一种基于生物特征水印的安全身份认证方法

摘要

本发明公开了一种基于生物特征水印的安全身份认证方法，包含生物特征水印的嵌入和认证两个阶段，水印嵌入阶段包括：步骤1：宿主生物特征图像采集，步骤2：待嵌入生物特征提取，步骤3：水印生成，步骤4：宿主图像显著性区域检测，步骤5：水印嵌入；生物特征认证阶段段包括：步骤(1)：水印提取，步骤(2)：特征解码，步骤(3)：水印认证，步骤(4)：多生物特征身份认证。本发明中每次认证事务，均由可靠第三方单独分配水印加密密钥K1，以及水印嵌入密钥K2，提高了安全性。而且本发明嵌入水印时，通过对宿主图像进行显著性分析，选择合适的嵌入位置和强度，减小水印对生物特征宿主识别性能的影响。

主权项

1.一种基于生物特征水印的安全身份认证方法，其特征在于，当宿主生物特征信息为人脸图像，待嵌入生物特征为指纹时，具体为： 一、水印嵌入阶段； 具体包括以下几个步骤： 步骤1：宿主生物特征图像采集 采集待认证身份用户的人脸图像，作为宿主生物特征图像，记为I_face； 步骤2：待嵌入生物特征提取 再次采集步骤1中的同一个用户的指纹图像，提取细节点信息作为待嵌入特征，选取距离中心点最近的20个细节点作为待嵌入特征：V=[v₁,v₂,…,v₂₀]；v_k=(x_k,y_k,θ_k),k∈[1,20]表示第k个细节点，其中(x_k,y_k)为第k个细节点的二维坐标，其数值被量化为[0,255]区间中的整数，θ_k为第k个细节点处脊线的切线方向，量化为[0,360]区间中的偶数；特征向量的每一维使用8位无符号整型数据表示，最终的指纹细节点特征向量V包含8×3×20=480位； 步骤3：水印生成 将步骤2中提取的特征向量V直接按位展开，得到480位的二进制序列B，使用可靠第三方密钥K₂对二进制序列B进行加密，具体为：使用K₂作为随机数发生器的种子，生成一个与B相同长度的随机二进制序列R，按照如下公式，生成水印序列： 其中为按位异或运算符，W为生成的待嵌入水印序列；步骤4：宿主图像显著性检测 对于作为宿主的人脸图像I_face,使用计算机视觉中的显著性检测方法，计算其显著性分布图； 步骤5：水印嵌入 将人脸图像I_face，分成尺寸为m×n的不交叠图像块；根据步骤4中的显著性检测结果，选取显著性值占前α%的图像块，并使用可靠第三方分配的密钥K₂，将其随机地平均分成480组；对于每一组图像块Λ_i，按照公式（1），对像素的灰度平均值进行量化； 其中表示向上取整操作符，返回一个不小于自变量的最小整数，w_i={0,1}为待嵌入的一个水印位,Q为量化步长，控制水印嵌入强度，取[2,10]之间的整数值；Q值越大，对宿主图像造成的失真越明显，水印鲁棒性越强；最后，通过修改中像素的灰度值，将其均值调整为u_i′，即得到嵌入水印后的图像块Λ_i′；遍历所有的图像块Λ_i,i＝1,2,...,480，重复上述操作，即得到 嵌入水印后的人脸图像I′_face；二、生物特征认证； 步骤（1）：水印提取 对于一副待认证的人脸生物特征图像首先进行水印提取，将分为m×n不交叠的图像块；根据嵌入过程中使用的密钥K₂重新定位用于水印嵌入的480组图像块i=1,2,...,480；对其中的第k组图像块计算其像素灰度的平均值并利用公式(2)提取水印位其中mod为取模运算符，[·]为取整运算符，Q为水印的量化步长参数；将提取出的所有水印位k=1,2,…,480，顺序排列，即得到提取出的水印序列步骤（2）：特征解码 使用K₂作为随机数发生器的种子，生成一个与W^*相同长度的随机二进制序列R，按照如下公式，得到解密后的二进制序列B*： 将480位的二进制序列B*，每8位一组转换为十进制的无符号整型数据，即得到提取出的60维指纹细节点特征向量V*； 步骤3：水印认证 使用模式分类方法，验证提取出的特征向量V*的有效性，分别使用指纹细节点和随机点集作为正负样本训练SVM分类器，并用于判别特征向量V*的有效性；如果V*是有效的指纹细节点特征，则认为生物特征数据的来源可靠，进入步骤（4）；否则，拒绝认证请求，认证失败； 步骤（4）：多生物特征身份认证 如果步骤（3）的水印认证通过，则同时使用水印生物特征和宿主生物特征进行多生物特征识别，使用分数层融合策略，分别使用提取出的指纹细节点特征V*和宿主人脸图像进行指纹识别和人脸识别，将二者的分数进行加权求和，得到最终的身份认证结果。