Nghiên cứu một số kỹ thuật bảo vệ tính riêng tư trong hệ thống dịch vụ dựa trên vị trí

Một hệ thống dịch vụ mới đã ra đời và phục vụ hữu ích cho người dùng phổ thông dựa trên tiền đề là các hạ tầng truyền tin mạng di động, các công nghệ định vị, các thiết bị vào/ra di động

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Luận văn được hoàn thành tại:

HỌC VIỆN CÔNG NGHỆ BƯU CHÍNH VIỄN THÔNG

Người hướng dẫn khoa học: PGS TS Đặng Văn Đức

Phản biện 1: ………

Phản biện 2: ………

Luận văn sẽ được bảo vệ trước Hội đồng chấm luận văn thạc sĩ tại Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

Vào lúc: giờ ngày tháng năm

Có thể tìm hiểu luận văn tại:

- Thư viện của Học viện Công nghệ Bưu chính Viễn thông

MỞ ĐẦU

Trong những năm gần đây Internet và thiết bị di động đã trở nên phổ biến và không thể thiếu đối với rất nhiều người Sự phát triển về công nghệ sản xuất thiết bị di động cho phép chúng ta có thể làm việc và truy cập Internet ở mọi lúc mọi nơi chỉ với một chiếc điện thoại di động, hoặc một chiếc Laptop hay Ipad,…một cách rất dễ dàng

và tiện dụng Cùng với đó là sự phát triển về kỹ thuật sử dụng các thiết bị di động mà

cụ thể là dịch vụ và sản phẩm phần mềm kèm theo đã làm cho việc kết hợp giữa các thiết bị hiện đại (tiện dụng) và các dịch vụ mới (tiện ích) mang lại lợi ích tối đa cho người dùng Có thể thấy rằng, với Internet nếu chúng ta tìm kiếm một thông tin nào đó thì kết quả trả về có phạm vi tương đối lớn, ví dụ như nếu người dùng cần tìm một bệnh viện nào đó thì kết quả trả về từ Internet là một loạt các trang web của các bệnh viện trên khắp thế giới như vậy rất khó khăn cho người dùng Dó đó họ cần phải cung cấp thêm thông tin, thêm tiêu chuẩn tìm kiếm nhưng đôi khi kết quả vẫn chưa thật tối

ưu cho họ Vấn đề đặt ra ở đây là họ cần một bệnh viện gần với vị trí của họ nhất?

Cho nên khi hướng phát triển truyền thống là cung cấp xử lý dựa trên thông tin của người dùng đã phát triển gần đến mức giới hạn, một hướng mới đã được mở ra: cung cấp khả năng xử lý dựa trên thông tin của môi trường xung quanh Từ việc biết được người dùng đang ở trong hoàn cảnh nào, thiết bị có thể đưa ra những phương án

hỗ trợ người dùng tốt nhất một cách tự động (không đòi hỏi dữ liệu hoặc thao tác từ phía người dùng)

Một hệ thống dịch vụ mới đã ra đời và phục vụ hữu ích cho người dùng phổ thông dựa trên tiền đề là các hạ tầng truyền tin (mạng di động), các công nghệ định vị, các thiết bị vào/ra di động và hệ thống thông tin địa lý, trong đó vị trí địa lý của người dùng là một tham số quan trọng của hệ thống này Những hệ thống được xây dựng như vậy gọi là dịch vụ dựa trên vị trí địa lý (Location Based Service _LBS), các dịch vụ này có thể trả lời cho người dùng thông qua việc họ cung cấp vị trí của mình vào thiết

bị di động hoặc sử dụng công nghệ định vị tự động để xác định vị trí của họ

Hiện nay dịch vụ dựa trên vị trí (LBS) đã được ứng dụng và phát triển, đây là một hướng nghiên cứu mới rất được quan tâm, nó không chỉ tiện dụng mà còn mang lại lợi ích tối đa cho người sử dụng và doanh thu cho nhà cung cấp dịch vụ Các ứng dụng chủ yếu của LBS là: Chỉ dẫn đường, tìm kiếm địa điểm, điều hành (taxi, xe khách,…), theo dõi (quân sự, an ninh),…Tuy nhiên công nghệ ưu điểm bao nhiêu thì cũng không thể tránh khỏi được nhược điểm, như đã nói ở trên vị trí của người dùng là tham số cốt lõi của hệ thống LBS do đó vấn đề nảy sinh ở đây là dữ liệu về vị trí của người sử dụng phải được quan tâm như một thành phần dữ liệu riêng tư cá nhân Bởi lẽ các công nghệ mới có thể tự động định vị được vị trí của người dùng dù ở bất kỳ nơi đâu và thời điểm nào Điều này khiến cho người dùng có cảm giác rằng mình đang bị theo dõi, họ mất đi

sự tự nhiên và có thể là điểm để kẻ khác lợi dụng xâm phạm vào mọi mặt đời sống riêng tư của một cá nhân hoặc các bí mật của một cơ quan, tổ chức nào đó

Người dùng vẫn sử dụng các ứng dụng LBS vì họ thấy được sự tiện ích của nó nhưng họ mong muốn được bảo mật về vị trí, bảo vệ sự riêng tư của họ trong hệ thống LBS để họ có thể yên tâm hơn khi sử dụng Hiện nay các ứng dụng LBS đã phát triển rộng dãi nhưng vấn đề này vẫn chưa được quan tâm đến Xuất phát từ những lí do

trên, tác giả chọn đề tài: “Nghiên cứu một số kỹ thuật bảo vệ tính riêng tư trong hệ

thống dịch vụ dựa trên vị trí” làm đề tài luận văn của mình.

Chương 1 - TỔNG QUAN VỀ LOCATION BASED SERVICE

Chương này giới thiệu tổng quát về dịch vụ dựa trên vị trí (LBS), khả năng ứng dụng LBS, tình hình phát triển của các dịch vụ dựa theo vị trí địa lý, các công nghệ liên quan và kiến trúc tổng thể của hệ thống LBS Đưa ra một số ví dụ cụ thể về LBS và các ứng dụng trong thực tế

1.1 Định nghĩa LBS

LBS viết tắt của Location-based Service có nghĩa là dịch vụ dựa theo vị trí địa lý

là dịch vụ được tạo ra từ sự kết hợp của công nghệ GPS (Global Positioning System –

Hệ thống định vị toàn cầu), công nghệ truyền thông không dây, công nghệ GIS (Geographic Information Systems - Hệ thống thông tin địa lý)và công nghệ Internet LBS là dịch vụ thông tin có thể truy cập bằng các thiết bị di động thông qua môi trường mạng di động và mang lại các lợi ích nhờ vào sự khai thác vị trí của thiết bị di động (theo Virrantaus et al 2001)[6]

Hình 1.1 LBS là phần giao của các công nghệ

GIS

Các thiết bị

di động

 Mobile Device (Các thiết bị di động): Là các công cụ để người dùng yêu cầu

và truy cập các thông tin họ cần Kết quả trả về có thể là lời nói, tranh ảnh hay văn bản Các thiết bị này có thể là điện thoại di động, thiết bị hỗ trợ cá nhân kỹ thuật số (PDA), máy tính xách tay,…cũng có thể là thiết bị dẫn đường trên ô tô

 Communication Network (Mạng truyền thông): thành phần thứ hai là mạng

truyền thông với vai trò truyền các dữ liệu người dùng, các yêu cầu dịch vụ từ các thiết

bị di động đầu cuối đến các nhà cung cấp dịch vụ và sau đó tải các thông tin về phía người dùng

 Positioning Component (Hệ thống định vị): Để dịch vụ có thể hoạt động

được, cần thiết phải xác định được vị trí của người dùng Vị trí của người có thể được xác định bằng thiết bị định vi toàn cầu (GPS) hay thông qua mạng truyền thông

 Service and Application Provider (Nhà cung cấp dịch vụ và ứng dụng): Nhà

cung cấp dịch vụ có trách nhiệm cung cấp các dịch vụ khác nhau tới người sử dụng và

có trách nhiệm xử lý các yêu cầu dịch vụ

 Data and Content Provider (Nhà cung cấp dữ liệu và nội dung/CSDL không gian): Thông thường nhà cung cấp dịch vụ không lưu trữ và quản lý mọi thông

tin mà người sử dụng yêu cầu Các dữ liệu và nội dung liên quan như trang vàng, bản

đồ, giao thông đều được các lưu trữ tại các cơ quan, công ty có thẩm quyền như Công

ty đo đạc, bản đồ, Công ty giao thông …

1.3 Cách thức làm việc của hệ thống LBS

Như đã giới thiệu ở trên các thành phần của LBS bao gồm: các thiết bị di động,

mạng truyền thông, internet, hệ thống định vị, các nhà cung cấp dịch vụ và nội dung Vậy các thành phần này có mối quan hệ và tương tác với nhau thế nào trong dịch vụ LBS?

1.3.1 Thiết bị di động

 Thiết bị di động là phương tiện để người sử dụng LBS đưa ra yêu cầu, thu thập thông tin và khai thác các dịch vụ LBS, đáp ứng nhu cầu của người dùng LBS mang lại nhiều tiện ích lớn bởi sự phong phú của các dịch vụ được cung cấp và bởi chính sự trợ giúp đắc lực của rất nhiều loại thiết bị tạo nên Các thiết bị có ảnh hưởng lớn tới chất lượng các dịch vụ LBS mang lại

Hình 1.5 Các thiết bị di động trong dùng trong các ứng dụng LBS

1.3.2 Mạng thông tin di động không dây

Như đã được giới thiệu ở phần trước, mạng truyền thông nói chung và mạng di động không dây (Wireless Mobile Networks) nói riêng thực hiện nhiệm vụ truyền tải các dữ liệu người dùng, các yêu cầu dịch vụ, các thông điệp từ các thiết bị đầu cuối tới các nhà cung cấp dịch vụ và truyền tải các thông tin ngược trở lại cho người dùng Mạng di động không dây còn có thể có nhiệm vụ thứ hai là xác định vị trí của người dùng

1.3.3 Các phương thức định vị và độ chính xác

 Các kỹ thuật cơ bản sau đây sử dụng để định vị:

 Cell of origin (COO), dấu hiệu vị trí, vị trí đèn báo hiệu: Đơn vị ô này

thường là các định danh của trạm cơ sở gần nhất, ví dụ ăng ten của điện thoại di động Với kỹ thuật này vị trí được biết trong một vòng định nghĩa hoặc ô xung quanh trạm

cơ sở biết vị trí Đèn báo hiệu ví dụ như tia hồng ngoại, sóng siêu âm, hoặc RFID được

sử dụng hầu hết ở trong nhà Ở đây, đèn báo hiệu có các đơn vị định danh hoặc truyền

vị trí chính xác của họ đến thiết bị di động trong phạm vi cho phép

 Time of Arrival - TOA (Thời gian đến): là các tín hiệu điện từ di

chuyển theo tốc độ ánh sáng Khoảng cách tốc độ và thời gian khác nhau giữa việc gửi

và nhận có thể tính toán được Tốc độ ánh sáng xấp xỉ 300.000km/s vì vậy thời gian chạy là rất ngắn và thời gian chính xác là cần thiết

 Time Difference of Arrival - TDOA (Thời gian đến khác nhau), tăng

thời gian đến khác nhau (E-OTD): các kỹ thuật này thực hiện việc tính toán khoảng cách bằng việc đo thời gian chạy, chúng sử dụng thời gian khác nhau giữa các tín hiệu

từ 3 trạm cơ sở Vì vậy, các tín hiệu từ vị trí các trạm lân cận có thể làm thành hình tam giác Trong trường hợp TDOA tính toán vị trí nhờ nhà cung cấp mạng, trong trường hợp E-OTD được tính trong thiết bị di động

 Angle of Arrival - AOA (Góc đến), hướng đến (Direction of Arrival -

DOA): nhờ Ăng ten với các đặc điểm hướng góc đến trong thiết bị di động được tìm ra

Do sự di chuyển của thiết bị di động nên nó không chính xác Khả năng khác là nhiều trạm cơ sở có nhiều đoạn ăng ten (thường khoảng 2-4) phân chia lịch vòng của các trạm cơ sở thành các đoạn 90, 120 hoặc 180 độ

Hai kỹ thuật định vị phổ biến được dùng nhiều nhất hiện nay có thể kể đến là GPS và tính toán vị trí sử dụng Cell_ID từ trạm thu phát vô tuyến cơ sở Trong khi GPS phân phát một vị trí rất chính xác (độ chính xác đến 5m) thì Cell_ID phân phát vị trí rất rộng (chính xác khoảng 100m đến km) Đặc biệt hiện nay GPS sử dụng phương pháp định vị ngoài trời Để lưu trữ vị trí trong nhà với độ chính xác cao, phương pháp xác định vị trí dựa trên WLAN, Bluetooth hoặc tia hông ngoại cần được áp dụng

1.3.4 Nhà cung cấp nội dung và dữ liệu

Chúng ta có thể chia ra các nhà cung cấp dữ liệu khác nhau theo các loại dịch vụ:

 Dịch vụ thư mục: nhà cung cấp các trang vàng trong vùng, quốc gia hoặc quốc tế; các công ty vận tải (tàu điện và xe buýt); các dịch vụ tìm kiếm Internet (như

Google.com, Yahoo.com); các dịch vụ thông tin tiêu dùng Internet (Ciao.com) và các trang Web cá nhân (trang Web nhà hàng, trang Web công ty); thư viện điện tử như Wikipedia (1); các dịch vụ thời tiết, giải trí và các dịch vụ thông tin thời sự…

 Dịch vụ định tuyến: các nhà cung cấp dữ liệu đường phố (NAVTEQ, Tele Atlas, các nhà quản trị đường phố quốc gia) và các dịch vụ định tuyến có thể được kết nối với các dịch vụ trình diễn (như Michelin.com, Map24.com)

1.3.5 Xử lý các yêu cầu và trả lời

Ví dụ: Ứng dụng -> thực đơn -> thông tin vị trí -> tìm kiếm -> Trạm xăng

1.11 Luồng thông tin giữa các thành phần của LBS

Công ty X

Nhà cung cấp dữ liệu/nội dung Thiết bị/

người dùng

Mạng truyền thông

Internet

Hệ thống

định vị

Sau khi chức năng được kích hoạt, vị trí của thiết bị di động (cũng chính là vị trí của người dùng) được xác định và cung cấp bởi dịch vụ định vị Vị trí này có thể được xác định nhờ vào dịch vụ GPS hoặc một dịch vụ định vị bởi mạng truyền thông Tiếp theo đó, thiết bị di động của người dùng sẽ gửi các thông tin yêu cầu bao gồm đối tượng cần tìm kiếm và vị trí hiện tại thông qua một mạng truyền thông được gọi gateway

Gateway có nhiệm vụ truyền tải các thông điệp giữa mạng truyền thông di động

và internet Các thông điệp có thể được truyền tải thông qua một vài máy chủ ứng dụng

để đến một máy chủ xác định đồng thời lưu giữ lại các thông tin về yêu cầu và vị trí của người dùng

Máy chủ ứng dụng sẽ đọc yêu cầu và kích hoạt dịch vụ phù hợp để đáp ứng yêu cầu (trong ví dụ này, một dịch vụ tìm kiếm không gian sẽ được kích hoạt)

Tiếp theo, dịch vụ tìm kiếm sẽ phân tích thông điệp thêm lần nữa và quyết định thông tin gì cần được bổ sung vào điều kiện tìm kiếm và vị trí của người gửi yêu cầu Trong tình huống này, dịch vụ sẽ tìm kiếm các thông tin cần thiết về trạm xăng từ các trang vàng của một khu vực cụ thể và yêu cầu nhà cung cấp dữ liệu về các thông tin cần thiết

Tiếp theo dịch vụ sẽ tìm các tuyến đường dẫn đến trạm xăng cần tìm thỏa mãn yêu cầu tìm kiếm và đánh dấu lại

Sau khi đã có được các thông tin cần thiết, dịch vụ sẽ hoạt động trên bộ đệm không gian để tìm đường đi đến các trạm xăng Sau khi tính toán và liệt kê ra được danh sách các trạm xăng gần nhất, dịch vụ sẽ gửi lại cho người dùng kết quả thông qua mạng internet, gateway, qua mạng thông tin di động đến với thiết bị di động của người dùng

Kết quả tìm kiếm có thể được gửi về cho người dùng dưới dạng văn bản (một danh sách các trạm xăng được sắp xếp theo thứ tự khoảng cách) hoặc vẽ trên bản đồ Tiếp theo đó, người dùng có thể yêu cầu thêm các thông tin chi tiết về trạm xăng họ

quan tâm (sẽ làm kích hoạt các dịch vụ khác) Cuối cùng họ chọn một trạm xăng cụ thể

và tiếp tục yêu cầu chỉ đường đi đến trạm xăng đó

1.4 Khả năng ứng dụng LBS

Làm thế nào có thể biết được một nhà hàng, bệnh viện, khách sạn, trạm xăng, …ở đâu trong thành phố hoặc đường đi đến một địa điểm nào đó trong khi bạn không có một chiếc bản đồ và cũng không thông thuộc đường phố?

Bạn muốn biết mình đang ở đâu trong một thành phố lạ? Bạn bè, người thân của bạn đang ở đâu?

LBS sẽ trả lời tất cả các câu hỏi đó của bạn trong chốc lát và ở mọi lúc mọi nơi bất kể khi nào bạn cần chỉ với một thiết bị di động Điều này chứng tỏ rằng LBS rất hữu ích và cần thiết, ngày nay những ứng dụng của LBS phát triển rất nhanh và được

sử dụng rộng rãi

Những ứng dụng LBS càng trở nên cần thiết hơn khi mọi người muốn tự tìm kiếm một điều gì đó trong một môi trường mà họ chưa rõ, hành động của họ thường là phỏng đoán Mọi người muốn tìm một nơi nào đó để ăn, có thể là cửa hàng dược, nơi rút tiền, nơi đỗ taxi … Khi ở nước ngoài, họ có thêm một số nhu cầu khác như: tìm địa điểm du lịch hấp dẫn, một khách sạn hoặc nơi đổi ngoại tệ… Khi lái xe nhờ các thiết bị giúp cho người lái xe tìm được đường đi dù không biết rõ thành phố đó

1.5 Tình hình nghiên cứu và ứng dụng hiện nay trong và ngoài nước

1.5.1 Trên thế giới

 Google

Google Maps ban đầu là dịch vụ bản đồ trực tuyến của Google Bắt đầu hoạt động

từ 2005, Google Maps tập hợp hình ảnh từ nhiều nguồn cung ứng ảnh vệ tinh, tạo thành một bản đồ hoàn chỉnh chi tiết đến mức đường sá của thế giới Ngoài ra Google map còn cung cấp chức năng tìm đường cho người dùng

 Yahoo

Yahoo map được Cartifact, một công ty chuyên về bản đồ thiết kế và cung cấp dữ liệu Yahoo map đi vào hoạt động từ 16/05/2007 Yahoo map chủ yếu hoạt động trên các hệ thống desktop và không có phiên bản riêng cho các thiết bị di động như Google map Trên desktop, Yahoo được cung cấp dưới dạng Rich Internet Application (RIA), cho phép người dùng dễ dàng xem bản đồ, các thông tin liên quan như địa danh, hình ảnh từ vệ tinh…

1.5.2 Ở Việt Nam

 Vietmap

Là sản phẩm thuần việt của công ty TNHH bản đồ Việt (Vietmap) Vietmap được thiết kế với chức năng chính là dẫn đường trong phạm vi Việt Nam, ngoài ra còn có chức năng tra cứu thông tin du lịch và các địa điểm đáng quan tâm như nhà hàng, khách sạn và ngân hàng; đồng thời cho người dùng tùy ý thêm các địa điểm mình quan tâm Vietmap hoạt động hoàn toàn dựa trên thiết bị di động nên cơ sở dữ liệu cần phải được cập nhật bằng tay từ website của công ty

 DiaDiem.com

Diadiem.com là sản phẩm của công ty cổ phần Địa Điểm Được xây dựng dưới dạng RIA như giao diện web của Yahoo và Google, địa điểm cung cấp các tính năng tương tự như tìm kiếm địa điểm (khách sạn, nhà hàng, danh lam thắng cảnh v.v…), tìm đường trong phạm vi Việt Nam

 Dịch vụ SMS Locator của MobiFone

SMS Locator của MobiFone được ví như "Google về tìm kiếm địa chỉ cần thiết trên

thiết bị di động" Khi có nhu cầu, người dùng chỉ cần gửi tin nhắn tới tổng đài, hệ

thống sẽ tự động xác định vị trí và tìm kiếm nơi mà khách hàng muốn đến

1.6 Kết luận chương