Ứng dụng phương pháp thủy vân dể vỡ vào bảo vệ cơ sở dữ liệu điểm cho trường phổ thông (tóm tắt)

ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH TRÀ VINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH

ISO 9001:2015

LÊ THỊ TRÚC PHƯƠNG

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP
THUỶ VÂN DỄ VỠ VÀO BẢO VỆ
CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐIỂM
CHO TRƯỜNG PHỔ THÔNG

LUẬN VĂN THẠC SĨ NGÀNH CÔNG NGHỆ THÔNG TIN

TRÀ VINH, NĂM 2021


ỦY BAN NHÂN DÂN TỈNH TRÀ VINH
TRƯỜNG ĐẠI HỌC TRÀ VINH

LÊ THỊ TRÚC PHƯƠNG

ỨNG DỤNG PHƯƠNG PHÁP
THUỶ VÂN DỄ VỠ VÀO BẢO VỆ
CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐIỂM
CHO TRƯỜNG PHỔ THÔNG
Ngành: CÔNG NGHỆ THÔNG TIN
Mã ngành: 8480201
LUẬN VĂN THẠC SĨ

Người hướng dẫn khoa học: PGS.TS. TRẦN CAO ĐỆ

TRÀ VINH, NĂM 2021


LỜI CAM ĐOAN
Tôi xin cam kết luận văn này được hồn thành dựa trên các kết quả nghiên cứu
của tơi và sự hướng dẫn, hỗ trợ của PGS.TS Trần Cao Đệ. Nội dung và kết quả nghiên
cứu trong đề tài này đạt được là hoàn toàn trung thực.
Các tài liệu tham khảo đều được chú thích tên tác giả, tên đề tài, thời gian, địa
điểm công bố đầy đủ và cụ thể.
Trà Vinh, ngày

tháng 5 năm 2021
Ký tên

LÊ THỊ TRÚC PHƯƠNG

i


LỜI CẢM ƠN
Trong suốt quá trình học tập tại lớp Cao học Công Nghệ Thông Tin tại Trường
Đại Học Trà Vinh, ngồi sự nổ lực của bản thân, tơi đã nhận được rất nhiều sự giúp đỡ,
động viên từ các Thầy Cơ, gia đình và bạn bè. Nay luận văn đã hồn thành tơi chân
thành tri ân đến:
Thầy hướng dẫn, PGS.TS. Trần Cao Đệ đã nhiệt tình hướng dẫn và đóng góp
nhiều ý kiến q báu cho tơi trong suốt q trình thực hiện luận văn.
Tất cả q Thầy Cơ bộ mơn Cơng nghệ thơng tin và Phịng Đào tạo Sau Đại học
của Trường Đại học Trà Vinh đã nhiệt tình hướng dẫn những kiến thức, kinh nghiệm
cho tơi trong suốt thời gian qua.

Tôi xin chân thành cảm ơn hội đồng bảo vệ Luận văn đã đọc và có những góp ý
thật q báo cho luận văn.
Tơi xin bày tỏ lịng biết ơn sâu sắc đến gia đình, những người thân u nhất, đã
ln u thương, khích lệ và giúp đỡ tôi trong suốt thời gian học tập.
Cuối cùng tôi xin gửi lời cảm ơn đến tập thể các anh chị lớp Cao học Cơng Nghệ
Thơng Tin khóa 7 – năm 2018, đã luôn giúp đỡ và chia sẻ với tôi trong suốt những năm
học qua.

ii


MỤC LỤC
Lời cam đoan .................................................................................................................... i
Lời cảm ơn ...................................................................................................................... ii
Mục lục ...........................................................................................................................iii
Danh mục bảng .............................................................................................................. vi
Danh mục hình .............................................................................................................. vii
Danh mục chữ viết tắt .................................................................................................viii
Tóm tắt ........................................................................................................................... ix
CHƯƠNG 1. MỞ ĐẦU ................................................................................................. 1
1.1 TÍNH CẤP THIẾT CỦA ĐỀ TÀI ............................................................................ 1
1.2 CÁC NGHIÊN CỨU LIÊN QUAN .......................................................................... 2
1.3 MỤC TIÊU NGHIÊN CỨU...................................................................................... 3
1.3.1 Mục tiêu chung ....................................................................................................... 3
1.3.2 Mục tiêu cụ thể ....................................................................................................... 4
1.4 ĐỐI TƯỢNG NGHIÊN CỨU VÀ PHẠM VI NGHIÊN CỨU ................................ 4
1.5 PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU............................................................................. 4
1.6 BỐ CỤC LUẬN VĂN .............................................................................................. 4
CHƯƠNG 2. CƠ SỞ LÝ THUYẾT ............................................................................. 6
2.1 TỔNG QUAN VỀ THỦY VÂN SỐ ......................................................................... 6

2.1.1 Khái niệm về thủy vân số ....................................................................................... 6
2.1.2 Ứng dụng của thủy vân đối với các dữ liệu số (digital data) ................................. 7
2.2 THỦY VÂN CƠ SỞ DỮ LIỆU QUAN HỆ ............................................................. 8
2.2.1 Một số khái niệm về thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ............................................. 8
2.2.2 Sự cần thiết của các kỹ thuật thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ ............................. 10
2.2.3 Các yêu cầu của thủy vân trên cơ sở dữ liệu quan hệ .......................................... 11
2.2.4 Ứng dụng của thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ ..................................................... 13
2.2.5 Những tấn công trên thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ .......................................... 15
2.2.5.1 Cập nhật thông thường ...................................................................................... 15
2.2.5.2 Tấn cơng có chủ đích ........................................................................................ 15
2.2.6 Các kỹ thuật thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ ....................................................... 16
2.2.6.1 Các kỹ thuật làm thay đổi dữ liệu ..................................................................... 16
iii


2.2.6.2 Các kỹ thuật không làm thay đổi dữ liệu .......................................................... 20
CHƯƠNG 3. XÂY DỰNG MƠ HÌNH THỦY VÂN BẢO VỆ CƠ SỞ DỮ LIỆU
KẾT QUẢ HỌC TẬP ................................................................................................. 24
3.1 GIỚI THIỆU ........................................................................................................... 24
3.2 YÊU CẦU CỦA THỦY VÂN ĐỐI VỚI DỮ LIỆU ĐIỂM SỐ ............................. 24
3.3 ĐẶC TRƯNG CỦA DỮ LIỆU ĐIỂM SỐ ............................................................. 25
3.4 LƯỢC ĐỒ THỦY VÂN CƠ SỞ DỮ LIỆU ĐIỂM SỐ .......................................... 25
3.4.1 Ý tưởng của mơ hình thủy vân đối với cơ sở dữ liệu điểm số ............................. 26
3.4.1.1 Giai đoạn tạo thủy vân ...................................................................................... 26
3.4.1.2 Giai đoạn kiểm tra thủy vân .............................................................................. 27
3.4.2 Q trình nhúng thủy vân (hình 3.1) .................................................................... 27
3.4.2.1 Trích xuất đặc trưng dữ liệu của R.................................................................... 28
3.4.2.2 Tạo giá trị băm từ đặc trưng dữ liệu của R ....................................................... 28
3.4.2.3 Tạo giá trị thủy vân bằng thuật toán mã hóa RSA với khóa Private_key ......... 28
3.4.2.4 Tạo thuộc tính ảo chứa giá trị thủy vân............................................................. 28

3.4.3 Q trình trích xuất thủy vân (hình 3.2) ............................................................... 29
3.4.3.1 Giải mã giá trị thuộc tính ảo bằng thuật tốn mã hóa RSA với khóa Public_key .... 29
3.4.3.2 Trích xuất đặc trưng dữ liệu từ R’..................................................................... 29
3.4.3.2 Tạo giá trị băm từ đặc trưng dữ liệu của R’ từ hàm băm SHA-1 ..................... 29
3.4.3.3 So sánh 2 giá trị băm, xác thực an toàn dữ liệu ................................................ 29
CHƯƠNG 4. THỰC NGHIỆM VÀ ĐÁNH GIÁ KẾT QUẢ .................................. 31
4.1 XÂY DỰNG CHƯƠNG TRÌNH ............................................................................ 31
4.1.1 Bài toán thực nghiệm ........................................................................................... 31
4.1.2 Sơ đồ thuật toán và sơ đồ use case ....................................................................... 32
4.1.2.1 Sơ đồ thuật toán................................................................................................. 32
4.1.2.2 Sơ đồ use case đặc tả cho các tác nhân sử dụng của hệ thống .......................... 37
4.1.3 Thiết kế chương trình ........................................................................................... 37
4.1.3.1 Thiết kế giao diện .............................................................................................. 37
4.1.3.2 Cấu trúc cơ sở dữ liệu ....................................................................................... 42
4.2 THỰC NGHIỆM ..................................................................................................... 43
4.2.1 Minh họa kết quả thực nghiệm............................................................................. 43
4.2.2 Thực nghiệm với cơ sở dữ liệu điểm học tập của trường Phổ Thông.................. 45
iv


4.2.3 Kết quả thực nghiệm ........................................................................................... 45
CHƯƠNG 5. KẾT LUẬN VÀ HƯỚNG PHÁT TRIỂN.......................................... 47
DANH MỤC TÀI LIỆU THAM KHẢO ................................................................... 48

v


DANH MỤC BẢNG
Số hiệu bảng

Tên bảng

Trang

Bảng 3.1. Giải thích các ký hiệu sử dụng trong lược đồ thủy vân ................................ 25
Bảng 4.1. Bảng dữ liệu thông tin học sinh (sinhvien) ................................................... 42
Bảng 4.2. Bảng dữ liệu môn học (monhoc) .................................................................. 42
Bảng 4.3. Bảng dữ liệu lớp học (lop) ............................................................................ 42
Bảng 4.4. Bảng dữ liệu điểm học sinh (diem) .............................................................. 42
Bảng 4.5. Cơ sở dữ liệu minh họa ................................................................................. 43
Bảng 4.6. Dữ liệu sau khi thủy vân ............................................................................... 44
Bảng 4.7. Trường hợp dữ liệu bị thay đổi ..................................................................... 44
Bảng 4.8. Trường hợp dữ liệu bị thêm mới .................................................................. 44
Bảng 4.9. Trường hợp dữ liệu bị xóa ............................................................................ 44

vi


DANH MỤC HÌNH
Số hiệu hình

Tên hình

Trang

Hình 2.1. Hình minh họa thủy vân ảnh số ...................................................................... 6
Hình 2.2. Sơ đồ chung mô tả lược đồ thủy vân cơ sở dữ liệu quan hệ ........................... 9
Hình 3.1. Sơ đồ mơ tả q trình nhúng thủy vân .......................................................... 27
Hình 3.2. Sơ đồ mơ tả q trình trích xuất thủy vân ..................................................... 29
Hình 4.1. Sơ đồ tóm tắt q trình nhúng thủy vân ........................................................ 33

Hình 4.2. Sơ đồ chi tiết biểu diễn quá trình nhúng thủy vân ........................................ 34
Hình 4.3. Sơ đồ tóm tắt q trình trích xuất thủy vân ................................................... 35
Hình 4.4. Sơ đồ chi tiết biểu diễn q trình trích xuất thủy vân ................................... 36
Hình 4.5. Sơ đồ use case đặc tả tác vụ của các tác nhân ............................................... 37
Hình 4.6. Giao diện đăng nhập...................................................................................... 38
Hình 4.7. Giao diện chính của chương trình sau khi đăng nhập ................................... 38
Hình 4.8. Giao diện của chương trình sau giáo viên cập nhật điểm ............................. 39
Hình 4.9. Giao diện của cửa sổ kiểm tra và thủy vân ................................................... 39
Hình 4.10. Giao diện sau khi thủy vân .......................................................................... 40
Hình 4.11 Giao diện chính của chương trình sau khi user nhập điểm kiểm tra thủy
vân ................................................................................................................................. 40
Hình 4.12. Giao diện xem điểm của học sinh ............................................................... 41
Hình 4.13. Sơ đồ biểu diễn quan hệ của các bảng dữ liệu ............................................ 43
Hình 4.14. Thời gian thủy vân ...................................................................................... 45
Hình 4.15. Chi phí dung lượng lưu trữ thủy vân ........................................................... 46

vii


DANH MỤC CHỮ VIẾT TẮT
CNTT:

Công nghệ thông tin

CSDL:

Cơ sở dữ liệu

LSB:

Least Significant Bit

MSB:

Most Significant Bit

viii


TÓM TẮT
Luận văn này nghiên các kỹ thuật thủy vân (watermarking), đề xuất kỹ thuật thủy
vân dễ vỡ ứng dụng vào cơ sở dữ liệu điểm số của các trường phổ thông nhằm hỗ trợ
kiểm tra, phát hiện những sửa đổi không hợp lệ trước khi sử dụng dữ liệu cho các vấn
đề quan trọng bảo vệ tốt hơn cơ sở dữ liệu điểm trong các nhà trường.
Để đáp ứng các yêu cầu của cơ sở dữ liệu điểm số, phương pháp thủy vân sử dụng
là chèn thêm 1 thuộc tính mới vào lược đồ dữ liệu đang xét dùng để chứa giá trị thủy
vân, giá trị tại đây có ý nghĩa là giá trị tổng hợp và có thể kiểm tra được sự sai khác của
các giá trị khác trên cùng 1 bộ. Sử dụng thuật tốn mã hóa RSA để bảo vệ và kiểm tra
giá trị cho thuộc tính chứa giá trị thủy vân, mục đích của việc này để đáp ứng sự linh
hoạt trong việc kiểm tra chung mà khơng cần sự có mặt hay thơng tin bí mật từ user đã
nhập điểm. Kỹ thuật này được chia thành hai giai đoạn: giao đoạn tạo thủy vân và giai
đoạn kiểm tra thủy vân.
Mơ hình đề xuất áp dụng thuật tốn đơn giản, khơng làm thay đổi giá trị các
thuộc tính trên dữ liệu được nhúng, hỗ trợ kiểm tra thủy vân dễ dàng trong hệ thống
quản lý nhiều người dùng, q trình phát hiện thủy vân khơng cần đến dữ liệu gốc và
thủy vân gốc. Qua thực nghiệm cho thấy mơ hình này rất nhạy cảm với các tấn công
nhằm thay đổi dữ liệu xác suất phát hiện thay đổi giá trị thuộc tính là 100%, xác định
chính xác vị trí bộ dữ liệu bị thay đổi, chi phí về thời gian chấp nhận được.

ix