可撤除掌紋識別與認證技術研究.pdf

1、作為一種新興的生物特征，掌紋已成為便捷、可靠的身份識別與認證方式。然而隨著掌紋系統(tǒng)應用的不斷推廣，掌紋識別與認證系統(tǒng)也逐漸暴露出與其他生物特征系統(tǒng)相同的安全問題：
　　●用戶的生物特征終生不變，即使用戶的生物特征模板遭到威脅，用戶也無法撤銷、更改和重新發(fā)布自己的生物特征模板。
　　●隨著生活中越來越多生物特征系統(tǒng)的出現(xiàn)，同一用戶相同特征的模板很可能保存和共享于多個數(shù)據(jù)庫中。如果某用戶在一個數(shù)據(jù)庫中的生物特征模板被成功竊取，則

2、此用戶保存在其他數(shù)據(jù)庫中的生物特征模板都不再安全。
　　●生物特征可能泄露諸如基因缺陷、疾病等個人隱私信息。
　　人們只有兩個手掌，掌紋特征資源十分有限，直接使用未加保護的掌紋將導致嚴重的安全隱患和隱私問題?？沙烦锾卣骷夹g是當前最有發(fā)展前景的生物特征模板保護技術之一，因此，本論文圍繞可撤除掌紋識別與認證技術展開研究，主要貢獻和創(chuàng)新工作如下：
　　(1)動態(tài)加權鑒別能量分析算法
　　系統(tǒng)總結了基于離散余弦變換(

3、Discrete Cosine Transform，DCT)的人臉和掌紋識別算法的整體框架，深入分析和合理解釋了DCT分量的掩膜和選擇問題。設計了“動態(tài)加權鑒別能量分析”(Dynamic Weighted Discrimination Power Analysis，DWDPA)算法，避免了DCT分量掩膜窗口形狀和尺寸的復雜優(yōu)化過程，實現(xiàn)了更有效的分量選擇準則。歸一化處理避免了分量之間的鑒別性干擾。加權機制提高了分量的鑒別性，加權權重根據(jù)

4、數(shù)據(jù)庫自適應調整，對不同數(shù)據(jù)庫更具普適性和魯棒性。并在DWDPA基礎上，設計并實現(xiàn)了可撤除生物特征方案。
　　(2)二維可撤除生物特征模板生成算法
　　將隨機壓縮投影(Random Compressive Projection，RCP)擴展為二維隨機壓縮投影(Two-dimensional RCP，2DRCP)和雙向二維隨機壓縮投影(Two-directionalTwo-dimensional RCP，(2D)2RCP)，降

5、低了算法的計算開銷和存儲開銷。通過將2DRCP與其他二維降維算法結合，提出了雙向二維融合隨機壓縮投影(Two-directionalTwo-dimensional Fusion RCP，(2D)2FRCP)，實現(xiàn)了不同降維算法的優(yōu)勢互補。(2D)2FRCP在用戶使用不同口令時不能得到更理想的性能，為此提出雙向二維疊加隨機壓縮投影(Two-directional Two-dimensional Plus RCP，(2D)2PRCP)算法。

6、通過多種組合方式比較，確定了二維可撤除生物特征模板生成方案。
　　(3)二維PalmHash碼
　　設計了基于紋理特征的用于安全掌紋認證的PalmHash碼，并將PalmHash碼從一維擴展至二維，降低了計算開銷和存儲開銷。二維PalmHash碼采用Gabor濾波掌紋圖像的二維隨機投影(Two-dimensional Random Projection，2DRP)作為特征提取器，生成類似噪聲的可撤除掌紋模板。2DRP保持了特

7、征矩陣結構，精度更高。根據(jù)Gabor濾波掌紋圖像實部和虛部的經(jīng)驗性分布，確定了t分布擬合模型，并在此基礎上通過完整的分析框架，證明了PalmHash碼的認證性能。
　　(4)二維PalmPhasor碼
　　PalmPhasor碼采用非線性運算代替PalmHash碼的線性運算，提高了算法的安全性。將PalmPhasor碼從一維擴展至二維，降低了計算開銷、存儲開銷，提高了精度。根據(jù)Gabor濾波掌紋圖像實部和虛部的分布特性，通過

8、完整的分析框架，證明了PalmPhasor碼的認證性能。
　　(5)方向共生可撤除掌紋碼
　　建立了方向共生可撤除掌紋碼框架。采用多方向分數(shù)級融合降低了匹配分數(shù)方差，提高了認證性能。采用垂直方向轉置降低了垂直方向二維可撤除掌紋碼的相關性，提高了抵抗統(tǒng)計攻擊的魯棒性。通過認證性能分析和實驗結果，證明了兩種策略增強的二維可撤除掌紋碼可以同時有效地滿足可撤除生物特征的多項指標，即使在口令被盜的情況下，仍滿足實用化的精度要求。

9、>　　(6)雙鑰綁定可撤除掌紋加密系統(tǒng)
　　傳統(tǒng)生物特征密鑰生成算法未考慮生物特征密鑰的可撤除性，一旦生物特征密鑰泄露，將導致被盜用戶永遠無法使用相應的生物特征認證系統(tǒng)和加密系統(tǒng)。在二維可撤除掌紋碼的基礎上，設計了“雙鑰綁定(dual-key-binding)掌紋加密系統(tǒng)”方案，此系統(tǒng)中的掌紋密鑰不僅滿足多樣性，可以取消和重新發(fā)布，還增強了掌紋密鑰生成過程的不可逆性，有效保護了原始掌紋特征。同時，增強了系統(tǒng)抵抗選擇明文攻擊的能力。