Luận văn thạc sĩ khoa học máy tính đánh giá hệ thống xác thực trên thiết bị di động sử dụng kỹ thuật rút trích mờ từ dữ liệu sinh trắc học

Luận văn thạc sĩ nghiên cứu máy tính đánh giá hệ thống xác thực trên thiết bị di động sử dụng kỹ thuật rút trích mờ từ dữ liệu, đánh giá hiện trạng, phân tích vấn đề, đề xuất biện

• Tác giả: Nguyễn Hồng Huấn
• Người hướng dẫn: PGS. Đặng Trần Khánh
• Trường học: Đại học Bách Khoa - Đại học Quốc gia Thành phố Hồ Chí Minh
• Chuyên ngành: Khoa học máy tính
• Đề tài: Đánh giá hệ thống xác thực trên thiết bị di động sử dụng kỹ thuật rút trích mờ từ dữ liệu sinh trắc học
• Loại tài liệu: luận văn thạc sĩ
• Năm xuất bản: 2013
• Địa điểm: Thành phố Hồ Chí Minh

Tóm tắt

I. Giới thiệu luận văn thạc sĩ

Luận văn thạc sĩ này tập trung vào việc đánh giá hệ thống xác thực di động sử dụng kỹ thuật rút trích mờ từ dữ liệu sinh trắc học. Với sự phát triển của công nghệ di động, vấn đề bảo mật dữ liệu trở nên cấp thiết. Hệ thống xác thực dựa trên sinh trắc học được xem là giải pháp hiệu quả, đặc biệt khi kết hợp với kỹ thuật rút trích mờ để xử lý tính biến thiên của dữ liệu sinh trắc học. Luận văn này nhằm mục đích xây dựng và đánh giá một hệ thống xác thực có khả năng triển khai trên thiết bị di động, đảm bảo tính an ninh thông tin và bảo mật dữ liệu.

1.1. Ý nghĩa khoa học và thực tiễn

Luận văn này có ý nghĩa khoa học khi đề xuất phương pháp mới trong xác thực di động, kết hợp kỹ thuật rút trích mờ và dữ liệu sinh trắc học. Về mặt thực tiễn, nghiên cứu này cung cấp giải pháp bảo mật dữ liệu hiệu quả cho các thiết bị di động, đặc biệt trong bối cảnh các thiết bị này dễ bị thất lạc hoặc tấn công. Hệ thống xác thực được đề xuất không chỉ đảm bảo tính an ninh thông tin mà còn tăng cường trải nghiệm người dùng.

1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu

Đối tượng nghiên cứu của luận văn là hệ thống xác thực dựa trên dữ liệu sinh trắc học, cụ thể là ảnh khuôn mặt. Phạm vi nghiên cứu bao gồm việc áp dụng kỹ thuật rút trích mờ để xử lý tính biến thiên của dữ liệu sinh trắc học và triển khai hệ thống trên thiết bị di động. Hệ thống này phải đảm bảo tính chịu nhiễu và bí mật trong quá trình xác thực.

II. Cơ sở lý thuyết và kỹ thuật

Luận văn dựa trên các lý thuyết và kỹ thuật liên quan đến rút trích mờ, sinh trắc học, và hệ thống xác thực. Kỹ thuật rút trích mờ được sử dụng để xử lý tính biến thiên của dữ liệu sinh trắc học, đảm bảo tính ổn định trong quá trình xác thực. Các thuật toán như Eigenfaces, 2DPCA, và LBPH được áp dụng để trích xuất vector đặc trưng từ ảnh khuôn mặt. Hệ thống xác thực được xây dựng dựa trên các phương pháp này, kết hợp với mã sửa lỗi để tăng độ chính xác.

2.1. Kỹ thuật rút trích mờ

Kỹ thuật rút trích mờ là phương pháp quan trọng trong luận văn, giúp xử lý tính biến thiên của dữ liệu sinh trắc học. Phương pháp này dựa trên lý thuyết mã sửa lỗi, cho phép trích xuất thông tin cố định từ dữ liệu có nhiễu. Kỹ thuật rút trích mờ được áp dụng để sinh khóa hoặc bảo vệ khóa, đảm bảo tính bảo mật dữ liệu trong quá trình xác thực.

2.2. Phương pháp trích xuất đặc trưng

Các phương pháp trích xuất đặc trưng như Eigenfaces, 2DPCA, và LBPH được sử dụng để xử lý ảnh khuôn mặt. Eigenfaces dựa trên phân tích thành phần chính (PCA) để trích xuất vector đặc trưng. 2DPCA là phiên bản hai chiều của PCA, hiệu quả hơn trong xử lý ảnh. LBPH sử dụng mẫu nhị phân cục bộ để trích xuất đặc trưng từ ảnh. Các phương pháp này được đánh giá và so sánh để chọn ra phương pháp tối ưu cho hệ thống xác thực.

III. Xây dựng và đánh giá hệ thống

Luận văn trình bày quá trình xây dựng và đánh giá hệ thống xác thực dựa trên kỹ thuật rút trích mờ và dữ liệu sinh trắc học. Hệ thống được triển khai trên thiết bị di động, sử dụng ảnh khuôn mặt làm dữ liệu đầu vào. Quá trình đánh giá bao gồm việc kiểm tra độ chính xác, thời gian thực thi, và khả năng bảo mật dữ liệu của hệ thống. Kết quả thực nghiệm được so sánh với các phương pháp khác để đánh giá hiệu quả.

3.1. Quá trình xây dựng hệ thống

Hệ thống xác thực được xây dựng gồm hai giai đoạn chính: đăng ký và xác thực. Trong giai đoạn đăng ký, dữ liệu sinh trắc học được thu thập và xử lý bằng kỹ thuật rút trích mờ để tạo khóa. Trong giai đoạn xác thực, hệ thống so sánh dữ liệu đầu vào với dữ liệu đã đăng ký để xác định danh tính người dùng. Hệ thống được thiết kế để đảm bảo tính an ninh thông tin và bảo mật dữ liệu.

3.2. Đánh giá hệ thống

Hệ thống xác thực được đánh giá dựa trên các tiêu chí như độ chính xác, thời gian thực thi, và khả năng bảo mật dữ liệu. Kết quả thực nghiệm cho thấy hệ thống đạt hiệu suất cao khi sử dụng kỹ thuật rút trích mờ và các phương pháp trích xuất đặc trưng như Eigenfaces và 2DPCA. Hệ thống cũng được đánh giá là phù hợp để triển khai trên thiết bị di động, đáp ứng nhu cầu bảo mật dữ liệu trong thực tế.

IV. Kết luận và hướng phát triển

Luận văn đã thành công trong việc xây dựng và đánh giá hệ thống xác thực dựa trên kỹ thuật rút trích mờ và dữ liệu sinh trắc học. Hệ thống này không chỉ đảm bảo tính an ninh thông tin mà còn có khả năng triển khai trên thiết bị di động. Luận văn cũng đề xuất các hướng phát triển trong tương lai, bao gồm việc cải thiện độ chính xác và mở rộng ứng dụng cho các loại dữ liệu sinh trắc học khác.

4.1. Kết luận

Luận văn đã chứng minh hiệu quả của kỹ thuật rút trích mờ trong việc xử lý tính biến thiên của dữ liệu sinh trắc học. Hệ thống xác thực được đề xuất đạt hiệu suất cao và phù hợp để triển khai trên thiết bị di động. Nghiên cứu này góp phần quan trọng vào việc nâng cao bảo mật dữ liệu và an ninh thông tin trong lĩnh vực công nghệ di động.

4.2. Hướng phát triển

Trong tương lai, hệ thống xác thực có thể được cải thiện bằng cách tích hợp thêm các loại dữ liệu sinh trắc học như dấu vân tay hoặc giọng nói. Ngoài ra, việc tối ưu hóa thuật toán và giảm thời gian thực thi cũng là hướng phát triển quan trọng. Luận văn mở ra nhiều cơ hội nghiên cứu và ứng dụng trong lĩnh vực bảo mật dữ liệu và công nghệ sinh trắc học.

Trích đoạn nội dung tài liệu

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,  ….