基于散射特征的用戶及設(shè)備認(rèn)證
發(fā)布時(shí)間：2021-09-08 21:01
移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速普及和物聯(lián)網(wǎng)（IoT,Internet of Things）的快速發(fā)展使得用戶與設(shè)備之間、設(shè)備與設(shè)備之間的安全認(rèn)證變得非常重要。一方面,隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的普及,越來越多的人利用移動(dòng)終端在網(wǎng)絡(luò)上發(fā)布自己的照片和視頻,這些在網(wǎng)絡(luò)上流傳的二維影像容易被攻擊者獲取,可以用來入侵普遍應(yīng)用的二維人臉識(shí)別系統(tǒng),這給用戶使用權(quán)限認(rèn)證帶來了很大的威脅[1]。另一方面,輕量級(jí)協(xié)議和低功耗射頻技術(shù)的發(fā)展使得IoT設(shè)備可以方便的應(yīng)用在日常生活中,然而缺乏復(fù)雜安全協(xié)議的最小系統(tǒng)設(shè)計(jì)也使IoT設(shè)備在認(rèn)證過程中容易遭受攻擊[35]。基于以上問題,我們提出利用聲音信號(hào)和無線信號(hào)的散射特征分別解決以上的兩個(gè)問題,具體如下:首先,人臉識(shí)別系統(tǒng)廣泛使用在智能終端的用戶使用權(quán)限認(rèn)證系統(tǒng)中,如何解決利用網(wǎng)絡(luò)上的照片或視頻攻擊人臉識(shí)別系統(tǒng)是一個(gè)重要的問題。我們提出有效的實(shí)時(shí)認(rèn)證系統(tǒng)來增強(qiáng)人臉識(shí)別有效防御基于多媒體的攻擊。具體來講,我們利用聲音信號(hào)來區(qū)分不平坦的立體人臉和平整的照片。我們從經(jīng)過人臉的散射信號(hào)中提取出有效的目標(biāo)信號(hào),通過相似性估計(jì)方法來區(qū)分真實(shí)的人臉和照片。該...
【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：61 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
IoT設(shè)備受到主動(dòng)攻擊示意
2.1 基于用戶認(rèn)證的散射特征原理傳統(tǒng)的人臉識(shí)別系統(tǒng)容易遭受基于多媒體的面部偽造攻擊，對(duì)此我們提出利部分智能移動(dòng)設(shè)備自帶的麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器，通過聲音信號(hào)的發(fā)射，經(jīng)人臉以及環(huán)境的散射，最后接收聲音信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理后，獲得信號(hào)的散射特征，進(jìn)而人臉三維相關(guān)信息，進(jìn)行實(shí)時(shí)認(rèn)證，防御非法認(rèn)證。人臉是三維結(jié)構(gòu)，和照片、視頻等二維多媒體有不同的特性。真實(shí)的人臉具平坦的表面和復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，而照片或者視頻是平面結(jié)構(gòu)�；谝陨咸攸c(diǎn)，究提出基于聲音信號(hào)的實(shí)時(shí)認(rèn)證系統(tǒng)輔助人臉識(shí)別系統(tǒng)，防御基于多媒體面部攻擊。該系統(tǒng)利用兩個(gè)麥克風(fēng)和一個(gè)揚(yáng)聲器通過聲音感知來區(qū)分二維和三維特征而判斷是否為實(shí)時(shí)認(rèn)證。在系統(tǒng)中，揚(yáng)聲器發(fā)出設(shè)計(jì)好的信號(hào)，與此同時(shí)分布很近的兩個(gè)麥克風(fēng)收集散射信號(hào)。具體如圖 2-1 所示：
受利用多徑特征防御攻擊的啟發(fā)[50]，我們觀察到低功耗、無需供電的背向散射標(biāo)簽在無需天線陣列的情況下也能產(chǎn)生類似特征。背向散射是一種新的通信方式，其中標(biāo)簽通過間斷地反射環(huán)境信號(hào)來傳輸數(shù)據(jù)[35]。因此，由背向散射標(biāo)簽產(chǎn)生的多徑散射信息可用于構(gòu)建出靈敏的特征以保護(hù) IoT 設(shè)備。我們利用 3 個(gè)標(biāo)簽放在距離 AP 半波長遠(yuǎn)的地方，然后使用兩個(gè) USRP 分別模擬合法用戶和攻擊者，之后 AP 控制標(biāo)簽反彈信號(hào)。最后，利用滑動(dòng)窗提取出散射信號(hào)并與每一個(gè)標(biāo)簽的平均能量進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果如下圖 2-2(b)所示。我們觀察到如果信號(hào)來自于同一個(gè)設(shè)備，標(biāo)簽上的平均能量將會(huì)有很強(qiáng)的相似性(圖中的紅色虛線和藍(lán)色實(shí)線)。然而，如果信號(hào)來自于不同的設(shè)備，即使攻擊者和合法用戶在相同的方向，標(biāo)簽到用戶的距離和標(biāo)簽到攻擊者的距離是不同的，這樣會(huì)導(dǎo)致標(biāo)簽上的能量幅值是不同的(圖中綠色虛線)。此結(jié)果表明該方法和 AoA 特征有相似的效果，因此利用輕量級(jí)的系統(tǒng)通過背向散射標(biāo)簽來保證 IoT 設(shè)備的安全是可行的。
本文編號(hào)：3391478
【文章來源】：華中科技大學(xué)湖北省 211工程院校 985工程院校 教育部直屬院校
【文章頁數(shù)】：61 頁
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【部分圖文】：
IoT設(shè)備受到主動(dòng)攻擊示意
2.1 基于用戶認(rèn)證的散射特征原理傳統(tǒng)的人臉識(shí)別系統(tǒng)容易遭受基于多媒體的面部偽造攻擊，對(duì)此我們提出利部分智能移動(dòng)設(shè)備自帶的麥克風(fēng)和揚(yáng)聲器，通過聲音信號(hào)的發(fā)射，經(jīng)人臉以及環(huán)境的散射，最后接收聲音信號(hào)，經(jīng)信號(hào)處理后，獲得信號(hào)的散射特征，進(jìn)而人臉三維相關(guān)信息，進(jìn)行實(shí)時(shí)認(rèn)證，防御非法認(rèn)證。人臉是三維結(jié)構(gòu)，和照片、視頻等二維多媒體有不同的特性。真實(shí)的人臉具平坦的表面和復(fù)雜的空間結(jié)構(gòu)，而照片或者視頻是平面結(jié)構(gòu)�；谝陨咸攸c(diǎn)，究提出基于聲音信號(hào)的實(shí)時(shí)認(rèn)證系統(tǒng)輔助人臉識(shí)別系統(tǒng)，防御基于多媒體面部攻擊。該系統(tǒng)利用兩個(gè)麥克風(fēng)和一個(gè)揚(yáng)聲器通過聲音感知來區(qū)分二維和三維特征而判斷是否為實(shí)時(shí)認(rèn)證。在系統(tǒng)中，揚(yáng)聲器發(fā)出設(shè)計(jì)好的信號(hào)，與此同時(shí)分布很近的兩個(gè)麥克風(fēng)收集散射信號(hào)。具體如圖 2-1 所示：
受利用多徑特征防御攻擊的啟發(fā)[50]，我們觀察到低功耗、無需供電的背向散射標(biāo)簽在無需天線陣列的情況下也能產(chǎn)生類似特征。背向散射是一種新的通信方式，其中標(biāo)簽通過間斷地反射環(huán)境信號(hào)來傳輸數(shù)據(jù)[35]。因此，由背向散射標(biāo)簽產(chǎn)生的多徑散射信息可用于構(gòu)建出靈敏的特征以保護(hù) IoT 設(shè)備。我們利用 3 個(gè)標(biāo)簽放在距離 AP 半波長遠(yuǎn)的地方，然后使用兩個(gè) USRP 分別模擬合法用戶和攻擊者，之后 AP 控制標(biāo)簽反彈信號(hào)。最后，利用滑動(dòng)窗提取出散射信號(hào)并與每一個(gè)標(biāo)簽的平均能量進(jìn)行對(duì)比。結(jié)果如下圖 2-2(b)所示。我們觀察到如果信號(hào)來自于同一個(gè)設(shè)備，標(biāo)簽上的平均能量將會(huì)有很強(qiáng)的相似性(圖中的紅色虛線和藍(lán)色實(shí)線)。然而，如果信號(hào)來自于不同的設(shè)備，即使攻擊者和合法用戶在相同的方向，標(biāo)簽到用戶的距離和標(biāo)簽到攻擊者的距離是不同的，這樣會(huì)導(dǎo)致標(biāo)簽上的能量幅值是不同的(圖中綠色虛線)。此結(jié)果表明該方法和 AoA 特征有相似的效果，因此利用輕量級(jí)的系統(tǒng)通過背向散射標(biāo)簽來保證 IoT 設(shè)備的安全是可行的。
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