认知指纹：颠覆性的身份认证技术

导读

如果一个网站只需要输入用户名，然后点击“登录”按钮，就可以成功登录，并且其他人无法进入你的账户，听起来是不是很不可思议？

—— 事实上，你输入用户名的时候，网站就已经认出你了。

传统身份认证方式

互联网上几乎所有的网站，都在使用密码作为用户身份认证的方式，这一手段稳定，可靠，经久不衰。但是现在技术日新月异，各种各样的破解、漏洞、信息泄露，使得密码变得不那么安全。

DEFCON 2013，InsidePro小组在48小时内破解了52713组密码 ¹

近几年频发的拖库、撞库事件，让互联网公司及广大网民头痛不已。网站一般会采取以下措施

• 提醒用户不要使用与其他网站一样的密码
  强制用户增加密码的复杂程度
  要求绑定手机、邮箱作为辅助认证手段
  使用动态口令装置、USB证书
  为了防止机器撞库、破解，在页面中加上验证码

但最终的实施成本都转嫁到了用户头上 —— 我们需要记住每一个复杂密码(以及与网站的对应关系)、输入难以看清的验证码、查看手机短信、甚至需要随身携带一堆利用率极低的密保装置。

密码认证有两个难以攻克的问题：

• 一方面，简单的人机交互使得机器人可以轻松模拟人的操作，为自动化的Hack工具提供了便利(验证码在廉价的打码平台面前已经形同虚设)
  另一方面，一旦认证通过，系统将会建立起用户会话(Session)，而自认证通过的那一刻起，到会话结束的这段时间里，系统并不能保证终端用户一直都是同一个人。

生物学认证方式

这种类型大家也不会陌生，一部分先进的科技已经应用到了我们的日常生活中

• 指纹识别
  虹膜识别
  脸部识别
  声纹识别
  静脉识别 2
  眼部追踪 3

这些认证技术无一例外，都需要借助外设，有的还价格不菲。并且这些手段都是强制性干预，会在用户操作的过程中进行阻断，得到用户的反馈之后，方可进行认证、放行。跟传统认证手段一样，此种认证是无状态、不可持续的，仅能保证在认证的那一瞬间是有效的。

认知指纹(Cognitive Fingerprint)

如同上面所述的生物学特征，每个人也都有第一无二的认知特征，包括处理问题的步骤，一个特定动作的执行过程，甚至思考问题的角度以及个人经验。笔迹便是认知指纹的一种。

具体到互联网场景，认知指纹可以包括一个人的打字节奏，鼠标移动轨迹，点击目标的相对位置，触摸屏幕的力度等。通过采集一系列的样本，为用户建立个人行为模型。研究人员称之为behaviometrics，组合了behavioral(行为的)和biometrics(生物计量)两个单词。它更侧重于人的行为方式，而不是物理的人体特征。

按键

键盘上每个键的位置不同，因此敲击每个键时使用的手指，需要移动的距离，敲下的力度(持续时间)都是不同的。对于不同的按键组合，按下同一个键的方式也不尽相同。对于中文输入，输入法以及拼写模式也是很重要的用户偏好属性。

鼠标

鼠标在从一个点移动到另一个点，除了移动的速度的个体差异之外还有一些有趣的特征。

• 一般来说你不可能恰好沿着目标的方向笔直地移动鼠标，这时就会存在一个偏射角，这跟移动的距离，目标方向有很大关系。而同样的目标，对于不同人来说产生的偏射角范围也是有差异的。

• 鼠标恰好抵达目标点然后停下，这种情况也是很少见的，通常都会过头或者偏离一些，然后再向目标区域修正，有时候可能需要修正数次，这个模型就是著名的Fitts' Law(费茨定律)

建模与识别

除了键盘和鼠标的动作外，还有一些其他用户偏好。比如翻页，有的人喜欢用键盘，有的人喜欢拖滚动条，而多部分人倾向于直接使用滚轮，这些数据都可以作为建立用户认知指纹的维度。

互联网应用可以静默地采集用户在可信环境下的行为特征数据，通过不断地建模、修正，产出认知指纹。用户在登录的同时，系统同样静默地采集当前操作用户的认知特征，作为登录凭据一并提交，与所登录用户的的认知指纹模型数据比对，便可准确识别出风险及异常，有效地保障用户的账户、资金安全。

通过对所有人的认知指纹进行归一化处理，便可得出区别于“机器人”的“自然人”特征集，因此这种手段也可以用来识别机器。如果用这项技术取代验证码，将大幅度提升用户体验。

• 优点

• 无用户感知 - 整个过程中用户感受不到“可见的”挑战
  可持续认证 - 会话阶段的每一次操作都可以实时认证，一旦发现异常便可立即终止会话

• 缺点

• 准确率依赖模型算法准确率
  难以处理个体的异常状态。如：手特别冷的时候

行业动态

1. 美国国防部DARPA在2012年启动了Active Authentication⁴项目，意在研究一种可持续的认证方式，防止用户登录之后会话被恶意盗用，目前项目仍在研究阶段。

2. 瑞典初创公司BehavioSec⁵获得DARPA支持并参与上述项目，目前已有相关产品。

3. 以色列初创企业BioCatch⁶的主要产品也是基于认知指纹技术，不久前获1000万美元投资。

4. 杭州同盾科技目前正在开发相关产品，并已就相关技术申请专利。

1.CMIYC 2013 http://contest-2013.korelogic.com/stats_27604BD8078FDB93.html ↩
2.静脉识别 http://www.mofiria.com/en/about ↩
3.眼部追踪 http://spie.org/x103854.xml ↩
4.Active Authenticationhttp://www.darpa.mil/OurWork/I2O/Programs/ActiveAuthentication.aspx ↩
5.BehavioWeb http://www.behaviosec.com/products/web-fraud-detection/ ↩
6.BioCatch http://www.biocatch.com/ ↩