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TrueHeart: Continuous Authentication on Wrist-worn Wearables Using PPG-based Biometrics

计算机科学 生物识别 可穿戴计算机 智能手表 人工智能 光容积图 计算机安全 可穿戴技术 认证(法律) 人机交互 实时计算 计算机视觉 嵌入式系统 滤波器(信号处理)
作者
Tianming Zhao,Yan Wang,Jian Liu,Yingying Chen,Jerry Cheng,Jiadi Yu
标识
DOI:10.1109/infocom41043.2020.9155526
摘要

Traditional one-time user authentication processes might cause friction and unfavorable user experience in many widely-used applications. This is a severe problem in particular for security-sensitive facilities if an adversary could obtain unauthorized privileges after a user's initial login. Recently, continuous user authentication (CA) has shown its great potential by enabling seamless user authentication with few active participation. We devise a low-cost system exploiting a user's pulsatile signals from the photoplethysmography (PPG) sensor in commercial wrist-worn wearables for CA. Compared to existing approaches, our system requires zero user effort and is applicable to practical scenarios with non-clinical PPG measurements having motion artifacts (MA). We explore the uniqueness of the human cardiac system and design an MA filtering method to mitigate the impacts of daily activities. Furthermore, we identify general fiducial features and develop an adaptive classifier using the gradient boosting tree (GBT) method. As a result, our system can authenticate users continuously based on their cardiac characteristics so little training effort is required. Experiments with our wrist-worn PPG sensing platform on 20 participants under practical scenarios demonstrate that our system can achieve a high CA accuracy of over 90% and a low false detection rate of 4% in detecting random attacks.
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