Идентификация пользователей компьютерных систем на основе динамических характеристик клавиатурного почерка

Горохова, Екатерина Сергеевна Отделение информационных технологий (ОИТ)
Бесплатно
В избранное
Работа доступна по лицензии Creative Commons:«Attribution» 4.0

В процессе исследования проводились работы по исследованию существующих алгоритмов и методик анализа клавиатурного почерка. В результате работы был создан алгоритм, а также спроектирована и реализована система идентификации пользователей компьютерных сетей на основе динамических характеристик клавиатурного почерка.

РЕФЕРАТ ………………………………………………………………………………………………… 11
Определения, обозначения, сокращения, нормативные ссылки …………………. 12
Введение ………………………………………………………………………………………………….. 16
1 Обзор технологий и решений …………………………………………………………………. 17
1.1 Цели и задачи …………………………………………………………………………………… 17
1.2 Современное состояние проблемы ……………………………………………………. 18
1.2.1 Характеристики клавиатурного почерка ……………………………………… 18
1.2.2. Сбор данных ……………………………………………………………………………… 20
1.2.3 Алгоритмы распознавания на основе клавиатурного почерка………. 21
1.2.4 Показатели эффективности алгоритмов ………………………………………. 26
1.3 Прикладные задачи ………………………………………………………………………….. 28
1.4 Актуальность исследования ……………………………………………………………… 29
2 Проектирование …………………………………………………………………………………….. 31
2.1 Функциональные возможности системы …………………………………………… 31
2.2 Алгоритм работы программы ………………………………………………………… 32
2.3 Выбор средств разработки ……………………………………………………………….. 40
2.4 Архитектура системы ……………………………………………………………………. 42
3 Реализация и тестирование…………………………………………………………………….. 45
3.1 Описание интерфейса ………………………………………………………………………. 45
3.2 Сбор тестовых данных ………………………………………………………………….. 47
3.3 Тестирование программы …………………………………………………………………. 50
4 Финансовый менеджмент ………………………………………………………………………. 58
4.1 Предпроектный анализ …………………………………………………………………….. 58
4.1.1 Потенциальные потребители результатов исследования ……………… 58
4.1.2 Анализ конкурентных технических решений с позиции ………………. 59
ресурсоэффективности и ресурсосбережения ……………………………………… 59
4.1.3 SWOT-анализ ……………………………………………………………………………… 60
4.1.4 Оценка готовности проекта к коммерциализации ………………………… 61
4.1.5 Методы коммерциализации результатов научно-технического
исследования………………………………………………………………………………………. 61
4.2 Инициация проекта ………………………………………………………………………….. 62
4.2.1 Ограничения и допущения проекта. ……………………………………………. 63
4.3 Планирование управления научно-техническим проектом ………………… 64
4.3.1 План проекта………………………………………………………………………………. 64
4.3.2 Бюджет научного исследования ………………………………………………….. 64
4.3.2 Организационная структура проекта …………………………………………… 66
4.3.3 План управления коммуникациями проекта ………………………………… 67
4.3.4 Реестр рисков проекта ………………………………………………………………… 68
4.4 Определение ресурсной (ресурсосберегающей), финансовой,
бюджетной, социальной и экономической эффективности исследования . 68
4.4.1 Оценка абсолютной эффективности исследования ………………………. 68
4.4.2 Оценка сравнительной эффективности исследования ………………….. 70
5 Социальная ответственность ………………………………………………………………….. 74
5.1 Введение ………………………………………………………………………………………….. 74
5.2 Производственная безопасность……………………………………………………….. 74
5.3 Экологическая безопасность …………………………………………………………….. 81
5.4 Безопасность в чрезвычайных ситуациях ………………………………………….. 82
5.5 Правовые и организационные вопросы обеспечения безопасности……. 83
5.6 Вывод ………………………………………………………………………………………………. 84
Заключение………………………………………………………………………………………………. 85
Conclusion ………………………………………………………………………………………………… 87
Список литературы…………………………………………………………………………………… 88
Список публикаций ………………………………………………………………………………….. 92
Приложение А………………………………………………………………………………………….. 93
Приложение Б ………………………………………………………………………………………… 100
1 Overview of technologies and solutions …………………………………………………… 101
1.1 Goals and objectives…………………………………………………………………………. 101
1.2 Present state of the problem ………………………………………………………………. 102
1.3 Practical application …………………………………………………………………………. 108
1.4 Relevance of the research ………………………………………………………………….. 109
Приложение В ………………………………………………………………………………………… 110

В современном мире важность информации сложно переоценить. Для
её защиты широко применяется аутентификация и авторизация.
Аутентификация – это процедура проверки подлинности. Под авторизацией
понимается процедура предоставления пользователю определенных прав.
Различают три типа методов аутентификации:
• Парольные;
• Имущественные;
• Биометрические.
Наиболее распространены в настоящее время парольные методы. Они
просты в реализации и обладают высокой точностью: всегда можно
определить, совпадают пароли или нет. Имущественные методы
предполагают использование специальных устройств, например, USB-
ключей, для подтверждения личности.
Биометрические методы основаны на определении личности человека
по присущим только ему признакам. Основное достоинство биометрических
методов состоит в том, что такие признаки невозможно украсть или передать
другому человеку.
Биометрические методы делятся на физиологические и
поведенческие. К физиологическим методам относится сканирование
отпечатков пальца, радужной оболочки глаза, формы лица и т.д.
Поведенческие методы предполагают анализ речи, рукописного и
клавиатурного почерка, походки. Поведенческие характеристики сложнее
распознать с высокой точностью, но вместе с тем, сложнее и подделать.
Целью работы является разработка методики и программного
обеспечения для идентификации пользователей компьютерных систем по
динамическим характеристикам клавиатурного почерка.
1 Обзор технологий и решений
1.1 Цели и задачи
Цель работы: Развитие задач теории распознавания, формирование
новых динамических характеристик клавиатурного почерка (КП) и
разработка на этой основе способов и алгоритмов идентификации и
аутентификации пользователя с реализацией прототипа программного
приложения.
Для достижения поставленной цели необходимо решить следующие
задачи.
1. Анализ тенденций и подходов к проблематике использования
биометрических параметров в целях аутентификации пользователя.
2. Исследование современных подходов к распознаванию КП
пользователей.
3. Анализ существующих характеристик КП. Анализ их
идентификационной способности для распознавания пользователей по
существующим характеристикам. Создание векторного динамического
показателя КП для сравнения двух и более образцов клавиатурного почерка.
4. Анализ механизма формирования характеристик КП при нажатии
клавиш. Получение математической модели формирования характеристик
КП.
5. Разработка алгоритма сбора образцов КП для получения
векторного динамического показателя. Создание программного приложения
для сбора статистики.
6. Сбор статистики показателей КП пользователей. Создание банка
данных показателей КП для разных категорий населения.
7. Анализ статистических данных, обработка данных, выделение
закономерностей. Исследование разрешающей способности статистических
данных.
8. Исследование существующих критериев различия (близости)
характеристик КП. Создание векторного дискриминантного критерия оценки
совпадения образцов КП с использованием частотности букв русского языка
и существующих метрик близости.
9. Разработка гибридного метода анализа КП для выявления
попытки несанкционированного входа и аутентификация
зарегистрированного пользователя.
10. Разработка программного приложения для получения образцов
КП пользователей, аутентификации зарегистрированных пользователей и
предотвращения попыток несанкционированного доступа.
1.2 Современное состояние проблемы
1.2.1 Характеристики клавиатурного почерка
В [1] и [2] приводится характеристика стабильности почерка
пользователей. Оценка означает пригодность почерка для анализа
клавиатурного почерка. Предлагается отсеивать пользователей, чей почерк
недостаточно стабилен, во избежание дискредитации системы.
Таблица 1 – Характеристики стабильности клавиатурного почерка
пользователей
Ошибки Аритмичность Скорость Характеристика Оценка
,% ,% , зн./мин перекрытий
Число Используемо
перекрытий е число
,% пальцев
Менее 2 Менее 10 Более 200 Более 50 Все Отличн
о
Менее 4 Менее 15 Более 150 Более 30 Большинство Хорошо
Менее 8 Менее 20 Более 100 Более 10 Несколько Удовл.
Более 8 Более 20 Менее Менее 10 По одному Неуд.
18
Как правило, необходимо 6 месяцев работы с клавиатурой, для того
чтобы клавиатурный почерк стабилизировался.
Клавиатурный почерк характеризуется рядом параметров:
• Время удержания клавиши (ВУК);
• Паузы между нажатиями;
• Наличие наложений;
• Число ошибок при вводе;
• Степень аритмичности при наборе;
• Скорость набора;
• Особенности использования служебных клавиш.
На рисунке 1 показаны основные характеристики КП: время
удержания клавиши и пауза между нажатиями.

В результате работы были получены новые теоретические сведения об
отличительных особенностях клавиатурного почерка, пригодные для
использования в качестве дискриминантного признака. В работе
рассматривались существующие характеристики КП и был сформирован
векторный динамический показатель. Была создана математическая модель
клавиатурного нажатия при использовании персонального компьютера.
Составлен алгоритм и реализовано программное приложение для
сбора динамических характеристик КП и создания банка данных с образцами
почерка пользователей. Полученная таким образом база данных образцов КП
содержит образцы КП более 50 пользователей. В ней сохраняются такие
сведения как среднее время удержания каждой клавиши, среднее время пауз
между нажатиями, количество ошибок ввода, а также уникальные
идентификаторы пользователей. Для каждого пользователя сохранено от 1 до
10 образцов почерка.
Кроме того, собранные сведения были дополнены данными из БД
европейских пользователей, накопленной учеными из Мадридского
автономного университета, Испания. В результате удалось собрать БД из 300
пользователей различного возраста, пола, национальности и рода
деятельности.
Был составлен алгоритм, реализующий гибридный метод для решения
задачи аутентификации зарегистрированного пользователя или
идентификации попытки несанкционированного доступа. Для сравнения
образов КП использовался векторный дискриминантный критерий
эффективности.
Реализовано программное приложение, имеющее клиент-серверную
архитектуру. Серверная часть системы отвечает за хранение и обработку
данных о характеристиках КП пользователей. Клиентская часть системы
собирает необходимые сведения путем мониторинга клавиатурных нажатий.
Для повышения эффективности алгоритма распознавания
планируется исследовать возможность применения биоинспирированных
методов анализа. Кроме того, планируется продолжать сбор статистики
динамических характеристик клавиатурного почерка и проведение более
масштабного тестирования.
Conclusion
As a result of the work, new theoretical knowledge was acquired on the
features of keystroke dynamics, suitable for use as a discriminant characteristic.
The existing characteristics of keystroke dynamics were considered and a vector
dynamic indicator was generated in this work. A mathematical model of keyboard
pressing was created for a user with a personal computer.
An algorithm was developed and a software application was implemented
to collect the dynamic characteristics of keystroke dynamics and create a data bank
with samples of users’ keystroke dynamics. The obtained database of keystroke
dynamics samples contains data for more than 50 users. It stores such information
as the average dwell time of each key, the average flight time, the number of input
errors, and unique user IDs. From 1 to 10 keystroke dynamics samples is saved for
each user.
Additionally, the collected information was supplemented with data from
the database of European users, gained by scientists from the Madrid Autonomous
University, Spain. As a result, it was possible to collect a database of 300 users of
different ages, gender, nationality and occupation.
An algorithm was implemented. It uses a hybrid method to solve the
problem of authenticating a registered user or identifying an attempted
unauthorized access. A vector discriminant efficiency criterion was used to
compare keystroke dynamics samples.
A software application that has client-server architecture was implemented.
The server part of the system is responsible for storing and processing data of the
characteristics of user keystroke dynamics. The client part of the system collects
the necessary information by monitoring keyboard pressings.
To increase the efficiency of the recognition algorithm, it is planned to
investigate the possibility of using bioinspired methods of analysis. In addition, it
is planned to continue collecting statistics on the characteristics of keystroke
dynamics and to conduct more tests.

Заказать новую

Лучшие эксперты сервиса ждут твоего задания

от 5 000 ₽

Не подошла эта работа?
Закажи новую работу, сделанную по твоим требованиям

    Нажимая на кнопку, я соглашаюсь на обработку персональных данных и с правилами пользования Платформой

    Последние выполненные заказы

    Хочешь уникальную работу?

    Больше 3 000 экспертов уже готовы начать работу над твоим проектом!

    Шиленок В. КГМУ 2017, Лечебный , выпускник
    5 (20 отзывов)
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертац... Читать все
    Здравствуйте) Имею сертификат специалиста (врач-лечебник). На данный момент являюсь ординатором(терапия, кардио), одновременно работаю диагностом. Занимаюсь диссертационной работ. Помогу в медицинских науках и прикладных (хим,био,эколог)
    #Кандидатские #Магистерские
    13 Выполненных работ
    Дарья Б. МГУ 2017, Журналистики, выпускник
    4.9 (35 отзывов)
    Привет! Меня зовут Даша, я окончила журфак МГУ с красным дипломом, защитила магистерскую диссертацию на филфаке. Работала журналистом, PR-менеджером в международных ко... Читать все
    Привет! Меня зовут Даша, я окончила журфак МГУ с красным дипломом, защитила магистерскую диссертацию на филфаке. Работала журналистом, PR-менеджером в международных компаниях, сейчас работаю редактором. Готова помогать вам с учёбой!
    #Кандидатские #Магистерские
    50 Выполненных работ
    Лидия К.
    4.5 (330 отзывов)
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии ... Читать все
    Образование высшее (2009 год) педагог-психолог (УрГПУ). В 2013 году получено образование магистр психологии. Опыт преподавательской деятельности в области психологии и педагогики. Написание диссертаций, ВКР, курсовых и иных видов работ.
    #Кандидатские #Магистерские
    592 Выполненных работы
    Катерина В. преподаватель, кандидат наук
    4.6 (30 отзывов)
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации... Читать все
    Преподаватель одного из лучших ВУЗов страны, научный работник, редактор научного журнала, общественный деятель. Пишу все виды работ - от эссе до докторской диссертации. Опыт работы 7 лет. Всегда на связи и готова прийти на помощь. Вместе удовлетворим самого требовательного научного руководителя. Возможно полное сопровождение: от статуса студента до получения научной степени.
    #Кандидатские #Магистерские
    47 Выполненных работ
    Ольга Р. доктор, профессор
    4.2 (13 отзывов)
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласован... Читать все
    Преподаватель ВУЗа, опыт выполнения студенческих работ на заказ (от рефератов до диссертаций): 20 лет. Образование высшее . Все заказы выполняются в заранее согласованные сроки и при необходимости дорабатываются по рекомендациям научного руководителя (преподавателя). Буду рада плодотворному и взаимовыгодному сотрудничеству!!! К каждой работе подхожу индивидуально! Всегда готова по любому вопросу договориться с заказчиком! Все работы проверяю на антиплагиат.ру по умолчанию, если в заказе не стоит иное и если это заранее не обговорено!!!
    #Кандидатские #Магистерские
    21 Выполненная работа
    Екатерина С. кандидат наук, доцент
    4.6 (522 отзыва)
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    Практически всегда онлайн, доработки делаю бесплатно. Дипломные работы и Магистерские диссертации сопровождаю до защиты.
    #Кандидатские #Магистерские
    1077 Выполненных работ
    Сергей Н.
    4.8 (40 отзывов)
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных с... Читать все
    Практический стаж работы в финансово - банковской сфере составил более 30 лет. За последние 13 лет, мной написано 7 диссертаций и более 450 дипломных работ и научных статей в области экономики.
    #Кандидатские #Магистерские
    56 Выполненных работ
    Анна В. Инжэкон, студент, кандидат наук
    5 (21 отзыв)
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссе... Читать все
    Выполняю работы по экономическим дисциплинам. Маркетинг, менеджмент, управление персоналом. управление проектами. Есть опыт написания магистерских и кандидатских диссертаций. Работала в маркетинге. Практикующий бизнес-консультант.
    #Кандидатские #Магистерские
    31 Выполненная работа
    Петр П. кандидат наук
    4.2 (25 отзывов)
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт напис... Читать все
    Выполняю различные работы на заказ с 2014 года. В основном, курсовые проекты, дипломные и выпускные квалификационные работы бакалавриата, специалитета. Имею опыт написания магистерских диссертаций. Направление - связь, телекоммуникации, информационная безопасность, информационные технологии, экономика. Пишу научные статьи уровня ВАК и РИНЦ. Работаю техническим директором интернет-провайдера, имею опыт работы ведущим сотрудником отдела информационной безопасности филиала одного из крупнейших банков. Образование - высшее профессиональное (в 2006 году окончил военную Академию связи в г. Санкт-Петербурге), послевузовское профессиональное (в 2018 году окончил аспирантуру Уральского федерального университета). Защитил диссертацию на соискание степени "кандидат технических наук" в 2020 году. В качестве хобби преподаю. Дисциплины - сети ЭВМ и телекоммуникации, информационная безопасность объектов критической информационной инфраструктуры.
    #Кандидатские #Магистерские
    33 Выполненных работы

    Другие учебные работы по предмету