[發明專利]基于用戶坐標系與GRU網絡的步態認證方法

有效

• 申請號: 202110361509.9
• 申請日: 2021-04-02
• 公開（公告）號: CN113065468B
• 公開（公告）日: 2023-04-07
• 發明（設計）人: 姜奇;馮茹;文悅;馬卓;馬鑫迪;馬建峰;張俊偉;楊力;楊超;李興華
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G06F18/2415
• 分類號: G06F18/2415;G06N3/0442;G06F18/214;G06F18/10;G06N3/084;G06F21/32;H04M1/72463;H04M1/72454
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 侯瓊;王品華

本發明提出了一種基于用戶坐標系與GRU網絡的步態認證方法，主要解決現有認證機制存在數據偏差、特征提取過程復雜的問題。其方案包括：1)通過數據采集模塊獲取用戶移動時的步態數據；2)對數據進行小波變換去噪、步態周期分割及用戶坐標系轉換操作；3)基于GRU網絡模型，將用戶步態數據輸入其中進行訓練，得到用戶模型并存儲；4)將預處理后的用戶步態數據輸入用戶模型中獲取概率值，并對該值進行閾值判斷，得出是非法用戶還是合法用戶；5)通過決策模塊更新模型或鎖定手機，完成認證。本發明能夠有效避免設備方向對用戶步態模型的干擾以及人工提取特征的局限性，顯著提升了步態認證效果。

技術領域

本發明屬于信息安全技術領域，涉及移動設備的行為認證，具體為一種基于用戶坐標系與門控循環單元GRU(Gate?Recurrent?unit)網絡的步態認證方法，可用于在計算資源有限的移動設備上實現高準確率的用戶身份認證。

背景技術

隨著智能手機各方面性能的增強，其所實現的功能愈加強大，社交、購物、出行、娛樂等各類應用軟件均可部署于手機上。為提供精準與個性化的服務，手機應用收集了大量用戶的個人信息，包括地理位置、照片、支付明細這類敏感數據，因此手機隱私保護問題日益凸顯。智能手機對當前用戶身份合法性的認證，可以在一定程度上為用戶隱私信息的私密性保駕護航。為此，手機上的身份認證系統相關研究被廣泛關注。

認證系統通常分為三種：基于知識的、基于生理特征的和基于行為的身份識別。其中基于行為的生物特征認證通過用戶如何進行活動來識別，而不是通過靜態信息或生理特征這些，從而具有安全、連續、透明和低成本的特點。與基于知識的和基于生理特征的認證方式不同，行為生物特征數據的性質確保了它們不會被遺忘、交換和竊取。

伴隨智能手機中用于捕捉行為特征信息的傳感器的集成，基于行為特征的智能手機用戶認證受到人們的廣泛關注，如走路步態、擊鍵和觸屏動力學等。步態特征作為最常見的行為特征之一，可以用于實時和連續的身份認證，成為身份認證的研究熱點。目前，存在兩種主流的步態認證系統：基于視覺的系統和基于運動傳感器的系統。傳統的基于視覺的步態認證存在許多挑戰，例如容易受到照明變化的影響；當人體形狀和外觀發生重大變化時，基于視覺的認證性能嚴重下降；在個人空間安裝攝像頭涉及隱私問題等。因此，基于運動傳感器的系統更適合部署于步態認證系統中。

運動傳感器收集到的數據相對不敏感，不像GPS等數據直接暴露了位置和隱私信息，但又反映了我們的日常活動和生活習慣。每個傳感器都捕獲了一些關于運動的特定信息，例如，加速度計用來檢測手機受到的加速度的大小和方向；陀螺儀測量的物理量是設備自身偏轉、傾斜時的轉動角速度；磁力計用于定位設備的方位。

在文獻“Modeling?interactive?sensor-behavior?with?smartphones?forimplicit?and?active?user?authentication”(2017IEEE?International?Conference?onIdentity,Security?and?Behavior?Analysis(ISBA).IEEE,2017:1-6.)中利用智能手機的內置傳感器數據進行步態認證，為了去除設備方向對于傳感器數據的干擾，使用運動傳感器矢量的大小來表示數據，該方案的不足是：雖然這種方式在某些情況下是有效的，但有可能帶來偏差，失去傳感器三軸的重要信息，這種偏差會干擾后期的步態認證。此外，文獻“基于步態特征的移動平臺持續認證方案”(通信學報,2019,40(07):126-134.)中提出采用移動平均濾波、基于閾值的有效值判斷等操作降低噪聲干擾，使用模板截取實現信息的最大化利用，并提出了最佳時域與頻域特征組合，通過支持向量機實現身份認證功能。該方案的不足是：采用傳統的機器學習方法，即支持向量機，此方法需要在前期人工進行復雜的特征提取過程，針對特定簡單任務時此方法會有效，但并不具有通用性。

發明內容