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문제 정의
- 대부분은 카메라 프리뷰 화면에 특정 이미지를 오버레이하여 사용자로 하여금 매 인증시 마다 등록 시와 유사한 위치로 유도시킴으로서 인증 성공률을 높이는데 그 인증의 수단과 목적에 따라 다양한 가이드라인이 존재하며 가이드라인이 인증 결과에 미치는 영향은 지대하다. 이 논문에서는 스마트폰의 카메라 기능을 이용해 이미지로 촬영 가능한 생체정보 중 장문으로써 사용자를 등록하고 인증하는데 활용할 수 있는 효과적인 가이드라인 이미지를 제시하며, 사용자 실험을 통해 기존의 사용중인 가이드라인 이미지와 이 논문에서 제시하고 있는 가이드라인 이미지를 비교 분석한다. 이 논문의 구성은 다음과 같다.
제안 방법
- 실험은 스마트폰의 카메라 프리뷰 화면에 가이드라인 이미지를 오버레이 하였으며, 실험 1회는 1회의 등록과 10회의 인증 시도로 구성하였다. 등록 과정에서 촬영된 장문 이미지는 관심 영역을 추출하여 흑백 이미지로 변환한 후 가로 세로 30 픽셀 사이즈로 변환하였다.
- 또한 패스워드나 OTP와 같이 기억하거나 소지해야하는 번거로움이 적다. 이 논문에서는 생체 정보 중 장문 이미지를 스마트폰으로 촬영하여 등록 및 인증 시 인증 성공률을 높일 수 있는 가이드라인 이미지를 제시하였으며, 사용성을 높이기 위해 모든 사용자의 장문에서 공통적으로 나타나는 특성을 이용하였다. 이에 시판 중인 어플리케이션에서 제공하고 있는 가이드라인 이미지를 유사하게 제작하여 사용자 실험한 결과, 인증 성공률과 피처 벡터 간 거리 차에서 두드러지는 차이를 보였다.
대상 데이터
- 두 선의 위치나 모양, 크기는 서로 다르지만 그림 1에서와 같이 손바닥을 정면에서 바라보았을 때 생명선과 감정선의 양 끝 점을 기준으로 촬영한다면 예외 없이 모든 사용자에게 적용 가능 할 것으로 보인다. 따라서 이 논문에서 제시하는 스마트폰의 카메라 프리뷰 화면에 사용할 가이드라인 이미지를 그림 2와 같이 구성하였으며, 그림 3은 활용 예시이다
- 실험에 사용한 스마트폰은 삼성 갤럭시 S3 3G 모델이며, exynos 4412(quad core 1.4GHz), 1GB RAM의 성능을 갖췄다. 실험은 앞서 제시한 가이드라인(그림 2)과 그림 4와 같이 시판 중인 어플리케이션에서 사용되는 가이드라인 이미지를 유사하게 생성하여 각각 가이드라인 이미지에 대해 20명의 피 실험자를 대상으로 사용자 인증 실험을 진행하였다.
- 4GHz), 1GB RAM의 성능을 갖췄다. 실험은 앞서 제시한 가이드라인(그림 2)과 그림 4와 같이 시판 중인 어플리케이션에서 사용되는 가이드라인 이미지를 유사하게 생성하여 각각 가이드라인 이미지에 대해 20명의 피 실험자를 대상으로 사용자 인증 실험을 진행하였다. 앞선 10명의 피 실험자에게는 이 논문에서 제시한 가이드라인 이미지를 적용한 사용자 실험 후에, 제작한 유사 가이드 라인 이미지(이하 기존 가이드라인 이미지이라 한다) 를 적용하여 사용자 실험하였으며, 남은 10명에게는 순서를 바꿔서 실험 진행하였다.
- 실험은 앞서 제시한 가이드라인(그림 2)과 그림 4와 같이 시판 중인 어플리케이션에서 사용되는 가이드라인 이미지를 유사하게 생성하여 각각 가이드라인 이미지에 대해 20명의 피 실험자를 대상으로 사용자 인증 실험을 진행하였다. 앞선 10명의 피 실험자에게는 이 논문에서 제시한 가이드라인 이미지를 적용한 사용자 실험 후에, 제작한 유사 가이드 라인 이미지(이하 기존 가이드라인 이미지이라 한다) 를 적용하여 사용자 실험하였으며, 남은 10명에게는 순서를 바꿔서 실험 진행하였다. 실험의 결과는 그림 5와 표 1에 정리하였다.
데이터처리
- 이에 사용자 별로 랜덤 프로젝션 매트릭스를 생성하고 곱하여 피처 벡터 t를 저장한다[7,8]. 등록 과정 이후 매 인증시마다 사용자가 촬영한 장문 이미지 역시 관심 영역 추출하고 흑백 변환과 크기 변환, 등록 과정에서와 생성한 랜덤 프로젝션 매트릭스를 곱하여 피처 벡터 w를 생성한 후 저장된 피처 벡터 t와 유클리디언 거리 비교를 통해 결과 값을 얻었다. 실험에서는 임계값을 200으로 설정하여 피처 벡터 t와 w의 유클리디언 거리 계산 결과 값이 200 이하일 경우 인증 성공, 200초과일 경우 인증 실패로 간주한다.
성능/효과
- 사용자 실험을 진행하며 기록한 로그 데이터 중 의미 있는 데이터를 추출해 표 1에 정리하였다. 20명의 피 실험자를 대상으로 가이드라인 이미지 별 10 회, 총 200회의 인증 시도 중 가이드라인 이미지에 장문을 일치시키고 촬영하는데 걸리는 시간은 각각 5729.90, 4445.96로서 이 논문에서 제시하는 가이드라인이 기존 가이드라인에 비해 평균 1.28초 늦은 반면 등록 시 촬영한 이미지와 10번 인증 시도 간의 피처 벡터 간 거리 차는 평균 180.90으로 기존 가이드라인 300.38에 비해 119.48 낮았다. 만약 기존의 가이드라인을 적용하여 장문 인증을 시도할 때에 인증 성공률을 높이기 위해서는 이 논문에서 설정하고 있는 임계값 200보다 더 높은 값을 설정할 수도 있다.
- 이에 시판 중인 어플리케이션에서 제공하고 있는 가이드라인 이미지를 유사하게 제작하여 사용자 실험한 결과, 인증 성공률과 피처 벡터 간 거리 차에서 두드러지는 차이를 보였다. 뿐만 아니라 피실험자를 1회에 걸친 학습으로 평균 73.5%에서 91%로 인증 성공률이 높아지는 결과를 얻었다. 하지만 사용자 인증 실험에서 평균적으로는 이 논문에서 제시한 가이드라인을 적용하였을 때, 보다 높은 인증 성공률을 보였지만 일부 피 실험자의 경우에는 기존의 유사 가이드라인을 적용하였을 때 더 높은 성공률을 기록하였다.
- 이 논문에서는 생체 정보 중 장문 이미지를 스마트폰으로 촬영하여 등록 및 인증 시 인증 성공률을 높일 수 있는 가이드라인 이미지를 제시하였으며, 사용성을 높이기 위해 모든 사용자의 장문에서 공통적으로 나타나는 특성을 이용하였다. 이에 시판 중인 어플리케이션에서 제공하고 있는 가이드라인 이미지를 유사하게 제작하여 사용자 실험한 결과, 인증 성공률과 피처 벡터 간 거리 차에서 두드러지는 차이를 보였다. 뿐만 아니라 피실험자를 1회에 걸친 학습으로 평균 73.
- 그림 5에서는 사용자 실험의 결과를 차트로 나타내었다. 차트에서 빗금 표시 데이터는 이 논문에서 제시하고 있는 가이드라인 이미지를 적용하여 등록 과정 후 총 10회의 인증 시도 중 성공 횟수를 나타내며, 빗금 표시 데이터 기준으로 우측의 데이터는 기존의 가이드라인 이미지를 적용하여 등록 과정 후 10회의 인증 시도 중 인증 성공 횟수를 기록하였다. 그림 5에서 대다수의 경우 논문에서 제안한 가이드라인 이미지를 적용하였을 때의 성공 횟수가 더 높았지만 일부의 경우 기존 가이드라인 이미지 적용 시 더 높은 성공 횟수를 기록한 피실험자도 있었다.
- 즉, 임계값을 높임으로서 인증 성공률은 높일 수 있지만 오성공률 역시 높아짐에 유의해야한다. 평균 인증 성공 횟수 역시 기존 가이드라인은 약 3.1회로 절반이 못 미치는데 반해 이 논문에서 제시한 가이드라인을 적용하였을 때 약 7.35 회로서 기존의 가이드라인 이미지에 비해 약 42.1% 정도 인증률이 높았다.
- 표 2에서 학습된 사용자는 평균 장문 촬영 시간, 평균 피처 벡터 간 거리 차 및 평균 인증 성공률 모든 부분에서 향상된 결과를 얻을 수 있었다. 평균 장문 촬영 시간은 실험1과 비교해 약 1.3초가 줄어든 반면 평균 거리 차는 7.7081 줄어들었으며, 이에 따라 평균 인증 성공률 역시 17.5% 오른 91%의 결과를 얻을 수 있었다.
- 실험 1은 학습 되지 않은 사용자, 실험 2는 1회의 실험을 통해 학습된 사용자라 간주한다. 표 2에서 학습된 사용자는 평균 장문 촬영 시간, 평균 피처 벡터 간 거리 차 및 평균 인증 성공률 모든 부분에서 향상된 결과를 얻을 수 있었다. 평균 장문 촬영 시간은 실험1과 비교해 약 1.
- 5%에서 91%로 인증 성공률이 높아지는 결과를 얻었다. 하지만 사용자 인증 실험에서 평균적으로는 이 논문에서 제시한 가이드라인을 적용하였을 때, 보다 높은 인증 성공률을 보였지만 일부 피 실험자의 경우에는 기존의 유사 가이드라인을 적용하였을 때 더 높은 성공률을 기록하였다. 따라서 가이드라인을 적용한 실제 환경에서는 사용자 별 개인차를 고려해야 한다.
후속연구
- 생체 정보를 이용한 인증은 앞으로 스마트폰을 비롯한 다양한 분야에서 활성화 될 것이며, 보다 더 대중화 될 것으로 보인다. 보다 높은 사용성과 인증 성공률을 위해서 이 논문에서 제시하고 있는 가이드라인 이미지 역시 앞으로 활용도가 더 높아질 것을 기대 한다.
- 생체 정보를 이용한 인증은 앞으로 스마트폰을 비롯한 다양한 분야에서 활성화 될 것이며, 보다 더 대중화 될 것으로 보인다. 보다 높은 사용성과 인증 성공률을 위해서 이 논문에서 제시하고 있는 가이드라인 이미지 역시 앞으로 활용도가 더 높아질 것을 기대 한다.
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