一种基于空间磁场信号的移动端设备的双因素身份认证方法技术

本发明专利技术公开一种基于空间磁场信号的移动端设备的双因素身份认证方法。首先，用户将用来校验合法身份的验证设备，紧贴在配置有磁性传感器的登录设备的机身表面，通过运行设置在验证设备的规律性CPU占用率变化程序，从而引起设备周围环境的空间磁场信号的变化，这种变化可以被登录设备内部的磁性传感器所采集到。其次，通过对提取的信号进行滤波，把过滤后的信号在进行特征提取，从中提取到与验证设备和登录设备间只与硬件特性相关的物理特征，以及CPU占用率规律性变化构成的密码序列两种特征，将提取到的特征与验证设备注册时留下的信息进行比较，从而对验证设备的身份合法性进行校验。校验。校验。

【技术实现步骤摘要】
一种基于空间磁场信号的移动端设备的双因素身份认证方法


[0001]本专利技术主要涉及移动端设备的身份认证领域，主要研究基于移动端设备在不同CPU占用率负载情况下向空间辐射磁场信号的特性、设备间只与硬件本身特性进行绑定的原理、设备运行CPU规律性变化程序诱发的空间磁场响应特征、高噪声下的程序密码序列的重构方法、设备物理指纹提取与校验方法等，实现双因素身份认证技术。

技术介绍

[0002]移动设备经过这几年的飞速发展，已在各式各类生活场景中得到了广泛的应用，比较常见的移动设备有：掌上游戏机、智能手机、移动手环、平板电脑等。全球移动通信系统协会(GSMA)信息组织的数字分析师提供的数据显示，在2014年，世界上移动设备的数量就已经超过人口数量。移动数据和分析公司App Annie发布的《2022年移动状态报告》报告显示，2021年全球移动设备使用量为3.8万亿小时，创历史新高。移动设备行业的迅速崛起，不仅极大的改变了以往的生活方式，还对社会效率的便捷性具有显著提升的作用。与此同时，对国家、企业、个人的信息安全的保护带来了新的严峻考验。移动设备身份认证技术是守护信息安全的第一道防火墙，在防止信息泄露和对抗系统入侵等方面发挥着不可替代的作用。传统的移动设备身份认证技术，均需要用户不同程度主动配合的参与其认证过程，且难以抵御中间人攻击和协同定位攻击等。而移动设备数量的不断增多和用户使用设备时间的不断增加，对移动设备的身份认证技术提出了新的要求。因此，发展新的移动设备身份认证技术实现对移动设备身份的合法性校验，以此来保障移动系统的安全性和数据的隐私性，满足国家对移动设备基础建设提出的的安全性、可靠性和便捷性要求，在当前时代背景下迫在眉睫且具有重要的意义。
[0003]目前，在广泛应用和研究的移动设备身份认证技术，主要包含如下三种类型：(1)系统向验证设备发送批准登录的通知，用户手动确认该认证信息；(2)用户接听来自系统拨打给注册设备的的电话，按键批准登录该认证信息；(3)用户在登录界面输入系统发送给验证设备或者验证设备自动生成的密码序列，对比该认证信息。
[0004]以上认证方法均需要用户不同程度主动配合的参与其认证过程，且安全性较差，难以抵御暴力破解、重放攻击、身份盗用、密码盗窃、中间人攻击、协同定位攻击等多种安全威胁。为提升用户在移动端的便捷使用体验，且要确保身份认证信息的安全性，故需要研究和开发一种新的具有普适性、安全性、高效性和便捷性的能够实现移动设备上用户身份校验的多场景应用的身份认证技术。这也是移动设备飞速发展下人们的迫切需求和时代挑战。
[0005]近年来，有关空间磁场信号的研究和应用迅速发展，空间磁场信号已不单单作为地磁的指南针进行使用，而是被广泛应用于能源利用、信息载体、探测工具、测控定位、设备认证等多种
，为移动设备的身份认证提供了一种新的思路和选择。移动设备在运行CPU占用率规律性变化程序时，其硬件电路会产生交变的电信号，由Maxwell方程组可知，交变的电流可在周围激发出变化的空间磁场信号。这些交变的空间磁场信号通常被认为是
设备运行噪声，但这噪声能够被磁性传感器接收，而该噪声却为移动设备的身份认证提供了随机信号或信息熵，因为磁性传感器普适用于大多数移动设备，故无需引入额外的传感器件来收集和处理，这给身份认证研究指明了一个新的方向，但如何利用这些信号使身份认证更加安全、便捷和高效还是一个摆在我们面前的难题。

技术实现思路

[0006]为了实现以上目的，我们提出了一种基于空间磁场信号的移动设备的双因素身份认证方法。本专利技术实施方案是：首先，用户将用来校验合法身份的验证设备，紧贴在配置有磁性传感器的登录设备的机身表面，随后运行设置在验证设备的规律性CPU占用率变化程序。其次，该CPU占用率变化程序会引起设备周围环境的空间磁场信号的变化，这些变化可以被登录设备内部的磁性传感器所接受，通过对这些信号的处理分析，从中提取出设备间只与硬件特征相关的物理指纹和验证设备运行CPU规律性变化程序构建的密码序列。最后，将提取的物理指纹和密码序列与先前设备注册时的特征进行合法性校验，验证是否为合法设备。
[0007]我们的认证方法的思路在：
[0008](1)利用设备在生产制造缺陷过程中造成的独特物理特性，以及设备内部本身CPU占用率变化辐射的空间磁场信号，完成移动设备的身份认证。该方法无需引入额外的传感器硬件，可以普适于移动设备中缺乏交互硬件或传感器不统一的情况。
[0009](2)利用验证设备运行自定义的CPU占用率规律性变化程序的密码序列和设备间只与硬件本身特征相关的物理指纹，具有了移动设备合法身份的双重认证，可以抵御密码盗窃、身份盗用等多种攻击方式，提升了移动设备系统的安全性。
[0010](3)通过使用有规律性的CPU占用率变化程序完成身份认证，相当于程序替代了用户在进行移动设备身份认证过程中进行交互的传统方式。不仅提供了用户在移动端的安全便捷使用体验，还有效的提升了认证效率。
[0011]因此，该方法作为一种全新的身份认证技术，是对现有身份认证方法的补充和扩展，不仅具有无需用户主动配合其中的认证过程的优势，还可以实现对移动设备用户身份合法性的普适、安全和快速的校验，极大提升了用户在移动端的安全便捷使用体验。技术方案
[0012]注册阶段：
[0013]Step1.用户将验证设备紧贴在登录设备的机身外表面，放置后运行CPU占用率规律性变化程序影响周围空间磁场信号，使其产生变化；
[0014]Step2.登录设备采集到变化的空间磁场信号并将其存储到设备的存储单元中；
[0015]Step3.收集到一定时间内的信号后，设备对其进行特征提取，并将提取后的信号数据划分为训练数据集和测试数据集；
[0016]Step4.用Step3获取的训练数据集对分类器进行训练，从而得到训练分类器
[0017]Step5.用Step3获取的测试数据集对Step4得到的训练分类器进行测试，并不断重复Step4～5直至分类器最终通过测试，得到认证分类器。
[0018]认证阶段：
[0019]Step6.用户将验证设备放置在登录设备与注册阶段相同的机身外表面，放置后运
行CPU占用率规律性变化程序影响周围空间磁场信号，使其产生变化；
[0020]Step7.登录设备采集到空间磁场信号并将其存储到设备的存储单元中；
[0021]Step8.登录设备将Step7获取的信号进行特征提取，并将Step5得到的认证分类器对提取后的数据进行分类，并获取分类结果。
[0022]所述的基于空间磁场信号的移动设备的双因素身份认证方法，还包括如下步骤：
[0023]Step1和Step6所述的运行程序行为，具体为使用验证设备进行移动设备身份合法性校验时，运行其中的CPU占用率规律性变化程序；
[0024]Step2和Step7所述的登录设备采集空间磁场信号，具体为登录设备内部的磁性传感器(Magneti本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于空间磁场信号的移动端设备的双因素身份认证方法，包括以下步骤：步骤1：验证设备紧贴在登录设备表面，进行移动端设备的身份认证；步骤2：登录设备内部的磁性传感器采集空间磁场信号；步骤3：将收集到的信号进行降噪处理，去除周围环境噪声还有周围强磁场等造成的干扰；步骤4：对降噪后的信号进行分割处理；步骤5：构建物理指纹和CPU占用率变化密码；步骤6：对移动端设备的身份进行合法性校验。2.根据权利要求1步骤1所述，用户首先将用来校验合法身份的验证设备，紧贴在配置有磁性传感器的登录设备的机身表面，随后运行设置在验证设备的规律性CPU占用率变化程序。3.根据权利要求1步骤2所述，设备内部的CPU占用率变化会引起的周围环境的空间磁场信号的改变，该变化可被登录设备内部的磁性传感器所收集到。4.根据权利要求1步骤3所述，将对磁性传感器采集到的信号进行降噪处理：利用小波变化、高斯滤波器、低通和带阻等滤波器对接收到的信号进行滤波降噪处理，减少环境噪声和其他电子设备的信号污染。5.根据权利要求1步骤4所述，将降噪后的信号分割为三个阶段，分别为高CPU占用率运行阶段，...

【专利技术属性】
技术研发人员：靳文强，黄晨宇，邓彬，
申请(专利权)人：湖南大学，
类型：发明
国别省市：