[发明专利]一种基于可穿戴手环的手势密码破解系统

说明书

本发明公开了一种基于可穿戴手环的手势密码破解系统，包括数据处理器以及输入密码的人员携带的可穿戴手环终端，该数据处理模块集成有无线传输主模块、信号预处理模块、加速度数据分析模块、角速度数据分析模块、第一模型分类模块、第二模型分类模块、剪枝模块和手势密码输出模块，该可穿戴手环终端集成有无线传输从模块、三轴加速度传感器和三轴陀螺仪。本发明通过分析输入密码的人员在智能手机上输入密码时腕部产生的加速度和角速度信号中蕴含的腕部运动规律，以对当前流行的手势密码的内容进行侧信道攻击。

技术领域

本发明主要涉及可穿戴感知和安全领域，具体是一种基于可穿戴手环的手势密码破解系统。

背景技术

目前，随着可穿戴手环和智能手机的流行，这些智能设备中的信息安全需要更多的关注。在当前背景下，通过密码加密智能手机被视作保护信息安全的重要途径之一。然而，用户输入密码时，手部的运动信息可能通过可穿戴手环等智能设备发生泄漏，从而成为对手机密码侧信道攻击的导火索。与传统的功耗攻击、电磁场攻击等种类的侧信道攻击相比，借助这种传感器的侧信道攻击成本低、计算量小，并可以减少环境因素的影响，而且可以方便的应用在日常生活中，对用户的隐私存在实际的威胁。对这一类侧信道攻击的研究揭示了它们对信息安全的重大威胁，可以加强用户的防范意识，对私人信息的保护具有重大意义。

发明内容

本发明是为了解决上述现有技术存在的不足之处，提出一种基于可穿戴手环的手势密码破解系统，以期能通过智能手环获取用户在智能手机上输入密码时腕部产生的加速度和角速度信号以用于密码的推测，从而能对当前流行的手势密码的内容进行侧信道攻击，显示可穿戴设备可能对信息安全造成的威胁，以便用户防范和避免类似的信息泄露。

本发明为达到上述发明目的，采用如下技术方案：

本发明一种基于可穿戴手环的手势密码破解系统的特点包括：数据处理器和可穿戴手环终端；

所述数据处理器集成有无线传输主模块、信号预处理模块、加速度数据分析模块、角速度数据分析模块、第一模型分类模块、第二模型分类模块、剪枝模块和手势密码输出模块；

所述可穿戴手环终端集成有无线传输从模块、三轴加速度传感器和三轴陀螺仪；

所述三轴加速度传感器和三轴陀螺仪分别获取从输入开始到输入结束时腕部的加速度数据和角速度数据并通过所述无线传输从模块发送给所述数据处理器；

所述信号预处理模块通过无线传输主模块获取加速度数据和角速度数据后，利用巴特沃斯低通滤波器分离数据中的高频噪声，再通过所设定的角速度能量阈值来判断去燥后的数据中用户开始输入和结束输入的时间点，从而确定用户输入手势密码的有效时间段；提取有效时间段所对应的角速度数据的统计特征用于判断手势密码方向发生变化的时间点，根据所述时间点将有效时间段所对应的加速度数据和角速度数据进行分割，从而得到一系列只包含单一方向的加速度信号段和角速度信号段；所述加速度数据分析模块对所述加速度信号段进行特征提取，得到腕部向每个不同方向运动时的加速度特征向量，包括x、y、z三轴加速度的平均值、加速度最大值、加速度最小值和三轴位移；

所述角速度数据分析模块对所述角速度信号段进行特征提取，得到腕部向每个不同方向转动时的角速度特征向量，包括x、y、z三轴角速度的平均值、角速度最大值、角速度最小值和角位移；

所述第一模型分类模块获取加速度特征向量和角速度特征向量并输入至训练好的支持向量机的方向分类模型中进行手部运动方向的分类，得到手腕每一段运动方向的判断结果；

所述第二模型分类模块获取三轴位移和角位移、以及手腕每一段运动方向的判断结果并输入至训练好的支持向量机的位移分类模型中进行手部位移的分类，得到手腕每一段运动的带有方向的位移；

所述剪枝模块对手势密码的九宫格图中的9个点建立转移矩阵，并利用转移矩阵将手腕每一段运动的带有方向的位移转化为手指在手势密码的九宫格图中经过点的轨迹序列；