[发明专利]一种基于近超声波的智能手机图案密码推测方法

说明书

本发明公开了一种基于近超声波的智能手机图案密码推测方法，通过解锁检测、音频信息捕获、音频预处理及上传、信号分割、相对运动测量、线段推测、生成候选图案及相似度排序等七大步骤，通过利用不可察觉的近超声波信号进行侧信道攻击推断图案密码锁，研究和探索出基于近超声波的智能手机图案密码推测方法。不需要物理接触受害者，不容易遭受环境干扰的影响，更加实用。且不依赖于有标记数据的大量训练和机器学习，因此更容易自动化地进行大规模用户图案锁推断。不需要额外设备，不易被用户察觉。

技术领域

本发明属于声音侧信道攻击技术领域，具体涉及一种基于近超声波的 智能手机图案密码推测方法。

背景技术

随着图案解锁逐渐成为身份验证的主要方法之一，人们只需要花短短 的几秒钟在智能手机上画出密码图案就能解锁自己的智能手机。根据最新 的一个调查，人脑特别适合记住图形信息，而且用户总是认为PIN的有限 位数是不安全的。因此，图案解锁不仅易于使用，并且提供了一个安全的 移动认证机制。由于图案锁的广泛使用，图案锁的安全问题近来引起了广 泛关注。许多安全策略已经被提出，以确保用户在绘制图形时不能被其他应用程序访问屏幕，但是移动智能手机仍然可以访问某些共享的硬件资源， 这就给一些侧信道攻击提供了信息。一些侧信道攻击被证明可以很准确地 追踪到PIN码信息。然而，这些方法通常把整个解锁过程作为一个单独的 样本进行特征提取，并依赖于有标记数据的大量训练和机器学习。同时这 些工作大多基于PIN码的推测而非图案锁的推测，因为在屏幕上平滑地移 动指尖，不会给智能手机带来与数字按键一样多的干扰，不利于获取相应 的信息。近年来，研究人员开始关注图案锁和一些侧信道攻击来重建图案 锁，例如油污攻击，无线信号攻击，视频攻击等，但是这些都要求攻击者 身体接近受害者或操纵无线热点，而且攻击准确性对于环境的依赖性很强。

发明内容

本发明的目的就是针对现有技术的不足之处，提供了一种受环境噪音 干扰小的基于近超声波的智能手机图案密码推测方法。

为了实现上述目的，本发明所设计的基于近超声波的智能手机图案密 码推测方法，其特殊之处在于，包括以下步骤：

步骤1：解锁检测；

步骤2：音频信息捕获：利用手机扬声器播放近超声波音频，并用麦克 风接收该音频；

步骤3：音频预处理：从音频信号中提取指尖滑动相关的信号段；

步骤4：信号分割：将信号进行分段，得到指尖转弯时对应的信号转折 点；

步骤5：相对运动测量：确定起点和终点，并获取指尖的相对运动；

步骤6：线段推测：计算当前运动特征向量与该点可能的运动特征向量 指尖的相似度；

步骤7：生成候选图案及相似度排序。

进一步地，所述步骤1中解锁检测采用方向传感器和加速度计分别检 测拿起手机和点击屏幕操作过程。

进一步地，步骤2中所述播放的近超声波音频频率为20～22kHz。

进一步地，所述步骤3中音频分割的具体过程包括：

提取与指尖滑动相关的音频信号段；

利用传统的相干检波器解调基带信号分离出指尖滑动音频信号，具体 公式为如下：

I(t)＝F_ds(F_low(R(t)*A sin 2πft))

Q(t)＝F_ds(F_low(R(t)*A cos 2πft))