bảo vệ mẫu đặc trưng sinh trắc gương mặt trong xác thực trên thiết bị di động thông minh

ĐẠI HỌC QUỐC GIA THÀNH PHỐ HỒ CHÍ MINH TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA KHOA KHOA HỌC VÀ KỸ THUẬT MÁY TÍNH THỰC TẬP TỐT NGHIỆP BẢO VỆ MẪU ĐẶC TRƯNG SINH TRẮC GƯƠNG MẶT TRONG XÁC THỰC TRÊN THIẾT BỊ DI ĐỘNG THÔNG MINH TP.Hồ Chí Minh 12/2014 GVHD: Lê Thị Bảo Thu SVTH: Trần Minh Tâm 51002869 Nguyễn Duy Linh 51001714 Nguyễn Nam Hùng 51001326 Thực Tập Tốt Nghiệp 2014 LỜI CẢM ƠN Lời đầu tiên, xin gừi lời cảm ơn tới Khoa Khoa Học & Kỹ Thuật Máy Tính – Trường Đại Học Bách Khoa TPHCM tạo điều kiện cho suốt trình nghiên cứu thực đề tài Chúng xin cảm tới tới thầy cô giảng dạy, truyền đạt nhiều kiến thức bổ ích suốt năm học vừa qua, tạo tiền đề vững để có tảng kiến thức vững vàng, phục vụ hỗ trợ đắc lực cho trình nghiên cứu đề tài thành công tốt đẹp Đặc biệt, xin gửi lời cảm ơn sâu sắc tới cô Lê Thị Bảo Thu, giảng viên trực tiếp hướng dẫn, bảo, giúp đỡ trình thực đề tài Mặc dù cố gằng trình thực đề tài, song tránh khỏi sai sót, mong góp ý, bảo thầy cô Xin chân thành cảm ơn ! Thực Tập Tốt Nghiệp 2014 TÓM TẮT NỘI DUNG Trong phạm vi thực tập tốt nghiệp, đề tài bao gồm nội dung sau: giới thiệu tổng quan dề tài, sở lý thuyết ( rút trích đặc trưng PCA, Secure Sketch, Fuzzy Etractor), thực Demo tảng Android, hướng phát triển đề tài giai đoan Thực Tập Tốt Nghiệp 2014 Mục Lục Thực Tập Tốt Nghiệp 2014 MỤC LỤC HÌNH CÁC THUẬT NGỮ CHÍNH AES Advanced Encryption Standard DES Data Encryption Standard JDK Java Development Kit LDA Linear Discriminant Analysis PCA Principal component analysis Thực Tập Tốt Nghiệp 2014 Chương 1: 1.1 TỔNG QUAN ĐỀ TÀI Giới thiệu: 1.1.1 Tình hình sử dụng Smartphones Việt Nam Ngày Smartphones dần trở nên phổ biến, với việc hãng di động lớn Apple, Samsung, LG, Sony…liện tục cho đời nhiều sản phẩm đa dạng với giá tầm trung, việc sở hữu Smartphones không giấc mơ xa vời với nhiều người Giờ với người có thu nhập trung bình sở hữu tay Smartphones với đầy đủ tính nghe gọi, giải trí đa phương tiện Có thể nói Smartphones thâm nhập vào tầng lớp xã hội, nhắc tới điện thoại di động người ta tưởng tượng đến công cụ phục vụ học tập, công việc, giải trí cho người không thiết bị để nghe gọi Tuy nhiên, bên cạnh tiện ích thiết thực việc sử dụng Smartphones mang đến rắc rối,rủi ro tiềm ẩn cho người dùng Nếu lúc trước, điện thoại, người dùng đơn số tiền để mua điện thoại đó, ngày nay, giá trị mà người dùng lớn Smartphone lọt vào tay kẻ gian Chính thói quen làm việc lưu trữ thông tin cá nhân mật máy chủ công ty, mật ATM, thông tin tài khoản ngân hàng, thư điện tử,… Smartphones người dùng gây điều Khi thông tin cá nhân rơi vào tay kẻ xấu, người dùng có nguy tài sản lớn, vấn đề công việc người dùng bị ảnh hưởng, chí có nguy bị mạo danh người dùng dịch vụ khác đời Tất điều chứng tỏ tầm quan trọng cấp bách việc bảo vệ liệu người dùng Smartphones 1.1.2 Tổng quan hệ thống bảo mật liệu Smartphones Có hai phương pháp thường sử dụng hệ thống bảo vệ liệu: xác thực người dùng mã hóa liệu Phương pháp xác thực người dùng phương pháp hệ thống kiểm tra người truy xuất tương tác với hệ thống phải người dùng thực chủ nhân không Đa số hệ thống có phương pháp xác thực người dùng sử dụng chuỗi kí tự làm mật Xét khía cạnh kỹ thuật, phương pháp tương đối đơn giản Tuy nhiên, phương pháp có bất lợi người dùng phải nhớ tên tài khoản định danh mật tương ứng để cung cấp cho hệ thống lần muốn truy cập hệ thống liệu lưu trữ Thêm nữa, việc công hệ thống sử dụng mật chuỗi kí tự đơn giản không khó khăn cho kẻ gian Phương pháp mã hóa liệu phương pháp bảo vệ liệu, người dùng nắm khóa (key) giải mã đọc liệu Có nhiều giải thuật mã hóa liệu nhà khoa học, tổ chức lớn nghiên cứu phát triển DES, Triple DES, AES,… Đa số hệ thống mã hóa liệu sử dụng khóa chuỗi kí tự tương tự mật xác thực Tuy nhiên, việc bắt người dùng phải nhớ khóa tương ứng với liệu bất lợi cho phương pháp 1.1.3 Tổng quan sinh trắc học Sinh trắc học hay Công nghệ sinh trắc học (tiếng Anh: Biometric) công nghệ sử dụng thuộc tính vật lý, đặc điểm sinh học riêng cá nhân vân tay, mống mắt, khuôn mặt để nhận diện Đây coi công cụ xác thực nhân thân hữu hiệu mà người ta sử dụng phổ biến nhận dạng vân tay đặc tính ổn định độc nay, nhận dạng dấu vân tay xem phương pháp sinh trắc tin cậy Mỗi người có đặc điểm sinh học Dữ liệu sinh trắc học cá nhân với đặc điểm khuôn mặt, ảnh chụp võng mạc, giọng nói kết hợp với phần mềm để tạo mật dành cho giao dịch điện tử, phương thức "công nghệ sinh trắc đa nhân tố" Sự phát triển công nghệ thay đổi từ việc lăn tay mực lưu trữ giấy sang quét máy lưu trữ kỹ thuật số 1.1.4 Vai trò quan trọng sinh trắc học Sử dụng sinh trắc học phương pháp xác thực người dùng mã hóa liệu giải pháp hứa hẹn cho vấn đề bất tiện người dùng nêu mục (1.1.2) Sự tiện lợi hiệu việc sử dụng sinh trắc học thể qua đặc điểm sinh trắc học người: • Duy nhất: người có sinh trắc học khác Hai người có giống sinh đôi, khác số đặc điểm vân tay Vấn đề kẻ xấu đoán mật trở nên khó khăn dùng sinh trắc học • Phổ biến: tất người sở hữu đặc điểm sinh trắc học Điều khiến phương pháp sinh trắc học không giới hạn người dùng • Tiện lợi: người dùng không cần phải nhớ mật hay khóa sử dụng hệ thống thân người họ đặc điểm sinh trắc học mật khóa Tuy nhiên, việc sử dụng sinh trắc học gặp phải số vấn đề cần lưu ý Việc bảo vệ sinh trắc học việc liệu đặc trưng sinh trắc học bị nhiễu điều kiện ngoại cảnh (ánh sáng hình ảnh, tiếng ồn thu âm giọng nói, hệ thống hỗ trợ việc rút trích sinh trắc học (sensors) không xác) vấn đề cần có giải pháp khắc phục Do đó, hệ thống bảo vệ liệu Smartphones sử dụng sinh trắc học cần phải có phương pháp sử dụng sinh trắc học người cách hợp lý 1.2 Mục tiêu toán • Tìm hiểu trình bày cách thức rút trích liệu sinh trắc học Đề tài sử dụng hình ảnh khuôn mặt (hai chiều 2D) làm đặc trưng sinh trắc học người dùng xác thực mã hóa liệu hầu hết thiết bị di động Smartphones ngày có thiết bị chụp ảnh • Nghiên cứu mô hình sửa lỗi bảo vệ (template protection) Secure Sketch Fuzzy Extractor • Xây dựng Demo ứng dụng thiết bị di động chạy hệ điều hành Android Việc chọn Android làm tảng xây dựng Demo xuất phát từ phát triển bùng nổ tảng này, đa số Smartphones thị trường chạy hệ điều hành Android, Android tảng mã nguồn mở, dễ dàng phát triển hệ thống tùy chỉnh tương lai Chương 2: CƠ SỞ LÝ THUYẾT 2.1 Các phương pháp trích chọn đặc trưng 2.1.1 Khái quát đặc tính sinh trắc học người Đặc tính sinh trắc người đặc tính đo nét hành vi riêng người Nhận diện người thực trình kiểm tra tính đồng đặc tính sinh trắc người cần kiểm tra với đặc tính tương tự người lưu sẵn CSDL Có thể nhận diện người dựa đặc điểm sinh trắc tĩnh người khuôn mặt, mắt, vân tay, bàn tay, gen…hay đặc trưng hành vi dáng đi, chữ viết, giọng nói… Figure Các đặc trừng sinh trắc người Dữ liệu sinh trắc lý tưởng người cần phải có đặc tính như: • • • • Tính tổng quát: Mỗi người thể đặc tính Tính nhất: Không thể tồn hai người có đặc tính giống Tính thường xuyên: Là độc lập đặc tính thời gian Tính thu thập được: Là đặc tính thu thập cách tương đối đơn giản nhanh chóng từ cá nhân chi tiết hóa Button Capture: Chụp ảnh từ thiết bị lưu vào tập ảnh train Figure 12 Giao diện chụp ảnh Màn hình sau chụp thêm ảnh train Figure 13 Giao diện sau chụp ảnh Bắt đầu train cách click vào Button train: Figure 14 Giao diện train Kết thúc trình train ta kết sau: File data_face.xml: Figure 15 Một phần data Kết giá trị đặc trưng tập ảnh luyện xếp từ cao xuống thấp ghi vào ổ cứng Figure 16 Cửa sổ logcat train Các ảnh khuôn mặt ghi ổ cứng: Figure 17 Ảnh chụp thư mục train Ảnh trung bình ảnh luyện: Figure 18 Ảnh trung bình Các ảnh đặc trưng khuôn mặt ảnh luyện: Figure 19 Ảnh đặc trưng khuôn mặt Button Register: Sau click vào button Register ta tiến tới hình Register: Ở ta có button Capture Register Figure 20 Giao diện đăng ký Sau chụp ảnh button Capture ta sau: Figure 21 Giao diện sau chụp ảnh cần đăng ký Tiến hành Register khuôn mặt button Register: Ta giá trị đặc trưng khuôn mặt: Figure 22 Giá trị đặc trưng khuôn mặt đăng ký Màn hình sau đăng ký thành công: Figure 23 Đăng ký thành công Button Recognize: Click vào button Recognize ta tiến tới sau: Figure 24 Màn hình xác thực Tại có button Capture Recognize Capture khuôn mặt ta cần xác thực: Figure 25 Chụp ảnh khuôn mặt cần xác thực Click vào button Recognize ta kết Nếu xác ta có kết sau: Figure 26 Xác thực thành công Chương 5: TỔNG KẾT 5.1 Đánh giá Do hạn chế mặt thời gian nên nhóm thực trình tạo không gian khuôn mặt training rút trích đặc trưng khuôn mặt đăng ký Quá trình rút trích hiển thị kết rõ ràng Cơ sở liệu Ứng dụng demo bị trục trặc 5.2 Hướng phát triển luận văn Hướng xây dựng ứng dụng bảo vệ mẫu xác thực khuôn mặt có nghiên cứu phát triển thực Android Nhóm tiếp tục nghiên cứu để phát triển hoàn thiện ứng dụng Android Nghiên cứu thêm trình mã hóa, bảo mật thành phần đặc trưng khuôn mặt Xử lý chức chưa thực Tăng sở liệu tập train TÀI LIỆU THAM KHẢO Fuzzy Extractors: How to Generate Strong Keys from Biometrics and Other Noisy Data Yevgeniy Dodis, Rafail Ostrovsky, Leonid Reyzin, Adam Smith SIAM Journal on Computing, 2007 Small Secure Sketch for Point-Set Diference Ee-Chien Chang, Qiming Li IACR Cryptology Eprint archive, 2005 Secure sketch for biometric templates Qiming Li, Yagiz Sutcu, Nasir Memon ASIACRYPT'06 Proceedings of the 12th international conference on Theory and Application of Cryptology and Information Security 2006 Practical Construction of Face-based Authentication Systems with Template Protection Using Secure Sketch Tran Tri Dang, Quynh Chi Truong, Tran Khanh Dang ICT-EurAsia 2013 http://en.wikipedia.org/wiki/Principal_component_analysis http://vi.wikipedia.org/wiki/Android http://opencv.org/ https://code.google.com/p/javacv/ http://commons.apache.org/ ... đầu vào sketch mẫu sinh trắc học Nếu mẫu sinh trắc học gần giống mẫu ban đầu hệ thống xuất mẫu sinh trắc học ban đầu Trong mẫu liệu sinh trắc học, ta thường có loại nhiễu đặc trưng: • Nhiễu giá... trích liệu sinh trắc học Đề tài sử dụng hình ảnh khuôn mặt (hai chiều 2D) làm đặc trưng sinh trắc học người dùng xác thực mã hóa liệu hầu hết thiết bị di động Smartphones ngày có thiết bị chụp ảnh... trích chọn đặc trưng 2.1.1 Khái quát đặc tính sinh trắc học người Đặc tính sinh trắc người đặc tính đo nét hành vi riêng người Nhận di n người thực trình kiểm tra tính đồng đặc tính sinh trắc người