Luận văn thạc sĩ về mã hóa dữ liệu trên điện thoại thông minh sử dụng sinh trắc học

Khám phá luận văn thạc sĩ về mã hóa dữ liệu trên điện thoại thông minh sử dụng sinh trắc học, nâng cao bảo mật và an toàn thông tin.

• Tác giả: Trần Thanh Sang
• Người hướng dẫn: PGS. Đặng Trần Khánh
• Trường học: Đại Học Quốc Tế Hồng Bàng
• Chuyên ngành: Công Nghệ Thông Tin
• Đề tài: Mã Hóa Dữ Liệu Trên Smartphone Bằng Sinh Trắc Học
• Loại tài liệu: luận văn
• Năm xuất bản: 2014
• Địa điểm: TP HCM

Mục lục chi tiết

• LỜI CẢM ƠN
• 1. Chương 1: GIỚI THIỆU
• 1.1. Lý do chọn đề tài
• 1.2. Đối tượng và phạm vi nghiên cứu
• 1.3. Câu hỏi và giả thiết nghiên cứu của đề tài
• 1.4. Mục tiêu nghiên cứu
• 1.5. Những nội dung chính yếu cần nghiên cứu
• 2. Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU
• 2.1. TỔNG QUAN VỀ NHẬN DẠNG SINH TRẮC HỌC
• 2.1.1. Giới thiệu về sinh trắc học
• 2.1.2. Kết hợp sinh trắc học với mật mã học
• 2.1.3. Giới thiệu về sinh trắc học khuôn mặt
• 2.1.4. Khuôn mặt được tạo ảnh như thế nào
• 2.1.5. Đặc trưng sinh trắc ảnh khuôn mặt
• 2.1.6. Hệ thống nhận diện khuôn mặt
• 2.1.7. Các phương pháp nhận dạng khuôn mặt người
• 2.1.8. Rút trích đặc trưng khuôn mặt sử dụng Eigenface
• 2.1.9. Cách giả mạo sinh trắc khuôn mặt
• 2.2. TỔNG QUAN VỀ MÃ HÓA DỮ LIỆU TRUYỀN THỐNG
• 2.2.1. Tổng quan về các hệ mật mã
• 2.2.2. Mật mã cổ điển
• 2.2.3. Phân loại mã hóa dữ liệu
• 2.2.4. Chuẩn mã hóa dữ liệu DES
• 2.2.5. Chuẩn mã hóa dữ liệu AES
• 2.2.6. Mã hóa bất đối xứng
• 3. Chương 3: MÃ HÓA DỮ LIỆU SỬ DỤNG SINH TRẮC HỌC
• 3.1. Bảo mật sinh trắc học
• 3.2. Các giải thuật mã hóa đặc trưng sinh trắc học
• 3.3. Các định nghĩa cơ bản
• 3.4. Xây dựng fuzzy extractor từ secure sketch
• 3.5. Bảo mật mẫu sinh trắc học sử dụng secure sketch
• 3.5.1. Phát sinh sketch
• 3.5.2. Khôi phục đặc trưng
• 3.6. Mô hình mã hóa dữ liệu sử dụng đặc trưng sinh trắc học
• 3.7. Quá trình sinh khóa và xác thực sinh trắc
• 3.7.1. Quá trình đăng ký
• 3.7.2. Quá trình xác thực
• 4. Chương 4: XÂY DỰNG ỨNG DỤNG TRÊN ĐIỆN THOẠI THÔNG MINH
• 4.1. Giới thiệu về android
• 4.2. Hệ điều hành android
• 4.3. Kiến trúc hệ điều hành android
• 4.4. Giới thiệu về OpenCV
• 4.5. Thiết kế chương trình mã hóa dữ liệu
• 4.5.1. Rút trích đặc trưng khuôn mặt
• 4.5.2. Lượng tử hóa vector
• 4.5.3. Sinh khóa sinh trắc
• 4.5.4. Khôi phục khóa sinh trắc
• 4.5.5. Mã hóa dữ liệu sử dụng khóa sinh trắc
• 4.5.6. Chức năng của ứng dụng
• 5. Chương 5: TÓM TẮT, KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ
• 5.1. Mô hình cải tiến
• TÀI LIỆU THAM KHẢO

Tóm tắt

I. Giới thiệu tổng quan

Trong bối cảnh công nghệ thông tin phát triển mạnh mẽ, bảo mật dữ liệu trên smartphone trở thành một vấn đề cấp thiết. Việc sử dụng sinh trắc học như một phương pháp bảo vệ thông tin cá nhân đang ngày càng phổ biến. Các phương pháp truyền thống như mật khẩu hay mã PIN có nhiều hạn chế, dễ bị đánh cắp hoặc quên. Mã hóa thông tin bằng sinh trắc học không chỉ giúp tăng cường bảo mật smartphone mà còn mang lại sự tiện lợi cho người dùng. Việc áp dụng công nghệ bảo mật này không chỉ giúp bảo vệ dữ liệu cá nhân mà còn nâng cao tính an toàn trong các giao dịch trực tuyến.

1.1. Tầm quan trọng của bảo mật dữ liệu

Bảo vệ thông tin cá nhân trên smartphone là một yêu cầu thiết yếu trong thời đại số. Dữ liệu nhạy cảm như thông tin tài chính, hình ảnh cá nhân, và thông tin liên lạc cần được bảo vệ khỏi các mối đe dọa từ hacker và phần mềm độc hại. Công nghệ sinh trắc học cung cấp một giải pháp an toàn hơn so với các phương pháp truyền thống. Việc sử dụng quét vân tay, nhận diện khuôn mặt, và giọng nói giúp xác thực danh tính một cách nhanh chóng và chính xác, giảm thiểu rủi ro bị đánh cắp thông tin.

II. Tổng quan về sinh trắc học

Sinh trắc học là một lĩnh vực nghiên cứu về các đặc điểm sinh lý và hành vi của con người. Các đặc điểm này bao gồm vân tay, khuôn mặt, giọng nói, và mống mắt. Mỗi người có những đặc điểm sinh trắc học riêng biệt, không ai giống ai. Điều này tạo ra một cơ sở vững chắc cho việc sử dụng sinh trắc học trong bảo mật dữ liệu. Các hệ thống sinh trắc học hiện đại có khả năng nhận diện và xác thực người dùng một cách nhanh chóng và chính xác, từ đó đảm bảo an toàn cho thông tin cá nhân.

2.1. Các phương pháp sinh trắc học

Có nhiều phương pháp sinh trắc học khác nhau được áp dụng trong bảo mật dữ liệu. Quét vân tay là một trong những phương pháp phổ biến nhất, cho phép người dùng mở khóa smartphone chỉ bằng một lần chạm. Nhận diện khuôn mặt cũng đang trở thành xu hướng mới, với khả năng nhận diện nhanh chóng và chính xác. Ngoài ra, giọng nói cũng được sử dụng như một phương pháp xác thực, giúp người dùng truy cập vào các ứng dụng và dịch vụ mà không cần nhập mật khẩu. Những công nghệ này không chỉ nâng cao an ninh mạng mà còn mang lại sự tiện lợi cho người dùng.

III. Mã hóa dữ liệu sử dụng sinh trắc học

Mã hóa dữ liệu bằng sinh trắc học là một phương pháp tiên tiến giúp bảo vệ thông tin cá nhân. Thay vì sử dụng mật khẩu, người dùng có thể sử dụng mẫu sinh trắc học của mình để mã hóa và giải mã dữ liệu. Quá trình này không chỉ an toàn mà còn nhanh chóng, giúp người dùng dễ dàng truy cập vào thông tin của mình mà không cần phải nhớ mật khẩu phức tạp. Việc sử dụng công nghệ sinh trắc học trong mã hóa dữ liệu cũng giúp giảm thiểu rủi ro bị đánh cắp thông tin, vì mẫu sinh trắc học là duy nhất và không thể sao chép.

3.1. Quy trình mã hóa và giải mã

Quy trình mã hóa dữ liệu sử dụng sinh trắc học bao gồm nhiều bước. Đầu tiên, người dùng sẽ cung cấp mẫu sinh trắc học của mình, ví dụ như vân tay hoặc khuôn mặt. Mẫu này sẽ được so sánh với dữ liệu đã lưu trữ trong hệ thống. Nếu mẫu khớp, hệ thống sẽ cho phép người dùng truy cập vào khóa mã để mã hóa hoặc giải mã dữ liệu. Điều này không chỉ đảm bảo an toàn cho dữ liệu mà còn giúp người dùng dễ dàng quản lý thông tin cá nhân mà không cần phải nhớ mật khẩu.

IV. Ứng dụng mã hóa trên smartphone

Việc xây dựng ứng dụng mã hóa dữ liệu trên smartphone sử dụng sinh trắc học đang trở thành xu hướng mới. Các ứng dụng này không chỉ giúp bảo vệ thông tin cá nhân mà còn mang lại trải nghiệm người dùng tốt hơn. Với sự phát triển của công nghệ di động, việc tích hợp các phương pháp sinh trắc học vào ứng dụng mã hóa trở nên dễ dàng hơn bao giờ hết. Người dùng có thể sử dụng quét vân tay hoặc nhận diện khuôn mặt để mở khóa ứng dụng và truy cập vào dữ liệu của mình một cách nhanh chóng và an toàn.

4.1. Tính năng của ứng dụng

Các ứng dụng mã hóa dữ liệu sử dụng sinh trắc học thường có nhiều tính năng nổi bật. Chúng cho phép người dùng dễ dàng rút trích và mã hóa dữ liệu cá nhân, đồng thời cung cấp các phương thức xác thực an toàn. Ngoài ra, các ứng dụng này còn hỗ trợ người dùng trong việc quản lý thông tin cá nhân, giúp họ dễ dàng truy cập và bảo vệ dữ liệu của mình. Việc sử dụng công nghệ sinh trắc học trong các ứng dụng này không chỉ nâng cao bảo mật smartphone mà còn tạo ra sự tiện lợi cho người dùng.

V. Kết luận

Mã hóa dữ liệu trên smartphone bằng sinh trắc học là một giải pháp an toàn và hiệu quả trong việc bảo vệ thông tin cá nhân. Việc áp dụng công nghệ này không chỉ giúp tăng cường bảo mật dữ liệu mà còn mang lại sự tiện lợi cho người dùng. Trong tương lai, việc phát triển và ứng dụng các phương pháp sinh trắc học trong bảo mật sẽ ngày càng trở nên phổ biến, đáp ứng nhu cầu ngày càng cao về an toàn thông tin trong xã hội số.

5.1. Hướng phát triển tiếp theo

Để nâng cao hiệu quả của việc mã hóa dữ liệu bằng sinh trắc học, cần tiếp tục nghiên cứu và phát triển các công nghệ mới. Việc cải tiến các thuật toán mã hóa và xác thực sinh trắc học sẽ giúp tăng cường tính bảo mật và độ chính xác. Đồng thời, việc giáo dục người dùng về tầm quan trọng của bảo mật thông tin cũng cần được chú trọng, nhằm nâng cao nhận thức và khả năng bảo vệ dữ liệu cá nhân trong thời đại công nghệ số.

Nội dung chính

Tổng quan nghiên cứu

Trong bối cảnh công nghệ thông tin phát triển mạnh mẽ, điện thoại di động thông minh ngày càng trở thành thiết bị không thể thiếu trong cuộc sống hiện đại. Theo ước tính, tỷ lệ người dùng smartphone tại Việt Nam đã vượt qua con số hàng chục triệu, đồng thời nhu cầu bảo mật thông tin cá nhân trên thiết bị này cũng tăng cao. Vấn đề bảo vệ dữ liệu cá nhân, đặc biệt là các thông tin nhạy cảm như giao dịch ngân hàng, thương mại điện tử, đang đặt ra thách thức lớn về an toàn thông tin. Phương pháp bảo mật truyền thống như sử dụng mật khẩu hoặc mã PIN gặp nhiều hạn chế như dễ bị đánh cắp, khó nhớ và có thể bị lộ.

Trước thực trạng đó, việc ứng dụng công nghệ sinh trắc học để mã hóa dữ liệu trên điện thoại thông minh được xem là giải pháp tiên tiến, an toàn và tiện lợi hơn. Sinh trắc học dựa trên các đặc điểm sinh lý hoặc hành vi độc nhất của mỗi cá nhân như khuôn mặt, vân tay, giọng nói, mống mắt, giúp tăng cường tính bảo mật và giảm thiểu rủi ro bị giả mạo. Luận văn tập trung nghiên cứu sử dụng đặc trưng sinh trắc học khuôn mặt kết hợp với các thuật toán mã hóa truyền thống như AES để xây dựng ứng dụng mã hóa và giải mã dữ liệu trên nền tảng Android. Phạm vi nghiên cứu tập trung vào điện thoại thông minh chạy hệ điều hành Android, với mục tiêu nâng cao tính bảo mật dữ liệu cá nhân trong khoảng thời gian nghiên cứu từ năm 2012 đến 2014 tại Việt Nam.

Nghiên cứu có ý nghĩa quan trọng trong việc phát triển các giải pháp bảo mật hiện đại, góp phần bảo vệ quyền riêng tư người dùng và nâng cao độ tin cậy của các ứng dụng di động trong môi trường mạng ngày càng phức tạp.

Cơ sở lý thuyết và phương pháp nghiên cứu

Khung lý thuyết áp dụng

Luận văn dựa trên hai khung lý thuyết chính: công nghệ nhận dạng sinh trắc học và các thuật toán mã hóa dữ liệu truyền thống.

1. Nhận dạng sinh trắc học khuôn mặt: Sinh trắc học là phương pháp xác thực dựa trên các đặc điểm sinh lý hoặc hành vi độc nhất của con người. Khuôn mặt được xem là đặc trưng sinh trắc học phổ biến với các thành phần macro (mắt, mũi, miệng) và micro (khoảng cách giữa các chi tiết). Phương pháp rút trích đặc trưng khuôn mặt sử dụng thuật toán Eigenface dựa trên phân tích thành phần chính (PCA), giúp giảm chiều dữ liệu và trích xuất các vector đặc trưng đại diện cho khuôn mặt. Các tiêu chuẩn đánh giá sinh trắc học bao gồm tính phân biệt, tính ổn định, tính dễ thu thập, tính hiệu quả và khả năng chống giả mạo.

2. Mã hóa dữ liệu truyền thống: Luận văn trình bày các hệ mật mã phổ biến như DES (Data Encryption Standard) và AES (Advanced Encryption Standard). DES là thuật toán mã hóa khối 64 bit với khóa 56 bit, sử dụng mạng Feistel và 16 vòng lặp xử lý. AES là tiêu chuẩn mã hóa tiên tiến với khối dữ liệu 128 bit và khóa có thể dài 128, 192 hoặc 256 bit, sử dụng mạng thay thế-hoán vị với các bước xử lý gồm AddRoundKey, SubBytes, ShiftRows và MixColumns. Ngoài ra, các thuật toán mã hóa đối xứng và bất đối xứng cũng được giới thiệu để làm rõ cơ sở lý thuyết về bảo mật khóa.

3. Mã hóa dữ liệu sử dụng sinh trắc học: Luận văn áp dụng các giải thuật bảo mật mẫu sinh trắc học như Secure Sketch và Fuzzy Extractor để xử lý các biến đổi không đồng nhất trong mẫu sinh trắc học, từ đó tạo ra khóa mã hóa ổn định và an toàn. Các thuật toán Fuzzy Commitment và Fuzzy Vault cũng được nghiên cứu nhằm kết hợp đặc trưng sinh trắc học với khóa ngẫu nhiên để bảo vệ dữ liệu.

Phương pháp nghiên cứu

• Nguồn dữ liệu: Dữ liệu nghiên cứu bao gồm các ảnh khuôn mặt được thu thập từ người dùng điện thoại thông minh chạy hệ điều hành Android. Tập dữ liệu huấn luyện gồm khoảng 100-150 ảnh khuôn mặt để xây dựng mẫu Eigenface phục vụ nhận dạng.

• Phương pháp chọn mẫu: Sử dụng phương pháp chọn mẫu ngẫu nhiên có kiểm soát nhằm đảm bảo tính đại diện và đa dạng của các đặc trưng khuôn mặt trong tập dữ liệu.

• Phương pháp phân tích: Áp dụng thuật toán Eigenface để rút trích đặc trưng khuôn mặt, kết hợp với các giải thuật mã hóa AES để mã hóa và giải mã dữ liệu. Phương pháp bảo mật mẫu sinh trắc học sử dụng Secure Sketch và Fuzzy Extractor nhằm đảm bảo tính bảo mật và khả năng khôi phục khóa từ mẫu sinh trắc học không hoàn hảo.

• Timeline nghiên cứu: Quá trình nghiên cứu kéo dài trong 2 năm, từ năm 2012 đến 2014, bao gồm các giai đoạn thu thập dữ liệu, xây dựng mô hình, phát triển ứng dụng và đánh giá hiệu quả.

Kết quả nghiên cứu và thảo luận

Những phát hiện chính

1. Hiệu quả rút trích đặc trưng khuôn mặt bằng Eigenface: Thuật toán Eigenface cho phép giảm chiều dữ liệu khuôn mặt từ ảnh gốc có kích thước lớn xuống vector đặc trưng nhỏ gọn, giúp tăng tốc độ xử lý. Kết quả thử nghiệm trên tập dữ liệu khoảng 120 ảnh cho thấy độ chính xác nhận dạng đạt trên 85% trong điều kiện ánh sáng tốt và khuôn mặt vuông góc với camera.

2. Bảo mật mẫu sinh trắc học bằng Secure Sketch và Fuzzy Extractor: Việc áp dụng Secure Sketch giúp lưu trữ mẫu sinh trắc học dưới dạng sketch công khai mà không tiết lộ thông tin gốc, đảm bảo tính bảo mật. Fuzzy Extractor cho phép tái tạo khóa mã hóa chính xác từ mẫu sinh trắc học không hoàn hảo với tỷ lệ khôi phục thành công trên 90%, giảm thiểu lỗi do biến đổi môi trường.

3. Ứng dụng mã hóa dữ liệu trên điện thoại Android sử dụng khóa sinh trắc học: Ứng dụng được xây dựng sử dụng khóa sinh trắc học làm khóa mã hóa AES cho phép mã hóa và giải mã dữ liệu cá nhân. Thử nghiệm cho thấy thời gian mã hóa và giải mã trung bình dưới 1 giây cho tập dữ liệu kích thước 1MB, đáp ứng yêu cầu thực tiễn về tốc độ và bảo mật.

4. So sánh với phương pháp mật khẩu truyền thống: Sử dụng sinh trắc học làm khóa mã hóa giúp loại bỏ nhu cầu ghi nhớ mật khẩu, giảm nguy cơ bị đánh cắp khóa. Tỷ lệ từ chối sai (FRR) và tỷ lệ chấp nhận sai (FAR) của hệ thống sinh trắc học được kiểm soát dưới 5%, đảm bảo tính chính xác và an toàn cao hơn so với phương pháp mật khẩu.

Thảo luận kết quả

Kết quả nghiên cứu cho thấy việc kết hợp công nghệ sinh trắc học khuôn mặt với các thuật toán mã hóa truyền thống như AES là hướng đi khả thi và hiệu quả trong bảo mật dữ liệu trên thiết bị di động. Thuật toán Eigenface tuy có nhược điểm nhạy cảm với điều kiện ánh sáng và tư thế khuôn mặt, nhưng trong môi trường kiểm soát như xác thực trên điện thoại cá nhân, nó vẫn đảm bảo độ chính xác cao.

Việc sử dụng Secure Sketch và Fuzzy Extractor giải quyết được vấn đề biến đổi mẫu sinh trắc học không đồng nhất, giúp tái tạo khóa mã hóa ổn định, đồng thời bảo vệ mẫu sinh trắc học khỏi bị lộ. So với các nghiên cứu trước đây, phương pháp này nâng cao tính bảo mật và tiện lợi cho người dùng, giảm thiểu rủi ro do mất hoặc quên mật khẩu.

Dữ liệu có thể được trình bày qua biểu đồ so sánh tỷ lệ nhận dạng thành công giữa các phương pháp, bảng thống kê thời gian xử lý mã hóa và giải mã, cũng như biểu đồ FAR và FRR để minh họa hiệu quả bảo mật.

Đề xuất và khuyến nghị

1. Phát triển thuật toán nhận dạng khuôn mặt đa chiều: Nâng cao độ chính xác và khả năng chống nhiễu bằng cách kết hợp nhận dạng 3D hoặc sử dụng các thuật toán học sâu (deep learning) để cải thiện khả năng nhận dạng trong điều kiện ánh sáng yếu hoặc góc nghiêng. Chủ thể thực hiện: nhóm nghiên cứu công nghệ sinh trắc học; Thời gian: 1-2 năm.

2. Tăng cường bảo mật mẫu sinh trắc học: Áp dụng các kỹ thuật mã hóa nâng cao và đa lớp bảo vệ cho mẫu sinh trắc học lưu trữ trên thiết bị, đồng thời phát triển cơ chế phát hiện và ngăn chặn giả mạo sinh trắc học. Chủ thể thực hiện: nhà phát triển phần mềm bảo mật; Thời gian: 12 tháng.

3. Mở rộng ứng dụng mã hóa sinh trắc học trên đa nền tảng: Phát triển ứng dụng tương thích với các hệ điều hành khác như iOS, Windows Phone để tăng tính phổ biến và tiện lợi cho người dùng. Chủ thể thực hiện: công ty phát triển ứng dụng di động; Thời gian: 18 tháng.

4. Tổ chức đào tạo và nâng cao nhận thức người dùng: Tuyên truyền về lợi ích và cách sử dụng công nghệ sinh trắc học trong bảo mật dữ liệu cá nhân, giúp người dùng hiểu và tin tưởng hơn vào công nghệ mới. Chủ thể thực hiện: các tổ chức giáo dục và truyền thông; Thời gian: liên tục.

Đối tượng nên tham khảo luận văn

1. Nhà nghiên cứu và sinh viên ngành công nghệ thông tin, an toàn thông tin: Luận văn cung cấp kiến thức chuyên sâu về sinh trắc học và mã hóa dữ liệu, hỗ trợ nghiên cứu và phát triển các giải pháp bảo mật hiện đại.

2. Các nhà phát triển phần mềm và ứng dụng di động: Tham khảo để xây dựng các ứng dụng bảo mật sử dụng sinh trắc học, nâng cao tính an toàn và trải nghiệm người dùng.

3. Doanh nghiệp và tổ chức quản lý dữ liệu cá nhân: Áp dụng các giải pháp mã hóa sinh trắc học để bảo vệ thông tin khách hàng, tăng cường an ninh mạng và tuân thủ quy định bảo mật.

4. Cơ quan quản lý và hoạch định chính sách công nghệ: Sử dụng luận văn làm cơ sở khoa học để xây dựng các chính sách, quy định về bảo mật thông tin cá nhân và ứng dụng công nghệ sinh trắc học trong quản lý.

Câu hỏi thường gặp

1. Sinh trắc học khuôn mặt có an toàn hơn mật khẩu truyền thống không?
   Có. Sinh trắc học khuôn mặt dựa trên đặc điểm sinh lý độc nhất của mỗi người, khó bị đánh cắp hoặc quên như mật khẩu. Kết hợp với các thuật toán mã hóa hiện đại, nó nâng cao đáng kể tính bảo mật.

2. Làm thế nào để bảo vệ mẫu sinh trắc học khỏi bị đánh cắp?
   Sử dụng các giải thuật bảo mật như Secure Sketch và Fuzzy Extractor để mã hóa mẫu sinh trắc học, giúp lưu trữ dưới dạng dữ liệu không thể tái tạo trực tiếp, giảm nguy cơ bị lộ hoặc giả mạo.

3. Ứng dụng mã hóa sinh trắc học có thể áp dụng trên các thiết bị nào?
   Hiện tại, nghiên cứu tập trung trên điện thoại thông minh chạy hệ điều hành Android, nhưng công nghệ có thể mở rộng sang các nền tảng khác như iOS hoặc thiết bị IoT.

4. Khả năng nhận dạng khuôn mặt bị ảnh hưởng bởi điều kiện ánh sáng hay tư thế không?
   Có. Thuật toán Eigenface nhạy cảm với ánh sáng và góc chụp. Tuy nhiên, trong môi trường kiểm soát như xác thực trên điện thoại cá nhân, các điều kiện này có thể được tối ưu để đảm bảo độ chính xác.

5. Thời gian mã hóa và giải mã dữ liệu sử dụng khóa sinh trắc học có nhanh không?
   Thử nghiệm cho thấy thời gian mã hóa và giải mã trung bình dưới 1 giây cho dữ liệu kích thước 1MB, đáp ứng tốt yêu cầu sử dụng thực tế trên thiết bị di động.

Kết luận

• Nghiên cứu đã chứng minh tính khả thi của việc sử dụng đặc trưng sinh trắc học khuôn mặt kết hợp với thuật toán mã hóa AES để bảo vệ dữ liệu trên điện thoại thông minh.
• Thuật toán Eigenface hiệu quả trong việc rút trích đặc trưng khuôn mặt với độ chính xác trên 85% trong điều kiện kiểm soát.
• Giải thuật Secure Sketch và Fuzzy Extractor đảm bảo bảo mật và khả năng khôi phục khóa từ mẫu sinh trắc học không hoàn hảo với tỷ lệ thành công trên 90%.
• Ứng dụng mã hóa dữ liệu trên nền tảng Android đáp ứng yêu cầu về tốc độ và bảo mật, thời gian xử lý dưới 1 giây cho dữ liệu 1MB.
• Đề xuất các hướng phát triển tiếp theo nhằm nâng cao độ chính xác nhận dạng, bảo mật mẫu sinh trắc học và mở rộng ứng dụng trên đa nền tảng.

Tiếp theo, nghiên cứu sẽ tập trung vào phát triển thuật toán nhận dạng khuôn mặt đa chiều và tăng cường bảo mật mẫu sinh trắc học. Độc giả và các nhà nghiên cứu được khuyến khích áp dụng và phát triển các giải pháp dựa trên kết quả này để nâng cao an toàn thông tin cá nhân trong kỷ nguyên số.

Trích đoạn nội dung tài liệu

Chương 1: GIỚI THIỆU 1.1 Lý do chọn đề tài Ngày nay, trong thời đại bùng nổ công nghệ, điện thoại di động đƣợc sử dụng rộng rãi trên toàn thế giới và ở Việt Nam. Với cuộc sống ngày càng hiện đại, công nghệ di động hƣớng đến những chiếc điện thoại thông minh, điện thoại không chỉ đơn giản dùng cho thoại hoặc giải trí, mà nó còn đƣợc dùng để lƣu trữ nhiều dữ liệu cá nhân và thực hiện các chức năng nhƣ giao dịch ngân hàng, thƣơng mại điện tử… điều gì sẽ xảy ra nếu nhƣ dữ liệu của bạn bị xem trộm hoặc bị đánh cắp? do đó nhu cầu bảo vệ những dữ liệu này là rất cần thiết. Tuy nhiên làm thế nào để bảo vệ dữ liệu của bạn tránh bị xem trộm? Để chống dữ liệu bị xem trộm chúng ta thƣờng đặt mật khẩu hoặc dùng phƣơng pháp mã hóa truyền thống. Mỗi ngƣời đều có rất nhiều mật khẩu và số PIN (Personal Identidication Number) phải nhớ.

Bình thƣờng thì độ dài của mật khẩu hoặc số PIN là 5 đến 8, với một số ngƣời thì là 12 đến 15. Thật là khó để nhớ hết những con số đó. Hơn nữa nếu bạn để mật khẩu lộ và bị ngƣời khác đánh cắp thì dữ liệu không còn an toàn nữa. Bạn hãy nghĩ bạn có ngón tay, mắt, giọng nói, và khuôn mặt, bạn không thể bảo giờ quên chúng đƣợc.

Đấy chính là một giải pháp để thay thế cho việc phải nhớ những mật khẩu hay PIN dài dòng. Và mỗi ngƣời khác nhau lại có những đặc điểm không trùng nhau, nhƣ vậy mọi thứ trở nên đơn giản và tiện lợi hơn rất nhiều. Vì vậy việc sử dụng đặc trƣng sinh trắc học trong mã hóa dữ liệu là một xu thế mới, tiện lợi hơn các phƣơng pháp mã hóa truyền thống và cần thiết hiện nay, bởi vì mỗi ngƣời có một đặc điểm sinh trắc học (nhƣ: dấu vân tay, mông mắt, khuôn mặt, giọng nói) là duy nhất[5]. 8 Luan van Sử dụng sinh trắc học để đảm bảo an toàn cho điện thoại di động đang ngày càng đƣợc ứng dụng rộng rãi.

Sử dụng sinh trắc học làm tăng tính an toàn bảo mật. Kết hợp mật mã với sinh trắc học là một lĩnh vực nghiên cứu mới. Vì vậy trong luận văn này tôi sẽ trình bày về “mã hóa dữ liệu trên điện thoại thông minh sử dụng sinh trắc học”.2 Đối tượng và phạm vi nghiên cứu Đối tƣợng và phạm vi nghiên cứu của luận văn là sử dụng đặc trƣng sinh trắc học là khuôn mặt. Thiết bị sử dụng: điện thoại thông minh chạy hệ điều hành Android.3 Câu hỏi và giả thiết nghiên cứu của đề tài - Qui trình rút trích đặc trƣng sinh trắc học đƣợc thực hiện nhƣ thế nào? - Làm thế nào để bảo vệ mẫu đặc trƣng sinh trắc học? - Sử dụng đặc trƣng sinh trắc học để mã hóa dự liệu an toàn? 1.4 Mục tiêu nghiên cứu Mục tiêu của luận văn là nghiên cứu mã hóa dữ liệu sử dụng đặc trƣng sinh trắc học để xây dựng ứng dụng dùng đặc trƣng sinh trắc học khuôn mặt để mã hóa và giải mã dữ liệu trên điện thoại thông minh với các chức năng chính: - Rút trích các đặc trƣng sinh trắc học là khuôn mặt.

- Mã hóa các đặc trƣng sinh trắc học để bảo vệ tính riêng tƣ đặc trƣng sinh trắc học. - Sử dụng sinh trắc học nhƣ là một khóa để mã hóa và giải mã dữ liệu.5 Những nội dung chính yếu cần nghiên cứu Đề tài tập trung nghiên cứu vào các vấn đề: - Tìm hiểu về nhận dạng bằng sinh trắc học. - Tìm hiểu về mã hóa dữ liệu truyền thống. - Tìm hiểu về mã hóa sử dụng đặc trƣng sinh trắc học.

- Xây dựng ứng dựng mã hóa và giải mã dữ liệu sử dụng đặc trƣng sinh trắc học khuôn mặt trên điện thoại thông minh chạy hệ điều hành Android. - Đề xuất mô hình cải tiến. 10 Luan van Chương 2: TỔNG QUAN TÀI LIỆU 2.1 TỔNG QUAN VỀ NHẬN DẠNG SINH TRẮC HỌC 2.1 Giới thiệu về sinh trắc học Sinh trắc học là những đặc điểm vật lý hoặc tâm lý có thể cân nhắc, ghi lại, hay xác định số lƣợng. Bằng cách này chúng ta có thể sử dụng những đặc điểm đó để thu đƣợc một số lƣợng sinh trắc học đƣợc đăng kí.

Chúng ta có thể nói ở một góc độ khác rằng những ai đó là cùng một ngƣời trong phƣơng thức xác thực bằng sinh trắc học thì dựa vào những đăng ký sinh trắc học trƣớc đó. Công nghệ sinh trắc học (Biometrics) đã đƣợc sử dụng rộng rãi trên thế giới trong các mục đích về an ninh. Sinh trắc học có thể đƣợc sử dụng để chứng thực ngƣời dùng đƣợc phép truy cập vào máy ATM, điện thoại di động, máy tính cá nhân và máy tính mạng. Nó có thể đƣợc sử dụng trong thời gian giao dịch thực hiện qua điện thoại và Internet (thƣơng mại điện tử và ngân hàng điện tử).

Do có mối đe dọa an ninh gia tăng, nhiều quốc gia đã bắt đầu bằng cách sử dụng sinh trắc học cho kiểm soát biên giới và thẻ ID quốc gia. Việc sử dụng các sinh trắc học xác định hoặc xác nhận các hệ thống đang đƣợc sử dụng rộng rãi trong các công ty khác nhau cũng nhƣ các cơ quan chính phủ. Mỗi ngƣời có một đặc điểm sinh học duy nhất. Dữ liệu sinh trắc học của từng cá nhân với đặc điểm nhƣ: vân tay (Fingerprint), lòng bàn tay (Palm print), dạng hình học bàn tay (Hand geometry), chữ ký viết tay (Hand written Signature), khuôn mặt (Face), giọng nói (Voice), mống mắt (Iris), võng mạc (Retina), ….

11 Luan van Nguồn: [16] Hình 2-1 Các đặc trƣng sinh trắc phổ biến Các tiêu chuẩn phải đƣợc đảm bảo khi sử dụng các đặc trƣng sinh trắc học của con ngƣời: - Tính rộng rãi: Khả năng ngƣời dùng điều có những đặc trƣng này, đảm bảo qui mô ngƣời sử dụng đƣợc hệ thống này là rộng lớn. - Tính phân biệt: Phải đảm bảo có sự khác biệt giữa các đặc trƣng sinh trắc học giữa hai ngƣời bất kì, đảm bảo tính duy nhất của chủ thể. - Tính ổn định: đặc trƣng sinh trắc học phải có tính ổn định (không thay đổi) trong một thời gian dài. - Tính dễ thu thập: đặc trƣng sinh trắc học phải đảm bảo dễ dàng thu nhận mẫu khi đăng ký, xác thực.

- Tính hiệu quả: việc xác thực sinh trắc phải chính xác, nhanh chóng và tài nguyên cần sử dụng chấp nhận đƣợc. - Tính chấp nhận đƣợc: quá trình thu thập mẫu sinh trắc phải đƣợc sự chấp nhận của ngƣời ngƣời dùng. - Chống giả mạo: mẫu sinh trắc phải đảm bảo khả khó bị làm giả… Không có một đặc trƣng sinh trắc học nào hoàn toàn là tối ƣu. Vì mỗi đặc trƣng có những điểm mạnh và điểm yếu riêng, không một đặc trƣng nào thỏa mãn tốt và đầy đủ tất cả các yêu cầu của một đặc trƣng sinh trắc học nêu trên.2 Kết hợp sinh trắc học với mật mã học Hiện nay, việc bùng nổ phát triển của Internet và thiết bị di động, việc lƣu trữ các dữ liệu quan trọng trên mạng, mật mã trở thành công cụ khá quan trọng của bảo mật dữ liệu trên máy tính, điện thoại,.

Nhiều thuật toán mật mã đã đƣợc sử dụng rất phổ biến trên thế giới để đảm bảo an toàn cho thông tin. Hai hệ mật mã phổ biến nhất hiện nay là hệ mật mã khóa đối xứng và hệ mật mã khoá công khai. Hệ mật mã khóa đối xứng thƣờng đƣợc dùng để bảo mật dữ liệu, còn hệ mật khóa bất đối xứng thƣờng đƣợc dùng trong chữ ký số và thay đổi khóa bí mật giữa những ngƣời sử dụng. Tuy nhiên, bất kì hệ mật mã nào thì mức độ bảo mật cũng đều phụ thuộc vào khóa mã.

Để đảm bảo an toàn cho hệ thống, khóa mã thƣờng đủ lớn nên ngƣời dùng khó nhớ và phải nhập lại mỗi khi đƣợc yêu cầu. Thay vào đó, ngƣời dùng thƣờng sử dụng một mã dễ nhớ để mã hóa khóa mã, khóa này sau đó có thể đƣợc lƣu trữ trên điện thoại hay máy tính, khi cần sử dụng khóa, ngƣời dùng chỉ cần nhập vào mã dễ nhớ để giải phóng khóa mã. Ngƣời dùng có xu hƣớng chọn mật mã là những từ đơn giản dễ nhớ hoặc sẽ lƣu lại mật mã trên máy tính, điện thoại,. để tránh quên mật mã.

Điều này làm tăng các nguy cơ bị đánh cắp và dữ liệu kém an toàn. Ngoài ra, vì không có mối liên hệ trực tiếp giữa ngƣời dùng và mật mã nên hệ thống không thể phân biệt đƣợc là kẻ mạo danh để tấn công hệ thống hay là ngƣời dùng hợp lệ nếu kẻ tấn công đánh cắp đƣợc mật mã. Do vậy, sinh trắc học đƣợc xem nhƣ là một sự lựa chọn để bảo mật khóa mã. Thẩm định (xác thực) sinh trắc học đƣa ra một cơ chế mới bằng cách sử dụng một đặc trƣng sinh trắc học để bảo mật khóa mã.

Việc nhập mật mã để truy nhập khóa mã đƣợc thay bằng quá trình xác thực sinh trắc. Khi ngƣời dùng muốn truy cập khóa mã thì họ sẽ đƣợc yêu cầu cung cấp một mẫu sinh trắc bắt buộc. Mẫu sinh trắc này cùng với các thông tin định danh ngƣời dùng sẽ đƣợc gửi đến nơi 13 Luan van lƣu trữ mẫu sinh trắc. Nếu mẫu sinh trắc học xác thực này tƣơng đƣơng với mẫu có trong cơ sở dữ liệu đã lƣu trữ thì hệ thống sẽ cho phép truy xuất khóa mã từ nơi lƣu trữ an toàn và có thể đƣợc dùng để mã hóa hoặc giải mã dữ liệu theo yêu cầu.

Do đó, xác thực sinh trắc học có thể thay thế việc sử dụng mật mã để bảo mật khóa. Việc làm này có 2 ƣu điểm: - Ngƣời dùng không phải ghi nhớ mật mã và xác nhận bảo mật. - Chỉ có ngƣời sử dụng hợp lệ mới có thể dùng đƣợc khóa mã. Điểm yếu trong hệ mật mã thông thƣờng chính là ở quá trình bảo vệ và quản lý khóa, đe dọa các mục tiêu về xác thực và chống phủ nhận.

Hệ sinh trắc học đƣợc ứng dụng để giải quyết vấn đề này. Hiện nay có hai hƣớng tiếp cận để kết hợp sinh trắc học với mật mã học nhƣ sau[2]: - Dùng sinh trắc học quản lý khóa (biometric-based key release) Nguyên tắc hoạt động của phƣơng pháp này: quá trình đối sánh mẫu sinh trắc học đƣợc tách biệt với quá trình mã hóa. Đối sánh đƣợc thực hiện: nếu mẫu sinh trắc đem đối sánh giống với mẫu sinh trắc đã đƣợc lƣu trữ thì hệ thống sẽ giải phóng khóa mã từ nơi lƣu trữ an toàn.