CN111213203B - 安全语音生物测定认证 - Google Patents

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Abstract

一方面提供了一种音频数据传输模块中的方法。该方法包括：获得包括来自待认证用户的话语的音频数据流，该音频数据流包含多个数据段；获得语音生物测定认证结果，所述语音生物测定认证结果与音频数据流的一个或多个第一数据段中的话语有关；针对音频数据流的一个或多个第二数据段生成数据认证数据；生成一个或多个经加密签名的包，所述一个或多个经加密签名的包包括该语音生物测定认证结果和该数据认证数据；以及，输出一个或多个经加密签名的包。

Description

安全语音生物测定认证
技术领域
本公开内容的实施方案涉及语音生物测定认证(voice biometricauthentication)，且具体地涉及用于提高在受限动作(restricted action)的批准中所使用的语音生物测定认证过程的安全性的方法和装置。
背景技术
语音用户界面被设置以允许用户使用他们的语音与系统交互。此一个优点是，例如在诸如智能电话、平板电脑等设备中，它允许用户以免提的方式操作该设备。
在一个典型的系统中，用户通过说出触发短语(可能地跟随有一个或多个命令短语)将语音用户界面从低功率待机模式中唤醒。话语识别技术(speech recognitiontechnique)用于检测触发短语已说出，且标识已在一个或多个命令短语中请求的动作。
越来越多地应用生物测定技术来提高用户与电子设备交互的安全性。例如，在上文所描述的语音用户界面的情况下，可对触发短语(以及可能地还有命令短语)执行说话人识别过程(speaker recognition process)，以确定请求方(即，说话人)是否为设备的授权用户。说话人识别过程可独立于话语识别过程以及可与话语识别过程并行地执行。
取决于说话人识别过程的结果以及在语音用户界面中所应用的安全水平，电子设备可执行或被阻止执行一个或多个受限动作。例如，如果说话人识别过程失败(例如，说话人不是授权用户)，电子设备不会唤醒，或响应于检测到触发短语，电子设备变成解锁。在其他实施例中，如果说话人识别过程失败，则不会执行命令短语中所请求的一个或多个动作。
语音用户界面可受到恶意第三方的攻击，所述恶意第三方试图欺骗(spoof)说话人识别过程且不经授权用户的批准而获得受限动作的访问权限。预期这一攻击方法为“中间人”攻击，其中通过例如在设备的处理电路上安装恶意软件通过欺骗数据来拦截和/或替换电子设备内的模块或电路之间的数据传递。例如，在用户话语包括跟随有一个或多个命令短语的触发短语的情况下，第三方可试图用一个或多个对第三方有利的替代命令(例如，将资金转移至第三方的财务指令等)来替换说出的命令短语。如果说话人识别过程在触发短语方面是成功的(即，说话人被认证为授权用户)，则电子设备可执行与替换命令短语相对应的动作，而不执行与用户实际说出的那些命令短语相对应的动作。
本公开内容的实施方案试图解决这些问题和其他问题。
发明内容
一方面，提供了一种音频数据传输模块中的方法。该方法包括：获得包括来自待认证用户的话语的音频数据流，该音频数据流包括多个数据段；获得语音生物测定认证结果，该语音生物测定认证结果与该音频数据流的一个或多个第一数据段中的话语有关；针对该音频数据流的一个或多个第二数据段生成数据认证数据(data-authentication data)；生成一个或多个经加密签名的包，所述一个或多个经加密签名的包包括该语音生物测定认证结果和该数据认证数据；以及，输出所述一个或多个经加密签名的数据包。
另一方面，提供了一种音频传输设备，包括：第一输入，用于获得与来自待认证用户的话语有关的音频数据流，该音频数据流包括多个数据段；第二输入，用于获得语音生物测定认证结果，该语音生物测定认证结果与该音频数据流的一个或多个第一数据段中的话语有关；数据认证模块，被配置为针对该音频数据流的一个或多个第二数据段生成数据认证数据；加密模块，被配置为生成一个或多个经加密签名的包，所述一个或多个经加密签名的包包括该语音生物测定认证结果和该数据认证数据；以及，输出，用于输出所述一个或多个经加密签名的数据包。
本公开内容的另一方面提供了一种音频数据接收模块中的方法。该方法包括：接收来自音频数据传输模块的音频数据流，该音频数据流与来自请求生物测定认证的用户的话语有关，该音频数据流包括多个数据段；接收来自该音频数据传输模块的一个或多个经加密签名的包，所述一个或多个经加密签名的包包括：与所述话语有关的语音生物测定认证结果，以及，用于该音频数据流的一个或多个数据段的数据认证数据；针对所接收的音频数据流中的一个或多个数据段生成数据认证数据；将所生成的数据认证数据与所接收的数据认证数据进行比较；以及，基于比较来确定是否将用户认证为授权用户。
另一方面提供一种音频接收模块，所述音频接收模块包括：第一输入，用于接收来自音频数据传输模块的音频数据流，该音频数据流与来自请求生物测定认证的用户的话语有关，该音频数据流包括多个数据段；第二输入，用于接收来自所述音频数据传输模块的一个或多个经加密签名的包，所述一个或多个经加密签名的包包括：与所述话语有关的语音生物测定认证结果以及用于所述音频数据流的一个或多个数据段的数据认证数据；数据认证模块，用于针对所接收的音频数据流中的一个或多个数据段生成数据认证数据；以及，用户认证模块，用于将所生成的数据认证数据与所接收的数据认证数据进行比较，且基于所述比较来确定是否将该用户认证为授权用户。
附图说明
为了更好地理解本公开内容的实施例，且为了更清楚地示出如何实施所述实施例，现在将仅通过实施例的方式参考下面的附图，在附图中：
图1示出了根据本公开内容的实施方案的电子设备；
图2示出了根据本公开内容的实施方案的音频传输设备。
图3示出了根据本公开内容的实施方案的音频接收设备；且
图4a、4b、4c和4d是示出根据本公开内容的实施方案的音频数据流的处理的示意图。
具体实施方式
为了清楚起见，将注意，此说明书涉及说话人识别和话语识别，说话人识别和话语识别旨在具有不同的含义。说话人识别是指提供有关说话人身份信息的技术。例如，出于标识或认证的目的，说话人识别可从一组先前注册的个人中确定说话人的身份，或者可提供指示说话人是否为特定个人的信息。话语识别是指用于确定所说的内容和/或含义而非识别说话人的技术。
图1示出了根据本公开内容的一个方面的电子设备100。该设备可以是任何合适类型的设备，如移动计算设备(例如，笔记本电脑或平板电脑)、游戏控制台、远程控制设备、家庭自动化控制器或包括家用温度或照明控制系统的家用电器、玩具、机器(如，机器人)、音频播放器、视频播放器等，但是在此例示性实施例中，该设备是移动电话，且特别是智能手机100。智能手机100可通过适当的软件用作控制另一设备或系统的控制界面。
设备100包括一个或多个可操作以检测用户的语音的麦克风102。麦克风102被耦合至认证设备104，认证设备104转而被耦合至处理电路系统106。在所例示的实施方案和下文的讨论中，处理电路系统106被描述为应用处理器(AP)。通常，处理电路系统106可以是任何合适的处理器(如，中央处理单元(CPU))或处理电路系统。
在使用中，用户对着一个或多个麦克风102讲话，在麦克风102中检测到话语且生成包括该话语的音频数据流。该音频数据流被输出至认证设备104，认证设备104可被实施为分立的集成电路。在此，应注意，由麦克风102所输出的音频数据流可以是数字的或模拟的。在模拟音频数据流的情况下，认证设备104可包括模数转换器(ADC)，所述模数转换器(ADC)将音频数据流转换至数字域中。
认证设备104包括语音生物测定认证模块或处理器，所述语音生物测定认证模块或处理器对音频数据流执行说话人识别过程，以确定音频数据流中的话语是否对应于授权用户的话语。说话人识别过程在本领域中是众所周知的，且在此将不进行详细描述。说话人识别可包括从音频数据流中提取一个或多个特征(合适的实施例包括梅尔频率倒谱系数、感知线性预测系数、线性预测编码系数、基于深度神经网络的参数、i-矢量等)，以及将那些所提取的特征与所存储的授权用户的“声纹(voiceprint)”中的一个或多个相应特征进行比较。说话人识别过程的输出可以是生物测定认证分数，指示说话人是授权用户的可能性。为了确定说话人是否是授权用户，可将生物测定认证分数与一个或多个阈值(在认证设备104中或在外部设备中)进行比较。与阈值的有利比较可得到说话人是授权用户的肯定标识(positive identification)；与阈值的不利比较可得到说话人不是授权用户的确定，或说话人未被标识为授权用户、也未被肯定地排除为授权用户的不确定结果。在不确定结果的情况下，可要求用户提供进一步的话语输入，以提高说话人识别过程的准确性。
因此，认证设备104可向AP 106输出生物测定认证结果(该生物测定认证结果可包括生物测定认证分数、对关于说话人是否是授权用户的指示或以上这二者)。还显而易见的是，音频数据流本身应从认证设备104输出至AP 106。例如，话语识别过程可在认证设备104的外部(在AP 106或远程服务器中)实施，需要将话语经由认证设备104传递至AP 106。在许多其他用户情形中(即，不需要说话人识别)，需要将麦克风信号传递至AP 106。例如，当设备100是移动电话时，需要将说话人的语音传递至AP 106(或其他处理电路)以在通话期间继续传输。
类似地，AP 106可能需要将信号输出至认证设备104。例如，AP 106可将控制信号输出至认证设备104，以启动生物测定过程(如，认证、注册等)或配置认证设备104用于某些操作模式。
因此，认证设备104和AP 106之间的接口可允许在任一方向上的信号(控制和/或数据)的传输。
设备100还包括接口电路系统108，该接口电路系统108向外部设备提供有线或无线接口以用于数据的传输和接收。例如，接口电路系统108可包括一个或多个有线接口(例如，USB、以太网等)和/或一个或多个无线接口(例如，将无线电链路实施至蜂窝通信网络、无线局域网等)。在无线接口的情况下，接口电路系统108可包括耦合至一个或多个适于生成或接收无线电信号的天线的收发器电路系统。
图1还示出了外部设备120，该外部设备120与电子设备100(例如，经由接口电路系统108)连通。在本公开内容的一些实施方案中，外部设备120可包括实施话语识别过程的远程服务器。因此，在此类实施方案中，外部设备接收来自设备100的音频数据流，且处理所述数据流，以确定音频数据流中所包括的话语的内容和/或含义。然后，可将话语的内容和/或含义传输回至设备100以进一步处理。在本公开内容的其他实施方案中，外部设备120可另外地或可替代地包括实施音频接收模块的远程服务器。此方面的进一步细节在关于图3的下文中提供。
如上文所述，已通过图1中示意性例示的设备所标识的一个问题是，认证设备104和AP 106之间的接口容易受到试图欺骗、劫持或以其他方式破坏在认证设备104中所进行的说话人识别过程的第三方的“中间人”攻击。例如，在包括跟随有一个或多个命令短语的触发短语的用户话语的情形中，中间人攻击可用一个或多个对第三方有利的替代命令(例如，将资金转移至第三方的财务指令等)替换所说出的命令短语。因此，从认证设备104输出至AP 106的肯定生物测定认证结果可使得在AP 106或外部设备120中执行替代命令，而不是用户实际说出的命令。
来自认证设备104所输出的生物测定认证结果可经过公钥加密认证，以防止结果受到中间人安全攻击。这种加密认证技术是计算密集型的，但是在这种情形中是可行的，因为结果消息的数据内容相对较小。然而，音频数据流的数据内容太大，无法在不引起不可接受的时延增加的情况下应用加密认证。
图2是示出根据本公开内容的实施方案的音频传输设备(或模块)200的示意图。例如，音频传输设备200可在上文关于图1所描述的认证设备104中实施。
音频传输设备200被耦合，以在输入处接收来自一个或多个麦克风202(所述一个或多个麦克风202可与上文关于图1所描述的麦克风102相同)的音频数据流。因此，当用户对着一个或多个麦克风202讲话时，音频数据流包括由用户说出且由一个或多个麦克风202检测到的话语或言辞。
在所例示的实施方案中，音频传输设备200包括语音生物测定认证模块204(Vbio)，该语音生物测定认证模块204被耦合以接收音频数据流，且被配置成对该音频数据流执行生物测定认证算法，以确定该音频数据流中的话语是否属于授权用户。如上所述，说话人识别过程在本领域中是众所周知的，且本公开内容不限于该方面。如上所述，生物测定认证模块204的输出是生物测定认证结果，该生物测定认证结果可包括生物测定认证分数、对关于说话人是否是授权用户的指示或以上这二者。
本领域技术人员还将理解，音频数据流在输入至生物测定认证模块204之前，可经受一种或多种数字信号处理技术。例如，可利用噪声消除来降低音频数据流中的噪声水平，从而提高说话人识别过程的性能。可将滤波应用至音频数据流，以抑制说话人识别过程不感兴趣的频率，或强调说话人识别过程感兴趣的频率等。
音频传输设备200还包括数据认证模块或设备206。数据认证模块206被耦合以接收音频数据流，且被配置成基于该音频数据流生成数据认证数据。在该上下文中，数据认证数据是可用于认证音频数据流(或音频数据流的一部分)且占用的数据少于其所基于的音频数据的任何数据。
在一个实施例中，数据认证数据包括音频数据流的一部分的散列，如一个或多个数据块或数据段(其中每个数据块或数据段包括一个或多个数据样本)。因此，数据认证设备206可实施散列功能，该散列功能将来自音频数据流的数据映射至较小的固定大小的数据结构。可利用任何合适的散列函数，如任何安全散列算法(例如SHA-0、SHA-1、SHA-2、SHA-3等)。在一个具体的实施例中，散列函数可以是SHA-256；然而，本公开内容不限于该方面。
在另一实施例中，数据认证数据包括声学指纹，即，用于表征音频数据流中所包含的声学信号的一个或多个参数的值。可形成声学指纹的一部分的参数的实施例包括：平均过零率；平均频谱；频谱平坦度；一个或多个频带中的突出音调；音频数据中时频表示中的峰值位置；信号功率；以及，信号包络。另外地或替代地，声学指纹可包括这些参数中的任一个的变化率。声学指纹可进一步包括对话语中的音频音素类的指示，例如用于助词、元音或爆破音、话语识别转录等的一个或多个分类器(classifier)。
数据认证数据可进一步包括对起点和终点的一个或多个的指示，所述起点和终点限定数据认证数据所基于的音频数据流的多个部分。起点和终点可使用任何合适的方法来限定。例如，音频数据流中的每个数据样本可与时间戳或计数值相关联，在这种情况下，可参考时间戳或计数值来限定起点和终点。另外地或替代地，数据样本可被分组为具有固定数目或可变数目的数据样本的数据块、数据段或数据帧。可通过参考数据块、数据段或数据帧来限定起点和终点。在另一些实施方案中，数据可由起点和持续时间来指示，而非由起点和终点来指示。
生物测定认证结果和数据认证数据被输出至加密设备或模块208，加密设备或模块208生成包括生物测定认证结果和数据认证数据的一个或多个经加密签名的数据包。即，在一个实施方案中，加密签名被应用至经组合的生物测定认证结果和数据认证数据，使得输出是包括数据认证数据和生物测定认证结果的经加密签名的数据包。在其他实施例中，可将加密签名分立地应用至生物测定认证结果和数据认证数据，使得输出两个经加密签名的数据包。
加密签名在本领域中是已知的。例如，音频传输设备200可具有关联的私有-公共加密密钥对，其中该对的公共密钥在初始握手过程期间被提供至所连接的设备(如，AP106)。在以这种方式对数据进行加密签名时，加密设备208可将该密钥对的私有加密密钥应用至数据认证数据和生物测定认证结果的组合。替代地，加密模块208可应用与接收设备秘密地共享的加密密钥(在该情形中，接收设备为AP或音频接收模块300，参见下文)。
在该例示中，音频数据流从音频传输设备200经由第一输出210输出，而一个或多个经加密签名的数据包经由第二输出212输出。然而，将理解，这些输出210、212可在单个数据接口中实施。
因此，图2示出了根据本公开内容的一些实施方案的音频传输设备200。然而，在不脱离所附权利要求的范围的情况下，可对所例示的实施方案进行多种改变。例如，图2示出了音频传输设备200中的生物测定认证模块204。在替代实施方案中，生物测定认证模块204可在音频传输设备200的外部(例如，在分立的集成电路中)实施，使得在音频传输设备的输入处接收生物测定认证结果。
图3示出了根据本公开内容的其他实施方案的音频接收设备300。音频接收设备300可在接收来自上文关于图2所描述的音频传输设备200的音频数据流和一个或多个经加密签名的包的任何设备中实施。
因此，在一个实施方案中，音频接收设备300在上文关于图1所描述的AP 106中实施。通过实施下文所描述的音频接收设备300，AP 106因此能够确定音频数据流和生物测定认证结果是真实的，且适当地授权该用户为授权用户或以其他方式进行一个或多个受限动作。在替代实施方案中，音频接收设备300可在上文关于图1所描述的外部设备120中实施。在这样的实施方案中，音频数据流和一个或多个经加密签名的包从AP 106和设备100(例如，经由接口电路108)输出。因此，外部设备120间接地接收音频数据流和经加密签名的包，但是仍然能够确定生物测定认证结果和相关联的音频数据流是真实的。
音频接收设备300在第一输入302处接收音频数据流，且在第二输入304处接收一个或多个经加密签名的包。尽管在图3中分立例示，但是再次将理解，第一输入302和第二输入304可在单个数据接口中实施。
音频数据流被输入至数据认证设备或模块306。数据认证模块306被配置成基于该音频数据流生成数据认证数据。具体而言，数据认证模块306可被配置成执行与在音频传输设备200中的数据认证模块206中所执行的算法相同的算法。因此，该算法可包括例如散列函数(hashing function)或声学指纹算法。
一个或多个经加密签名的包被输入至加密验证设备或模块308。加密验证设备308处理数据包，且特别是验证所述包是否通过与音频传输设备200相关联的加密签名相对应的加密签名进行签名。例如，加密验证设备308可应用属于音频传输设备200的私有-公共密钥中的公钥。替代地，加密验证设备308可应用先前与传输设备(例如，认证设备104或音频接收模块300)秘密共享的加密密钥。
如果验证设备308验证了经加密签名的包源自音频传输设备200(即，一个或多个包使用与属于音频传输设备200的加密签名相关联或匹配的加密签名进行签名)，则加密设备308将生物测定认证结果和数据认证数据输出至用户认证设备或模块310。数据认证设备306的输出还被提供至用户认证设备310。
用户认证设备310可操作以至少基于由设备306所生成的数据认证数据、从加密设备308输出的所接收的数据认证数据以及生物测定认证结果来确定是否应将用户认证为授权用户，或是否应执行所请求的受限动作。
用户认证设备310包括比较模块或比较器312，该比较模块或比较器312将所接收的数据认证数据与所生成的数据认证数据进行比较。如果它们不同，则指示音频接收设备300所接收的音频数据流与音频传输设备200所处理的音频数据流不同，且该系统可能已遭受中间人攻击。如果它们匹配，则指示音频接收设备300所接收的音频数据流与音频传输设备200所处理的音频数据流相同，因此可将音频数据流用于进一步的处理。
比较模块312将对关于数据认证数据是否匹配的指示输出至决策模块314。决策模块314还(例如，从加密设备308)接收生物测定认证结果，且可基于对是否应将用户认证为授权用户的指示或者对是否应执行所请求的受限动作的指示来做出决定。如果数据认证数据不匹配，或如果生物测定认证结果是否定的，则决策模块314可确定用户不是授权用户，或不应执行受限动作。如果数据认证数据匹配且生物测定认证结果是肯定的，则决策模块314可确定该用户是授权用户，或应执行受限动作。
本领域技术人员将理解，在决定是否应将用户认证为授权用户或是否应执行所请求的受限动作时，可考虑其他因素。例如，转让给本申请人的英国专利申请申请号1621717.6公开了这样的方法和装置，其中在评估是否应将用户认证为授权用户或是否应执行所请求的受限动作时，考虑了信号至生物测定认证模块的路由。在这些实施方案中，生物测定认证结果可包括对关于路由安全或路由不安全的指示。例如，其他方法可寻求确定音频数据流是真实的还是计算机生成的。因此，本公开内容不限于使用通过设备306所生成的数据认证数据、从加密设备308输出的所接收的数据认证数据，以及生物测定认证结果来确定是否应认证用户或是否执行受限动作。
类似地，如果加密设备308中的验证过程是否定的，则决策模块314可确定是否应认证用户或是否应执行受限动作。这可以多种方式来实施。例如，加密设备308可将适当的控制信号输出至决策模块314，或可不输出数据认证数据或不输出生物测定认证结果，或数据认证数据和生物测定认证结果这二者之一的无效型式。
因此，图2和图3示出了音频传输设备200和相应的音频接收设备300。音频传输设备200输出音频数据流和一个或多个经加密签名的包，所述包包括关于音频数据流的生物测定认证结果和数据认证数据。以此方式，生物测定认证结果以安全的方式绑定至音频数据流，使得音频数据不会在关注于音频传输设备与音频接收设备之间的接口处的中间人攻击中被替换或更改。
图4a、4b、4c和4d以示意性形式示出了根据本公开内容的实施方案的音频数据流的替代信号处理。在每种情形中，音频数据流被分成多个数据段，每个数据段包括一个或多个数据样本。数据段可对应于音频数据流中的话语部分。话语的第一经检测部分可以是用户说出的触发短语，即，可用于在说话人识别过程中获得高水平准确性的预定短语。众所周知的实施例包括“Hey Siri”(RTM)和“OK Google”(RTM)。触发短语可例如由设备100中的低功率语音活动检测模块检测(未例示)。后续数据段可包括跟随触发短语的一个或多个命令短语，且包含待执行的服务的请求或命令。
在下面的实施例中，触发短语包含在单个数据段中，后续数据段包含命令短语话语。将理解，可将触发短语划分为一个或多个数据段，而可将命令短语类似地划分为一个或多个数据段。每个附图示出了将音频数据流输入至音频传输设备200：生物测定认证模块204的输出(Vbio O/P)；数据认证模块206的输出(Fex O/P)；加密模块208的输出(CryptoO/P)；以及，从音频传输设备200所输出的音频数据流。
在图4a中，输入音频数据流(音频数据输入)分为多个数据段，所述多个数据段包括触发数据段和三个跟随的命令数据段。语音生物测定认证模块204处理一个或多个第一数据段，且生成生物测定认证结果(OK)，在此所述第一数据段包括触发数据段。将生物测定认证结果输出至加密设备208，该加密设备208对其进行加密签名，且将经加密签名的包从音频传输模块输出。注意，由生物测定和加密处理引入的时延。
在此实施方案中，没有将触发数据段从音频传输设备200输出至音频接收设备300。这可存在若干原因。例如，触发短语(基于该触发短语实现了大部分生物测定准确性)可远离音频接收设备，以防止触发短语被记录在音频接收设备中，且随后用于欺骗生物测定认证模块(例如，通过安装在音频接收设备上的恶意软件)。
将后续数据段(CMD 1)输出至音频接收设备300。此外，生成关于后续数据段CMD 1(Fex1)的数据认证数据，且可将该数据认证数据进行加密签名且从音频传输设备200输出。类似地处理后续命令数据段(CMD 2、CMD 3)。
因此，针对一个或多个第一数据段(在此为触发数据段)执行语音生物测定认证，而针对一个或多个第二数据段(在此为命令数据段)生成数据认证数据。此外，将生物测定认证结果和数据认证数据以分立的经加密签名的包输出。
图4b示出了根据替代实施方案的数据处理。该处理基本上对应于上文关于图4a所描述的处理。然而，在此情形中，针对每个后续命令数据段，重复地输出基于触发数据段所生成的生物测定认证结果。在所例示的实施方案中，生物测定认证结果与相应的数据认证数据组合在单个经加密签名的包中。在其他实施方案中，可将生物测定认证结果以分立的经加密签名的包输出至数据认证数据。
图4c中的处理基本上对应于图4a中的处理。然而，在此情况下，命令数据段用于补充对触发短语所执行的说话人识别过程。关于此方面的更多细节可在PCT专利申请号PCT/GB2016/051954中找到。因此，生物测定认证模块204针对每个数据段输出相应的生物测定认证结果，其中每个生物测定认证结果基于“当前”数据段以及潜在的一个或多个先前数据段。因此，对于音频数据流中的第n个数据段，音频传输设备200输出一个或多个经加密签名的包，所述包包括基于第n个数据段(以及潜在的一个或多个先前的数据段，如第(n-1)个数据段等)的生物测定认证结果，以及基于第n个数据段的数据认证数据，以及第n个数据段的音频数据。
图4d中的处理也基本上对应于图4a中的处理。然而，在此情况下，除了跟随的命令数据段之外，还将触发数据段从音频传输设备200输出。
因此，根据本公开内容的实施方案，音频传输设备获取关于音频数据流的一个或多个第一数据段的生物测定认证结果，以及关于音频数据流的一个或多个第二数据段的数据认证数据。音频传输设备还生成一个或多个经加密签名的包，所述包包括生物测定认证结果和数据认证数据。生物测定认证结果和数据认证数据可以分立的经加密签名的包发送(例如，如图4a所示)，或以相同的经加密签名的包发送(如图4b、4c或4d所示)。
可对音频数据流中的每个数据段传输一个或多个经加密签名的包。然而，用于特定数据段的一个或多个经加密签名的包可以不同时包括生物测定认证结果和数据认证数据。例如，如图4a所示，可针对一个数据段(例如，触发数据段)以经加密签名的包发送生物测定认证结果，但是其他数据段(例如，命令数据段)不适用。类似地，可针对一个数据段(例如，命令数据段)以经加密签名的包传输数据认证，但是其他数据段(例如，触发数据段)不适用。替代地，可针对包括生物测定认证结果和数据认证数据这二者的特定数据段传输一个或多个经加密签名的包。
因此，本公开内容提供了依靠语音生物测定认证来提高电子设备的安全性的方法、装置和计算机可读介质。
因此，技术人员将认识到，上文所描述的装置和方法的一些方面(例如，由处理器执行的计算)可以被具体化为例如位于非易失性载体介质(如，磁盘、CD-ROM或DVD-ROM、被编程的存储器(如，只读存储器(固件))上或位于数据载体(如，光信号载体或电信号载体)上的处理器控制代码。对于许多应用，本公开内容的实施方案将在DSP(数字信号处理器)、ASIC(专用集成电路)或FPGA(现场可编程门阵列)上实施。因此，代码可以包括常规的程序代码或微代码，或例如用于设置或控制ASIC或FPGA的代码。代码还可以包括用于动态地配置可重新配置的装置(如，可重新编程的逻辑门阵列)的代码。类似地，代码可以包括用于硬件描述语言(如，VerilogTM或VHDL(超高速集成电路硬件描述语言))的代码。如技术人员将理解的，代码可以被分布在彼此通信的多个经耦合的部件之间。在适当的情况下，还可以使用现场可(重新)编程的模拟阵列或类似设备上运行以配置模拟硬件的代码来实施实施方案。
本公开内容的实施方案可以被布置为音频处理电路(例如，可以被设置在主机设备中的音频电路)的一部分。根据本公开内容的一个实施方案的电路可以被实施为集成电路。
多个实施方案可以被实施在一个主机设备中，尤其是便携式的和/或电池供电的主机设备，例如移动电话、音频播放器、视频播放器、PDA、移动计算平台(诸如，膝上型计算机或平板计算机)和/或游戏设备。本公开内容的实施方案还可以被全部地或部分地实施在可附接至主机设备的附件中，例如被实施在有源扬声器或头戴式受话器等中。实施方案可以以其他形式的设备(如，远程控制器设备、玩具、机器(如，机器人)、家庭自动化控制器等)来实施。
应注意，上文所提及的实施方案例示而非限制本公开内容，且在不脱离所附权利要求的范围的前提下，本领域技术人员将能够设计许多替代实施方案。“包括”一词不排除权利要求中所列出的元件或步骤之外的元件或步骤的存在，“一”或“一个”不排除多个，且单个特征或其他单元可以实现权利要求中所记载的若干单元的功能。权利要求中的任何附图标记不应被解释为限制其范围。

Claims (34)

1.一种音频传输设备，包括：
第一输入，用于获得与来自待认证用户的话语有关的音频数据流，该音频数据流包括多个数据段；
第二输入，用于获得语音生物测定认证结果，所述语音生物测定认证结果与该音频数据流的一个或多个第一数据段中的话语有关；
数据认证模块，被配置成针对该音频数据流的一个或多个第二数据段生成数据认证数据；
加密模块，被配置成生成一个或多个经加密签名的包，所述一个或多个经加密签名的包包括该语音生物测定认证结果和该数据认证数据；以及
输出，用于输出所述一个或多个经加密签名的包。
2.根据权利要求1所述的音频传输设备，其中该音频数据流包括第n个数据段，其中n是整数，且其中第一输入被配置成针对第n个数据段获得与包括第n个数据段的一个或多个第一数据段中的话语有关的语音生物测定认证结果，且其中该数据认证模块被配置成针对第n个数据段生成用于包括第n个数据段的一个或多个第二数据段的数据认证。
3.根据权利要求2所述的音频传输设备，其中针对第n个数据段，该一个或多个第一数据段附加地包括音频数据流中位于第n个数据段之前的一个或多个数据段。
4.根据权利要求2或3所述的音频传输设备，其中针对第n个数据段，一个或多个第二数据段仅包括第n个数据段。
5.根据权利要求1至3中的任一项所述的音频传输设备，其中该加密模块被配置成关于音频数据流中的连续数据段生成一个或多个经加密签名的包。
6.根据权利要求1至3中的任一项所述的音频传输设备，其中该数据认证数据包括用于所述一个或多个第二数据段的散列值。
7.根据权利要求1至3中的任一项所述的音频传输设备，其中该数据认证数据包括所述一个或多个第二数据段中的音频的声学指纹。
8.根据权利要求7所述的音频传输设备，其中所述声学指纹包括以下中的一个或多个：平均过零率；平均频谱；频谱平坦度；一个或多个频带中的突出音调；音频数据中的时频表示中的峰值位置；信号功率；信号包络；前述参数中的任一个的变化率；以及，音频音素类。
9.根据权利要求1至3中的任一项所述的音频传输设备，其中一个或多个经加密签名的包还包括对数据认证数据所基于的音频数据流中的起点和终点中的一个或多个的指示。
10.根据权利要求1至3中的任一项所述的音频传输设备，其中该加密模块被配置成通过将私有-公共密钥对的私有密钥应用至该语音生物测定认证结果和该数据认证数据中的一个或多个来生成所述一个或多个经加密签名的包。
11.根据权利要求1至3中的任一项所述的音频传输设备，所述音频传输设备还包括用于输出至少所述一个或多个第二数据段的第二输出。
12.根据权利要求1至3中的任一项所述的音频传输设备，其中所述一个或多个第一数据段与由用户所说出的触发短语有关。
13.根据权利要求1至3中的任一项所述的音频传输设备，其中一个或多个第二数据段与由用户所说出的命令短语有关。
14.根据权利要求1至3中的任一项所述的音频传输设备，其中所述加密模块被配置成生成一个经加密签名的包，所述经加密签名的包包括该语音生物测定认证结果和该数据认证数据。
15.一种电子设备，该电子设备包括：
根据权利要求1至14中的任一项所述的音频传输设备。
16.一种音频数据传输模块中的方法，该方法包括：
获得包括来自待认证用户的话语的音频数据流，该音频数据流包含多个数据段；
获得语音生物测定认证结果，所述语音生物测定认证结果与该音频数据流的一个或多个第一数据段中的话语有关；
针对音频数据流的一个或多个第二数据段生成数据认证数据；
生成一个或多个经加密签名的包，所述一个或多个经加密签名的包包括该语音生物测定认证结果和该数据认证数据；以及
输出所述一个或多个加密签名的包。
17.一种计算机程序产品，该计算机程序产品包括计算机可读有形介质以及用于执行根据权利要求16所述的方法的指令。
18.一种音频数据接收模块，该音频数据接收模块包括：
第一输入，用于接收来自音频数据传输模块的音频数据流，该音频数据流与来自请求生物测定认证的用户的话语有关，该音频数据流包含多个数据段；
第二输入，用于接收来自所述音频数据传输模块的一个或多个经加密签名的包，所述一个或多个经加密签名的包包括：
与话语有关的语音生物测定认证结果；以及
用于音频数据流的一个或多个数据段的数据认证数据；
数据认证模块，用于针对所接收的音频数据流中的一个或多个数据段生成数据认证数据；以及
用户认证模块，用于将所生成的数据认证数据与所接收的数据认证数据进行比较，且基于所述比较来确定是否将该用户认证为授权用户。
19.根据权利要求18所述的音频数据接收模块，还包括：
加密模块，被配置为验证所述一个或多个经加密签名的包是通过对应于所存储的用于音频数据传输模块的签名的加密签名进行签名的；以及
其中用户认证模块被进一步配置成基于所述验证来确定是否将所述用户认证为授权用户。
20.根据权利要求19所述的音频数据接收模块，其中所述加密模块被配置成通过将用于音频数据传输模块的私有-公共密钥对中的公共密钥应用至一个或多个经加密签名的包来进行验证。
21.根据权利要求18至20中的任一项所述的音频数据接收模块，其中所述数据认证模块被配置成通过将数据认证算法应用至所接收的音频数据流中的一个或多个数据段来生成数据认证，且其中所述数据认证算法还通过音频数据传输模块应用至一个或多个数据段。
22.根据权利要求21所述的音频数据接收模块，其中数据认证算法包括散列算法或声学指纹算法。
23.根据权利要求18至20中的任一项所述的音频数据接收模块，其中一个或多个经加密签名的数据包还包括对所述数据认证数据所基于的音频数据流的起点和终点中的一个或多个的指示。
24.根据权利要求18至20中的任一项所述的音频数据接收模块，其中一个或多个数据段包括音频数据流的第n个数据段，其中n为整数，且其中生成数据认证数据包括生成用于第n个数据段的数据认证数据。
25.根据权利要求24所述的音频数据接收模块，其中所述一个或多个数据段附加地包括位于音频数据流中的第n个数据段之前的一个或多个数据段。
26.根据权利要求24所述的音频数据接收模块，其中所述数据认证模块被配置为通过针对仅所述第n个数据段生成数据认证数据来生成数据认证数据。
27.根据权利要求18至20中的任一项所述的音频数据接收模块，其中所述第二输入用于接收关于每一数据段的一个或多个经加密签名的包。
28.根据权利要求18至20中的任一项所述的音频数据接收模块，其中语音生物测定认证结果包括与用户是授权用户的置信度有关的语音生物测定认证分数。
29.根据权利要求18至20中的任一项所述的音频数据接收模块，其中所述语音生物测定认证结果包括对关于用户是否对应于授权用户的指示。
30.根据权利要求18至20中的任一项所述的音频数据接收模块，其中所述第二输入被配置为接收包括该语音生物测定认证结果和该数据认证数据的一个经加密签名的包。
31.一种电子设备，包括：
根据权利要求18至30中的任一项所述的音频接收模块。
32.根据权利要求31所述的电子设备，还包括根据权利要求1至15中的任一项所述的音频传输设备。
33.一种音频数据接收模块中的方法，包括：
接收来自音频数据传输模块的音频数据流，该音频数据流与来自请求生物测定认证的用户的话语有关，该音频数据流包含多个数据段；
接收来自所述音频数据传输模块的一个或多个经加密签名的包，所述一个或多个经加密签名的包包括：
与话语有关的语音生物测定认证结果；和
用于音频数据流的一个或多个数据段的数据认证数据；
针对所接收的音频数据流中的一个或多个数据段生成数据认证数据；和
将所生成的数据认证数据与所接收的数据认证数据进行比较；以及
基于所述比较来确定是否将该用户认证为授权用户。
34.一种计算机程序产品，包括计算机可读有形介质以及用于执行根据权利要求33所述的方法的指令。
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