection (phát hiện khuôn mặt) là tính năng dùng để phát hiện có sự hiện diện của khuôn mặt con người mà không so sánh sự khác nhau giữa các khuôn mặt. Phát hiện khuôn mặt là việc làm tiên quyết khi cần đi sâu vào bất cứ một bài toán, tác vụ nào đối với xử lý khuôn mặt.
Việc khoanh vùng cũng như xác định chính xác vị trí vật thể nhằm mục đích loại bỏ phần nhiễu, phần hình ảnh không thuộc đối tượng, có khả năng làm tăng đáng kể độ chính xác đối với các nhiệm vụ như phân tích, phân loại dự đoán sau đó. Sinh viên thực hiện: Tưởng Thanh Phúc- Nguyễn Thanh Huy Người hướng dẫn: Ths. Trần Duy Chung 11 Thiết kế và chế tạo khóa thông minh nhận diện khuôn mặt Hình 2.2: Công nghệ phát hiện khuôn mặt [17] 2.