学位论文简介
在世界信息产业第三次浪潮驱动下，物联网终端在日常生活中被大规模部署。无处不在的终端设备内嵌了大量传感元件用于捕获环境信息，直接促进了泛在感知技术发展及环境形成。然而，泛在感知环境下，终端设备在提供丰富服务的同时，不可避免地处理并存储了用户隐私数据，比如个人行为轨迹和非公开对话等。为了防止恶意对象非法接触隐私数据，身份认证机制被广泛地用于验证用户对物联网终端的访问和操作权限。本文以泛在感知环境中图像信号、振动信号、语音信号、磁力信号表征的用户身份信息为基础，提出并实现了针对当前认证机制的改进方案，取得了以下主要创新性研究成果：
（1）针对高安全人脸认证系统所需成本大的问题，提出了基于牙齿边缘结构特征的低成本单次用户身份认证机制。为了处理高安全性和低成本间的需求冲突，通过对比人牙齿部位结构差异，发现牙齿边缘结构在用户间具有可区分性，进而提取单齿，多齿，全齿及包络形状四类特征，用以标识用户身份。特别地，该机制实现了用多张二维图像提取的信息表征牙齿三维结构特征的目标，极大地降低了潜在攻击的威胁。
（2）针对工作（1）中单次认证无法在整个服务激活期追踪用户身份的问题，本文提出了基于手部振动响应的高安全性连续认证机制。为了实现对手持终端设备服务激活期间的全周期保护，探索了振动信号在介质体中产生，传播和衰减的过程，展现了由人机交互触发的振动响应模式在用户间的独特性，进而利用在时、频两域中提取的统计特征及定制特征表征用户身份，实现对操作权限的持续追踪。
（3）针对工作（2）中振动响应模式仅适用于接触式人机交互场景，提出了基于音素能量响应活性特征的非接触式连续认证机制。对比了人发声器官和电子扬声器的组成和工作机理，研究了由二者内在结构不同引起的语音指令音素能量分布差异，进而提取了人发声器官特定的音素能量响应模式及其动态变化特性，从而完成对声源身份类型的持续认证。
（4）针对工作（1）（2）（3）执行跨设备认证操作繁琐的问题，提出了基于动态磁性签名的便利身份认证机制。研究了智能穿戴设备的屏幕内容和其近场磁力强度间的对应关系，提出了使用屏幕内容将数字密码编码为磁性签名的方案，实现了基于磁性签名表征用户身份的认证机制。特别地，该机制仅使用待解锁设备内置磁力传感器和已授权设备屏幕分别完成磁性签名的发送和接收，而无需修改或搭载定制硬件模块，因此可直接与现有设备兼容。
主要学术成果
Hongbo Jiang, Hangcheng Cao, Daibo Liu, Jie Xiong, and Zhichao Cao. SmileAuth: Using Dental Edge Biometrics for User Authentication on Smartphones. ACM UbiComp/IMWUT 2020 (在线发表，CCF A类会议，导师一作).
Hangcheng Cao, Daibo Liu, Hongbo Jiang, Chao Cai, Tianyue Zheng, John CS Lui, Jun Luo. HandKey: Knocking-triggered Robust Vibration Signature for Keyless Unlocking. IEEE TMC 2022 (在线发表，CCF A类期刊，第一作者)
Hangcheng Cao, Daibo Liu, Hongbo Jiang, Jun Luo. MagSign: Harnessing Dynamic Magnetism for User Authentication on IoT Devices. IEEE TMC 2022 (在线发表，CCF A类期刊，第一作者)
Hangcheng Cao, Hongbo Jiang, Daibo Liu, Jie Xiong. Evidence in Hand: Passive Vibration Response-based Continuous User Authentication, IEEE ICDCS 2021 (在线发表，CCF B类会议，第一作者)
Hangcheng Cao, Daibo Liu, Hongbo Jiang, Ruize Wang, Zhe Chen, Jie Xiong. LIPAuth: Hand-dependent Light Intensity Patterns for Resilient User Authentication, ACM TOSN 2022 (在线发表，CCF B类期刊，第一作者)
Hangcheng Cao, Hongbo Jiang, Daibo Liu, Ruize Wang, Geyong Min, Jiangchuan Liu, Schahram Dustdar, John CS Lui, LiveProbe: Exploring Continuous Voice Liveness Detection via Phonemic Energy Response Patterns, IEEE IoT-J 2022. (在线发表，SCI一区, 第一作者)
Hangcheng Cao, Hongbo Jiang, 等, Data Augmentation-Enabled Continuous User Authentication via Passive Vibration Response, IEEE IoT-J 2023. (已接收，SCI一区, 第一作者)
Zhe Chen, Tianyue Zheng, Chao Hu, Hangcheng Cao, 等, ISACoT: Integrating Sensing with Data Traffic for Ubiquitous IoT Devices, IEEE Communications Magazine 2022. (在线发表，SCI一区, 第四作者)
Zhe Chen, Tianyue Zheng, Chao Hu, Hangcheng Cao, 等, Integrating monostatic sensing with communication for IoT, ACM MobiCom Workshop 2022. (在线发表, 第四作者)
