Hành Trang Khoa Học/Tương tự hoá và Tương tự hóa cưỡng bức

Từ Thư viện Khoa học VLOS
Bước tới: chuyển hướng, tìm kiếm

Trong các lớp bậc trung học chúng ta cũng đã biết chút ít thế nào là tương tự. Hai bài toán có thể dùng cùng một phương cách để giải thì ta gọi đó là "quá trình tương tự hoá". Với lối suy nghĩ này nhiều bạn cũng đã mang theo lên các lớp bậc đại học cũng như khi đi làm và rồi cho rằng chẳng cần gì để hiểu hay biết nhiều hơn trong phương cách này. Thực ra, nếu sử dụng các phương pháp tương tự một cách thấu đáo thì cùng có thể bạn sẽ tìm thấy "những cá tính mới cuả một người bạn cũ". (Đồ "cổ" thì lúc nào cũng có giá mờ!) Trong bài này thay vì đưa vào những định nghiã cổ điển chúng tôi sẽ cố gắng trình bày nhiều tình huống giải quyết vấn đề đã hay đang đươc tiến hành trong thực tế.

Các phương pháp tương tự hóa thường rất dể ứng dụng trong việc tìm thiết kế sản phẩm mới hay thiết kế các hệ thống với nguyên lý làm việc mới mô phỏng từ các hiện tượng hay ý tưởng triết lý khác.

Tương tự hóa

Các bước tiến hành tương tự hóa

  • Hãy nghĩ vấn đề như là một đối tượng. Và bây giờ xem xét một đối tượng khác. Đối tượng có thể là bất kì nhưng những cơ phận cuả thiên nhiên thường sẽ thích hợp nhất.
  • Viết xuống tất cả những sự tương đồng cuả hai đối tượng các tính chất về vật lý, hoá học, hình dạng, màu sắc... cũng như là chức năng và hoạt động
  • Bây gìờ xem xét sâu hơn sự tương đồng cuả cả hai xem có gì khác nhau và qua đó tìm thấy được những ý mới cho vấn đề.

Thí Dụ 1

Cải tiến máy thu hình (camcorder) khi so sánh với đôi mắt người

  • Sự tương đồng rất lớn: Thu nhận ảnh chuyển động màu sắc ..(bạn có thể liệt kê một danh sách khá dài về sự giống nhau)
  • Bây giờ phân tích chi tiết hơn:
- Con mắt người thu hình chuyển động nhanh tốt hơn máy
- Con mắt người có khả năng tự điều chỉnh độ tương phản khi đối tương có một phong nền thật sáng (chẳng hạn như khi thu 1 người bạn đứng trước ngọn đèn sáng thì ảnh thu vào có thể gặp hiện tương ..."đen mặt"
- Mắt người biết tự điều tiết để nhìn vật gần hay xa
- Mắt người có thể cho phép phán đoán khoảng cách và nhận diện hình khối 3 chiều
- ...
  • Qua đó thấy ra những gì cần cải thiện cho máy thu hình

Thí Dụ 2

Quá trình tương tự hoá còn gặp rất nhiều trong khoa Phỏng Sinh Học. Ngành này thường nghiên cứu các quá trình, các hiên tượng sinh học trong thiên nhiên để chế tạo ra các thiết bi mới: máy bay trực thăng, quân phục tự đổi màu với môi trường là hai ví dụ rất điển hình về sự "bắt chước" hay tương tự hoá

Tương tự hóa cưỡng bức

Đây là một cách mở rộng tầm nhìn hay bóp méo những hiểu biết hiện có để tìm ra những phát kiến mới. Có rất nhiều cách thức áp dụng sau đây là hai cách:

Cách thứ 1

Gán thêm cho đối tượng sẵn có những đặc tính mới đã có cuả một đối tượng khác:

Lưu ý: Trái với phương cách tương tự thông thường, đối tượng được chọn để thi hành tương tự hoá sẽ không nhất thiết có nhiều hay không những đặc điểm giống nhau với đối tượng muốn giải quyết vấn đề.

Thí dụ

Khi so sánh phương pháp thảo chương phần mềm khi xử lí thông tin Input-Output kiểu module. Tức chia chương trình ra thành nhiều bộ phận nhỏ (mỗi phần như vậy thường được gọi là function có chức năng xử lí một phần thông tin) và các đặc tính xử lí thông tin cuả con nguời

  • Ta sẽ thấy những phần "kiểu con người" đã có như:
- Có thể gìn giữ va di truyền các thông tin (inheritance)
- Có khả năng ẩn dấu quá trình xử lý thông tin và chỉ cho biết kết quả sau khi xử lý (encapsulation)
- Có thể dùng cùng 1 tên gọi nhưng các loại thông tin nhập vào khác nhau có thể được xử lý khác nhau (override operation)
- Có thể tạo ra 1 khuôn mẫu để xử lý các thông tin có kiểu cách xử lý giống nhau (template)
- ...
  • Qua những đặc điểm thúc ép sự tương tự -- người ta có thể phát triển loại phần mềm mới (như C++) chẳng hạn có đủ những yếu tố mới hay hơn và lạ hơn

Cách thứ 2

Trong cách này thì sự cưỡng bức sẽ áp dụng lên mỗi đặc tính cuả đối tượng một cách có hệ thống

Lưu ý Phương pháp này thường áp dụng cho các ngành thiết kế (design)

Các bước tiến hành

  • Liệt kê các đặc tính cuả đối tượng
  • Dưới mỗi đặc tính viết ra thêm nhiều tính chất khác thuộc cùng kiểu (hình dạng, chất liệu, kiểu cấu trúc,...
  • Sau khi hoàn tất, tạo nên một thay đổi ngẫu nhiên cuả các đặc tính để "biến" đối tượng thành đối tượng mới

Thí dụ

Quá trình thiết kế các kiểu "viết" mới tóm lược trong bảng cưỡng bức như sau:

Bảng thay đổi thiết kế cho một "cây viết"
Hình dạng Chất liệu Màu sắc bề ngoài Kiểu đậy Nguồn mực Số lượng/kiểu mực
Hình Trụ plastic Một màu Nắp Ống cố định Một màu mực
Khối vuông Kim loại Nhiều màu Không nắp Ống mực thay được Nhiều màu mực riêng rẽ
Hình điêu khắc Thủy tinh Màu néon hay mạ kim Bấm Ống mực bơm được Thay mực bằng lưỡi dao (hay hình, vật rắn khác)
Chuỗi hạt Gỗ Đổi màu Có đầu chùi Không có ống mực Nhiều màu trên cùng 1 ruột mực
Bầu dục Giấy Không màu Nhiều đầu bấm Ống mực chấm tự hút  
Nhiều thân nối nhau Chất uốn dẽo được Hình 3D Xoay mở Chất tan chậm vào dịch lỏng  
Thay đổi được Kết hợp nhiều chất liệu     Chất rắn (sáp, than chì ...)  

Sau khi có bảng rồi thì tạo nên một "phát minh" mới bằng cách gán ghép ngẫu nhiên: Một cây viết bi hình người đánh golf, bằng thuỷ tinh màu xanh lá cây có nắp đậy là cái nón đội, ống mực thay được và có hai màu mực đen và đỏ. Tùy theo tình hình, một bước xa hơn là trên mỗi chi tiết có thể áp dung sự thay đổi thành 1 danh mục (hay bảng) nhỏ chẳng hạn như khi phân tích kiểu đậy là nút bấm thì thêm chi tiét nút bấm ở đâu?, bấm hình dạng thế nào?, cách bấm? , ...

Luu ý: Khi phân tích theo dạng bảng như trên, điều quan trọng nhất là các tiêu đề chính được đưa ra để bổ túc ý kiến. Như trong thí dụ trên thì Hình dạng, Chất liệu, Kiểu đậy, Màu sắc bề ngoài, Nguồn mực, Số lượng/kiểu mực là các tiêu đề. Các tiêu đề nay nên có nội dụng rõ ràng tách biệt nhau. Nội hàm của tiêu dề càng cô lập thì bảng thiết kế càng dể tiến hành. Số lượng tiêu đề càng nhiều thì kiểu dáng và thiết kế của sản phẩm mới càng phong phú. Tuy nhiên số lượng tiêu đề nhiều cũng dẫn đến các nhiều chi tiết đa dạng đôi khi đòi hỏi nhiều thay đổi trong công nghệ hay dây chuyền sản xuất. Thêm vào đó, số lượng các thành phần của từng tiêu đề cũng sẽ giữ vai trò làm phong phú hóa các sản phẩm.

Sử dụng tương tự hóa trong thực tế

Để thấy được toàn bộ bức tranh cuả các bước sử dụng khả năng cuả các phương cách tương tự hoá. thí dụ sau sẽ phân tích chi tiết hơn về một quá trình phát minh được tìm ra bằng phương pháp tương tự hóa cưỡng do chính tác giả đã đề xuất (trong năm 2000) tạo ra nhằm chống lại nạn "ăn cắp mật khẩu":

Tìm hiểu vấn đề

Trong những năm cuối cuả thập niên 90, khi Internet trở nên phổ biến thì các hiện tượng tiêu cực lợi dụng chỗ hở cuả Internet và các Hê Điều hành cũng đã xãy ra: Đó là việc ăn cắp tên và mật khẩu cuả các thành viên trong một hệ thống mạng hay e-mail. Ngoài ra, hiện tượng ăn cắp mật khẩu giữa những người làm chung một công sở cũng có thể xãy ra (nhìm trộm nguời ta login và nhớ mật khẩu để ăn cắp các nghiên cứu chẳng hạn)

Nghiên cứu đối tượng

Hệ thống Login (còn gọi là hệ thống đăng nhập):

- Đọc user account (tên đăng nhập)
- Đọc password (mật khẩu) và mã hoá password
- So sánh password đã mã hoá với mã sẵn có cuả người log-in nếu đúng thì cho phép xử dụng các dịch vụ -- Sai thì loại bỏ

Xác định vấn đề

  • Hacker có thể dùng một hệ thống bao gồm nhiều computer làm việc chung với nhau tấn công vaò một hệ thống password bằng cách "mò mẫm" (bạn đọc có thể tìm hiểu thêm các tài liệu viết về phương cách "ăn cắp" password trên mạng). Phương pháp thử mò mẫm kiểu này thông dụng nhất là loại tấn công theo từ điển (dictionary attack). Tức là, các computer sẽ kiến tạo vô cùng nhanh một các mật khẩu bằng cách tăng tiệm biến các giá trị cuả mật khẩu rồi thử đăng nhập vào cho tới khi "mò ra" được cái mật khẩu đúng ... (Qúa trình này sẽ không bao giờ làm nổi ... nếu bạn làm bằng tay; tiếc thay với vận tốc nhiều tỉ phép tính trong 1 giây thì một hệ thống máy (còn gọi là supper computer system) sẽ bẽ gãy hầu như bất kì một mật khẩu thông thường nào nếu được chạy và thử liên tục trong 7-10 ngày)
  • Mật khẩu cũng có thể bị "đọc" lén bằng các thiết bị pần cứng, phần mềm hay ngay cả dùng máy quay phim rồi đêm tới nơi khác đăng nhập.
  • Mật khẩu cũng có thể bị ăn cắp và thừa lúc chủ máy không có mặt, kẻ xấu sẽ đăng nhập và phá hoại sau đó.

Phân tích cội rễ cuả vấn đề

  • Trong thời gian mà người thành viên cuả một hệ thống password không đổi giá trị cuả mật khẩu thì "Mật khẩu là một giá trị hằng số tạm thời". Và cũng vì nó là hằng số trong 1 thời gian đủ lâu nên nó mới bị "mò" ra
  • Lực lượng tập họp cuả các giá trị mật khẩu có thể dùng thì tối đa chỉ tương đương với lực lượng tập họp cuả các số tự nhiên (nếu bạn đọc không hiểu khái niệm lực lượng thì cũng có thể bỏ qua nhận xét này.
  • Trong thực tế thì các hằng số mật khẩu tạm thời thường không có giá trị qúa đặc biệt hay quá khó mò .Đa số mật khẩu chỉ bao gồm các kí tự trong bảng kí tự La tin ... một số có thể có thêm vài chữ số nhưng cùng không giúp gì nhiều trong việc chống hacker. Chưa kể rằng, thường thì người đặt ra mật khẩu sẽ dùng các tên quen thuộc (tên chính mình, người thân, hay vật dụng mình thích) để tạo hình các mật khẩu. Điểm yếu này cũng là 1 cơ sở cho các chương trình dò tìm. Do đặc điểm này mà các mật khẩu có thể bị mò ra càng nhanh hơn.
  • Truờng hợp xấu hơn là mật khẩu bị ăn cắp bởi người làm chung (công nhân quét dọn hay cộng sự viên chẳng hạn) -- Đặc điểm phân tích được là: mật khẩu bị ăn cắp sẽ được dùng đăng trên 1 máy khác với máy cuả người chủ hợp pháp trong 1 thời gian sau khi đã bị "nhìn lén" lúc đăng nhập. Hay đôi khi ngay trên cùng máy mà người chủ quá vô tâm để hở cho người xấu "mượn đỡ".

Trên đây chỉ là 4 điểm yếu quan trọng

Áp dụng tương tự hóa

Tìm chủ đề so sánh

So sánh với hai câu trong kinh điển phật giáo: "vạn pháp vô thường" (Dịch nghiã nôm na: Tất cả mọi vật đều không giữ nguyên trạng thái cuả nó)-- và câu "bất ưng trụ pháp sinh tâm" (đại ý là đừng cố bám vào phật pháp như là chỗ "trụ" cố định) Có lẽ bạn sẽ ngạc nhiên về cách "tương tự cưỡng bức kì quái này" nhưng nó là phát khởi cuả phát minh. So với đối tượng là sự cố định tạm thời cuả mật khẩu -- Ta đi đến 1 ý mới đó là mật khẩu "biết tự thay đổi và không là hằng số nữa". Như vậy rõ ràng là vấn đề sẽ hầu như được giải quyết vì ... máy có thể mò kiếm ra 1 hằng số dễ dàng chớ khó có thể kiếm ra mật khẩu mà giá trị cuả nó bị thay đổi liên tục theo thời gian... Nghiã là, nếu giá trị gõ vào cuả mật khẩu là giá trị cuả 1 hàm số F(t) cuả thời gian thì mọi việc sẽ êm đẹp hơn nhiều (Hãy "so sánh việc này với việc trò chơi trốn tìm ... và người trốn liên tục thay đổi chỗ núp! !!). Hơn nưã một khi mật khẩu thay đổi theo thời gian thì dẫu người xấu có đọc lóm được giá trị tạm thời cuả đó thì nó cũng sẽ không thể dùng được trong 1 khoảng thời điểm khác. Ngoài ra, việc áp dụng câu "bất ưng trụ pháp sinh tâm" cũng có thể giúp bạn "cởi trói" giá trị của một mật khẩu bằng cách tạo thêm một hàm G(s) phụ thuộc vào sự biến đổi đặc tính riêng của từng máy (thí dụ như hàm G đòi hỏi biến của nó là dung lượng chỗ trống hiện có trên máy chẳng hạn). Hàm G chắc chắn sẽ ngăn chận sự đăng nhập trên tất cả các máy khác trừ khi người đăng nhập biết cấu trúc của hàm G là gì.

Vấn đề nẩy sinh khi dùng ý mới

Vấn đề ở chỗ làm sao người chủ cuả mật khẩu biết được giá trị thay đổi này để có thể log-in? Câu trả lơì cũng không quá khó là người chủ sẽ định nghiã qui luật thay đổi cuả mật khẩu (tức là người chủ sẽ tự định nghiã hàm số F cuả mật khẩu theo thời gian và hàm số G nêu trên. Mỗi lần thay đổi mật khẩu thì người chủ cũng có thể đổi luôn các hàm này)

Các hệ quả hay hệ lụy

Tuy nhiên, như vậy bắt buộc người chủ mật khẩu phải biết ...TOÁN. Và hơn nưã người đó không được tiết lộ hay để hở cái hàm số mật khẩu mỗi khi cài đặt mới.

Trên đây chỉ là những ý sơ khởi cho một hệ thống mật khẩu mới có khả năng chống lại ...việc chôm mật khẩu có thể được dùng trong các hệ thống chuyên nghiệp.

Bài tập

  • Hãy thực tập thiết kế một mẫu giỏ/ví cho phụ nữ dựa theo phương pháp tương tự hóa cưỡng bức đạng bảng đã trình bày bên trên.

Tham khảo

  • Vo, Nhan: Technical Publication, HP worldwide monthly journal (July 2004): Anti-theft Password System

Liên kết đến đây