Xây dựng hệ thống quản lý thông tin công dân dựa trên công nghệ blockchain

ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN BÁO CÁO TỔNG KẾT ĐỀ TÀI KHOA HỌC VÀ CÔNG NGHỆ SINH VIÊN NĂM 2021 Tên đề tài tiếng Việt: XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ THÔNG TIN CÔNG DÂN DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ BLOCKCHAIN Tên đề tài tiếng Anh: BUILDING A CIVIL INFORMATION MANAGEMENT SYSTEM BASED ON BLOCKCHAIN TECHNOLOGY Khoa/ Bộ môn: Công nghệ phần mềm Thời gian thực hiện: tháng Cán hướng dẫn: TS Lâm Đức Khải Tham gia thực TT Họ tên, MSSV Nguyễn Thị Thanh Quyên CH1802024 Chịu trách nhiệm Chủ nhiệm Điện thoại Email 0974682802 quyenntt.13@grad uit.edu.vn Thành phố Hồ Chí Minh – Tháng 03/2022 ĐẠI HỌC QUỐC GIA TP HCM TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Ngày nhận hồ sơ Mã số đề tài (Do CQ quản lý ghi) BÁO CÁO TỔNG KẾT Tên đề tài tiếng Việt: XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ THÔNG TIN CÔNG DÂN DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ BLOCKCHAIN Tên đề tài tiếng Anh: BUILDING A CIVIL INFORMATION MANAGEMENT SYSTEM BASED ON BLOCKCHAIN TECHNOLOGY Ngày 21 tháng 03 năm 2022 Cán hướng dẫn (Họ tên chữ ký) Ngày 21 tháng 03 năm 2022 Sinh viên chủ nhiệm đề tài (Họ tên chữ ký) TS Lâm Đức Khải Nguyễn Thị Thanh Quyên THÔNG TIN KẾT QUẢ NGHIÊN CỨU Thông tin chung: - Tên đề tài: Xây dựng hệ thống quản lý thông tin công dân dựa công nghệ Blockchain - Chủ nhiệm: Nguyễn Thị Thanh Quyên - Cơ quan chủ trì: Trường Đại học Cơng nghệ Thơng tin - Thời gian thực hiện: tháng Mục tiêu: 2.1 Lí chọn đề tài: Trong thời đại Cách mạng công nghiệp 4.0, Công nghệ Blockchain xem "chìa khóa" cho chuyển đổi số xây dựng tảng công nghệ thông tin tương lai Blockchain công nghệ lưu trữ truyền tải thông tin liệu khối (block) liên kết với mở rộng theo thời gian Từng khối chứa đựng thông tin thời gian khởi tạo liên kết với khối trước Bên cạnh đó, Blockchain thiết kế để chống lại thay đổi liệu, liệu ghi vào khối khơng thể thay đổi khơng thực thay đổi khối liền kề Hay nói cách khác, thông tin Blockchain bị thay đổi bổ sung thêm có đồng thuận tất node hệ thống Vì hệ thống bảo mật an toàn cao trước khả bị đánh cắp liệu Ngay phần hệ thống Blockchain sụp đổ, máy tính node khác tiếp tục bảo vệ thông tin giữ cho mạng lưới tiếp tục hoạt động Hiện nay, công nghệ Blockchain áp dụng vào nhiều lĩnh vực đời sống dựa tính phi tập trung, minh bạch, bất biến bảo mật Blockchain có tiềm giúp chống lại việc liệu bị thay đổi xử lý vấn đề thiếu tính minh bạch bối cảnh tồn cầu Vì vậy, hồn tồn phù hợp để ghi lại kiện, xử lý giao dịch, lưu trữ hồ sơ, xác thực danh tính chứng minh nguồn gốc Công nghệ Blockchain đề xuất hàng đầu việc xây dựng hệ thống quản lý thơng tin địi hỏi tính bất biến, độ an tồn cao, chống lại việc liệu bị thay đổi Colombia, Trung Quốc, German xây dựng thành công hệ thống bảo mật tài liệu nhận dạng điện tử (e-ID) phục vụ cho công dân Những ứng dụng quản lý hồ sơ công dân, quản lý chứng minh nhân dân nước ta sử dụng phương pháp lưu trữ liên lạc truyền thống, có nhiều hạn chế: - Thiếu tính kết nối, chia sẻ đồng thông tin quan - Thiếu khả quản lý vận hành trực tuyến - Thiếu tính minh bạch: liệu quản lý nhân tổ chức Cụ thể, công dân trực tiếp kiểm sốt thơng tin cá nhân - Thiếu độ tin cậy: việc quản lý ứng dụng phụ thuộc vào đơn vị trung gian, liệu lưu trữ tập trung Cloud server nên dễ dàng bị giả mạo - Độ bảo mật thấp: Cơ sở liệu dễ bị công tin tặc để sửa đổi thay đổi liệu - Tính khả dụng thấp: Cơ sở liệu lưu trữ tập trung Cloud server phải ln có liệu dự phịng trường hợp hư hỏng Do đó, đề tài hướng đến đề xuất “Xây dựng hệ thống quản lý thông tin công dân dựa cơng nghệ Blockchain” tích hợp kỹ thuật bảo mật hai lớp nhằm cải tiến hạn chế 2.2 Mục tiêu đề tài: Để xây dựng Hệ thống quản lý thông tin công dân tảng Blockchain đáp ứng nhu cầu thực tế, bước đầu đề tài cần nghiên cứu xây dựng hệ thống với mục tiêu cần hoàn thành sau: - Đề xuất phương pháp quản lý thông tin công dân dựa công nghệ Blockchain - Xây dựng Hệ thống quản lý thơng tin cơng dân có độ bảo mật hai lớp dựa tảng Blockchain kết hợp với kỹ thuật mã hóa AES - Xây dựng giao diện website cho Hệ thống - Hoàn thiện Hệ thống quản lý thông tin công dân dựa Công nghệ Blockchain Tính sáng tạo: 3.1 Tính mới: Hiện công nghệ Blockchain áp dụng nhiều lĩnh vực nhiều nước giới Tuy nhiên, Việt Nam chưa có hệ thống quản lý thơng tin công dân dựa tảng công nghệ Blockchain Bên cạnh đó, hệ thống mà tơi xây dựng bao gồm nhiều quan tham gia truy xuất liệu từ Blockchain, giúp tiết kiệm thời gian chi phí quản lý liệu 3.2 Tính sáng tạo: Cơng nghệ Blockchain đảm bảo tính tồn vẹn, bất biến người khác nhìn thấy liệu tính minh bạch với tất bên tham gia Vì thế, hệ thống đề xuất kết hợp sử dụng thuật tốn mã hóa AES để tăng cường tính bảo mật liệu, liệu mã hóa AES trước lưu vào Blockchain nhằm đảm bảo tính riêng tư thơng tin cơng dân, người cấp quyền xem Đây tính sáng tạo đề tài mà thực Tóm tắt kết nghiên cứu: 4.1 Cấu trúc hệ thống: Trong hệ thống nào, yếu tố bảo mật ln đặt lên hàng đầu Vì thế, tơi xây dựng hệ thống quản lý thông tin công dân dựa công nghệ Blockchain không đáp ứng yêu cầu bảo mật, mà cịn đảm bảo tính minh bạch tin cậy Để đáp ứng yêu cầu trên, xây dựng hai lớp bảo mật cho hệ thống Lớp bảo mật thứ dựa công nghệ Blockchain, đối tượng tham gia hệ thống phải có cặp khóa EOA/EPK để truy cập thực chức mạng Ethereum Blockchain Ở lớp bảo mật thứ hai, liệu Blockchain mã hóa bên gửi giải mã bên nhận kỹ thuật mã hóa/giải mã AES-256 Cụ thể, hệ thống này, tơi quy ước cặp khóa cho bên liên quan sau: Committee sở hữu cặp khóa C.EOA/C.EPK, Police sở hữu cặp khóa P.EOA/ P.EPK, School sở hữu cặp khóa S.EOA/S.EPK, Business sở hữu cặp khóa B.EOA/B.EPK, Citizen sở hữu cặp khóa CT.EOA/CT.EPK Hệ thống triển khai gồm ứng dụng phi tập trung (Dapps Decentralized applications) xây dựng node khác để bên tham gia thực giao dịch mạng Ethereum blockchain thông qua giao thức IPFS Các Dapps: C.Dapp, P.Dapp, S.Dapp, CT.Dapp xây dựng tương ứng với Committee, Police, School, Citizen Hình 7.1 Mỗi Dapp gồm lớp chính, viết ngơn ngữ CreactJs: - Interface: giao diện người dùng, dùng để nhập xuất liệu - NodeJs, AES En/Dec: chịu trách nhiệm chuyển đổi liệu đầu vào từ lớp giao diện thành chuỗi liệu JSON ngược lại Trong hệ thống này, sử dụng kỹ thuật mã hóa/giải mã AES lớp bảo mật thứ hai để tăng cường tính bảo mật cho hệ thống - IPFS: nơi lưu trữ chuỗi liệu JSON mạng IPFS, nhằm giảm chi phí thời gian thực giao dịch cho mạng blockchain - CIMs-SC: hợp đồng thông minh hệ thống CIMs, dùng để ghi lại thỏa thuận tất bên tham gia Hợp đồng thông minh Committee quản lý triển khai - web3.js: dùng để kết nối Dappvới Ethereum blockchain 4.2 Cơ chế hoạt động: Cơ chế hoạt động hệ thống chia thành ba giai đoạn sau: Giai đoạn đăng ký, Giai đoạn triển khai SC, Giai đoạn thực thi thể Hình 7.2  Giai đoạn đăng kí: Giai đoạn đăng ký bao gồm chức từ 1-6 Hình 7.2 Police, School, Business, Citizen phải trực tiếp cung cấp thông tin cần thiết cho Committee để Committee đăng ký vào Hệ thống (1,3,5) Sau đó, bên tham gia thực chức thỏa thuận SC Ví dụ, để đăng ký thơng tin cơng dân (Citizen) cần cung cấp thông tin cá nhân như: Họ tên, ngày sinh, nơi sinh, dấu vân tay, họ tên cha, họ tên mẹ, hộ với Committee Trường hợp Citizen chưa đủ tuổi lấy vân tay lấy dấu vân tay người giám hộ Trong hệ thống này, sử dụng dấu vân tay (Finger_Print) mã số định danh Để đăng ký/chỉnh sửa passport, Citizen trực tiếp cung cấp thông tin với Police (8), sau Police ghi lại lưu trữ vào Blockchain Tương tự School/ Business, Citizen đăng ký thông tin (10) để School/Business ghi lưu lại Blockchain (11, 14)  Giai đoạn triển khai SC: Trong hệ thống, Committee quan có quyền hạn cao nhất, tất bên muốn tham gia hệ thống phải đăng ký thông qua Committee Sau bên tham gia đồng ý với thỏa thuận SC, Committee người soạn thảo triển khai SC lên mạng Ethereum blockchain (7) sử dụng cặp khóa C.EOA/C.EPK Tài khoản triển khai SC phải C.EOA để tránh tình trạng giả mạo SC Thơng tin chi tiết Hệ thống dựa SC truy cập cách kiểm tra SC.EA blockchain giao diện (SC.Interface) tạo từ Contract JSON JavaScript Signal Interface Sau đó, Committee cơng khai C.EOA, SC.EA, SC.Interface phương tiện truyền thông phép công bố cho người  Giai đoạn thực thi: Để thực thi chức mình, bên tham gia phải sử dụng EOA đăng ký với Hệ thống Với EOA đăng ký thực thi chức tương ứng thỏa thuận SC: - Committee sử dụng tài khoản C.EOA để xem chỉnh sửa thông tin (Get/Update Information) cho Police, School, Business, Citizen bước 2,4,6,12 Hình 7.2 - Police sử dụng tài khoản P.EOA để xem chỉnh sửa thông tin passport cho Citizen bước 9, 13 Hình 7.2 - School/Business sử dụng tài khoản S.EOA/B.EOA để xem chỉnh sửa thông tin cho Student/Employee bước 11,14, 15 Hình 7.2 - Citizen sử dụng tài khoản CT.EOA để xem thông tin cá nhân từ Committee, xem thông tin Passport từ Police, xem thông tin Student từ School, xem thông tin Employee từ Business bước 16 Hình 7.2 4.3 Bảo mật AES Để đảm bảo an toàn liệu Citizen, việc mã hóa giải mã vấn đề cần thiết Hệ thống Vì thế, tơi sử dụng thuật tốn mã hóa/giải mã AES để xây dựng mơ hình bảo mật hai lớp cho Hệ thống Q trình thực minh họa Hình 7.3 Tất bên liên quan Hệ thống phát hành cặp khóa bất đối xứng (Public key Private key) trao đổi khóa cơng khai (Public key) họ bên ngồi Hệ thống Sau đó, có giao dịch xảy ra:  Sender: Tạo dãy số ngẫu nhiên, từ dãy số sinh khóa bất đối xứng AES256 key Người gửi kí khóa AES (AES key) khóa riêng (Sender Private Key) mình, tạo chữ ký số (Signed) Dữ liệu mã hóa AES key, tạo liệu mã hóa (Encrypted message) AES key mã hóa khóa cơng khai người nhận (Receiver Public Key), tạo khóa mã hóa (Encrypted key) Sau đó: Signed, Encrypted message, Encrypted key ghi vào Blockchain  Receiver: Sử dụng Receiver Private key để giải mã Encrypted key lấy AES256 key Sử dụng Sender Public key để kiểm tra chữ ký số cách giải mã Signed lấy AES256 key Nếu AES256 key bước giống (1) xác thực người gửi Sử dụng AES256 key (1) để giải mã Encrypted message lấy Data 4.4 Mô hình triển khai Hệ thống Hình 7.4 minh họa kịch hoạt động Hệ thống sử dụng kỹ thuật mã hóa AES để bảo mật liệu Đầu tiên, Committee tạo SC sử dụng C.EOA triển khai SC mạng Ethereum blockchain Sau đó, Committee công khai SC.EA, SC.Interface phương tiện truyền thông cho người biết Mỗi bên tham gia phát hành cặp khóa bất đối xứng RSA bao gồm: khóa cơng khai (Public key - PUK) khóa cá nhân (Private key - PK) để tiến hành mã hóa/giải mã liệu AES Trong kịch này, chúng tơi quy ước sau: cặp khóa Committee kí hiệu C.PUK/C.PK, cặp khóa Police kí hiệu P.PUK/P.PK, cặp khóa Citizen kí hiệu CT.PUK/CT.PK, cặp khóa School kí hiệu S.PUK/S.PK Tất PUK công khai hệ thống Như mô tả hình 7.4, để tham gia vào Hệ thống, Citizen, Police, School phải đăng ký trực tiếp với Committee Dữ liệu đăng ký Committee mã hóa AES đưa vào Blockchain thông qua hàm (1,2,3) Chỉ người sở hữu PK giải mã liệu lưu Blockchain Cụ thể, Citizen, Police, School sử dụng PK cá nhân để giải mã liệu thơng qua hàm (4,9,12) Police mã hóa AES cho liệu passport Citizen lưu vào Blockchain thông qua hàm (8), Citizen dùng CT.PK để giải mã liệu passport lấy từ Blockchain thông qua (5) Tương tự, School/Business mã hóa AES thơng tin Student/Certificate Citizen lưu vào Blockchain thông qua (10,11); Citizen giải mã liệu Student/Certificate lấy từ Blockchain thông qua (6,7) 4.5 Kết 4.5.1 Chức Hệ thống quản lý thông tin công dân mà đề xuất đáp ứng nhu cầu thiết yếu công dân: Đăng ký/Chỉnh sửa thông tin công dân, Đăng ký/Chỉnh sửa Hộ chiếu, Cập nhật trình độ học vấn, cấp cho công dân, Tra cứu thông tin công dân Tất thủ tục thực trực tuyến thông qua Finger_Print (thay cho thẻ Chứng minh nhân dân), tạo nên thuận tiện cho cơng dân 4.5.2 Tính kết nối Tất liệu công dân lưu trữ Blockchain, người dùng truy cập vị trí mà khơng cần phải đến quan nhà nước Giảm bớt thủ tục, tối ưu hóa quy trình, tăng tốc độ xử lý thủ tục Blockchain giúp đồng bộ, liên thông liệu, xóa bỏ điểm “nghẽn”; giảm thời gian công sức dành cho việc nhập kiểm tra liệu, giảm sai sót yếu tố người 4.5.3 Tính minh bạch Thơng tin cơng dân lưu trữ Blockchain, theo dõi, giám sát từ tất bên tham gia, minh bạch với tất bên Nâng cao trách nhiệm đội ngũ công chức với khả truy vết minh bạch thơng tin cao 4.5.4 Tính bảo mật Hệ thống quản lý thông tin công dân mà đề xuất đảm bảo độ an toàn liệu cao sử dụng kỹ thuật bảo mật hai lớp với thuật tốn mã hóa AES 4.5.5 Tính khả dụng Hệ thống xây dựng đảm bảo mục tiêu đề đáp ứng tốt môi trường thử nghiệm 4.5.6 Gas used Gas used thực function Hệ thống trình bày Bảng I Chi phí Gas phụ thuộc vào thơng tin đầu vào function Bảng I Chi phí Gas function SC Funtions Gas used (Add/Update) Add_Update_Citizen_Information() 183,962 / 114,075 Add_Update_Police_Information() 183,153 / 40,851 Add_Update_School_Information() 182,603 / 40,917 Add_Update_Passport() 116,928 / 37,547 Add_Update_Student() 117,669 / 37,747 Add_Update_Certificate() 117,795 / 37,813 Get_Police_Information_from_Committee () Get_Citizen_Information_from_Committee() Get_School_Information_from_Committee() Get_Passport_Information_from_Police () Get_Student_Information_from_School() Tên sản phẩm: Bài báo khoa học chấp nhận báo cáo hội nghị IEEE thuộc danh mục SCOPUS Tên báo: Nguyen Thi Thanh Quyen, Lam Duc Khai, “Blockchain based Administration Model: A Small Scale Gorvernance DemoSystem”, 15th 2021 IEEE International Conference on Advanced Computing and Application (ACOMP), [online] Vietnam, November 24-26, 2021 Link báo: https://ieeexplore.ieee.org/document/9668227 Hiệu quả, phương thức chuyển giao kết nghiên cứu khả áp dụng: Blockchain sử dụng rộng rãi nhiều lĩnh vực ứng dụng vào phủ điện tử nhiều quốc gia Do đó, hệ thống tài liệu tham khảo có giá trị cho nghiên cứu có liên quan Hình ảnh, sơ đồ minh họa Desploy eID-SC Remix IDE Geth Ipfs.js Interface NodeJS AES En/Dec Ipfs.js eID-SC eID-SC eID-SC Web3.js Web3.js Web3.js Geth Geth Geth CT Dapp S Dapp NodeJS AES En/Dec Citizen IPFS Network Ipfs.js Interface IPFS Network P.Dapp Interface NodeJS AES En/Dec School/ Business Police IPFS Network IPFS Network C.Dapp Committee Interface NodeJS AES En/Dec Ipfs.js eID-SC Web3.js Geth Local Ethereum Network Hình 7.1 Sơ đồ kiến trúc hệ thống Committee Police School/ Business Register Citizen Ethereum + IPFS Add_Update_Police() Register Add_Update_School/Business() Register Add_Update_Citizen() Build_Smart_Contract Register Add_Update_Passport_Card() 10 Register 11 Add_Update_Student/Employee() 12 Get_Police_School/Business_Citizen_Information () 13 Get_Citizen_Information () 14 Add_Update_Certificate () 15 Get_Student/Employee_Information () 16 Get_Citizen_Information () Hình 7.2 Cơ chế hoạt động hệ thống Sender Private Key Sender Certificate (public Key) Genetate Random Receiver Receiver Certificate (public Key) Private Key Receiver Certificate (public Key) Sender Certificate (public Key) AES256 Key Sign AES Key with Sender Private Key Decrypt AES Key with Receiver Private Key Written in Blockchain Encrypt Data with AES Key Check Signature of AES Key with Sender Public Key Encrypt AES Key with Receiver Public Key Decrypt Data with AES Key Hình 7.3 Bảo mật liệu AES 10 Committee (C) Dapp SC.EA C.PUK SC.Interface C.PK Police(P) Dapp C.EPK P.EPK C.EOA P.EOA Offline Register (Police Information) SC.EA P.PUK SC.Interface P.PK Add_Update_Citizen_Information{ En_Data_C_CT = AES.En(Data_C_CT, C.PK, CT.PUK) (1) Add_Update_Passport{ En_Data_P_CT = AES.En(Data_P_CT, P.PK, CT.PUK) (8) Add_Update_Police_Information{ En_Data_C_P = AES.En(Data_C_P, C.PK, P.PUK) (2) Get_Citizen_Information_from_Committee{ Data_C_CT = AES.De(En_Data_C_CT, CT.PK, C.PUK) (4) Add_Update_School_Information{ En_Data_C_S = AES.En(Data_C_S, C.PK, S.PUK) (3) IPFS IPFS Get_Police_Information_from_Committee{ Data_C_P = AES.De(En_Data_C_P, P.PK, C.PUK) (9) Ethereum Blockchain Block 29 Offline Register (CitizenInformation) Citizen (CT) Dapp Block 31 Block 32 Block 30 SC.EA CT.PUK SC.Interface CT.PK CT.EOA Commitee IPFS S.EPK Police Offline Register (Student Information) Get_Citizen_Information_from_Committee{ Data_C_CT = AES.De(En_Data_C_CT, CT.PK, C.PUK) Get_Passport_Information_from_Police{ Data_P_CT = AES.De(En_Data_P_CT, CT.PK, P.PUK) Get_Student_Information_from_School{ Data_S_CT = AES.De(En_Data_S_CT, CT.PK, S.PUK) Get_Certificate_Information_from_School{ Data_S_CT = AES.De(En_Data_S_CT, CT.PK, S.PUK) (4) (5) (6) (7) Offline Register (School/Business Information) School/Business(P) Dapp Smart Contract IPFS CT.EPK Block 32 Offline Register (Student Information) S.EOA SC.EA S.PUK SC.Interface S.PK Add_Update_Student{ En_Data_S_CT = AES.En(Data_S_CT, S.PK, CT.PUK) (10) Add_Update_Certificate{ En_Data1_S_CT = AES.En(Data1_S_CT, S.PK, CT.PUK) (11) Get_Citizen_Information_from_Committee{ Data_C_CT = AES.De(En_Data_C_CT, CT.PK, C.PUK) (4) Get_School_Information_from_Committee{ Data_C_S = AES.De(En_Data_C_S, S.PK, C.PUK) (12) Hình 7.4 Mơ hình triển khai hệ thống Cơ quan Chủ trì (ký, họ tên, đóng dấu) Chủ nhiệm đề tài (ký, họ tên) Nguyễn Thị Thanh Quyên 11 ... TRƯỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN Ngày nhận hồ sơ Mã số đề tài (Do CQ quản lý ghi) BÁO CÁO TỔNG KẾT Tên đề tài tiếng Việt: XÂY DỰNG HỆ THỐNG QUẢN LÝ THÔNG TIN CÔNG DÂN DỰA TRÊN CÔNG NGHỆ BLOCKCHAIN. .. xuất ? ?Xây dựng hệ thống quản lý thông tin cơng dân dựa cơng nghệ Blockchain? ?? tích hợp kỹ thuật bảo mật hai lớp nhằm cải tiến hạn chế 2.2 Mục tiêu đề tài: Để xây dựng Hệ thống quản lý thông tin công. .. lý thông tin công dân dựa Công nghệ Blockchain Tính sáng tạo: 3.1 Tính mới: Hiện công nghệ Blockchain áp dụng nhiều lĩnh vực nhiều nước giới Tuy nhiên, Việt Nam chưa có hệ thống quản lý thông tin