[發明專利]基于正交矩陣和模運算的指紋細節信息隱藏與恢復方法

有效

• 申請號: 201310179416.X
• 申請日: 2013-05-15
• 公開（公告）號: CN103279697A
• 公開（公告）日: 2013-09-04
• 發明（設計）人: 付波;林劼;郝玉潔;蔡媛媛
• 申請（專利權）人: 電子科技大學
• 主分類號: G06F21/31
• 分類號: G06F21/31;G06F21/32
• 代理公司: 成都金英專利代理事務所(普通合伙) 51218
• 代理人: 袁英

技術領域

本發明涉及計算機技術，網絡安全技術，數字圖像處理技術和數據存儲技術領域，特別涉及一種基于正交矩陣和模運算的指紋細節信息隱藏與恢復方法。

背景技術

離線或在線系統為確保數據安全性，需要精確知道系統用戶的身份。當前比較安全、可靠的身份認證系統主要基于令牌（比如身份卡）或知識（比如口令或PIN碼）。令牌的致命缺陷是容易丟失、偽造且攜帶不方便；而知識（比如口令）則容易遺忘、混淆且極易受到社會工程學的攻擊。這些問題導致基于令牌或知識的身份認證系統無法區分真正合法用戶擁有者和仿冒者。一旦仿冒者獲知口令或身份卡，就擁有合法用戶同等的訪問權限。由此，基于生物特征的身份識別技術得到了廣泛的研究和應用。

生物特征具有隨身攜帶、無需記憶、使用方便等優勢，更重要的是具有抗抵賴特性。這使得生物特征成為一種強個體認證形式，一定程度上克服了基于令牌和知識認證的不利因素。但是，生物特征技術對一些常用的攻擊顯得很脆弱，比如，重放攻擊、中間人攻擊、木馬攻擊、欺騙攻擊（Spoof?attacks）和模板攻擊等。

另一方面，生物特征的隱私性的保護問題也很重要。比如，不法分子很可能盜取、售賣或共享用戶的隱私信息（比如個人收入和醫療信息）。為提高系統安全性，安全系統總是希望盡可能詳細地獲取用戶私人信息，然而用戶卻不希望自己的私人信息因為系統的安全缺陷而暴露給攻擊者，因此在安全性和隱私性保護上就存在著一個矛盾。一般來說，個人的隱私性主要受到如下兩個方面的威脅：

（1）生物特征是用戶的身體特征，屬于個人隱私，若個人的生物特征被公開，則給個人生活帶來不利。比如，別人可以根據你的指紋判斷你的行蹤，甚至可以利用你的生物特征（比如指紋）去犯罪。

（2）在生物特征識別系統中，常需要注冊與其相關聯的個人信息，比如個人的年齡、婚否、身份證號、社會保險號等，這些存在被不法分子利用的風險；

因此，為解決生物特征的安全性和隱私性問題，重點在于保護生物特征的模板安全。最為典型的解決方法是將密鑰與模板有機融合在一起，使兩者都不容易受到攻擊，從而達到保護生物特征識別系統安全性的目的。

生物特征模板保護技術總體來可分為以下幾種：

（1）生物特征哈希方法（biohashing），使用指紋和隨機數結合的雙因子身份認證方法。然而，算法要求的高區分性的定長特征在指紋中實現非常困難。

（2）模板形變方法，比如Ang等提出的將指紋細節點模板沿指紋圖像確定的奇異點所確定的直線進行對折的幾何變換，從而實現形變模板。再如Ratha等提出的將指紋細節點集合從原始空間，經單向函數變換到另外空間，從而在變換空間進行細節點比對。以上方法的識別性能都有所下降。

（3）基于密鑰綁定或生成的方法；此方法也叫生物特征加密（Biometric?Encryption）。其主要目的在于利用生物特征加密并保護秘密數據，提高系統的安全性和用戶信息的隱私性。然而，其主要困難在于生物特征圖像的可變性，正是這種不穩定性，使得加/解密過程是模糊的(Fuzzy)。比如，指紋圖像會隨著壓力、溫度、濕度、汗跡、油脂、傷口以及表面的塵埃等而改變。這種可變性使得生物特征加密系統處理起來非常困難，必須要容許同一個人的生物特征變化來解碼秘密值，但又不能容許另外一個人的生物特征解碼泄露任何的秘密信息。????

生物特征模板保護技術具有很大的潛力和優勢,能夠滿足商業機構、企業或政府組織等對個體身份驗證的高級需求。但是，要想做到驗證更精準、生物特征系統更可信,還有很多的工作要做。比如，需要進一步完善生物特征模板保護的現有方案。因此，如何提高生物特征模板的安全性，國內外科研和企業研究者需要重點思考的問題。

發明內容

本發明的目的在于克服現有技術指紋模板極易受到系統內部或外部的攻擊，從而導致指紋特征失效的不足，提供一種利用口令密鑰與指紋特征雙重認證的有機結合解決指紋模板的隱私性和安全性問題的基于正交矩陣和模運算的指紋細節信息隱藏與恢復方法。

本發明的目的是通過以下技術方案來實現的：基于正交矩陣和模運算的指紋細節信息隱藏與恢復方法，將指紋細節特征信息分為指紋細節點位置坐標信息和指紋細節點的方向信息；指紋細節點位置坐標信息由口令密鑰的一個子密鑰生成的隨機正交矩陣變換來保護，而指紋細節點的方向信息由口令密鑰的另一個子密鑰的模加運算來保護。

指紋細節點位置坐標信息的保護包括位置信息注冊隱藏和位置信息驗證恢復兩個步驟，所述的位置信息注冊隱藏包括以下子步驟：