Лаврентьева Галина Михайловна Методы и комплекс программных средств детектирования атак с целью взлома голосовых биометрических систем

Короткий опис

Лаврентьева Галина Михайловна Методы и комплекс программных средств детектирования атак с целью взлома голосовых биометрических систем

ВВЕДЕНИЕ ДИССЕРТАЦИИ (ЧАСТЬ АВТОРЕФЕРАТА)

на тему «Методы и комплекс программных средств детектирования атак с целью взлома голосовых биометрических систем»

Общая характеристика работы

Актуальность темы. Информационные технологии сегодня играют исключительно важную роль в жизни человека. Они внедряются во все сферы нашей деятельности: науку, культуру, образование, производство, управление. Важнейшим разделом информационных технологий является хранение и обработка информации, а защита этой информации - необходимым условием развития информационных систем.

Для доступа к информационным ресурсам разрабатываются новые, более надёжные методы аутентификации. В настоящее время для защиты от несанкционированного доступа к информации всё чаще используются биометрические системы. Биометрическая система защиты позволяет идентифицировать пользователя по биологическим характеристикам, которые являются индивидуальными и уникальными для каждого человека (отпечатки пальцев, сетчатка глаза, голос). Одним из развивающихся и приоритетных направлений в этой области является голосовая биометрия. Развитие современных компьютерных технологий в последние десятилетия привело к прорыву в области речевых технологий. На сегодняшний день наблюдается повышенный интерес к применению этих технологий, как государственными правоохранительными органами, так и коммерческими структурами.

Он объясняется высоким уровнем надежности и удобством использования систем голосовой биометрии для конечного пользователя. Кроме того, такие системы могут работать с различными устройствами ввода-вывода и средствами связи (стационарные, мобильные телефонные сети, интернет телефония и др.). Они не требуют установки дополнительного оборудования (как сканер отпечатков пальцев, или камеры высокого разрешения для идентификации по сетчатке глаза), вследствие чего, они сравнительно недороги и представляют интерес в различных областях применения.

Технологии голосовой биометрии уже используется в системах безопасности социально значимых объектов, в системах иммиграционного контроля, криминалистических лабораториях, а также в системах распознавания личности, применяемых для проведения выборов. Системы распознавания пользователя по голосу широко используются в центрах обслуживания клиентов во время звонков в колл-центры, в системах интернет-банкинга, а также в других сферах электронной коммерции. Они могут применяться для контроля и учёта рабочего времени, охраны доступа в дома, офисы, образовательные и иные учреждения.

Разработка и совершенствование базовых методов голосовой биометрии является крайне перспективным направлением исследований в области биометрических технологий. Об этом свидетельствуют исследования таких зарубежных ученых как Patrick J. Kenny, Douglas A. Reynolds, Joseph P.

Campbell, Haizhou Li, Jean-François Bonastre и Tomi Kinnunen. В последние годы качество распознавания диктора по голосу достигло очень высокого уровня. Это подтверждают результаты оценок конкурса NIST Speaker Recognition Evaluation (SRE), которые проводит Национальный Институт Стандартов и Технологий США с 1996 года на регулярной основе.

Вместе с ростом качества распознавания диктора и доверия к данным методам, возрастает и ценность защищаемой информации. Это приводит к увеличению требований к надёжности работы биометрических систем, в том числе к оценке риска взлома и противодействию несанкционированному доступу к защищаемой информации. Особую опасность представляют собой попытки взлома голосовых биометрических систем, основанные на активных попытках фальсификации голосовых характеристик - спуфинг атаках. Качество этих атак неизменно растет с развитием новых подходов в области машинного обучения.

Современные биометрические системы должны обеспечивать высокий уровень устойчивости к различным типам атак. Исследования устойчивости голосовых биометрических систем к спуфинг атакам, проводимые группой исследователей Zhizheng Wu, Junichi Yamagishi, Tomi Kinnunen и др. показали, насколько уязвимы могут быть системы распознавания диктора к спуфинг-атакам различного типа. По этой причине вместе с ростом качества спуфинг-атак на голосовые биометрические системы необходимо разрабатывать и совершенствовать методы детектирования спуфинг-атак.

Большая часть существующих алгоритмов противодействия спуфинг-атакам направлена на детектирование атак конкретного типа, в то время как реальные атаки на голосовые биометрические системы основаны на неизвестных им методах фальсификации индивидуальных биометрических характеристик человека. Поэтому задача разработки универсальных методов, надежно детектирующих различные типы атак на голосовые биометрические системы, является крайне актуальной на сегодняшний день и была выбрана в качестве темы диссертационной работы.

Актуальность темы исследования подтверждается большим количеством работ ученых в России: Р.В. Мещеряков, А.Н. Ручай, А.А.Лепендин и др., а также за рубежом: T. Kinnunen, Z. Wu, H. Delgado, M. Todisco, N.Evans и др., а также большим количеством посвященных ей докладов на ведущих международных конференциях, таких как ICASSP, SPECOM и Interspeech, где теме детектирования спуфинг-атак была неоднократно посвящена специальная сессия.

Целью диссертационной работы является развитие и применение методов и программных средств детектирования спуфинг-атак на голосовые биометрические системы для повышения их устойчивости по отношению к попыткам получения несанкционированного доступа.

Для достижения поставленной цели были сформулированы и решены следующие задачи:

1. Исследование современных подходов к решению проблемы детектирования спуфинг-атак на голосовые биометрические системы.

2. Разработка методов детектирования спуфинг-атак на голосовые биометрические системы, направленных на детектирование различных типов атак в микрофонном и телефонном каналах.

3. Разработка методики подготовки баз данных для обучения и тестирования систем детектирования спуфинг-атак на голосовые биометрические системы в микрофонном и телефонном каналах.

4. Разработка комплекса программных средств для детектирования спуфинг-атак на голосовые биометрические системы в микрофонном и телефонном каналах.

5. Проведение экспериментальных исследований для определения точности детектирования спуфинг-атак на голосовые биометрические системы разработанным комплексом программных средств и сравнение полученных результатов с показателями существующих аналогов.

Объект исследования. Голосовые биометрические системы и методы фальсификации индивидуальных голосовых биометрических характеристик человека.

Предмет исследования. Методы детектирования спуфинг-атак на голосовые биометрические системы.

Методы исследования. Для решения указанных задач использовались методы математического моделирования, защиты информации, биометрии, цифровой обработки сигналов, теории нейронных сетей, теории вероятности и статистического анализа.