Luận văn Xây dựng công cụ thử nghiệm quá trình xác thực hộ chiếu sinh trắc
TRƯỜNG ………………….
KHOA……………………….
-----[\ [\-----
Báo cáo tốt nghiệp
Đề tài:
Xây dựng công cụ thử nghiệm quá trình xác
thực hộ chiếu sinh trắc
1
LỜI CẢM ƠN
Tôi xin chân thành cảm ơn Khoa Công nghệ Thông tin, trường Đại học Công nghệ -
Đại học Quốc gia Hà Nội đã tạo điều kiện cho tôi thực hiện đề tài tốt nghiệp này.
Tôi xin chân thành cảm ơn quý Thầy, Cô Khoa Công nghệ Thông tin, trường Đại
học Công nghệ - Đại học Quốc gia Hà Nội đã giảng dạy và giúp đỡ tôi trong suốt quá
trình học tập và thực hiện đề tài.
Xin cảm ơn TS. Nguyễn Ngọc Hoá, người đã tận tình hướng dẫn, chỉ bảo tôi trong
suốt thời gian thực hiện đề tài. Trong thời gian làm việc với Thầy, tôi không những học
hỏi được nhiều kiến thức bổ ích mà còn học được tinh thần làm việc, thái độ nghiên cứu
khoa học nghiêm túc của Thầy.
Xin gửi lời cảm ơn chân thành đến gia đình và bè bạn vì đã luôn là nguồn động viên
to lớn, giúp đỡ tôi vượt qua những khó khăn trong suốt quá trình làm việc.
Để hoàn thành một đề tài không phải là công việc dễ dàng, mặc dù tôi đã cố gắng
hoàn thiện luận văn với tất cả sự nỗ lực của bản thân và nhận được sự hỗ trợ từ nhiều
người, nhưng chắc chắn không thể tránh khỏi những thiếu sót. Kính mong quý Thầy Cô
tận tình chỉ bảo.
Một lần nữa, tôi xin chân thành cảm ơn và luôn mong nhận được sự đóng góp quý
báu của tất cả mọi người. Cảm ơn tất cả những gì mà mọi người đã dành cho tôi trong
suốt thời gian qua.
Hà Nội ngày 10 tháng 5 năm 2010
Trần Bình Trọng
2
LỜI CẢM ƠN ........................................................................................................................ 1
Chương 1. GIỚI THIỆU...................................................................................................... 6
1.1 Đặt vấn đề .......................................................................................................................6
1.2 Tính cấp thiết của đề tài..................................................................................................7
1.3. Mục tiêu của luận văn ..................................................................................................7
1.4. Cấu trúc của luận văn.....................................................................................................8
Chương 2. CÔNG NGHỆ RFID......................................................................................... 9
2.1. Giới thiệu ...................................................................................................................9
2.2. Đặc tả RFID ................................................................................................................10
2.2.1. Đầu đọc RFID ................................................................................................... 10
2.2.2. Ăng ten.............................................................................................................. 10
2.2.3. Thẻ RFID .......................................................................................................... 10
Chương 3. HỘ CHIẾU ĐIỆN TỬ................................................................................... 16
3.1. Tổng quan hộ chiếu điện tử.........................................................................................16
3.2. Cấu trúc HCĐT ...........................................................................................................16
3.3. Quy trình cấp phát và quản lý hộ chiếu .......................................................................22
3.3.1. Quy trình cấp phát............................................................................................. 22
3.3.2. Quy trình kiểm duyệt hộ chiếu.......................................................................... 22
Chương 4. NHẬN DẠNG SINH TRẮC HỌC................................................................ 24
3
4.1. Nhận dạng vân tay........................................................................................................24
4.1.1. Giới thiệu chung về nhận dạng vân tay.............................................................. 24
4.1.2. Hoạt động của 1 hệ nhận dạng vân tay ............................................................. 25
4.1.3. Một số thuật toán tiêu biểu được sử dụng trong nhận dạng vân tay ................ 27
4.1.3.1. Thuật toán nhận dạng vân tay của IDTeck................................................. 27
4.2.2. Hoạt động của hệ thống nhận dạng mống mắt.................................................. 30
4.2.2.1. Quy trình trích chọn đặc trưng mống mắt.................................................. 30
4.3. Nhận dạng khuôn mặt .................................................................................................35
4.3.1. Tổng quan về nhận dạng mặt ............................................................................. 35
4.3.2. Quy trình nhận dạng mặt................................................................................... 36
4.3.3. Thuật toán nhận dạng mặt................................................................................. 37
4.3.3.1. Phương pháp eigenface.............................................................................. 37
4.3.3.2. Chi tiết phương pháp eigenfaces................................................................. 38
4.3.3.3. Tính các Eigenface.................................................................................... 38
4.3.3.4. Kết luận nhận dạng mặt bằng eigenface ..................................................... 42
Chương 5. THỰC NGHIỆM........................................................................................... 44
5.1. Yêu cầu đặt ra ..........................................................................................................44
5.2. Quy trình thực nghiệm.............................................................................................44
5.3. Kết quả và đánh giá .................................................................................................45
5.3.1. Kết quả .............................................................................................................. 45
4
So k hớp ảnh mống mắt ............................................................................................... 46
So khớp ảnh khuôn mặt................................................................................................ 47
Kết quả so khớp ảnh vân tay........................................................................................ 48
5.3.2. Đánh giá ............................................................................................................ 49
5.4. Đóng góp và Hướng nghiên cứu..............................................................................49
5.4.1. Đóng góp ......................................................................................................... 49
5.4.2. Hướng nghiên cứu........................................................................................... 49
5.5. Kết luận.......................................................................................................................50
TÀI LIỆU THAM KHẢO.................................................................................................... 52
5
Chương 1.GIỚI THIỆU
1.1 Đặt vấn đề
Thế kỷ XXI đã chứng kiến sự tiến bộ vượt bậc của công nghệ thông tin. Các ứng
dụng của CNTT ngày một phong phú và hỗ trợ tốt hơn cho nhiều lĩnh vực của con
người… Một trong những ứng dụng độc đáo của công nghệ thông tin là việc nhận dạng
dựa trên các đặc điểm sinh trắc của con người. Công nghệ này có tính duy nhất, độ chính
xác và bảo mật rất cao, do đó nó ngày càng được chú trọng nghiên cứu.
Công nghệ nhận dạng sinh trắc học đã được nghiên cứu nhiều nhưng chủ yếu ở nước
ngoài. Nhưng ở Việt Nam, đây là vấn đề còn mới, chưa có nhiều các nghiên cứu chuyên
sâu. Với mong muốn tìm hiểu và khám phá công nghệ này, tôi đã lựa chọn và tiến hành
nghiên cứu về Hộ chiếu điện tử, đồng thời xây dựng “công cụ xác thực hộ chiếu điện tử
(hộ chiếu sinh trắc học)”. Bên cạnh đó, chúng ta có thể thấy là xã hội ngày càng được kết
nối chặt chẽ và rộng khắp, với đủ loại công nghệ và thiết bị phức tạp như Internet… Điều
này giúp cho bất kỳ ai có thể truy cập bất cứ thông tin gì từ bất cứ đâu và vào bất kỳ lúc nào;
cũng đồng nghĩa với việc các thông tin cá nhân ngày càng gắn kết chặt chẽ vào môi trường
mạng lưới chung.
Từ trước tới giờ đã tồn tại nhiều kỹ thuật lưu trữ thông tin cá nhân và nhận dạng cá nhân
dựa vào vật sở hữu (thẻ, con dấu, chìa khóa…) hoặc mã cá nhân( mật khẩu, mã số PIN…). Tuy
nhiên những phương pháp này có nhiều hạn chế như : độ bảo mật kém, dễ quên, mất, dễ giả
mạo…Để khắc phục những hạn chế trên , những nghiên cứu mới đây đã tích hợp các đặc điểm
sinh trắc vào công nghệ thông tin để giúp xác thực và nhận dạng cá nhân hoặc đối tượng 1
cách hiệu quả . Những kỹ thuật sinh trắc học phổ biến nhất, hiện đang được nghiên cứu và
ứng dụng rộng rãi, bao gồm nhận dạng giọng nói, khuôn mặt, chữ ký, vân tay, mống
mắt…
Một trong các ứng dụng cụ thể của nhận dạng sinh trắc học là mô hình Hộ Chiếu
Điện Tử. Trong mô hình này, các thông tin sinh trắc học sẽ được lưu trữ trong 1 thẻ RFID
dùng để so khớp với thân chủ mang hộ chiếu, việc so khớp được thực hiện dựa trên công
nghệ nhận dạng tần số radio ( RFID) sẽ được mô tả chi tiết ở chương sau.
6
Cùng với thời gian nghiên cứu và sự hướng dẫn của thầy giáo, tôi đã hoàn thành
luận văn với những nội dung đề ra. Tuy nhiên do thời gian hạn chế, vấn đề nghiên cứu rất
mới với nhiều kiến thức khó, do vậy không thể tránh được những thiếu sót, kính mong
nhận được sự đóng góp ý kiến của các thầy cô và các bạn.
1.2 Tính cấp thiết của đề tài
Như chúng ta đã biết, hộ chiếu là một giấy tờ tùy thân giúp xác thực công dân khi họ
di chuyển giữa các quốc gia… Do tính chất phức tạp của việc nhập cư, do đó ngày nay
các nước đã thắt chặt việc kiểm soát việc ra vào giữa công dân các nước. Vì vậy, họ cần 1
công cụ để xác thực công dân, và hộ chiếu là giấy tờ phổ biến hiện nay. Tuy nhiên hộ
chiếu thông thường rất dễ giả mạo, việc kiểm tra thiếu tính chính xác và mất nhiều thời
gian. Từ hạn chế đó, mô hình hộ chiếu điện tử (HCĐT) ra đời nhằm nâng cao khả năng
xác thực thân chủ của hộ chiếu. Ở hộ chiếu điện tử, đặc điểm khác biệt so với hộ chiếu
thông thường là việc xác thực sinh trắc học (thông thường là vân tay, mống mắt và khuôn
mặt).
Trong những năm gần đây, Việt Nam có đề xuất giải pháp HCĐT cho công dân,
nhưng chưa được áp dụng trong thực tế, nhưng trước xu thế hội nhập của thế giới, việc sử
dụng HCĐT chuẩn quốc tế là cần thiết.
Chính vì các lí do trên mà tôi quyết định chọn đề tài tốt nghiệp của mình là “Xây
dựng công cụ xác thực sinh trắc học ứng dụng trong hộ chiếu điện tử”.
1.3. Mục tiêu của luận văn
Từ những vấn đề nêu trên, luận văn này hướng tới những mục tiêu chính như sau :
-
Tìm hiểu tổng quan về mô hình hộ chiếu điện tử, cấu trúc và tổ chức dữ
liệu.
-
Tìm hiểu công nghệ RFID cho phép đọc dữ liệu sinh trắc được lưu trong
chip RFID.
-
Tìm hiểu các vấn đề liên quan tới nhận dạng và so khớp vân tay, mống mắt
và khuôn mặt.
-
Tìm hiểu các thư viện opencv để xây dựng công cụ so khớp các ảnh sinh
trắc này.
7
1.4. Cấu trúc của luận văn
Nội dung luận văn được chia thành 5 phần chính:
- Chương I : Giới thiệu tổng quan vấn đề đặt ra, cũng như mục tiêu chủ chốt
của luận văn này.
- Chương II : Đề cập những kiến thức cơ bản, liên quan tới công nghệ RFID
và ứng dụng nó trong HCĐT.
- Chương III : Tìm hiểu mô hình, cấu tạo và tổ chức dữ liệu bên trong HCĐT.
- Chương IV : Tìm hiểu về việc xác thực các đặc điểm sinh trắc học, cách
thức xây dựng công cụ so khớp.
- Chương V: Thực nghiệm, mô tả, đánh giá, nhận xét kêt quả xây dựng công
cụ hỗ trợ quá trình so khớp trong HCĐT
8
Chương 2.
CÔNG NGHỆ RFID
2.1.
Giới thiệu
Công nghệ RFID (Radio Frequency Identification) là công nghệ sử dụng sóng tần số
ngắn để truyền thông tin giữa các đối tượng với nhau trong 1 phạm vi khoảng cách nhất
định.
RFID là kỹ thuật kết hợp nhiều lĩnh vực, công nghệ khác nhau: hệ thống, phát triển
phần mềm, lý thuyết mạch, lý thuyết ăng ten và truyền sóng radio, thiết kế bộ thu, công
nghệ mạch tích hợp, công nghệ vật liệu….
Hệ thống RFID thường bao gồm 2 phần :
¾ 1 phần gọi là thẻ hoặc bộ tiếp sóng thường nhỏ gọn và rẻ, được sản xuất với
số lượng nhiều và gắn vào các đối tượng cần quản lý, điều hành tự động.
¾ Phần thứ 2 thường được gọi là đầu đọc, phức tạp và nhiều chức năng hơn,
được kết nối với máy tính hoặc mạng máy tính. Tần số vô tuyến sử dụng trong
khoảng từ 100 kHz đến 10 GHz
Hình1 : Mô hình hệ thống RFID
Công nghệ RFID được sử dụng rộng rãi trong nhiều lĩnh vực của đời sống : quản lý
đối tượng nhân sự, quản lý bán hàng trong siêu thị, nghiên cứu theo dõi động vật, quản lý
hàng hóa trong nhà kho, xí nghiệp, quản lý xe cộ qua trạm thu phí, quản lý sách trong thư
viện, ứng dụng trong hộ chiếu điện tử…
9
Sau đây là giới thiệu chi tiết về công nghệ RFID và việc ứng dựng nó trong lĩnh vực
phát triển hộ chiếu điện tử.
2.2. Đặc tả RFID
2.2.1. Đầu đọc RFID
Đầu đọc RFID là 1 thiết bị dùng để thẩm vấn thẻ, có 1 ăng ten phát sóng vô tuyến.
Khi thẻ vào vùng phủ sóng của đầu đọc, nó sẽ thu năng lượng từ sóng vô tuyến này và
kích hoạt thẻ, sau đó thẻ sẽ phản hồi lại các sóng này kèm theo dữ liệu của nó.
Cơ bản, đầu đọc gồm 3 chức năng chính:
Liên lạc 2 chiều với thẻ.
Tiền xử lý thông tin nhân được.
Kết nối với máy chủ quản lý thông tin.
Các thông số quan trọng của đầu đọc RFID:
Tần số : LF, HF, UHF,
Giao thức : chuẩn ISO, EPC, …
Khả năng hỗ trợ mạng : TCP/IP, Wireless LAN, Ethernet LAN, RS485
2.2.2. Ăng ten
Ăng ten là 1 bộ phận không thể thiếu của hệ thống RFID, được thiết kế khéo léo và
tinh tế. Vị trí của ăng ten phụ thuộc vào khoảng cách làm việc với các thẻ RFID : với
khoảng cách gần( sử dụng tần số LF, HF) ăng ten được tích hợp trong đầu đọc, với
khoảng cách xa thì ăng ten nằm ngoài đầu đọc và được kết nối tới đầu đọc bằng cáp đồng
có trở kháng được bảo vệ.
2.2.3. Thẻ RFID
Thẻ RFID thường bao gồm 1 bộ vi xử lý để lưu trữ và tính toán, 1 bộ nhớ trong và 1
ăng ten dùng cho truyền thông. Bộ nhớ của thẻ có thể chỉ đọc, ghi 1 lần hoặc có khẳ năng
đọc ghi hoàn toàn.
10
Hình 2 : Thẻ phi tiêp xúc
a. Các thành phần cơ bản của thẻ RFID :
Ăng ten
Chip silicon
Chất liệu bao bọc chip
Nguồn nuôi ( Chỉ có với thẻ chủ động và bán thụ động )
b. Thẻ RFID được chia ra làm 3 loại :
- Thẻ thụ động :
Không có nguồn nuôi bên trong, thẻ được kích hoạt nhờ năng lương của sóng radio
nhận được từ đầu đọc. khi thẻ đã được kích hoạt, nó sẽ truyền tín hiệu phản hồi. Ưu điểm
của loại thẻ này là không cần nguồn nuôi, giá thành rẻ, kích thước nhỏ, độ bền cao (có
thể lên tới 20 năm).
Thẻ thụ động có thể đọc được khoảng cách từ 2mm (ISO 14443) tới vài mét phụ
thuộc vào sự lựa chọn sóng radio, đọc đọc và thiêt ké ăng ten.
- Thẻ bán thụ động :
Thẻ bán chủ động RFID là rất giống với thẻ thụ động trừ thêm 1 phần pin nhỏ. Pin
này cho phép IC của thẻ được cấp nguồn liên tục, giảm bớt sự cần thiết và tốn kém trong
thiết kế anten thu năng lượng từ tín hiệu quay lại. Các thẻ này không tích cực truyền một
tín hiệu đến bộ đọc. Nó không chịu hoạt động (mà nó bảo tồn pin) cho tới khi chúng nhận
tín hiệu từ bộ đọc. Thẻ bán chủ động RFID nhanh hơn trong sự phản hồi lại và vì vậy
khỏe hơn trong việc đọc số truyền so với thẻ thụ động.
11
- Thẻ chủ động :
Thẻ có nguồn nuôi năng lượng, do đó thẻ có thể nhận biết được tín hiệu rất yếu đến
từ đầu đọc. Chính vì thế, thẻ có thể nhận biết được tín hiệu rất yếu từ đầu đọc. Tuy nhiên,
nó có nhược điểm là giới hạn về thời gian sử dụng ( khoảng 5 năm ). Thêm vào đó, các
thẻ lại này có giá thành cao, kích thước lớn và phải thay pin định kỳ nếu muốn hệ thống
hoạt động liên tục.
Ngoài cách phân chia như trên, người ta cũng có thể phân chia thẻ theo khả năng
đọc ghi của bộ nhớ thẻ. Theo cách tiếp cận này thì thẻ được chia thành : chỉ đọc; chỉ đọc-
ghi 1 lần; đọc/ghi; đọc/ghi tích hợp bộ cảm biến; đọc/ghi thích hợp bộ phát
c. Nguyên lý hoạt động:
Hệ thống RFID hoạt động dựa trên cơ sở lý thuyết điện từ. Trong hệ thống thông
thường, các thẻ RFID được gắn vào đối tượng. Trong các thẻ RFID này thường có 1 bộ
nhớ chứa các thông tin về đối tượng mang thẻ. Thông tin này tùy thuộc vào đối tượng
mang thẻ, có thể là định danh đối tượng, thậm chí là ảnh khuôn mặt hoặc vân tay…Khi
thẻ này đi qua vùng từ trường của đầu đọc, chúng sẽ trao đổi thông tin với đầu đọc. Từ
thông tin này mà đầu đọc nhận ra đối tượng và các thông tin cần thiết khác.
Hình 3: Nguyên lý hoạt động của RFID
12
Khi dòng điện 1 chiều chạy trong bộ đọc sẽ tạo ra 1 dòng điện cảm ứng từ chạy
trong cuộn dây ăngten của thẻ, dòng điện này sẽ cung cấp năng lượng cho các phần tử của
thẻ hoạt động. Khi đó thông tin của thẻ sẽ được gửi cho đầu đọc bằng cách nạp cuộn dây
của thẻ theo dạng thay đổi theo thời gian và làm ảnh hưởng đến dòng tạo ra bởi cuộn dây
của đầu đọc, gọi là quy trình điều biến nạp. . Để nhận ra danh tính của thẻ, đầu đọc giải
mã sự thay đổi dòng do sự thay đổi điện thế qua một điện trở. Khác với biến thế, cuộn dây
của đầu đọc và thẻ tách biệt về mặt không gian và chỉ nối với nhau trong dòng từ trường
của đầu đọc phân cắt với cuộn dây của thẻ trong phạm vi ngắn.
Khi dữ liệu được truyền qua lại giữa đầu đọc và thẻ, nó sẽ được thể hiện dưới dạng
các bit 0 và 1 đồng thời sẽ được mã hóa để đảm bảo tính tin cậy. Quá trình truyền dữ liệu
còn được gọi là điều biến tín hiệu truyền thông. Dưới đây ta sẽ xem xét việc mã hóa dữ
liệu truyền đi trong RFID
Thông thường có 2 loại mã hóa trong RFID : mã hóa mức và mã hóa chuyển tiếp
Mã hóa mức bit thể hiện bằng mức điện áp của chúng: 1 hoặc 0 tương ứng với một
mức điện áp nào đó. Các mã hóa chuyển tiếp nhận biết qua việc thay đổi mức điện áp.
Các mã hóa mức, như Non-Return-to-Zero (NRZ) và Return-to-Zero (RZ) có xu hướng
độc lập với các dữ liệu phía trước, tuy nhiên chúng thường không mạnh. Các mã hóa
chuyển tiếp có thể phụ thuộc vào dữ liệu phía trước và chúng rất mạnh. Hình dưới đây mô
tả một số lược đồ mã hóa.
13
Loại mã hóa đơn giản nhất là Pulse Pause Modulation (PPM) trong đó độ dài giữa
các xung được sử dụng để chuyển các bit. Mã hóa PPM cung cấp tốc độ bit thấp nhưng
chỉ chiếm một phần nhỏ băng thông và rất dễ cài đặt. Thêm vào đó, những loại mã hóa
này có thể được sửa đổi một cách dễ dàng để đảm bảo nguồn năng lượng liên tục vì tín
hiệu không thay đổi trong các khoảng thời gian dài.
Mã hóa Manchester là một loại mã hóa chuyển tiếp băng thông cao thể hiện như là
một chuyển tiếp âm ở khoảng chính giữa và 0 như một chuyển tiếp dương ở khoảng chính
giữa. Mã hóa Manchester cung cấp truyền thông hiệu quả vì tốc độ bit bằng với băng
thông của truyền thông.
Trong RFID, kỹ thuật mã hóa phải được lựa chọn với những cân nhắc sau:
Mã hóa phải duy trì năng lượng tới thẻ nhiều nhất có thể.
Mã hóa phải không tiêu tốn quá nhiều băng thông.
Mã hóa phải cho phép phát hiện các xung đột.
Tùy thuộc vào băng thông mà các hệ thống sử dụng PPM hay PWM để truyền thông
từ đầu đọc tới thẻ, việc truyền thông từ thẻ tới đầu đọc có thể theo mã Manchester hoặc
NRZ.
14
Lược đồ mã hóa xác định cách dữ liệu thể hiện theo các bit, trong khi đó cách dữ
liệu truyền giữa đầu đọc và thẻ được xác định bởi lược đồ điều biến. Truyền thông tần số
sóng radio thường điều biến một tín hiệu mang tần số cao để truyền mã baseband. Ba lớp
điều biến tín hiệu số là Amplitude Shift Keying (ASK), Frequency Shift Keying (FSK)
and Phase Shift Keying (PSK). Việc chọn phương pháp điều biến dựa vào việc tiêu dùng
năng lượng, các yêu cầu tin cậy và các yêu cầu về băng thông. Cả ba loại điều biến đều có
thể sử dụng trong theo cơ chế tín hiệu dội lại, trong đó ASK phổ biến nhất trong điều biến
tải ở tần số 13.56 MHz, và PSK phổ biến nhất trong điều biến backscatter.
Nếu nhiều thẻ xuất hiện đồng thời trong vùng từ trường của đầu đọc và cùng trả lời
đầu đọc thì có thể xảy ra hiện tượng xung đột . Để tránh hiện tượng này, đầu đọc sử dụng
1 giải thuật tránh xung đột sao cho việc lựa chọn các thẻ liên lạc với đầu đọc tách biệt
nhau. Các giải thuật có thể được sử dụng: Binary Tree, Aloha…
15
Chương 3.
HỘ CHIẾU ĐIỆN TỬ
3.1. Tổng quan hộ chiếu điện tử
Hộ chiếu là 1 loại giấy tờ tùy thân dùng để xác thực công dân của 1 quốc gia khi họ
đi du lịch hoặc công tác ở quốc gia khác. Hộ chiếu thường lưu giữ các thông tin cá nhân
của chủ sở hữu hộ chiếu như họ tên, ngày sinh, quê quán, ảnh mặt, vân tay, mống mắt,
các thông tin về cơ quan cấp hộ chiếu, ngày cấp, thời hạn có giá trị …
Như đã tìm hiểu về RFID ở trên, chúng ta hoàn toàn có thể lưu trữ các thông tin của
hộ chiếu thông thường vào 1 chip điện tử ( hay còn gọi là thẻ thông minh phi tiếp xúc),
sau đó gắn thẻ này vào phần tài liệu vật lý( booklet) của hộ chiếu . Cách thức lưu trữ này
sẽ nâng cao hiệu quả quy trình cấp phát và kiểm duyệt hộ chiếu, đồng thời nâng cao tính
bảo mật của thông tin hộ chiếu. Như vậy ta có thể định nghĩa Hộ chiếu điện tử(HCĐT)
như là hộ chiếu thông thường kết hợp với thẻ thông minh phi tiếp xúc để lưu giữ các
thông tin cá nhân, bao gồm cả các thông tin sinh trắc(do đó còn được gọi là Hộ chiếu sinh
trắc ).
3.2. Cấu trúc HCĐT
Hình 4a : Mô hình Hộ Chiếu Điện Tử
16
Hộ chiếu điện tử dựa trên cấu trúc của hộ chiếu thông thường, được chia làm 2
Tài liệu vật lý (booklet): Booklet gần tương tự như hộ chiếu truyền thống, nó chỉ
phần:
khác ở chỗ có thêm biểu tượng HCĐT và phần MZR ở cuối trang dữ liệu.
Hình 4b : Biểu tượng HCĐT được in ở phía ngoài của booklet
MRZ được thiết kế để đọc bằng máy đọc quang học và có 2 dòng liên tục phía dưới
của trang dữ liệu. Mỗi dòng này có ít nhất 44 ký tự , được in theo font ORC-B gồm các
thông tin sau:
Tên người mang hộ chiếu : Xuất hiện ở dòng thứ nhất từ ký tự thứ 6 đến 44.
Số hộ chiếu : Được xác định bởi 9 ký tự đầu tiên của dòng thứ 2.
Ngày sinh của người mang hộ chiếu: Xác định từ ký tự 14 đến 19 của dòng
2 theo định dạng YYMMDD.
Ngày hết hạn : Được xác định từ ký tự 22 đến 29 của dòng 2.
Ngoài ra, 3 trường số còn so 1 ký tự kiểm tra đứng ngay sau giá trị của
trường tương ứng.
Mạch RFIC( Mạch tích hợp tần số): là 1 mạch phi tiếp túc với đầu đọc RFID. Mạch
này được cấy vào HCĐT phải tuân theo chuẩn ISO/IEC 14443, trong đó chỉ ra khoảng
cách đọc được chính xác trong khoảng 10cm.
17
Mạch RFIC thông thường gồm 1 chip và 1 ăng ten vòng, trong đó ăng ten vòng có
nhiệm vụ kết nối và thu năng lượng từ đầu đọc, cung cấp cho chip hoạt động.
Mạch này được gắn vào 1 vị trí nào đó trong booklet, thông thường là giữa phần vỏ
và trang dữ liệu. Việc gắn cần đảm bảo rằng, chip không bị ăn mòn và khó rời ra khỏi
booklet. Nó cũng không thể truy cập trái phép hoặc bị gỡ bỏ ra xáo trộn, tai nạn.
b. Tổ chức dữ liệu logic
Để có được sự thống nhất cấu trúc HCĐT trên phạm vi toàn cầu thì việc chuẩn hóa
nó là rất quan trọng. Tổ chức hàng không dân dụng quốc tế(ICAO) khuyến nghị cấu trúc
các thành phần dữ liệu trong HCĐT và phân nhóm logic các thành phần dữ liệu này. Tổ
chức dữ liệu chuẩn gồm 2 phần chủ yếu , phần bắt buộc và không bắt buộc, được thể hiện
như hình dưới đây:
18
Hình 4c : Cấu trúc và tổ chức dữ liệu bên trong Hộ Chiếu Điện Tử
Để thuận lợi cho việc đọc ghi thông tin trên toàn cầu, các thành phần dữ liệu được tổ
chức thành nhóm dữ liệu :
19
Với mục đích dùng hiện tại, cấu trúc dữ liệu logic (Logical Data Structure – LDS)
được chia thành 16 nhóm dữ liệu (Data Group - DG) đánh số từ DG1 đến DG16.
DG1 : Nhóm dữ liệu cơ bản chứa thông tin như trên hộ chiếu thông thường.
DG2 : Lưu ảnh khuôn mặt được mã hóa theo định dạng JPEG hoặc JPEG2000.
Ngoài ra để thuận lợi cho các quốc gia triển khai hộ chiếu điện tử có thể tận dụng các hệ
20
thống nhận dạng sinh trắc học hiện có, nhóm thông tin này có thể bao gồm một số giá trị
ảnh khuôn mặt được lưu dưới mẫu (thông tin đầu vào của hệ thống nhận dạng). Chính vì
vậy mà nhóm thông tin này phải có trường lưu số giá trị. Tuy nhiên giá trị ảnh khuôn mặt
đầu tiên phải ở dạng ảnh.
DG3/4: Được dùng để lưu các đặc trưng sinh trắc vân tay và tròng mắt. Việc lựa
chọn những đặc trưng này tùy thuộc vào quy định của mỗi quốc gia, chẳng hạn với HCĐT
của Mỹ, DG3 được dùng để lưu đặc trưng vân tay của 2 ngón trỏ.
DG5: Lưu ảnh chân dung người mang hộ chiếu. Thông tin này dưới dạng một ảnh
JPEG2000.
DG6: Dự phòng dùng trong tương lai.
DG7: Lưu chữ ký của người mang hộ chiếu. Thông tin này dưới dạng một ảnh
JPEG2000.
DG8/9/10: Mô tả các thông tin về đặc tính dữ liệu, đặc tính cấu trúc.
DG11: Thông tin chi tiết về người mang hộ chiếu ngoài các thông tin cơ bản ở phần
DG1. Ví như các tên khác của người mang hộ chiếu.
DG12: Thông tin thêm về hộ chiếu chưa được mô tả trong phần DG1.
DG13: Các thông tin mang tính riêng biệt của cơ quan cấp hộ chiếu thể hiện.
DG14: Dự phòng dùng trong tương lai. Tuy nhiên trong mô hình đề xuất ở chương
4, chúng tôi sử dụng nhóm thông tin này để lưu chứng chỉ phục vụ quá trình điều khiển
truy cập mở rộng (ứng với hai quá trình Chip Authentication và Terminal Authentication).
DG15: Lưu khoá công khai dùng cho tuỳ chọn xác thực chủ động.
DG16: Thông tin về người khi cần có thể liên lạc.
DG17/18/19: Hiện tại chưa sử dụng. Các nhóm thông tin này dự định dùng để lưu
thông tin ghi nhận tại các điểm xuất nhập cảnh, thông tin về thị thực (visa điện tử) và
thông tin lịch sử xuất nhập cảnh.
Trong đó, 2 nhóm thông tin đầu là bắt buộc, là chuẩn thông tin được thống nhất trên
toàn cầu giúp cho việc kiểm tra danh tính của người mang hộ chiếu với các thông tin
trong hộ chiếu, đồng thời nó là dữ liệu đầu vào của hệ thống nhận dạng mặt người.
21
3.3. Quy trình cấp phát và quản lý hộ chiếu
3.3.1. Quy trình cấp phát
B1: Đăng ký cấp hộ chiếu theo mẫu do cơ quan cấp phát, quản lý hộ chiếu phát
hành.
B2: Kiểm tra nhân thân, đây là quá trình nghiệp vụ của cơ quan cấp hộ chiếu và nằm
ngoài phạm vi luận văn.
B3: Thu nhận thông tin sinh trắc học. Ví dụ ghi các thông tin sinh trắc học gồm ảnh
khuôn mặt, ảnh hai vân tay ngón trỏ và ảnh hai mống mắt. Tuy nhiên tùy thuộc các thông
tin sinh trắc có thể không tồn tại tuỳ thuôc vào ngữ cảnh và đối tượng tương ứng
B4: In hộ chiếu, ghi thông tin vào chip RFID
- Ghi thông tin cơ bản như trên trang hộ chiếu giấy vào DG1.
- Ghi hai ảnh hai mống mắt vào DG4.
- Ngoài ra: Ghi ảnh khuôn mặt vào DG2; Ghi ảnh hai vân tay vào DG3; Ghi
các thông tin khác khóa công khai, khóa bí mật.
3.3.2. Quy trình kiểm duyệt hộ chiếu
B1: Người mang hộ chiếu xuất trình hộ chiếu cho cơ quan kiểm tra, cơ quan tiến
hành thu nhận các đặc tính sinh trắc học từ người xuất trình hộ chiếu.
B2: Kiểm tra các đăc tính bảo mật trên trang hộ chiếu giấy thông qua các đặc điểm
an ninh truyền thống : thủy ấn, dải quang học, hoặc lớp bảo vệ ảnh…
B3 : Hệ thống FRIC thực hiện quá trình BAC, sau khi BAC thành công, hệ thống có
thể đọc các thông tin trong chip. Mọi thông tin trao đổi giữa đầu đọc và chip được truyền
thông qua mã hóa sau đó là xác thực theo cặp khóa.
B4: Thực hiện Passive Authentication để kiểm tra tính xác thực và toàn vẹn của các
thông tin lưu trong chip thông qua kiểm tra chữ ký trong SOD bằng khoá công khai của
cơ quan cấp hộ chiếu.
B5: Quá trình Terminal Authentication chứng minh quyền truy cập thông tin của hệ
thống đến thông tin sinh trắc học .Chỉ thực hiện đối với những cơ quan kiểm tra hộ chiếu
22
triển khai EAC. Sau khi Terminal Authentication thành công, đầu đọc có thể truy cập
thông tin theo quyền thể hiện trong chứng chỉ CIS
B6: Hệ thống thực hiện đối sánh thông tin sinh trắc học thu nhận được trực tiếp từ
người xuất trình hộ chiếu với thông tin sinh trắc học lưu trong chip. Nếu quá trình đối
sánh thành công và kết hợp với các chứng thực trên, cơ quan kiểm tra hộ chiếu có đủ điều
kiện để tin tưởng hộ chiếu là xác thực và người mang hộ chiếu đúng là con người mô tả
trong hộ chiếu. Luận văn này sẽ tập trung xây dựng 1 công cụ cho phép thực thi bước này
ở mức cơ bản.
23
Chương 4.
NHẬN DẠNG SINH TRẮC HỌC
4.1. Nhận dạng vân tay
4.1.1. Giới thiệu chung về nhận dạng vân tay
Trong thời đại bùng nổ thông tin như hiện nay, cùng với sự phát triển không ngừng
của điện tử- tin học, việc ứng dụng nhận dạng sinh trắc học vào việc kiểm soát truy cập
ngày càng trở nên phổ biến và ngày càng được hoàn thiện nhằm tạo ra những sản phẩm
ổn định, chính xác, hiệu quả và linh động trong môi trường làm việc.
Vân tay là một trong những dấu hiệu sinh học hoàn toàn tự nhiên của con người và
từ lâu đã được coi là bằng chứng hợp pháp trên toàn thế giới. Công nghệ sinh trắc học còn
khá mới mẻ ở VN. Tuy nhiên, trên thế giới đã ứng dụng rộng rãi và ưu việt trong nhiều
lĩnh vực, trong đó nổi bật nhất là an ninh bảo mật.
Đặc điểm nhận dạng vân tay của con người và hoạt động của 1 hệ nhận dạng vân
tay. Dưới đây mà 1 hình ảnh vân tay :
Hình 5: Ảnh vân tay và các điểm đặc trưnng
Giải thích :
Điểm Delta: Là những điểm ở góc trái hoặc phải phía dưới đốt ngón tay
được bao bởi các đường vân hình tam giác.
Điểm Island: Những đường vân ngắn xuất hiện tại chỗ rẽ nhánh của các
đường vân.
Điểm Ridge Ending: Điểm cuối của đường vân.
24
Điểm Pore: Những lỗ nhỏ nằm rất đều trên đường vân.
Điểm Crossover: Điểm giao của 2 đường vân tay.
Điểm Core: Điểm trung tâm, thường nằm giữa ngón tay và được bao quanh
bởi những đường xoáy, vòng hoặc cung ở tâm ngón.
Điểm Bifurcation: Điểm rẽ nhánh.
4.1.2. Hoạt động của 1 hệ nhận dạng vân tay
Mô hình hệ thống tự động nhận dạng vân tay, gồm 4 phần :
Giao diện sử dụng.
Hệ thống cơ sở dữ liệu.
Hệ thống các mô đun mã hoá vân tay.
Hệ thống các mô đun thẩm định.
Hình 6 : Mô hinh hoạt động của hệ thống nhận dạng vân
25
Hoạt động của hệ thống tự động nhận dạng vân tay
Thu nhận vân tay
Lưu trữ vân tay
Mã hoá vân tay
Dưới đây là mô hình mô tả quá trình mã hóa vân tay
Hình 7 : Quá trình mã hóa vân tay và trích chọn đặc trưng
Từ một ảnh vân tay thu nhận được, sau một loạt các quá trình xử lý chúng ta thu
nhận được một tập các điểm đặc trưng của mỗi vân tay. Các tập đặc trưng này bao gồm
các điểm chạc ba và điểm kết thúc như trong hình.
26
4.1.3. Một số thuật toán tiêu biểu được sử dụng trong nhận dạng vân tay
4.1.3.1. Thuật toán nhận dạng vân tay của IDTeck
Thuật toán nhận dạng vân tay bao gồm 2 kỹ thuật chính:
Kỹ thuật xử lý hình ảnh lưu giữ những đặc điểm của dấu vân tay tương ứng bởi
hình ảnh có được sau vài công đoạn
Thuật toán đối sánh, kỹ thuật mà việc xác thực nhân dạng bằng việc so sánh
những đặc trưng của dữ liệu gốc bao gồm những điểm đặc trưng với các bản mẫu trong cơ
sở dữ liệu.
Hình dưới đây giải thích toàn bộ sơ đồ khối của thuật toán nhận dạng vân tay, bao
gồm 2 kỹ thuật đã nói ở trên
Hình 8 : Sơ đồ khối thuật toán nhận dạng vân tay, gồm các kỹ thuật xử lý ảnh và so
khớp
27
Xử lý hình ảnh:
Phần này gồm 6 công đoạn:
Công đoạn nâng cao chất lượng hình ảnh (image enhancement stage): Loại
bỏ nhiễu và nâng cao độ tương phản của ảnh gốc đưa vào hệ thống
Công đoạn phân tích hình ảnh (image analysis stage): Cắt bớt vùng ảnh
vân tay không rõ ràng .
Công đoạn nhị phân hoá vân tay (binarization stage): Chuyển ảnh sang
dạng nhị phân mức xám
Công đoạn làm mảnh (thinning stage): Làm mảnh đường vân trong hình
ảnh nhị phân của vân tay.
Công đoạn khôi phục đường vân (ridge reconstruction stage): Xây dựng lại
những lằn gợn bằng việc loại bỏ những điểm đặc trưng giả mạo.
Công đoạn trích lọc điểm đặc trưng (minutiae extraction stage): Trích chọn
đặc trưng dựa trên ảnh đã được khôi phục đường vân.
Dưới đây là hình ảnh thu được qua các công đoạn từ :
Hình 9 : Kết quả xử lý ảnh qua các giải đoạn khác nhau
a) Ảnh gốcÆ b) Ảnh được làm rõÆc) Mã hóa ảnh Æd) Làm
mảnhÆ e) Dựng lại ảnh Æf) Chích đặc trưng
28
Đối sánh:
Quá trình đối sánh bao gồm 4 công đoạn chính:
• Phân tích điểm đặc trưng.
• Sau khi phân tích, tất cả những cặp điểm đặc trưng có những mối quan hệ kiểu
hình học với điểm đặc trưng láng giềng, và mối quan hệ đó sẽ được sử dụng như thông tin
cơ bản cho phép đo nét tương tự cục bộ.
• Phép đo nét tương tự toàn bộ nghĩa là sự tính toán nét tương tự của 2 dấu vân tay
bằng việc tìm ra những cặp điểm đặc trưng trong phép đo nét tương tự cục bộ.
• Sau cùng, việc tính toán quyết định đối sánh điểm số với giá trị tương tự toàn bộ
và so sánh chúng với giá trị quyết định thiết lập trước đây để xác minh nhận dạng của
người dùng.
4.1.3.2. Thuật toán Hough:
Căn cứ vào các đường đặc trưng cửa vân tay, các đường vân cơ bản (hình cung, quai
út, quai cái, vân xoắn, vân xoắn đôi). Thuật toán Hough có các hàm cơ bản sau:
PROCEDURE Hough
A(k,l,m,n) := 0;
k = 1, ... ,K; l = 1,...,L; m = 1,...,M; n = 1,..., N;
FOR (px, py, α) ∈ P Do
FOR (qx, qy, β) ∈ Q Do
FOR θ ∈ {θ1, ..., θL} DO
IF α + θ = β THEN
FOR s ∈ {s1, ... , sL} DO
⎛
⎞
⎛⎜ϕ ⎞⎟
⎛⎜Δx ⎞
⎛
⎞
cos
sin
⎜p ⎟
θ
θ
x
l
l
x
− sk ⎜
⎜⎝Δy ⎟ :=
⎟⎠⎜y ⎟
⎜
⎜⎝κy ⎟
− sin
cos
θ
θ
⎝
l
l
⎠
⎠
y
⎝
⎠
Add evidence for
F
,
,
sk,θl Δx Δy
29
END FOR
END IF
END FOR
END FOR
END FOR
Result := arg maxk,l,m,n A(k.l.m.n)
END PROCEDURE
4.2. Nhận dạng màng mống mắt:
4.2.1. Tổng quan nhận dạng mống mắt
Nhận dạng mống mắt được coi là công nghệ sinh trắc có độ chính xác cao nhất (chỉ
sau việc kiểm tra DNA), song nó cũng là công nghệ cần có sự hưởng ứng từ người dùng
và cũng chịu những ảnh hưởng đến từ những hình thức bên ngoài mắt người như kính mắt
(đặc biệt là đối với loại kính áp tròng).
Chính vì đây là đặc trưng sinh trắc đảm bảo tỷ lệ xác thực người dùng là cao, thế
nên những ứng dụng của việc nhận dạng màng mống mắt ngày càng được ứng dụng rộng
rãi, đặc biệt trong lĩnh vực đảm bảo xác thực đúng người trong các giao dịch tài chính,
trong đó một ứng dụng rất thành công nữa là trong HCĐT, nhằm tăng độ chính xác trong
việc xác thực.
4.2.2. Hoạt động của hệ thống nhận dạng mống mắt
4.2.2.1. Quy trình trích chọn đặc trưng mống mắt
Trong hệ thống nhận dạng mống mắt, việc trích chọn các đặc trưng mống mắt là giai
đoạn quan trọng nhất quyết định độ chính xác của toàn bộ hệ thống.
a. Xác định vị trí mống mắt và đồng tử:
Bước này để tìm ra đường biên bên trong (giữa mống mắt và đồng tử) và đường biên
bên ngoài (giữa mống mắt và màng cứng) trong ảnh gốc.
30
Tải về để xem bản đầy đủ
53 trang
08/05/2025
60
Bạn đang xem 30 trang mẫu của tài liệu "Luận văn Xây dựng công cụ thử nghiệm quá trình xác thực hộ chiếu sinh trắc", để tải tài liệu gốc về máy hãy click vào nút Download ở trên.
File đính kèm:
- luan_van_xay_dung_cong_cu_thu_nghiem_qua_trinh_xac_thuc_ho_c.pdf
