基于Android传感器的安全输入系统的设计与实现

论文总字数：22751字

摘 要

在智能手机越来越强大的今天，手机上有着越来越多的重要信息，用户会经常输入许多重要的帐号密码，例如银行卡号，密码，支付宝账号密码。因此我们需要一个安全的输入法来保证用户的输入安全。

本系统基于Android平台开发，通过使用加速度传感器数据结合机器学习算法来实现用户的输入。用户通过手机的倾斜角度控制光标移动来选取不同的按键，通过敲击手机背部来确定输入（相当于点击按键）。本论文选取传感器数据的相关特征，采用svm算法实现用户敲击输入的识别。为了防御攻击，我们采取了一种随机加速度算法。

本系统可以有效防御基于边信道的攻击，包括基于视觉的攻击，基于传感器的攻击等。目前系统的敲击输入识别准确率高达98.89%，密码输入准确率最高可达95.83%，如果攻击者想要暴力破解我们的密码的成功率仅为0.0227%。

关键词：Android，输入法，加速度传感器，安全，机器学习，svm

Design and implementation of security input system

based on Android sensor

Abstract

The smart phone become more and more powerful and there is a lot of sensitive information in our smart phone .User always input sensitive information on the phone , such as bank card number , password and so on. So we need a security input system to ensure the security of user input.

The system is based on the Android platform, which can control the user's input by using the acceleration sensor data combined with the machine learning algorithm. The user controls the movement of the mark by the tilt angle of the mobile phone, and determines the input by knocking the back of the phone. I training the svm on computer to get a model and the model will be used in mobile phone applications.

Using this system can effectively avoid some of the attacks: visual attacks, the side channel attacks that based on the acceleration, etc.. At present, the recognition accuracy of the system is as high as98.89%. The accuracy of password input is up to 95.83%, if the attacker wants to brute force our password, there is only 0.0227% possibility.

KEY WORDS: android,input method, acceleration sensor, safety, machine learning, SVM

目录

第一章 绪论 6

1.1 引言 6

1.2 研究现状 6

1.2.1 Android输入法开发框架 6

1.2.2 加速度传感器和方向传感器 7

1.2.3 机器学习 8

1.3 研究内容 9

1.4 论文组织结构 9

第二章 系统设计 10

2.1 光标移动模块 10

2.1.1 需求 10

2.1.2 软件设计 11

2.1.3 最终实现 12

2.2 敲击识别 14

2.2.1 需求 14

2.2.2 软件设计 14

2.3.3 最终实现 17

第三章 相关工具设计及实现 19

3.1 数据采集工具 19

3.1.1 需求 19

3.1.2 软件设计 19

3.1.3 最终实现 19

3.2 测试工具 20

3.2.1 需求 20

3.2.2 软件设计 20

3.2.3 最终实现 20

第四章 系统测试 22

4.1 综述 22

4.2 识别率实验 22

4.2.1 实验内容 22

4.2.2 实验结果 22

4.2.3 结论 22

4.3 误判率实验 22

4.3.1 实验介绍 23

4.3.2 实验结果 23

4.3.3 结论 23

4.4 输入时间及准确率实验 23

4.4.1 实验介绍 23

4.4.2 实验结果 24

4.4.3 结论 26

4.5 安全性实验 26

4.5.1 实验介绍 26

4.5.2 实验结果 26

4.5.3 结论 26

第五章 总结 27

5.1 总结 27

5.2 展望 27

致谢 28

参考文献 29

第一章 绪论

1.1 引言

在智能手机越来越强大的今天，手机上有着越来越多的重要信息，用户会经常输入许多重要的帐号密码，例如银行卡号，密码，支付宝账号密码，并且经常会通过手机进行一些工作上的交流这些信息都密切关系着人们的财产安全然后智能手机存在着许多的安全隐患。

目前安卓手机上的安全软件都是关注手机中有没有流氓软件，以及流量使用等情况，然而他们忽略了一个很重要的环节——用户输入。在我们进行输入时不法分子拥有多种攻击手段来获取我们的输入。例如，通过拍摄用户输入时的手部动作交由特定软件进行分析来获取用户的输入，或者通过手机上的恶意软件来获取手机的传感器数据，借此来判断输入。

然而目前市面上的手机端输入法都没有考虑到输入的安全问题，为了解决以上问题我们觉得开发一款基于Android传感器的安全输入系统。该系统通过调用系统的传感器并通过模式识别来确认用户的输入，用户不需要再屏幕上进行点击就可以完成输入，并且在光标移动时给与了光标一个随机加速度，保证了输入的安全性。该随机加速度是基于手机倾斜角度结合一组随机参数运算得出的。

本输入系统的开发将使得手机输入法可以在许多安全需求较高环境下得以使用，填补了手机安全系统一直缺失的重要一环。

1.2 研究现状

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