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👥 作者: Wei Shao, Zequan Liang, Ruoyu Zhang 0002, Ruijie Fang, Ning Miao, Ehsan Kourkchi, Setareh Rafatirad, Houman Homayoun, Chongzhou Fang

该论文研究了基于腕戴式设备的连续身份认证问题,提出了一种利用低频光电容积脉搏波(PPG)信号的实用方案。传统上,心电图(ECG)信号虽具有高区分性,但其侵入性传感和间断采集限制了实际应用;而PPG信号可实现非侵入式连续采集,易于集成到智能手表等可穿戴设备中。然而,以往研究大多依赖高频PPG(如75-500 Hz)和复杂深度学习模型,导致能效和计算开销大,难以在低功耗现实系统中部署。本研究首次在智能手表(We-Be Band)上实现了基于低频(25 Hz)多通道PPG的连续认证系统,采用双向长短期记忆网络(Bi-LSTM)结合注意力机制,从短时(4秒)4通道PPG窗口中提取身份特异性特征。在公开数据集PTTPPG和自建We-Be数据集(26名受试者)上的评估表明,系统平均测试准确率达88.11%,宏F1分数0.88,误接受率(FAR)0.48%,误拒绝率(FRR)11.77%,等错误率(EER)2.76%。相比512 Hz和128 Hz采样率,25 Hz系统分别降低传感器功耗53%和19%,且认证性能未显著下降。进一步实验发现,当采样率降至20 Hz时性能急剧下降而功耗节省极少,因此25 Hz被视为实用下界。此外,仅用静息数据训练的模型在运动状态下失效,而包含活动多样性数据的训练能提升跨生理状态的鲁棒性。该工作为可穿戴设备实现低功耗、连续、非侵入式身份认证提供了可行方案,对物联网安全和人机交互领域具有参考价值。

💡 推荐理由: 这项工作为可穿戴设备提供了一种低功耗、非侵入式的连续身份认证方法,有望替代传统密码或间断式生物认证,提升智能手表等设备的用户安全性和便利性。

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