Luận văn Nghiên cứu một số vấn đề về bảo vệ thông tin multimedia và ứng dụng

KH OA C NT T – Đ H KH TN KH OA C NT T – Đ H KH TN i Lời cảm ơn Chúng em xin chân thành cảm ơn Khoa Công nghệ Thông tin, trường Đại học Khoa học Tự nhiên TpHCM đã tạo điều kiện cho chúng em thực hiện đề tài luận văn tốt nghiệp này. Chúng em xin gửi lời cảm ơn sâu sắc đến Tiến sĩ DƯƠNG ANH ĐỨC và Thầy TRẦN MINH TRIẾT đã tận tình hướng dẫn chúng em trong suốt thời gian thực hiện đề tài. Các thầy đã cho chúng em những ý tưởng thú vị, và đây là nguồn động lực lớn lao để chúng em tiến vào con đường nghiên cứu khoa học. Chúng em xin chân thành cảm ơn các Thầy các Cô trong Khoa đã truyền đạt cho chúng em những kiến thức quý báu, giúp chúng em có được một nền tảng lý thuyết vững chắc và những kỹ thuật căn bản thiết yếu. Chúng tôi gửi lời cảm ơn đến bạn Phạm Thanh Phong, bạn Nguyễn Thái Ngọc Duy đã cung cấp những tài liệu hữu ích và chỉ dẫn chúng tôi vượt qua một số trở ngại kỹ thuật. Với những buổi thảo luận hết mình của các bạn đã giúp chúng tôi giải quyết được nhiều vấn đề. Chúng con xin được bày tỏ lòng biết ơn sâu sắc đối với Ông Bà, Cha Mẹ, người luôn luôn quan tâm chăm sóc, cả về mặt vật chất lẫn tinh KH OA C NT T – Đ H KH TN ii thần, giúp cho chúng con yên tâm, tập trung vào công việc học tập và nghiên cứu. Cuối cùng, xin được nói lời cảm ơn đến các Anh Chị, Bạn bè đã giúp đỡ, khích lệ cũng như phê bình, góp ý giúp chúng em hoàn thành công việc một cách tốt nhất. Với tinh thần làm việc nghiêm túc, chúng em đã hoàn thành luận văn. Đây mới chỉ là những lý thuyết cơ bản và thử nghiệm ban đầu, chúng em rất muốn phát triển đề tài này để trở thành một ứng dụng được dùng rộng rãi trong thực tế cuộc sống. Những ý kiến đánh giá, phê bình và góp ý của quý thầy cô và các bạn sẽ là nguồn tư liệu quý giá giúp nhóm sinh viên chúng em tiếp tục phát triển và ngày càng hoàn thiện cả về mặt mô hình lý thuyết lẫn ứng dụng. Vũ Giang Nam – Nguyễn Ngọc Tùng Tháng 7 năm 2004 KH OA C NT T – Đ H KH TN iii Trình bày luận văn Nội dung của luận văn được tổ chức và trình bày trong 10 chương, chia làm 4 phần. Phần 1 là chương đầu giới thiệu tổng quan về đề tài. Phần 2 gồm các chương từ 2 đến 6 trình bày các cơ sở lý thuyết. Phần 3 là 3 chương tiếp theo (từ chương 7 đến chương 9) trình bày các vấn đề liên quan đến quá trình xây dựng ứng dụng. Và chương 10 là phần tổng kết và hướng phát triển. Chương 1 Giới thiệu : Giới thiệu tổng quan về đề tài. Trong đó, phần đầu nêu lên lịch sử phát triển của multimedia và các vấn đề liên quan. Từ đó nêu lên mục tiêu của đề tài này. Chương 2 Tổng quan về DRM: Trình bày lịch sử hình thành, các khái niệm và đặc điểm của DRM (Digital Rights Management). Chương 3 Công cụ bảo vệ dữ liệu số : Trình bày các công nghệ được dùng trong DRM như : mã hóa, định danh và các mô hình bảo mật cơ sở (như SSL, CA, chữ ký điện tử). Chương 4 Mô hình DRM : Mô tả cấu trúc các thành phần của mô hình DRM và đưa ra một số mô hình đang được áp dụng trong thực tế. Chương 5 Từ DRM đến IPMP : Trình bày một số hạn chế của mô hình DRM, dẫn đến một giải pháp mới, IPMP (Intellectual Property Management and Proctection), cùng với một vài công nghệ mới được áp dụng để tăng tính an toàn của mô hình IPMP này. Chương 6 Mô hình IPMP : Mô tả cấu trúc các thành phần của mô hình IPMP. KH OA C NT T – Đ H KH TN iv Chương 7 Ứng dụng SecureMedia : Trình bày các đối tượng sử dụng và các chức năng của ứng dụng SecureMedia, đưa ra mô hình và mô tả chi tiết của Use-case. Chương 8 Phân tích – Thiết kế : Quá trình phân tính và thiết kế các đối tượng, phục vụ cho việc xây dựng ứng dụng hoàn chỉnh. Chương 9 Cài đặt – Thử nghiệm : Trình bày cách thức cài đặt, tài liệu hướng dẫn sử dụng ứng dụng, và các kết quả thử nghiệm. Chương 10 Tổng kết : Kết quả đã đạt được và hướng phát triễn của ứng dụng. Trong quá trinh trình bày, có một số từ tiếng Anh mà khi dịch sang Tiếng Việt sẽ không gần gũi với người đọc hoặc có thể diễn đạt không đủ ý nghĩa bằng từ nguyên gốc. Chúng em xin được phép giữ nguyên các từ đó trong câu văn của mình và phần dịch nghĩa Tiếng Việt được đặt trong bảng chú giải. KH OA C NT T – Đ H KH TN v Mục lục Lời cảm ơn i Trình bày luận văn iii Mục lục v Danh sách Hình vii Danh sách Bảng ix Bảng chú giải x Ký hiệu và chữ viết tắt xii Chương 1 Giới thiệu 1 1.1 Thực tế về multimedia ................................................................................... 1 1.2 Mục tiêu đề tài................................................................................................ 6 Chương 2 Tổng quan về DRM 8 2.1 Giới thiệu về DRM......................................................................................... 8 2.2 Môi trường của DRM................................................................................... 10 2.3 Các yêu cầu của DRM ................................................................................. 12 2.4 Các tiêu chuẩn đánh giá khả năng DRM ..................................................... 14 2.5 Kết luận ........................................................................................................ 18 Chương 3 Công cụ bảo vệ dữ liệu số 19 3.1 Mã hoá nội dung .......................................................................................... 19 3.2 Watermarking và Fingerprinting.................................................................. 20 3.3 Hàm băm – Hashing..................................................................................... 20 3.4 Chữ ký điện tử.............................................................................................. 20 3.5 Chứng nhận điện tử ...................................................................................... 20 3.6 Kết nối bảo mật ............................................................................................ 20 3.7 Ngôn ngữ mô tả quyền................................................................................. 20 3.8 Các công cụ khác ......................................................................................... 20 3.9 Kết luận ........................................................................................................ 20 Chương 4 Mô hình DRM 20 4.1 Mô hình DRM.............................................................................................. 20 4.2 Khả năng bị tấn công của DRM................................................................... 20 KH OA C NT T – Đ H KH TN vi Chương 5 Từ DRM đến IPMP 20 5.1 Giới thiệu ..................................................................................................... 20 5.2 Các khái niệm chính..................................................................................... 20 5.3 Các công nghệ được sử dụng ....................................................................... 20 Chương 6 Mô hình IPMP 20 6.1 Những chức năng của IPMP ........................................................................ 20 6.2 Sơ đồ Mô hình IPMP ................................................................................... 20 6.3 Mô hình hoạt động ....................................................................................... 20 6.4 Kết luận ........................................................................................................ 20 Chương 7 Ứng dụng SecureMedia 20 7.1 Các chức năng của Ứng dụng SecureMedia ................................................ 20 7.2 Sơ đồ sử dụng (Use-case) ............................................................................ 20 Chương 8 Phân tích – Thiết kế 20 8.1 Phân tích....................................................................................................... 20 8.2 Thiết kế ........................................................................................................ 20 Chương 9 Cài đặt – Thử nghiệm 20 9.1 Thực hiện ..................................................................................................... 20 9.2 Hướng dẫn sử dụng ...................................................................................... 20 9.3 Thử nghiệm .................................................................................................. 20 Chương 10 Tổng kết 20 10.1 Kết quả đạt được .......................................................................................... 20 10.2 Hướng phát triển .......................................................................................... 20 Tài liệu tham khảo 20 KH OA C NT T – Đ H KH TN vii Danh sách Hình Hình 1.1 Thế giới Digital Media trong gia đình...................................................... 4 Hình 2.1. Các bước trong quá trình trao đổi nội dung dữ liệu................................. 9 Hình 2.2. Hai phần của DRM ................................................................................ 10 Hình 2.3. Ba yếu tố ảnh hưởng DRM.................................................................... 11 Hình 3.1 Mô hình mã hoá quy ước ........................................................................ 20 Hình 3.2 Mô hình mã hoá sử dụng khoá công khai............................................... 20 Hình 3.3 Sơ đồ kỹ thuật ẩn dấu thông tin .............................................................. 20 Hình 3.4 Tiền giấy của Ngân hàng nhà nước Việt Nam........................................ 20 Hình 3.5 Quá trình nhúng watermark .................................................................... 20 Hình 3.6 Phân loại các watermark......................................................................... 20 Hình 3.7 Tạo và sử dụng chữ ký điện tử ............................................................... 20 Hình 3.8 Xác nhận chữ ký ..................................................................................... 20 Hình 3.9 Cấu trúc của một giấy chứng nhận điện tử ............................................. 20 Hình 3.10 Tạo chứng nhận cho root CA và cho các CA thứ cấp .......................... 20 Hình 3.11 Tạo chứng nhận cho một end-user và ký vào tài liệu........................... 20 Hình 3.12 Các thành phần của giao thức SSL ....................................................... 20 Hình 3.13 Quá trình handshake của giao thức SSL.............................................. 20 Hình 3.14 Tập hợp các khái niệm của ngôn ngữ ODRL ....................................... 20 Hình 4.1 Mô hình DRM......................................................................................... 20 Hình 4.2 Cách dòng dữ liệu di chuyển trong hệ thống DRM ví dụ. ...................... 20 Hình 4.3 Mô tả quá trình hoạt động của FreeMe.exe ............................................ 20 Hình 4.4 Mô tả quá trình hoạt động của sound driver và sound card.................... 20 Hình 6.1 Mô hình IPMP ........................................................................................ 20 Hình 6.2 Mô hoạt động trong hệ thống IPMP ....................................................... 20 Hình 7.1 Sơ đồ Use-case........................................................................................ 20 KH OA C NT T – Đ H KH TN viii Hình 8.1 Sơ đồ các lớp đối tượng.......................................................................... 20 Hình 8.2 Sơ đồ logic dữ liệu.................................................................................. 20 Hình 8.3 Sơ đồ các màn hình................................................................................. 20 Hình 8.4 Màn hình Login ...................................................................................... 20 Hình 8.5 Màn hình RegisterUser ........................................................................... 20 Hình 8.6 Màn hình License ................................................................................... 20 Hình 8.7 Màn hình Keystore ................................................................................. 20 Hình 8.8 Màn hình Content ................................................................................... 20 Hình 8.9 Màn hình File-Users ............................................................................... 20 Hình 8.10 Màn hình Add-Users............................................................................. 20 Hình 8.11 Màn hình Admin................................................................................... 20 Hình 8.12 Màn hình Encode.................................................................................. 20 Hình 8.13 Màn hình Player.................................................................................... 20 Hình 8.14 Màn hình Mp4Player ............................................................................ 20 Hình 9.1 Hướng dẫn Xem phim/Nghe nhạc .......................................................... 20 Hình 9.2 Hướng dẫn Mã hóa nội dung .................................................................. 20 Hình 9.3 Hướng dẫn Mã hóa nội dung .................................................................. 20 KH OA C NT T – Đ H KH TN ix Danh sách Bảng Bảng 3.1. Mã hoá RSA .......................................................................................... 20 Bảng 3.2 Tử điển quyền của ngôn ngữ ODRL ...................................................... 20 Bảng 7.1 Yêu cầu chức năng ................................................................................. 20 Bảng 7.2 Yêu cầu chất lượng................................................................................. 20 Bảng 7.3 Các yêu cầu khác (phi chức năng).......................................................... 20 Bảng 7.4 Chức năng - Người dùng ........................................................................ 20 Bảng 8.1 Bảng chức năng - Đối tượng .................................................................. 20 Bảng 8.2 Danh sách mô tả ý nghĩa các đối tượng.................................................. 20 Bảng 8.3 Bảng đối tượng –Nhiệm vụ .................................................................... 20 KH OA C NT T – Đ H KH TN x Bảng chú giải Asset/Property Tài sản Authentication Xác minh quyền Authorization Cấp quyền Client/Server Máy con/máy chủ Communication Phương tiên liên lạc Consumer Người sử dụng Content Nội dung / dữ liệu Content owner Người sở hữu nội dung Cryptography Kỹ thuật mã hoá Digital Certificate Chứng nhận điện tử Digital ID Thẻ định danh điện tử Digital media Dữ liệu kỹ thuật số Distribution Phân phối E-cash tiền điện tử Encode/Decode Mã hoá/Giải mã Encryption Tech Công nghệ mã hoá Framework Hệ thống Hash Bảng băm Identification Nhận dạng Intellectual property Tài sản trí tuệ Keystore Thông tin lưu thành file trên máy của người dùng (lưu trữ khóa, các license giúp có thể mở nội dung không cần kết nối mạng) License Bản quyền sử dụng (Các thông tin cho phép người sử dụng có thể mở một content như : content nào, thời hạn, … ) Media Dữ liệu hình tiếng nói chung Metadata Siêu dữ liệu (thông tin mô tả dữ liệu) Monitor Kiểm soát Movie-on-demand Chiếu phim theo yêu cầu Multi-media Truyền thông đa phương tiện Multi-platform Đa nền tảng Offline Không kết nối internet Open-standard Chuẩn mở Packaging Đóng gói KH OA C NT T – Đ H KH TN xi Pay-per-view Trả tiền cho mỗi lần xem Piracy/digital piracy Nạn cướp kỹ thuật số/Tin tặc Playback Phát hình/tiếng trên máy Robust Cứng rắng Server software Phần mềm máy chủ Streaming Phát hình/tiếng theo luồng mạng Subscription Thuê bao Tracking Theo dõi User Người dùng, người sử dụng Vendor Tổ chức Verification Xác minh người sử dụng Watermark Thủy ấn (ẩn thông tin trong dữ liệu) Watermarking Kỹ thuật giấu thông tin Wireless Không dây KH OA C NT T – Đ H KH TN xii Ký hiệu và chữ viết tắt CA Certification Authority DOI Digital Object Indentifier DRM(S) Digital Rights Menagement (System) IPMP Intellectual Property Management and Protection MAC Message Authentication Code MPEG Moving Pictures Experts Group ODRL Open Digital Rights Language PKCS Public-key Cryptography Standard PKI Public-key Infastructure REL Rights Expression Language SSL Secure Socket Layer XML eXtensible Markup Language XrML eXtensible rights Markup Language KH OA C NT T – Đ H KH TN 1 Chương 1 Giới thiệu ở đầu luận văn, chúng em sẽ trình bày một cách khái quát về sự phát triển multimedia. Tác dụng của các công nghệ đã hỗ trợ phát triển multimedia như thế nào cũng như một số vấn đề nảy sinh – đó là nạn “ăn cắp” nội dung trái phép. Qua đó nêu lên được mục tiêu đề tài luận văn của chúng em. 1.1 Thực tế về multimedia Media là gì? Media được định nghĩa trong từ điển ngôn ngữ là truyền thông, môi trường hay phương tiện. Trong môi trường công nghệ thông tin media mang ý nghĩa đặc biệt là phương tiện nghe-nhìn. Nói một cách thông thường, người ta xem media là một từ để chỉ chung cho các dữ liệu liên quan đến hình ảnh, hình chuyển động, âm thanh, nhạc, và phim. [ 1 ] Vậy multimedia là gì ? Cụm từ multimedia dùng để mô tả những công nghệ, công cụ cho phép các phương tiện nghe nhìn kết hợp theo những cách mới nhằm mục đích truyền thông – truyền thông đa phương tiện. Multimedia được ứng dụng rộng rãi trong các lĩnh vực như giải trí, giáo dục và quảng cáo. Multimedia thường được nhắc đến nhiều hơn trong môi trường công nghệ thông tin. Gần như mọi máy tính để bàn (personal computer – PC) hiện nay đều chứa đựng multimedia trong nó bởi vì chúng M KH OA C NT T – Đ H KH TN Chương 1.Giới thiệu 2 đều có các thiết bị như CD-ROM, DVD và các phần cứng như Sound Card và Video Card. Hiện nay, có nhiều thiết bị chuyên biệt trình diễn multimedia ngày càng phong phú và hiện đại, một vài có thể kể là máy sao chép phim kỹ thuật số (digital video recorder – DVR), tivi màn hình tương tác, máy nghe nhạc MP3, các thiết bị không dây tiên tiến (wireless devices), điện thoại di động, PDA (personal digital assistant) và các màn hình chiếu phim công cộng (public video displays). 1.1.1 Lịch sử multimedia Thuật ngữ multimedia, bắt đầu được sử dụng vào những năm 1970. Khi đó người ta sử dụng thuật ngữ này để mô tả các bộ phim trình chiếu trong rạp hát và buổi trình diễn (slide show) hình chụp nghệ thuật. Lúc này ý nghĩa của multimedia rất hẹp. Bắt đầu từ giữa những năm 80 đến cuối những năm 90, ý nghĩa của multimedia bắt đầu thịnh hành. Hiện nay thuật ngữ này được sử dụng rộng rãi dùng để mô tả gần như tất cả những công nghệ phần cứng và phần mềm dùng để thể hiện hình ảnh và âm thanh. Ví dụ như trong truyền hình cáp kỹ thuật số, hay đi kèm với mạng (multimedia networking) để chỉ các hệ thống quản lý và cung cấp phim ảnh/âm thanh, hay các thiết bị gia đình như máy CD, MP3, DVD, tivi kỹ thuật số, … Gần đây, multimedia còn xâm nhập vào cả môi trường điện thoại di động thế hệ mới có khả năng thu nhận hình ảnh, phim, nhạc. Để thấy được sự phát triển của multimedia chúng ta hãy xem qua vài cột mốc lịch sử đáng ghi nhận  1961, hãng Philips của Hà Lan lần đầu tiên giới thiệu máy Cassette nghe nhạc.  1968, Douglas Engelbart đưa ra mô hình hoạt động “màn hình và con chuột”, các đặc điểm đồ hoạ của ông đưa ra được xem là các chuẩn đồ họa hiện nay.  1972, Atari giới thiệu game “Pong” và Magnavox giới thiệu game Odysey. Công nghệ game điện tử ra đời.  1976, Công ty JVC của Nhật giới thiệu công nghệ VHS – VCR. KH OA C NT T – Đ H KH TN Chương 1.Giới thiệu 3  1977, Apple cho ra đời sản phẩm Apple-II, và đi kèm là sự ra đời của game máy tính.  1983, Philips và Sony giới thiệu CD, ba năm sau đó đưa ra chuẩn CD- ROM.