Các loại vân tay

Có nhiều cách định nghĩa các lớp vân tay. Ở mục này, luận văn sẽ trình bày các lớp vân tay được FBI sử dụng khi phân loại vân tay bằng phương pháp thủ công do các chuyên gia vân tay thực hiện. Theo cách phân loại này, có tất cả 8 lớp vân tay chia làm 3 nhóm chính như sau :

Nhóm các lớp hình cung :

- Lớp hình cung (Arch) : Loại vân tay này có các đường vân xuất phát từ một cạnh của vân tay, chạy dọc sang tận cạnh bên kia. Ở phần giữa có thể xuất hiện các vân có dạng gò thấp hoặc dạng sóng

- Lớp hình mái vòm ( Tented Arch) : Vân tay loại này có các đường vân phía ngoài chạy dài từ cạnh này sang cạnh kia nhưng các đường vân ở giữa lại không xuất phát từ

cạnh. Các đường vân ở giữa này hợp với nhau các góc nhỏ hơn 900 và có ít nhất một

đường vân tạo ra điểm nhấn ở giữa

• Nhóm các lớp hình quai gồm các vân có đường vân đủ cong, đồng thời các

đường vân cong này cắt đường nối giữa điểm tâm và điểm tam giác. Nhóm gồm 2 lớp :

- Lớp hình quai trái ( Left Loop ) : hướng quai của đường vân nghiêng về bên trái.

- Lớp hình quai phải ( Right Loop) : hướng quai của đường vân nghiêng về bên phải.

• Nhóm các lớp hình xoáy bao gồm :

- Lớp hình xoáy trơn (Whorl): gồm các vân tay có 2 điểm tam giác và có ít nhất một đường vân khép kín

- Lớp hình quai bao giữa (Central Pocket Loop) : gồm các vân tay có 2 điểm tam giác và một đường cong không cắt qua đường thẳng nối 2 điểm tam giác đó (tức là một đường cong tạo thành một đảo cô lập)

- Lớp hình quai đôi ( Double Loop) : Gồm các vân tay có 2 điểm tam giác và 2

đoạn vân uốn ngược lại tương ứng

- Lớp hình xoáy phụ ( Accidental Whorl) : Gồm các vân tay có đặc trưng của 2 lớp trở lên hoặc không có đặc trưng của bất kỳ lớp nà0.

Hình 2.2 Các loại vân tay

2.2.3 Các đặc trưng của vân tay

Để xử lý và phân tích hình ảnh vân tay, người ta sử dụng các đặc trưng nổi bật trong ảnh. Có 2 loại đặc trưng được định nghĩa trong vân tay đó là :

Các đặc trưng tổng thể là các loại đặc trưng biểu diễn cấu trúc chung của toàn bộ vân tay Các đặc trưng cục bộ : là các điểm đặc biệt trong các đường vân của tay. Nó chỉ đại diện cho cấu trúc đường vân trong lân cận cục bộ với nó mà thôi. Chính vì vậy tập hợp các

điểm đặc trưng cục bộ có tính cá nhân tức là mỗi tập các đặc trưng cục bộ chỉ xuất hiện trong một vân tay duy nhất.

Nếu như đặc trưng cục bộ có tính cá nhân, thì các đặc trưng tổng thể đáng chú ý ở tính duy nhất và tổng quát của chúng. Mỗi vân tay chỉ có một số ít các đặc trưng tổng thể, do

diện cho một lớp các vân tay nên chúng có thểđược sử dụng để phân cụm, phân lớp cũng nhưđể tiến hành loại sơ bộ trong quá trình tìm kiếm vân tay

2.2.3.1 Đặc trưng tổng thể

Đặc trưng tổ ng thể là các đại lượng trích chọn từ ảnh vân tay, có tính chất đại diện cho cấu trúc tổng thể của đường vân trong vân tay. Có nhiều loại đặc trưng tổng thể

khác nhau, trong đó có thể kể tới đặc trưng hướng ( orientation field), các điểm đơn ( singular point), các đường chuẩn ( type line) hoặc số các đường vân ( ridge count), khoảng cách trung bình giữa các đường vân ( ridge space) …

Các loại đặc trưng đó khác nhau về hình thức, có loại đặc trưng chỉ là một điểm, có loại là đường thẳng… khác nhau về cách trích chọn : có loại được trích chọn bằng kỹ

thuật tìm kiếm, có loại xác định qua các bộ lọc… ; khác nhau về bản chất : có loại là đặc trưng hướng cấu trúc, có loại là đặc trưng hướng thống kê… tuy vậy, chúng có đặc điểm chung là :

- Biểu diễn tính chất chung của ảnh vân tay

- Chúng có tính tổng quát. Điều đó có nghĩa là, các đặc trưng tổng thể giống nhau không đại diện cho một vân tay duy nhất mà đại diện cho một lớp vân tay. Do đó, các đặc trưng này là đầu vào lý tưởng để tiến hành phân lớp ảnh vân tay

Hình 2.3 : Sốđếm các đường vân - Đặc trưng hướng

Ảnh vân tay là một loại ảnh đặc biệt, chúng là các ảnh đường nét và có cấu trúc hướng. Do đó, đặc trưng hướng là một loại đặc trưng tiêu biểu của ảnh vân tay. Thông thường, với một ảnh vân tay có kích thước M x N, đặc trưng hướng được định nghĩa là

ma trận kích thước M x N /w2, trong đó w là kích thước của khối sử dụng để ước lượng hướng. Có thể nói ma trận hướng là hình ảnh biểu diễn mức thô của cấu trúc các đường vân. Khi hướng được trích chọn tốt, ta có thể nhận ra khá rõ nét hình dáng của các đường vân chứa trong ảnh vân tay. Từđặc trưng này ta có thể phát hiện ra cấu trúc tổng thể của

đường vân và nhiều đặc trưng khác. Đối với hệ thống nhận dạng vân tay sử dụng các ký thuật học máy, đặc trưng hướng có thểđược sử dụng trực tiếp làm đặc trưng nhận dạng.

- Các điểm đơn

Các điểm đơn là các đặc trưng toàn thể dạng điểm trong ảnh vân tay. Mỗi vân tay có từ 1 tới 4 điểm đơn gồm 2 loại khác nhau : các điểm tâm (core) và các điểm tam giác (delta). Số lượng và vị trí tương quan của các điểm đơn so với nhau thay đổi theo lớp của vân tay. Do vậy các điểm đơn có khả năng đại diện cho cấu hình tổng thể các đường vân.

Các điểm đơn được sử dụng nhiều trong các thuật toán trích chọn các đặc trưng thống kê đối với hệ nhận dạng vân tay phi cấu trúc. Mặt khác, nó là một trong những yếu tố chính để phân loại vân tay. Do vậy, việc trích chọn đúng và đủ các điểm đơn là một yêu cầu quan trọng.

2.2.3.2 Đặc trưng cục bộ

Các đặc trưng cục bộ còn được gọi là các điểm minutia. Các điểm minutia là các

điểm bất thường trong cấu trúc đường vân, ví dụ như : điểm kết thúc, điểm rẽ nhánh của

đường vân, điểm gặp nhau của hai đường vân… Sau đây là một số loại điểm đặc trưng :

- Điểm kết thúc đường vân : Xuất hiện khi đường vân kết thúc một cách đột ngột

- Điểm rẽ nhánh của các đường vân: Là điểm mà tại đó đường vân rẽ ra làm 2 nhánh

- Những chấm nhỏ : Là những điểm đen gộp lại thành một dấu chấm ( chẳng hạn do mực rơi khi lăn tay)

- Đoạn đường vân ngắn : Một đoạn đường vân ngắn nhưng không phải là quá ngắn để có thể coi là một điểm

- Đường lòng hồ : Một đường vân rẽ ra làm hai nhánh sau đó khép lại tạo thành một vòng kín

- Nhánh nhỏ : Đường vân chẽ ra một mẩu ngắn

- Đoạn cắt ngang : Do một vết nối 2 đường vân lân cận nhau

Các loại điểm đặc trưng như đã nói ở trên đều có thể quy về hai loại là điểm kết thúc đường vân và điểm rẽ nhánh. Ví dụ, một đoạn đường vân ngắn thì có thể coi là gồm 2 điểm kết thúc đường vân, một đường lòng hồ có thể coi là 2 điểm rẽ nhánh. Và trong thực tế, các hệ thống nhận dạng vân tay hầu như cũng chỉ quan tâm đến hai loại điểm đặc trưng là điểm kết thúc và điểm rẽ nhánh của đường vân.

2.3 Kết hợp sinh trắc học với mật mã

Thông thường trong thực tế, hệ mật mã khóa đối xứng được sử dụng để bảo mật dữ

liệu, còn hệ mật mã khóa công khai được sử dụng cho chữ ký số và thay đổi khóa bí mật giữa những người sử dụng. Tuy nhiên, bất kể hệ mật nào thì mức bảo mật cũng phụ thuộc vào các khóa mã tương ứng. Do độ dài khóa lớn nên người dùng rất khó nhớ và nhập lại mỗi khi được yêu cầu. Thay vào đó người ta sử dụng một mã dễ nhớ để mã hóa khóa mã, khóanày sau đó có thểđược lưutrữ trên ổ cứng máy tính, khi cần sử dụng khóa người sử

dụng chỉ cần nhập vào mã dễ nhớ để giải khóa mã.

Tuy nhiên, trong thực tế nhiều người có xu hướng sử dụng các từđơn giản, dễ nhớ

hoặc các dữ liệu cá nhân hoặc ghi lại mật mã ra giấy để tránh quên mật mã. Điều này làm tăng nguy cơ rủi ro về bảo mật. Ngoài ra, vì không có sự liên kết trực tiếp giữa mật mã và người dùng nên hệ thống không thể phân biệt người dùng hợp lệ với kẻ tấn công đoạt

được mật mã.

Do vậy, sinh trắc học được xem như là một sự lựa chọn để bảo mật khóa mã. Xác thực sinh trắc học đưa ra một cơ chế mới bằng cách sử dụng một đặc trưng sinh trắc học

để bảo mật khóa mã. Việc nhập mật mã để truy nhập khóa mã được thay bằng quá trình xác thực sinh trắc. Khi người dùng muốn truy nhập khóa mã thì họ sẽđược yêu cầu một mẫu sinh trắc( trong khóa luận này chúng ta sử dụng dấu vân tay là đặc trưng sinh trắc học), mẫu sinh trắc này cùng với các thông tin định danh người dùng sẽđược gửi đến nơi có lưu trữ mẫu sinh trắc. Nếu mẫu xác thực này tương đương với mẫu có trong cơ sở dữ

liệu lưu trữ thì hệ thống sẽ cho phép truy nhập khóa mã từ nơi lưu trữ an toàn và có thể

dùng để mã hóa hoặc giải mã dữ liệu yêu cầu. Do đó xác thực sinh trắc học có thể thay thế cho việc sử dụng mật mã để bảo vệ mật khóa. Việc làm này có hai ưu điểm: thứ nhất là người dùng không phải nhớ mật mã và xác nhận bảo mật; thứ hai là chỉ có người sử

dụng hợp lệ mới có thể dùng được khóa.

Hệ thống mật mã sinh trắc gồm hai quá trình : mã hóa và giải mã. Quá trình mã hóa bắt đầu bằng việc nhập bản rõ và sử dụng đặc trưng sinh trắc làm khóa mã. Quá trình này kết thúc khi cho ra văn bản đã được mã hóa. Quá trình giải mã được thực hiện ngược lại, đầu vào là đặc trưng sinh trắc và đầu ra là bản rõ. Tuy nhiên, quá trình này phải chịu trách nhiệm tính toán một lượng hữu hạn các hoán vị của khóa mẫu với hi vọng là một trong những hoán vị đó có thể phù hợp với khóa gốc.

Có nhiều phương pháp có thể triển khai để bảo mật khóa với mẫu sinh trắc:

- Phương pháp thứ nhất : ảnh sinh trắc được lấy và mẫu tương ứng được gửi tới một cơ sở bảo mật cho việc so sánh mấu. Khóa mã được lưu trữở nơi an toàn, khi cần truy xuất khóa người dùng sẽđược yêu cầu cung cấp mẫu sinh trắc của mình để so sánh với mẫu đã đăng ký trước đó. Nếu quá trình đối sánh thành công thì khóa sẽđược truy xuất từ kho an toàn. Điều này cung cấp một cơ chế

này, đường truyền dữ liệu cũng phải được bảo mật để tránh tấn công lấy cắp dữ

liệu. Tuy nhiên, đối với việc sử dụng máy tính cá nhân, các khóa thường được lưu trong ổ cứng hoặc các thiết bị lưu trữ và như vậy là không bảo mật.

- Phương pháp thứ hai: ẩn khóa mã vào trong chính các mẫu được lấy thông qua giải thuật thay thế tin cậy. Khi sử dụng khóa người dùng cung cấp mẫu sinh trắc của mình. Hệ thống sẽ thực hiện đối sánh mẫu để xác thực người dùng. Nếu quá trình đối sánh thành công, giải thuật thay thế tin cậy sẽ lấy ra các bit khóa từ các vị trí thích hợp và đưa khóa vào trong hệ thống. Tuy nhiên, như vậy cũng có nghĩa là khóa mã sẽ được khôi phục từ cùng một vị trí trong một mẫu mỗi lần người dùng khác nhau được xác thực bởi hệ thống. Do đó, nếu một người tấn công tìm được vị trí bit và xác định được khóa thì cũng có thể khôi phục lại khóa nhúng từ bất kỳ mẫu của người dùng.

- Phương pháp thứ ba : sử dụng trực tiếp dữ liệu gốc từ một ảnh sinh trắc học. Các mẫu sinh trắc được sử dụng trực tiếp như khóa mã, nghĩa là mẫu sinh trắc của người dùng chính là khóa mã. Tuy nhiên có hai vấn đề lớn trong phương pháp này. Thứ nhất, kết quả của sự thay đổi trong hình ảnh sinh trắc do các yếu tố môi trường và sinh lý, các mẫu sinh trắc không đủ chắc chắn để sử dụng như

một khóa mã. Thứ hai, khi khóa mã bị phá, sau khi sử dụng sinh trắc sẽ mất tính cố định. Trong nhiều hệ thống, việc cập nhật khóa mã theo chu kỳ thường

được yêu cầu, tuy nhiên việc làm này thực sự khó khăn

Cả ba phương pháp trên đều có những nhược điểm lớn, để khắc phục nhược điểm của các phương pháp này Mytect Technology Inc ở Toronto Canada đã phát triển một kỹ

thuật mới cho việc bảo mật khóa bằng cách sử dụng sinh trắc học. Giải pháp này không thực hiện độc lập hai giai đoạn xác thực người dùng và truy xuất khóa. Thay vào đó, khóa

được liên kết với sinh trắc tại mức cơ bản trong khi lấy mẫu và sau đó được khôi phục bằng cách sử dụng sinh trắc trong thời gian xác thực. Hơn nữa, khóa hoàn toàn phụ thuộc vào dữ liệu sinh trắc, điều này có nghĩa là việc sử dụng sinh trắc không mất tính cốđịnh khi khóa đã từng bị phá và khóa có thể dễ dàng sửa đổi và cập nhật. Trong suốt thời gian lấy mẫu, quá trình mã hóa sinh trắc kết hợp hình ảnh sinh trắc với một khóa số để tạo ra một khóa bảo mật cho dữ liệu được gọi là BioScrypt. Khóa số có thể được sử dụng như

một khóa giải mã. Trong thời gian xác thực, thuật toán mã hóa sinh trắc lấy khóa mã bằng cách kết hợp hình ảnh sinh trắc với Bioscrypt. Do đó, mã hóa sinh trắc không đơn giản là cung cấp câu trả lời có/không trong quá trình xác thực người dùng để thuận tiện cho việc truy xuất khóa, mà thay vào đó khóa chỉ được lấy ra bằng cách kết hợp hình ảnh sinh trắc với Bioscrypt.

Trong khóa luận này, chúng ta sẽ sử dụng phương pháp của Mytect Technology Inc

2.4 Kết luận

Trong chương này, chúng ta đã tìm hiểu về đặc trưng của vân tay. Dấu vân tay có rất nhiều đặc trưng khác nhau, và hai dấu vân tay chỉ có thể trùng lặp được ở một số đặc trưng. Do đó, sự trùng lặp dấu vân tay gần như là không xảy ra. Thêm vào đó là dấu vân tay không thay đổi trong suốt cuộc đời của con người. Dựa vào hai đặc điểm này của dấu vân tay ta có thể sử dụng dấu vân tay vào mục đích bảo mật. Nội dung của chương cũng

đã đề cập tới các phương pháp có thể triển khai để bảo mật khóa với mẫu sinh trắc, đồng thời đã đề xuất sử dụng phương pháp của Mytect Technology Inc để xây dựng ứng dụng.

CHƯƠNG 3. THUẬT TOÁN MÃ HÓA SINH TRẮC