基于智能知識(shí)驗(yàn)證的身份認(rèn)證系統(tǒng)

摘 要：身份認(rèn)證是信息安全的第一道防線，但現(xiàn)有的身份認(rèn)證系統(tǒng)含有多種不足。系統(tǒng)提出了一種基于智能知識(shí)驗(yàn)證的身份認(rèn)證技術(shù)，采用動(dòng)態(tài)提問(wèn)的方式與用戶進(jìn)行交互，模擬人腦的邏輯思維與判斷，輔助原有的身份認(rèn)證系統(tǒng)進(jìn)行安全性更高的身份驗(yàn)證。它依托人工智能，并具有學(xué)習(xí)性，在一次次的推理過(guò)程中，不斷獲得新的有效知識(shí)，從而達(dá)到系統(tǒng)學(xué)習(xí)的目的，進(jìn)一步加強(qiáng)下一次身份認(rèn)證的準(zhǔn)確性。

關(guān)鍵詞：智能知識(shí)驗(yàn)證；身份認(rèn)證；動(dòng)態(tài)提問(wèn)；推理；學(xué)習(xí)性

中圖分類號(hào)：TP309

在刑偵破案中，警察會(huì)通過(guò)審訊疑犯等方式來(lái)采集信息，通過(guò)對(duì)這些信息的推理分析就能有效地推斷出兇手。借鑒這一思想，本文提出了基于智能知識(shí)驗(yàn)證的身份認(rèn)證系統(tǒng)。該方法模擬人腦的思維判斷過(guò)程，以與用戶智能對(duì)話的形式，結(jié)合系統(tǒng)已掌握的信息，對(duì)用戶身份進(jìn)行綜合性全面性的判斷，解決了傳統(tǒng)身份認(rèn)證方法中簡(jiǎn)單依賴密碼等少量身份因素的問(wèn)題，抵御身份盜竊，提高了認(rèn)證的可靠性。

1 技術(shù)現(xiàn)狀

1.1 基于口令的身份認(rèn)證

最原始的是使用“用戶名+口令”的靜態(tài)密碼的身份認(rèn)證方式，其安全性非常弱。一方面用戶名易被竊取，另一方面，口令安全性也低，它可以通過(guò)按鍵記錄軟件獲取、搭線竊聽(tīng)、窺探、垃圾搜索等方式獲取，即使口令經(jīng)過(guò)加密后存放在口令文件中，一旦口令文件被竊取，就可以進(jìn)行離線的字典式攻擊。而后產(chǎn)生的“挑戰(zhàn)/應(yīng)答式動(dòng)態(tài)密碼認(rèn)證系統(tǒng)”有具有使用過(guò)程繁瑣、占用過(guò)多通信時(shí)間等缺點(diǎn)。

1.2 基于生物特征識(shí)別的身份認(rèn)證

從1684年植物形態(tài)學(xué)家Grew發(fā)表了第一篇研究指紋的科學(xué)論文以來(lái)，生物特征識(shí)別技術(shù)逐漸走進(jìn)身份識(shí)別領(lǐng)域，尤其是21世紀(jì)以來(lái)，指紋識(shí)別、掌紋識(shí)別、掌形識(shí)別、人臉識(shí)別、虹膜識(shí)別等已愈趨成熟。但該技術(shù)也存在不足，在系統(tǒng)建立前期，這種機(jī)制的數(shù)據(jù)采集工作頗為麻煩，系統(tǒng)的研制和開(kāi)發(fā)費(fèi)用昂貴；除此之外，該技術(shù)還容易受外界因素影響，會(huì)產(chǎn)生拒認(rèn)、誤認(rèn)和特征值不能錄入等情況，使得在提取生物特征或進(jìn)行匹配時(shí)產(chǎn)生困難；另外，特征傳送中也易被非法截獲。

1.3 基于芯片的身份認(rèn)證

芯片是以數(shù)字簽名、安全加密和密鑰保護(hù)為主要功能的密碼產(chǎn)品。具體應(yīng)用如智能卡（IC卡）、USB Key等。智能卡可以獨(dú)立完成加密、解密、身份認(rèn)證、數(shù)字簽名等對(duì)安全較為敏感的計(jì)算任務(wù)，但是智能卡有不記名的特點(diǎn)，一旦智能卡丟失，后果不堪設(shè)想。此外，系統(tǒng)的研制和開(kāi)發(fā)費(fèi)用也很昂貴。USB Key內(nèi)置的密碼算法可以實(shí)現(xiàn)對(duì)用戶身份的認(rèn)證，但當(dāng)U-key丟失、損壞或者鎖定時(shí)，就無(wú)法進(jìn)行身份認(rèn)證。

2 系統(tǒng)概述

2.1 總體方案

為避免已有認(rèn)證方式的缺陷，本文提出了基于智能知識(shí)驗(yàn)證的身份認(rèn)證方式。系統(tǒng)采用人工智能技術(shù)，通過(guò)模仿人腦思維方式，對(duì)用戶相關(guān)信息進(jìn)行推理學(xué)習(xí)，提高了身份認(rèn)證的準(zhǔn)確性。

具體工作如下：（1）用戶登錄時(shí)輸入ID，系統(tǒng)由此確定用戶身份，并在數(shù)據(jù)庫(kù)中搜索用戶相關(guān)信息，放進(jìn)內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中；（2）調(diào)用推理規(guī)則對(duì)內(nèi)存中的數(shù)據(jù)進(jìn)行推理，并不斷與用戶和網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行動(dòng)態(tài)交互，將所得的知識(shí)放進(jìn)內(nèi)存中繼續(xù)推理。直至判斷出用戶輸入的信息的真實(shí)性；（3）利用用戶輸入的信息的真實(shí)性，判斷用戶身份。認(rèn)證通過(guò)，則進(jìn)入系統(tǒng)；反之，進(jìn)入登錄失敗界面。

2.2 系統(tǒng)模塊

系統(tǒng)共有五個(gè)主要模塊，分別是用戶界面、上網(wǎng)搜索系統(tǒng)、內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、推理規(guī)則和數(shù)據(jù)庫(kù)。

作為原身份認(rèn)證系統(tǒng)的輔助系統(tǒng)，本系統(tǒng)不需要用戶單獨(dú)注冊(cè)，而是直接從原數(shù)據(jù)庫(kù)中獲取用戶的相關(guān)知識(shí)，并默認(rèn)有效直接存入數(shù)據(jù)庫(kù)。為保證知識(shí)的時(shí)效性，定期會(huì)從原數(shù)據(jù)庫(kù)中更新知識(shí)。

首先，用戶界面根據(jù)用戶輸入的ID鎖定用戶身份，數(shù)據(jù)庫(kù)以此搜索用戶信息，存入內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)中。然后，調(diào)用推理規(guī)則，通過(guò)推理進(jìn)一步完善知識(shí)庫(kù)。在已有知識(shí)庫(kù)和已知屬性的基礎(chǔ)上，一方面生成問(wèn)題返回到用戶界面，通過(guò)與用戶的動(dòng)態(tài)問(wèn)答，獲取用戶信息；另一方面不斷與上網(wǎng)搜索系統(tǒng)交互，獲取網(wǎng)絡(luò)上的用戶知識(shí)。通過(guò)推理，判斷用戶回答的正確性，綜合各種問(wèn)題的權(quán)重，判斷用戶的身份。最后向用戶輸出推理結(jié)果，同時(shí)將推理出的全部有效知識(shí)存入數(shù)據(jù)庫(kù)，以此來(lái)豐富數(shù)據(jù)庫(kù)，達(dá)到系統(tǒng)學(xué)習(xí)的目的，進(jìn)一步提高下次認(rèn)證的準(zhǔn)確性。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 信息獲取技術(shù)

信息獲取技術(shù)包括信息搜索與提取和信息查找。

首先要進(jìn)行信息搜索與提取。這是根據(jù)推理模塊提供的搜索關(guān)鍵字，調(diào)用百度搜索引擎進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)搜索，得到與之相關(guān)的網(wǎng)頁(yè)。采用網(wǎng)絡(luò)蜘蛛算法實(shí)現(xiàn)對(duì)網(wǎng)頁(yè)內(nèi)容的提取，即：過(guò)濾掉其他格式的信息如HTML的命令標(biāo)識(shí)符等，得到以字符串為主的信息。

提取到字符串信息后就要進(jìn)行信息查找。在得到的字符串信息中，采用KMP匹配算法根據(jù)關(guān)鍵字，即目標(biāo)碼進(jìn)行字符串模式匹配，獲取包含相關(guān)信息的部分，根據(jù)推理模塊要求的信息屬性，提取并返回用戶相關(guān)信息。

3.2 數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)

本文綜合考慮了數(shù)據(jù)庫(kù)和內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)兩個(gè)方面的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)技術(shù)。

在數(shù)據(jù)庫(kù)中，一個(gè)用戶即為一個(gè)元素，用Person類來(lái)封裝。用ID來(lái)確定每個(gè)用戶的身份，進(jìn)而進(jìn)行身份驗(yàn)證。每個(gè)用戶都擁有多種屬性和關(guān)系，這些屬性和關(guān)系中有明顯推理關(guān)系的聚合成一個(gè)屬性類，成為一個(gè)推理閉包。用戶和屬性類以及具體屬性通過(guò)鏈表相連，構(gòu)成數(shù)據(jù)庫(kù)中的基本結(jié)構(gòu)。

每個(gè)具體的屬性或關(guān)系都稱為一條知識(shí)，每條知識(shí)都分別帶有三個(gè)標(biāo)記，分別為所屬用戶、所屬屬性分類和重要性等級(jí)，對(duì)于內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)而言，內(nèi)存是應(yīng)用推理規(guī)則進(jìn)行推理的地方，因此其數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)應(yīng)與推理相適應(yīng)。由于網(wǎng)上、數(shù)據(jù)庫(kù)、用戶回答的信息都會(huì)放進(jìn)內(nèi)存，這些信息可能就會(huì)有重復(fù)，在不知道信息真假的情況下，為避免信息發(fā)生碰撞，本文采用了立體的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，來(lái)進(jìn)行信息存儲(chǔ)。同時(shí)，各個(gè)知識(shí)之間設(shè)立鏈接，方便規(guī)則在內(nèi)存中的實(shí)現(xiàn)，保證了推理的順利進(jìn)行。如圖1所示。

圖1 用戶及其屬性、關(guān)系表

表中垂直紙面向內(nèi)延伸的部分表示不同的信息來(lái)源獲得的屬性，如：互聯(lián)網(wǎng)、系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)、用戶回答等。

為快速查取數(shù)據(jù)，我們采用T樹(shù)索引組織方式，如圖2所示。

圖2 T樹(shù)簡(jiǎn)單索引圖

由圖2可看出，T樹(shù)結(jié)構(gòu)能實(shí)現(xiàn)對(duì)大量元素的存儲(chǔ)，同時(shí)數(shù)據(jù)移動(dòng)只需要在單個(gè)節(jié)點(diǎn)內(nèi)。在我們的系統(tǒng)中，T樹(shù)最頂端的父節(jié)點(diǎn)對(duì)應(yīng)于每個(gè)用戶的ID。Data1， Data2，…，DataN對(duì)應(yīng)于用戶的多個(gè)屬性。依次遍歷子樹(shù)即可得到用戶各個(gè)屬性的內(nèi)容及聯(lián)系。

4 測(cè)試分析

4.1 測(cè)試人群

在本學(xué)校抽取幾個(gè)普通教學(xué)班、俱樂(lè)部、集訓(xùn)隊(duì)、競(jìng)賽班，從每個(gè)班中抽取若干學(xué)生作為測(cè)試對(duì)象。

4.2 測(cè)試過(guò)程及結(jié)果

4.2.1 安全性測(cè)試

本文首先為測(cè)試人員編號(hào)（ID），然后請(qǐng)測(cè)試人員登錄系統(tǒng)。為證明本系統(tǒng)的安全性，本文列舉第一次測(cè)試的部分結(jié)果如表1所示。

表1 第一次測(cè)試結(jié)果示例1

問(wèn)題編號(hào)問(wèn)題內(nèi)容測(cè)試人的回答

1測(cè)試人IDuser001

2姓名蕭何

3身份證號(hào)37014819870324238x

4學(xué)號(hào)200604010112

5年齡27

6年級(jí)2006級(jí)

認(rèn)證結(jié)果認(rèn)證通過(guò)

由于是第一次測(cè)試，所以本系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫(kù)中只有從原數(shù)據(jù)庫(kù)中取來(lái)的用戶信息——ID、姓名和身份證號(hào)。測(cè)試人輸入ID后，系統(tǒng)即從數(shù)據(jù)庫(kù)和網(wǎng)絡(luò)中搜索相關(guān)信息，又得到學(xué)號(hào)，根據(jù)身份證與生日、年齡的關(guān)系，學(xué)號(hào)和年級(jí)的關(guān)系，以及年齡和年級(jí)的關(guān)聯(lián)，再加上本系統(tǒng)的推理認(rèn)證體系結(jié)構(gòu)，判斷出各信息的真實(shí)性以及用戶的身份。由于本系統(tǒng)采用智能對(duì)話的方式，所以認(rèn)證對(duì)話并不相同，如表2所示。

表2 第一次測(cè)試結(jié)果示例2

問(wèn)題編號(hào)問(wèn)題內(nèi)容測(cè)試人的回答

1測(cè)試人IDuser007

2姓名王鐵鳴

3身份證號(hào)431259199302043322

4學(xué)號(hào)201104020031

5年齡25

6院系計(jì)算機(jī)學(xué)院

7戶口所在省安徽省

8年級(jí)2010級(jí)

認(rèn)證結(jié)果拒絕通過(guò)

4.2.2 學(xué)習(xí)性測(cè)試

為測(cè)試系統(tǒng)的學(xué)習(xí)能力，本文請(qǐng)測(cè)試人員多次登錄系統(tǒng)。仍以u(píng)ser001為例，其第二次登錄系統(tǒng)時(shí)測(cè)試結(jié)果如表3所示。

表3 第二次測(cè)試結(jié)果示例

問(wèn)題編號(hào)問(wèn)題內(nèi)容測(cè)試人的回答

1測(cè)試人IDuser001

2姓名蕭何

3學(xué)號(hào)200604010112

4出生年月1987.3.24

5年齡27

6是否認(rèn)識(shí)鄭輝是

認(rèn)證結(jié)果認(rèn)證通過(guò)

在第一次認(rèn)證時(shí)，系統(tǒng)就已經(jīng)將正確的學(xué)號(hào)記入了數(shù)據(jù)庫(kù)，再次認(rèn)證時(shí)直接做真實(shí)知識(shí)來(lái)使用。第一次認(rèn)證過(guò)程中，有一名測(cè)試員是鄭輝，認(rèn)證結(jié)果為他和user001應(yīng)為同學(xué)，因此也將二人的關(guān)系進(jìn)行了提問(wèn)。利用上次認(rèn)證學(xué)來(lái)的知識(shí)，經(jīng)過(guò)系統(tǒng)的推理認(rèn)證，再次準(zhǔn)確的判斷出用戶的身份。

5 結(jié)束語(yǔ)

本文認(rèn)識(shí)到現(xiàn)有身份認(rèn)證方式的不足，創(chuàng)造性地利用智能知識(shí)驗(yàn)證的方式進(jìn)行身份認(rèn)證，提高了認(rèn)證的可靠性和應(yīng)用系統(tǒng)的安全性。該技術(shù)采用智能知識(shí)驗(yàn)證的思路，結(jié)合人工智能技術(shù)，模擬人腦思維方式，建立知識(shí)間的聯(lián)系，并調(diào)用推理規(guī)則進(jìn)行推理驗(yàn)證，最終得出用戶的可信度，返回登錄結(jié)果。經(jīng)過(guò)測(cè)試，發(fā)現(xiàn)本系統(tǒng)在信息獲取中對(duì)于信息提取的恰當(dāng)性還有待進(jìn)一步完善，這需要對(duì)自然語(yǔ)言更深層次的理解。內(nèi)存數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)、推理規(guī)則的設(shè)計(jì)仍有不足，本文下一步的研究將重點(diǎn)關(guān)注數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)與規(guī)則遍歷的配合，在優(yōu)化問(wèn)題生成模塊的基礎(chǔ)上，完善系統(tǒng)和用戶的動(dòng)態(tài)交互機(jī)制，增強(qiáng)驗(yàn)證的準(zhǔn)確性。

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作者簡(jiǎn)介：董潔鈺（1992-），女，山東煙臺(tái)人，本科在讀，學(xué)員，研究方向：網(wǎng)絡(luò)工程。

作者單位：中國(guó)人民解放軍國(guó)防科學(xué)技術(shù)大學(xué) 計(jì)算機(jī)學(xué)院，長(zhǎng)沙 410073