[发明专利]一种基于正交变换的指纹加密模板保护方法及系统

摘要

一种基于正交变换的指纹加密模板保护方法及系统，在注册过程中，包括指纹采集，预处理，基于正交变换的指纹特征提取，包括划分正交变换域内的正交码得到相互独立的指纹特征加密操作域和特征匹配操作域，再通过正交合成实现密文特征和匹配特征的融合；指纹加密模板保存，将正交合成后的密文模板保存入库。在认证过程中，进行指纹采集和相应的预处理操作后，同样进行基于正交变换的指纹特征提取，再进行特征匹配，包括通过正交变换在特征匹配操作域提取指纹特征，与保存模板的特征匹配域进行比对实现身份认证。本发明可以有效保护指纹数据隐私，具有较高安全性，并且具有较高的安全性及普适性。

主权项

1.一种基于正交变换的指纹加密模板保护方法，其特征在于：包括注册过程和认证过程，所述注册过程包括以下步骤，步骤A1，指纹采集，获取用户的指纹图像I0；步骤A2，指纹预处理，得到数字指纹图像I；步骤A3，基于正交变换的指纹特征提取，得到指纹加密数据Xef，包括以下子步骤，步骤A3‑1，特征提取，对指纹图像I获取特征矩阵X；步骤A3‑2，正交分解，产生正交矩阵B＝{b1,b2,…,bn}，对指纹特征矩阵X进行正交操作Y＝B·X，得到相互无干扰的正交分解系数Y＝{y1,y2,…,yn}；步骤A3‑3，操作域划分，将正交矩阵B按照预设比例γ分解为两个独立无干扰的子矩阵{B₁,B₂}，其中B₁＝{b₁,b₂,…,b_m},B₂＝{b_m+1,b_m+2,…,b_n}，对应的正交分解系数被划分为{Y₁,Y₂}，Y₁＝{y₁,y₂,…,y_m},Y₂＝{y_m+1,y_m+2,…,y_n}；步骤A3‑4，加密操作和特征处理，包括在Y1域内进行指纹加密，得到密文Y1e＝E(Y1,Ke)，其中E(·,·)是加密操作，Ke是随机产生的加密的密钥；在Y2域内进行匹配特征处理，得到特征数据Y2f＝F(Y2,Kf)，其中F(·,·)是可逆的匹配特征相加绑定操作，Kf是绑定的密钥，Kf＝B2；步骤A3‑5，正交合成指纹特征，包括对Y1e和Y2f进行正交合成操作，得到特征密文Xef＝B1·Y1e+B2·Y2f；步骤A3‑6，根据特征密文输出指纹加密数据Xef；步骤A4，加密模板保存，将指纹加密数据Xef保存入库，记为模板T；所述认证过程则包括以下步骤，步骤B1，指纹采集，获取用户的指纹图像I'0；步骤B2，指纹预处理，得到数字指纹图像I'；步骤B3，基于正交分解的指纹特征提取，得到指纹保护数据X′ef，包括以下子步骤，步骤B3‑1，特征提取，对指纹图像I'获取特征矩阵X'；步骤B3‑2，正交分解，产生正交矩阵B'＝{b′1,b′2,…,b′m,bm+1,bm+2,…,bn}＝{B′1,B2}，对指纹特征矩阵X'进行正交操作Y'＝B'·X'，得到相互无干扰的正交分解系数Y'＝{y′1,y′2,…,y′n}；步骤B3‑3，操作域划分，将正交矩阵B分解为两个独立无干扰的子矩阵{B′1,B2}，其中B′1＝{b′1,b′2,…,b′m}，B2＝{bm+1,bm+2,…,bn}，对应的正交分解系数被划分为{Y1′,Y′2}，Y1′＝{y′1,y′2,…,y′m},Y′2＝{y′m+1,y′m+2,…,y′n}；步骤B3‑4，加密操作和特征处理，包括在Y1域内进行指纹加密，得到密文Y′1e＝E(Y1′,K′e)，其中E(·,·)是加密操作，K′e是随机产生的加密的密钥；令数据Y′2f＝Y′2；步骤B3‑5，正交合成指纹特征，包括对Y′1e和Y′2f进行正交合成操作，得到特征密文X′ef＝B′1·Y′1e+B2·Y′2；步骤B3‑6，根据特征密文输出指纹加密数据Xef′；步骤B4，正交分解提取特征，利用B2对数据库内保存的模板T与认证过程生成的指纹保护数据X′ef进行正交分解，提取各自的匹配特征域Yfeature和Y′feature；步骤B5，特征匹配，对Yfeature和Y′feature求解相似度值s；步骤B6，输出相似度值s，与预先设定的匹配阈值ε比较，若s≥ε，则匹配成功，认定为合法用户；否则，身份匹配失败。