TWI510954B - 祕密數值之產生方法和裝置 - Google Patents

Description

祕密數值之產生方法和裝置

本發明一般關於使用者認證，尤指圖形密碼。

茲概述技術之諸面向，係與下述及所請求本發明諸面向有關。此處論述咸信有助於為讀者提供背景資訊，以便更加明白本發明諸面向。因此，須知此等陳述需就此觀點閱讀，而非要求准予先前技術。

長久以來建立的實務是，使用密碼以保護存取諸項裝置，例如電腦和行動電話。最通常的密碼系統，需要使用者用鍵盤輸入字串。此項問題是，強密碼(即難以推測的密碼)，往往難以記住，反之亦然。

由於記影像往往比記文本容易，因此有許多解決方案，擬議使用圖形密碼。此外，許多新裝置並無實體鍵盤。例如智慧型電話只內嵌觸摸顯示幕，做為輸入裝置。在此情況下，需用虛擬鍵盤輸入織紋密碼。此對使用者不很好用，尤其是使用強密碼(文字和數字混合大寫和小寫)。

Blonder在US 5,559,961提出一種技術，使用者點擊在預定影像之一序列預定區，以輸入密碼。US 2004/010721提出一種類似解決方案。

Passlogix開發此創意，是按照Suo等人的〈圖形密碼探源〉，喬治亞州立大學的電腦科學系，http://www.acsac.org/2005/papers/89.pdf。為輸入密碼，使用者點擊在預定序列內影像之諸項上。

S. Wiedenbeck等人亦在多篇論文裡延伸Blonder氏的計劃：〈使用圖形密碼之認證：基本結果〉，發表於人與電腦互動國際會議(HCII 2005)，拉斯維加斯，NV，2005；〈使用圖形密碼之認證：公差和影像選擇之效應〉，可用隱私和安全性學術研討會(SOUPS)，卡內基-梅隆大學，匹茲堡，2005；〈通行點：圖形密碼系統之設計和縱向評估〉，人電腦研究國際會刊，第63卷，2005年，102-127頁。

此系統免除預定邊界，得以使用任意影像，故使用者可點擊在影像之任何處，製作密碼。

仍然按照Suo等人，通行點開發出一種系統，可從若干面選擇一面多次，輸入密碼。

雖然如此系統作業合理地良好，然而遭到某些缺點，諸如易受到背後偷窺：盜取者看到使用者的選擇/點擊，可猜測到密碼。

所以，亟需有一種解決方案，克服此困難，提供一種系統，致使圖形密碼禦防背後偷窺。本發明即提供此種解決方案。

本發明第一面向，針對祕密數值之產生方法。裝置顯示一初始影像，包括複數圖形元素，各圖形元素有至少二變數；迭代接收使用者輸入，選擇許多圖形元素之變數，於是產生修飾影像；並從至少所選擇之圖形元素變數，產生祕密數值。

在第一較佳具體例中，祕密數值係密碼。

在第二較佳具體例中，裝置接收使用者輸入，以選擇初始影像，亦用來產生祕密數值。

在第三較佳具體例中，圖形元素係無間整合於初始影像和修飾影像。

在第四較佳具體例中，使用者輸入包括選擇圖形元素，且因應此而提供至少一變數。

在第五較佳具體例中，使用者輸入以選擇變數，包括同時供應使用者以圖形元素之全部變數。

本發明第二面向，針對祕密數值之產生裝置。此裝置包括處理器，提供顯示初始影像，包括複數圖形元素，各圖形元素有至少二變數；迭代接收使用者輸入，以選擇許多圖形元素之變數，因而產生修飾影像；並從至少所選擇之圖形元素變數，產生祕密數值。

在第一較佳具體例中，祕密數值係密碼。

在第二較佳具體例中，處理器又可供接收使用者輸入，以選擇初始影像，處理器也用於產生祕密數值。

在第三較佳具體例中，處理器又可供把電變數無間整合入初始影像，以產生修飾影像。

在第四較佳具體例中，使用者輸入包括選擇圖形元素，而處理器又適於提供至少一變數加以因應。處理器宜能因應使用者輸入以選擇變數，進一步適於提供所選擇圖形元素之全部變數。

在第五較佳具體例中，處理器又適於提供原先顯示的圖形元素。

茲參見附圖所示非限制實施例，說明本發明之較佳特點。

本發明之主要創意是，利用與初始影像互動，修飾其中一或以上圖形元素，例如窗、人、車，和儲存符號，以產生祕密數值(諸如密碼)。圖形元素可藉點擊加以修飾，每次點擊可將目前圖形元素改為另一預定的圖形元素，最好是無間整合入初始圖像內。祕密數值視最後圖像而定，與初始圖像不同，透過使用者與圖形元素互動而構成。正如人腦把圖像儲存在長期記憶區，可以改進成功回憶祕密數值的機會。

第1圖表示如何改變影像，以產生密碼。第1圖上半表示要求使用者輸入其祕密數值時，所顯示之原有影像。使用者隨即點擊在圖像之若干區加以修飾，即由第1圖下半所示最後影像衍生密碼。舉例而言，當使用者點擊在空街道(圖形元素)時，顯示出公車(其次預定之圖形元素)，再點擊一次，出現計程車，一直點擊到出現黃色跑車，即最後影像所示。二版本之間總共有十處其他相異點，此相異點即用來產生密碼。

全部圖形元素均預先界定，並整合入系統內。可知相當難以注意到相異點，尤其是若駭客以前沒見過之影像，意即提供良好保護以防背後偷窺盜取，除非使用照相機記錄及修飾(和/或最後影像)。

於此所述焦點在密碼之輸入，惟須知在各種密碼系統(例如編密碼鍵)內，如此產生的祕密數值亦可有其他用法，而如此用法需要其他衍生機制。

較佳具體例

如前所述，較佳具體例係針對應用於密碼界域的祕密數值之輸入。為簡化起見，把最後圖像視為密碼。

全部圖形元素均預先界定，並整合入系統內，即最好讓駭客不可能看到是什麼圖形元素。此外，最好妥為選擇影像，以便提供充分多樣之修飾可能性，例如空沙沙灘上的日出相當有限，而城市街道則提供許多不同元素可以修飾。

第2圖表示密碼輸入用之顯示器例。當要求使用者輸入其密碼時，顯示器包括初始圖像、驗效鈕、重設鈕，還可能有轉接到另一使用者的轉接鈕。

第3圖表示本發明裝置較佳具體例之方塊圖。裝置300包括適於顯示影像用之顯示幕310，和例如第1和2圖所示顯示器。裝置300又包括至少一處理器320(以下僅稱「處理器」)，至少一記憶器330，和使用者輸入機構340。如為觸摸式，使用者輸入機構340可為顯示幕310，惟亦可為滑鼠和/或鍵盤。處理器適於進行本發明方法，諸如應使用者要求修飾圖形元素，並產生密碼。須知裝置300亦可做為駑鈍型終端機，有賴使用者和外部伺候機間之至少若干互動。又須知裝置300可以複數機件實施，諸如顯示器、使用者界面，和計算機件，包括處理器320，並提供影像給顯示器，從使用者界面接收使用者輸入。

第4圖表示影像之不同圖形元素，各圖形元素係描成長方形例。此等圖形元素亦對使用者指示，以方便選擇，例如第一次選用密碼。再如第4圖所示，可強調「目前」的圖形元素。

第5圖表示點擊圖形元素加以改變。每次使用者點擊圖形元素時，即顯示圖形元素之次一「版本」，以取代先前者。第5圖表示接續三次點擊如何影響原有圖像右下角車牌周邊的圖形元素。呈現圖形元素之順序可以固定和預定，亦可動態和隨機。

當使用者藉修飾圖形元素，已恢復最後圖像時，按下驗效鈕，核對密碼。若顯示之影像誠然與最後影像相同，則密碼獲得成功驗證，因而例如准予存取。

如果在密碼輸入時，使用者弄錯，可按重設鈕，即恢復初始影像，取消業已完成之修飾。

當新使用者(沒有密碼)創作密碼，或現有使用者產生新密碼，即發生登錄。登錄宜包括如下階段：

‧選擇：使用者互動以選取密碼

‧提醒：對使用者顯示密碼

‧實施：使用者實施密碼輸入

‧錯誤：使用者在實施中弄錯

第6圖表示登錄階段之間的較佳互動。

登錄開始是選擇密碼610，可顯示諸如第4圖所示顯示幕，好讓使用者識別圖形元素。若使用者點擊在「目前」圖形元素(第4圖所強調者)，即按前述修飾。第4圖內之顯示器亦包括密碼強度指示，其數值宜視可修飾的圖形元素之總數、各圖形元素之選項數，以及使用者業已修飾的圖形元素數而定。

若使用者弄錯，可使用「重設」鈕，從頭開始；亦可選用「收回」鈕，取消最後的動作。

使用者若滿意所得圖像，可藉選擇「驗效」鈕，以驗效密碼，然後開始提醒階段620。

在提醒階段620，所選擇影像以強調之修飾圖形元素顯示，如第7圖所示。使用者則可附選驗效密碼(因而結束登錄)、重設密碼(回到密碼選擇階段610)，或實施密碼。在後一情況，實施階段630即開始。

在密碼實施階段630，使用者可實施輸入密碼。使用者可取消實施，回到密碼提醒階段620，以檢視所選擇密碼。實施成功也會帶回到密碼提醒階段620，而實施不成功則會造成移動到錯誤階段640，在此顯示錯誤，如第8圖所示，然後回到密碼實施階段630，供另一次嘗試。

在錯誤階段640，最好是一方面指示正確選擇的圖形元素，另方面指示不正確選擇的圖形元素。

密碼空間

為改進密碼空間，可考慮圖形元素之選擇次序。在此情況下，祕密數值並非衍自最後圖像，而是從初始圖像至最後圖像之全盤互動。

密碼空間的大小可計算如下：影像有可感測區域e(圖形元素)，各有v種可能變數。為簡化記法和公式，假設全部區域有同樣數目之可能變數；區域之變數集合「符號字母」，以e_i 表示。各區域又有進一步狀態：初始(從缺)狀態，不計入字母內。

為輸入密碼，使用者在影像內修飾許多n區域，剩餘之e-n區域保留從缺狀態。

所指定n的密碼空間大小Ω(假定區域修飾次序無關緊要)，係n以組數乘以選用區域所有可能狀態數，即：

若也顧慮到輸入次序，則所指定n的密碼空間大小Ω，即為：

全盤密碼空間的大小Ω，在第一種(無次序)情況下，間距內跨越n總計為：

在第二種(有次序)情況下，全盤密碼空間的大小Ω，間距內跨越n之總計為：

須知在二者情況下，Ω係隨可感測區域數按指數成長。

公式與PIN碼(或傳統密碼)相當類似，主要差別在新要件：選擇修飾區域。PIN碼和傳統密碼之強度，係基於字母的大小和長度。有可能選擇「何處」修飾密碼(和何處不修飾)之圖形密碼，對於符號字母之指定大小和長度(修飾區域數)，有更大變異性。此項選擇可以二項係數表示，對密碼空間有正面貢獻。

茲列與PIN碼之比較例如下。4數位PIN碼有10個元素(數位)之字母和4個可修飾區，賦予總共10000種可能性。在約30個可修飾區域的圖形密碼脈絡內，使用同樣數字參數，賦予：‧10⁴ =27 405‧10 000=274 050 000可能性。

即使更簡單的影像，以只有8個可修飾區域而言，在密碼空間上提供明顯改進：‧10⁴ =70‧10 000=700 000。

若考慮次序，此等數目也會更大(24倍)。

理論上，圖形密碼強或更強，如傳統密碼，對變異要選用長而充分「字母」，只要看指定公式之漸近線行為，即可容易驗證。對傳統的織紋密碼而言，很通常的是使用字母數字ASCII符號，賦予62個字母大小(小寫、大寫和數位)。在圖形密碼脈絡中，字母符號是影像或物體，而其數目實際上無限。另方面，對實際使用該系統而言，變化集合無法大到如傳統情況之敏感性密碼。

在數字上比較二系統：為獲得密碼空間大約有8字的字母數字情況之敏感性密碼(網站上通常所建議)同樣大小，例如可用12個修飾區域，有16個元素之字母，數字上62⁸ 16¹² 。惟需知此等數目尚未考慮到在可得區域(約30個)中選擇修獅區域副集合之因素在內，提供圖形密碼之優點。又須知有此等參數之系統，會趨近此圖形密碼系統之實際限度，因為在顯示幕上呈現16個(或以上)元素會混淆，但在此程度仍然可行。

第一變化例，系統擬議不同的初始圖像，取代單一圖像，因而使用者在輸入密碼之前，即可加以修飾。因此，密碼空間可獲得改進。

第二變化例，在點擊時，全部可能的圖形元素均顯示，此項可能性如第9圖所示。第二變化例可導致更快速輸入(選擇圖形元素不需點擊二次以上)，惟需知對背後偷窺較無防備。

第10圖表示本發明較佳具體例密碼產生方法流程圖。此方法在步驟1010開始，接著是視需要之選擇步驟1020，選擇初始影像。接收使用者輸入，修飾1030圖形元素，對使用者顯示所選擇之圖形元素。須知所選擇的圖形元素，不一定是使用者選擇之最後圖形元素；可從而加以改變。另須知可在點擊多次後，顯示初始所顯示之圖形元素，在此情況下，視實作狀況，可視為或不視為修飾之圖形元素。

然後在步驟1040驗證密碼是否完整，例如檢核使用者是否已驗效密碼。若情況並非如此，方法回到圖形元素之修飾。然而，若密碼完整，則產生1050密碼。所產生密碼之形式可例如為所選擇圖形元素之列表，涵蓋(所選擇或全部)圖形元素之碎址(hash)，或涵蓋整體最後影像之碎址。

須知本系統即可致能圖形密碼系統：

‧ 能夠減少字典盜取之虞。誠然，通常字組代表在有效織紋密碼空間內的大型子集，常用來減少記憶密碼的辛苦。此子集往往公知，在人民當中公享。於圖形密碼脈絡裡，少數圖形元素有可能比其他「更好」或「更常用」。

‧ 能夠以簡單熟悉方式提供良好水準之安全性。例如可由視力有問題的老人，或學齡前的孩童使用。

‧ 能夠致用較長密碼，因為較易關聯影像和在特殊影像構造內的物象當中之關係。誠然，人使用長期記憶以儲存圖像，故可導致回憶影像優於文本。

‧ 能夠由無鍵盤，難以打字的裝置使用。

‧ 能夠對基本點擊記錄技術較不敏感，而對背後偷窺更能防備。

說明書和(適當情況下)申請專利範圍及附圖所揭示各特點，可單獨或以任何適當組合提供，申請專利範圍內出現的參照號碼，僅供圖示，對申請專利範圍不具限制效應。

300．．．裝置

310．．．顯示幕

320．．．處理器

330．．．記憶器

340．．．使用者輸入機構

610．．．密碼選擇階段

620．．．密碼提醒階段

630．．．密碼實施階段

640．．．錯誤階段

1010．．．開始輸入步驟

1020．．．選擇初始影像步驟

1030．．．修飾圖形元素步驟

1040．．．驗證密碼完成步驟

1050．．．產生密碼步驟

第1圖表示如何改變影像以產生密碼之例；

第2圖表示密碼輸入之顯示例；

第3圖表示本發明較佳具體例裝置之方塊圖；

第4圖表示影像的不同圖形元素之例；

第5圖表示如何改變圖形元素；

第6圖表示都錄階段間之較佳互動；

第7圖表示登錄其餘階段之顯示例；

第8圖表示都錄錯誤階段之顯示例；

第9圖表示使用者輸入之變化具體例；

第10圖表示本發明較佳具體例之密碼產生方法流程圖。

1010．．．開始輸入步驟

1020．．．選擇初始影像步驟

1030．．．修飾圖形元素步驟

1040．．．驗證密碼完成步驟

1050．．．產生密碼步驟

Claims (15)

1. 一種祕密數值之產生方法，包括在裝置(300)進行之步驟為：顯示初始影像，包括複數圖形元素，各圖形元素有至少二變數；重複接收(1030)使用者輸入，以選擇許多複數圖形元素之變數，因而產生修飾影像；從至少所選擇圖形元素之變數，產生(1050)祕密數值者。
2. 如申請專利範圍第1項之方法，其中祕密數值係密碼者。
3. 如申請專利範圍第1項之方法，又包括步驟為，接收使用者輸入，供選擇初始影像，其中所選擇初始影像又用於產生祕密數值者。
4. 如申請專利範圍第1項之方法，其中圖形元素係無間整合於初始影像和修飾影像者。
5. 如申請專利範圍第1項之方法，其中使用者輸入包括選擇圖形元素，又包括步驟為，因應提供至少一變數者。
6. 如申請專利範圍第5項之方法，其中提供步驟包括對使用者同時提供所選擇圖形元素之全部變數者。
7. 一種祕密數值之產生裝置(300)，包括處理器(320)，供：提供顯示(310)，有初始影像，包括複數圖形元素，各圖形元素有至少二變數；重複接收使用者輸入，以選擇許多圖形元素之變數，因而產生修飾影像；從至少所選擇圖形元素之變數，產生祕密數值者。
8. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中祕密數值係密碼者。
9. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中處理器(320)又 供接收使用者輸入，以選擇初始影像，又其中處理器(320)亦使用所選擇初始影像，以產生祕密數值者。
10. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中處理器又供無間整合變數於初始影像，以產生修飾影像者。
11. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中使用者輸入包括選擇圖形元素，而處理器又適於因應提供至少變數者。
12. 如申請專利範圍第11項之裝置，其中處理器又適於因應使用者輸入以選擇變數，而提供所選擇圖形元素之全部變數者。
13. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中處理器又適於提供原先顯示之圖形元素者。
14. 如申請專利範圍第1項之方法，其中每次選擇改變圖形元素，相當於使用者輸入於圖像內者。
15. 如申請專利範圍第7項之裝置，其中處理器又供改變圖形元素，相當於使用者輸入於圖像內者。