[發明專利]基于射頻指紋和生物指紋無線網接入認證系統及方法

有效

• 申請號: 201810051310.4
• 申請日: 2018-01-19
• 公開（公告）號: CN108173871B
• 公開（公告）日: 2020-02-21
• 發明（設計）人: 張躍宇;楊寧;陳杰;李暉;趙善博;殷文旭;任陣朋;任子震;岳桂鑫;劉榮凱;馬樂伯
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: H04L29/06
• 分類號: H04L29/06
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 田文英;王品華

1.一種基于射頻指紋和生物指紋無線網接入認證方法，其特征在于，分別建立保密場景中規定的允許使用無線網絡的所有合法無線終端的射頻指紋特征向量白名單、所有合法用戶的生物指紋特征白名單，用戶通過無線終端申請接入無線網絡時，先對無線終端進行射頻指紋的認證，通過射頻指紋的認證后，再對使用無線終端訪問無線網絡的用戶進行生物指紋的認證，用戶通過生物指紋的認證后，才允許用戶使用無線終端接入無線網絡，該方法包括如下步驟：

(1)接收合法同相正交信號：

射頻指紋處理模塊接收射頻模塊發送的合法無線終端基帶的同相正交信號；

(2)獲得星座軌跡圖：

(2a)射頻指紋處理模塊，對無線終端基帶的同相正交信號進行過采樣，得到采樣后的同相正交信號；

(2b)射頻指紋處理模塊，將采樣后的同相正交信號進行能量歸一化處理，得到能量歸一化后的信號；

(2c)射頻指紋處理模塊，利用頻偏估計方法，對能量歸一化后的信號，進行載波頻差估計與補償，得到并記錄載波頻偏值；

(2d)射頻指紋處理模塊，利用載波相差估計方法，對載波頻差估計與補償處理后的信號，進行載波相差估計與補償，得到穩定的同相正交信號星座軌跡圖；

(3)劃分星座軌跡圖：

(3a)射頻指紋處理模塊計算星座軌跡圖中距離坐標原點最遠的點與坐標原點之間的距離，將該距離作為星座軌跡圖中所有的點與坐標原點之間距離的最大距離；

(3b)以星座軌跡圖中的坐標原點為中心，以最大距離為半徑作圓；

(3c)等分最大距離，依次計算各個等分點與星座軌跡圖中的坐標原點之間的距離；

(3d)以星座軌跡圖中的坐標原點為圓心，分別以各個等分點與星座軌跡圖中的原點之間的距離為半徑作圓，得到同心圓將星座軌跡圖劃分后的多個子區域；

(4)計算聚類中心：

采用二分K均值聚類算法，依次對各個子區域中的點進行聚類，從星座軌跡圖的第一象限開始，沿著順時針方向，依次標記每個聚類中心的坐標；

(5)生成射頻指紋特征向量：

將載波頻偏值作為射頻指紋特征向量的第一行中的第一列，每個聚類中心的坐標作為射頻指紋特征向量第一行中的一列，按照標記每個聚類中心坐標的順序，組成無線終端的射頻指紋特征向量；

(6)建立射頻指紋特征向量白名單：

(6a)射頻指紋處理模塊將射頻指紋特征向量發送給指紋信息存儲模塊；

(6b)指紋信息存儲模塊接收并存儲射頻指紋處理模塊發送的射頻指紋特征向量，將該射頻指紋特征向量添加到射頻指紋特征向量白名單中；

(7)判斷所有的合法無線終端的射頻指紋特征向量是否均添加到射頻指紋特征向量白名單中，若是，則執行步驟(8)，否則，執行步驟(1)；

(8)錄入合法用戶信息：

(8a)用戶信息處理模塊錄入合法用戶的用戶名；

(8b)用戶信息處理模塊使用生物指紋傳感器，錄入合法用戶的生物指紋圖像；

(9)提取生物指紋特征：

(9a)用戶信息處理模塊對生物指紋圖像依次進行圖像增強、邊緣檢測和直方圖均衡化預處理；

(9b)對經過預處理后的生物指紋圖像進行特征提取，得到生物指紋細節點特征比特串，作為合法用戶的生物指紋特征；

(10)建立生物指紋特征白名單：

(10a)用戶信息處理模塊將生物指紋特征發送給指紋信息存儲模塊；

(10b)指紋信息存儲模塊接收并存儲生物指紋特征，將錄入的合法用戶的用戶名與生物指紋特征，添加到生物指紋特征白名單中；

(11)判斷所有的合法用戶的用戶名與生物指紋特征是否均添加到生物指紋特征白名單中，若是，則執行步驟(12)，否則，執行步驟(8)；

(12)發送連接認證請求：

連接認證請求發送模塊，將用戶使用無線終端申請接入無線網絡的連接認證請求，發送給連接認證請求處理模塊；

(13)提取待認證射頻指紋特征向量：

射頻指紋處理模塊采用與步驟(2)、步驟(3)、步驟(4)、步驟(5)相同的操作，對射頻模塊發送的用戶使用的待認證的無線終端基帶的同相正交信號進行處理，得到待認證的無線終端的射頻指紋特征向量；

(14)計算相似度：

(14a)使用隨機森林識別器，從射頻指紋特征向量白名單的射頻指紋特征向量中，識別與待認證的無線終端的射頻指紋特征向量最相似的一個射頻指紋特征向量；

(14b)計算待認證的無線終端的射頻指紋特征向量與最相似的一個射頻指紋特征向量之間的歐氏距離，將歐氏距離值作為相似度；

(15)判斷相似度是否大于等于歐氏距離閾值，若是，則執行步驟(16)，否則，執行步驟(26)；

(16)錄入待認證用戶信息：

(16a)用戶信息處理模塊錄入通過無線終端申請使用無線網絡的待認證用戶的用戶名；

(16b)用戶信息處理模塊使用生物指紋傳感器，錄入通過無線終端申請使用無線網絡的待認證用戶的生物指紋圖像；

(17)指紋信息驗證模塊，判斷用戶信息處理模塊錄入的待認證用戶的用戶名是否存在于生物指紋特征白名單中，若是，則執行步驟(18)，否則，執行步驟(26)；

(18)提取待認證生物指紋：

用戶信息處理模塊采用與步驟(9a)、步驟(9b)相同的操作，對用戶信息處理模塊錄入的待認證用戶的生物指紋圖像進行處理，得到待認證生物指紋特征；

(19)加密待認證生物指紋：

(19a)指紋信息驗證模塊產生一個同步序列數；

(19b)指紋信息驗證模塊利用密鑰派生函數生成隨機密鑰1和隨機密鑰2；

(19c)將依據用戶名查詢到的生物指紋特征作為加密算法的密鑰，對同步序列數、隨機密鑰1和隨機密鑰2進行加密生成密文，并將生成的密文發送給用戶信息處理模塊；

(20)解密密文：

用戶信息處理模塊，將待認證生物指紋特征作為與加密算法對應的解密算法的密鑰，對接收到的密文進行解密，得到同步序列數、隨機密鑰1和隨機密鑰2；

(21)加解密同步序列數：

(21a)使用解密得到的隨機密鑰2，將解密得到的同步序列數進行加密生成密文，將密文發送給指紋信息驗證模塊；

(21b)使用指紋信息驗證模塊產生的隨機密鑰2，將指紋信息驗證模塊接收到的密文進行解密，得到待驗證的同步序列數；

(22)判斷待驗證的同步序列數是否滿足驗證條件，若是，則執行步驟(23)，否則，執行步驟(26)；

(23)計算哈希值：

(23a)用戶信息處理模塊，計算待認證生物指紋特征與用戶信息處理模塊解密得到的隨機密鑰1的哈希值，記為第一個哈希值；

(23b)指紋信息驗證模塊，計算其產生的隨機密鑰1與依據 用戶名查詢到的生物指紋特征的哈希值，記為第二個哈希值；

(24)判斷第一個哈希值與第二個哈希值是否相等，若是，則執行步驟(25)，否則執行步驟(26)；

(25)接入服務模塊允許待認證無線終端接入無線網絡；

(26)接入服務模塊拒絕待認證終無線端接入無線網絡。