[发明专利]变距条件下的基于音频物理指纹的设备认证

说明书

本发明公开了一种在变距条件下的基于音频硬件扬声器和麦克风的频率响应曲线的音频设备认证方法。在发送端，该方法快速生成距离相关的结构化的音频叠加信号，并通过扬声器传送给认证端；认证端通过麦克风接收音频信号后，利用快速FFT算法进行指纹快速提取。本认证方法可分为学习模式和认证模式。在学习模式下，发送端在多个不同的距离发送音频叠加信号，使得认证端获取在不同距离下的指纹信息。在认证阶段，认证端提取物理指纹以后，采用自适应的指纹匹配方法，从指纹库中提取合适的指纹信息进行匹配，若认证得到的累计误差小于阈值则认证通过，否则，认证失败。本发明克服了距离对音频认证产生的影响，具有硬件要求低，认证方便，准确率高，安全性好等特点。本方法已经在不同的实验环境中进行了验证，认证准确率达到95％以上，为进一步丰富和发展设备认证奠定坚实的基础。

技术领域

本发明属于无线安全领域，更为具体地讲，为基于音频物理指纹的设备非定距身份认证。

背景技术

现如今，设备认证在很多应用场景中已经成为必不可少的操作，如接入认证，社交网络的身份认证等。然而，身份认证必须保证安全性。现有的身份认证一般采用了传统的密码学方法或物理指纹的方法。虽然密码学方法可以在一定程度上为身份认证提供安全保障，但是，在很多场景下，这种发放存在一定的漏洞。而且，该方法的效率不高。一般的物理指纹方法同样存在弊端。

传统的密码学方法要求设备具有较高的计算能力，同时需要频繁的分发密钥，并对其进行更新和注销操作。很多较低端的设备无法完成这些操作。其次，一旦密钥被敌手窃取，该方法就彻底崩溃。一般的物理指纹方法可以提供更好的安全保障，但对设备的硬件要求很高，甚至需要特殊的设备，如多天线等。而且，这些方法大都需要在确定的距离下完成，无法满足日常生活的很多场景。所以，急需提出一种新的设备认证方式来代替这些方法。

考虑到具有音频功能的设备(即具有麦克风和扬声器的设备)的普及，本文提出了利用设备的音频物理指纹进行设备认证的方法。不论是相同类型的设备，或是不同类型的设备，它们的音频物理特性是不一样的，而音频指纹的提取对设备的硬件要求也很低。所以，该方法不仅很难被攻击，而且对设备没有过高的硬件要求，避免了传统方法的弊端。

在很多情况下，设备的身份认证都具有距离不确定性。例如，一台移动设备做接入无线网络的身份认证，并不是每一次认证都是在同一个地点进行的。所以，本文提出了基于音频物理指纹的设备不定距身份认证，克服距离对认证的影响。

发明内容

本发明的目的在于克服现有的基于密码学方法的设备身份认证的安全性问题，消除现有的基于设备物理层指纹的设备身份对硬件的苛刻要求。同时，适应距离的变化，即在距离改变的情况下同样可以进行认证。

为了实现上述发明目的，本发明基于音频硬件物理指纹的变距离设备认证，包括了以下几个特征：一个随机混频音频信号快速生成与发送模块，用于设备进行学习和认证时音频信号的产生。一个音频硬件物理指纹快速提取模块，用于在接收端对音频信号预处理并提取频域特征。一个自适应的指纹快速匹配模块，用于在设备认证时对获取的音频指纹与指纹库中的数据进行匹配。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行描述，以便本领域的技术人员更好地理解本发明。需要特别提醒注意的是，在以下的描述中，当已知功能和设计的详细描述也许会淡化本发明的主要内容时，这些描述在这里将被忽略。

图一是本协议的认证流程图；

图二是本协议的协议框架图；

具体实施方式

图一是本协议的认证流程图。