予方聊生活

*本文只做阅读笔记分享*

一、研究背景：信息安全新挑战

大家好！现在科技越来越发达，咱们在网上干啥都离不开信息安全。就像你登录账号，输个密码，要是没保护好，信息就可能泄露啦。以前用密码验证身份是最常用的方法，但现在网络威胁越来越多，它就不太靠谱了。像人脸识别、指纹扫描这些方法虽然安全些，可都得要专门的设备，用起来也不方便，而且登录完就不管了，不能一直保护咱们的信息安全。有没有那种又方便、又便宜、还能一直保护信息的方法呢？这就是科学家们要解决的大问题。

击键动力学就给咱们提供了新思路！它是通过研究大家打字时候的一些特点，像按键按多久、间隔多长时间、按错没、用力多大这些，来识别不同的人。每个人打字习惯都不一样，很难模仿，还不用额外设备，是不是很厉害！以前也有人用柔性材料做过相关的传感器，但是像基于压阻和电容效应的设备，会有滞后、不耐用、容易受环境干扰这些问题。还有基于摩擦电和压电效应的自供电传感机制，虽然能减少设备能耗，可摩擦电信号会受湿度影响，设备在机械稳定性、材料质量和化学稳定性方面也有问题，不太容易大规模生产。所以，科学家们就一直在找更好的办法。

二、SFIK闪亮登场

科学家们研究出了一种超厉害的自供电柔性智能键盘（SFIK）！它利用了一种巨磁弹性效应，能把咱们按键盘的压力变成电信号。这个传感器可牛啦，能感应的压力范围特别广，从35到600kPa都没问题，而且反应速度超级快，差不多300毫秒就能有反应，这样就能把每个人按键盘的动态都清楚地记录下来。

它是怎么做到的呢？原来，科学家们把固体磁性纳米颗粒、粘性硅酮聚合物和微气泡混在一起，做出了一种多孔的软聚合物。这里面的磁性纳米颗粒在脉冲磁场的作用下会重新排列。而且呀，微气泡让这个聚合物变得更软，弹性更好，这样就能把咱们按键盘的机械能更好地转化成磁能，再变成电能啦。为了让这个设备更耐用，还在外面包了一层硅酮，这样它不仅防水，在室温附近温度变化的时候也能稳稳当当工作。

三、传感器的神奇性能

这个传感器的性能真的绝绝子！先说说它的压力灵敏度，在压力比较小，小于150kPa的时候，灵敏度能达到1.46微伏/千帕，不过压力再大些，到150-550kPa这个范围，灵敏度就会下降到0.02微伏/千帕。这里面磁性粉末和硅胶聚合物的比例很关键，当磁性纳米颗粒浓度是200wt%的时候，在150kPa压力下灵敏度是最高的。

再看看它的反应时间和恢复时间。反应时间就是从开始按键盘到电压达到稳定状态的90%所需要的时间，恢复时间就是松开键盘后，信号回到稳定状态90%所花的时间。这个传感器反应超快，响应时间大概447毫秒，恢复时间大概223毫秒，而且几乎没有滞后现象，在大概23kPa压力下输出信号特别稳定。经过10000多次的按压测试后，它的输出电压变化还不到2%，可太耐用啦！

四、键盘的认证魔法

SFIK有个超厉害的功能，就是身份认证！它可以通过固定文本和动态文本输入两种方式来确认是不是本人在操作。

咱们先来说说固定文本认证。就像咱们登录账号输密码一样，SFIK会用机器学习的方法，分析不同用户输入密码时的按键时间、力度这些特点。比如输入“YANG2023”这个密码，系统会记录下每个按键的各种数据，然后经过一系列复杂的处理，最后就能判断出是不是本人啦。经过测试，对于8个字符的固定密码，它的认证成功率能达到95.3%呢。

再看看动态文本认证。咱们平时打字的时候，输入内容一直在变，固定文本的方法就不太好用啦。这时候，SFIK选了10组英语里最常用的双键组合，像“er”“th”这些。它会提取这些双键组合输入时的一些特征，比如打字延迟、按键保持时间、总触摸时间和信号幅度。然后通过一个动态文本预测投票系统，用机器学习建立信任模型，来识别用户身份。随着输入文本里双键组合数量增加，认证的准确率也会提高。当输入包含14组双键的文本时，认证准确率能达到100%，是不是超厉害！

五、优势、挑战与展望

SFIK可比其他认证系统强多啦！它用击键动力学来识别用户，别人很难模仿。而且它的双模式认证系统，固定文本登录时能辅助认证，动态文本输入时能一直监控，大大提高了信息安全性和认证准确率。

不过，它要想在现实里大规模用起来，还得解决一些问题。比如说，不同设备和用户界面收集到的击键数据可能不太一样，很难保证一致性和准确性。还有，这些击键信息很敏感，得好好保护用户隐私。但不管怎么说，SFIK在可穿戴生物电子、人工智能、网络安全和人机交互这些领域都有很大的发展潜力，未来可期呀！

六、一起来做做题吧

1、关于信息安全与身份认证，以下说法正确的是？

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A. 信息加密是实现信息安全的唯一方法

B. 指纹扫描不需要专门设备，应用广泛

C. 传统密码认证方式面对网络威胁存在局限

D. 身份认证仅在使用过程中进行持续验证

2、巨磁弹性效应在软材料系统中，以下说法错误的是？

A. 由磁性纳米颗粒链微观结构变化引起

B. 与外部磁场无关

C. 仅由磁性粒子 - 粒子相互作用导致

D. 外部压力能引起磁场变化

3、关于软磁弹性传感器，下列描述正确的是？

A. 不能承受高压

B. 核心由刚性磁体组成

C. 响应时间长，不利于实时交互

D. 能将压力转换为电信号

4、在磁弹性智能键盘的静态击键分析中，说法错误的是？

A. 可用于系统登录时的双因素认证

B. 传感器不能集成到压力传感器阵列

C. 利用机器学习分析击键特征识别用户

D. 八字符固定密码认证准确率可达 95.3%

5、对于基于动态文本击键的身份认证技术，正确的是？

A. 采用固定文本击键特征提取方法

B. 选择低频双字母键进行分析

C. 文本越长，认证准确率越高

D. 不需要机器学习技术辅助

参考文献：

Tongtong Zhang et al. A flexible pressure sensor array for self-powered identity authentication during typing. Sci. Adv.11, eads2297(2025).

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