Nghiên cứu các phương pháp thẩm định xác thực chữ ký viết tay ứng dụng trong thương mại điện tử

BỘ GIÁO DỤC VÀ ĐÀO TẠO TRƯỜNG ĐẠI HỌC BÁCH KHOA HÀ NỘI LUẬN VĂN THẠC SĨ KHOA HỌC NGHIÊN CỨU CÁC PHƯƠNG PHÁP THẨM ĐỊNH XÁC THỰC CHỮ KÝ VIẾT TAY ỨNG DỤNG TRONG THƯƠNG MẠI ĐIỆN TỬ NGÀNH: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN NGUYỄN ANH TÀI HÀ NỘI 2006 LỜI CAM ĐOAN Tôi tên : Nguyễn Anh Tài Học viên lớp Cao học Công nghệ thông tin 2004 Tôi làm đồ án tốt nghiệp cao học CNTT với tên đề tài: Nghiên cứu phương pháp thẩm định xác thực chữ ký viết tay ứng dụng thương mại điện tử, PGS,TS Nguyễn Thị Hồng Lan hướng dẫn Tơi xin cam đoan nội dung đồ án tốt nghiệp tơi tìm hiểu, nghiên cứu thực Nếu sai tơi hồn tồn chịu trách nhiệm trước trường pháp luật Hà Nội, ngày tháng năm 2006 Người cam đoan Nguyễn Anh Tài M ỤC L ỤC LỜI CAM ĐOAN .2 23T 23T Mục lục 23T Danh mục ký hiệu, chữ viêt tắt 23T Danh mục bảng 23T Danh mục hình vẽ, đồ thị 23T Mở đầu 10 23T CHƯƠNG I: TỔNG QUAN SINH TRẮC HỌC 13 23T 23T 1.1 Khái niệm sinh trắc học 13 23T 3T 1.2 Hệ bảo mật sinh trắc học 13 23T 23 T 1.3 Chữ ký sinh trắc học 14 23T 3T 1.4 Các khó khăn thực 14 23T 23T 1.5 Vấn đề bảo mật phương pháp sinh trắc học dựa chữ ký viết 23T tay 15 23 T CHƯƠNG II: NGHIÊN CỨU, TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP THẨM ĐỊNH 23T CHỮ KÝ VIẾT TAY BẰNG PHƯƠNG PHÁP SINH TRẮC HỌC 16 23T 2.1 Hệ thống mã hóa bảo mật sinh trắc học BioPKI 16 23T 23 T 2.2 Giai đoạn đối sánh mẫu 17 23T 23T 2.2.1 Đặc điểm phương pháp DTW 17 23T 23T 2.3 Kỹ thuật làm méo EPW 20 23T 3T 2.3.3 Làm méo đoan 27 23T 23T 2.3.4 Kiểm chứng thực nghiệm 29 23T 23T 2.3.5 Cơ sở liệu 29 23T 23T 2.3.6 Thực hành với kết 30 23T 23T 2.3.7 Kết luận 34 23T 23 T 2.4 Mã hóa đặc trưng sinh trắc học 34 23T 23 T 2.5 Tạo khóa riêng 36 23T 23 T 2.6 Tính hiệu hệ thống 37 23T 23T CHƯƠNG 3: NGHIÊN CỨU, TÌM HIỂU PHƯƠNG PHÁP THẨM ĐỊNH 23T CHỮ KÝ VIẾT TAY BẰNG MƠ HÌNH MARKOV ẨN 38 23T 3.1 Giới thiệu mơ hình MARKOV ẩn cho thẩm định chữ ký viết tay 38 23T 23 T 3.1.1 Mơ hình HMM rời rạc tham số mơ hình 39 23T 23 T 3.1.2 Quá trình Markov trạng thái mở rộng 39 23T 23 T 3.1.3 Các mơ hình Markov ẩn mở rộng từ q trình Markov trạng 23T thái rời rạc 41 23T 3.1.4 Ba toán HMM sở 43 23T 23T 3.1.5 Lời giải cho toán đánh giá thuật toán chuyển tiếp (Forwarding 23T Algorithm) 44 23T 3.1.6 Lời giải cho toán giải mã- thuật toán Viterbi (Viterbi 23T Algorithm) 46 23T 3.1.7 Lời giải cho toán huấn lyuện- thuật toán Baum- Welch (Baum- 23T Welch) 48 23T 3.2 Tìm hiểu hệ thống xác thực chữ ký viết tay off-line sử dụng mơ hình 23T Markov ẩn 51 23 T 3.2.1 Giai đoạn tiền xử lý 52 23T 23T 3.2.2 Mơ hình hóa chữ ký sử dụng HMM 65 23T 23T 3.2.3 Xử lý học 65 23T 23T 3.2.4 Quyết định 68 23T 23T 3.3 Tìm hiểu hệ thống xác thực chữ ký viết tay on-line sử dụng mơ hình 23T Markov ẩn 69 23 T 3.3.1 Mô đun thu nhận chữ ký trực tuyến 69 23T 23T 3.3.2 Cơ sở liệu chữ ký trực tuyến 69 23T 23 T 3.3.3 Tiền xử lý chữ ký 69 23T 23 T 3.3.4 Mơ hình huấn luyện 71 23T 23 T 3.3.5 Phát triển mơ hình 73 23T 23 T 3.3.6 Kiểm chứng kết [Juan J, I gazar] 73 23T 23T CHƯƠNG 4: CHƯƠNG TRÌNH KIỂM THỬ 76 23T 3T 4.1 Giới thiệu chương trình kiểm thử 76 23T 23T 4.2 Giới thiệu FORM 76 23T 23 T 4.3 Chi tiết form 77 23T 23T 4.3.1 Thông tin người dùng (Form 1) 77 23T 23T 4.3.2 Thêm người dùng (Form 2) 78 23T 23 T 4.3.3 Cập nhật thông tin người dùng (Form 3) 79 23T 23T 4.3.4 Thẩm định chữ ký (Form 4) 80 23T 23 T 4.3.5 Hiển thị kết thẩm định chữ ký (Form 5) 81 23T 23 T 4.4 Chi tiết thành phần form 82 23T 23 T 4.5 Cơ sở liệu 90 23T 23T 23T 23T 4.6 Các thí nghiệm 91 KẾT LUẬN 92 23T TÀI LIỆU THAM KHẢO 94 23T 23T DANH MỤC CÁC KÝ HIỆU, CÁC CHỮ VIẾT TĂT Chữ viết tắt Bio BioPKI Tiếng Anh Biometric Biometric Public Key Infrastructure DTW EPW Dynamic time warp Extreme point warp EPS MHM PKI Extreme point Hidden Markov Model Public Key Infrastructure FAR FRR False Accept Rate False Reject Rate Tiếng việt Sinh trắc học Hệ thống mã hóa cơng khai sinh trắc học Làm méo động Làm méo điểm cực Điểm cực Mơ hình Markov ẩn Cơ sở hạ tầng khóa cơng khai Tỷ lệ chấp nhận sai Tỷ lệ loại bỏ sai DANH MỤC CÁC BẢNG 23TU 23TU 23TU 23TU 23TU 23TU 23TU 23TU 23TU 23TU 23TU 23TU 23TU 23TU Bảng 2.1 Ảnh hưởng hệ số bỏ qua 31 U23 T Bảng 2.2 Tốc độ lỗi với DTW EPW 32 U23 T Bảng 3.1 Thể hiên FAR 63 U23T Bảng 3.2 Thể hiên FRR 64 U2 3T Bảng 3.3 Kết 74 U23 T Bảng 3.4 Kết phương pháp tiền xử lý 75 U23 T Bảng 4.1 Các thành phần form thông tin người dùng 83 U23 T Bảng 4.2 Phím tắt form thơng tin người dùng 83 U 23T Bảng 4.3 Các thành phần form thêm người dùng 85 U23 T Bảng 4.4 Các phím tắt form thêm người dùng 86 U23 T Bảng 4.5 Các phím tắt form cập nhật thông tin người dùng 88 U23T Bảng 4.6 Các phím tắt form cập nhật thơng tin người dùng 88 U23T Bảng 4.7 Các thành phần form thẩm định chữ ký người dùng 90 U23 T Bảng 4.8 Các phím tắt form thẩm định chữ ký người dùng 90 U23T DANH MỤC CÁC HÌNH VẼ ĐỒ THỊ 23TU 23TU 23TU 23TU 23TU 23TU 23TU 23TU 23TU 23TU 23TU Hinh 2.1 Sơ đồ hệ thống BioPKI 16 U23T Hinh 2.2 Hình sóng trước sau DTW 19 U23T Hình 2.3 EPs gợn sóng nhỏ 21 U23T Hình 2.4 EPs từ hai tín hiệu 23 U23T Hình 2.6 Một ví dụ so sánh điểm EPs 26 U23T Hình 2.7 Kết sau so sánh EPs 27 U23 T Hình 2.8 Làm méo đoạn (a) làm méo đoạn tín hiệu tham chiếu 27 U23T (b) làm méo tín hiệu mẫu 27 U23 T Hình 2.9 Kết làm méo đoạn (a) trước làm méo đoạn 28 U2 3T (b) sau làm méo đoạn 28 U23 T Hình 2.10 Một số ví dụ chữ ký (a,b) chữ ký thật (c,d) chữ ký giả mạo U23T 30 23TU 23TU Hình 2.11 Mã thuộc tính thời gian bút viết 36 U 23T Hình 3.1 Sự minh hoạ chuỗi Markov với trạng thái (ký hiệu S1, S2, S3.) 40 U23 T 23TU 23TU Hình 3.2 Sự minh hoạ mơ hình Markov với trạng thái 42 U23 T Hình 3.3 (a) chữ ký ngẫu nhiên (b) chữ ký đơn giãn (c) chữ ký nguy hiểm (d) chữ ký gốc 52 U23 T 23TU Hình 3.4 (a) chữ ký trước dịch chuyển (b) chữ ký sau dịch chuyển vào ảnh 53 U23 T 23TU Hình 3.5 Điểm thuộc tính dựa phân chia theo chiều dọc 54 U23T 23TU U23T 23TU 23TU Hình 3.6 Các điểm thuộc tính tính theo phân chia theo chiều ngang 55 Hình 3.7 Khoảng cách trung bình (d avg ) độ lệch chuẩn ( σ ) 58 URU URU U2 3T 23T 23 T Hình 3.8 Các điểm thuộc tính dựa phân chia theo chiều dọc với độ sâu 64 U23T 23TU Hình 3.9 Các điểm thuộc tính dựa phân chia theo chiều ngang với độ sâu 65 U23T 23TU 23TU 23TU Hình 3.10 Mơ hình trái-phải q xử lý trình học 66 U23T Hình 3.11Học kiểm tra chéo cho đường cong với số trang thái 67 U2 3T Hình 3.12 Đường viền phân chia vùng chấp nhận loại bỏ trình kiểm tra 67 U23T 23TU 23TU 23TU 23TU 23TU 23TU 23TU 23TU Hình 3.13 Thuật tốn chuẩn hóa 70 U23 T Hình 3.14 Mơ hình HMH cho chữ ký online 73 U23T Hình 3.15 Biểu đồ DET 74 U23T Hình 4.1 Form thơng tin người dùng 77 U23 T Hình 4.2 Form thêm người dùng 78 U23 T Hình 4.3 Form Cập nhật người dùng 79 U23 T Hình 4.4 Form thẩm định chữ ký 80 U 23T Hình 4.5 Form hiển thị kết thẩm định 82 U23 T MỞ ĐẦU Trong năm gần đây, sở hạ tầng khố cơng khai phát triển với nhu cầu ngày tăng bảo mật liệu số Chữ ký số tạo cách sử dụng cơng nghệ mã hố công khai Công nghệ sử dụng giao dịch thương mại thực mạng bảo mật mà không sợ bị giả mạo chữ ký Điểm mạnh chữ ký số dựa truy cập điều khiển thơng qua khố cá nhân Việc lưu trữ khoá cá nhân bảo vệ phương pháp mật từ lâu mắt xích yếu hệ thống bảo mật Đối với chữ ký điện tử quản lý khoá riêng điểm dễ bị công hệ thống bảo mật Mặt khác tính bảo mật chữ ký điện tử lại dựa vào phương pháp mã hố bất đối xứng phải sử dụng truy cập thơng qua khố riêng Đối với giải thuật mã hố cơng khai khố riêng số lớn thường số 1024 bit Nhưng lưu trữ sức mạnh khoá riêng giảm cách trầm trọng xuống đến ký tự mật Mọi người thường không nhớ nhiều mật thời gian dài nên họ thường sử dụng mậu giống với mật email mậu vào mạng, mật trực tuyến ngân hàng, mật vào cơng ty …,người ta ghi mật vào mảnh giấy bị nhìn trộm Họ chọn biệt danh, ngày sinh làm mật mật họ bị người gần gũi với họ đoán Tất vấn đề đề cập sử dụng mật phương pháp không tốt việc sử dụng chữ ký điện tử Một người truy cập vào khoá riêng người biết mật vào khố riêng khơng có nghĩa người 10 4.3.5 Hiển thị kết thẩm định chữ ký (Form 5) 81 Hình 4.5 Form hiển thị kết thẩm định 4.4 CHI TIẾT CÁC THÀNH PHẦN TRÊN FORM Thành phần Loại Ghi Form Form Tham số Data grid Column - Chứa tên người dùng Column - Chứa ngày sinh người dung Column - Chứa địa người dung Panel command Add Button - Khi người dung click button chương trình nhảy đến form add user - Text: Add Update Button - Khi người dung click button chương trình nhảy đến form add user - 82 Text: Update Thành phần Loại Remove Button Ghi - Khi người dung click button chương trình xóa người dùng lựa chọn lưới - Text: Remove Bảng 4.1 Các thành phần form thông tin người dùng Short cut keys Note Alt+A Add Alt+U Update Alt+R Remove Bảng 4.2 Phím tắt form thơng tin người dùng Thành phần Loại Ghi Form Form Tham số Panel User txtName TextBox - Chứa tên người dung 83 Thành phần Loại Ghi - Giá trị mặc định : “” txtBirthday TextBox - Chứa ngày sinh người dung - Giá trị mặc đinh: “” txtAddress TextBox - Chứa địa người dung - Giá trị mặc đinh: “” btnAdd Button - Khi người dùng click button hệ thống thêm người dùng - Text: Add Panel Signature btnOpen Button - Khi người dung click button xuất file dialog để chọn chữ ký - Text: “” - Icon: btnAdd Button - Khi người dung click button hệ thống thêm chữ ký lựa chọn vào người lựa chọn btnRemove Button - Text: Add - Khi người dung click button chương trình xóa người 84 Thành phần Loại Ghi dùng lựa chọn lưới - Text: Remove btnPreview Button - Dùng để preview chữ ký pnlDrSignature Panel - Dùng để vẽ chữ ký txtPath TextBox - Chứa đường dẫn chữ ký Button - Khi người dung click button Panel command btnAdd hệ thống thêm người quay form thông tin người dùng btnCancel Button - Text: Add - Khi người dung click button hệ thống quay trang thơng tin người dùng Bảng 4.3 Các thành phần form thêm người dùng Short cut keys Note Alt+A Add Alt+C Cancel 85 Bảng 4.4 Các phím tắt form thêm người dùng Thành phần Loại Ghi Form Form Tham số Panel User txtName TextBox - Chứa tên người dung - Giá trị mặc định : “” txtBirthday TextBox - Chứa ngày sinh người dung - Giá trị mặc đinh: “” txtAddress TextBox - Chứa địa người dung - Giá trị mặc đinh: “” btnAdd Button - Khi người dùng click button hệ thống thêm người dùng - Text: Add Panel Signature btnOpen Button - Khi người dung click button xuất file dialog để chọn chữ ký - Text: “” - Icon: 86 Thành phần btnAdd Loại Button Ghi - Khi người dung click button hệ thống cập nhật thông tin người dùng lựa chọn quay form thông tin người dùng btnRemove Button - Text: Update - Khi người dung click button chương trình xóa người dùng lựa chọn lưới - Text: Remove btnPreview Button - Dùng để preview chữ ký pnlDrSignature Panel - Dùng để vẽ chữ ký txtPath TextBox - Chứa đường dẫn chữ ký Button - Khi người dung click button Panel command btnUpdate hệ thống cập nhật thơng tin người dùng lựa chọn quay form thông tin người dùng - 87 Text: Add Thành phần btnCancel Loại Ghi Button - Khi người dung click button hệ thống quay trang thơngtin người dùng Bảng 4.5 Các phím tắt form cập nhật thông tin người dùng Short cut keys Note Alt+U Update Alt+C Cancel Bảng 4.6 Các phím tắt form cập nhật thông tin người dùng Thành phần Loại Ghi Form Form Tham số Panel User txtName TextBox - Chứa tên người dung - txtBirthday TextBox Giá trị mặc định : “” - Chứa ngày sinh người dung 88 Thành phần Loại Ghi - Giá trị mặc đinh: “” txtAddress TextBox - Chứa địa người dung - Giá trị mặc đinh: “” Panel Signature btnOpen Button - Khi người dung click button xuất file dialog để chọn chữ ký - Text: “” - Icon: txtPath TextBox - Chứa đường dẫn chữ ký cần xác minh cmbRate Combo - Chứa hệ giống btnVerify btnButton - Khi người dùng click hệ thống thực trình verify chữ ký nhằm xác minh xem chữ ký có thuộc chữ ký người khơng pnlDrSignature Panel - Dùng để vẽ chữ ký đưa vào pnlDrTemplate Panel - Dùng để vẽ chữ ký mẫu Button - Khi người dung click button Panel command btnCancel hệ thống quay trang thông tin người dùng 89 Thành phần btnNext Loại Button Ghi - Khi người dung click button hệ thống vẽ tiếp chữ ký mẫu tập chữ ký mẫu người dùng btnBack Button - Khi người dung click button hệ thống quay vẽ chữ ký mẫu tập chữ ký mẫu người dùng Bảng 4.7 Các thành phần form thẩm định chữ ký người dùng Short cut keys Note Alt+V Verify Alt+C Cancel Bảng 4.8 Các phím tắt form thẩm định chữ ký người dùng 4.5 CƠ SỞ DỮ LIỆU Ứng dụng sử dụng sở liệu gồm có 160 người người có 25 chữ ký thật có 30 chữ ký giả Các chữ ký thật lưu trữ 90 sở liệu Khi chữ ký đưa vào thẩm định hệ thống đọc tồn chữ ký thật tương ứng với người cần thẩm định sau xây dựng mơ hình Markov ẩn cho chữ ký thật chữ ký cần thẩm định Tiếp theo hệ thống tính khoảng cách chữ cần thẩm định với chữ ký thật Nếu khoảng cách bé giới hạn cho phép chữ ký chấp nhận ngược lại chữ ký bị loại bỏ 4.6 CÁC THÍ NGHIỆM - Thí nghiệm thứ cho chương trình thẩm định 100 chữ ký thực người sử dụng chương trình chạy với độ xác 98% - Thí nghiệm thứ hai cho chương trình thẩm định 100 chữ ký giả người sử dụng chương trình chạy với độ xác 90% - Thí nghiệm thứ ba cho cho chương trình thẩm định 100 chữ ký 50 chữ ký thật 50 chữ ký giả người sử dụng chương trình chạy với độ xác 92% Kết thí nghiệm hoàn toàn phù hợp với lý thuyết, nhiên muốn có kết tốt phần phải điều chỉnh tham số mơ hạn chế bít lỗi mẫu thử 91 KẾT LUẬN Qua thời gian nghiên thực đề tài “Nghiên cứu phương pháp thẩm định xác thực chữ ký viết tay ứng dụng thương mại điện tử”, em thu số kết sau:  Tìm hiểu cứu phương pháp thẩm định chữ ký viết tay sử dụng sinh trắc học  Tìm hiểu phương pháp thẩm định chữ ký viết tay sử dụng sinh mô hình Markov ẩn  Tìm hiểu cơng nghệ sinh trắc họ hướng phát triển sinh trắc học tương lai  Tìm hiểu việc ứng dụng thẩm định chữ ký viết tay thương mại điện tử  Xây dựng chương trình thực việc thẩm định chữ ký viết tay sử dụng mơ hình Markov ẩn Do thời gian thực đồ án hạn hẹp, mức độ rông lớn lĩnh vực ứng dụng sinh trắc học mơ hình Markov ẩn việc thẩm định chữ ký viết tay kết đồ án gặp phải số hạn chế sau:  Chương trình đề mơ sứ dụng phạm vi off-line khơng có thuộc tính động hay thuộc tính sinh trắc học, thuộc tính mang tính lơn người  Do khơng có điều kiện triển khai mơi trường thật, chương trình dừng mức độ thử nghiệm mội trường phịng thí nghiệm 92  Các nghiên cứu sinh trắc học mô hình markov ẩn ứng dụng thẩm định chữ ký viết tay mức độ khảo sát  Hướng tiếp cận mỡ rộng áp dụng công nghệ sinh trắc học mơ hình Markov ẩn vào lĩnh vực khác Mặc dù cố gắng chắn đồ án cịn có hạn chế lý thuyết nghiên cứu triển khai thực nghiệm Để xây dựng hệ thống thẩm định xác thực chữ ký viết tay áp dụng thương mại điện tử mang tính khả thi, triển khai rộng rãi, cần thiết phải thực mở rộng nghiên cứu sinh trắc học tìm hiểu sinh trắc học , trích rút thêm nhiều thuộc tính xây dựng mơ hình Markov ẩn có tính hiệu cao Em xin đặc biệt cảm ơn cô giáo PSG, TS Nguyễn Thị Hồng Lan tận tình hướng dẫn em thực đố án tốt nghiệp 93 TÀI LIỆU THAM KHẢO [1] Banshider Majhi, Y Santhosh Reddy, D Prasanna Babu Novel Features for Off-line Signature Verification [2] Edson J.R, Justino1, abdenaim el yecoubi1 An Off-Line Signature Verification System Using Hidden Markov Model and Cross-Validation [3] Fang, C.H Leung, Y.Y Tang, K.W Tse, P.C.K Kwok and Y.K Wong, Off-line signature verification by the tracking of feature and stroke positions [4] Hao Feng, Chan Choong Wah School of Electrical and Electronic Engineering, Nanyang Technological University, Singapore Private key generation from on-line handwritten signatures [5] Hao Feng *, Chan Choong Wah Online signature verification using a new extreme points warping technique [6] NIST The digital signature standard proposed by NIST, Communications of the ACM, Vol 35 No 7, July, pp 120-6 [ 7] Johannes Coetzer Off-line Signature Verification [8] Juan J, I gazar Online handwritten signatures verification using hidden markov model 94 [9] Pawan, K.J and Siyal, M.Y (2001) Novel biometric digital signatures for Internet based applications [10] J Edson, R Justino, A El Yacoubi, F Bortolozzi and R Sabourin An off-line Signature Verification System Using HMM and Graphometric features [11] Rekesh Dugad A tutorial on Hidden Markov Model [12] L.R Rabiner, B.H.Juang An introduce to hidden Markov model 95 ... 2: Phương pháp thẩm định chữ ký viết tay sinh trắc học U - Trình bày phương pháp thẩm định chữ k ý viết tay phương pháp sinh trắc học U Chương 3: Phương pháp thẩm định chữ ký viết tay mơ hình... mạo chữ ký đảm bảo an toàn thực giao dịch điện tử nên luận văn giới thiệu hai phương pháp thẩm định chữ ký viết tay tiên tiến ứng dụng thực giao dịch điện tử thay thực giao dịch phương pháp sử dụng. .. tài: Nghiên cứu phương pháp thẩm định xác thực chữ ký viết tay ứng dụng thương mại điện tử, PGS,TS Nguyễn Thị Hoàng Lan hướng dẫn Tôi xin cam đoan nội dung đồ án tốt nghiệp tơi tìm hiểu, nghiên cứu