Chương 1 GIỚI THIỆU 1.1 Giới thiệu đề tài, ý nghĩa khoa học và thực tiễn Hiện nay, với sự phát triển mạnh mẽ của khoa học kỹ thuật và công nghệ, các thiết bị di động cũng đang ngày càng trở nên phổ biến và tiện dụng với những tiện ích và khả năng lưu trữ dữ liệu của chúng ngày càng tăng, vì vậy vấn đề bảo mật dữ liệu luôn nhận được nhiều sự quan tâm của các nhà nghiên cứu cũng như doanh nghiệp. Trong đó, xác thực dữ liệu là một trong những giải pháp để bảo vệ dữ liệu lưu trữ. Xác thực là quá trình dùng để khẳng định rằng “bạn là người mà bạn nói bạn là ai”. Các cách mà một người nào đó có thể được chứng thực chia làm ba loại, dựa trên những điều được gọi là nhân tố xác thực: • Các nhân tố thuộc quyền sở hữu: cái gì đó mà người dùng có, ví dụ như vòng tay, thẻ định danh, điện thoại, bằng chứng bảo mật, … • Các nhân tố tri thức: cái gì đó mà người dùng có thể biết, ví dụ như chuỗi mật mã, mã số nhận dạng cá nhân (PIN), hoặc trả lời một số câu hỏi mà người dùng biết, … • Các nhân tố tự nhiên: cái gì đó thuộc về bản thân người dùng, ví dụ như dấu vân tay, mô hình võng mạc, chuỗi DNA, … Hai phương pháp xác thực dùng các nhân tố thuộc quyền sở hữu và trí thức được sử dụng rộng rãi tuy nhiên nó tồn tại những yếu điểm như người sử dụng quên password, các bằng chứng có thể bị đánh cắp nhân bản hoặc các hệ thống bảo mật sinh ra các chuổi mật mã chưa đủ mạnh để bảo vệ thông tin vì vậy rất dễ bị phục hồi.
Do đó cần phải đưa ra một phương pháp mới để khắc phục được những yếu điểm trên ý tưởng xác thực dùng đặc trưng sinh trắc học mở ra một hướng nghiên cứu mới nhằm cung cấp một giải pháp để giải quyết những yếu điểm trên. Kỹ thuật xác thực dùng sinh trắc học đang trở nên phổ biến vì một số ưu điểm như: tính duy nhất của mẫu, không bị mất hay quên giống mật khẩu,… do đó, người dùng không cần phải ghi nhớ cũng không cần phải luôn mang theo hay sợ bị đánh cắp. Với khả năng 2 người khác nhau có đặc trưng sinh trắc học giống nhau là Đánh giá hệ thống xác thực trên thiết bị di động sử dụng kỹ thuật rút trích mờ từ dữ liệu sinh trắc học SVTH:Nguyễn Hồng Huấn Trang 2 GVHD: PGS.TS Đặng Trần Khánh --------------------------------------------------------------------------------------------------- rất thấp, những thông tin này có thể được sử dụng để sinh ra một khóa đủ mạnh dùng cho các giải thuật xác thực. Tuy nhiên, việc đo đạc những đặc trưng này ở những lần khác nhau (trên cùng một đối tượng) sẽ không thể nào cho ra kết quả giống nhau chính xác; Vì vậy để áp dụng đặc trưng sinh trắc học vào hệ thống xác thực, đòi hỏi phải có những kỹ thuật/thuật toán đặc biệt để sử dụng, đồng thời bảo đảm tính bí mật những thông tin có nhiễu này.
Xác thực dựa trên đặc trưng sinh trắc học là một hướng nghiên cứu được rất nhiều nhà khoa học trên thế giới quan tâm, trong đó có công trình của Yevgeniy Dodis, Rafail Ostrovsky, Leonid Reyzin, Adam Smith sử dụng kỹ thuật rút trích mờ để sinh ra một khóa từ dữ liệu sinh trắc học. Bên cạnh đó do sự nhỏ gọn về mặt kích thước, và sự gia tăng về số lượng sử dụng, các thiết bị di động này thường dễ bị thất lạc với nhiều lý do khác nhau như đánh rơi, mất cắp, …, và cũng là đích ngắm của nhiều tin tặc. Điều này đồng nghĩa với việc các dữ liệu nhạy cảm trên thiết bị di động rất dễ bị đánh cắp mà không có một sự bảo vệ cần thiết nào. Đó là lý do vì sao nền tảng di động được chọn để thực hiện đề tài, với mong muốn áp dụng những kết quả nghiên cứu vào thực tế, cung cấp một giải pháp bảo vệ dữ liệu vừa an toàn vừa thuận tiện cho các thiết bị di động này.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu 1.1 Đối tượng nghiên cứu Một hệ thống xác thực dùng đặc trưng sinh trắc học phải thỏa mãn hai tính chất sau: - Tính chịu nhiễu: Do đặc tính của dữ liệu sinh trắc học là có nhiễu, dữ liệu thu thập trên cùng một đối tượng ở những thời điểm khác nhau sẽ không hoàn toàn giống nhau, nên giải thuật này phải có tính chịu nhiễu.
- Tính bí mật: Từ dữ liệu sinh trắc học (hoặc kết quả sau quá trình trích xuất), cần có một giải thuật kết hợp nó với khóa mà không để lộ bất kỳ thông tin nào về khóa hay dữ liệu sinh trắc học ban đầu, đồng thời phải có khả năng phục hồi khóa khi có dữ liệu sinh trắc học tương ứng Mô hình tổng quá được mô tả trong hình sau Đánh giá hệ thống xác thực trên thiết bị di động sử dụng kỹ thuật rút trích mờ từ dữ liệu sinh trắc học SVTH:Nguyễn Hồng Huấn Trang 3 GVHD: PGS.TS Đặng Trần Khánh --------------------------------------------------------------------------------------------------- Hình 1.1 Mô hình tổng quát Quy trình hoạt động B1: Thông thường, mẫu sinh trắc học đo đạc được không được dùng ngay mà được xử lý qua một bước gọi là “trích xuất vector đặc trưng”, việc xử lý, so sánh dựa trên các vector đặc trưng này dễ dàng và hiệu quả hơn so với dữ liệu thô ban đầu. Ví dụ: vector đặc trưng của dấu vân tay là một tập các điểm đầu mút của đường vân tay trong ảnh chụp dấu vân tay. B2: Các vector đặc trưng này vẫn chưa phải là dữ liệu chính xác hoàn toàn, vẫn chưa thể dùng được cho quá trình xác thực. Bước này sẽ thực hiện quá trình sửa lỗi, loại bỏ những thành phần sai số và trích xuất ra thông tin cốđịnh.
được dùng để sinh ra khóa hoặc bảo vệ một khóa khác, kết quả này được lưu lại. B3: Đối sánh (matching): thực hiện so sánh các đặc trưng vừa trích chọn với khuôn mẫu sinh trắc học có trước 4. B4: Ra quyết định: dựa trên kết quả đối sánh sẻ khẳng định danh tính người dùng hoặc trả lời câu hỏi là đúng hay sai.2 Khó khăn của hệ thống xác thực dùng sinh trắc học Trong hệ mật mã thông thường, điểm yếu thường ở quá trình bảo vệ, quản lý và phân phối khoá. Nguy cơ này đe doạ các mục tiêu về xác thực và chống phủ nhận.
Hệ sinh trắc học được ứng dụng để giải quyết vấn đề đó. Có hai hướng tiếp cận để kết hợp sinh trắc học và mật mã học như sau: dùng sinh trắc học quản lý khoá và dùng sinh trắc học để tạo khoá. Mục tiêu chính của luận văn là dùng sinh trắc học để sinh khoá.Những khó khăn chính của phương pháp này đó là: Đánh giá hệ thống xác thực trên thiết bị di động sử dụng kỹ thuật rút trích mờ từ dữ liệu sinh trắc học SVTH:Nguyễn Hồng Huấn Trang 4 GVHD: PGS.TS Đặng Trần Khánh --------------------------------------------------------------------------------------------------- - Khi cần phải sinh ra chuổi bit chính xác từ các mẫu sinh trắc thu nhận được. Các mẫu sinh trắc học thu nhận được từ quá trình là không ổn định và chịu nhiều tác động của những yếu tố ngẫu nhiên khác nhau.
Về nguyên tắc là không thể thu được các chuổi bit đồng nhất tuyệt đối từ các mẫu sinh trắc học sống của cùng một chủ thể. Do vậy chuổi bit đặc trưng sinh trắc thường không đủ độ chính xác để làm khoá. - Vấn đề sử dụng mẫu sinh trắc học với nhiều hệ: do khả năng chỉ sinh được một khoá từ một loại mẫu sinh trắc học, điều này ảnh hưởng tới độ an toàn của các hệ mật còn lại khi một hệ mật bị tấn công. Giải pháp của vấn đề này là thêm vào một phần dữ liệu đặc trưng có vai trò làm tham số cho khoá sinh ra nhằm tăng độ đa dạng của khoá đối với từng hệ mật.3 Mục tiêu nghiên cứu - Xây dựng một hệ thống có khả năng sửa lổi đối với sự khác biệt không lớn của những mẫu sinh trắc học đưa vào đồng thời cũng phải sinh ra một khoá đủ mạnh để không có khả năng phục hồi dữ liệu ban đầu góp phần cho quá trình xác thực.
- Đồng thời hệ thống này có thể áp dụng được trên thiết bị di động. Hiện tại, đối với hầu hết các thiết bị di động thông minh, chỉ có việc chụp ảnh gương mặt và ghi âm giọng nói là khả thi, các đặc trưng sinh trắc học khác như dấu vân tay hay mống mắt là gần như không thể. Do đó, đề tài lựa chọn ảnh gương mặt, dùng giải thuật Eigenfaces, 2DPCA, LBPH để trích xuất vector đặc trưng và xây dựng phương pháp để sửa lỗi và trích xuất dữ liệu cố định từ vector đặc trưng này.3 Tóm tắt nội dung luận văn Nội dung trình bày trong phần còn lại của luận văn bao gồm các phần sau: Chương 2: Sẽ giới thiệu các công trình nghiên cứu tiêu biểu liên quan đến vấn đề xác thực dùng đặc trưng sinh trắc học. Chương 3: Tóm tắt các cơ sở lý thuyết và giải thuật được sử dụng trực tiếp trong việc xây dựng phương pháp và đánh giá của luận văn.
Chương 4: Xây dựng mô hình xác thực dùng rút trích mờ trên dữ liệu sinh trắc học và đánh giá hệ thống với nhiều bộ dữ liệu khác nhau. Chương 5: Xây dựng mô hình xác thực dùng rút trích mờ sử dụng syndrome và xây dựng ứng dụng trên thiết bị di động android. Chương 6: Kết luận và hướng phát triển Đánh giá hệ thống xác thực trên thiết bị di động sử dụng kỹ thuật rút trích mờ từ dữ liệu sinh trắc học SVTH:Nguyễn Hồng Huấn Trang 5 GVHD: PGS.TS Đặng Trần Khánh --------------------------------------------------------------------------------------------------- Chương 2 CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN 2.1 Hướng tiếp cận dùng mã sửa lổi 2.1 Juels & Wattenberg - A Fuzzy Commitment Scheme (1999) A.Wattenberg [2], đã ứng dụng mã sửa lỗi vào việc bảo vệ khóa bằng đặc trưng sinh trắc học. Quá trình đăng ký: - Giả sử mẫu sinh trắc học được biểu diễn bằng một chuỗi n bit nhị phân x ∈{0,1}n - C(n,k,d) là một mã sửa lỗi có chiều dài n bit, k chiều và khoảng cách tối thiểu là d.
Giả sử khóa cần được bảo vệ là c ∈ C - Kết quả của quá trình đăng ký là δ = x – c = (x1 – c1 , …, xn – cn) = (x1⊕ c1, ….