xác thực sự toàn vẹn của cơ sở dữ liệu quan hệ bằng kỹ thuật thủy vân số dựa vào hệ mật mã khóa công khai

i Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ ĐẠI HỌC THÁI NGUYÊN TRƢỜNG ĐẠI HỌC CÔNG NGHỆ THÔNG TIN & TRUYỀN THÔNG DƢƠNG THỊ LAN HƢƠNG XÁC THỰC SỰ TOÀN VẸN CỦA CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ BẰNG KỸ THUẬT THỦY VÂN SỐ DỰA VÀO HỆ MẬT MÃ KHÓA CÔNG KHAI Chuyên ngành: Khoa học máy tính Mã số: 60 48 01 01 LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC MÁY TÍNH NGƢỜI HƢỚNG DẪN KHOA HỌC PGS.TS BÙI THẾ HỒNG Thái Nguyên, 2014 ii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CAM ĐOAN Tôi xin cam đoan: luận văn “Xác thực sự toàn vẹn của cơ sở dữ liệu quan hệ bằng kỹ thuật thủy vân số dựa vào hệ mật mã khóa công khai” là công trình nghiên cứu của cá nhân tôi, các nội dung nghiên cứu và trình bày trong luận văn trung thực, rõ ràng. Tác giả luận văn Dƣơng Thị Lan Hƣơng iii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ LỜI CẢM ƠN Tôi xin cảm ơn Trƣờng Đại học Công nghệ thông tin và Truyền thông - Đại học Thái Nguyên đã tạo điều kiện thuận lợi cho tôi hoàn thành khóa học và khóa luận này. Tôi xin gửi lời cảm ơn chân thành nhất tới PGS.TS Bùi Thế Hồng. Thầy đã cho tôi những định hƣớng nghiên cứu, giúp đỡ tôi trong suốt thời gian hoàn thành luận văn này. Để hoàn thành khóa học còn có công sức vô cùng to lớn của các thầy, cô đã nhiệt tình giảng dạy, trang bị cho tôi những kiến thức quý báu trong thời gian học tập tại trƣờng. Cảm ơn các bạn trong lớp đã nhiệt tình giúp đỡ trong suốt thời gian học tập tại trƣờng. Thái Nguyên, ngày tháng năm 2014 Học viên Dƣơng Thị Lan Hƣơng iv Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỤC LỤC Trang LỜI CAM ĐOAN ii LỜI CẢM ƠN iii MỤC LỤC iv DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT vi DANH MỤC CÁC BẢNG vii DANH MỤC CÁC HÌNH viii MỞ ĐẦU 1 CHƢƠNG I. TỔNG QUAN VỀ THỦY VÂN SỐ 1.1. Tổng quan về thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ 3 1.1.1. Một số khái niệm cơ bản 3 1.1.2. Các yêu cầu cơ bản của thuỷ vân trên cơ sở dữ liệu quan hệ 9 1.1.3. Những tấn công trên hệ thuỷ vân cơ sở dữ liệu quan hệ 11 1.1.4. Các ứng dụng chủ yếu của thuỷ vân cơ sở dữ liệu quan hệ 13 1.2. Các kỹ thuật thủy vân số cho các cơ sở dữ liệu quan hệ 14 1.2.1. Kỹ thuật thủy vân số làm thay đổi dữ liệu trong CSDL quan hệ 15 1.2.2. Các kỹ thuật thủy vân số không làm thay đổi dữ liệu trong CSDL 25 1.3. Nhận xét về các lƣợc đồ thủy vân 27 1.4. Kết luận 31 CHƢƠNG II. XÁC THỰC SỰ TOÀN VẸN CỦA CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ BẰNG KĨ THUẬT THỦY VÂN DỰA VÀO HỆ MẬT MÃ KHÓA CÔNG KHAI 2.1. Giới thiệu 32 2.2. Kỹ thuật thủy vân số với cơ chế xác thực công khai 33 2.2.1. Ý tƣởng của kỹ thuật thủy vân số với cơ chế xác thực công khai 33 v Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 2.2.2. Tạo ra mã xác thực 36 2.2.3. Quá trình xác thực tính toàn vẹn của dữ liệu 38 2.2.4. So sánh giữa hai thủy vân 41 2.3. Kết luận 42 CHƢƠNG III. XÂY DỰNG CHƢƠNG TRÌNH THỬ NGHIỆM 3.1. Xây dựng chƣơng trình 43 3.1.1. Bài toán thực nghiệm 43 3.1.2. Thiết kế chƣơng trình 43 3.2. Thử nghiệm chƣơng trình 51 3.3. Đánh giá kết quả thử nghiệm 52 KẾT LUẬN VÀ KIẾN NGHỊ 60 TÀI LIỆU THAM KHẢO 61 vi Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, VIẾT TẮT Ký hiệu Diễn giải Ý nghĩa CSDL Cơ sở dữ liệu MKSD Multi Key Single Data Đa khóa, đơn dữ liệu SKMD Single Key Multi Data Đơn khóa, đa dữ liệu LSB Least Significant Bit Bít ít ý nghĩa nhất EMC Encrypted Mark Code Mã đánh dấu đƣợc mã hóa SVR Support Vector Regression Hồi quy vector hỗ trợ vii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC BẢNG Bảng 2.1: Giải thích các ký hiệu sử dụng trong lƣợc đồ thủy vân 33 Bảng 3.1: Thông tin kết quả học tập của sinh viên 49 Bảng 3.2: Kết quả thử nghiệm 58 viii Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ DANH MỤC CÁC HÌNH Hình 1.1. Sơ đồ mô tả lƣợc đồ thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ 6 Hình 3.1 Giao diện chính của chƣơng trình 44 Hình 3.2 Giao diện chính của chƣơng trình 45 Hình 3.3: Giao diện kết quả tạo cặp khóa 46 Hình 3.4: Giao diện minh họa các bƣớc tạo ra mã xác thực 46 Hình 3.5: Giao diện minh họa các bƣớc lấy thủy vân WM’’ 47 Hình 3.6: Giao diện thông báo kết quả kiểm tra dữ liệu 48 Hình 3.7: Giao diện kết quả kiểm tra dữ liệu 48 Hình 3.8: CSDL thử nghiệm trong SQL 2012 50 Hình 3.9: Thủy vân số gốc đƣợc dùng trong thử nghiệm 51 Hình 3.10: Giao diện kết quả sau khi chạy với mô hình thử nghiệm 1 52 Hình 3.11: a) Thủy vân gốc; b) Thủy vân thu đƣợc sau khi không thay đổi dữ liệu theo thử nghiệm 1 53 Hình 3.12: Giao diện thông báo kết quả sau khi chạy với mô hình thử nghiệm 2 53 Hình 3.13: Giao diện kết quả sau khi chạy với mô hình thử nghiệm 2 54 Hình 3.14: a) Thủy vân gốc; b) Thủy vân thu đƣợc sau khi thay đổi dữ liệu theo thử nghiệm 2 55 Hình 3.15: Giao diện thông báo kết quả sau khi chạy với mô hình thử nghiệm 3 55 Hình 3.16: Giao diện kết quả sau khi chạy với mô hình thử nghiệm 3 56 Hình 3.17: a) Thủy vân gốc; b) Thủy vân thu đƣợc sau khi thay đổi dữ liệu theo thử nghiệm 3 56 Hình 3.18: Giao diện thông báo kết quả sau khi chạy với mô hình thử nghiệm 4 57 Hình 3.19: Giao diện kết quả sau khi chạy với mô hình thử nghiệm 4 57 Hình 3.20: a) Thủy vân gốc; b) Thủy vân thu đƣợc sau khi thay đổi dữ liệu theo thử nghiệm 4 58 1 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ MỞ ĐẦU Ngày nay, nhờ có Internet việc trao đổi các dữ liệu số đã trở nên cực kỳ đơn giản nhƣng cũng vì thế mà các dữ liệu này rất dễ bị sao chép và sửa đổi. Vì vậy, có một vấn đề đặt ra là “Bảo vệ quyền sở hữu trí tuệ và tính toàn vẹn của những dữ liệu này nhƣ thế nào?”. Một trong những kỹ thuật đang đƣợc nhiều nhà nghiên cứu quan tâm để giải quyết vấn đề này đó là kỹ thuật thủy vân số. Kỹ thuật này có thể đƣợc sử dụng để bảo vệ bản quyền và bảo vệ sự toàn vẹn của các dữ liệu số chống lại sự sao chép bất hợp pháp cũng nhƣ sự giả mạo và xuyên tạc. Gần đây, các tác giả của bài báo [8] đã đƣa ra một lƣợc đồ thủy vân mới có thể xác thực một cách công khai sự toàn vẹn của cơ sở dữ liệu quan hệ dựa vào hệ mật mã khóa công khai. Kỹ thuật này giúp ngƣời cung cấp cũng nhƣ ngƣời sử dụng có đƣợc một cơ chế có thể kiểm tra đƣợc tính toàn vẹn của các cơ sở dữ liệu đã đƣợc thủy vân. Bài báo trên đã mở ra một hƣớng mới trong việc xác thực tính nguyên bản của dữ liệu. Vì vậy để tiếp tục nghiên cứu theo hƣớng này, học viên đã lựa chọn đề tài: “Xác thực sự toàn vẹn của cơ sở dữ liệu quan hệ bằng kỹ thuật thủy vân số dựa vào hệ mật mã khóa công khai”. Mục tiêu của đề tài là: Nghiên cứu tổng quan về thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ nhƣ các khái niệm, định nghĩa cơ bản liên quan đến CSDL quan hệ, các mô hình dữ liệu, cụ thể là mô hình thực thể kết hợp và mô hình dữ liệu quan hệ. Nghiên cứu tổng quan về kỹ thuật thủy vân số nói chung nhƣ khái niệm thủy vân số, quy trình thực hiện thủy vân số. Từ đó nghiên cứu chi tiết một kỹ thuật thủy vân số cho cơ sở dữ liệu quan hệ để xác thực tính toàn vẹn của cơ sở dữ liệu. Cuối cùng là viết chƣơng trình demo để thử nghiệm kỹ thuật đã nghiên cứu và đánh giá. 2 Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ Ngoài phần mở đầu và phần kết luận, luận văn bao gồm ba chƣơng nhƣ sau: Chƣơng I. Tổng quan thủy vân số Trình bày những kiến thức cơ bản liên quan đến thủy vân số nhƣ: Khái niệm thủy vân số, khái niệm thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ, khóa thủy vân, lƣợc đồ thủy vân, các ứng dụng của thủy vân số, Đồng thời cũng trình bày các kỹ thuật thủy vân số cho các cơ sở dữ liệu, đƣợc chia ra làm hai nhóm kỹ thuật, đó là: Các kỹ thuật thủy vân số làm thay đổi dữ liệu và các kỹ thuật thủy vân số không làm thay đổi dữ liệu trong CSDL quan hệ. Đồng thời cũng đƣa ra một số nhận xét về các lƣợc đồ thủy vân. Chƣơng II. Xác thực sự toàn vẹn của cơ sở dữ liệu quan hệ bằng kỹ thuật thủy vân dựa vào hệ mật mã khóa công khai Trình bày chi tiết một kỹ thuật thủy vân số. Đó là kỹ thuật thủy vân số với cơ chế xác thực công khai. Kỹ thuật này bao gồm hai giai đoạn: giai đoạn tạo mã xác thực (dành cho chủ sở hữu CSDL) và giai đoạn xác thực tính toàn vẹn của dữ liệu (dành cho ngƣời sử dụng CSDL). Chƣơng III. Xây dựng chƣơng trình thử nghiệm Trình bày bài toán, dữ liệu thử nghiệm và các mô hình thử nghiệm. Dùng chƣơng trình demo để chạy các mô hình thử nghiệm và đƣa ra kết quả đánh giá cho chƣơng trình demo. [...]... dữ liệu đƣợc gọi là khóa do chính chủ cơ sở dữ liệu lựa chọn Thông tin thứ hai này đƣợc gọi là khóa thủy vân Khóa thủy vân là một lƣợng dữ liệu do chủ sở hữu cơ sở dữ liệu lựa chọn và nhằm mục đích xác định thủy vân trong lƣợc đồ thủy vân Ký hiệu là K Khóa K sẽ đƣợc kết hợp với thủy vân W để nhúng vào cơ sở dữ liệu Khóa thủy vân chính là mấu chốt của lƣợc đồ thủy vân cơ sở dữ liệu có sử dụng khóa thủy. .. cơ sở dữ liệu của họ bị đánh cắp Thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ là một kỹ thuật nhúng một số thông tin nào đó (đƣợc gọi là thông tin thủy vân W) vào cơ sở dữ liệu quan hệ nhằm mục đích bảo vệ bản quyền hoặc đảm bảo sự toàn vẹn cho cơ sở dữ liệu này Thủy vân có thể ở dạng ẩn hoặc hiện và có thể là bền vững hoặc dễ vỡ  Khóa thủy vân Để chủ sở hữu cơ sở dữ liệu có thể giữ bí mật cho thông tin thủy vân. .. nhƣ Xác định của ngƣời sở hữu và các đặc điểm của cơ sở dữ liệu (nhƣ Tên cơ sở dữ liệu, …) Qua quan sát thấy rằng khóa thủy vân số công khai là khác từ cặp khóa riêng tƣ -công khai của mã hóa không đối xứng Khóa thủy vân này đƣợc sử dụng để sinh ra một thủy vân W từ quan hệ R Thủy vân số W là một bảng dữ liệu, lƣợc đồ của nó là W P,W0 ,,W ở đây 0,1 Đƣợc so sánh quan hệ R, thủy vân số W có cùng số lƣợng... cơ sở dữ liệu quan hệ đã đƣợc đề xuất từ trƣớc tới nay Các kỹ thuật đƣợc trình bày ở đây sẽ đƣợc phân loại dựa trên các yếu tố sau: (i) Các kỹ thuật làm thay đổi cơ sở dữ liệu; (ii) Kiểu của dữ liệu mà thủy vân số đƣợc nhúng; (iii) Kiểu của dữ liệu thủy vân số Dựa trên yếu tố làm thay đổi cơ sở dữ liệu, các kỹ thuật có thể đƣợc phân loại thành hai nhóm kỹ thuật: Các kỹ thuật làm thay đổi cơ sở dữ liệu. .. đồ thủy vân Lƣợc đồ thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ bao gồm 2 phần: nhúng thủy vân và phát hiện thủy vân [2] Khi nhúng thủy vân, một khóa thủy vân K do Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 6 chủ sở hữu cơ sở dữ liệu tự chọn sẽ đƣợc sử dụng để nhúng thủy vân W vào cơ sở dữ liệu gốc Sau khi nhúng thủy vân, các cơ sở dữ liệu sẽ đƣợc đƣa vào môi trƣờng Internet Để xác minh quyền sở hữu... Nhúng thủy vân Thông tin thủy vân (W) Khóa K Cơ sở dữ liệu nghi ngờ Khẳng định đúng hoặc sai Phát hiện thủy vân Thông tin thủy vân (W) Hình 1.1 Sơ đồ mô tả lƣợc đồ thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 7  Sự cần thiết của các kỹ thuật thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ Hiện nay, có khá nhiều tài liệu về thuỷ vân các dữ liệu đa phƣơng tiện Hầu hết các kỹ thuật. .. thay đổi cơ sở dữ liệu 1.2.1 Kỹ thuật thủy vân số làm thay đổi dữ liệu trong CSDL quan hệ Các kỹ thuật thủy vân số thuộc loại này, trong giai đoạn nhúng thủy vân số vào các cơ sở dữ liệu quan hệ thì sẽ làm thay đổi dữ liệu và mức độ thay đổi đƣợc tạo ra trong cơ sở dữ liệu là chấp nhận đƣợc và không tạo ra dữ liệu vô nghĩa Chúng có thể đƣợc thực hiện trên các giá trị thuộc tính có những kiểu dữ liệu khác... [14] Số hóa bởi Trung tâm Học liệu http://www.lrc-tnu.edu.vn/ 27 1.3 Nhận xét về các lược đồ thủy vân Các kỹ thuật sử dụng trong các lƣợc đồ thủy vân để đảm bảo sự toàn vẹn của cơ sở dữ liệu quan hệ bao gồm: Kỹ thuật thuỷ vân với thuộc tính phân loại Kỹ thuật thủy vân với dữ liệu kiểu số Kỹ thuật thủy vân với dữ liệu không phải kiểu số Các kỹ thuật này có một số ƣu điểm và nhƣợc điểm sau đây: 1.3.1 Thủy. .. hữu của một cơ sở dữ liệu đáng ngờ, cần phải lấy đƣợc thủy vân đã nhúng trong CSDL này Nếu thủy vân lấy ra trùng với thủy vân đã nhúng, điều này chứng tỏ đây là CSDL của chủ sở hữu Tuy nhiên, nếu thủy vân lấy ra khác với thủy vân đã nhúng thì CSDL của chủ sở hữu đã bị thay đổi Hình 1.1 là sơ đồ mô tả lƣợc đồ thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ [2] Khóa K Cơ sở dữ liệu gốc Cơ sở dữ liệu đã nhúng thủy vân. .. tính toàn vẹn và chứng minh quyền sở hữu của cơ sở dữ liệu trong khi cho phép ƣớc lƣợng của cơ cở dữ liệu bằng các truy vấn trong một tập truy vấn Q Tính bền của thủy vân số đƣợc bảo vệ bằng cách khai thác tính không thay đổi (Các thuộc tính dựa trên Phần tính và Ngữ nghĩa của dữ liệu trong cơ sở dữ liệu) của các trang thái cơ sở dữ liệu Các thuật toán thủy vân số này đƣợc thiết kế để cải tiến của Li . tài: Xác thực sự toàn vẹn của cơ sở dữ liệu quan hệ bằng kỹ thuật thủy vân số dựa vào hệ mật mã khóa công khai . Mục tiêu của đề tài là: Nghiên cứu tổng quan về thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ. CHƢƠNG II. XÁC THỰC SỰ TOÀN VẸN CỦA CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ BẰNG KĨ THUẬT THỦY VÂN DỰA VÀO HỆ MẬT MÃ KHÓA CÔNG KHAI 2.1. Giới thiệu 32 2.2. Kỹ thuật thủy vân số với cơ chế xác thực công khai 33. tấn công trên hệ thuỷ vân cơ sở dữ liệu quan hệ 11 1.1.4. Các ứng dụng chủ yếu của thuỷ vân cơ sở dữ liệu quan hệ 13 1.2. Các kỹ thuật thủy vân số cho các cơ sở dữ liệu quan hệ 14 1.2.1. Kỹ thuật