Đề tài Đảm bảo tính riêng tư và truy vấn hiệu quả trên mạng cảm ứng không dây hai tầng

BÀI THU HOẠCH PHƯƠNG PHÁP NGHIÊN CỨU KHOA HỌC TRONG TIN HỌC Tên đề tài ĐẢM BẢO TÍNH RIÊNG TƯ VÀ TRUY VẤN HIỆU QUẢ TRÊN MẠNG CẢM ỨNG KHÔNG DÂY HAI TẦNG GIẢNG VIÊN HƯỚNG DẪN: GS.TSKH HOÀNG KIẾM HỌC VIÊN THỰC HIỆN: BÙI VĂN THẠCH MSHV: CH1211065 MỤC LỤC I. KHÁI NIỆM KHOA HỌC VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC..................................................3 1. Khái niệm khoa học: ..................................................................................................................3 2. Nghiên cứu khoa học .................................................................................................................4 II. VẤN ĐỀ KHOA HỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT..........................................5 1. Vấn đề khoa học.........................................................................................................................5 2. Phương pháp giải quyết vấn đề - bài toán phát minh, sáng chế. ................................................6 III. ỨNG DỤNG NGUYÊN LÍ SÁNG TẠO TRONG VẤN ĐỀ ĐẢM BẢO TÍNH RIÊNG TƯ VÀ TRUY VẤN HIỆU QUẢ TRÊN MẠNG CẢM ỨNG KHÔNG DÂY HAI TẦNG [1] ........12 1. Giới thiệu chung.......................................................................................................................12 2. Đặt vấn đề ................................................................................................................................12 3. Kết luận ....................................................................................................................................13 Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 3 I. KHÁI NIỆM KHOA HỌC VÀ NGHIÊN CỨU KHOA HỌC 1. Khái niệm khoa học: - Khoa học là hệ thống tri thức về mọi loại quy luật của tự nhiên, xã hội và tư duy (Pierre Auger UNESCO-PARIS). Hệ thống trí thức ở đây là kết quả của hàng loạt kiểm nghiệm, kiểm chứng các phát minh mới, ý tưởng mới theo một định hướng được vạch sẵn và được hệ thống lại một cách chặt chẽ logic đảm bảo tính đúng đắn của vấn đề. - Các tiêu chí nhận biết một bộ môn khoa học. o Đối tượng nghiên cứu. o Hệ thống lý thuyết. o Hệ thống phương pháp luận. o Mục đích sử dụng.  Ví dụ: bộ môn khoa học máy tính thì đối tượng nghiên cứu là máy tính và những phần mềm cho máy; hệ thống lí thuyết là những kiến thức về cấu trúc máy tính và ngôn ngữ lập trình cho máy tính; hệ thống phương pháp luận là dựa vào nhu cầu từ thực tế hay ý tưởng mới ngẫu nhiên, kết hợp với vốn kiến thức sẵn có để lập trình chạy thực nghiệm và kiểm chứng; mục đích sử dụng là khai thác thông tin một cách hiệu quả và tối ưu từ máy tính. - Sự phân loại các khoa học o Nguồn gốc hình thành khoa học:  Khoa học lý thuyết (sciences théorique).  Khoa học thuần túy (scieces pures, sciences de pure érudition).  Khoa học thực nghiệm (sciences empiricales, sciences expérimentales).  Khoa học thực chứng (sciences positives).  Khoa học quy nạp (sciences inductives).  Khoa học diễn dịch (sciences déductives). o Mục đích ứng dụng của khoa học  Khoa học mô tả (sciences descriptives).  Khoa học phân tích (sciences analytiques).  Khoa học tổng hợp (sciences synthétiques).  Khoa học ứng dụng (sciences appliquées).  Khoa học hành động (sciences de l’action).  Khoa học sáng tạo (sciences créatrices). o Mức độ khái quát hóa của khoa học  Khoa học cụ thể (sciences concrètes).  Khoa học trừu tượng (sciences abstraites).  Khoa học tổng quát (sciences générales).  Khoa học đặc thù (sciences particulières). o Tính tương liên giữa các khoa học  Khoa học liên bộ môn (sciences inter-disciplinaires)  Khoa học đa bộ môn (sciences multi-disciplinaires) o Kết quả họat động chủ quan của con nguời  Khoa học ký ức (sciences de la mémoire).  Khoa học tư duy (sciences de la pensée).  Khoa học suy luận (sciences de la raison).  Khoa học tưởng tượng (sciences de l’imagination). o Hệ thống tri thức hoặc chương trình đào tạo  Khoa học cơ bản (sciences de base). Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 4  Khoa học cơ sở (sciences fondamentales).  Khoa học chuyên môn (sciences de spécialisation). o Đối tượng nghiên cứu của khoa học  Khoa học tự nhiên (sciences naturelles, sciences de la nature).  Khoa học kỹ thuật (sciences techniques).  Khoa học công nghệ (sciences technologiques, sciences d’engineering).  Khoa học xã hội (sciences sociales).  Khoa học nhân văn (sciences humaines).  Khoa học nông nghiệp (sciences agricoles).  Khoa học cơ bản (sciences de la santée). 2. Nghiên cứu khoa học - Nghiên cứu khoa học xuất phát từ nhu cầu nhận thức để tìm kiếm những điều mà khoa học chưa có hoặc chưa phát hiện ra nhằm cải tạo thế giới. - Chức năng: o Mô tả: là trình bày bằng ngôn ngữ hình ảnh chung nhất của sự vật, cấu trúc, trạng thái, sự vận động của sự vật. Sự mô tả bao gồm định tính và định lượng.  Ví dụ: mô tả cấu trúc của máy tính chung nhất gồm 4 thành phần: bộ xử lí trung tâm (CPU), bộ nhớ trong, bộ nhớ ngoài, thiết bị vào/ra. o Giải thích: là làm rõ nguyên nhân sự hình thành và qui luật chi phối quá trình vận động của sự vật nhằm đưa ra những thông tin về thuộc tính bản chất của sự vật.  Ví dụ: nguồn gốc ra đời của máy tính là do nhu cầu khai thác thông tin của con người, do nhu cầu đặt ra ngày càng cao nên những nghiên cứu về máy tính luôn luôn phát triển không ngừng. o Dự đoán: là nhìn trước quá trình hình thành, sự tiêu vong, sự vận động và những biểu hiện của sự vật trong tương lai.  Ví dụ: những máy tính mới ra đời kích thước lớn và khả năng xử lí thông tin chậm sẽ dần được thay thế bằng những máy tính kích thước nhỏ, gọn (laptop) và xử lí nhanh. o Sáng tạo: là làm ra sự vật mới chưa từng tồn tại. Khoa học không bao giờ dừng lại ở ở chức năng mô tả, giải thích và dự đóan. Sứ mệnh lớn lao của khoa học là sáng tạo các giải pháp cải tạo thế giới.  Ví dụ: trong tương lai người ta sẽ tạo ra chiếc máy tính thực thi yêu cầu con người không phải thông qua câu lệnh nhập từ bàn phím mà thông qua giọng nói. - Đặc điểm: o Tính mới: nghiên cứu khoa học là quá trình thâm nhập vào thế giới của sự vật mà con người chưa biết, hướng tới những phát hiện mới hoặc những sáng tạo. Đây là đặc điểm quan trọng nhất. o Tính tin cậy: Kết quả nghiên cứu phải có khả năng kiểm chứng lại nhiều lần do nhiều người khác nhau trong điều kiện giống nhau. Do đó, một nguyên tắc mang tính phương pháp luận của nghiên cứu khoa học là khi trình bày một kết quả nghiên cứu, người nghiên cứu cần chỉ rõ điều kiện, những nhân tố và phương tiện thực hiện. o Tính thông tin: là những thông tin về qui luật vận động của sự vật hoặc hiện tượng, thông tin về qui trình công nghệ và các tham số đi kèm qui trình đó. o Tính khách quan: vừa là một đặc điểm của nghiên cứu khoa học vừa là tiêu chuẩn của người nghiên cứu khoa học. Để đảm bảo tính khách quan, người nghiên cứu khoa học cần phải tự trắc nghiệm lại những kết luận tưởng như đã hoàn toàn được xác nhận. o Tính rủi ro: Một nghiên cứu có thể thành công, có thể thất bại. Thất bại có thể do nhiều nguyên nhân nhưng trong khoa học thất bại cũng được xem là một kết quả và mang ý Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 5 nghĩa về một kết luận của nghiên cứu khoa học và được lưu giữ, tổng kết lại như một tài liệu khoa học nghiêm túc để tránh cho người đi sau không dẫm chân lên lối mòn, tránh lãng phí các nguồn lực nghiên cứu. o Tính thừa kế: Có ý nghĩa quan trọng về mặt phương pháp luận nghiên cứu. Ngày nay không có một nghiên cứu khoa học nào bắt đầu từ chỗ hoàn toàn trống không về kiến thức, phải kế thừa các kết quả nghiên cứu của các lĩnh vực khoa học khác nhau. o Tính cá nhân: vai trò của cá nhân trong sáng tạo mang tính quyết định, thể hiện trong tư duy cá nhân và chủ kiến riêng của các nhân. o Tính phi kinh tế: Lao động nghiên cứu khoa học hầu như không thể định mức, thiết bị chuyên dụng dùng trong nghiên cứu khoa học hầu như không thể khấu hao, hiệu quả kinh tế của nghiên cứu khoa học hầu như không thể xác định. - Các loại hình nghiên cứu khoa học: o Nghiên cứu cơ bản: nhằm phát hiện bản chất, qui luật của sự vật hoặc hiện tượng trong tự nhiên, xã hội, con người, có thể thực hiện trên cơ sở những nghiên cứu thuần túy lý thuyết hoặc trên cơ sở những quan sát, thí nghiệm. Sản phẩm là các phát kiến, công thức, phát minh. Chia làm 2 lọai: o Nghiên cứu cơ bản thuần túy và định hướng: UNESCO chia nghiên cứu cơ bản định hướng thành nghiên cứu nền tảng và chuyên đề. o Nghiên cứu ứng dụng: là sự vận dụng các qui luật từ nghiên cứu cơ bản để đưa ra nguyên lý về các giải pháp có thể bao gồm công nghệ, sản phẩm, vật liệu,...Sáng chế là giải pháp kỹ thuật có tính mới và áp dụng được. o Nghiên cứu triển khai (R & D): là sự vận dụng các qui luật, các nguyên lý để đưa ra các hình mẫu với những tham số có tính khả thi về kỹ thuật, có thể chia làm các lọai hình: triển khai trong phòng, bán đại trà,.. - Các bước nghiên cứu khoa học: o Xác lập vấn đề nghiên cứu: Vấn đề nghiên cứu là những điều chưa biết hoặc chưa biết thấu đáo về bản chất sự vật hoặc hiện tượng, cần được làm rõ trong quá trình nghiên cứu. Khi vấn đề nghiên cứu được chọn và cụ thể hóa thành 1 đề tài nghiên cứu, người nghiên cứu cần xác định cơ sở lý thuyết cho nghiên cứu và tìm hiểu lịch sử vấn đề. o Chuẩn bị nghiên cứu: Xây dựng đề cương nghiên cứu (lý do chọn đề tài, xác định đối tượng và phạm vi nghiên cứu, xác định mục tiêu và nhiệm vụ nghiên cứu, đặt tên đề tài,..), xây dựng kế hoạch nghiên cứu (tiến độ, nhân lực, dự toán,…), chuẩn bị phương tiện nghiên cứu, lập danh mục tư liệu,.... o Lựa chọn và nghiên cứu thông tin: thu thập và xử lý thông tin, nghiên cứu tư liệu, thâm nhập thực tế, tiếp xúc cá nhân, xử lý thông tin,.. o Nghiên cứu: xây dựng giả thuyết, lựa chọn phương pháp nghiên cứu, nghiên cứu và kiểm chứng giả thuyết. o Hoàn tất nghiên cứu: đề xuất và xử lý thông tin, xây dựng kết luận và kiến nghị, viết báo cáo hoàn tất, hoàn tất và áp dụng kết quả. II. VẤN ĐỀ KHOA HỌC VÀ CÁC PHƯƠNG PHÁP GIẢI QUYẾT 1. Vấn đề khoa học - Khái niệm Vấn đề khoa học (scientific problem) cũng được gọi là vấn đề nghiên cứu (research problem) hoặc câu hỏi nghiên cứu là câu hỏi được đặt ra khi người nghiên cứu đứng trước mâu thuẫn giữa tính hạn chế của tri thức khoa học hiện có với yêu cầu phát triển tri thức đó ở trình độ cao hơn. Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 6 Ví dụ: Khi tạo ra được chiếc xe đạp điều khiển tốc độ bằng suy nghĩ của người chạy thì còn hạn chế là trong môi trường có sóng của điện thoại di động thi không thực hiện được, vậy vấn đề đặt ra là làm thế nào để khắc phục hạn chế đó, đây là một vấn đề khoa học. - Phân loại: Nghiên cứu khoa học luôn tồn tại hai vấn đề:  Vấn đề về bản chất sự vật đang tìm kiếm  Vấn đề về phương pháp nghiên cứu để làm sáng tỏ về lý thuyết và thực tiễn những vấn đề thuộc lớp thứ nhất. 2. Phương pháp giải quyết vấn đề - bài toán phát minh, sáng chế. Theo nhà khoa học Atshuler trong suốt quá trình làm việc của mình đã đưa ra một hệ thống gồm 40 nguyên tắc sáng tạo cho bài toán phát minh sáng chế như sau: 1. Nguyên tắc phân nhỏ:  Chia đối tượng thành các phần độc lập.  Làm đối tượng trở nên tháo lắp được.  Tăng mức độ phân nhỏ đối tượng.  Ví dụ: nếu ta chứa toàn bộ dữ liệu trong một ổ đĩa thì thật khó khăn cho quá trình tìm kiếm dữ liệu do vậy ta thường phân nhỏ ổ đĩa thành các ổ đĩa nhỏ hơn. 2. Nguyên tắc “tách khỏi”:  Tách phần gây “phiền phức” hay ngược lại tách phần duy nhất “cần thiết” ra khỏi đối tượng.  Ví dụ: Nay đã có phần mềm ứng dụng có tên là Remove (Tẩy xóa) dùng cho điện thoại thông minh, giúp loại bỏ những gì không mong muốn ra khỏi ảnh một cách dễ dàng. 3. Nguyên tắc phẩm chất cục bộ:  Chuyển đối tượng (hay môi trường bên ngoài, tác động bên ngoài) có cấu trúc đồng nhất thành không đồng nhất.  Các phần khác nhau của đối tượng phải có các chức năng khác nhau.  Mỗi phần của đối tượng phải ở trong những điều kiện thích hợp nhất đối với công việc.  Ví dụ: khi tạo ra một sản phẩm tiêu dùng thì nhà sản xuất sẽ hướng tới đối tượng tiêu dùng để tăng khả năng tiêu thụ, ví dụ tạo ra sản phẩm sữa cho lứa tuổi tiểu học thì hình ảnh bao bì phải ngộ nghĩnh và bắt mắt. 4. Nguyên tắc phản đối xứng:  Chuyển đối tượng có hình dạng đối xứng thành không đối xứng (nói chung giảm bậc đối xứng).  Ví dụ: để cất được nhiều vỏ lon bia trong một chiếc bọc, người ta làm cho nó dẹp đi để chứa được nhiều hơn. 5. Nguyên tắc kết hợp:  Kết hợp các đối tượng đồng nhất hoặc các đối tượng dùng cho các hoạt động kế cận.  Kết hợp về mặt thời gian các hoạt động đồng nhất hoặc kế cận.  Ví dụ: Một chương trình diệt Virus thì có thể không diệt hết tất cả các loại virus do vậy ta có thể cài thêm chương trình khác để hỗ trợ tốt hơn 6. Nguyên tắc vạn năng:  Đối tượng thực hiện một số chức năng khác nhau, do đó không cần sự tham gia của các đối tượng khác.  Ví dụ: tích hợp chức năng quay phim, chụp hình, nghe nhạc trong một chiếc điện thoại di động. 7. Nguyên tắc “chứa trong”: Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 7  Môt đối tượng được đặt bên trong đối tượng khác và bản thân nó lại chứa đối tượng thứ ba…  Một đối tượng chuyển động xuyên suốt bên trong đối tượng khác.  Ví dụ: phân cấp cây thư mục trong việc quản lí dữ liệu trong máy tính, theo đó ta có thư mục gốc, thư mục mẹ, thư mục con,... 8. Nguyên tắc phản trọng lượng:  Bù trừ trọng lượng của đối tượng bằng cách gắn nó với các đối tượng khác, có lực nâng.  Bù trừ trọng lượng của đối tượng bằng cách tương tác với môi trường như sử dụng các lực thủy động, khí động …  Ví dụ: vận dụng nguyên tắc này để tạo ra các phương tiện di chuyển trên sông như tàu, thuyền. 9. Nguyên tắc gây ứng suất sơ bộ:  Gây ứng suất trước đối với đối tượng để chống lại ứng suất không cho phép hoặc không mong muốn khi đối tượng làm việc (hoặc gây ứng súât trước để khi làm việc sẽ dùng ứng súât ngược lại).  Ví dụ: được ứng dụng trong việc tạo ra các văcxin ngừa bệnh. 10. Nguyên tắc thực hiện sơ bộ:  Thực hiện trước sự thay đổi cần có, hoàn toàn hoặc từng phần, đối với đối tượng.  Cần sắp xếp đối tượng trước, sao cho chúng có thể hoạt động từ vị trí thuận lợi nhất, không mất thời gian dịch chuyển.  Ví dụ: trong quá trình lập trình, người lập trình sắp xếp biểu thức tính toán cũng như các câu lệnh sao cho độ phức tạp của chương trình là thấp nhất. 11. Nguyên tắc dự phòng:  Bù đắp độ tin cậy không lớn của đối tượng bằng cách chuẩn bị trước các phương tiện báo động, ứng cứu, an toàn.  Ví dụ: trong quá trình lập trình thì người lập trình phải dự đoán giá trị tối đa mà biến có thể nhận được để khai báo các biến cho phù hợp. Giả sử nhập số a có kiểu dữ liệu là byte thì bình phương của a phải là word hoặc longint. 12. Nguyên tắc đẳng thế:  Thay đổi điều kiện làm việc để không phải nâng lên hay hạ xuống các đối tượng.  Ví dụ: để kiểm tra hệ thống điện trên các trụ điện người ta tạo ra một thiết bị đưa những người thợ lên cao thay vì không thề hạ trụ điện xuống. 13. Nguyên tắc đảo ngược:  Thay vì hành động như yêu cầu bài toán, hành động ngược lại (ví dụ: không làm nóng mà làm lạnh đối tượng).  Làm phần chuyển động của đối tượng (hay môi trường bên ngoài) thành đứng yên và ngược lại phần đứng yên thành chuyển động.  Ví dụ: để chứng minh tính liên thông của một đồ thị thì ta giả sử đồ thị không liên thông sau đó chứng minh điều này vô lí từ đó rút ra kết luận đồ thị liên thông. 14. Nguyên tắc cầu (tròn) hoá:  Chuyển những phần thẳng của đối tượng thành cong, mặt phẳng thành mặt cầu, kết cấu hình hộp thành kết cấu hình cầu.  Sử dụng các con lăn, viên bi, vòng xoắn.  Chuyển sang chuyển động quay, sử dụng lực ly tâm. Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 8  Ví dụ: để giảm ma sát trong quá trình chuyển động của vật chất người ta thuờng cấu tạo vật chất đó ở dạng hình tròn vì lực ma sát tỉ lệ thuận với bề mặt tiếp xúc. 15. Nguyên tắc linh động:  Cần thay đổi các đặc trưng của đối tượng hay môi trường bên ngoài sao cho chúng tối ưu trong từng giai đoạn làm việc.  Phân chia đối tượng thành từng phần, có khả năng dịch chuyển với nhau.  Ví dụ: giao thức TCP/IP có chức năng tự chia nhỏ gói tin thành các mẫu nhỏ để truyền nhanh hơn sau đó tự động tổng hợp lại. 16. Nguyên tắc giải “thiếu” hoặc “thừa”:  Nếu như khó nhận được 100% hiệu quả cần thiết, nên nhận ít hơn hoặc nhiều hơn “một chút”. Lúc đó bài toán có thể trở nên đơn giản hơn và dễ giải hơn.  Ví dụ: kiểu dữ liệu số thực (real) cho phép kết quả một bài toán có sai số. 17. Nguyên tắc chuyển sang chiều khác:  Những khó khăn do chuyển động (hay sắp xếp) đối tượng theo đường (một chiều) sẽ được khắc phục nếu cho đối tượng khả năng di chuyển trên mặt phẳng (hai chiều), tương tự những bài toán liên quan đến chuyển động (hay sắp xếp) các đối tượng trên mặt phẳng sẽ được đơn giản hóa khi chuyển sang không gian (ba chiều).  Chuyển các đối tượng có kết cấu một tầng thành nhiều tầng.  Đặt đối tượng nằm nghiêng.  Sử dụng mặt sau của diện tích cho trước.  Sử dụng các luồng ánh sáng tới diện tích bên cạnh hoặc tới mặt sau của diện tích cho trước.  Ví dụ: khi đưa ra mô hình tham khảo người ta thường trình chiếu ở không gian 3D để quan sát được các mặt của nó. 18. Nguyên tắc sử dụng các dao động cơ học:  Làm đối tượng dao động.  Nếu đã có dao động, tăng tần số dao động.  Sử dụng tần số cộng hưởng.  Thay vì dùng các bộ rung cơ học. dùng các bộ rung áp điện.  Sử dụng siêu âm kết hợp với trường điện từ. 19. Nguyên tắc tác động theo chu kỳ:  Chuyển tác động liên tục thành tác động theo chu kỳ (xung).  Nếu đã có tác động theo chu kỳ, hãy thay đổi chu kỳ.  Sử dụng các khoảng thời gian giữa các xung để thực hiên tác động khác.  Ví dụ: làm thay đổi tần số các sóng âm để tạo ra những âm thanh khác nhau từ nền âm thanh sẵn có nhờ đó cùng một bài hát ta có thể nghe trên nền nhạc Rock hoặc Pop. 20. Nguyên tắc liên tục tác động có ích:  Thực hiện công việc một cách liên tục (tất cả các phần của đối tượng cần luôn luôn làm việc ở chế độ đủ tải).  Khắc phục vận hành không tải và trung gian.  Chuyển chuyển động tịnh tiến qua lại thành chuyển động quay.  Ví dụ: trong nông nghiệp khi gặt lúa xong người ta không để trống đất mà trồng xen canh loại cây khác. 21. Nguyên tắc “vượt nhanh”:  Vượt qua các giai đoạn có hại hoặc nguy hiểm với vận tốc lớn.  Vượt nhanh để có được hiệu ứng cần thiết.  Ví dụ: ứng dụng nguyên lí này để tạo ra các sản phẩm như máy giặt, tủ lạnh với chế độ giặt nhanh hay làm lạnh nhanh. Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 9 22. Nguyên tắc biến hại thành lợi:  Sử dụng những tác nhân có hại (ví dụ tác động có hại của môi trường) để thu được hiệu ứng có lợi.  Khắc phục tác nhân có hại bằng cách kết hợp nó với tác nhân có hại khác.  Tăng cường tác nhân có hại đến mức nó không còn có hại nữa.  Ví dụ: người ta phát hiện ra một loài vi khuẩn tồn tại hầu như bất diện và nhờ vào đặc tính này nghiên cứu gen của nó để có thể chế tạo ra kháng sinh cho con người. 23. Nguyên tắc quan hệ phản hồi:  Thiết lập quan hệ phản hồi.  Nếu đã có quan hệ phản hồi, hãy thay đổi nó.  Ví dụ: sản phẩm diệt virus BKAV luôn có mục dành cho phản hồi từ phía khách hàng để có thể hoàn thiện những sai sót từ những phản hồi đó. 24. Nguyên tắc sử dụng trung gian:  Sử dụng đối tượng trung gian, chuyển tiếp.  Ví dụ: thông qua người này để có thể có thông tin từ người khách là một cách tiếp cận trung gian. 25. Nguyên tắc tự phục vụ:  Đối tượng phải tự phục vụ bằng cách thực hiện các thao tác phụ trợ, sửa chữa.  Sử dụng phế liệu, chất thải, năng lương dư.  Ví dụ: khi cài đặt một phần mềm diệt virut nếu có phiên bản mới sẽ tự động cập nhật. 26. Nguyên tắc sao chép (copy):  Thay vì sử dụng những cái không được phép, phức tạp, đắt tiền, không tiện lợi hoặc dễ vỡ, sử dụng bản sao.  Thay thế đối tượng hay hệ các đối tượng bằng bản sao quang học (ảnh, hình vẽ với các tỷ lệ cần thiết).  Nếu không thể sử dụng bản sao quang học ở vùng biểu kiến (vùng ánh sáng nhìn thấy được bằng mắt thường), chuyển sang sử dụng các bản sao hồng ngoại hoặc tử ngoại.  Ví dụ: tạo ra mô hình vật chất thu nhỏ để trưng bày thay thế cho việc tạo ra sản phẩm thật khá tốn kém. 27. Nguyên tắc “rẻ” thay cho “đắt”:  Thay đối tượng đắt tiền bằng bộ các đối tượng rẻ có chất lượng kém hơn.  Ví dụ: thay thế các hộp đựng bánh từ kim loại như sắt thành hộp bằng giấy để hạ giá thành sản phẩm. 28. Thay thế sơ đồ cơ học:  Thay thế sơ đồ cơ học bằng điện, quang, nhiệt, âm hoặc mùi vị.  Sử dụng điện trường, từ trường và điện từ trường trong tương tác với đối tượng.  Chuyển các trường đứng yên sang chuyển động, các trường cố định sang thay đổi theo thời gian, các trường đồng nhất sang có cấu trúc nhất định.  Sử dụng các trường kết hợp với các hạt sắt từ. 29. Sử dụng các kết cấu khí và lỏng:  Thay cho các phần của đối tượng ở thể rắn, sử dụng các chất khí và lỏng; nạp khí, nạp chất lỏng, đệm không khí, thủy tĩnh, thủy phản lực.  Ví dụ: trong việc sản xuất bột giặt cho máy giặt người ta thay thế bột giặt dạng hạt thành dạng nước dễ hòa tan. 30. Sử dụng vỏ dẻo và màng mỏng:  Sử dụng các vỏ dẽo và mành mỏng thay cho các kết cấu khối.  Cách ly đối tượng với môi trường bên ngoài bằng các vỏ dẻo và màng mỏng. Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 10  Ví dụ: khi di chuyển vật dụng dễ vỡ người ta dùng các miếng xốp để tránh va chạm mạnh. 31. Sử dụng các vật liệu nhiều lỗ:  Làm đối tượng có nhiều lỗ hoặc sử dụng thêm những chi tiết nhiều lỗ (miếng đệm, tấm phủ,…).  Nếu đối tượng đã có nhiều lỗ, sơ bộ tẩm nó bằng chất nào đó.  Ví dụ: để tránh cho trái cây bị úng người ta bao bằng các lưới mềm để thoát nhiệt 32. Nguyên tắc thay đổi màu sắc:  Thay đổi màu sắc của đối tượng hay môi trường bên ngoài.  Thay đổi độ trong suốt của đối tượng hay mội trường bên ngoài.  Để có thể quan sát được những đối tượng hoặc những quá trình, sử dụng các chất phụ gia màu, huỳnh quang.  Nếu các chất phụ gia đó đã được sử dụng, dùng các nguyên tử đánh dấu.  Sử dụng các hình vẽ, ký hiệu thích hợp.  Ví dụ: người ta dùng các tín hiệu đèn xanh, đỏ, vàng để điều khiển người đi đường. 33. Nguyên tắc đồng nhất:  Những đối tượng tương tác với đối tượng cho trước, phải được làm từ cùng một vật liệu (hoặc từ vật liệu gần về các tính chất) với vật liệu chế tạo đối tượng cho trước.  Ví dụ: khi gắn hai thanh Ram vào Main cùng Bus thì sẽ làm tăng hiệu quả sử dụng tránh trường hợp bị “sốc”. 34. Nguyên tắc phân hủy hoặc tái sinh các phần:  Phần đối tượng đã hoàn thành nhiêm vụ hoặc trở nên không cần thiết phải tự phân hủy (hòa tan, bay hơi,…) hoặc phải biến dạng.  Các phần mất mát của đối tượng phải được phục hồi trực tiếp trong quá trình làm việc.  Ví dụ: trong khi lập trình, người ta khuyến khích dùng các biến cục bộ thay cho biến toàn cục để khi kết thúc thủ tục hay hàm thì biến cục bộ đó sẽ tự động mất đi nhằm làm giảm bộ nhớ dành cho chương trình. Hay khi chế tạo vệ tinh thăm dò phóng vào vũ trụ thì sau đó nó sẽ tự động phân hủy thành các mãnh vụn và rơi xuống những vùng an toàn. 35. Thay đổi các thông số hoá lý của đối tượng:  Thay đổi trạng thái đối tượng.  Thay đổi nồng độ hay độ đậm đặc.  Thay đổi dộ dẻo.  Thay đổi nhiệt độ, thể tích.  Ví dụ: trong các phản ứng hóa học người ta thường cho chất xúc tác là axit có nồng độ đậm đặc hay loãng để cho ra các sản phẩm khác nhau của quá trình phản ứng. 36. Sử dụng chuyển pha:  Sử dụng các hiện tượng nảy sinh, trong các quá trình chuyển pha như thay đổi thể tích, tỏa hay hấp thu nhiệt lượng … 37. Sử dụng sự nở nhiệt:  Sử dụng sự nở (hay co) nhiệt của các vật liệu.  Nếu đã dùng sự nở nhiệt, sử dụng với vật liệu có các hệ số nở nhiệt khác nhau.  Ví dụ: khi tạo các đường ray bằng sắt, người ta phải tính đến hệ số nở nhiệt để tạo khe hở cần thiết. Hoặc khi đóng nước các chai thủy tinh người ta không đong đầy vì hệ số nở nhiệt của nước cao hơn thủy tinh. 38. Sử dụng các chất ôxy hóa mạnh: Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 11  Thay không khí thường bằng không khí giàu ôxy.  Thay không khí giàu ôxy bằng chính ôxy.  Dùng các bức xạ iôn hóa tác động lên không khí hoặc ôxy.  Thay ôxy giàu iôn (hoặc ôxy bị iôn hóa) bằng chính ôxy. 39. Thay đổi độ trơ:  Thay môi trường thông thường bằng môi trường trung hòa.  Đưa thêm vào đối tượng các phần, các chất, phụ gia trung hòa.  Thực hiện quá trình trong chân không.  Ví dụ: đưa các chất hóa học có tính trơ ở môi trường thông thường vào môi trường có xúc tác hoặc nhiệt độ cao để thay đổi tính trơ. 40. Sử dụng các vật liệu hợp thành (composite):  Chuyển từ các vật liệu đồng nhất sang sử dụng những vật liệu hợp thành (composite), Hay nói chung sử dụng các loại vật liệu mới.  Ví dụ: tạo ra những vật liệu từ nhựa tổng hợp. Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 12 III. ỨNG DỤNG NGUYÊN LÍ SÁNG TẠO TRONG VẤN ĐỀ ĐẢM BẢO TÍNH RIÊNG TƯ VÀ TRUY VẤN HIỆU QUẢ TRÊN MẠNG CẢM ỨNG KHÔNG DÂY HAI TẦNG [1] 1. Giới thiệu chung Mạng cảm ứng không dây (WSNs) ngày càng phổ biến trong thời đại hiện nay. WSNs đóng vai trò là thành phần thiết yếu trong cuộc sống tương lai với rất nhiều ứng dụng khác nhau, từ quân sự cho tới dân sự. Trong thực tế, có hai dạng mô hình của WSNs là: nút cảm ứng thu thập dữ liệu và một máy chủ nhận dữ liệu từ nút cảm ứng và trả lời câu truy vấn của người dùng; và mô hình có thêm một nút trung gian được gọi là nút lưu trữ nằm ở giữa nút cảm ứng và máy chủ. Mô hình thứ hai gọi là mô hình hai tầng và được sử dụng rộng rãi ngày nay vì nó tiết kiệm năng lượng và đã được sản xuất thương mại (như Stargate hay RISE). Trong luận văn này, chúng tôi sẽ xét mô hình mạng cảm ứng không dây hai tầng với nút lưu trữ nhận dữ liệu từ nút cảm ứng và mọi câu truy vấn từ máy chủ sẽ được thực hiện thông qua những nút lưu trữ này. Với mô hình như vậy, vấn đề là làm sao đảm bảo được tính riêng tư của dữ liệu tại nút lưu trữ vì phần lớn nút lưu trữ dễ bị kẻ thù xâm nhập. Mã hóa dữ liệu là một giải pháp phổ biến để làm cho kẻ thù không đọc được dữ liệu. Thế nhưng, khi máy chủ cần dữ liệu trong một khoảng nào đó thì nút lưu trữ phải đọc dữ liệu đã được mã hóa và trả lời câu truy vấn của máy chủ. Để giải quyết vấn đề này, chúng tôi đề xuất sử dụng ma trận d-phân-cách, hàm bảo toàn thứ tự và hàm hoán vị. Hàm bảo toàn thứ tự dùng để truy vấn; còn hàm hoán vị và ma trận d-phân-cách được sử dụng để mã hóa dữ liệu và tính được chính xác tần số của bất kỳ giá trị nào mà nút lưu trữ đã thu thập được. Hướng tiếp cận này đã được chúng tôi chứng minh rằng đảm bảo tính riêng tư của dữ liệu và đồng thời truy vấn khoảng một cách hiệu quả. Bằng thực nghiệm, chúng tôi chỉ mất ít hơn 60 giây để mã hóa hoặc giải mã 200.000 dữ liệu. 2. Đặt vấn đề Trong chiến tranh hay thời bình, việc thu thập thông tin tình báo để biết được động tĩnh của đối phương là cực kỳ quan trọng. Việc thu thập tình báo đơn giản nhất là sử dụng điệp viên. Trong thời đại công nghệ cao, việc thu thập thông tin đối phương dựa vào thiết bị điện tử là một chiến trường hoàn toàn mới. Đây là chiến trường tác chiến điện tử. Trong chiến trường này, kẻ thù cũng như quân ta đều sử dụng môt thiết bị không dây để thu thập thông tin, đó là nút cảm ứng. Vì bản thân các nút cảm ứng phải được đặt trong môi trường kẻ thù nên việc kẻ thù bắt được nút cảm ứng và tìm cách giải mã là điều tất yếu. Do đó, khi có trong tay dữ liệu, đảm bảo kẻ thù không hiểu được dữ l iệu là điều sống còn. Nhưng ngược lại, khi ta có dữ liệu thì tay phải hiểu được dữ liệu đó. Việc bố trí các nút cảm ứng với sự bảo mật tốt sẽ tạo ra một mô hình mạng cảm ứng sẽ giúp chúng ta không tiêu hao binh sĩ, không lộ thông tin tình báo (vì nếu điệp viên bị bắt thì có thể bị tra tấn để khai ra thông tin mật) mà vẫn biết được động tĩnh của đối phương. Bảo đảm tính riêng tư t rên mạng cảm ứng không dây hai tầng cho nút lưu trữ và có thể truy vấn được dữ liệu trên đó là một thách thức vì sự giới hạn khả năng tính toán, bộ nhớ, băng thông và năng lượng của nút cảm ứng. Với giả thuyết là máy chủ đáng tin cậy trong mô hình trên, bao gồm nút cảm ứng, nút lưu trữ và máy chủ, vấn đề trên có được giải quyết nhưng không nhiều. Kỹ thuật tiên tiến nhất của Sheng và Lilà dùng kỹ thuật chia khoảng, mã hóa đối xứng và hàm băm để đảm bảo tính riêng tư và toàn vẹn tại nút lưu trữ. Kỹ thuật chia khoảng cho phép nút lưu trữ trả lời câu hỏi từ máy chủ mà không cần biết chính xác giá trị. Mặt dù kỹ thuật này hiệu quả Phương pháp nghiên cứu khoa học trong tin học GVHD: GS.TSKH Hoàng Kiếm 13 về mặt thời gian nhưng nó có nhược điểm về mặt bảo mật. Toàn bộ kỹ thuật chia khoảng và phân phối xác suất có thể bị ước lượng theo Horse. Hơn nữa, xét riêng về tính toàn vẹn dữ liệu, nút lưu trữ vẫn phải trả về khoảng không có giá trị nếu máy chủ truy vấn đúng khoảng đó. Điều này dẫn tới việc tốn băng thông trong trường hợp nút lưu trữ chỉ thu thập được một số lượng nhỏ giá trị. Phương pháp kiểm tra chéo, đánh chỉ số dữ liệu (nghĩa là có vector chỉ thị xem khoảng nào có giá trị hay không) phải được nhúng vào trong dữ l iệu của nút cảm ứng có thể giải quyết vấn đề này. Thế nhưng phương pháp này lại giảm khả năng đảm bảo tính toàn vẹn của dữ liệu. Hơn nữa, việc trả về toàn bộ khoảng có chứa dữ liệu trong câu truy vấn đồng nghĩa với việc máy chủ sẽ nhận thêm những giá trị dư thừa, làm tốn băng thông. Kỹ thuật của Chen và Liu sử dụng việc xác nhận tiền tố và cấu trúc chuỗi láng giềng để đảm bảo tính riêng tư và toàn vẹn của dữ liệu. Tuy nhiên, việc sử dụng chuỗi láng giềng làm tăng gấp đôi kích thước dữ liệu truyền đi từ nút lưu trữ. Hơn nữa, số lượng giá trị băm sử dụng cho việc xác nhận tiền tố cũng phụ thuộc vào số lượng dữ liệu thu thập được. Đặc biệt là trong trường hợp có nhiều dữ liệu được thu thập tại một thời điểm, việc lãng phí băng thông là điều không thể tránh khỏi. Hơn nữa, mặt dù trong bài báo trên đề cập tới vấn đề trùng lặp dữ liệu nhưng giải pháp đưa ra vẫn chưa rõ ràng. Kỹ thuật đại số đề xuất phương pháp biểu đồ nén (zip-histogram). Phương pháp này độc lập với số lương dữ liệu nút lưu trữ thu thập được và do đó rất có lợi khi nút lưu trữ thu thập được nhiều dữ liệu. Phương pháp này cũng đồng thời giữ chi phí truyền thông cố định cho bất kỳ dữ liệu nào. Tuy nhiên, chi phí tính toán ở máy chủ chưa được giải quyết. Trong luận văn này, chúng ta đề xuất phương pháp sử dụng ma trận d-phân-cách, hàm bảo toàn thứ tự và hàm hoán vị để đảm bảo tính riêng tư và truy vấn hiệu quả trong hệ thống. Phương pháp này có chi phí truyền thông cố định và độc lập với số lượng dữ l iệu thu thập được. Điều này cho thấy sự ưu việt hơn so với các phương pháp trong. Hơn nữa, chi phí tính toán trong cũng được giải quyết. 3. Kết luận Vấn đề trên mạng cảm ứng không dây không chỉ là đảm bảo tính riêng tư cả dữ liệu mà còn làm thế nào để truy vấn được trên dữ liệu đã được mã hóa. Trong luận văn này, chúng tôi đề xuất một phương pháp giúp giải quyết vấn đề trên. Bằng cách sử dụng ma trận d-phân-cách, hàm bảo toàn thứ tự và hàm hoán vị, chúng tôi đã có thể đạt được hai yêu cầu trên. Hiệu quả của phương pháp này còn được xem xét dưới khía cạnh lưu trữ, tính toán và chi phí truyền thông. Cụ thể hơn, thực nghiệm đã cho thấy chỉ mất ít hơn 60 giây để mã hóa hoặc giải mã khoảng 200.000 dữ l iệu. Tuy nhiên, phương pháp đề xuất này sẽ tốn nhiều thời gian để trả lời câu truy vấn: "Giá trị nào xuất hiện nhiều nhất?". Một câu hỏi thú vị khác là liệu có tồn tại mối liên hệ nào giữa trị riêng của ma trận d-phân-cách và thử nhóm (Group Testing) hay không? [1] Nguyen, Thuc D., Thach V. Bui, Van H. Dang, and Deokjai Choi. Efficiently Preserving Data Privacy Range Queries in Two-Tiered Wireless Sensor Networks. In Ubiquitous Intelligence & Computing and 9th International Conference on Autonomic & Trusted Computing (UIC/ATC), 2012 9th International Conference on, pp. 973-978. IEEE, 2012.