一种基于智能手机传感器的设备指纹提取方法技术

本发明专利技术提供了一种基于智能手机传感器的设备指纹提取方法，包括如下步骤：步骤一：数据采集；步骤二：数据预处理；步骤三：ADC值恢复；步骤四：增益矩阵的估算；步骤五：有效性检查；步骤六：设备指纹ID生成。本发明专利技术能够准确的提取设备指纹，在抽样对一些设备进行恢复出厂设置、抹机升级、时间打点测试时，设备指纹ID都没有发生变化，能够唯一标识设备。

A fingerprint extraction method based on smart phone sensor

【技术实现步骤摘要】
一种基于智能手机传感器的设备指纹提取方法
本专利技术属于移动终端领域，基于智能手机传感器的设备指纹提取技术，主要涉及了对智能手机的传感器信息收集、推验、校准等操作，具体涉及了对于陀螺仪、加速度计、磁力计三类传感器的偏差增益推算验证以及智能手机设备指纹生成验证。
技术介绍
传感器是智能手机的重要组成，每一部智能手机都包含很多传感器原件，从相机、麦克风、光线感应到GPS、陀螺仪、加速度计等等，这些都是基于MEMA(MississippiEmergencyManagementAgency)技术。对于一个良好的传感器，精准度是至关重要的，因此设备制造商一般会使用工厂校准来补偿制造过程中产生的偏差。对传感器的输出数据进行分析就能推算出每个传感器的校准数据，这个校准数据就可以作为设备的指纹。目前智能手机主要包括两大操作系统：Android、iOS。传统的Android系统设备的指纹提取主要是依靠IMEI、MAC、ANDROID_ID等信息来生成，一般采用一个或多个元素来作为设备指纹；传统的iOS系统设备指纹的提取主要会依靠IDFA、IDFV、OpenUDID等值来生成。随着Android系统的升级，Google对于IMEI、MAC等值的限制获取，传统的指纹获取已经不能满足唯一标识设备，且这些信息的获取需要权限申请会明显的影响用户体验，同时在Android低版本中这些值也存在被篡改、冒用等风险；当前iOS系统在完全还原初始的情况下也是不能得到设备唯一指纹的，这些对于设备归因、追溯都存在一定的问题。专利技术内容本专利技术的目的是通过以下技术方案实现的。为了解决这些问题，本专利技术提出了一套以智能手机传感器信息为基础的设备指纹提取技术。为达上述目的，本专利技术第一方面实施例提出了一种基于智能手机传感器的设备指纹提取方法，包括如下步骤：步骤一：数据采集；步骤二：数据预处理；步骤三：ADC值恢复；步骤四：增益矩阵的估算；步骤五：有效性检查；步骤六：设备指纹ID生成。为达上述目的，本专利技术第二方面实施例提出了一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器运行所述计算机程序时执行以实现所述的方法。为达上述目的，本专利技术第三方面实施例提出了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述程序被处理器执行时实现所述的方法。本专利技术的优点在于：能够准确的提取设备指纹，在抽样对一些设备进行恢复出厂设置、抹机升级、时间打点测试时，设备指纹ID都没有发生变化，能够唯一标识设备。附图说明通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本专利技术的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：图1示出了根据本专利技术实施方式的一种基于智能手机传感器的设备指纹提取方法流程图；图2示出了根据本专利技术实施方式的传感器采集数据示例图；图3示出了本专利技术一实施例所提供的一种电子设备的结构示意图；图4示出了本专利技术一实施例所提供的一种计算机介质的示意图。具体实施方式下面将参照附图更详细地描述本专利技术的示例性实施方式。虽然附图中显示了本专利技术的示例性实施方式，然而应当理解，可以以各种形式实现本专利技术而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了能够更透彻地理解本专利技术，并且能够将本专利技术的范围完整的传达给本领域的技术人员。需要注意的是，除非另有说明，本专利技术使用的技术术语或者科学术语应当为本专利技术所属领域技术人员所理解的通常意义。另外，术语“第一”和“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。此外，术语“包括”和“具有”以及它们任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。例如包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备没有限定于已列出的步骤或单元，而是可选地还包括没有列出的步骤或单元，或可选地还包括对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。在本专利技术的工作中，本专利技术是通过陀螺仪、加速度计、磁力计等传感器的输出来推断出每个传感器的出厂校准数据，用这些校准数据来构建出一个有效的设备指纹，得到的这个设备指纹能够有效的标识设备的唯一性。本专利技术选择使用传感器信息是因为这些数据的获取不需要任何的权限申请、Android和iOS系统都能有效获取具有共通性，且有效有值率比较高，样本数据的采集可以在一秒内完成，提取的指纹信息不会随着时间的推移和恢复出厂设置、更新升级等操作而发生变化。本专利技术证明，本专利技术的方法可以为设备生成唯一指纹。本专利技术采用的方法是根据对陀螺仪、加速度计和磁力计等传感器输出去推断出每个设备的出厂校准数据。MEMS传感器通常是通过模数转换器(ADC)将模拟量转换为数字量并存储在寄存器内。对于三轴运动传感器，ADC的输出一般表示为A＝[Ax，Ay，Az]T，根据标准传感器校准模型，传感器标准输出可以表示为：在这里，Pi∈P是指比例因子；Nij∈N是指轴i和j之间的非正交性；Bi∈B是指标准偏差；A是指传感器的灵敏度或增益，定义为输出信号与测量属性之间的比率，传感器的标称增益是传感器的预期工作灵敏度。在本专利技术中使用M来表示传感器的标称增益。如果传感器是理想的，则其标度矩阵P和非正交性矩阵N应分别为M·I和I，其中I是单位矩阵。所以上面的等式可以进一步简化为：O＝HA+D这里H＝PN表示标称增益。传感器的校准标准有很多纬度，包括有高精度设备，多位置，卡尔曼滤波器和基于视觉等，厂商一般会选择只校准偏移矢量来降低成本。在工厂校准完成后会将这些校准数据写入到硬件存储中，这些数据不会随时间变化，也不会轻易被改写。在设备经过工厂校准后，增益矩阵H和偏置矩阵D都应该是唯一的，所以可以恢复这两个数据的任何一个都可以当做设备的指纹。本专利技术具体实施例讲述增益矩阵H的恢复。为恢复增益矩阵本专利技术需要知道每个传感器件的标称增益，而设备的标称增益一般是在厂商的传感器件规范中都能找到的，如HUAWEIMate30的陀螺仪标称增益为60mdps、iPhoneX的陀螺仪标称增益为61mdps、GooglePixel3XL的陀螺仪标称增益为64mdps等等。通过两个传感器的差值可以消除偏置矩阵D，实际增益矩阵和理想增益矩阵很相近，但不相等。本专利技术生成传感器指纹基本方法包括六个步骤：数据采集、数据预处理、ADC值恢复、增益矩阵估算、有效性检查、设备指纹ID生成。当设备处于静止或者缓慢移动的状态时获取传感器指纹是能够比较有效的生成。下面本专利技术以陀螺仪数据生成指纹为例。实施例1步骤一：数据采集首先编写应用程序app在设备上采集陀螺仪传感器信息，经过本专利技术测试在Android设备上不同的机型采集效率不同，在HUAWEIMate30一秒钟能采集约400组数据，在GooglePilel3XL一秒钟大约能采集1本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于智能手机传感器的设备指纹提取方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤一：数据采集；/n步骤二：数据预处理；/n步骤三：ADC值恢复；/n步骤四：增益矩阵的估算；/n步骤五：有效性检查；/n步骤六：设备指纹ID生成。/n

【技术特征摘要】
1.一种基于智能手机传感器的设备指纹提取方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤一：数据采集；
步骤二：数据预处理；
步骤三：ADC值恢复；
步骤四：增益矩阵的估算；
步骤五：有效性检查；
步骤六：设备指纹ID生成。


2.根据权利要求1所述的一种基于智能手机传感器的设备指纹提取方法，其特征在于，
所述步骤一具体包括：
采集陀螺仪传感器数据，用O＝[O0，O1，...，On-1]来标识单组组数数据，用Oi＝[Ox，Oy，Oz]T来表示不同轴的获取。


3.根据权利要求2所述的一种基于智能手机传感器的设备指纹提取方法，其特征在于，
所述步骤二具体包括：
在得到所述陀螺仪传感器数据后，首先对所述数据进行差分计算，用以下等式得到ΔO：
ΔO＝[O1-O0，O2-O1，...，On-1-On-2]。


4.根据权利要求3所述的一种基于智能手机传感器的设备指纹提取方法，其特征在于，
所述步骤三具体包括：
恢复连续ADC之间的差值ΔA，通过以下等式估算出：



其中，H-1是实际增益矩阵H的逆矩阵，H0＝MH·I，MH是陀螺仪的标称增益，I是单位矩阵；
然后通过以下等式剔除无效值：





5.根据权利要求4所述的一种基于智能手机传感器的设备指纹提取方法，其特征在于，
所述步骤四具体包括：
用以下等式估算出标称增益





6.根据权利要求5所述的一种基于智能手机传感器的设备指纹提取方法，其特征在于，
所述步骤五具体包括：
量化和真实H的偏差，用以下等式来计算：



其中，std是标准偏差函数；
进行误差计算：



其中，是指单位为dps时的值。


7.根据权利要求1所述的一种基于智能手机传感器的设备指纹提取方法，其特征在于，
所述步骤六具体包括：
指纹ID的生成按照如下公式得出：





8.根据权利要求2所述的一种基于智能手机传感器的设备指纹提取方法，其特征在于，...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨从安，王威振，
申请(专利权)人：北京数字联盟网络科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11