Разработка полигауссового алгоритма аутентификации пользователей в телекоммуникационных системах и сетях по клавиатурному почерку тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.12.13, кандидат технических наук Шарипов, Рифат Рашатович

• Шарипов, Рифат Рашатович
• кандидат технических наук
• 2006

Оглавление диссертации кандидат технических наук Шарипов, Рифат Рашатович

ВВЕДЕНИЕ.

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ.

СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ.

ГЛАВА 1. АНАЛИЗ МЕТОДОВ, ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ И ИДЕНТИФИКАЦИИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ ПО КЛАВИАТУРНОМУ ПОЧЕРКУ

В СИСТЕМАХ И СЕТЯХ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ.

ВВЕДЕНИЕ.

1.1. КЛАССИФИКАЦИЯ СПОСОБОВ И СРЕДСТВ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ.

1.2. БИОМЕТРИЧЕСКИЙ КОНТРОЛЬ ДОСТУПА.

1.3. ОСОБЕННОСТИ РЕЖИМОВ БИОМЕТРИЧЕСКОЙ ИДЕНТИФИКАЦИИ И АУТЕНТИФИКАЦИИ.

1.4. КЛАССИФИКАЦИЯ БИОМЕТРИЧЕСКИХ ПРИЗНАКОВ.

1.5 ИДЕНТИФИКАЦИЯ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ ПО КЛАВИАТУРНОМУ

ПОЧЕРКУ.

1.6. ПОСТАНОВКА ЗАДАЧИ ИССЛЕДОВАНИЯ.

ГЛАВА 2. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ КЛАВИАТУРНОГО ПОЧЕРКА И РАЗРАБОТКА АЛГОРИТМОВ ФОРМИРОВАНИЯ ЭТАЛОНОВ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ.

2.1. ВЫБОР ПАРАМЕТРОВ КЛАВИАТУРНОГО ПОЧЕРКА.

2.2. МЕТОДИКИ ВЫЧИСЛЕНИЯ ЗНАЧЕНИЙ ПАРАМЕТРОВ КЛАВИАТУРНОГО ПОЧЕРКА ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ.

2.3. ФОРМИРОВАНИЕ ЭТАЛОНОВ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ.

2.4 АЛГОРИТМ ФОРМИРОВАНИЯ ЭТАЛОННЫХ ЗНАЧЕНИЙ

ПАРАМЕТРОВ КЛАВИАТУРНОГО ПОЧЕРКА ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 2.

ГЛАВА 3. ПОЛИГАУССОВСКИЙ АЛГОРИТМ АУТЕНТИФИКАЦИИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ ПО КЛАВИАТУРНОМУ ПОЧЕРКУ.

3.1. ЗАДАЧИ РАСПОЗОВАНИЯ КЛАВИАТУРНОГО ПОЧЕРКА.

3.2. ОСНОВНЫЕ ПОДХОДЫ К РАСПОЗНАВАНИЮ КЛАВИАТУРНОГО ПОЧЕРКА.

3.3. ВЕРОЯТНОСТНЫЕ МОДЕЛИ РАСПОЗНАВАНИЯ КЛАВИАТУРНОГО ПОЧЕРКА.

3.4. РАСПОЗНАВАНИЕ ПОЧЕРКА С ПОМОЩЬЮ ФУНКЦИЙ РАССТОЯНИЯ.

2.5. РАЗРАБОТКА СИСТЕМ ИДЕНТИФИКАЦИИ КЛАВИАТУРНОГО ПОЧЕРКА ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ ПО ИНФОРМАЦИОННОМУ ПРИЗНАКУ

2.6. ПОЛИГАУССОВ АЛГОРИТМ АУТЕНТИФИКАЦИИ ПОЛЬЗОВАТЕЛЕЙ В ТЕЛЕКОММУНИКАЦИОННЫХ СИСТЕМАХ И

СЕТЯХ.

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка полигауссового алгоритма аутентификации пользователей в телекоммуникационных системах и сетях по клавиатурному почерку»

ОБЩАЯ ХАРАКТЕРИСТИКА РАБОТЫ

Актуальность темы. Важнейшим аспектом информационной безопасности телекоммуникационных систем и сетей самого широкого назначения является разграничение доступа к управлению системой и к её ресурсам.

В настоящее время наиболее актуальными являются системы на основе биометрических методов разграничения и контроля доступа. Одним из важных направлений биометрии является аутентификация пользователей по их клавиатурному почерку. Областью её применения являются системы, в которых существует клавиатурный ввод информации или управление через клавиатуру: компьютерные системы и сети, сотовая связь, системы государственной важности и др. Данная проблема изучалась в работах таких учёных, как R. Gaines, W. Lisowski, S. Press, N. Shapiro, Dawn Song, Peter Venable, Adrian Perrig, Alen Peacock, J. Leggett, D. Umphress, G. Williams, Расторгуев С. H., Минниханов Р.Н., Иванов А.И. и др. Однако многие вопросы аутентификации пользователей на основе их клавиатурного почерка не изучены. Существующие программные реализации подобных систем характеризуются недостаточной достоверностью аутентификации. Актуальна разработка новых методов, алгоритмов и их программно-аппаратных реализаций, повышающих эффективность систем идентификации и аутентификации.

Работа систем аутентификации пользователей состоит из ряда этапов:

1. сначала систему настраивают под определённых пользователей;

2. пользователи многократно набирают заранее известные или случайные фразы, вычисляются заданные наборные характеристики пользователей;

3. значения этих характеристик подвергаются статистической обработке: вычисляются математические ожидания и дисперсии и записываются в память; в дальнейшем эти значения являются эталонными;

4. после настройки система аутентифицирует пользователей и решает задачу выбора двух гипотез: гипотеза 1 означает что пользователь, который набирает слова на клавиатуре, является одним из зарегистрированных; гипотеза 2, наоборот, означает, что пользователь не зарегистрирован.

Достоверность аутентификации в выше перечисленных работах, использующих данные этапы, не превосходит 90%. Это связано с нестабильностью почерка пользователей ввиду изменения их психофизиологического состояния.

Повышение достоверности аутентификации пользователей может достигаться за счёт разработки нового алгоритма аутентификации в системах и сетях телекоммуникации - полигауссового алгоритма, позволяющего исследовать новые параметры клавиатурного почерка при одновременном увеличении регистрируемой информации пользователей. Однако применение данного алгоритма сдерживается недостаточным развитием методик его реализации.

В работе ставится задача разработки и реализации полигауссового алгоритма аутентификации пользователей по клавиатурному почерку с целью повышения достоверности аутентификации. Решению данной задачи посвящена настоящая диссертация.

Цель диссертационной работы заключается в повышении достоверности аутентификации пользователей по клавиатурному почерку за счёт применения полигауссового алгоритма аутентификации в телекоммуникационных системах и сетях.

Для достижения поставленной цели решается задача разработки совокупности методов и средств реализации полигауссового алгоритма распознавания. Частные задачи диссертационной работы заключаются в следующем:

- разработка полигауссового алгоритма аутентификации пользователей по клавиатурному почерку;

- исследование новых параметров клавиатурного почерка пользователей;

- разработка технических средств измерения новых параметров клавиатурного почерка пользователей;

- разработка системы аутентификации пользователей, в которой реализован полигауссов алгоритм;

- проведение численно-параметрических исследований и экспериментов с целью выявления достоверности аутентификации пользователей на базе разработанной системы.

Методы исследований. Основные задачи решены на основе применения методов теории вероятностей, распознавания образов, математического анализа, проектирования радиоэлектронных средств, а также на основе экспериментальных исследований, выполненных с использованием среды программирования Borland Delphi 7 и разработанного программно-аппаратного комплекса вычисления скорости нажатия клавиш.

Научная новизна диссертационной работы заключается в следующем.

1. С целью повышения достоверности аутентификации разработан полигауссов алгоритм аутентификации пользователей по их клавиатурному почерку.

2. В работе систематизированы известные параметры клавиатурного почерка и введён новый параметр - скорость движения клавиш при надавливании их пользователем, где скорость представляется как процесс изменения ёмкости контактной пары во времени.

3. Разработано устройство вычисления скорости нажатия клавиш, а также алгоритмы работы программы-обработчика и микроконтроллера.

4. Разработана система аутентификации пользователей, в которой реализован полигауссов алгоритм.

Практическая ценность работы. Разработанные методы и средства позволяют реализовать системы аутентификации пользователей по их клавиатурному почерку для повышения достоверности их аутентификации в телекоммуникационных системах широкого назначения, отслеживая изменение состояния пользователей и предотвращая несанкционированного доступа.

Апробация работы. Результаты диссертационной работы обсуждались на международных научно-практических конференциях: «X Всероссийские Туполевские чтения», г. Казань, 2002 г.; «XI Всероссийские Туполевские чтения», г. Казань, 2003 г.; на студенческой практической конференции «VII Королёвские чтения», Самара, 2003 г.; на II всероссийской научно-практической конференции студентов «Молодёжь и современные информационные технологии», г. Томск, 2004 г; на научно-технической конференции «Развитие технологий радиоэлектроники и телекоммуникаций», г. Казань, 2004 г.; на молодёжной научно-практической конференции, посвящённой 1000-летию г. Казани «Туполевские чтения», г. Казань, 2005 г.; на региональной научно-методической конференции «Профессиональные компетенции в структуре модели современного инженера», г. Нижнекамск, 2005 г.

Реализация результатов работы. Результаты диссертационной работы используются в учебном процессе КГТУ им. А.Н. Туполева.

Публикации. По теме диссертации опубликовано 11 работ, в том числе 1 работа из списка, рекомендованного ВАК РФ журнале «Вестник КГТУ им. А.Н. Туполева».

Структура работы. Диссертация состоит из введения, трёх глав, заключения и списка литературы, изложена на 135 страницах машинописного текста, содержит 33 рисунка, 2 таблицы и список использованной литературы из 109 наименований.

Заключение диссертации по теме «Системы, сети и устройства телекоммуникаций», Шарипов, Рифат Рашатович

ВЫВОДЫ ПО ГЛАВЕ 3

1. Исследованы подходы к распознаванию клавиатурного почерка, которые можно классифицировать на два вида: вероятностные методы и применения функций расстояния.

2. Разработаны системы распознавания клавиатурного почерка по информационному признаку, показано, что в системах с дообучением всегда возможно отслеживать незначительные изменения временных значений параметров клавиатурного почерка, связанные с состояниями пользователей.

3. С целью повышения достоверности распознавания пользователей в телекоммуникационных системах и сетях разработан полигауссов алгоритм аутентификации по клавиатурному почерку.

4. Разработана система идентификации пользователей в которой реализован полигауссов алгоритм и показаны особенности работы системы при настройки системы и идентификации пользователей по клавиатурному почерку.

5. В среде программирования Borland Delphi7 смоделирована система в которой реализован полигауссов алгоритм, а также проведены численно параметрические расчёты при настройки системы и при идентификации пользователей, а также оценена эффективность смоделированной системы.

124

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В диссертационной работе решена задача повышения достоверности аутентификации пользователей по клавиатурному почерку при попытке пользователя получить доступ к системе и сетям телекоммуникаций и к её ресурсам. При этом получены следующие результаты:

1. С целью повышения достоверности аутентификации пользователей разработан полигауссов алгоритм аутентификации по их клавиатурному почерку. Применяя полигауссов алгоритм, удалось повысить коэффициент достоверности аутентификации до уровня 95%.

2. В работе были систематизированы параметры клавиатурного почерка пользователей и введён новый параметр - скорость нажатия клавиш - для повышения достоверности аутентификации.

3. Разработан способ вычисления скорости движения клавиш во время набора пользователем символов на клавиатуре, где скорость движения клавиш представляют как процесс изменения ёмкости во времени. В связи с этим проведён ряд исследований стандартных плёночных клавиатур и получены значения ёмкостей контактных пар клавиш, а также решена проблема паразитных составляющих за счёт интегрированного способа измерения ёмкости.

4. Разработано устройство, которое измеряет ёмкость контактных пар клавиши и вычитывает скорость движения клавиш, а также разработаны алгоритмы работы программы обработчика и микроконтроллера.

5. Проведены численно-параметрические исследования и эксперименты, в результате которых определён уровень достоверности аутентификации пользователей на базе разработанной системы.

Таким образом, из изложенного следует, что цель диссертационной работы, заключающаяся в повышении достоверности аутентификации пользователей по их клавиатурному почерку за счёт применения полигауссового алгоритма, достигнута.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Шарипов, Рифат Рашатович, 2006 год

1. Уголовный кодекс РФ (С изменениями и дополнениями на 1 июня 2006 года). Москва: издательство «Эксмо». 2006 г. - 256 с.

2. Биометрические системы / www.fingeprint.ru

3. Группа компаний НКТ / www.smartcard.ru4. www.xaker.ru

4. Короткий С. Ловушка для взломщика. //Мир ПК. №4,1999 г., с. 154-159.

5. Агеев А.С. Компьютерные вирусы и безопасность информации // Зарубежная радиоэлектроника. 1989. N12.

6. Бияшев О.Г., Диев С.И., Размахнин М.К. Основные направления развития и совершенствования криптографического закрытия информации// Зарубежная радиоэлектроника. 1989. N12.

7. Герасименко В.А., Размахнин М.К., Родионов В.В. Технические средства защиты информации//Зарубежная радиоэлектроника. 1989. N12.

8. Герасименко В. А. Проблемы защиты данных в системах обработки//Зарубежная радиоэлектроника. 1989. N12.

9. Герасименко В.А. Криптографическая защита информации//Зарубежная радиоэлектроника. 1982. N

10. Казанцев В.В. Борьба с компьютерной преступностью, как один из аспектов информационной безопасности / http://freedom.samal.kz/soros.html

11. Иванов А.И. Биометрическая идентификация личности по динамике подсознательных движений. Пенза: ПГУ, -2000 г. - 188стр.

12. Льюнг Л. Идентификация систем. Теория для пользователя. М.: Наука, 1991 г, - 432 стр.

13. Эйкхофф П. Основы идентификации систем управления. М.: Мир. 1975. - 243с.

14. Рейбман Н.С. Дисперсионная идентификация. М.: Наука, 1981., - 336 стр.

15. Карасик И. Программные и аппаратные средства защиты информации для персональных компьютеров. // КомпьютерПресс. 1992, №3, с.37-46.

16. Жельников Владимир Криптография от папируса до компьютера -Москва, ABF, 1996. 336стр.

17. Защита программного обеспечения/Пер. с англ. Д. Гроувер, Р. Сатер, Дж. Фипс и др./ Под ред. Д. Гроувера. М.: Мир, 1992. - С. 286.

18. Юрий Морзеев Биометрические технологии и системы безопасности / http://www.compress.rU/Temp/3628/index.htm#02

19. Дэвид Уиллис, Майк Ли. Шесть биометрических устройств идентификации отпечатков пальцев // Сети и системы связи, N 9(31), 1998г., с. 146-155.

20. Дэвид Уиллис Пусть ваши пальцы зарегистрируются сами // Сети и системы связи, N 9(31), 1998г., с. 156-160.

21. Голиков И., Казанцев Т. Лапы, хвост и усы! Вот мои документы. //COMPUTERWORLD РОССИЯ 17 февраля 1998 г. с. 44-47.

22. Бетси Зайоброн Кто вы такой? / http://www.ccc.ru/magazine/depot/0403/ print.html?0503.htm

23. Подгорнов В.А. Приборы идентификации личности дешевеют и упрощаются / http://www.sciteclibrary.ru/rus/catalog/pages/6758.html

24. Рамишвили Г.С. Автоматическое опознавание говорящего по голосу. -М.: Радио и связь, 1981,224 с.

25. Атал Б. Автоматическое опознавание дикторов по голосам. // ТИИЭР, 1976, т. 64, №4, с. 48-66.

26. Розенберг А. Автоматическая верификация диктора: Обзор. // ТИИЭР, 1976, т. 64, №4, с. 66-79.

27. Бочкарев С.Л. Система голосовой аутентификации по динамическим параметрам акустического тракта человека. // Специальная техникасредств связи. Серия. Системы, сети и технические средства конфиденциальной связи. Пенза, ПНИЭИ, 1996, Выпуск №1., с.93 -102.

28. Способ автоматической идентификации личности. / Бочкарев C.JL, Иванов А.И., Андрианов В.В., Бочкарев B.J1. Оськин В.А // Патент РФ N 2161826 от 17.08.98. Патентообладатель ПНИЭИ.

29. Бочкарев C.JI. Эффект нелинейных кепстральных преобразований при идентификации личности по голосу. // Безопасность и конфиденциальность информации в сетях и системах связи. Тезисы доклада конференции 6-9 октября 1998г.- Пенза, ПНИЭИ, 1998. с. 62

30. Бовель Е.И., Хейдоров И.Э. Статистические методы распознавания речи: скрытые марковские модели. // Успехи современной радиоэлектроники.1998, №3, с. 45-65.

31. Маркел Дж. Д., Грей А.Х. Линейное предсказание речи. М.: Радио и связь, 1980.-248 с.

32. Макхол Д. Линейное предсказание: Обзор. // ТИИЭР, 1975, т. 63, №4.

33. Коротаев Г.А. Анализ и синтез речевого сигнала методом линейного предсказания // Зарубежная радиоэлектроника, 1990, №3, с. 31-50.

34. Юрий Морозеев. Зачем компьютеру зрение? // КомпьютерПресс, 2002, №8, с. 133-138.

35. Способ идентификации человека. / Новиков С.О., Морозеев Ю.В. // Патент РФ N 2175148 от 04.04.2000. Патентообладатель Свириденко А.В.

36. Кирсанов З.И. Экспертное отождествление человека по фотопортретам с применением математических методов исследования. М.: Наука, 1968.-213 с.

37. Кен Филлипс. Ваше лицо гарант безопасности.//РС\¥ЕЕК RUSSIAN EDITION, 3 июня, 1997 г., с.35-38.

38. Белоцерковский О.М., Глазунов А.С., Щенников В.В. Компьютерное распознавание человеческих лиц. // Зарубежная радиоэлектроника. Успехи современной радиоэлектроники. №8, 1997г., с.3-14.

39. Глазунов А.С. Процедуры идентификации лица человека на основе методики Зинина-Корсакова-Орлова.// Тез. Международной конференции. «Информатизация правоохранительных органов». М., 1996г., с.165-167.

40. Глазунов А.С. Автоматическое распознавание и идентификация лиц. -Тр. Издательства Академии МВД, 1997г., с.91-103.

41. Джей Янг Новый взгляд на безопасность / http://www.pcmag.ru

42. Николай Егармин Сейчас мы их проверим, сейчас мы их сравним! / www.computerra.ru/hitech/ novat/21380/

43. Евстегнеев В., Черномордик О, Биометрическая идентификация личности // Банковские технологии, №2,1997г, с.76 77.

44. Дегтярева А. Методы идентификации личности по радужной оболочке глаза. // On-line журнал «Графика и мультимедиа», вып.6, 2004 г.

45. Беленков В.Д. Электронные системы идентификации подписей // Защита информации. Конфидент. 1997, №6, с.39-42.

46. Разработка и исследование систем идентификации личности по динамике подписи. /Иванов А.И., Сорокин И.А, Клюхов Ю.С. / Отчет по аванпроекту. НИКИРЭТ, 1993, 150 е., г. Заречный Пензенской обл., библиотека НИКИРЭТ ин.№ 748.

47. Иванов А.И., Сорокин И.А. Автоматическая система идентификации личности по динамике подписи. //Новые промышленные технологии. №6, 1993.-е. 56-63.

48. Сорокин И.А., Иванов А.И., Кологоров В.А. Масштабирование сигналов в системах биометрической аутентификации по динамике подписи.//Новые промышленные технологии. Вып. №6,1998 г., с. 37-41.

49. Сорокин И.А. Иванов А.И. Анализ траектории ключевого слова в задаче биометрической аутентификации. // Специальная техника средств связи. Серия. Системы, сети и технические средства конфиденциальной связи. Пенза, ПНИЭИ, 1997, Выпуск №2., с.108 -113.

50. Способ идентификации личности по особенностям подписи. / Иванов А.И, Сорокин И.А., Бочкарев С.Л., B.J1. Оськин В.А., Андрианов В.В. // Патент РФ N 2148274 от 27.04.2000. Патентообладатель ПНИЭИ.

51. Завгородний В.В. и Мельников Ю.Н. Идентификация по клавиатурному почерку // Банковские технологии, №9,1998г., с. 45 - 47.

52. Ахмед Н., Рао К.Р. Ортогональные преобразования при обработке цифровых сигналов. М.: Связь, 1980. - 248 с.

53. Залманзон JI.A. Преобразование Фурье, Уолша, Хаара и их применение в управлении и других областях. М.: Наука, 1989.305с.

54. Хармут X.JI. Передача информации ортогональными функциями. М.: -Связь, 1975.

55. Марпл C.JI. Цифровой спектральный анализ и его приложения. М.: Мир, 1990.

56. Власенко В.А., Лаппа Ю.М., Ярославский Л.П. Методы синтеза быстрых алгоритмов свертки и спектрального анализа сигналов. М.: Наука, 1990.

57. Блейхут Р. Быстрые алгоритмы цифровой обработки сигналов. М.: Мир-1989.

58. Нуссбаумер Г. Бастрое преобразование Фурье и алгоритмы вычисления сверток. М.: Радио и связь, 1985.

59. Оппенхейм А., Шафер Р., Стокхем Т. Нелинейная фильтрация сигналов, представленных в виде произведения и свертки. ТИИЭР, 1968, т. 58, № 8.

60. Чайлдерс Д.Дж., Скиннер Д.П., Кемерейт Р.Ч. Капстр и его применение при обработке данных. ТИИЭР, 1977, т. 65, №10.

61. Распознавание образов: состояние и перспективы. //К. Верхаген, Р. Дайн, Й.Йостен, П.Вербак. М.: Радио и связь, 1985, - 104 с.

62. Беллман Р. Введение в теорию матриц. М.: Наука, 1969.

63. Грантмахер Ф.Р. Теория матриц. М.: Наука, 1988, - 552 с.65