[发明专利]一种基于集合多项式变换与调和的指纹细节信息隐藏与恢复方法

说明书

技术领域

本发明涉及信息安全技术，特别涉及一种基于三角形外接圆和模运算的指纹细节信息隐藏与恢复方法。 

背景技术

为了获取用户的真实身份认证，系统数据安全必须要有充分保障，早期应用广泛的认证机制包括基于口令(比如密码)核对认证和基于令牌(比如身份卡)核对认证。口令认证的严重缺陷为容易遗忘，容易被别人猜测和攻击；令牌的问题有容易丢失、携带不方便、盗用和遭受伪造攻击等。这些问题都将会导致用户身份隐私遭到泄漏、攻击与非法侵犯。一旦黑客破解密码或者获取令牌，这种问题的发生就不可避免。因此，基于生物特征的加密认证技术得到了广泛的应用。 

生物特征认证是指利用人体的生理特征或者行为特征进行身份鉴定。目前利用生理特征进行生物特征认证的主要有：指纹识别、虹膜识别和脸相识别；利用行为特征进行认证的主要有：声音识别和笔迹识别。由于人体生物特征具有不可复制的唯一性，这使得生物特征身份认证方法可以不依赖于各种人造的和附加的物品来证明自己的身份，同时这些生物密钥不会丢失、不会遗忘，很难伪造和假冒，因此采用生物特征进行认证会具有更强的安全性与易用性。 

另一方面，生物特征信息的隐私性保护也尤为重要，传统的生物特征识别系统(以指纹为例)在识别的精度和速度上已经完全可以达到实用的要求，由于系统不采用任何加密措施，系统中存储的是原始的明文特征信息，然而随着软件攻击和破解技术的发展，整个生物特征认证系统就有可能完全暴露在黑客的攻击范围之内，从而使用户身份的安全性和隐私性受到威胁.生物特征不同于口令和密钥，丢失后可以重置，生物特征的丢失是永久性的丢失。 

为解决生物特征信息的安全性和隐私性问题，重点在于保护生物特征信息的模板安全。最为典型的解决方法是将密钥与模板有机融合在一起，使两者都不容易受到攻击，从而达到保护生物特征识别系统安全性的目的。在本发明中突破了使用密钥的方法，而是直接对生物特征信息进行变换，形成复杂的秘密信息，并且认证同样是单向认证，也就保证了生物特征信息的安全性和隐私性保存。 

基于生物特征模板保护技术总体来可分为以下几种：第一种是生物特征哈希(biohashing)，使用指纹和随机数结合的双因子身份认证方法。但是如果攻击者获取到与用户相关的令牌之后，该算法的性能将会大大降低。第二种是模板形变技术，比如Tuly akov等 人提出的适用于细节点模板的对称哈希函数，这种方法也属于模板形变技术的一种。再如Ratha等人提出的将指纹细节点集合从原始空间，经单向函数变换到另外空间，从而在变换后的空间进行细节点比较。以上方法的认证性能都有所下降。第三种是基于密钥绑定或生成的方法；此方法也叫生物特征加密(Biometric Encryption)。比如Moon等人提出了基于指纹的USB身份令牌的硬件和软件架构。其主要目的在于利用生物特征加密并保护秘密数据，提高系统的安全性和用户信息的隐私性。然而，其主要困难在于生物特征图像的可变性。这种可变性使得生物特征加密系统处理起来非常困难，必须要容许同一个人的生物特征变化来解码秘密值，但又不能容许另外一个人的生物特征解码泄露任何的秘密信息。 

生物特征模板保护技术具有很大的优势和潜力,能够满足各机构、企业或部门对个体身份认证的高级需求。但是，要想做到验证精准、生物特征系统可信,还有很多工作要做。因此，如何提高生物特征模板的安全性与保密性，是国内外学者需要重点思考的问题。 

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术指纹模板极易受到系统内部或外部的攻击，从而导致指纹特征失效的不足，提供一种利用指纹特征多项式变换运算和MD5加密运算双重运算认证的有机结合来解决指纹模板的隐私性和安全性问题的基于集合多项式变换与调和的指纹细节特征信息隐藏与恢复方法。 

本发明是通过以下技术方案来实现的：一种基于集合多项式变换与调和的指纹细节特征信息隐藏与恢复方法，将指纹细节特征信息分为特征三角形外接圆半径，以及外接圆圆心到三角形各顶点之间连线所组成的最小的两个夹角； 

所述的指纹细节信息隐藏与恢复方法，包括指纹细节特征信息的注册隐藏和指纹细节特征信息的验证恢复两个部分。其中指纹细节特征信息的注册隐藏包括以下几个子步骤：