[发明专利]一种基于肌电信号的随机序列产生装置及方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于肌电信号的随机序列产生装置及方法，属于信息安全领域的电子设备。

背景技术

基于无线通线的可穿戴式设备正被越来越广泛的应用于老年人、残疾人和健康人的日常生活中，使用该网络中的传感器和非植入式设备可以采集各种人体的生理信号用于改善和提高人体的健康水平。肌电信号，作为可穿戴式设备采集的生理信号之一，通常用于帮助残疾人训练和适应假肢，目前也有很多用于康复和治疗的小游戏通过无线的方式采集并使用此信号来操作游戏。此外，健康人目前在运动过程中采集肌电信号以从中获得各块肌肉运动强度的信息。人体的生理信号是一种隐私，无论是存储还是传输均需要保证其安全，但是，在大部分应用场景中，用户对这类数据的安全并不重视或不够敏感。

目前我们使用的绝大部分软件中的动态验证码和用户的密码，都是一组伪随机序列，而非真随机序列，因此这些序列很容易被人破解，从而失去安全性。很多应用都会设定动态验证码的有效期，或者要求用户定时修改密码，这从某种程度上避免了用户密码被破解。然而，若能产生真随机序列则具有更好的安全性。

授权公告号为CN205721741U的实用新型公开了一种适用于RFID阅读器真随机数产生装置，其核心思想是提高振荡器的周期抖动以增加随机性，适用于RFID阅读器。授权公告号为CN205620988U的实用新型公开了一种硬件随机数发生器，可产生一位随机数。申请公布号为CN103870757A的发明提供了一种基于直角坐标系的数字密码编制方法，这一方法能产生两位数密码。

由于可穿戴式设备如传感器和非植入式设备的计算能力极弱，存储空间极小，因此上述产生随机数的方法均有一定程度上的不足。肌电信号是最为重要的特征之一，作为一种人体的生理特征，实验表明它具有极好的随机性。因此，本发明将基于肌电信号产生随机序列，用于健康领域的穿戴式设备的安全。

发明内容

本发明是针对现有发明的不足，提供一种用于身体健康监控领域穿戴式设备应用的安全装置及方法。

本发明是这样实现的，一种基于肌电信号的随机序列产生装置包括肌电电极、前置放大电路、高通滤波电路、50Hz陷波电路、低通滤波电路、存储电路、模数转换电路、中央微处理器、数字序列输出接口，其特征在于：肌电电极的输出与前置放大电路的输入相连，前置放大电路的输出与高通滤波电路的输入相连，高通滤波电路的输出与50Hz陷波电路的输入相连，50Hz陷波电路的输出与低通滤波电路的输入相连，低通滤波电路的输出与模数转换电路相连输出数字信号，数字信号输入中央微处理器， 中央微处理器连接数字序列输出接口和存储电路。

所述前置放大电路优选AD620。

所述中央微处理器优选ATmega328。

所述模数转换电路优选ADS1298。

一种基于肌电信号的随机序列产生方法，首先使用前置放大电路AD620模块对肌电电极采集的信号进行放大，然后将放大的信号接入高通滤波电路，再将从高通滤波电路输出的信号接入50Hz陷波电路以除去工频干扰，然后将信号接入前置放大电路，将信号放大后再将信号接入低通滤波电路，最后输出肌电信号，将肌电信号通过使用ADS1298内置的A/D转换电路将模拟信号其转换为数字信号，然后由微处理器ATmega328中央取每一数字数据的最低位，根据不同需要输出指定长度的数字序列，这一数字序列即为随机序列。

所述装置是这样运作的：用户将该装置集成在可穿戴式设备中，需要使用时先设定所需随机序列的长度（若不设定则系统默认产生128位），该装置开始采集肌电信号并输出随机序列。

本发明的有益效果是：本装置可用于穿戴式设备产生随机序列用作密码或动态验证码，或者用于产生伪随机数的初始化随机因子。

附图说明

图1为本发明的总装示意图；

图2为随机序列产生流程图；

图3为该装置产生的随机序列用于生成动态验证码鉴别身份的流程图；

图4为该装置产生的随机序列用作密码保证数据传输的安全的流程图；

图5为该装置产生的随机序列用作随机因子产生密钥保证数据传输的安全的流程图；

图6为该装置产生的120个128位的随机序列的熵值分布图；

图7为该装置产生的120个128位的随机序列的熵值归一化分布图；

图8为该装置产生的120个128位的随机序列的随机性测试通过率；

图9为该装置产生的120个密钥的海明距离分布。