触摸设备上基于人体生物电容的认证方法研究与设计

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移动触摸设备诸如移动智能手机、智能可穿戴设备,ATM机触控屏等,已经融入进了人们的生活,改变了人们传统以来的生活方式。这些设备通常都存储有用户的隐私信息,例如地理位置信息,购物喜好信息,银行支付信息,身体健康信息等,不再单单只用于电话与通信。这些隐私信息的存在使得移动触摸设备变得越来越私密化,即设备与用户存在绑定关系,与此同时保护设备上隐私信息的安全也就变得愈加重要。我们根据设备在识别认证用户过程中所基于信息类型的不同,将应用在移动触摸设备上用户身份识别技术分为以下两个类别:根据用户所知信息的身份识别如:密码,口令;以及根据生物本身特征的身份识别如:指纹,虹膜等。但是这两种认证方式均存在不足:前者用户所知的信息容易被用户遗忘,且可能被恶意攻击者窃取;而基于生物特征的认证方式需要在移动触摸设备上集成造价昂贵的采集装置且要求采集信息精度高。基于以上背景,本文将重点着眼于触摸设备上的身份识别问题上:在触摸设备上如何实现成本低,精度高,方便简洁的身份识别。为此,我们发现人体生物电容为一种新型的可用于用户身份识别的生物特征,基于对此特征的研究,我们将该特征与人体行为特征相结合,发现两者结合后的特征具有唯一性和可采集性的特点,我们将两者结合而成的特征称为——人体差分电容,我们基于这两个特征的结合设计了一个新的用户身份识别系统。在系统设计过程中,我们采用了功耗极低的传感器芯片来采集待识别用户的人体差分电容。并通过我们设计的算法:基于滑动串口周期划分与基于快排周期回归合并算法,对原始数据进行预处理,此后我们提取出了四维向量用来描述人体差分电容,并基于该特征向量我们选用多项式核函数SVM分类算法进行用户身份识别验证。从我们设计的身份识别系统测试结果可知系统具有识别准确率高、低功耗、速度快等特点。其中识别准确度平均高达87%,基于事件触发的工作模式使得系统的总能耗稳定在μA级别,平均识别耗时仅为1.2s左右。该系统能够满足在移动设备上作为外接设备继承的需求,这样便可以在移动触摸设备上进行大规推广普及。
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