Snoop-forge-replay attack on continuous verification with keystrokes

We present a new attack called the snoop-forge-replay attack on the keystroke-based continuous verification systems. We performed the attacks on two levels – 1) feature-level and 2) sample-level. (1) Feature-level attack targets specific keystroke-based continuous verification method or system. In feature-level attacks, we performed a series of experiments using keystroke data from 50 users who typed approximately 1200 to 2300 keystrokes of free text during three different periods. The experiments consisted of two parts. In the first part, we conducted zero-effort verification experiments with two verifiers ( R and S ) and obtained Equal Error Rates (EERs) between 10% and 15% under various verifier configurations. In the second part, we replayed 10,000 forged impostor attempts per user and demonstrated how the zero-effort impostor pass rates became meaningless when impostor attempts were created using stolen keystroke timing information. (2) Sample-level attack is not specific to any particular keystroke-based continuous verification method or system. It can be launched with easily available keyloggers and application programming interfaces (APIs) for keystroke synthesis. Our results from 2640 experiments show that (i) the snoop-forge-replay attacks achieve alarmingly high error rates compared to zero-effort impostor attacks, which have been the de facto standard for evaluating keystroke-based continuous verification systems; (ii) four state-of-the-art verification methods, three types of keystroke latencies, and eleven matching-pair settings (–a key parameter in continuous verification with keystrokes) that we examined in this dissertation were susceptible to the attack; (iii) the attack is effective even when as low as 20 to 100 keystrokes were snooped to create forgeries. In light of our results, we question the security offered by the current keystroke-based continuous verification systems. Additionally, in our experiments, we harnessed virtualization technology to generate thousands of keystroke forgeries within a short time span. We point out that virtualization setup such as the one used in our experiments can also be exploited by an attacker to scale and speed up the attack

Discriminative preprocessing of speech : towards improving biometric authentication

Im Rahmen des "SecurePhone-Projektes" wurde ein multimodales System zur Benutzerauthentifizierung entwickelt, das auf ein PDA implementiert wurde. Bei der vollzogenen Erweiterung dieses Systems wurde der Möglichkeit nachgegangen, die Benutzerauthentifizierung durch eine auf biometrischen Parametern (E.: "feature enhancement") basierende Unterscheidung zwischen Sprechern sowie durch eine Kombination mehrerer Parameter zu verbessern. In der vorliegenden Dissertation wird ein allgemeines Bezugssystem zur Verbesserung der Parameter präsentiert, das ein mehrschichtiges neuronales Netz (E.: "MLP: multilayer perceptron") benutzt, um zu einer optimalen Sprecherdiskrimination zu gelangen. In einem ersten Schritt wird beim Trainieren des MLPs eine Teilmenge der Sprecher (Sprecherbasis) berücksichtigt, um die zugrundeliegenden Charakteristika des vorhandenen akustischen Parameterraums darzustellen. Am Ende eines zweiten Schrittes steht die Erkenntnis, dass die Größe der verwendeten Sprecherbasis die Leistungsfähigkeit eines Sprechererkennungssystems entscheidend beeinflussen kann. Ein dritter Schritt führt zur Feststellung, dass sich die Selektion der Sprecherbasis ebenfalls auf die Leistungsfähigkeit des Systems auswirken kann. Aufgrund dieser Beobachtung wird eine automatische Selektionsmethode für die Sprecher auf der Basis des maximalen Durchschnittswertes der Zwischenklassenvariation (between-class variance) vorgeschlagen. Unter Rückgriff auf verschiedene sprachliche Produktionssituationen (Sprachproduktion mit und ohne Hintergrundgeräusche; Sprachproduktion beim Telefonieren) wird gezeigt, dass diese Methode die Leistungsfähigkeit des Erkennungssystems verbessern kann. Auf der Grundlage dieser Ergebnisse wird erwartet, dass sich die hier für die Sprechererkennung verwendete Methode auch für andere biometrische Modalitäten als sinnvoll erweist. Zusätzlich wird in der vorliegenden Dissertation eine alternative Parameterrepräsentation vorgeschlagen, die aus der sog. "Sprecher-Stimme-Signatur" (E.: "SVS: speaker voice signature") abgeleitet wird. Die SVS besteht aus Trajektorien in einem Kohonennetz (E.: "SOM: self-organising map"), das den akustischen Raum repräsentiert. Als weiteres Ergebnis der Arbeit erweist sich diese Parameterrepräsentation als Ergänzung zu dem zugrundeliegenden Parameterset. Deshalb liegt eine Kombination beider Parametersets im Sinne einer Verbesserung der Leistungsfähigkeit des Erkennungssystems nahe. Am Ende der Arbeit sind schließlich einige potentielle Erweiterungsmöglichkeiten zu den vorgestellten Methoden zu finden. Schlüsselwörter: Feature Enhancement, MLP, SOM, Sprecher-Basis-Selektion, SprechererkennungIn the context of the SecurePhone project, a multimodal user authentication system was developed for implementation on a PDA. Extending this system, we investigate biometric feature enhancement and multi-feature fusion with the aim of improving user authentication accuracy. In this dissertation, a general framework for feature enhancement is proposed which uses a multilayer perceptron (MLP) to achieve optimal speaker discrimination. First, to train this MLP a subset of speakers (speaker basis) is used to represent the underlying characteristics of the given acoustic feature space. Second, the size of the speaker basis is found to be among the crucial factors affecting the performance of a speaker recognition system. Third, it is found that the selection of the speaker basis can also influence system performance. Based on this observation, an automatic speaker selection approach is proposed on the basis of the maximal average between-class variance. Tests in a variety of conditions, including clean and noisy as well as telephone speech, show that this approach can improve the performance of speaker recognition systems. This approach, which is applied here to feature enhancement for speaker recognition, can be expected to also be effective with other biometric modalities besides speech. Further, an alternative feature representation is proposed in this dissertation, which is derived from what we call speaker voice signatures (SVS). These are trajectories in a Kohonen self organising map (SOM) which has been trained to represent the acoustic space. This feature representation is found to be somewhat complementary to the baseline feature set, suggesting that they can be fused to achieve improved performance in speaker recognition. Finally, this dissertation finishes with a number of potential extensions of the proposed approaches. Keywords: feature enhancement, MLP, SOM, speaker basis selection, speaker recognition, biometric, authentication, verificatio

The head and face decoration of human figures on Cretomycenaean iconography and its significance

Η παρούσα διατριβή εξετάζει την λειτουργία και σημασία του ευπρεπισμού της κεφαλής των ανθρώπινων μορφών που εμφανίζονται στην Αιγαιακή τέχνη. Ένας μεγάλος αριθμός ανθρώπινων μορφών, με κομψή και συχνά επιτηδευμένη απόδοση των κύριων χαρακτηριστικών της διακόσμησης της κεφαλής και του προσώπου τους, απαντούν στις κρητομυκηναϊκές τοιχογραφίες, σφραγιδογλυφία, ειδώλια και άλλα αντικείμενα τέχνης. Κυρίως αφορούν σε τύπους κομμώσεων, καλυμμάτων κεφαλής, κοσμημάτων και ψιμυθίωσης (μακιγιάζ προσώπου) κ.ά. Το εισαγωγικό Κεφάλαιο 1 συγκροτεί μια περιεκτική προσέγγιση των ζητημάτων της χρονολόγησης και της γεωγραφίας, λειτουργώντας ως το βασικό πλαίσιο των υπό εξέταση παραδειγμάτων τόσο από την εικονογραφία όσο και από τα λοιπά υλικά κατάλοιπα. Τα υπό πραγμάτευση παραδείγματα συνολικά ανέρχονται σε 1574 ανθρώπινες μορφές. Το Κεφάλαιο 2, επανεξετάζει εν συντομία τις προηγούμενες δημοσιευμένες μελέτες επί του θέματος. Πρέπει να σημειωθεί ότι στις περιπτώσεις ερευνών και μελετών που πραγματεύονται τοιχογραφίες και ειδώλια από την Θήρα και την Κρήτη αντιστοίχως, δεν υπάρχουν μελέτες οι οποίες να ασχολούνται με τον ευπρεπισμό της κεφαλής και του προσώπου που εμφανίζονται στην σφραγιδογλυφία και σε άλλα είδη τέχνης. Επιπλέον, οι παλαιότερες μελέτες περιορίζονται στη σύνδεση συγκεκριμένων διακοσμητικών στοιχείων με ειδικές τελετές (π.χ. διαβατήριες τελετές), με χαρακτηριστικά του ανθρώπινου σώματος (ανάπτυξη και ωρίμανση του σώματος) και με την θέση ή την ασχολία, επαγγελματική ή άλλη, ενός προσώπου (κυρίως η τελευταία αυτή κατηγορία συναντάται στις τοιχογραφίες του Ακρωτηρίου), καθώς επίσης και με την προέλευση ή σημασία των μινωικών ειδωλίων. Τα Κεφάλαια 3-7 περιλαμβάνουν την ανάλυση όλων των τύπων και κατηγοριών των μέχρι στιγμής διαθεσίμων αρχαιολογικών δεδομένων. Αυτά παρουσιάζονται και συζητούνται λεπτομερώς. Ένας αριθμός αξιοσημείωτων και χαρακτηριστικών παραστάσεων της κόσμησης της κεφαλής και του προσώπου μπορεί να θεωρηθεί ότι κινείται στη σφαίρα της φαντασίας. Πράγματι, είναι αδύνατον να ανιχνεύσει κανείς, παραδείγματος χάριν, τις πραγματικές κομμώσεις, τα υπαρκτά καλλυντικά καλλωπισμού, τα περισσότερα από τα εξαρτήματα των κομμώσεων και των καλυμμάτων της κεφαλής. Επιπροσθέτως, κάποια διακοσμητικά στοιχεία είναι τόσο ιδιαίτερα και συχνά ιδιόρρυθμα ώστε μπορούν να θεωρηθούν μη πραγματικά. Εντούτοις, υπάρχουν αρχαιολογικά ευρήματα κοσμημάτων (π.χ. ψήφοι, μεταλλικά ελάσματα και περίαπτα κ.ά.), εξαρτημάτων της κόμης, καλυμμάτων της κεφαλής και άλλα αντικείμενα τα οποία έχουν παράλληλα στην εικονογραφία. Επιπλέον, η ευρεία διασπορά των παραδειγμάτων αυτών των κατηγοριών κόσμησης σε ποικίλες περιοχές και η εμφάνισή τους για μακρά χρονικά διαστήματα, υποδηλώνουν ότι όσα απεικονίζονται στην εικονογραφία δεν ανήκουν στη σφαίρα του φανταστικού αλλά στην πραγματικότητα. Η μελέτη της κόσμησης της κεφαλής και του προσώπου των Αιγαιακών ανθρώπινων μορφών έχει οδηγήσει στο συμπέρασμα ότι η εφαρμογή και η υιοθέτηση της περιποίησης της κεφαλής και του προσώπου εμπεριείχε συγκεκριμένα μηνύματα. Εξέφραζε όχι μόνο την αντίληψη περί κάλλους αλλά προφανώς και συνδεόταν με 1. το επάγγελμα/ασχολία, 2. το υψηλό κύρος, 3. την θρησκευτικότητα, 4. την εξωτική/ξένη προέλευση, 5. την πρακτική χρήση, 6. την μόδα, 7. την διαφοροποίηση του φύλου, 8. ιδιαίτερους τύπους τεχνουργημάτων, 10. την ηλικιακή κατάταξη. Σε αντίθεση με παλαιότερες μελέτες, η παρούσα έρευνα κατέληξε στο συμπέρασμα ότι συγκεκριμένες μορφές παιδιών στην τέχνη του Αιγαίου συσχετίζονται με ιδιαίτερους τύπους κόμμωσης, που σημαίνουν ηλικιακή διαφοροποίηση (διαβατήριες τελετές). Από την άλλη, ένας αριθμός διαφορετικών κομμώσεων που παρατηρείται στους ενήλικες είναι πιθανότερο να αναφέρεται στο επάγγελμα/ασχολία τους, στην κοινωνική τάξη τους, στην προέλευση ή/και στις θρησκευτικές πεποιθήσεις τους παρά στην διαφοροποίηση της ηλικίας τους. Επιπροσθέτως, (βλ. Παράρτημα 5) η παρούσα μελέτη κατέστησε σαφές ότι δεν φαίνεται να υπήρξε σύνδεση της βαφής των οφθαλμών στις μορφές των τοιχογραφιών του Ακρωτηρίου Θήρας με συγκεκριμένα στάδια ηλικίας. Η μοναδικότητα της ψιμυθίωσης των οφθαλμών προφανώς συνδέεται με συγκεκριμένες πράξεις (τελετουργίες) και συγκεκριμένους χώρους (ιερά). Αναφορικά με μερικούς τύπους κόμμωσης και εξαρτημάτων της κόμης, είναι εμφανές ότι υπήρξε κάποια σχέση μεταξύ των αντιλήψεων στην Αίγυπτο και στο Αιγαίο. Έτσι π.χ. «ο βόστρυχος του Ώρου» χαρακτήριζε τα παιδιά, η «αλογοουρά» τα νεαρά κορίτσια και οι λευκές ταινίες της κεφαλής πιθανώς να σχετίζονταν με συμμετέχοντες σε ιεροπραξίες με αφορμή ειδικές περιστάσεις. Η περίπτωση της θεότητας, που απεικονίζεται στη γνωστή τοιχογραφία της Ξεστής 3 από το Ακρωτήρι, παρουσιάζει μια ιδιαίτερη μορφή, εφόσον συνολικά η κόσμησή της συνδέεται με όλα τα ηλικιακά στάδια των θηλυκών μορφών των Θηραϊκών τοιχογραφιών. Η θεότητα λατρεύεται από διάφορες γυναίκες που επιζητούν την βοήθεια και την προστασία της. Παρά το γεγονός ότι οι ξυρισμένες κεφαλές συσχετίζονται με πρακτικούς σκοπούς, όπως η υγιεινή, ο βασικός λόγος για τον οποίο ξυριζόταν η κεφαλή ήταν ενδεχομένως η επιθυμία να μεγαλώσουν τα παιδιά με ασφάλεια αναφορικά με την υγεία τους. Παρόμοια παράδοση της ξυρισμένης κεφαλής και της σημασίας της παρατηρείται και στην Ιαπωνία (βλ. Παράρτημα 6). Η διατριβή αυτή αντιμετώπισε ένα ακόμη ενδιαφέρον ερώτημα: στις περιπτώσεις παραστάσεων, στις οποίες δεν έχει διατηρηθεί η κεφαλή των μορφών, πώς μπορεί να διαγνωσθεί ο ρόλος τους; Επί τη βάσει πέντε (5) στοιχείων είναι δυνατόν να αναγνωρισθεί η σημασία και η λειτουργία των απεικονιζομένων μορφών. Αυτά είναι: το βάθος («το φόντο») της εικονιζόμενης σκηνής αλλά και η θέση, η απόδοση, η συνοδεία και η χειρονομία της εξεταζόμενης μορφής. Εκτός του κειμένου, η διατριβή συμπληρώνεται με πλήρη κατάλογο και μεγάλο αριθμό στατιστικών πινάκων, ενώ εμπλουτίζεται με εικονογραφικό υλικό. Όλα τα παραπάνω είναι ιδιαίτερα χρήσιμα εργαλεία αναφοράς και για άλλες μελλοντικές μελέτες.The present PhD dissertation examines the function and significance of head and face decoration in human figures represented in Aegean art. A large number of human figures, with elegant and often exquisite sophistication in regard to characteristic head and face decorations, are encountered in Cretomycenaean frescoes, seals, figurines and other artistic media. These mainly comprise hair styles and accessories, headgear, other minor accessories and cosmetics. The introductory Chapter 1 constitutes a comprehensive approach of chronology and geography, as the basic framework of the examination of both iconography and related artifacts, which total 1574 human figures. Chapter 2 briefly reviews past published research on the topic. It should be mentioned that, whereas there has been research dealing with wall paintings and figurines from Thera and Crete respectively, no other studies referring to head and face decoration have been carried out with reference to other art objects and especially seals. Moreover, previous studies are limited to the connection of certain decorative elements with specific rituals (e.g. Rites of passage), physical human features (i.e. growth and development of the body) and the status or occupation of the person depicted on the wall paintings of Akrotiri, as well as with their origin or status on Minoan figurines. Chapters 3-7 include the analysis of all types and categories of archaeological data so far available. These are presented and discussed in detail. A number of remarkable and characteristic representations of the head and face decorations might lead us to think that these are imaginary. Admittedly, it is impossible to trace the existence of the actual hairstyles, cosmetics, most of the hair accessories and headgear. In addition, some decorations are so particular and frequently peculiar that they could be considered fictional. However, there are extant finds of jewellery (i.e. beads, foils and pendants as parts of accessories), hair accessories, headgear and other types of accessory, which correspond to the iconographic ones. Moreover, the widespread examples of these decorations in various regions and in long-term periods strongly suggest that they are not fictional but real (Chapter 8). The study of head and face decoration in Aegean human figures has led to the conclusion that the application and adoption of such treatment of head and face may have had specific meanings. It expressed the perception of beauty and was obviously connected to: 1. profession, 2. high status, 3. religious occasions, 4. foreign origin, 5. practical use, 6. distribution, 7. fFashion, 8. sex differentiation, 9. specific types of art objects, 10. age classification. Contrary to previous studies it has been concluded that certain child figures in Aegean art are related to specific hairstyles denoting age classification (Rites of passage). On the other hand, a number of variations of hairstyles for adults might refer to their profession, social ranking, origin and religious links rather than their age classification. Moreover, (Appendix 5), it has become clear that there was no connection of the eye stroke colours on Theran figures to certain age stages. The unique convention of coloured eye stroke is probably related to a special act (Rritual) and place (shrine) for deities. Concerning some hairstyles and hair accessories, it is probable that there was some relation between Egyptian and Theran trends. Thus, the Horus Locks characterized children, the ponytail is specific to maidens and the white headbands, possibly relate to participants in rituals on special occasions (Appendix 4). The case of a goddess depicted on the well-known wall painting of Xeste 3 at Akrotiri presents a special figure, since her decorations are related to all age stages of female figures on Theran wall paintings. She was worshipped by a number of females who sought for her help and protection. Even though the shaved heads are related to practical reasons, such as hygiene, the main reason of shaving the head might have been a desire to grow up children safely. It is an interesting fact that the shaved head tradition is also seen in Japan (Appendix 6). Another interesting problem has been addressed: in cases of figures that have not preserved their head, how is it possible to ascertain their role? There are five (5) useful factors which can be used to render roles to Aegean human figures, like the background of the scene along with the position, attribution, company and gesture of the figure in question (Appendix 7). Last but not least, we cannot hold back our surprise that these Aegean art objects made over thousands of years ago are still preserved up to this day, even though it is a fact that in the long view of History, many of them may have been lost. If there will be any chance in the future, the author of this study is interested in researching the religion of the Aegean world and its relationship with other foreign cultures in more detail. It is the author’s conviction that Aegean and foreign cultures are somehow interwoven with each other and have created a vivid hybrid culture. Apart from the text, the thesis is completed with a full catalogue and a large number of tables while it is enriched with plates and figures, all very useful reference material