Investigating Temporal Stability and Spatial Information for EEG-Based User Authentication: Shallow ConvNet approach

Abstract

Securing sensitive information has become increasingly important in the digital age. EEG-based biometric authentication is considered promising due to its resistance to spoofing and reliance on unique physiological traits. This research explores EEG’s potential for user authentication, focusing on temporal stability and spatial information using the SSVEP paradigm and Shallow ConvNet. Study 1 examined whether EEG features remain stable over time. Using data from 54 participants collected on two different days, a model trained on Day 1 data achieved classification accuracies of 0.66 (Day 1) and 0.44 (Day 2). A strong positive correlation (0.77) between these accuracies suggests some feasibility for cross-day authentication. Additionally, SSVEP task performance showed moderate positive trends with classification accuracy. Study 2 investigated EEG’s spatial characteristics, suggesting the parietal and occipital regions hold more information for classification than frontal and temporal regions. Masking experiments indicated focusing on these critical regions might reduce channel requirements and improve accessibility for EEG-based systems. While the findings suggest potential for SSVEP and Shallow ConvNet in EEG authentication, further research is needed to address limitations.|민감한 정보 보안이 디지털 시대에서 점점 더 중요해지고 있다. EEG 기반 생체 인증은 스푸핑 공격에 강하고 독특한 생리적 특징을 활용한다는 점에서 유망한 방법으로 여겨진다. 본 연구는 SSVEP 패러다임과 Shallow ConvNet을 활용하여 시간적 안정성과 공간적 정보를 중심으로 EEG의 사용자 인증 가능성을 탐구했다.

Study 1에서는 EEG 특징이 시간에 따라 안정적으로 유지되는지를 조사했다. 54명의 데이터를 두 날에 걸쳐 수집했으며, Day 1 데이터를 학습한 모델은 Day 1에서 0.66, Day 2에서 0.44의 분류 정확도를 기록했다. 두 날의 정확도 간 강한 양의 상관관계(0.77)가 나타나 날짜를 초월한 인증 가능성을 시사했다. 또한, SSVEP 실험 수행도와 분류 정확도 간 중간 정도의 상관관계가 확인되었다.

Study 2에서는 EEG의 공간적 특성을 분석했다. 두정엽과 후두엽이 사용자 분류에서 전두엽과 측두엽보다 더 많은 정보를 제공한다는 결과가 도출되었다. 마스킹 실험 결과, 주요 영역에 집중하면 필요한 채널 수를 줄여 EEG 기반 시스템의 접근성을 높일 가능성이 있음을 보여주었다.

이번 연구는 SSVEP와 Shallow ConvNet이 EEG 생체 인증에 있어 유망한 잠재력을 가질 수 있음을 시사하지만, 이를 검증하고 한계를 보완하기 위한 추가 연구가 필요하다.