專(zhuān)利名稱(chēng)：一種基于生物特征水印的安全身份認(rèn)證方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息安全與模式識(shí)別領(lǐng)域，涉及數(shù)字水印和生物特征識(shí)別技術(shù)，特別是使用數(shù)字水印驗(yàn)證數(shù)據(jù)可靠性以及使用多種生物特征認(rèn)證用戶(hù)身份。
背景技術(shù)：
隨著計(jì)算機(jī)和信息技術(shù)的迅速發(fā)展，身份信息的數(shù)字化和隱性化成為了當(dāng)今網(wǎng)絡(luò)信息時(shí)代的一大特征。如何有效地識(shí)別個(gè)人身份，涉及到公民的隱私、財(cái)產(chǎn)安全和公共秩序的安定，是一個(gè)迫待解決的關(guān)鍵社會(huì)問(wèn)題。傳統(tǒng)的身份認(rèn)證技術(shù)使用知識(shí)(如密碼、口令等)或令牌(如鑰匙、證件等)作為身份標(biāo)識(shí)對(duì)用戶(hù)身份進(jìn)行鑒別。在這類(lèi)方法中，認(rèn)證方雖然可以確定身份標(biāo)識(shí)的真?zhèn)螀s無(wú)法確認(rèn)數(shù)據(jù)來(lái)源的可靠性。攻擊者一旦獲取合法用戶(hù)的身份標(biāo)識(shí)便可輕易地偽裝合法用戶(hù)的身份，從而帶來(lái)巨大的安全隱患。生物特征識(shí)別，是使用人體固有的生物特征，即生理特征(如指紋，虹膜等)或行為特征(如步態(tài)，簽名等)，鑒別用戶(hù)身份的一種技術(shù)。生物特征具有唯一性，不會(huì)被遺忘或丟失，不易偽造等優(yōu)點(diǎn)，因而由其產(chǎn)生的生物特征認(rèn)證技術(shù)，與傳統(tǒng)方法相比具有更好的便捷性、安全性和可靠性，近年來(lái)已成為世界各國(guó)普遍重視并大力發(fā)展的關(guān)鍵技術(shù)與產(chǎn)業(yè)。然而，隨著生物特征識(shí)別技術(shù)的廣泛應(yīng)用，生物特征數(shù)據(jù)本身的安全問(wèn)題顯得日益突出。由于生物特征數(shù)據(jù)在存儲(chǔ)或傳輸?shù)倪^(guò)程中，可能遭受非法的篡改、偽造或替換等惡意攻擊，因而保護(hù)生物特征數(shù)據(jù)的可靠性，是保證認(rèn)證系統(tǒng)安全的關(guān)鍵。目前用于保護(hù)生物特征數(shù)據(jù)的技術(shù)，主要有數(shù)字簽名，生物特征模板保護(hù)和數(shù)字水印三類(lèi)。數(shù)字簽名是一種傳統(tǒng)的數(shù)據(jù)可靠性認(rèn)證方法。Glass等Q001)基于數(shù)字簽名的認(rèn)證系統(tǒng)，保證生物特征數(shù)據(jù)在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境中的安全傳輸(參考文獻(xiàn)[1] :R. Glass et al.. Method and apparatus for securely transmitting and authenticating biometric data over a network[P]. US Patent :6,332,193. Dec. 18，2001.)。該方案首先利用發(fā)送方的密鑰計(jì)算原始生物特征數(shù)據(jù)的摘要，并將其與生物特征數(shù)據(jù)同時(shí)發(fā)送至認(rèn)證端。認(rèn)證方使用發(fā)送方的密鑰重新計(jì)算生物特征數(shù)據(jù)的摘要，與接收到的摘要信息進(jìn)行對(duì)比，從而判斷數(shù)據(jù)內(nèi)容的可靠性。但是這類(lèi)方法，一方面對(duì)密鑰的管理提出了較高的要求，一旦密鑰泄漏，攻擊者就能夠?qū)Ψ欠〝?shù)據(jù)生成合法摘要。另一方面，認(rèn)證系統(tǒng)的容錯(cuò)性較低。傳輸過(guò)程中，摘要信息或生物特征數(shù)據(jù)經(jīng)受任何程度的失真，均會(huì)導(dǎo)致認(rèn)證端摘要匹配的失敗，進(jìn)而被誤判為非法數(shù)據(jù)。生物特征模板保護(hù)技術(shù)，是目前應(yīng)用較為廣泛的生物特征數(shù)據(jù)保護(hù)方案(參考文獻(xiàn)[2] :A. K. Jain,K. Nandakumar, and A. Nagar,"Biometric Template Security,^URASIP Journal on Advances in Signal Processing, vol. 2008,2008, p. 579416.) 在這類(lèi)系統(tǒng)中，生物特征數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)特征提取和加密變換后，轉(zhuǎn)化為生物特征模板的形式進(jìn)行存儲(chǔ)。根據(jù)加密過(guò)程中所采用的變換類(lèi)型，可大致分為基于可逆變換與基于不可逆變換的兩大類(lèi)方法?；诳赡孀儞Q的方法，一旦加密數(shù)據(jù)被破解，攻擊者將能夠重建用戶(hù)的原始生物特征，造成難以挽回的損失?；诓豢赡孀儞Q的方法，變換形式的隱蔽性與模板特征的可判別性之間存在矛盾，即簡(jiǎn)單的變換方法容易被攻擊者發(fā)現(xiàn)，復(fù)雜的變換又將破壞不同用戶(hù)生物特征的可區(qū)分性。此外，在一些特殊的應(yīng)用場(chǎng)合中，生物特征數(shù)據(jù)必須以原始的形式存在 (如智能卡上的人臉圖像)，這種情況下，基于加密變換的模板保護(hù)技術(shù)將無(wú)法適用。數(shù)字水印，是將標(biāo)識(shí)信息(水印)在不影響數(shù)字媒體(宿主)使用價(jià)值的前提下， 以不可見(jiàn)的形式嵌入其中的一種技術(shù)。特別地，如果這個(gè)過(guò)程中，使用生物特征數(shù)據(jù)作為水印或宿主，則稱(chēng)該數(shù)字水印技術(shù)為生物特征水印。由于水印信息是以不可見(jiàn)的方式嵌入在宿主，不會(huì)引起攻擊者的注意，可以用來(lái)隱秘傳輸生物特征數(shù)據(jù)。此外，水印信息始終與宿主結(jié)合在一起，很難被去除，可用于生物特征數(shù)據(jù)的來(lái)源及內(nèi)容認(rèn)證。Kim等Q009)將人臉圖像的縮略圖作為水印信息，嵌入到指紋圖像中，并通過(guò)網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)椒?wù)器端進(jìn)行身份認(rèn)證。認(rèn)證方從指紋圖像中提取人臉?biāo)?，根?jù)水印的完整性來(lái)判斷數(shù)據(jù)是否有效。但由于人臉縮略圖所包含的身份信息有限，水印只是起到完整性認(rèn)證的功能，無(wú)法用于身份識(shí)別(參考文獻(xiàn)[3]W. Kim and H. Lee, "Multimodal biometric image watermarking using two-stage integrity verification,，，Signal Processing, vol. 89，Dec. 2009，PP. 2385-2399.)。Vatsa等(2009)將語(yǔ)音信號(hào)嵌入在人臉圖像中，作為額外的身份信息。認(rèn)證方將提取出的語(yǔ)音信號(hào)與人臉圖像，進(jìn)行多生物特征融合識(shí)別，提高認(rèn)證精度。但是，水印在該系統(tǒng)中，只是起到隱秘傳輸語(yǔ)音特征的作用，并未對(duì)人臉圖像的可靠性進(jìn)行認(rèn)證，無(wú)法抵抗偽造、替換等惡意攻擊(參考文獻(xiàn)W] :M. Vatsa, R.Singh, and a Noore，“Feature based RDWT watermarking for multimodal biometric system，，，Image and Vision Computing，vol. 27，F(xiàn)eb. 2009，pp. 293-304.)。以上兩種方法，代表了現(xiàn)有的兩類(lèi)生物特征水印技術(shù)1、將生物特征作為認(rèn)證標(biāo)志。認(rèn)證時(shí)，通過(guò)提取生物特征水印，驗(yàn)證宿主數(shù)據(jù)的來(lái)源及內(nèi)容可靠性。但水印信息本身， 無(wú)法用于身份認(rèn)證。2、使用水印技術(shù)進(jìn)行隱秘?cái)?shù)據(jù)傳輸，將生物特征水印作為額外的身份認(rèn)證信息。認(rèn)證方同時(shí)使用提取出的生物特征水印和宿主生物特征，進(jìn)行多生物特征識(shí)別， 提高認(rèn)證準(zhǔn)確度。但是這類(lèi)方法，并未對(duì)生物特征數(shù)據(jù)的可靠性進(jìn)行鑒別，無(wú)法抵抗偽造、 替換等惡意攻擊。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種新的基于生物特征水印的身份認(rèn)證方法，提高生物特征認(rèn)證流程的安全性與可靠性。本發(fā)明的一種基于生物特征水印的安全身份認(rèn)證方法，包含生物特征水印的嵌入和認(rèn)證兩個(gè)階段，具體為一、水印嵌入階段；具體包括以下幾個(gè)步驟步驟1 宿主生物特征圖像采集采集待認(rèn)證身份用戶(hù)的生物特征信息，生物特征信息為圖像形式；步驟2 待嵌入生物特征提取再次采集步驟1中的同一個(gè)用戶(hù)的一種生物特征信息，作為待嵌入生物特征，從待嵌入的生物特征中，提取用于身份判別的特征向量；
步驟3:水印生成對(duì)步驟2中提取出的待嵌入生物特征進(jìn)行編碼，生成二進(jìn)制的水印序列；生成過(guò)程中，使用可靠第三方分配的密鑰K1對(duì)序列進(jìn)行加密；步驟4 宿主圖像顯著性區(qū)域檢測(cè)對(duì)步驟1中宿主生物特征圖像進(jìn)行顯著性區(qū)域檢測(cè)；步驟5:水印嵌入根據(jù)步驟4中的宿主圖像顯著性區(qū)域檢測(cè)結(jié)果，使用空域水印嵌入方法，將步驟3 中生成的水印序列，嵌入到宿主生物特征圖像的顯著區(qū)域中，產(chǎn)生包含水印的生物特征圖像；嵌入過(guò)程中，使用可靠第三方為本次認(rèn)證事務(wù)分配的密鑰K2作為嵌入密鑰；二、生物特征認(rèn)證階段；具體包括以下幾個(gè)步驟步驟(1)水印提取對(duì)于待認(rèn)證的生物特征數(shù)據(jù)，使用水印的嵌入密鑰K2,根據(jù)水印嵌入階段步驟5所使用的水印嵌入方法，提取二進(jìn)制水印序列；步驟⑵特征解碼使用密鑰K1對(duì)步驟(1)中提取出的水印序列，按照水印嵌入階段步驟3的逆過(guò)程進(jìn)行解碼，重構(gòu)出特征向量；步驟(3)水印認(rèn)證預(yù)先使用有效的生物特征水印和無(wú)效的隨機(jī)模式分別作為正負(fù)樣本，訓(xùn)練出判別生物特征是否有效的二分類(lèi)模式分類(lèi)器；水印認(rèn)證時(shí)，使用分類(lèi)器驗(yàn)證步驟O)中提取出的特征向量，是否為有效的生物特征信息，如果是無(wú)效生物特征信息，認(rèn)證失敗否則，轉(zhuǎn)入步驟⑷；步驟多生物特征身份認(rèn)證將水印信息作為第二種生物特征，與宿主生物特征進(jìn)行融合多生物特征識(shí)別，得到認(rèn)證結(jié)果。本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)在于(1)每次認(rèn)證事務(wù)，均由可靠第三方單獨(dú)分配水印加密密鑰K1,以及水印嵌入密鑰 K2，提高了安全性。(2)嵌入水印時(shí)，通過(guò)對(duì)宿主圖像進(jìn)行顯著性分析，選擇合適的嵌入位置和強(qiáng)度， 減小水印對(duì)生物特征宿主識(shí)別性能的影響。(3)認(rèn)證階段，首先提取并驗(yàn)證水印特征的有效性，確保生物特征數(shù)據(jù)的可靠性， 然后才進(jìn)行身份認(rèn)證，提高了認(rèn)證系統(tǒng)的安全性。(4)對(duì)于通過(guò)水印驗(yàn)證的可靠數(shù)據(jù)，進(jìn)一步使用提取出的水印生物特征，與宿主生物特征進(jìn)行多生物特征認(rèn)證，提高身份認(rèn)證的準(zhǔn)確度。


圖1是本發(fā)明的方法流程圖；圖加是本發(fā)明的實(shí)施例中，作為宿主的人臉生物特征圖像；圖2b是對(duì)圖加中的人臉圖像進(jìn)行顯著性檢測(cè)的結(jié)果；
圖2c是根據(jù)圖2b的檢測(cè)結(jié)果，選擇出的顯著性占前60%的人臉區(qū)域；圖3a是本發(fā)明實(shí)施例中使用的指紋圖像；圖北是從圖3a的指紋圖像中，提取并篩選出的二十個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)特征；圖如是含水印的合法人臉圖像，以及使用正確的密鑰提取出的指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)水?。粓D4b是含水印的合法人臉圖像，以及使用錯(cuò)誤的密鑰提取出的水印模式；圖如是遭受篡改的含水印人臉圖像，以及使用正確的密鑰提取出的水印模式；圖4d是不含水印的冒充圖像，以及使用正確的密鑰提取出的水印模式；
具體實(shí)施例方式以下結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
，對(duì)本發(fā)明做進(jìn)一步說(shuō)明。本發(fā)明的一種基于生物特征水印的安全身份認(rèn)證方法，采集用戶(hù)的兩種生物特征 (或同一種特征采集兩次)，將一種生物特征以數(shù)字水印的形式嵌入到另一種生物特征宿主中，產(chǎn)生含水印的生物特征，用于認(rèn)證用戶(hù)身份。在水印嵌入的過(guò)程中，通過(guò)對(duì)宿主生物特征圖像進(jìn)行視覺(jué)顯著性檢測(cè)，選擇合適的水印嵌入位置，減小水印對(duì)宿主生物特征的影響。認(rèn)證時(shí)，首先從生物特征中提取并驗(yàn)證生物特征水印的有效性，從而拒絕來(lái)源或內(nèi)容不可靠的數(shù)據(jù)(如不包含水印的偽造數(shù)據(jù)，水印遭破壞的篡改數(shù)據(jù)等)，提高認(rèn)證系統(tǒng)的安全性。最后，對(duì)于通過(guò)水印驗(yàn)證的合法數(shù)據(jù)，進(jìn)一步利用提取出的生物特征水印，與宿主生物特征同時(shí)進(jìn)行身份識(shí)別，提高身份認(rèn)證結(jié)果的準(zhǔn)確度。流程如圖1所示，包含生物特征水印的嵌入和認(rèn)證兩個(gè)階段，具體為一、水印嵌入階段。具體包括以下幾個(gè)步驟步驟1 宿主生物特征圖像采集對(duì)于待認(rèn)證身份的用戶(hù)，采集一種以圖像形式存在的生物特征信息，如指紋、人臉，虹膜圖像等，一方面用于用戶(hù)身份識(shí)別，另一方面作為生物特征水印的載體(宿主)。步驟2 待嵌入生物特征提取對(duì)于步驟1中的同一個(gè)用戶(hù)，再次采集一種生物特征信息作為待嵌入生物特征 (可與步驟1中的宿主生物特征為同一種生物特征，但不局限于圖像形式)，如語(yǔ)音信號(hào)， 步態(tài)視頻，簽名序列等。從待嵌入的生物特征中，提取用于身份判別的特征向量(如人臉的特征臉系數(shù)向量，指紋的細(xì)節(jié)點(diǎn))。步驟3:水印生成對(duì)步驟2中提取出的待嵌入生物特征進(jìn)行編碼，生成二進(jìn)制的水印序列。生成過(guò)程中，可通過(guò)使用糾錯(cuò)編碼增加信息的容錯(cuò)性，使用可靠第三方分配的密鑰K1對(duì)序列進(jìn)行加密，增強(qiáng)信息的安全性。步驟4 宿主圖像顯著性區(qū)域檢測(cè)顯著性區(qū)域檢測(cè)，是通過(guò)計(jì)算機(jī)視覺(jué)的方法，分析出一副圖像中容易引起人類(lèi)視覺(jué)注意的區(qū)域。本發(fā)明提出，對(duì)于生物特征圖像，顯著性區(qū)域包含主要的身份判別信息，對(duì)于生物特征識(shí)別有重要貢獻(xiàn)，應(yīng)作為水印的重點(diǎn)保護(hù)內(nèi)容。而且，顯著性區(qū)域中的內(nèi)容不易被噪聲改變，一方面水印的嵌入不會(huì)影響宿主生物特征的識(shí)別性能，另一方面嵌入其中可以增強(qiáng)水印的魯棒性。此外，攻擊者如果試圖去除或更改顯著性區(qū)域中的水印，必然連同宿主圖像的有意義內(nèi)容一同破壞。因而，本發(fā)明在嵌入水印之前，首先檢測(cè)出步驟1中宿主生物特征圖像的顯著性區(qū)域，為嵌入水印做準(zhǔn)備。步驟5:水印嵌入根據(jù)步驟4中的宿主圖像顯著性分析的結(jié)果，使用空域水印嵌入算法(如嵌入在像素的最不重要位的LSB方法)，將步驟3中生成的水印序列，嵌入到宿主生物特征圖像的顯著區(qū)域中，產(chǎn)生包含水印的生物特征圖像。嵌入過(guò)程中，可使用可靠第三方為本次認(rèn)證事務(wù)分配的密鑰K2作為嵌入密鑰，增強(qiáng)水印算法的安全性。二、生物特征認(rèn)證階段。具體包括以下幾個(gè)步驟步驟1 水印提取對(duì)于待認(rèn)證的生物特征數(shù)據(jù)，使用水印的嵌入密鑰K2,根據(jù)水印嵌入階段步驟5所使用的水印嵌入方法，提取二進(jìn)制水印序列。步驟2 特征解碼使用密鑰K1對(duì)步驟1中提取出的水印序列，按照水印嵌入階段步驟3的逆過(guò)程進(jìn)行解碼，重構(gòu)出特征向量。步驟3:水印認(rèn)證預(yù)先使用有效的生物特征水印和無(wú)效的隨機(jī)模式分別作為正負(fù)樣本，訓(xùn)練出判別生物特征是否有效的二分類(lèi)模式分類(lèi)器(如Adab00st，SVM)。水印認(rèn)證時(shí)，使用該分類(lèi)器驗(yàn)證步驟2中提取出的特征向量，是否為有效的生物特征信息，如果是無(wú)效生物特征信息， 認(rèn)證失敗，本發(fā)明可以鑒別以下情況，保證數(shù)據(jù)的可靠性，進(jìn)而提高認(rèn)證系統(tǒng)的安全性。1)利用非法手段偽造的數(shù)據(jù)，不包含水印。2)數(shù)據(jù)內(nèi)容經(jīng)過(guò)篡改，水印信息被破壞。3)使用非法竊取的含水印數(shù)據(jù)，由于每次認(rèn)證使用的密鑰K1,K2不同，提取出的水印無(wú)效。如果是有效的生物特征信息，轉(zhuǎn)入步驟4。步驟4 多生物特征身份認(rèn)證只有步驟3的水印被認(rèn)證為有效，才進(jìn)行用戶(hù)身份認(rèn)證。將水印信息作為第二種生物特征，與宿主生物特征進(jìn)行融合多生物特征識(shí)別(如特征層融合，分?jǐn)?shù)層融合，決策層融合)，得到認(rèn)證結(jié)果，提高身份認(rèn)證系統(tǒng)的準(zhǔn)確度。實(shí)施例本實(shí)施例以指紋特征嵌入人臉圖像為例對(duì)本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行說(shuō)明，但本發(fā)明所提出的技術(shù)方案，適用于所有將一種生物特征嵌入生物特征圖像中的情況，如語(yǔ)音信號(hào)嵌入人臉圖像，簽名特征嵌入指紋圖像，虹膜編碼嵌入虹膜圖像等。一、水印嵌入階段。具體包括以下幾個(gè)步驟步驟1 宿主生物特征圖像采集在常用的生物特征中，人臉是最經(jīng)常以圖像形式存在的生物特征，最適合人類(lèi)進(jìn)行識(shí)別的，但相對(duì)也最容易遭受篡改和偽造，更加需要額外措施的保護(hù)。因而，本實(shí)施例采用人臉圖像作為宿主生物特征，記為Ifare。
步驟2 待嵌入生物特征提取本實(shí)施例從待認(rèn)證用戶(hù)的指紋圖像中，提取細(xì)節(jié)點(diǎn)信息作為待嵌入特征。具體地， 采集待認(rèn)證用戶(hù)的指紋圖像，并進(jìn)行細(xì)節(jié)點(diǎn)提取。選取距離中心點(diǎn)最近的20個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)作為待嵌入特征V= [νι，ν2，...，ν2(1]。Vk= (xk, yk, θ k), k e [1,20]表示第 k 個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)，其中(xk，yk)為第k個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)的二維坐標(biāo)，其數(shù)值被量化為
區(qū)間中的整數(shù)，Qk為第k 個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)處脊線(xiàn)的切線(xiàn)方向，量化為W，360]區(qū)間中的偶數(shù)。特征向量的每一維使用8位無(wú)符號(hào)整型數(shù)據(jù)表示，因而最終的指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)特征向量V包含8X3X20 = 480位。步驟3:水印生成為了進(jìn)行水印嵌入，數(shù)值形式的特征向量需要轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制的0、1序列。具體實(shí)施方案中可采用壓縮編碼或糾錯(cuò)編碼對(duì)其進(jìn)行調(diào)制。本實(shí)施例中，直接將步驟2中提取的特征向量V直接按位展開(kāi)，得到480位的二進(jìn)制序列B。為了增強(qiáng)信息的安全性，使用可靠第三方密鑰K2對(duì)二進(jìn)制序列B進(jìn)行加密。本實(shí)施例中，使用K2作為隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的種子， 生成一個(gè)與B相同長(zhǎng)度(即480位)的隨機(jī)二進(jìn)制序列R。按照如下公式，生成水印序列W =其中Θ為按位異或運(yùn)算符，W為生成的待嵌入水印序列。步驟4 宿主圖像顯著性檢測(cè)對(duì)于作為宿主的人臉圖像Ifaee，使用計(jì)算機(jī)視覺(jué)中的顯著性檢測(cè)方法(如Itti， GBVS等)，計(jì)算其顯著性分布圖(Saliency Map)。顯著性分布圖是一個(gè)二維矩陣，其中的每個(gè)元素為W，l]區(qū)間內(nèi)的浮點(diǎn)數(shù)，與原始圖像中的一個(gè)像素(或小塊)一一對(duì)應(yīng)，顯著性值的大小代表了該區(qū)域的視覺(jué)顯著程度，數(shù)值越大顯著性越強(qiáng)。步驟5:水印嵌入將人臉圖像Ifare，分成尺寸為mXn的不交疊圖像塊。根據(jù)步驟4中的顯著性檢測(cè)結(jié)果，選取顯著性值占前的圖像塊(建議取值范圍30 % 70 % )，并使用可靠第三方分配的密鑰K2,將其隨機(jī)地平均分成480組。對(duì)于每一組圖像塊AiG = 1，2，...，480)，按照公式(1)，對(duì)像素的灰度平均值進(jìn)行量化。
權(quán)利要求
1.一種基于生物特征水印的安全身份認(rèn)證方法，其特征在于，包含生物特征水印的嵌入和認(rèn)證兩個(gè)階段，具體為一、水印嵌入階段；具體包括以下幾個(gè)步驟 步驟1 宿主生物特征圖像采集采集待認(rèn)證身份用戶(hù)的生物特征信息，生物特征信息為圖像形式； 步驟2 待嵌入生物特征提取再次采集步驟1中的同一個(gè)用戶(hù)的一種生物特征信息，作為待嵌入生物特征，從待嵌入的生物特征中，提取用于身份判別的特征向量； 步驟3 水印生成對(duì)步驟2中提取出的待嵌入生物特征進(jìn)行編碼，生成二進(jìn)制的水印序列；生成過(guò)程中， 使用可靠第三方分配的密鑰K1對(duì)序列進(jìn)行加密； 步驟4 宿主圖像顯著性區(qū)域檢測(cè)對(duì)步驟1中宿主生物特征圖像進(jìn)行顯著性區(qū)域檢測(cè)； 步驟5 水印嵌入根據(jù)步驟4中的宿主圖像顯著性區(qū)域檢測(cè)結(jié)果，使用空域水印嵌入方法，將步驟3中生成的水印序列，嵌入到宿主生物特征圖像的顯著區(qū)域中，產(chǎn)生包含水印的生物特征圖像；嵌入過(guò)程中，使用可靠第三方為本次認(rèn)證事務(wù)分配的密鑰K2作為嵌入密鑰；二、生物特征認(rèn)證階段； 具體包括以下幾個(gè)步驟 步驟⑴水印提取對(duì)于待認(rèn)證的生物特征數(shù)據(jù)，使用水印的嵌入密·Κ2，根據(jù)水印嵌入階段步驟5所使用的水印嵌入方法，提取二進(jìn)制水印序列； 步驟O)特征解碼使用密鑰K1對(duì)步驟(1)中提取出的水印序列，按照水印嵌入階段步驟3的逆過(guò)程進(jìn)行解碼，重構(gòu)出特征向量； 步驟⑶水印認(rèn)證預(yù)先使用有效的生物特征水印和無(wú)效的隨機(jī)模式分別作為正負(fù)樣本，訓(xùn)練出判別生物特征是否有效的二分類(lèi)模式分類(lèi)器；水印認(rèn)證時(shí)，使用分類(lèi)器驗(yàn)證步驟O)中提取出的特征向量，是否為有效的生物特征信息，如果是無(wú)效生物特征信息，認(rèn)證失敗否則，轉(zhuǎn)入步驟 ⑷；步驟多生物特征身份認(rèn)證將水印信息作為第二種生物特征，與宿主生物特征進(jìn)行融合多生物特征識(shí)別，得到認(rèn)證結(jié)果。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種基于生物特征水印的安全身份認(rèn)證方法，其特征在于， 當(dāng)宿主生物特征信息為人臉圖像，待嵌入生物特征為指紋時(shí)，具體為一、水印嵌入階段； 具體包括以下幾個(gè)步驟 步驟1 宿主生物特征圖像采集采集待認(rèn)證身份用戶(hù)的人臉圖像，作為宿主生物特征圖像，記為Ifare ； 步驟2 待嵌入生物特征提取再次采集步驟1中的同一個(gè)用戶(hù)的指紋圖像，提取細(xì)節(jié)點(diǎn)信息作為待嵌入特征，選取距離中心點(diǎn)最近的20個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)作為待嵌入特征:V = [vi; V2,…，V20] ；Vk = (xk, yk，θ k)， k e [1,20]表示第k個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)，其中Uk，yk)為第k個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)的二維坐標(biāo)，其數(shù)值被量化為
區(qū)間中的整數(shù)，qk為第k個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)處脊線(xiàn)的切線(xiàn)方向，量化為W，360]區(qū)間中的偶數(shù)；特征向量的每一維使用8位無(wú)符號(hào)整型數(shù)據(jù)表示，最終的指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)特征向量V包含 8 X 3 X 20 = 480 位； 步驟3 水印生成將步驟2中提取的特征向量V直接按位展開(kāi)，得到480位的二進(jìn)制序列B，使用可靠第三方密鑰K2對(duì)二進(jìn)制序列B進(jìn)行加密，具體為使用K2作為隨機(jī)數(shù)發(fā)生器的種子，生成一個(gè)與B相同長(zhǎng)度的隨機(jī)二進(jìn)制序列R，按照如下公式，生成水印序列 W = B R其中Θ為按位異或運(yùn)算符，W為生成的待嵌入水印序列； 步驟4:宿主圖像顯著性檢測(cè)對(duì)于作為宿主的人臉圖像Ifare，使用計(jì)算機(jī)視覺(jué)中的顯著性檢測(cè)方法，計(jì)算其顯著性分布圖；步驟5 水印嵌入將人臉圖像Ifare，分成尺寸為mXn的不交疊圖像塊；根據(jù)步驟4中的顯著性檢測(cè)結(jié)果， 選取顯著性值占前的圖像塊，并使用可靠第三方分配的密鑰K2,將其隨機(jī)地平均分成 480組；對(duì)于每一組圖像塊Ai，按照公式(1)，對(duì)像素的灰度平均值進(jìn)行量化；
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的一種基于生物特征水印的安全身份認(rèn)證方法，其特征在于， 所述的￡1%為30% 70%。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于生物特征水印的安全身份認(rèn)證方法，包含生物特征水印的嵌入和認(rèn)證兩個(gè)階段，水印嵌入階段包括步驟1宿主生物特征圖像采集，步驟2待嵌入生物特征提取，步驟3水印生成，步驟4宿主圖像顯著性區(qū)域檢測(cè)，步驟5水印嵌入；生物特征認(rèn)證階段段包括步驟(1)水印提取，步驟(2)特征解碼，步驟(3)水印認(rèn)證，步驟(4)多生物特征身份認(rèn)證。本發(fā)明中每次認(rèn)證事務(wù)，均由可靠第三方單獨(dú)分配水印加密密鑰K1，以及水印嵌入密鑰K2，提高了安全性。而且本發(fā)明嵌入水印時(shí)，通過(guò)對(duì)宿主圖像進(jìn)行顯著性分析，選擇合適的嵌入位置和強(qiáng)度，減小水印對(duì)生物特征宿主識(shí)別性能的影響。
文檔編號(hào)G06T1/00GK102306305SQ201110188208
公開(kāi)日2012年1月4日 申請(qǐng)日期2011年7月6日 優(yōu)先權(quán)日2011年7月6日
發(fā)明者張兆翔, 徐濤, 李春雷, 王蘊(yùn)紅, 馬彬 申請(qǐng)人:北京航空航天大學(xué)