本發(fā)明屬于傳感器感知識別與通信加密技術(shù)領(lǐng)域，具體是一種基于慣性傳感器感知握手行為的認(rèn)證系統(tǒng)及其工作方法。

背景技術(shù)：

通信加密技術(shù)是指將明文信息改變?yōu)殡y以讀取的密文內(nèi)容，使之不可讀。只有擁有解密方法的對象，經(jīng)由解密過程，才能將密文還原為正常可讀的內(nèi)容。

隨著慣性傳感器、智能可穿戴技術(shù)的發(fā)展，基于慣性傳感器技術(shù)的新型感知技術(shù)備受關(guān)注。基于慣性傳感器的可穿戴設(shè)備能夠獲取慣性傳感器的實(shí)時數(shù)據(jù)，借助于模式感知技術(shù)與密鑰生成技術(shù)，可以實(shí)時地感知用戶的握手動作，抽取用戶握手動作的相關(guān)性，生成一致的密鑰，最終達(dá)到安全通信的效果，讓用戶能夠利用可穿戴設(shè)備進(jìn)行透明的安全信息交換。

目前的通信加密手段：單向加密、基于藍(lán)牙的端到端加密及證書機(jī)關(guān)。單向加密是不可逆的，無法還原明文；證書機(jī)關(guān)需要第三方的公鑰基礎(chǔ)設(shè)施，但在某些網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中不存在這種設(shè)施；基于藍(lán)牙的端到端加密雖然不需要第三方基礎(chǔ)設(shè)施，但是需要人為地進(jìn)行查找和確認(rèn)，操作較為復(fù)雜，交互體驗(yàn)不高。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

針對于上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明的目的在于提供一種基于慣性傳感器感知握手行為的認(rèn)證系統(tǒng)及其工作方法，本發(fā)明對設(shè)備計算能力要求低，不會被第三方竊聽，安全性高，交互體驗(yàn)性強(qiáng)，密鑰生產(chǎn)效率高，且無須第三方證書機(jī)關(guān)。

為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的一種基于慣性傳感器感知握手行為的認(rèn)證系統(tǒng)，其包括：

慣性傳感器模塊，用于實(shí)時采集可穿戴設(shè)備的慣性數(shù)據(jù)；

握手感知模塊，感知用戶的握手動作，并截取握手過程的慣性傳感器數(shù)據(jù)；

密鑰生成模塊，對握手過程的慣性傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行信號處理與轉(zhuǎn)換，并利用慣性傳感器模塊之間的相關(guān)性特征生成一致的密鑰；

信息傳輸模塊，其與密鑰生成模塊數(shù)據(jù)連接，用于不同可穿戴設(shè)備之間的無線信息交換。

優(yōu)選地，所述的密鑰生成模塊包括：

參數(shù)學(xué)習(xí)模塊，利用雙方握手過程少部分的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，以訓(xùn)練數(shù)據(jù)的最大相關(guān)性為目標(biāo)，在線學(xué)習(xí)信號處理與轉(zhuǎn)換階段的相關(guān)參數(shù)；

信號處理模塊，利用學(xué)習(xí)得到的優(yōu)化參數(shù)對慣性傳感器模塊采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行信號處理與空間轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳遞給密鑰輸出模塊；

密鑰輸出模塊，對轉(zhuǎn)換后的慣性傳感器模塊采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化，生成比特串，然后對不一致的比特進(jìn)行協(xié)調(diào)，最終生成一致的密鑰。

一種基于慣性傳感器感知握手行為的認(rèn)證系統(tǒng)的工作方法，其包括以下步驟：

1）實(shí)時采集慣性數(shù)據(jù)；

2）監(jiān)測握手動作并截取出握手過程的慣性傳感器數(shù)據(jù)；

3）利用訓(xùn)練數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)信號處理和空間轉(zhuǎn)換的參數(shù)；

4）利用學(xué)習(xí)的參數(shù)對慣性傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和空間轉(zhuǎn)換；

5）對空間轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化生成比特串；

6）對生成的比特串進(jìn)行不一致比特的協(xié)調(diào)，生成一致的比特串；

7）利用一致的比特串最終生成一致的密鑰。

優(yōu)選地，所述的步驟6）中的對不一致的比特進(jìn)行的協(xié)調(diào)是指通過廣播形式，在不同的可穿戴設(shè)備之間對不一致的比特進(jìn)行協(xié)商校正。

本發(fā)明的有益效果：

本發(fā)明使用慣性傳感器對用戶握手動作進(jìn)行感知識別，相比于基于第三方公共密鑰設(shè)施的通信加密系統(tǒng)，本發(fā)明無需第三方公共密鑰設(shè)施，是端到端的加密，速度更快，成本更低；相比于基于藍(lán)牙的端到端加密，本發(fā)明無須人為地對設(shè)備進(jìn)行查找與手動確認(rèn)匹配，只需用戶進(jìn)行自然的握手動作，交互體驗(yàn)高。

交互體驗(yàn)自然：本發(fā)明會對握手動作進(jìn)行感知識別，密鑰生產(chǎn)過程對用戶完全透明，無需人為學(xué)習(xí)過程即可使用。

加密速度快：本發(fā)明無需第三方公共密鑰設(shè)施，密鑰生成效率很高。

安全性高：本發(fā)明的密鑰生成過程是在本地進(jìn)行的，除了極少的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，第三方無法監(jiān)聽傳感器數(shù)據(jù)，安全性很高。

成本低廉：只需在用戶現(xiàn)有的可穿戴設(shè)備上安裝我們的系統(tǒng)軟件即可進(jìn)行握手認(rèn)證，無需第三方公共密鑰設(shè)施或其它硬件設(shè)備，成本很低。

附圖說明

圖1為本發(fā)明認(rèn)證系統(tǒng)的場景結(jié)構(gòu)圖；

圖2為圖1的本地數(shù)據(jù)流圖；

圖3為設(shè)備間交互圖；

圖4為握手動作示意圖；

圖5為系統(tǒng)的工作原理圖。

具體實(shí)施方式

為了便于本領(lǐng)域技術(shù)人員的理解，下面結(jié)合實(shí)施例與附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明，實(shí)施方式提及的內(nèi)容并非對本發(fā)明的限定。

參照圖1所示，本發(fā)明的一種基于慣性傳感器感知握手行為的認(rèn)證系統(tǒng)，其包括：

慣性傳感器模塊，用于實(shí)時采集可穿戴設(shè)備的慣性數(shù)據(jù)；

握手感知模塊，感知用戶的握手動作，并截取握手過程的慣性傳感器數(shù)據(jù)；

密鑰生成模塊，對握手過程的慣性傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行信號處理與轉(zhuǎn)換，并利用慣性傳感器模塊之間的相關(guān)性特征生成一致的密鑰；

信息傳輸模塊，其與密鑰生成模塊數(shù)據(jù)連接，用于不同可穿戴設(shè)備之間的無線信息交換。

其中，所述的密鑰生成模塊包括：

參數(shù)學(xué)習(xí)模塊，利用雙方握手過程少部分的數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，以訓(xùn)練數(shù)據(jù)的最大相關(guān)性為目標(biāo)，在線學(xué)習(xí)信號處理與轉(zhuǎn)換階段的相關(guān)參數(shù)；

信號處理模塊，利用學(xué)習(xí)得到的優(yōu)化參數(shù)對慣性傳感器模塊采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行信號處理與空間轉(zhuǎn)換，并將轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)傳遞給密鑰輸出模塊；

密鑰輸出模塊，對轉(zhuǎn)換后的慣性傳感器模塊采集到的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化，生成比特串，然后對不一致的比特進(jìn)行協(xié)調(diào)，最終生成一致的密鑰。

參照圖2所示，本發(fā)明的基于慣性傳感器感知握手行為的認(rèn)證系統(tǒng)的工作流程如下：

慣性傳感器模塊實(shí)時慣性傳感器數(shù)據(jù)；

握手感知模塊監(jiān)測握手動作并截取出握手過程的慣性傳感器數(shù)據(jù)；

參數(shù)學(xué)習(xí)模塊利用訓(xùn)練數(shù)據(jù)學(xué)習(xí)信號處理和轉(zhuǎn)換的參數(shù)；

信號處理模塊利用學(xué)習(xí)的參數(shù)對握手過程的慣性傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換；

密鑰輸出模塊對轉(zhuǎn)換后的數(shù)據(jù)進(jìn)行量化以及不一致比特的協(xié)調(diào)，最終輸出一致的密鑰。

參照圖3所示，設(shè)備a與設(shè)備b之間的交互流程如下：

1）設(shè)備a和設(shè)備b分別進(jìn)行慣性數(shù)據(jù)采集和握手感知；

2）設(shè)備b的參數(shù)學(xué)習(xí)模塊通過信息傳輸模塊發(fā)送訓(xùn)練數(shù)據(jù)給設(shè)備a；

3）設(shè)備a的參數(shù)學(xué)習(xí)模塊訓(xùn)練信號處理階段的參數(shù)并返還給設(shè)備b的參數(shù)學(xué)習(xí)模塊；

4）設(shè)備a和設(shè)備b分別利用優(yōu)化的參數(shù)對握手過程的慣性傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和轉(zhuǎn)換；

5）設(shè)備a和設(shè)備b的密鑰生成模塊進(jìn)行交互，對不一致的比特進(jìn)行協(xié)調(diào)校正，生成一致的比特串；

6）設(shè)備a和設(shè)備b分別輸出一致的密鑰。

圖4是握手動作的示例圖，用戶之間進(jìn)行握手時，可穿戴設(shè)備隨著用戶手臂的上下擺動進(jìn)行同步移動。

參照圖5所示，當(dāng)用戶進(jìn)行握手時，可穿戴設(shè)備上的慣性傳感器數(shù)據(jù)會根據(jù)手的物理運(yùn)動發(fā)生變化；當(dāng)用戶佩戴可穿戴設(shè)備的位置，運(yùn)動的時間，運(yùn)動的速度或運(yùn)動的幅度不同時，慣性傳感器數(shù)據(jù)的變化模式都會發(fā)生變化；當(dāng)兩個用戶進(jìn)行握手時，用戶之間握手的動作具有一定的物理相關(guān)性，因此兩個可穿戴設(shè)備采集到的慣性傳感器數(shù)據(jù)也會具有一定的相關(guān)性。由于不同用戶之間的可穿戴設(shè)備的初始姿態(tài)不同，對慣性傳感器的數(shù)據(jù)相關(guān)性造成影響，參數(shù)學(xué)習(xí)模塊可以利用少量的慣性傳感器數(shù)據(jù)對初始姿態(tài)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)，然后利用可穿戴設(shè)備初始姿態(tài)相關(guān)參數(shù)對慣性傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行校正，從而大大提高數(shù)據(jù)之間的相關(guān)性。密鑰生成模塊會根據(jù)這一原理進(jìn)行慣性傳感器數(shù)據(jù)分析以及密鑰的生成。具體原理如下：

當(dāng)用戶m和n分別佩戴附有慣性傳感器的可穿戴設(shè)備a和可穿戴設(shè)備b，然后用戶m和用戶n進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的握手動作。在握手過程中，用戶m和用戶n的手部的運(yùn)動特征具有一定的相關(guān)性，當(dāng)物理運(yùn)動相關(guān)性越強(qiáng)時，慣性傳感器數(shù)據(jù)的相關(guān)性越強(qiáng)，反之越弱。

首先，慣性傳感器模塊實(shí)時采集可穿戴設(shè)備的慣性數(shù)據(jù)，并將采集到的慣性數(shù)據(jù)發(fā)送給握手感知模塊。

握手感知模塊對慣性傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行持續(xù)地感知識別，截取出握手過程的慣性傳感器數(shù)據(jù)，并交由參數(shù)學(xué)習(xí)模塊和信號處理模塊進(jìn)行處理。

可穿戴設(shè)備a抽取握手過程的少部分慣性傳感器數(shù)據(jù)作為訓(xùn)練數(shù)據(jù)，通過信息傳輸模塊發(fā)送給可穿戴設(shè)備b的參數(shù)學(xué)習(xí)模塊。

可穿戴設(shè)備b的參數(shù)學(xué)習(xí)模塊接收到可穿戴設(shè)備a的訓(xùn)練數(shù)據(jù)后，配合自身的訓(xùn)練數(shù)據(jù)，進(jìn)行可穿戴設(shè)備信號處理階段相關(guān)參數(shù)的學(xué)習(xí)，并將學(xué)習(xí)后的相關(guān)參數(shù)返還給可穿戴設(shè)備a。

可穿戴設(shè)備a的信號處理模塊接收到優(yōu)化參數(shù)后，對握手過程的慣性傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行信號處理與空間轉(zhuǎn)換，然后將轉(zhuǎn)換后的慣性傳感器數(shù)據(jù)發(fā)送給密鑰輸出模塊。

密鑰輸出模塊對轉(zhuǎn)換后的慣性傳感器數(shù)據(jù)進(jìn)行信號的量化并生成比特串。生成比特串后，密鑰輸出模塊對不一致的比特進(jìn)行協(xié)調(diào)，生成一致的比特串，最終密鑰輸出模塊利用一致比特輸出一致的密鑰，并進(jìn)行設(shè)備間的安全認(rèn)證。

本發(fā)明具體應(yīng)用途徑很多，以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進(jìn)，這些改進(jìn)也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。