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基于馬賽克圖形的人機(jī)識(shí)別系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與分析
（作者未知） 2010/8/4
論文關(guān)鍵詞：拒絕服務(wù)攻擊 馬賽克 人機(jī)交互證明 機(jī)器人 信息安全
論文摘要：機(jī)器人可以不斷地訪問(wèn)網(wǎng)站資源，從而消耗資源，產(chǎn)生拒絕服務(wù)攻擊。為了解決這個(gè)問(wèn)題，Basso等人提出了一個(gè)基于馬賽克的人機(jī)交互證明算法．該算法雖然能在一定程度上阻止拒絕服務(wù)攻擊，但是它也存在不足：合成的蹈片里總有一張真的圖片是完全沒有被覆蓋的，并且每次重疊都只是重疊1／4的部分。使得真的圖片的排列非常有規(guī)律，就容易泄漏真的圖片的位置．針對(duì)這些不足，提出了一種改進(jìn)的基于馬賽克的人機(jī)交互證明算法，來(lái)阻止拒絕服務(wù)攻擊。
信息安全包括機(jī)密性、完整性、可用性、不可否認(rèn)性等幾個(gè)方面的基本屬性。拒絕服務(wù)(denialofSelW‘1oe，簡(jiǎn)稱DOS)攻擊是一種破壞可用性的攻擊行為，它主要通過(guò)發(fā)送過(guò)量的數(shù)據(jù)包請(qǐng)求，消耗網(wǎng)絡(luò)帶寬或系統(tǒng)資源，使網(wǎng)絡(luò)或系統(tǒng)服務(wù)負(fù)載過(guò)重，導(dǎo)致服務(wù)質(zhì)量下降，甚至癱瘓或停止。DoS攻擊易于實(shí)施、難以防范，目前已經(jīng)成為信息安全領(lǐng)域的研究熱點(diǎn)之一。
l相關(guān)知識(shí)．
1．1人機(jī)交互證明
CAPTCHA fCompletelyAutomatedPublicTuringTesttoTellComputersandHumansApart1是指全自動(dòng)區(qū)分計(jì)算機(jī)和人類的圖靈測(cè)試，也被稱為自動(dòng)圖靈測(cè)試l】1。它不同于傳統(tǒng)的圖靈測(cè)試，而是由計(jì)算機(jī)來(lái)區(qū)分使用者是人還是機(jī)器。
一個(gè)典型的CAP1℃HA必須具備下列屬性：．
1)對(duì)于人類用戶，應(yīng)該是快而容易的：
2)應(yīng)該接受所有的人類用戶，沒有任何歧視；
3)幾乎沒有機(jī)器人可以解決這個(gè)問(wèn)題；
4)即使知道算法及數(shù)據(jù)，也可以抵制攻擊。
CAPTCHA可被分為：文字識(shí)別，圖像識(shí)別和語(yǔ)音識(shí)別。
基于文本測(cè)試的CA CHA利用計(jì)算機(jī)程序無(wú)法識(shí)別嵌入在圖片里面的極其歪曲和損壞的文本內(nèi)容。這些圖片對(duì)于人類通常是易于閱讀，但其對(duì)于自動(dòng)程序來(lái)說(shuō)通常是難以辨認(rèn)，即使是使用最好的光學(xué)字符識(shí)別軟件基于文本的CAPTCHA必須抵抗“部分比承認(rèn)”攻擊I。
基于圖像測(cè)試的CAPTCHA要求用戶解決視覺模式識(shí)別問(wèn)題或理解圖片所表達(dá)的概念。由于顯示圖像需要較高的困難和較大的區(qū)域，導(dǎo)致服務(wù)器負(fù)擔(dān)加重。此外，建立一個(gè)大的數(shù)據(jù)庫(kù)也可能存在問(wèn)題，比如與特定主題的網(wǎng)站不相符。
基于音頻測(cè)試的CAPTCHA側(cè)重于機(jī)器很難理解存在扭曲、退化和背景噪聲的口語(yǔ)[61，容易受外界干擾，降低語(yǔ)音的識(shí)別度。
1．2基于馬賽克圖形的人機(jī)識(shí)別算法設(shè)計(jì)及分析
隨著計(jì)算機(jī)視覺和模式識(shí)別的進(jìn)步，這種基于文本的CAPTCHA已經(jīng)沒有原來(lái)那么有效，更容易受到特定的攻擊。目前，計(jì)算機(jī)還不能完成很多與視覺相關(guān)的任務(wù)，而這些任務(wù)對(duì)于人類來(lái)說(shuō)是容易的，可以利用這一點(diǎn)來(lái)設(shè)計(jì)一種方法來(lái)區(qū)別人類和機(jī)器人。
AlessandroBasso和StefanoSieeo提出了一種算法，被命名為”MosaHIP”是Mosaic—basedttumanInteractiveProof(基于馬賽克的人機(jī)互動(dòng)證明)17]，它利用了現(xiàn)有的計(jì)算機(jī)在執(zhí)行中的一些困難：1)在復(fù)雜背景下的，在感興趣的區(qū)域中的圖像分割：
2)在背景混亂情況下的特定概念的識(shí)別：
3)特定轉(zhuǎn)化被應(yīng)用到圖像后的圖形匹配。
”MosaHIP”是基于將圖像進(jìn)行拼湊、鑲嵌，使用一個(gè)由許多小的，部分重疊的圖像來(lái)組成大的圖像的想法。這些小的圖像來(lái)自兩不同的類別：
1)描述真的，有意義概念的圖像：
2)描述人工的或沒有意義概念的圖像。
只有很少的一部分圖像是真的，屬于第一類，它們需要被用戶識(shí)別，它們偽隨機(jī)的放置在拼湊的圖像中．并且彼此是重疊的，這，對(duì)于計(jì)算機(jī)來(lái)說(shuō)，識(shí)別它們不是容易的事情。剩下的假的圖像是由真的圖像的顏色直方圖中的隨機(jī)的顏色產(chǎn)生的圖形、線等，它被用來(lái)產(chǎn)生混亂的背景，目的是為了使機(jī)器人識(shí)別真的圖像困難。
AlessandroBasso和StefanoSicco提出的算法雖然可以在一定程度上區(qū)分機(jī)器人和人類，但還是存在一些缺陷：
首先在算法描述中就存在錯(cuò)誤，在第四步中，確定圖像I_l所在的區(qū)域，將I_】分為4個(gè)相同面積的區(qū)域，隨機(jī)的選擇一個(gè)區(qū)域，并放置Ij在這個(gè)區(qū)域中，與Ij一重疊，這就存在1／4的幾率會(huì)完全的覆蓋圖片Ii
另外，該算法在安全方面也存在著一定得缺陷：1)無(wú)論是基于概念的還是“最上層”的MosaHIP，都有一張完全沒有被覆蓋的真的圖片暴露；2)每放置一張新的真的圖片，它就會(huì)覆蓋上一張（未完，下一頁(yè)）
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