【摘 要】
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随着智能手机功能越来越强大,大量涉及财物安全和个人隐私的APP被用户广泛使用。因此,智能手机需要安全可靠的身份认证机制对设备解锁和敏感功能执行进行身份验证。尽管已有机制能够在一定程度上防止智能手机被越权访问,攻击者仍然致力于利用各种手段盗取、复制和伪造智能手机的认证凭据,从而欺骗绕过身份认证系统。近年来,基于声信号的感知技术由于在智能手机上的高度可得性和强抗干扰能力,引起了科研人员的广泛关注。本文
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随着智能手机功能越来越强大,大量涉及财物安全和个人隐私的APP被用户广泛使用。因此,智能手机需要安全可靠的身份认证机制对设备解锁和敏感功能执行进行身份验证。尽管已有机制能够在一定程度上防止智能手机被越权访问,攻击者仍然致力于利用各种手段盗取、复制和伪造智能手机的认证凭据,从而欺骗绕过身份认证系统。近年来,基于声信号的感知技术由于在智能手机上的高度可得性和强抗干扰能力,引起了科研人员的广泛关注。本文以声信号感知技术为基础,对其在智能手机手势密码攻击、PIN码安全增强和人脸认证活体检测中的应用进行深入研究,能够进一步提高手机身份认证的安全性,针对日益严峻的安全威胁增强智能手机自身的防御能力。本文首先针对现有手势密码攻击方法鲁棒性和隐蔽性差,无法扩展的缺点,首次提出基于声信号手指追踪的手势密码推断方案,利用相干检波和动静态干扰消除算法有效去除信号中的多径干扰和环境噪音成分,基于手势密码的几何特征,进一步提出基于转折点识别的声波分割算法和基于多叉树结构的手势图案推断算法,自动生成可能性最大的手势密码。本方案不需要攻击者物理接近目标手机,隐蔽性强,能够同时推断大量用户的手势密码,实现了高成功率的智能手机手势密码高效破解。然后,本文针对现有PIN码认证方案容易遭受肩窥攻击的缺陷,首次提出基于固体传声触屏压力感知的PIN码安全增强方案,设计基于位置坐标的参数校准方法,减少了针对不同手机的初始化成本,结合手指按键位置信息,通过计算触屏按压对固体传声信号的退化率初步得到压力变化曲线,进一步提出压力码提取算法识别不同的压力状态,构成压力码序列。本方案摆脱了对压敏触摸屏的硬件依赖,可以直接应用到现有智能手机中,极大提高智能手机PIN码认证的安全性。最后,针对现有人脸认证活体检测方法难以抵抗3D动态攻击的局限性,本文首次提出基于声信号唇动感知的人脸认证活体检测方案,利用随机动态生成的不可伪造声信号实时感知用户特有的唇部运动模式,对用户人脸认证过程进行活体检测,确保人脸认证无法被绕过或者操纵,提出一系列声信号鲁棒性增强算法使得在不同认证范围内准确感知细微的唇部运动。本方案仅使用智能手机自身的扬声器、麦克风和前置摄像头,能够防御包括3D动态攻击在内的多种人脸攻击,为普通智能手机人脸认证提供了强大的安全保证。
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