Κατηγοριοποίηση χρηστών δια μέσου δυναμικής της πληκτρολόγησης, για ταυτοποίηση υπόπτου
Authors: Τσιμπερίδης Ιωάννης 
Published: September 2021

Αντικείμενο μελέτης της παρούσας Διδακτορικής Διατριβής είναι η ανάπτυξη μίας μεθόδου με την οποία θα αποκαλύπτεται μέρος της ταυτότητας ενός ατόμου που συνδιαλέγεται μέσω Διαδικτύου. Η ανωνυμία πίσω από την οποία μπορεί να κρυφτεί ένας χρήστης, αυξάνει το βαθμό ασφάλειας για τη μη διαρροή προσωπικών ή και ευαίσθητων δεδομένων του. Ωστόσο, όταν αυτή η ανωνυμία χρησιμοποιείται ως παραπέτασμα συγκάλυψης παράνομης δραστηριότητας, τότε γίνεται επιτακτικό να προστατευθούν οι ανυποψίαστοι χρήστες από κακόβουλες επιθέσεις που θέτουν σε κίνδυνο την ασφάλεια που σχετίζεται με προσωπικά, κοινωνικά και οικονομικά θέματα.Αν και έχουν προταθεί διάφοροι τρόποι για να επιτευχθεί κάτι τέτοιο, ο καθένας τους παρουσιάζει από μία τουλάχιστον αδυναμία που τον καθιστά μη κατάλληλο για γενίκευση. Αντίθετα, στην παρούσα έρευνα, όλα τα απαραίτητα δεδομένα προέρχονται από τους χρόνους συμβάντων που λαμβάνουν χώρα επί του πληκτρολογίου. Τα σημαντικότερα πλεονεκτήματα της προτεινόμενης μεθόδου είναι πρώτον ότι μελετάται η συμπεριφορά του χρήστη κατά την πληκτρολόγηση κειμένου, που αποτελεί το κύριο μέσο επικοινωνίας χρηστών στο Διαδίκτυο. Δεύτερον, ότι όλη η έρευνα διεξήχθη βασισμένη στο πληκτρολόγιο QWERTY, που είναι η επικρατέστερη διάταξη πληκτρολογίου και συναντάται κατά το πλείστον τόσο στις «παραδοσιακές» συσκευές διασύνδεσης χρηστών (desktops και laptops), όσο και στις πιο «σύγχρονες» (tablets και smartphones), όπου έχει τη μορφή πληκτρολογίου οθόνης. Και τρίτον, ότι οι παράμετροι που χρησιμοποιούνται για την επίτευξη των στόχων δεν σχετίζονται με κάποια συγκεκριμένη γλώσσα, αφού έχουν να κάνουν με το πώς πληκτρολογεί ένας χρήστης και όχι με το τι πληκτρολογεί. Συνέπεια όλων αυτών είναι η προτεινόμενη μέθοδος να δύναται να χρησιμοποιηθεί καθολικά, αφού αφορά το κύριο μέσο επικοινωνίας χρηστών, την κύρια συσκευή σύνταξης κειμένου και είναι ανεξάρτητη γλώσσας πληκτρολόγησης.Το πεδίο της επιστήμης των υπολογιστών που ασχολείται με τη μελέτη των χρόνων των συμβάντων επί του πληκτρολογίου, ονομάζεται δυναμική της πληκτρολόγησης (keystroke dynamics) και έχει χρησιμοποιηθεί σχεδόν αποκλειστικά για την αυθεντικοποίηση χρηστών. Οι παράμετροι της δυναμικής της πληκτρολόγησης που μπορούν να αξιοποιηθούν για την εξαγωγή ενός αποτελέσματος είναι πάρα πολλές σε αριθμό, κάθε μία όμως από αυτές περικλείει μικρή ποσότητα πληροφορίας. Σε αυτή την έρευνα, η δυναμική της πληκτρολόγησης χρησιμοποιήθηκε για την κατηγοριοποίηση των χρηστών βάσει κάποιων χαρακτηριστικών τους και οι παράμετροι που εκμεταλλεύτηκαν ήταν οι διάρκειες πατήματος πλήκτρου (keystroke durations) και οι λανθάνοντες χρόνοι διγράμματος (digram latencies).Με σκοπό την επιτυχή πρόβλεψη των χαρακτηριστικών ενός άγνωστου χρήστη, ώστε να αποκαλυφθεί μέρος της ταυτότητάς του, δημιουργήθηκαν συστήματα που δέχονται δεδομένα προερχόμενα από τον τρόπο πληκτρολόγησής του και εξάγουν ένα αποτέλεσμα κατάταξής του σε μία κατηγορία. Τα συστήματα αυτά βασίστηκαν σε ταξινομητές (classifiers), η επιλογή των οποίων έγινε κατά περίπτωση με κριτήρια το ποσοστό ορθής πρόβλεψης, την ταχύτητα λειτουργίας και την σταθερότητα στην απόδοση. Συγκεκριμένα χρησιμοποιήθηκαν ταξινομητές Bayesian, Ευκλείδειας απόστασης, απόστασης Manhattan, μηχανής διανυσμάτων υποστήριξης (support vector machine, SVM), πολυστρωματικού perceptron (multilayer perceptron, MLP) και νευρωνικού δικτύου συνάρτησης ακτινωτής βάσης (radial basis function network, RBFN).Τα απαραίτητα για τη μελέτη δεδομένα λήφθηκαν με δύο τρόπους. Πρώτον, ζητώντας από ομάδες εθελοντών να καταγραφούν κατά τη διάρκεια πληκτρολόγησης δοσμένου κειμένου, δηλαδή με καταγραφή καθορισμένου κειμένου (fixed text). Δεύτερον, ζητώντας από εθελοντές να καταγραφούν κατά την καθημερινή χρήση των υπολογιστών τους, δηλαδή με καταγραφή ελεύθερου κειμένου (free text). Με τα δεδομένα του καθορισμένου κειμένου ακολουθήθηκε μια διαδικασία, που χαρακτηρίστηκε ως πρώτο στάδιο της έρευνας, κατά την οποία μελετήθηκε η κατηγοριοποίηση χρηστών βάσει της συσκευής όπου πληκτρολογούν και βάσει του φύλου τους. Με τα δεδομένα του ελεύθερου κειμένου ακολουθήθηκε αντιστοίχως μια άλλη διαδικασία, που χαρακτηρίστηκε ως δεύτερο στάδιο της έρευνας, κατά την οποία μελετήθηκε η κατηγοριοποίηση χρηστών βάσει της προτίμησης χεριού τους, βάσει της ηλικιακής τους ομάδας, βάσει του μορφωτικού τους επιπέδου και βάσει της ημερήσιας χρήσης υπολογιστή.Τα αποτελέσματα δείχνουν πως η κατηγοριοποίηση χρηστών δια μέσω της δυναμικής της πληκτρολόγησης, είναι εφικτή. Τα ποσοστά ορθής πρόβλεψης κρίνονται ικανοποιητικά και εξάγονται χρήσιμα συμπεράσματα για τη συνέχιση της έρευνας προς αυτή την κατεύθυνση.