Brain wave based authentication

Abstract

NORSK: Autentisering har blitt en vesentlig del av vår hverdag gjennom systemer som passord, PIN koder, kort lesere, fingeravtrykk-, og netthinne skannere. Alle er utviklet med ´en hensikt; å bekrefte identiteten til en person. Hjernebølge autentisering er enda en type autentiseringssystem i tillegg til de mange systemene som allerede finnes, men med et helt nytt konsept. Den elektriske aktiviteten i hjernen til et menneske blir brukt til å bekrefte identiteten. Istedet for å skrive passordet fysisk, kan man ganske enkelt tenke på det. Passordet eller ”pass-tanken” kan være hva som helst en hjerne kan tenke på, for eksempel en farge, en følelse, et bilde, tekst eller noe annet. Det er mange fordeler over andre systemer. Ved bruk av standard passord kan noen se eller ”skulder-surfe” hva andre taster, mens ingen kan se andres tanker. Kort og nøkler kan mistes, mens hjernen alltid er med. Folk med handikap kan bli ekskludert fra systemer som for eksempel fingeravtrykk- og netthinne skannere, men hjernen fungerer fortsatt. Denne masteroppgaven forsker på mulighetene til et hjernebølge basert autentiseringssystem. Vi utfører et eksperiment med tolv deltakere med et ”head set” utstyrt med en sensor for å ta opp Elektroencefalogram (EEG) signaler (hjernebølger). Deltakerne utfører åtte forskjellige oppgaver i tre runder. Vi analyserer signalene for å se om det er nok likheter og forskjeller til å skille oppgaver og deltakere fra hverandre. Vi ser på signalene både i tids domenet og frekvens domenet og finner egenskaper såslik at vi kan bruke en algoritme som kalles Dynamic Time Warping (DTW) samt en egenskap-basert sammenlignings metode (”distance metric”). Resultatene viser at likheter er mest fremtredene i de samme rundene, noe som betyr at utstyret har en vesentlig betydning på ytelsen, en følge av at signaler tatt opp rett etter hverandre er like. Vi ender ikke opp med et ferdig autentiseringssystem, men basert på hva vi har sett fra tidligere arbeid og hva vi klarer å få til med en sensor, tror vi det bare er et spørsmål om tid før et hjernebølge basert autentiseringssystem ser dagens lys.

ENGELSK:Authentication has become an essential part of our everyday lives through systems like passwords, PIN codes, card readers, fingerprint- , retina scanners. All designed with one purpose; to confirm a person’s identity. Brain wave based authentication is another addition to the wide range of authentication systems, but with a brand new concept. The electrical activity in a human brain is used to confirm the identity. Instead of physically writing a password, one can think simply think about it. The password or ”pass-thought” can be anything that a human mind may think about, like a color, a feeling, an image, text or something else. The benefits over other systems are many. With a standard password someone can watch or ”shoulder-surf” what others type, but no one can watch thoughts. Cards and keys can be lost, but the brain is always present. Handicaps can exclude people from systems like fingerprint- or retina scanners, but the brain still works. This thesis research the possibilities for a brain wave based authentication system. We perform an experiment involving twelve participants using a head set with one sensor designed to record Electroencephalographic (EEG) signals (brain waves). The participants perform eight different tasks in three sessions. We analyze the recorded signals to see if there are enough similarities and differences to distinguish tasks and participants from one another. We look at EEG signals in both the time domain and the frequency domain and extract features in order to apply an algorithm called Dynamic Time Warping as well as a feature based distance metric. The results show that similarities are most evident in the same sessions, meaning that the equipment have a noticeable impact on the performance because consecutive recordings are similar. We do end up with a complete authentication system, but based on what we have seen in related work and what we have been able to do with just one sensor, we believe that an implementation of a brain wave based authentication system is just a matter of time.