[发明专利]一种人类指静脉生物密钥生成方法

说明书

技术领域

本发明属于信息安全技术领域，具体涉及一种从人类指静脉图像中提取人类指静脉生物密钥的方法。其能够通过摄取人类指静脉图像，直接生成生物密钥，为指静脉生物认证技术提供了一种新的认证方法。扩展指静脉识别技术在网络安全中的应用。

背景技术

手指静脉识别较其它生物特征具有很强的普遍性和惟一性，活体辨识，不存在仿制或失窃的风险，手指表面皮肤条件不影响识别工作，非接触性采集等优势，在本地身份认证领域，正越来越受到人们的重视。指静脉识别技术是一项新兴的技术，20世纪90年代，科研工作者发现利用人体手指血管红外成像，可以作为身份识别依据，给出了指静脉作为身份识别特征的理论依据。随后，20世纪末、21世纪初推出了多款指静脉识别产品。我国在2004年后陆续有大学开始研究指静脉识别技术，并研发相关产品。目前指静脉识别技术主要用于本地身份认证领域，较少扩展到网络身份认证领域。

指静脉识别与传统的生物特征识别技术框架类似，均采用首先获取生物信息图像，指静脉识别为用红外成像技术获取指静脉图像；然后从生物信息图像中提取生物特征，生成生物特征模板，存储在认证端；当用户需要进行身份认证时，再次采集生物信息图像，提取生物特征，与存储的生物特征模板进行比对，一致则认证通过，不一致则认证失败。

这一认证模式有些固有的缺点会限制指静脉识别技术在身份认证领域的发展。模式不支持加密。用户必须将其指静脉模板存储到认证端，认证时通过比对判定是否通过认证。这局限了指静脉生物特征识别技术在信息安全领域的发展。

曾经有科研工作者提出生物密钥的概念，希望直接从生物特征中获取稳定的生物密钥序列。但是指静脉生物特征信息不容易稳定，实际生产生活中尚未出现可实用的指静脉生物密钥技术。

发明内容

本发明提出了一种指静脉生物密钥生成方法。方法将用户指静脉图像经一系列图像处理后得到的特征向量向高维空间中投影，在高维空间中将向量稳定到可接受的波动范围内，再对稳定后的向量提取数字序列，从数字序列中编码指静脉生物密钥。整个方法在移动终端、认证服务器端均无需存储用户指静脉信息，也无需在网络中传递用户的指静脉图像。用户通过采集自身的指静脉图像在本地生成（用户名、密钥）对，通过（用户名、密钥）对衍生的各种认证方法进行网络身份认证。该方法还支持直接生成用户专属的指静脉密钥流，对用户私有数据进行加密保护，在网络安全领域可以有很好的应用。只要指静脉生物密钥的密钥空间足够大，可保证高安全性。本发明提取的指静脉生物密钥序列长度可大于128bit。

指静脉生物密钥生成分两部分，第一部分为指静脉生物密钥训练部分，第二部分为指静脉生物密钥提取部分。

指静脉生物密钥训练部分具体步骤为：

第一步，用户通过红外静脉采集设备采集用户指静脉图像，采集5幅以上，记采集幅数为M。

第二步，对指静脉图像进行预处理，含灰度化、尺寸归一化、方向滤波增强、平滑、细化处理。

第三步，对预处理后指静脉图像进行提取特征操作，用主成分分析法(PCA)提取特征向量。得指静脉在特征空间中的投影矩阵，记为P1。将求得的特征向量组织为一个M×D维的特征向量矩阵，记为S1，D为投影后特征向量元素个数。

第四步，将矩阵S1扩展为2个矩阵，L×L维的随机误差方阵EX，L×L维的标准值方阵EY，L>D。

第五步，求解EX的广义逆矩阵，记为IEX，将IEX左乘矩阵EY得到指静脉特征向量的高维空间投影矩阵PEX=IEX×EY,在用户端存储P1，PEX。

指静脉生物密钥训练完成。

指静脉生物密钥提取部分具体步骤为：

第一步，用户通过红外静脉采集设备采集用户指静脉图像。

第二步，对指静脉图像进行预处理，含灰度化、尺寸归一化、方向滤波增强、平滑、细化处理。

第三步，将预处理后指静脉图像转换为行向量，取指静脉生物密钥训练时存储的投影矩阵P1，左乘投影矩阵P1，得指静脉在特征空间中的特征向量，记为Z，长度为D。

第四步，将向量Z扩展为1×L维矩阵EZ，左乘PEX矩阵，得1×L维向量ED。扩展方法与指静脉生物密钥训练时一致。

第五步，用棋盘法对向量ED中的数值进行进一步稳定处理，取前DL个数值得1×DL维向量EE，DL≤D。将向量EE中各元素的数值前后拼接，即生成指静脉生物密钥。