基于脑电密码的新型生物识别方法

doi:10.3969/j.issn.1673-8225.2010.43.026

摘要/Abstract

摘要：

背景：脑电信号不仅是一个非常有用的临床诊断工具，而且也是一种很好的用于身份认证的生物识别工具。
目的：通过分析脑电信号进行个人身份认证及识别的问题，介绍一种新型身份识别方法。
方法：采用以回归系数、能量谱密度、相同步、线性复杂度等多种信号处理结合方法对脑电信号进行处理，运用神经网络等分类方法对不同脑电信号进行分类。
结果与结论：平均识别率在80%以上。对自由状态下的人在刺激作用或下达指令时的脑电活动进行实时记录，通过信号分析算法和分类算法对脑电的时空变化进行归类，最终实现通过脑电信号进行个人身份识别的目的。可见，以脑电信号作为身份识别完全可行，预计不远的将来必将普及。

关键词: 脑电信号, 脑电密码, 生物识别, 运动想象, 视觉诱发电位, 事件诱发电位

Abstract:

BACKGROUND: Electroencephalogram (EEG) is a useful tool for clinical diagnosis as well as a good tool for biometric authentication.
OBJECTIVE: To introduce a new method for the identification of a person， by analyzing EEG signals.
METHODS: Several signal processing methods were used for feature extraction, such as autoregressive model, phase synchronization, energy spectral density, linear complexity, and different methods, including BP neural network, were used for classification of person identification.
RESULTS AND CONCLUSION: The identification rate was more than 80%. The EEG signals of people after stimulation or order performance were recorded, and EEG space-time changes were classified using signal analysis and classification. EEG signals can be used for person identification and generally used in near future.

中图分类号:

R318

胡剑锋，包学才. 基于脑电密码的新型生物识别方法[J]. 中国组织工程研究, 2010, 14(43): 8081-8085.

Hu Jian-feng, Bao Xue-cai. A novel biometric recognition approach based on electroencephalogram password[J]. Chinese Journal of Tissue Engineering Research, 2010, 14(43): 8081-8085.

参考文献

引言

身份识别及验证是保证公共安全和信息安全的重要前提，在国家安全、公安、司法、电子商务、电子政务、安全检查、保安监控等应用领域，都需要准确的身份识别及验证^[1] 。传统的方法有钥匙、证件、智能卡、用户名、密码等。但是，这些方法容易遗失或伪造或被破译，生物识别技术为解决这一难题带来了希望。人的任何生理或行为特征只要它满足以下的条件，原则上就可以作为生物特征用于身份识别：①普遍性，每个人都有。②唯一性，每个人都不同。③稳定性，在一段时间内相对稳定。④可采集性，可以方便的定量测量。当然，仅仅满足以上条件未必可行，实际系统还应该考虑：①性能，即识别的准确性、速度、鲁棒性以及为达到要求所需要的资源。②可接受性，人们对这种生物识别的接受程度。③可欺骗性，能否通过主观欺诈的方法骗过系统的难易程度。目前，比较成熟的生物识别技术有指纹、虹膜、人脸、手型、声纹及签名等，但尚存一些问题：①总有一部分人群的生物特征不显著而被排除在外，例如指纹不明晰或受伤可能通不过指纹测试，红眼时可能虹膜识别会有难度，感冒时可能声音会改变。②安全系数不高，例如人脸识别对于双胞胎和照片仿造无能为力；声纹和签名识别容易被模仿；指纹和手型识别容易被盗用。③难以进行活体检测，尸体或离体的指纹、人脸和手型照样有效。因此，关于新型生物识别技术理论与方法的研究，是今后生物识别技术研究所面临的挑战。
脑电信号不仅是一个非常有用的临床诊断工具，而且也是一种很好的用于身份认证的生物识别工具^[2-3] 。首先，它具备普遍性，每个活人都有脑电信号；其次由于每个人的大脑特性、思维方式、记忆等不同，造成人与人之间存在不同特性的脑电信号，也就是具备惟一性；第三，脑电信号具备稳定性，在一定时间内，脑电信号可以保持相对稳定；第四，脑电信号便于采集，目前已经有商用化的采集设备。从实际系统考虑，第一，基于脑电信号的生物识别系统能够达到一定的准确性和较快的速度^[4-6] ；第二，采集脑电信号对人体不会产生任何伤害，人们容易接受；第三，由于脑电信号来源于大脑的思维活动，人与人之间思维的方式和习惯都不一样，一方面难以“破译”出个体的思维，另一方面，即使破译出也难以伪造同样的脑电信号，因而不可能通过主观欺诈来“破译”。目前有关基于脑电信号的身份识别系统的研究成果所见甚少，研究人员也只是进行了初步的探讨。
只要在脑海中想想密码就可以打开门锁，或是自由使用个人银行账户，这些目前还只是电影和科幻小说中才会出现的情景，但是在不远的将来，依靠目前正在研究中的脑电密码技术，它们将成为现实。脑电密码像指纹一样独特却更安全，人们可能会在别人的哄骗下透露自己的密码，智能卡可能丢失或被盗，即使是储存在计算机中用以鉴别虹膜和指纹的生物模板也可能被人盗取，但脑电密码具有独一无二的安全性。这种技术将成为世界上首个可改变生物特征的生物学识别技术，用户只需想出一个不同密码，将它储存在计算机中就可以了^[7-8] 。到那时，不需要钥匙卡、密码和其它繁琐的工具，用户只需想想他们的密码，就可以取出银行存款，访问、存取电脑数据或进入建筑物禁区。即使思考同一件事，人们的脑电信号都不尽相同。脑电信号的细微区别使得脑电密码技术成为理想的安全应用程序，可以用声音、音乐或童年回忆作为密码，甚至可以给别人一些提示以帮助回忆脑电密码。
因而通过分析脑电信号进行个人身份认证及识别的问题研究将开启身份识别技术的新纪元，脑电密码研究也成为目前研究新热点，本文将简要介绍这项新技术。

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