[发明专利]一种基于陈氏混沌系统与指静脉辅助数据的安全认证方法

说明书

本发明公开一种基于陈氏混沌系统与指静脉辅助数据的安全认证方法，属于生物特征安全和密码学技术领域。包括以下步骤：获取用户指静脉图像，提取全局特征模板，存储指静脉图像质心位置；利用Arnold Cat变换置乱全局特征模板像素位置；指静脉辅助数据结合陈氏混沌系统加密全局特征模板像素灰度值；在加密域中完成加密后的指静脉全局特征模板匹配。本发明确保指静脉信息的机密性、完整性及系统的可行性，提供置乱指静脉特征模板像素位置与加密指静脉特征模板像素灰度值的功能，有效增强指静脉特征模板抵御相关系数分析与抵御统计分析攻击的能力；加密过程中结合辅助数据，具有较大密钥空间，可在各类基于指静脉身份认证系统上实现。

技术领域

本发明属于生物特征安全和密码学技术领域，具体涉及一种基于陈氏混沌系统与指静脉辅助数据的安全认证方法，利用指静脉全局特征模板、指静脉辅助数据与陈氏混沌系统以完成用户安全身份认证的方法。

背景技术

指静脉是位于手指表皮之下的生物特征，它难以被物理窃取，不会因外界环境和皮肤表皮的变化而产生改变。非接触式采集装置对于人体没有危害，采集获得的指静脉文件小，匹配速度快。以上特性使得该项生物特征技术愈加广泛的应用于身份认证中。

指静脉辅助数据，来自于用户的指静脉特征信息。指静脉辅助数据的信息总量远小于指静脉特征的总体信息量，它不会泄露任何关于用户指静脉特征的显著信息，可将其利用在加密中的密钥产生与重构。

混沌系统近年来从简单向复杂化发展，相比于传统密码学加密算法，混沌系统对于初始值更加敏感，甚至初始值发生细微的变化，对应生成的混沌序列都会有非常大的不同；混沌系统具有内随机性，有难以预测的和分析的复杂行为和遍历性；由混沌系统生成的信号具有类似于白噪声的统计信息，可视为一种伪随机信号。

若一指静脉信息不做任何加密操作就以明文的形式应用于身份认证系统中，该指静脉信息将极易受到恶意攻击者的威胁。攻击者能轻而易举地获取该与身份认证相关的信息，从而伪造虚假的用户身份，破坏身份认证系统的安全。因此，一个有效且安全的指静脉身份认证方案成为眼下必要的研究方向。

在2016年Garima Mehta与Malay Kishore Dutta提出“Biometric DataEncryption using 3-D Chaotic System”。在他们所提出的生物特征数据加密方案中，将用户的虹膜特征模板信息通过置乱像素位置与置换像素灰度值的方法来进行加密。该方法虽然具有较大的密钥空间、能抵御部分攻击、有一定的安全性，但该方案仍存在一些缺陷。用于生成和重构加密矩阵的密钥完全依靠系统生成，与用户自身生物特征信息不相关使得该方案能被功能相似的其他方案替代。且在置换像素灰度值中使用的加密矩阵大小与原始虹膜特征模板大小不一，一旦破解这部分加密矩阵，上述保护方案存在被攻破的风险。

发明内容

针对现有技术的不足，本发明提供了一种基于陈氏混沌系统与指静脉辅助数据的安全认证方法，能够有效避免现有技术中被攻破的危险，提高了指静脉识别的可靠性和安全性。

一种基于陈氏混沌系统与指静脉辅助数据的安全认证方法，包括以下步骤：

步骤1：获取用户指静脉图像，提取全局特征模板，存储指静脉图像质心位置；

步骤2：利用Arnold Cat变换置乱全局特征模板像素位置；

步骤3：指静脉辅助数据结合陈氏混沌系统加密全局特征模板像素灰度值；

步骤4：在加密域中完成加密后的指静脉全局特征模板的匹配。

进一步的，所述的步骤1具体如下：

步骤1.1获取用户原始指静脉图像，计算获得图像质心位置，将其存于数据库中；利用此质心位置信息完成原始图像的旋转校正；通过子窗口获取指静脉的ROI(感兴趣区域)图像；