一种基于指纹特征生成密钥的方法

摘要

本发明涉及一种基于指纹特征生成密钥的方法。本发明包括用户指纹注册阶段和指纹密钥重生阶段，用户指纹注册阶段包括提取用户的指纹二维图像；利用Radon变换生成不同的一维向量；进行                                               N阶离散傅立叶变换和二进制指纹密钥的提取。指纹密钥重生阶段包括提取查询用户的指纹二维图像，采用与注册阶段相同的一些步骤得到最高重量的N个比特组成的比特串。本发明的指纹特征可以真正地作为密钥使用，并且将密钥与用户身份绑定在一起。而安全性是基于指纹的唯一性，也就说用户指纹未被泄露。

主权项

一种基于指纹特征生成密钥的方法，其特征在于该方法包括用户指纹注册阶段和生物密钥重生阶段；所述的用户指纹注册阶段具体如下：步骤1.提取用户的指纹二维图像，图像归一化，做指纹图像预处理，得到保持指纹特征信息的二值图像，该二值图像记作M^T；步骤2.图像M^T以不同的旋转角度，利用Radon变换生成不同的一维向量；一维向量首先用其元素的最大模进行归一化，再去掉均值；归一化后的一维向量记作x₀(n)，n＝0,1,2,K,N‑1；N是要求生成生物密钥的比特长度；而x_i(n)代表第i次迭代的输入向量；步骤3.计算x_i(n)的N阶离散傅立叶变换获得频谱X_i(k)，频谱大小为|X_i(k)|；k为频谱的频率值，0≤k≤N‑1；傅里叶变换的结果是对称的，舍掉重复的那部分，取前面那一半幅值，后面舍弃的一半用0补上；这样变换就成为不可逆的，得到实序列：$y_i\left(n\right)=\left\{\begin{array}{c}\left|X_i\left(n\right)\right|,n=1,2,K,N/2-1\\ 0,n=N/2,K,N-1\end{array}\right.;$步骤4.对y_i(n)计算N阶离散傅立叶变换获得频谱Y_i(k)，然后计算双频谱：B_i(k₁,k₂)＝Y_i(k₁)Y_i(k₂)Y_i^*(k₁+k₂)，其中*代表复数共轭运算，双频谱保留相位信息；k₁，k₂都是指频谱的频率值，取值范围为[0,N‑1]；双频谱都是具有非零虚部的复数向量，且是非对称的；步骤5.在双频率平面内，第i次将双频谱沿径向积分运算得到一组离散序列记为：其中a是双频率(k₁,k₂)空间内的斜率；将积分后的作为下次迭代的输入，即步骤6.计算迭代前后输入的差值与前一次迭代输入的内积，将得到复值：$D_i\left(n\right)=\underset{n=0}{\overset{N-1}{\Sigma }}[x_{i-1}\left(n\right)-x_i\left(n\right)]x_{i-1}\left(n\right)=M_i\exp \left({\mathrm{j\phi }}_i\right),$其中D代表差值，M是D的幅值和Φ是D的相位，两个放在一起可以生成一个幅值/相位矩阵[M Φ]；步骤7.二进制生物密钥的提取；M，Φ二进制化利用统计学特性判定是否是所需要的比特位，并按照最希望得到的到最不希望得到的比特将其进行排序，分别存储为M_a，A_g；而统计学的应用需要一个训练集合；训练集合是指所用的指纹库中多个用户的指纹图像；对于每一个用户，训练集合分为两部分：注册用户指纹图像生成的矩阵，即内部集合；其它用户指纹图像生成的矩阵，即外部集合；比特的概率0或1表示固定不变的水平；概率为0表示无信息，而概率为1表示一个比特信息；但是很少的比特的概率完美就是0或1；于是通过计算每个比特的重量w，包含内部重量w₁＝1‑η_intra和外部重量w₂＝1‑η_extra，而w＝w₁×w₂；η_intra，η_extra分别表示比特的内部熵和外部熵；步骤8.最高重量的N个比特组成的比特串作为要提取的生物密钥B_orig；为了能够重构出相同的生物密钥，将最高重量的N个比特的位置信息存储，并用作注册用户的生物密钥的掩码B_K‑mask；步骤9.λ‑bits的加密密钥k_orig通过RS算法加密后得到一个N个比特串K_orig；将K_orig与B_orig结合生成一个查询表Lookup_table；存储查询表，删除K_orig与B_orig；所述的生物密钥重生阶段具体如下：步骤A.提取查询用户的指纹二维图像，指纹图像归一化，做指纹图像预处理，得到保持指纹特征信息的二值图像，该二值图像记作M^Q；步骤B.验证用户采取注册阶段的步骤1‑步骤7，得到最高重量的N个比特组成的比特串；结合注册用户的生物密钥的掩码B_K‑mask生成一个比特串，将其作为验证用户的生物密钥B_mod；步骤C.B_mod利用Lookup_table获得N‑bits的比特串K_mod；利用RS算法对K_mod解密获得λ‑bits的比特串k'_orig；若k'_orig与k_orig相等，认为验证用户和注册用户是同一个，注册用户的生物密钥成功地重生；否则，就认为验证用户是非法入侵者。