[发明专利]一种人类指纹生物密钥生成方法

权利要求书

1.一种人类指纹生物密钥生成方法，其特征在于该方法包括以下步骤：指纹生物密钥训练部分和指纹生物密钥提取部分；

指纹生物密钥训练部分具体步骤为：

第一步，用户对同一枚指纹进行2-5次样本采集，获得2幅以上的指纹灰度图像，将灰度图像统一缩放到354×354像素大小，这一阶段获得的指纹图像标记为指纹图像1；

第二步，对获得的指纹图像1进行均衡化处理，获得指纹图像2；

第三步，对指纹图像2进行图像收敛处理，获得指纹图像3；

第四步，对指纹图像3进行图像平滑处理，获得指纹图像4；

第五步，对指纹图像4进行图像增强处理，获得指纹图像5；

第六步，对指纹图像5进行二值化处理，获得指纹图像6；

第七步，对指纹图像6进行细化处理，获得指纹图像7；

第八步，从指纹图像7中提取指纹特征端点、叉点，去除伪端点、叉点，用二维笛卡尔坐标系记录指纹特征端点、叉点坐标；

第九步，将采集的指纹样本图像依次进行特征配准，配准时将端点、叉点视为同一性质的特征点；两幅图像可配准的特征点登记为该枚指纹的真实特征点，同一个真实特征点在两幅图像中可能有两组不同的坐标值（x1，y1）（x2，y2），取两组坐标值的均值（Ex，Ey），记录为该真实特征点的坐标值；配准好的特征点与后一副图像再次进行特征配准；配准完成后得真实特征点集合，集合含特征点个数记为M；

第十步，为每个真实特征点构造两个矩阵，D1×D1维的随机误差方阵，记为DX_i，D1×2维的特征点标准坐标值矩阵，记为DY_i；1<i<M，D1取值在13–42之间；

第十一步，求解DX_i的广义逆矩阵，记为IDX_i，将IDX_i左乘矩阵DY_i得到对应每个真实特征点的高维空间投影矩阵PDX_i=IDX_i×DY_i,在待认证用户端存储每个真实特征点的投影矩阵PDX_i；投影矩阵PDX_i不含指纹模板信息，攻击者即使获取投影矩阵也难以恢复用户指纹；

第十二步，以指纹图像几何中心为原点，选取离原点距离最近的25个真实特征点，设定一个8～22阶的多项式函数，形如：

f(x)=a₀+a₁*x+a₂*x²+a₃*x³+…+a_n*xⁿ，

其中n为阶数，a₀～a_n∈正整数，其值域范围为0～2²⁴，即每个系数有24bit；在真实特征点集合中选取n+t个特征点，将特征点的(x,y)坐标拼接为一个值z=x|y，z∈正整数，代入多项式函数求得函数值f(z)，在待认证用户端存储n+t个f(z)的值及阶数n；2<t<10；

指纹生物密钥训练完成；

指纹生物密钥提取部分具体步骤为：

第一步，待认证用户对指纹进行2次采样，获得2幅指纹灰度图像，将灰度图像统一缩放到与指纹生物密钥训练阶段相同的像素大小；获得的指纹图像标记为指纹图像a；

第二步，对获得的指纹图像a进行均衡化处理，获得指纹图像b；

第三步，对指纹图像b进行图像收敛处理，获得指纹图像c；

第四步，对指纹图像c进行图像平滑处理，获得指纹图像d；

第五步，对指纹图像d进行图像增强处理，获得指纹图像e；

第六步，对指纹图像e进行二值化处理，获得指纹图像f；

第七步，对指纹图像f进行细化处理，获得指纹图像g；

第八步，从指纹图像g中提取指纹特征端点、叉点，去除伪端点、叉点，用二维笛卡尔坐标系记录指纹特征端点、叉点坐标；

第九步，从采集的2幅指纹样本图像进行指纹特征配准，配准时将端点、叉点视为同一性质的特征点；两幅图像可配准的特征点登记为该枚指纹的备选真实特征点，同一个备选真实特征点在两幅图像中可能有两组不同的坐标值（x1，y1）（x2，y2），取两组坐标值的均值（Ex，Ey），记录为该备选真实特征点的坐标值；配准完成后得备选真实特征点集合，集合含备选真实特征点个数记为M1；

第十步，所有备选真实特征点的坐标值以行排列，构造一个M1×2维矩阵；将M1×2维矩阵扩展为M1×D1维矩阵，记为AX；开启循环，用AX左乘每一个PDX_i，得M1×2维矩阵RAX_i；从RAX_i中挑选出该枚指纹的真实特征点；记录真实特征点在RAX_i中的坐标值，得到真实特征点集合；

第十一步，从真实特征点集合中，选取n+2个特征点；将特征点(x,y)坐标值拼接为一个值z=x|y，z∈正整数，将n+2个z值排序；从指纹生物密钥训练阶段存储的n+t个f(z)值中选取n+2个值，将n+2个f(z)值排序；将z值序列与f(z)值序列按序配对，得到n+2个（z,f(z)）对，代入函数f(z)=a₀+a₁*z+a₂*z²+a₃*z³+…+a_n*zⁿ，生成n+2个线性方程，组成线性方程组；a₀～a_n为n+1个未知数，a₀～a_n∈正整数，如方程组有唯一解，则解得的(a₀，a₁，a₂，a₃，；；；，a_n)组成的数字序列即为提取的指纹生物密钥；密钥序列长度为24×(n+1)bit；如方程组没有唯一解，则遍历真实特征点集合中n+2个特征点的所有组合，遍历n+t个f(z)值中n+2个f(z)值的所有组合；配对；继续解线性方程组；找到唯一解，提取指纹生物密钥。