Жестовая аутентификация при помощи двух независимых мобильных устройств Текст научной статьи по специальности «Компьютерные и информационные науки»

УДК 004.942

жестовая аутентификация при помощи двух независимых мобильных устройств

Козлов Ю. Е.,

студент, Финансовый университет, Москва, Россия

kozlovye@yandex.ru

Аннотация. В рамках статьи рассмотрен способ жестовой мультимодальной аутентификации в мобильных приложениях. Приведено ее место в общей классификации биометрических способов аутентификации. Рассматривается совокупность биометрических (анатомических) особенностей, позволяющих считать жестовую аутентификацию достаточно надежной. Приводится алгоритм работы жестовой аутентификации, выполняемой одновременно мобильным и запястным устройствами.

Ключевые слова: аутентификация; мобильное устройство; акселерометр; алгоритм.

HARD AUTHENTICATION WITH THE TWO INDEPENDENT MOBILE DEVICES

Kozlov Yu.E,

student, Financial University, Moscow, Russia

kozlovye@yandex.ru

Annotation. Within the framework of the article, the method of gesture multimodal authentication in mobile applications is considered. Its place in the general classification of biometric authentication methods is given. A set of biometric (anatomical) features is considered, which makes it possible to consider gestural authentication quite reliable. An algorithm for the work of gesture authentication, performed simultaneously by a mobile and a wrist device, is given.

Keywords: authentication; mobile device; accelerometer; algorithm.

С появлением новых видов небанковского обслуживания, связанных с предоставлением таких сервисов, как web-money, PayPal, Second-life, которые не имеют прямого отношения к банкам, но, тем не менее, пересекаются с историческими банковскими видами деятельности - платежами, депозитами, кредитами и т.д. Структура банковского мобильного сервиса должна двигаться в направлении развития этих технологий, в ключевых продуктах, процессах,

компетенциях. Очевиден тренд на снижение барьеров и выход банков за границы традиционной банковской деятельности.

Банковская индустрия наряду с телекоммуникационной наиболее глобализированная. Как нет границ у Интернета, так нет их и у капитала. Свободное перетекание средств из индустрии в индустрию, из страны в страну заставляет участников рынка сегодня уделять особое внимание развитию технологий, которые, вполне возможно,

Научный руководитель: Дворянкин С.В., доктор наук, профессор кафедры информационной безопасности, Финансовый университет.

Рис. 1. Пример жеста, который может служить для аутентификации

не были бы нужны, если бы не эра глобализации. Но глобализация рынка капиталов, требующая молниеносных решений, заставляет банки двигаться вперед и внедрять инновации [1].

Одним из важных направлений такого развития является внедрения новых банковских сервисов, использующих мобильное устройство в качестве средства проведения банковских операций. Основной задачей для таких сервисов является обеспечение безопасности, что в первую очередь связано с процедурами надежной аутентификации. Усовершенствование существующих методов аутентификации и разработка новых позволяет удерживать безопасность совершаемых банковских операций с использование мобильных устройств на должном уровне.

Современные методы аутентификации клиента банка можно подразделить на три категории:

1) то, что пользователь знает. Этот метод основан на секретной информации, которую человек знает и применяет в целях аутентификации: пароль, ключевая фраза или персональный идентификационный номер (PIN);

2) то, чем пользователь обладает. Удостоверение личности, паспорт, банковская карта, USB-токен, различные ключи в других форматах - все это является примером того, чем пользователь владеет и может использовать для своей идентификации;

3) то, что есть сам пользователь. Этот метод основан на физической или поведенческой особенности, которая является уникальной для человека и помогает его идентифицировать. Известными биометрическими методами аутентификации являются отпечатки пальцев, голос,

сканирование радужной оболочки глаза, сканирование ладоней или геометрия руки, динамическая подпись.

Мало кто сегодня сомневается в том, что в будущем будет осуществлен переход на третью группу методов аутентификации клиента в банковской сфере, и для этого есть весомые аргументы. Эффективность пароля зависит от секретности, которая может быть раскрыта посредством сниффинга, троянского коня, подслушивания и слежения, социальной инженерии и т.д. Группа «то, что пользователь знает» относительно проста для проникновения. Чаще всего пользователи, чтобы не забыть или не ошибиться с паролем, записывают его на вещественные или электронные носители, что делает его уязвимым для кражи [2].

Методика мультимодальной жестовой аутентификации, использующая в качестве биометрического материала специальный жест человека, является одним из направлений развития биометрических методов аутентификации в мобильных приложениях, способных повысить защищенность денежных средств от краж с использованием уязвимостей в аутентификации удаленного банковского обслуживания.

Несмотря на то что биометрическая аутентификация не является решением всех проблем, этот метод избавляет от ввода паролей и, следовательно, более прост и доступен рядовому пользователю.

Суть методики заключается в выполнении специального заранее придуманного аутенти-фицирующего жеста мобильным устройством. С целью увеличения надежности при воспроизведении жеста его регистрация производится

65

Биометрические способы аутентификации

По принципу действия

По способу использования

Для доступа к удаленным ресурсам

Для доступа к локальным ресурсам

Мультимодальные (комбинированные)

и о

,о

Q_

<D т о 1=

Q.

CD т о

_Q Q_

00 со

Рис. 2. Классификация биометрических методов

двумя устройствами одновременно - мобильным устройством и запястным устройством.

На рис. 1 представлен пример жеста, который может служить для аутентификации. Жирной точкой на рисунке обозначается начало траектории, а стрелкой указывается ее направление.

В качестве запястного устройства может служить устройство, имеющее акселерометр, например умные часы или фитнес-браслет. Ассортимент данных устройств в настоящее время достаточно широк, а цена самых бюджетных моделей около 800 руб.

Методика жестовой аутентификации подразумевает определение характеристик устройства в пространстве - эту задачу позволяет решить встроенный акселерометр. В настоящее время акселерометром оснащаются практически все мобильные устройства - смартфоны, планшеты, умные часы, фитнесс-браслеты и т.п. Основным назначением этого датчика является предоставление информации о текущем ускорении устройства, точнее, разности ускорения устройства и уско-

рения свободного падения. В состоянии покоя показания датчика совпадают с вектором ускорения свободного падения.

Использование запястного устройства совместно с мобильным имеет ряд преимуществ и позволяет увеличить надежность аутентификации. Оба устройства плотно взаимодействуют друг с другом и персонифицированы, например запястное устройство может служить, при необходимости, ключом к разблокировке смартфона. Такая функция уже внедрена во многие фитнес-браслеты и широко используется.

К недостаткам способа следует отнести необходимость наличия двух устройств, а также необходимость перекалибровки жеста в случае замены любого из устройств. Данный способ аутентификации будет особенно интересен людям, привыкшим к ношению фитнес-браслетов или умных часов.

Работы по использованию жеста устройством для аутентификации начали появляться с 2009 г., однако по некоторым причинам они не получили

Запястное устройство

Мобильное устройстово

Вычисление траектории

Вычисление

Вычисление траектории

Результат аутентификации

положительный если: 1 D. . < йл < йл

lmin 1 lmax

D + D < D

^пороговое

Корректировка эталонных моделей при положительном результате

Рис. 3. Алгоритм работы аутентификации, использующей мобильное и запястное устройство одновременно

широкого распространения. В настоящее время результаты данных работ представлены алгоритмом uWave, использующим в качестве основы методику динамической трансформации шкалы времени - DTW (Dynamic Time Warping) [3]. Как показали эксперименты, надежность методики, использующей только одно устройство, не очень высока, вероятность ошибок первого ли второго рода равна 1,4%. Кроме того, вероятность подделки аутентифицирующего жеста составит 10%, если злоумышленник видит, как пользователь выполняет свой жест [4].

Мультимодальная аутентификация при помощи двух независимых устройств относится к биометрическим методам. На рис. 2 представлена классификация биометрических методов по принципу действия и способу использования.

Аутентификацию при помощи жеста мобильным и одновременно запястным устройствами, согласно предложенной классификации, можно отнести к динамическому мультимодальному способу. Здесь, кроме воспроизведения известного

только пользователю жеста, в аутентификации будут участвовать и биометрические (анатомические) особенности конкретного человека. Об этих особенностях будет сказано ниже.

Длительность жеста, предположительно, составляет несколько секунд, а значит, вычисления, необходимые для принятия решения, может проделать мобильный телефон, так как объем данных, при скорости акселерометра примерно 200 отсчетов в секунду, будет не более 500 Кб. Следовательно, способ использования данного метода может быть любой - и для доступа к локальным ресурсам, и для доступа к удаленным.

Представленный способ аутентификации может называться мультимодальным в силу того, что аутентификация, кроме известного только пользователю жеста, одновременно использует несколько биометрических характеристик. В частности, аутентифицирующий жест несет в себе особенности жестикуляции, присущие только конкретному человеку. Одновременно,

при использовании запястного устройства, в жесте участвуют некоторые особенности строения руки человека.

Как известно, рука человека представляет три шарнирно соединенных звена: плечо, предплечье и кисть. Нетрудно подсчитать, что плечо имеет пять степеней подвижности. Рука, оставаясь прямой, может поворачиваться вокруг всех трех осей (три степени подвижности), а само плечо может двигаться взад-вперед и вверх-вниз (еще две степени подвижности). Предплечье, соединенное с плечом в локтевом суставе, имеет две степени подвижности: сгиб руки в локте и вращение предплечья вокруг локтевого сустава. Кисть руки имеет еще две степени подвижности: она может двигаться относительно предплечья в двух плоскостях.

Рука человека (не считая подвижности пальцев) имеет девять (5 + 2 + 2) степеней подвижности.

Предполагается, что при выполнении аутенти-фицирующего жеста человек держит мобильное устройство, зажав его между большим пальцем и кистью, как показано на рис. 1. В этом случае можно считать, что мобильное устройство относительно кисти неподвижно. Тогда кроме уникальности самого жеста, при снятии показаний акселерометра с запястья на траекторию движения будут оказывать влияние следующие анатомические особенности конкретного человека:

• кисть относительно предплечья имеет две степени свободы, которые используются людьми в соответствии с их индивидуальными особенностями;

• размер предплечья и кисти будет влиять на расстояние между мобильным и запястным устройством, а значит, соотношение фигур, опи-

сываемых мобильным и запястным устройством, для людей с разной длинной руки будет отличаться;

• естественное положение локтя человека, которое будет определять положение предплечья относительно плечевого сустава в горизонтальной плоскости, будет влиять на разницу траекторий фигур мобильного и запястного устройства. Например, для более полных людей локоть будет смещен по горизонтали.

На рис. 3 представлен алгоритм работы аутентификации, использующей мобильное и запястное устройство одновременно.

Расстояния 01, й2, йъ, получаемые в результате работы алгоритма DTW или FastDTW, являются расстояниями Левинштейна, которые находятся следующим образом: пусть строки 51 и 52 две строки над некоторым алфавитом длиной М и N соответственно. Расстояние Левенштейна для каждого из с1(Б1, Б2) рассчитывается по рекуррентной формуле:

где D(M, N):

d(S1, S2) = D(M, N),

D (h j ) =

min

i = 0, j = 0 j = 0,i > 0 i = 0, j > 0 D (i, j-1) +1, ^ D (i-1, j ), D (i-1, j-1) + m (Si [i ], [ j ])

; j > 0, i > 0,

где т(Б1[1 ], Б2У ]) равна нулю, если 51[/ ] = Б2У ], и единице в противном случае. Очевидно, что ё{Б1, 52) = 0, если 51 = Бг

список источников

1. Орловский В.М. Офисы будущего // Прямые инвестиции. 2014. № 9. С. 76-79.

2. Шакер И.Е. Использование биометрической аутентификации и перспективы ее применения в банковской системе России // Экономика. Налоги. Право. 2016. Вып. № 5. С. 85-86.

Jiayang L., Zhen W, Lin Z, Jehan W., Venu V. uWave: Accelerometer-based Personalized Gesture Recognition and its Applications. 2009. URL: http://www.ruf.rice.edu/ ~mobile/publications/liu09percom.pdf (дата обращения: 05.05.2016).

Jiayang L., Lin Z, Jehan W, Venu V. User Evaluation of Lightweight User Authentication with a Single Tri-Axis Accelerometer. 2009. URL: http://www.ruf.rice.edu/ ~mobile/publications/liu09mobilehci.pdf (дата обращения: 05.05.2016).

3.

4.