ІНЖЕНЕРІЯ ПРОГРАМНОГО ЗАБЕЗПЕЧЕННЯ ТА КІБЕРБЕЗПЕКА

МЕТОД ДИНАМІЧНОЇ ВЕРИФІКАЦІЇ ПІДПИСУ НА ОСНОВІ XGBoost З ВИКОРИСТАННЯМ МІКРОМОТОРНИХ ОЗНАК ТА АДАПТИВНОГО ПОРОГУ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ

Автор(и)

Д. О. Лукічов ORCID 0000-0002-3423-5436
Вінницький національний технічний університет ROR
В. В. Підчорний ORCID 0009-0008-8348-4106
Вінницький національний технічний університет ROR

Ключові слова

кібербезпека загроза біометрична ідентифікація біометрична автентифікація машинне навчання системи контролю доступу моделювання штучний інтелект

Анотація

Актуальність дослідження зумовлена необхідністю створення високонадійних біометричних систем, стійких до спроб несанкціонованого доступу та якісних підробок підпису в умовах глобальної цифровізації бізнес-процесів. Традиційні методи статичної верифікації поступово втрачають ефективність через появу нових інструментів для відтворення графічного накреслення. У зв’язку з цим автором проведено комплексний порівняльний аналіз розробленого авторами ML-рішення з визнаним комерційним галузевим стандартом Wacom Ink SDK for Verification. Основна увага приділена здатності систем відрізнити справжній підпис від кваліфікованої підробки, виконаної зловмисником з візуальним доступом до оригіналу.

Експериментальне дослідження проведено з використанням професійного графічного планшета Wacom STU-540, що забезпечує високу частоту дискретизації (200 Гц) та 1024 рівні чутливості до тиску. Вибір такого обладнання дозволив зібрати деталізовані часові ряди, що включають координати пера (x, y), кути нахилу та азимут, а також динаміку зміни зусилля натискання. На основі аналізу реальних даних від шести користувачів, які надали як еталонні зразки, так і імітаційні спроби підробки, виконано багатокритеріальну оптимізацію порогу прийняття рішення. Встановлено, що з адаптивним значенням порогу розроблена система демонструє збалансовані показники ефективності: FAR (коефіцієнт помилкового допуску зловмисника) на рівні 1,33 % та FRR (коефіцієнт помилкового відхилення легітимного користувача) — 6,67 %.

Наукова новизна роботи полягає в обґрунтуванні та селекції набору найінформативніших динамічних параметрів для моделі градієнтного бустингу XGBoost. На відміну від стандартних підходів, запропонована модель враховує не лише геометрію підпису, а й похідні характеристики: миттєву швидкість, прискорення та швидкість зміни тиску (jittering). Використання механізму регуляризації в XGBoost дозволило уникнути перенавчання на малих вибірках, що характерно для біометричних даних одного користувача. Це дозволило досягти точності, яка є конкурентоспроможною відносно закритих комерційних алгоритмів (рівень рівної помилки EER ~4 %).

Особливості програмної реалізації включають етап попередньої обробки даних, де застосовується інтерполяція для вирівнювання часових кроків та нормалізація ознак для приведення їх до єдиного масштабу. Це критично важливо для стабільної роботи моделі XGBoost, оскільки мікромоторика руки кожного користувача має унікальні амплітудні характеристики. Розроблений конвеєр обробки дозволяє проводити верифікацію в режимі реального часу, витрачаючи менше 100 мс на один запит, що робить систему придатною для використання в умовах високої інтенсивності документообігу.

Практичне значення отриманих результатів полягає у можливості інтеграції запропонованого підходу в корпоративні системи електронного документообігу та автоматизовані системи ідентифікації персоналу (наприклад, для верифікації водіїв або фінансових менеджерів). Головною перевагою є відсутність залежності від дороговартісного пропрієтарного програмного забезпечення та ліцензійних обмежень, зі збереженням високого рівня безпеки.

Результати порівняння підтвердили, що використання градієнтного бустингу з урахуванням глибоких параметрів мікромоторики дозволяє ефективно виявляти зловмисників навіть у разі спроб ретельного копіювання візуального стилю підпису.

77 23

Як цитувати

[1]
«МЕТОД ДИНАМІЧНОЇ ВЕРИФІКАЦІЇ ПІДПИСУ НА ОСНОВІ XGBoost З ВИКОРИСТАННЯМ МІКРОМОТОРНИХ ОЗНАК ТА АДАПТИВНОГО ПОРОГУ ПРИЙНЯТТЯ РІШЕНЬ», Вісник ВПІ, вип. 3, с. 70–78, Лип 2026, doi: 10.31649/1997-9266-2026-186-3-70-78.

Біографії авторів

автор Д. О. Лукічов, афіліація Вінницький національний технічний університет

канд. техн. наук, доцент кафедри захисту інформації

автор В. В. Підчорний, афіліація Вінницький національний технічний університет

студент факультету інформаційних технологій та комп’ютерної інженерії

Посилання

T. Chen, and C. Guestrin, “XGBoost: A Scalable Tree Boosting System,” in Proceedings of the 22nd ACM SIGKDD International Conference on Knowledge Discovery and Data Mining, pp. 785-794, 2016. https://doi.org/10.1145/2939672.2939785 .
A. K. Jain, A. Ross, and S. Prabhakar, “An introduction to biometric recognition,” IEEE Transactions on Circuits and Systems for Video Technology, no. 1, pp. 4-20, 2004. https://doi.org/10.1109/TCSVT.2003.818349 .
“Signature Verification SDK Documentation,” Wacom Technology Corporation. [Electronic resource]. Available: https://developer-docs.wacom.com/ . Accessed: 13.04.2026.
Jaini, et al., “Improved Dynamic Time Warping for Online Signature Verification,” arXiv preprint arXiv:1904.00786, 2019. https://doi.org/10.48550/arXiv.1904.00786 .
R. Tolosana, R. Vera-Rodriguez, J. Fierrez, and J. Ortega-Garcia, “DeepSign: Deep On-Line Signature Verification,” IEEE Transactions on Biometrics, Behavior, and Identity Science, no. 2, pp. 229-239, 2021. https://doi.org/10.1109/TBIOM.2021.3053996 .
A. Rahim, et al., “An Enhanced Hybrid Model Based on CNN and BiLSTM for Identifying Individuals via Handwriting Analysis,” Multimedia Tools and Applications, 2024. https://doi.org/10.1007/978-3-031-49529-8_23 .
“Attention-Driven CNN-LSTM Hybrid Models for Secure Dynamic Signature Verification,” in 2024 IEEE Conference Proceedings, pp. 1-6, 2024. https://doi.org/10.1109/ICAC360840.2024.10609324 .
“Довідник по Machine Learning – XgBoost,” База знань IT технологій. [Електронний ресурс]. Режим доступу: https://itwiki.dev/data-science/ml-reference/ml-glossary/xgboost . Дата звернення 13.04.2026.
“XGBoost Vs Neural Networks: Which Is Best for Your Project?” AICompetence.org. [Electronic resource]. Available: https://aicompetence.org/xgboost-vs-neural-networks/ . Accessed: 13.04.2026.
J. Fierrez-Aguilar, et al., “An On-line Signature Verification System Based on Fusion of Local and Global Information,” in International Conference on Biometric Authentication, Springer, pp. 523-529, 2004. https://doi.org/10.1007/978-3-540-25948-0_71 .