CN101034987A - 一种提高智能密钥安全性的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种提高智能密钥安全性的方法，包括以下步骤：1.采集并处理被鉴定者的虹膜图像。2.判断所述虹膜图像与预存的虹膜信息是否匹配，若是执行步骤3；否则结束。3.允许被鉴定者访问智能密钥装置；4.智能密钥装置对数据进行操作。本发明同时还提供一种提高智能密钥安全性的装置。本发明消除了智能密钥装置在对使用者身份鉴定方面存在的安全隐患，提高智能密钥装置的可靠性和安全性。

Description

一种提高智能密钥安全性的方法及装置

技术领域

本发明涉及智能密钥领域，特别是涉及一种利用虹膜鉴别技术提高智能密钥安全性的方法及装置。

背景技术

众所周知，现代社会是一个高度信息化的社会，信息安全已经渗透到人们日常生活的各个方面。同时，由于银行、交通、网络、通信等行业的飞速发展，信息安全所涉及的领域也越来越广。信息安全的难度和重要性也越来越突出。身份鉴定作为信息安全行业的核心技术，正越来越为人们所重视。身份鉴定被用于确认身份的唯一性和合法性。身份鉴定在银行、公安系统等信息及安全领域有相当广泛的应用。为增强安全性，提高办事效率，要求身份鉴定必须快速、准确地识别被鉴定者的特征信息，验证被鉴定者真实身份。

智能密钥装置是一种带有处理器和存储器的小型硬件装置，主要用于身份认证、软件保护等领域。智能密钥装置通过计算机的数据通讯接口与计算机连接，并具有密钥生成功能，可安全存储密钥，预置加密算法。智能密钥装置与密钥相关的运算完全在装置内部运行，且智能密钥装置具有抗攻击的特性，安全性极高。例如USB Key是一种USB接口的智能密钥装置，它内置单片机或智能卡芯片，可以存储用户的密钥或数字证书。

现有技术中，智能密钥装置验证持有者身份是否合法一般是通过验证持有者输入的PIN码来实现。由于PIN码仅为一组简单的数据，他人可以通过窥视、破译等手段非法获取，从而造成智能密钥装置内保存的重要数据外泄。

为增强智能密钥装置的安全性，现有技术在智能密钥装置上加设指纹、声音信号，使用者需通过对应生物特征认证后，方可读取智能密钥装置内的重要数据。但是指纹、声音信号等生物特征容易通过生物技术进行仿制，使该智能密钥装置在对使用者身份鉴定方面存在一定的安全隐患，其可靠性和安全性尚有缺陷。同时，上述生物特征识别装置造价过高，不易普及。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种提高智能密钥安全性的方法及装置，解决智能密钥在对使用者身份鉴定方面存在的安全隐患，提高其可靠性和安全性。

本发明一种提高智能密钥安全性的方法，包括以下步骤：

1)采集并处理被鉴定者的虹膜图像；

2)判断所述虹膜图像与预存的虹膜信息是否匹配，若是执行步骤3；否则结束；

3)允许被鉴定者访问智能密钥装置；

4)智能密钥装置对数据进行操作。

优选地，所述步骤1具体为：

11)采集被鉴定者的虹膜图像；

12)对采集到的虹膜图像进行预处理并生成特征向量。

优选地，所述步骤4具体为：

41)智能密钥装置内部生成密钥对；

42)智能密钥装置对数据进行加/解密或数字签名操作。

优选地，所述步骤2具体为：

判断步骤12所述特征向量与预存的相应特征向量信息的匹配度是否达到预设条件；如达到预设条件，则执行步骤3；否则结束。

优选地，所述预设条件为预先设定的门限值。

优选地，所述步骤1采集被鉴定者的虹膜图像，还包括采集被鉴定者瞳孔区域内反射光点的面积以及视网膜图像信息。

优选地，所述步骤1具体为：

a)输入鉴权密码；

b)判断所述密码是否正确，若是执行步骤c；否则结束；

c)采集被鉴定者的虹膜图像；

d)对采集到的虹膜图像进行处理并生成特征向量。

优选地，所述步骤b具体为：

当所述密码正确时，调用密码对应的虹膜信息，执行步骤c。

优选地，所述步骤2具体为：

判断所述特征向量与预存的相应特征向量信息的匹配度是否达到预设条件；如达到预设条件，则执行步骤3，否则结束。(这样组成的方案是完整的方案。不可以直接引用权1，因为权1中没有出现“特征向量”)

优选地，所述预设条件为预先设定的门限值。

本发明还提供一种提高智能密钥安全性的装置，包括智能密钥单元、虹膜图像检测单元；

所述虹膜图像检测单元与所述智能密钥单元相连，用于采集和处理被鉴定者的虹膜图像；

所述智能密钥单元，除具有密钥生成、数字签名、加/解密处理功能外，还用于判断所述虹膜图像检测单元处理的虹膜图像与预存的虹膜信息是否匹配。

优选地，所述智能密钥单元包括：

存储单元，用于存储虹膜图像信息；

匹配比较模块，用于比较所述虹膜图像检测单元采集到的虹膜图像与预存在所述存储单元中的虹膜信息，判断是否匹配。

优选地，所述存储单元进一步包括：

密钥数据存储模块，用于存储初始密钥对和/或根认证中心证书和/或初始密码和/或用户私有信息；

模板信息存储模块，用于存储合法用户的虹膜图像信息；

图像数据存储模块，用于存储所述虹膜图像检测单元处理后的被鉴定者的虹膜图像信息。

优选地，所述智能密钥单元还包括：

图像数据处理模块，用于对经模拟/数字转换后的虹膜图像进行处理，生成特征向量；

所述存储单元进一步包括图像特征向量存储模块，用于存储图像数据处理模块生成的图像特征向量。

优选地，所述虹膜图像检测单元包括：

图像采集模块，用于采集被鉴定者的虹膜图像；

模拟/数字转换模块，用于对采集到的虹膜图像进行模拟/数字转换。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明首先对被鉴定者进行虹膜特征认证，通过后才允许被鉴定者访问智能密钥装置，被鉴定者才可读取其内保存的重要数据。因每个人的虹膜特征都是独一无二的，并且无仿制、伪造的可能。因此，通过对使用者的虹膜特征进行鉴定，可提高智能密钥装置的可靠性和安全性。另外，由于PIN码容易遗忘，用户一旦忘记密码，将给其操作带来不必要的麻烦，而人体的生物特征不具遗失性，因此本发明还可用于提高智能密钥装置的易用性。

附图说明

图1为本发明所述方法流程图；

图2为本发明所述方法实施例的流程图；

图3为本发明所述装置结构图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细的说明。

眼睛的虹膜是围绕瞳孔呈现绚丽色彩的一层生理薄膜，介于瞳孔和巩膜(俗称白眼球)之间。每一个虹膜都是独一无二的，包含基于像冠、水晶体、细丝、斑点、结构、凹点、射线、皱纹和条纹等特征的结构。虹膜是由相当复杂的纤维组织构成，其细部结构在出生之前就以随机组合的方式被确定。虹膜具有稳定性、唯一性、非侵犯性等诸多特点，不同的人具有不同的虹膜，即使是同一个人的左右眼，其虹膜也有许多差别，自然界产生两个完全相同的虹膜的可能性极其微小，由于虹膜在人的一生中变化很小，因此虹膜是一种非常稳定的生物特征。

虹膜图像具有稳定的方向性和频率性。方向性是指除奇异区外，虹膜图像在一个足够小的区域内，图像纹理近似于相互平行的直线。方向性特征是虹膜图像中明显的特征之一，它以简化的形式直观的反映虹膜图像的基本形态特征。因而虹膜方向性被广泛应用于虹膜图像的分类、增强、特征提取等方面。频率性是指在虹膜图像的一个局部区域内，虹膜图像的纹理分布近似于包络函数。

参见图1，该图为本发明所述方法流程图。

本发明一种提高智能密钥安全性的方法，包括以下步骤：

S10、采集并处理被鉴定者的虹膜图像。

虹膜图像的采集具体是指当图像采集设备聚焦到用户的虹膜后，采集被鉴定者的虹膜图像。对采集到的虹膜图像进行预处理具体包括对虹膜图像进行定位、归一化和去噪。

虹膜图像定位是指确定虹膜在图像中的位置。虹膜图像归一化是指对采集到的虹膜图像的大小进行标准化。虹膜图像归一化的目的是将每幅原始图像调整到相同的尺寸和对应位置，从而消除平移、缩放和旋转对虹膜识别的不良影响。虹膜图像去噪具体是指消除虹膜图像的纹理形变及非虹膜图像，如虹膜周围的瞳孔及巩膜的干扰。若不滤除这些干扰，将影响对虹膜图像处理的准确性及匹配的精确度。

对采集到的虹膜图像的处理还包括进行模拟/数字的转换，生成数字信息。

S20、判断所述虹膜图像与预存的虹膜信息是否匹配，若是执行步骤S30；否则结束。

判断所述虹膜图像与预存的虹膜信息是否匹配是指比较的结果是否超过预先设置的门限值，若超过，则表示该鉴定者通过身份鉴定。若没有超过，则表示该用户没有通过身份鉴定。智能密钥装置将匹配比较结果返回主机。

通常所述门限值设定为匹配度达到80％，表示该鉴定者通过身份鉴定。

S30、允许被鉴定者访问智能密钥装置。

允许被鉴定者访问智能密钥装置中存储的重要数据，智能密钥确认被鉴定者的合法身份后，允许主机操作受保护的重要数据及其功能。

因每个人的虹膜特征都是独有的，不易被仿制或伪造，因此对被鉴定者进行虹膜特征认证，通过后才允许被鉴定者访问智能密钥装置，被鉴定者才可读取其内保存的重要数据。这样就保证了智能密钥装置的可靠性和安全性。

S40、智能密钥装置对数据进行处理。

智能密钥装置可以对数据执行的操作包括读、写、数字签名、加/解密处理等，同时智能密钥装置还可用于生成密钥对。

参见图2，该图为本发明所述方法实施例的流程图。

S11、采集被鉴定者的虹膜图像。

虹膜图像的采集具体是指当图像采集设备聚焦到用户的虹膜后，采集被鉴定者的虹膜图像。

本实施例可以通过一个CCD摄像头完成被鉴定者虹膜图像的采集。该摄像头可在被鉴定者的眼睛位于光学检测单元8厘米左右处自动变焦，将焦点集中到虹膜上，一旦摄像机对虹膜聚焦，就会采集图像。

S12、对采集到的虹膜图像进行预处理并生成特征向量。

所述被鉴定者的虹膜图像经过采集后被转换为数字信号，即所述经CCD摄像头采集完成的虹膜图像经模拟/数字转换后生成可被所述智能密钥单元识别的数字信号。

所述数字信号为8位灰度图像，即得到的图像有256个等级的灰阶色彩，该图像是将摄像头内部的由CCD元件转换来的电信号进行数字化处理而得到的。

智能密钥单元内部对经过模拟/数字转换后的数字信号进行处理，生成特征向量。

所述将虹膜图像的数字信号生成特征向量是通过虹膜识别算法实现的。虹膜识别算法是指通过分析每个圆形网格中的图形，将它们转换为虹膜代码记录。由于虹膜图像纹理具有稳定的方向性和频率性，而Gabor(佳博)变换具有最佳时域和频域连接分辨率的特点，能够同时对图像局部方向和频率进行解析，可以很好地处理虹膜信息。因此，识别算法常通过Gabor滤波器来实现，即通过Gabor滤波器将虹膜图像转换为虹膜代码。每个Gabor函数都有自己的中心频率和最大响应角度。Gabor滤波在图像处理中的特征提取、纹理分析方面有许多应用。一般选用多方向、多尺度的Gabor滤波器组进行识别。滤波器的中心频率越小，提取的纹理特征的尺度越大。

虹膜识别技术将虹膜的可视特征转换成虹膜代码(Iris Code)，这个代码模板被存储下来以便后期识别所用，从虹膜获得的信息量是十分巨大的。同时虹膜的定位可在1秒钟之内完成，产生虹膜代码的时间也仅需1秒的时间。数据库的检索时间也相当快，就是在有成千上万个虹膜信息数据库中进行检索，所用时间也不多。

本实施例中的图像预处理选择Gabor滤波器来完成虹膜识别算法。在所述算法中，选择一个最大中心频率f_max，以及f_max/2、f_max/4、f_max/8，对于每个中心频率，选择4个相位角θ＝0°、θ＝45°、θ＝90°。这样一共有12个Gabor滤波器通道。对每个通道滤波的结果，我们提取均值E和方差σ²作为该通道的特征。因此，对于每一幅输入的虹膜图像，多通道Gabor滤波器共抽取24个特征。

在本实施例中，将提取到的每幅虹膜图像的特征向量用一个24维的向量来表示，两种纹理的不同就可以通过这两个向量的距离来表示。

判断所述特征向量与预存的相应特征向量信息的匹配度是否达到预设条件；如达到预设条件，则执行步骤S30，否则结束。

预设条件即为预先设置的门限值。通常门限值设定为匹配度达到80％或者75％，当超过设定的门限值时，表明该被鉴定者通过了身份鉴定。

当然所述门限制可以根据具体实际情况进行设定，在此不再赘述。

S30、被鉴定者的生物特征向量与预存的相应特征向量匹配程度达到预设条件，允许被鉴定者访问智能密钥装置。

比如门限值设定为匹配度达到80％，那么当被鉴定者的生物特征向量与预存的相应特征向量匹配程度大于等于80％时，就会允许被鉴定者访问智能密钥装置。

S31、智能密钥装置对数据进行处理。

智能密钥装置可以对数据执行的操作包括读、写、数字签名、加/解密处理、等等。同时智能密钥装置还可以生成密钥对。

本发明的优选实施方式，在获取被鉴定者虹膜图像的同时，还可获取被鉴定者一些其他的特征信号，如被鉴定者虹膜图像中瞳孔区域内反射光点的面积、视网膜图像信息等等。

将上述信号与被鉴定者的虹膜图像进行叠加后，再按实施例所述方法处理成虹膜图像特征向量，与虹膜图像模板信息进行匹配比较。这样就可以进一步提高身份识别的可靠性和安全性。

本发明所提出的基于人体虹膜图像的身份鉴定方法还能够结合其他一些生物特征技术，实现多生物特征信息的身份鉴定。

本发明的优选实施方式，所述采集并处理被鉴定者的虹膜图像具体为：

a)输入鉴权密码。

被鉴定者在主机上输入自己的标识号码，主机发送查询该鉴定者虹膜信息的指令到智能密钥装置，该指令包含使用者输入的标识号码。

本发明的鉴权密码不局限在标识号码，还可以是被鉴定者的指纹或者其他生物特征等其他鉴权方式。关于指纹或者其他生物特征作为鉴权密码在很多文献中均有很详尽的描述，在此不再赘述。

b)判断所述密码是否正确，若是执行步骤c；否则结束。

智能密钥装置根据标识号码或者是其他的鉴权密码查找相对应的虹膜信息是否已经预存到智能密钥装置中，并将查询结果返回主机。

如该鉴定者虹膜信息还没有预存到智能密钥装置中，主机将终止进行后续操作，并向被鉴定者显示一个错误信息。如被鉴定者虹膜信息已经预存到智能密钥装置中，则执行步骤c。

c)采集被鉴定者的虹膜图像。

虹膜图像的采集是指当图像采集设备聚焦到用户的虹膜后，采集被鉴定者的虹膜图像。

d)对采集到的虹膜图像进行处理并生成特征向量。

所述被鉴定者的虹膜图像经过采集后被转换为数字信号，所述数字信号经过处理后生成特征向量。

本发明的优选方式在采集虹膜图像之前，采用了鉴权过程，进一步增加了智能密钥的安全性。

本发明还提供一种提高智能密钥安全性的装置，解决智能密钥在对使用者身份鉴定方面存在的安全隐患，提高其可靠性和安全性。

参见图3，该图为本发明所述装置结构图。

本发明所述提高智能密钥安全性的装置，包括虹膜图像检测单元1、智能密钥单元2。

虹膜图像检测单元1，与智能密钥单元2相连；用于采集被鉴定者的虹膜图像。

智能密钥单元2，用于判断所述虹膜图像检测单元1采集到的虹膜图像与预存的虹膜信息是否匹配。

智能密钥单元2包括用于存储虹膜图像信息的存储单元和匹配比较模块25。

存储单元进一步包括密钥数据存储模块27、模板信息存储模块24、图像数据存储模块21

密钥数据存储模块27，用于存储初始密钥对和/或根认证中心证书和/或初始密码和/或用户私有信息。

模板信息存储模块24，用于存储合法用户的虹膜图像信息。

图像数据存储模块21，用于存储所述虹膜图像检测单元1处理后的被鉴定者的虹膜图像信息。

匹配比较模块25，用于比较所述虹膜图像检测单元1采集到的虹膜图像与预存在所述存储单元中的虹膜信息，判断是否匹配。

智能密钥单元2还包括用于对经模拟/数字转换后的虹膜图像进行处理，生成特征向量的图像数据处理模块22。

存储单元进一步包括用于存储图像数据处理模块22生成的图像特征向量的图像特征向量存储模块24，。

虹膜图像检测单元1包括用于采集被鉴定者的虹膜图像的图像采集摸块和模拟/数字转换模块。

智能密钥单元2还包括比较结果输出模块26、固件程序存储模块28、智能密钥接口模块29以及主机接口模块20。

比较结果输出模块26，通过主机接口模块20向主机发送匹配比较模块25的匹配比较结果信息。

固件程序存储模块28、用于存储程序，该程序具体可以为执行生成密钥对，对数据进行数字签名、加/解密运算的程序。

智能密钥接口模块29，与虹膜图像采集单元1相连，实现信息的交互。

主机接口模块20，用于连接主机，实现信息的交互。

被鉴定者使用主机预访问智能密钥单元2内的重要数据，需在主机上输入个人标识号码。当然本发明的智能密钥单元也可以包括输入单元，被鉴定者可以直接通过输入单元输入个人标示号码。

主机通过主机接口模块20将个人标识号码传送到模板信息存储模块24，模板信息存储模块24查找是否储存该鉴定者的虹膜模板信息，并将查询结果返回主机。上述模板信息存储单元可以是ROM、FLASH或EEPROM等存储器。

本发明还可以进一步包括指纹获取单元或者其他生物信号获取单元等鉴权装置，同输入标识号码一样，进一步增加智能密钥系统的安全性。具体指纹获取单元或者其他生物信号获取单元等鉴权装置的原理和结构在此不再赘述。

本发明所述装置，优选情况还包括状态指示单元，与智能密钥单元2相连，用于显示各种处理状态。

当没有查找到该鉴定者的虹膜模板信息时，主机将终止进行后续操作，并向状态指示单元发送错误信息。如查找到该鉴定者的虹膜模板信息时，则通过智能密钥接口模块29向虹膜图像检测单元1发送获取该鉴定者虹膜信息的指令。

虹膜图像采集单元1通过专用的仪器获取被鉴定者虹膜信号。将采集到的虹膜图像进行模拟/数字转换，将生成的虹膜图像的数字信息发送到智能密钥单元2。由图像数据处理模块22，生成特征向量。并将该生成的特征向量存储到图像特征向量存储模块23中。最终将所述虹膜信息的特征向量发送到匹配比较模块25中进行比较，判断是否匹配。

匹配比较模块25从模板信息存储模块24中调出该被鉴定者的虹膜模板信息，并将获取的虹膜特征向量与模板信息进行匹配比较。

匹配比较模块25可以预先设定一个门限值，只有当被鉴定者的虹膜特征向量与预先存储的模板信息比较，超过所述门限值时，确认该被使用者身份。否则该被鉴定者为非法用户。

当匹配比较模块25确认该被使用者身份，比较结果输出模块26通过主机接口模块20向主机发送比较结果信息。此时允许主机访问密钥数据存储模块27内的重要数据。如该被鉴定者身份没有被确认，主机发送身份识别错误信息，可以通过状态指示单元显示该信息。

本发明所述装置利用了人的虹膜特征的独特性，而且虹膜无仿制、伪造的可能。由虹膜图像检测单元1对被鉴定者进行虹膜图像采集，通过智能密钥单元2的匹配比较模块25进行特征认证，通过后允许被鉴定者访问智能密钥装置，使用其内保存的重要数据。同时也可利用智能密钥单元2执行生成密钥对、数字签名、加/解密处理等重要操作。本发明所述装置提高了智能密钥装置的可靠性和安全性。

以上对本发明所提供的一种提高智能密钥安全性的方法及装置，进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (15)

1、一种提高智能密钥安全性的方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)采集并处理被鉴定者的虹膜图像；

2)判断所述虹膜图像与预存的虹膜信息是否匹配，若是执行步骤3；否则结束；

3)允许被鉴定者访问智能密钥装置；

4)智能密钥装置对数据进行操作。

2、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1具体为：

11)采集被鉴定者的虹膜图像；

12)对采集到的虹膜图像进行预处理并生成特征向量。

3、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤4具体为：

41)智能密钥装置内部生成密钥对；

42)智能密钥装置对数据进行加/解密或数字签名操作。

4、根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述步骤2具体为：

判断步骤12所述特征向量与预存的相应特征向量信息的匹配度是否达到预设条件；如达到预设条件，则执行步骤3；否则结束。

5、根据权利要求4所述的方法，其特征在于，所述预设条件为预先设定的门限值。

6、根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述步骤1采集被鉴定者的虹膜图像，还包括采集被鉴定者瞳孔区域内反射光点的面积以及视网膜图像信息。

7、根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述步骤1具体为：

a)输入鉴权密码；

b)判断所述密码是否正确，若是执行步骤c；否则结束；

c)采集被鉴定者的虹膜图像；

d)对采集到的虹膜图像进行处理并生成特征向量。

8、根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述步骤b具体为：

当所述密码正确时，调用密码对应的虹膜信息，执行步骤c。

9、根据权利要求7或8所述的方法，其特征在于，所述步骤2具体为：

判断所述特征向量与预存的相应特征向量信息的匹配度是否达到预设条件；如达到预设条件，则执行步骤3，否则结束。

10根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述预设条件为预先设定的门限值。

11、一种提高智能密钥安全性的装置，其特征在于，包括智能密钥单元、虹膜图像检测单元；

所述虹膜图像检测单元与所述智能密钥单元相连，用于采集和处理被鉴定者的虹膜图像；

所述智能密钥单元，除具有密钥生成、数字签名、加/解密处理功能外，还用于判断所述虹膜图像检测单元处理的虹膜图像与预存的虹膜信息是否匹配。

12、根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述智能密钥单元包括：

存储单元，用于存储虹膜图像信息；

匹配比较模块，用于比较所述虹膜图像检测单元采集到的虹膜图像与预存在所述存储单元中的虹膜信息，判断是否匹配。

13、根据权利要求12所述的装置，其特征在于，所述存储单元进一步包括：

密钥数据存储模块，用于存储初始密钥对和/或根认证中心证书和/或初始密码和/或用户私有信息；

模板信息存储模块，用于存储合法用户的虹膜图像信息；

图像数据存储模块，用于存储所述虹膜图像检测单元处理后的被鉴定者的虹膜图像信息。

14、根据权利要求13所述的装置，其特征在于，所述智能密钥单元还包括：

图像数据处理模块，用于对经模拟/数字转换后的虹膜图像进行处理，生成特征向量；

所述存储单元进一步包括图像特征向量存储模块，用于存储图像数据处理模块生成的图像特征向量。

15、根据权利要求11至14任一所述的装置，其特征在于，所述虹膜图像检测单元包括：

图像采集模块，用于采集被鉴定者的虹膜图像；

模拟/数字转换模块，用于对采集到的虹膜图像进行模拟/数字转换。

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