我们行走或移动时会产生动能，而且每个人产生动能的方式都独一无二。我们的最新研究表明，这种方式如此独特，甚至可以用来验证我们的身份。
不仅如此，这种动能还可以为我们的个人设备供电。
利用行走产生的能量供电并保障安全，非常适合可穿戴技术。
可穿戴设备和移动设备已成为我们日常生活中不可或缺的一部分。我们在这些设备上收集并存储大量个人信息——账户同步、行动和位置被记录，还有许多其他信息。
我们许多人使用 FitBit、Apple Watch、心率监测器等设备追踪健康状况。据市场研究机构IDTechEX称，到2026年，个性化可穿戴技术市场预计将达到1500亿美元（2000亿澳元）。
然而，研究人员发现，其中一些设备容易受到攻击。也有人可能在另一人不知情的情况下连接其可穿戴追踪器。
潜在攻击者随后可以将自己的设备连接到另一位用户的设备，并把该用户的数据冒充为自己的数据。例如，攻击者可能冒领健康保险折扣以及其他福利；这些福利面向允许保险公司访问其可穿戴设备数据的人。
更令人担忧的是，随着移动技术越来越多地用于监测人们的健康状况，人们担心这类系统可能容易受到身份冒充攻击。
可穿戴设备和移动设备通常需要采用某种形式的用户身份验证，以应对此类身份冒充攻击，并保护设备收集的大量个人数据。
密码难题
大多数身份验证依赖 PIN 码和密码来保障设备安全。然而，近期研究显示，我们大多数人只有两套密码，稍作改动后就用于 12 个不同账户。
我们总是被要求设置复杂密码，而且不能把它们写下来。然而，根据Verizon《2016年数据泄露调查报告》，已确认的数据泄露事件中，63%是利用薄弱、默认或被盗密码造成的。
几十年来，我们一直在尝试开发更好的替代方案：既不容易被攻破，也不需要提交只有用户本人知道的信息。
我们在行走
用户身份验证最有前景的解决方案之一，是利用可穿戴传感器识别我们的步态或行走方式，例如使用加速度计来测量人体运动。
每个人的走路方式都独一无二，即使你的走姿很滑稽也一样。
由于每个人的步态都不同，并且会以不同方式影响身体各部分的运动，因此步态可以作为数字指纹，用于识别和验证用户身份。
将步态用于身份验证的主要优势是随时可用、自然发生，因为行走是日常活动。
与其他身份验证方式不同，步态验证不会打扰用户。即使我们毫不知情，也可以测量和检测步态。我们无需定期输入信息来证明身份。步态可以持续用于身份验证。
不过，这种方式也有代价——采样我们的动作会消耗设备电量。
我们也是能量来源
通过加速度计采样我们的动作需要电力，通常为几毫瓦。这使得在电量有限的可穿戴设备上采用基于步态的用户身份验证颇具挑战。
单纯给可穿戴设备换上更大的电池，或更频繁地充电，都不是切实可行的解决方案。
为解决这一问题，动能采集受到广泛关注（KEH）。它可以将我们的动作转化为电能，用作涓流充电，从而延长可穿戴设备的电池续航时间。
一些可穿戴式 KEH 产品已经开始进入市场。AMPY推出了全球首款可穿戴运动充电器，可将用户的动能转化为电池电能。同样，SolePower生产智能靴，利用用户行走的步数为内置灯具、传感器和 GPS 供电。
随着这些技术迅速发展，未来的可穿戴设备和移动设备很可能会内置 KEH，以补充或替代电池。
独特的动能采集
通过检查 KEH 的输出电压，我们发现，每个人在进行不同活动时也会呈现独特的能量模式。
因此，KEH 不仅是一种能源，也是一种身份验证方式。
基于 KEH 的步态识别有一项重要优势：它无需使用加速度计，因此有望大幅节省电量。
与任何身份验证技术一样，这种方法也存在安全风险。例如，签名可能被伪造，PIN 码可能被破解，密码也可能被自动保存。
那么，KEH-Gait 身份验证有多安全？
安全性测试
为评估这一点，我们制作了两种不同的 KEH 原型，并通过实验验证其在 20 名受试者中的表现，每名受试者完成 200 个步态周期。每名受试者参加了两次独立的数据采集。
我们在多种环境（室内和室外）中采集数据，涵盖平地、草地和沥青路面，以反映步态随时间和地形自然发生的变化。
我们的结果表明，与传统的基于加速度计的身份验证技术相比，KEH-Gait 的身份验证准确率可达 95%，并可将能耗降低 78.15%。
我们还测试了 KEH-Gait 系统抵御动作模仿攻击的稳健性。在 100 次冒名者试验中，我们发现有 13 次被错误接受。
当冒名者与用户的步态模式相近时，可能出现一些误报。但人类步态的行为特征使我们的方案能够抵御这类攻击。由于 KEH-Gait 会持续验证用户身份，步态就更难被复现。随着时间推移，模仿一个人的走路方式极其困难，甚至不可能。
因此，通过捕捉用户独有的动作，KEH-Gait 提供了一种安全、持续且无感的身份验证工具。鉴于可穿戴设备市场蓬勃发展，这是一项很有前景的进展。
