基于散射特征的用户及设备认证

发布时间：2021-09-08 21:01

　　移动互联网的快速普及和物联网（IoT,Internet of Things）的快速发展使得用户与设备之间、设备与设备之间的安全认证变得非常重要。一方面,随着移动互联网的普及,越来越多的人利用移动终端在网络上发布自己的照片和视频,这些在网络上流传的二维影像容易被攻击者获取,可以用来入侵普遍应用的二维人脸识别系统,这给用户使用权限认证带来了很大的威胁^[1]。另一方面,轻量级协议和低功耗射频技术的发展使得IoT设备可以方便的应用在日常生活中,然而缺乏复杂安全协议的最小系统设计也使IoT设备在认证过程中容易遭受攻击^[35]。基于以上问题,我们提出利用声音信号和无线信号的散射特征分别解决以上的两个问题,具体如下:首先,人脸识别系统广泛使用在智能终端的用户使用权限认证系统中,如何解决利用网络上的照片或视频攻击人脸识别系统是一个重要的问题。我们提出有效的实时认证系统来增强人脸识别有效防御基于多媒体的攻击。具体来讲,我们利用声音信号来区分不平坦的立体人脸和平整的照片。我们从经过人脸的散射信号中提取出有效的目标信号,通过相似性估计方法来区分真实的人脸和照片。该... 

【文章来源】：华中科技大学湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【部分图文】：

IoT设备受到主动攻击示意

2.1 基于用户认证的散射特征原理传统的人脸识别系统容易遭受基于多媒体的面部伪造攻击，对此我们提出利部分智能移动设备自带的麦克风和扬声器，通过声音信号的发射，经人脸以及环境的散射，最后接收声音信号，经信号处理后，获得信号的散射特征，进而人脸三维相关信息，进行实时认证，防御非法认证。人脸是三维结构，和照片、视频等二维多媒体有不同的特性。真实的人脸具平坦的表面和复杂的空间结构，而照片或者视频是平面结构。基于以上特点，究提出基于声音信号的实时认证系统辅助人脸识别系统，防御基于多媒体面部攻击。该系统利用两个麦克风和一个扬声器通过声音感知来区分二维和三维特征而判断是否为实时认证。在系统中，扬声器发出设计好的信号，与此同时分布很近的两个麦克风收集散射信号。具体如图 2-1 所示：

受利用多径特征防御攻击的启发[50]，我们观察到低功耗、无需供电的背向散射标签在无需天线阵列的情况下也能产生类似特征。背向散射是一种新的通信方式，其中标签通过间断地反射环境信号来传输数据[35]。因此，由背向散射标签产生的多径散射信息可用于构建出灵敏的特征以保护 IoT 设备。我们利用 3 个标签放在距离 AP 半波长远的地方，然后使用两个 USRP 分别模拟合法用户和攻击者，之后 AP 控制标签反弹信号。最后，利用滑动窗提取出散射信号并与每一个标签的平均能量进行对比。结果如下图 2-2(b)所示。我们观察到如果信号来自于同一个设备，标签上的平均能量将会有很强的相似性(图中的红色虚线和蓝色实线)。然而，如果信号来自于不同的设备，即使攻击者和合法用户在相同的方向，标签到用户的距离和标签到攻击者的距离是不同的，这样会导致标签上的能量幅值是不同的(图中绿色虚线)。此结果表明该方法和 AoA 特征有相似的效果，因此利用轻量级的系统通过背向散射标签来保证 IoT 设备的安全是可行的。


本文编号：3391478