Інформаційні технології для підвищення гарантоздатності інформаційних систем критичного застосування із автентифікацією суб’єкта за голосом

Abstract

Дисертаційна робота орієнтована на підвищення гарантоздатності інформаційної системи критичного застосування з автентифікацією суб’єкта за голосом шляхом розроблення і реалізації методів і засобів для оптимізації такого класу систем за обраним атрибутом гарантоздатності. В роботі вперше запропоновано: - методологію квазідетермінованих і стохастичних моделей індивідуальності голосу; - метод оцінювання рівня відношення «сигнал»/«шум» в емпіричному мовленнєвому сигналі; - метод обчислення міри відстані між зваженими характеристичними параметрами еталонного і емпіричного мовленнєвих коливань; - методи дослідження взаємозалежності «рівень конфіденційності»-«цілісність» та «рівень конфіденційності»-«готовність»; - інформаційну технологію автентифікації суб’єкта за індивідуальністю голосу в мовленнєвому сигналі; - інформаційну технологію для оптимізації обраного атрибуту гарантоздатності цільової інформаційної системи критичного застосування. В роботі удосконалено: - модель процесу автентифікації суб’єкта машиною опорних супер- та і-векторів за параметризованим представленням мовленнєвого матеріалу із шумом; - метод адаптації згорткової нейромережі для автентифікації суб’єкта за мовленнєвим матеріалом із шумом.

Диссертационная работа ориентирована на повышение гарантоспособности информационной системы критического применения с аутентификацией субъекта по голосу путем разработки и реализации методов и средств для оптимизации такого класса систем относительно выбранного атрибута гарантоспособности. Практическое значение диссертационного исследования обеспечивается: - методикой оптимизации набора характеристических параметров для аутентификации субъекта на основе индивидуальных особенностей его голоса; - методикой определения порога принятия решений в задаче аутентификации субъекта на основе речевого материала с шумом; - методикой регуляризации глубокой нейросети для принятия решений в задаче аутентификации субъекта на основе речевого материала с шумом; - концепцией двухфакторной аутентификации субъекта-пользователя с его верификацией на основе индивидуальных особенностей голоса в качестве второго фактора; - методикой определения политики безопасности программной составляющей информационной системы критического применения; - методикой оптимального резервирования вычислительных ресурсов на этапе проектирования информационной системы критического применения с учетом предварительно заданного уровня ее готовности; - методикой оценки характеристических параметров при описании речевых сигналов моделями индивидуальности голоса; - методикой и алгоритмами для оценки частоты основного тона на основе моделей индивидуальности голоса; - методикой и алгоритмами для оценки частоты основного тона, сформулированными в контексте наличия/отсутствия априорной информации о значениях предварительно определяемых параметров моделей индивидуальности голоса; - методикой редукции структурной модели функциональной безопасности информационной системы критического применения; - методикой и алгоритмом для оптимизации целевой информационной системы критического применения относительно выбранного атрибута гарантоспособности; - методикой выделения модулирующего колебания в речевом сигнале; - методикой верификации математической модели индивидуальности голоса на основе значения критерия, который учитывает коэффициент множественной корреляции; - методиками выбора типа и настроек классификаторов в зависимости от уровня отношение «сигнал»/«шум» в эмпирическом речевом сигнале; - методикой бустинга процесса обучения профильных классификаторов; - методикой оптимизации зависимости конфиденциальности процесса аутентификации и готовности информационной системе критического применения.

The dissertation thesis is focused on increasing the dependability of an information system for critical use with person authentication by voice by developing and implementing methods and means for optimizing this class of information systems with respect to the selected attribute of dependability. In the thesis for the first time: - the information technology of person-user authentication by voice in a speech signal is proposed in which, unlike existing, the speech signal presented by modulating and polyharmonic carrier fluctuations is parametrized in space of such characteristic parameters as average pitch frequency and amplitudes of carrier fluctuations in the methodology of quasi-deterministic and stochastic models of voice individuality; - A method for estimating the level of the signal-to-noise ratio in an empirical speech signal is proposed in which, unlike the existing ones, the last is considered as the sum of modulating and polyharmonic carrier fluctuations and white noise parameterized in the formalism of a refined quasi-deterministic voice individuality model; - A method for calculating the measure of the distance between the weighted characteristic parameters of the reference and empirical speech oscillations, parameterized, unlike the existing ones, in the formalism of the methodology of voice individuality models, where when estimating the confidence intervals for varying the values of the characteristic parameters of individuality of speech signals, the level of the signal-to-noise ratio is taken into account; - The information technology for optimization of the chosen attribute of dependability of a target information system for critical use is offered, for the description of which, unlike existing, the methodology of Markov, semi-Markov and managed semi-Markov models of confidentiality, integrity, availability, functional security, survivability, reliability are synthesized; - Methods of research of interdependence "level of confidentiality-to-integrity" and "level of confidentiality-to-readiness" are proposed in which, unlike existing ones, for competing attributes of dependability capacity presented in formalism of profile semi-Markov mathematical models, one-criterion optimization tasks are carried out are offered. Also improved: - The model of the process of person-user authentication by the machine of reference super- and i-vectors according to the parameterized representation of speech material with noise is processed; - Method of adaptation of an c