[发明专利]一种基于指纹特征生成密钥的方法

说明书

技术领域

本发明属于模式识别和密码学技术领域，具体涉及一种基于指纹特征生成密钥的方法。 

背景技术

由于指纹特征的模糊属性，即指纹采集仪的更换或者用户指纹的物理变化导致获得的指纹特征不稳定，就本身而言不能直接作为密钥使用。但是，利用纠错技术可以针对同一指纹准确地生成一个基于一定顺序的比特串。 

发明内容

在真实可靠的实验条件下，本发明提供了一套实用化的一种基于指纹特征与纠错技术的密钥生成方法。 

一种基于指纹特征与纠错技术的密钥生成方法包括用户指纹注册阶段和指纹密钥重生阶段； 

所述的用户指纹注册阶段具体如下：

1.提取用户的指纹二维图像，图像归一化，做一系列指纹图像处理的图像记作 。

2.图像以不同的旋转角度，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，。是要求生成指纹密钥的比特长度，而代表第次迭代的输入向量。 

3.计算的阶离散傅立叶变换获得频谱，频谱大小为。为频谱的频率值，。因为傅里叶变换的结果是对称的，舍掉了重复的那部分，取前面那一半幅值，这样就没有相位信息了，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： 

。

4.对计算阶离散傅立叶变换获得频谱，然后计算双频谱：，代表复数共轭运算，双频谱保留相位信息。，都是指频谱的频率值，取值范围为。双频谱都是具有非零虚部的复数向量，且是非对称的。 

5.在双频率平面内，第次将双频谱沿径向积分运算得到一组离散序列记为：，其中，是双频率空间内的斜率。将积分后的作为下次迭代的输入，即。 

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： 

，

其中代表差值，是的幅值和是的相位，两个放在一起可以生成一个幅值/相位矩阵。

7.二进制指纹密钥的提取。，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，。而统计学的应用需要一个训练集合。训练集合是指本发明实验时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（内部集合）和其它用户指纹图像生成的矩阵（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（固定比特），而概率为1表示一个比特信息（完全随机）。但是很少的比特的概率完美就是0或1。于是我们通过计算每个比特的重量，包含内部重量和外部重量，而。，分别表示比特的内部熵和外部熵。 

8.最高重量的个比特组成的比特串作为要提取的指纹密钥（）。为了能够重构出相同的指纹密钥，将最高重量的个比特的位置信息存储，并用作注册用户的指纹密钥的掩码。 

9.的加密密钥通过RS算法加密后得到一个个比特序列。将与结合生成一个查询表。存储查询表，删除与。RS算法是一类纠错能力很强的特殊的非二进制码和低速率的前向纠错的信道编码。 

所述的指纹密钥重生阶段具体如下： 

1.提取查询用户的指纹二维图像，指纹图像归一化，做一系列指纹图像处理后查询用户的图像记作。

2.验证用户采取注册阶段的第二步到第七步，得到最高重量的个比特组成的比特串。结合注册用户的指纹密钥的掩码生成一个比特串，将其作为验证用户的指纹密钥。 

3.利用获得的比特串。利用RS算法对解密获得的比特串。若与相等，认为验证用户和注册用户是同一个，注册用户的指纹密钥成功地重生。否则，就认为验证用户是非法入侵者。 

本方法生成的指纹密钥长度可以按意愿变化，并且密钥可以通过改变程序改变。本发明的特点是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。 

附图说明

图1是本发明的整个流程图； 

图2是注册用户指纹图；

图3是训练集合；

图4是查询指纹图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明作进一步说明。本发明的整个流程图为图1。 

所述的用户指纹注册阶段具体如下： 

1.提取用户的指纹二维图像，图像归一化。随后，对该指纹图像进行分割操作，方向场和梯度的计算，均衡，收敛，平滑，增强，二值化，细化等一系列预处理操作得到一幅清晰的保持了指纹特征信息二值图像记作。注册指纹图像是图2中的一个。