CN206162536U - 生物特征识别装置 - Google Patents
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Abstract
一种生物特征识别装置，包括：传感器，用于感测生物特征信息；信号处理芯片，所述信号处理芯片与传感器相连接，用于从传感器获取生物特征信息、对获取的生物特征信息进行图像预处理和特征提取，以获得生物特征数据；以及安全芯片，所述安全芯片与信号处理芯片相连，用于存储生物特征模板，将信号处理芯片获得的生物特征数据与存储的生物特征模板相比较，以确定生物特征识别结果。相比于传统的逻辑隔离，提高了生物特征识别的安全性。
Description
技术领域
本实用新型涉及生物特征识别技术领域，更具体地，涉及生物特征识别装置。
背景技术
诸如指纹、虹膜和脸之类的生物特征由于具有唯一性、隐私性、不可更改性等特性，在身份鉴别领域逐步被广泛应用。传统生物特征识别方案中，存储的生物特征模板含有大量生物特征原始信息，甚至有些模板就是生物特征图像，一旦生物特征模板丢失或被盗取，入侵者可以直接用生物特征模板中包含的信息通过验证，还可以在不同应用的数据库间进行交叉验证，如可以用指纹门禁系统里盗取的指纹模板信息，入侵其对应的指纹认证的个人银行账户。有的甚至可以从生物特征模板直接伪造出对应生物特征样本，如可以从指纹细节点模板伪造出对应指纹。同时，由于生物特征具有不可更改性，一旦原始信息泄露，造成的危害将会是永久性和广泛性的。因此，生物特征识别中生物特征模板的安全保护处于重要位置。
目前使用iOS和Android系统的诸如智能手机、平板电脑之类的计算设备普遍采用Trust Zone安全技术(或Secure Enclave)，其将系统环境在逻辑上分为安全区和非安全区，在安全区中进行生物特征的注册和识别操作。但是由于安全区和非安全区的划分是纯粹的逻辑划分，与生物特征有关的信息在传输、存储和计算时容易被窃取，生物特征识别的整体安全强度不足。
实用新型内容
本实用新型的实施例提供了生物特征识别装置，用于提高生物特征识别的安全性。
本实用新型的一方面提供了一种生物特征识别装置，包括：传感器，用于感测生物特征信息；信号处理芯片，所述信号处理芯片与传感器相连，用于从传感器获取生物特征信息、对获取的生物特征信息进行图像预处理和特征提取，以获得生物特征数据；以及安全芯片，所述安全芯片与信号处理芯片相连，用于存储生物特征模板，将信号处理芯片获得的生物特征数据与存储的生物特征模板相比较，以确定生物特征识别结果。
在一些实施例中，所述信号处理芯片包括：图像采集模块，所述图像采集模块与传感器相连，用于从传感器获取生物特征信息；图像预处理模块，所述图像预处理模块与图像采集模块相连，用于对图像采集模块获取的生物特征信息进行预处理以获得生物特征的灰度图；以及特征提取模块，所述特征提取模块与图像预处理模块相连，用于从图像预处理模块获得的灰度图中提取生物特征的特征点以获得与生物特征的特征点有关的生物特征数据。
在一些实施例中，所述安全芯片包括：存储模块，所述存储模块与信号处理芯片相连，用于存储生物特征模板，所述生物特征模板是在注册阶段由信号处理芯片通过对传感器感测到的生物特征信息进行获取、图像预处理和特征提取而生成的；以及特征比对模块，所述特征比对模块与信号处理芯片和存储模块相连，用于将信号处理芯片获得的生物特征数据与存储模块中存储的生物特征模板相比较，如果生物特征数据与生物特征模板相匹配，则确定生物特征识别结果为通过，否则确定生物特征识别结果为未通过。
在一些实施例中，所述安全芯片还包括：签名模块，用于对生物特征识别结果进行数字签名。
在一些实施例中，所述信号处理芯片为微控制器单元(Microcontroller Unit，MCU)，所述安全芯片为安全元件(Secure Element，SE)。
在一些实施例中，所述生物特征识别装置安装在计算设备中，并且所述信号处理芯片和所述安全芯片与所述计算设备的系统环境物理隔离。
在一些实施例中，所述计算设备划分为安全区和非安全区，并且所述生物特征识别装置通过安全区或非安全区向所述计算设备传送生物特征识别结果。
在一些实施例中，所述生物特征包括指纹，所述生物特征信息包括指纹的图像信息，所述生物特征数据包括指纹的特征点数据，所述生物特征模板包括指纹特征模板。
附图说明
为了更清楚地说明本实用新型实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单介绍，显而易见地，下面的描述中的附图仅涉及本实用新型的一些实施例，而非对本实用新型的限制。
图1示出了根据本实用新型的实施例的生物特征识别装置的框图。
图2示出了根据本实用新型的实施例的生物特征识别装置的框图。
具体实施方式
为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本实用新型实施例的附图，对本实用新型实施例的技术方案进行清楚、完整的描述。显然所描述的实施例是本实用新型的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本实用新型的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。
图1示出了根据本实用新型的实施例的生物特征识别装置100的框图。如图1所示，生物特征识别装置100包括传感器110、信号处理芯片120和安全芯片130。传感器110用于感测生物特征信息。信号处理芯片120与传感器110相连接，用于从传感器获取生物特征信息、对获取的生物特征信息进行图像预处理和特征提取，以获得生物特征数据。安全芯片130与信号处理芯片120相连，用于存储生物特征模板，将信号处理芯片120获得的生物特征数据与存储的生物特征模板相比较，以确定生物特征识别结果。
在一些实施例中，信号处理芯片120可以包括：图像采集模块，所述图像采集模块与传感器110相连，用于从传感器110获取生物特征信息；图像预处理模块，所述图像预处理模块与图像采集模块相连，用于对图像采集模块获取的生物特征信息进行预处理以获得生物特征的灰度图；以及特征提取模块，所述特征提取模块与所述图像预处理模块相连，用于从图像预处理模块获得的灰度图中提取生物特征的特征点以获得与生物特征的特征点有关的生物特征数据。
在一些实施例中，安全芯片130可以包括：存储模块，所述存储模块与信号处理芯片相连，用于存储生物特征模板，所述生物特征模板是在注册阶段由信号处理芯片120通过对传感器110感测到的生物特征信息进行获取、图像预处理和特征提取而生成的；以及特征比对模块，所述特征比对模块与信号处理芯片120和存储模块相连，用于将信号处理芯片120获得的生物特征数据与存储模块中存储的生物特征模板相比较，如果生物特征数据与生物特征模板相匹配，则确定生物特征识别结果为通过，否则确定生物特征识别结果为未通过。
在一些实施例中，安全芯片130还可以包括：签名模块，所述签名模块与特征比对模块相连，用于对生物特征识别结果进行数字签名。
在一些实施例中，信号处理芯片120可以为MCU，安全芯片130可以为SE。
在一些实施例中，生物特征识别装置100可以安装在计算设备中，并且信号处理芯片120和安全芯片130与所述计算设备的系统环境物理隔离。
在一些实施例中，计算设备可以划分为安全区和非安全区，并且生物特征识别装置100可以通过安全区或非安全区向所述计算设备传送生物特征识别结果。
在一些实施例中，生物特征可以包括指纹，生物特征信息可以包括指纹的图像信息，生物特征数据可以包括指纹的特征点数据，生物特征模板可以包括指纹特征模板。
图2示出了根据本实用新型的实施例的生物特征识别装置200的框图。本实用新型的实施例可以适用于一种或多种生物特征的识别，生物特征的示例包括但不限于纹理(包括指纹、掌纹、静脉及相关附属特征，如汗孔等)、生物膜(如虹膜、视网膜等)、面孔、耳道、语音、体形、个人习惯(例如敲击键盘的力度和频率、签字、步态)等。在本实施例中，生物特征可以例如是指纹。
如图2所示，生物特征识别装置200包括传感器210、信号处理芯片220和安全芯片230。在一些实施例中，生物特征识别装置200可以安装在诸如智能手机、平板电脑之类的计算设备中，信号处理芯片220和安全芯片230均为单独的物理硬件，与所述计算设备的系统环境物理隔离。
传感器210用于感测生物特征信息。生物特征信息可以包括与诸如纹理(包括指纹、掌纹、静脉及相关附属特征，如汗孔等)、生物膜(如虹膜、视网膜等)、面孔、耳道、语音、体形、个人习惯(例如敲击键盘的力度和频率、签字、步态)等一种或多种生物特征有关的信息。例如对于指纹识别，所述生物特征信息可以包括指纹的图像信息。在本实用新型的实施例中，传感器210可以是光学传感器、半导体传感器、超声波传感器、射频识别传感器或可以感测生物特征信息的任何传感器。
信号处理芯片220可以包括图像采集模块2201、图像预处理模块2202和特征提取模块2203。在一些实施例中，信号处理芯片220可以为MCU。
图像采集模块2201与传感器210相连，用于从传感器感210获取生物特征信息。例如，对于指纹，图像采集模块2201可以按照滑动采集方式或按压采集方式一次或多次从传感器感210获取指纹的图像信息。
图像预处理模块2202与图像采集模块2201，用于对图像采集模块2201获取的生物特征信息进行预处理以获得生物特征的灰度图。例如，对于指纹图像，预处理可以包括例如图像归一化、指纹有效区域分割处理、指纹方向图处理、指纹增强处理、指纹二值化处理和指纹细化处理等等。
特征提取模块2203与图像预处理模块2202相连，用于从图像预处理模块2202获得的灰度图中提取生物特征的特征点以获得与生物特征的特征点有关的生物特征数据。例如，生物特征数据可以包括指纹的特征点数据。
安全芯片230可以包括存储模块2301、特征比对模块2302和签名模块2303。在一些实施例中，安全芯片130可以为SE。
存储模块2301与特征提取模块2203相连，用于存储诸如指纹特征模板之类的生物特征模板。生物特征模板是在注册阶段由信号处理芯片220的图像采集模块2201、图像预处理模块2202和特征提取模块2203通过对传感器210感测到的生物特征信息分别进行获取、图像预处理和特征提取而生成的。在本实用新型的实施例中，存储模块2301可以为非易失性存储器，例如闪存Flash、电可擦可编程只读存储器EEPROM、可擦可编程只读存储器EPROM、可编程只读存储器PROM或其他的在断电情况下能继续保留数据的磁、电存储介质。
特征比对模块2302与特征提取模块2203和存储模块2301相连，用于将特征提取模块2203获得的生物特征数据与存储模块2301中存储的生物特征模板相比较，如果生物特征数据与生物特征模板相匹配，则确定生物特征识别结果为通过，否则确定生物特征识别结果为未通过。
签名模块2303与特征比对模块2302相连，用于对生物特征识别结果进行数字签名。例如，签名模块2303可以用于在生物特征模板注册成功后生成密钥对，将私钥保存在安全芯片中，将公钥发送至外部的应用服务器，并且在识别生物特征之后，利用私钥对生物特征识别结果进行数字签名。所述应用服务器在接收到该已签名的生物特征识别结果之后，可以利用所述公钥来验证该已签名的生物特征识别结果是否合法。这样可以防止开放式应用环境中的木马或病毒篡改安全芯片输出的生物特征识别结果，使得未通过指纹验证的行为被授权通过。
在一些实施例中，生物特征识别装置100可以安装在划分为安全区和非安全区的计算设备中，并通过安全区或非安全区向所述计算设备传送生物特征识别结果。例如，生物特征识别装置100可以安装在采用Trust Zone安全技术(或Secure Enclave)的诸如智能手机、平板电脑之类的计算设备中，并通过处理器安全区或非安全区与计算设备通信。作为示例，生物特征识别装置100可以按照计算设备发送的指令来执行生物特征识别(例如，指纹识别)并通过计算设备的安全区或非安全区将生物特征识别结果(未签名的或已签名的)发送至计算设备。
在本实用新型的实施例中，整个生物特征识别过程独立于诸如智能手机或平板电脑之类的计算设备的系统环境而进行，避免了在开放的系统环境中进行传输、存储和计算。具体地，信号处理芯片与计算设备的系统环境物理隔离，可以防止注册和识别环节的网络攻击；而安全芯片也与计算设备的系统环境物理隔离，可以保护存储在其中的生物特征模板不受网络攻击，其具有较强的安全防护能力，可以使得生物特征模板数据在存储和计算环节免遭物理攻击和非侵入式攻击。可见，相比于传统的逻辑隔离，本实用新型的实施例大大提高了生物特征识别特别是指纹识别的安全性。
在本实用新型的实施例中，一方面，图像采集、图像预处理和特征提取这些计算量大的操作在信号处理芯片中执行，可以提高处理效率，降低对安全芯片的运算能力和存储能力的要求，实现方式灵活；另一方面，生物特征模板存储和特征比对这些与生物特征模板的安全性有关的操作在安全芯片中执行，确保了生物特征模板始终与开放的主机环境物理隔离，处于高度安全的环境中。可见，相比于传统的生物特征识别，本实用新型的实施例不仅具有更高的安全性，同时还具有更高的处理效率和更灵活的实现方式。
本实用新型实施例的生物特征识别装置可以安装在各种计算设备中，例如采用Trust Zone安全技术(或Secure Enclave)的智能手机或平板电脑等。由于生物特征模板存储和特征比对这些与生物特征模板的安全性有关的操作在安全芯片中执行，生物特征模板始终与开放的主机环境物理隔离，因此安全芯片提供的生物特征识别结果可以在计算设备的非安全区中传送，当然也可以在安全区中传送以进一步提高安全性。本实用新型实施例的生物特征识别装置也可以安装在并未划分安全区和非安全区的计算设备中。可见，本实用新型的实施例适用于各种现有的智能手机或平板电脑等计算设备，具有较高的兼容性。
以上所述仅是本实用新型的示范性实施方式，而非用于限制本实用新型的保护范围，本实用新型的保护范围由所附的权利要求确定。
Claims (4)
1.一种生物特征识别装置，其特征在于，包括：
传感器，用于感测生物特征信息；
信号处理芯片，所述信号处理芯片与传感器相连接，用于从传感器获取生物特征信息、对获取的生物特征信息进行图像预处理和特征提取，以获得生物特征数据；以及
安全芯片，所述安全芯片与信号处理芯片相连，用于存储生物特征模板，将信号处理芯片获得的生物特征数据与存储的生物特征模板相比较，以确定生物特征识别结果。
2.根据权利要求1所述的生物特征识别装置，其特征在于，所述安全芯片包括：
存储器，所述存储器与信号处理芯片相连，用于存储生物特征模板，所述生物特征模板是在注册阶段由信号处理芯片通过对传感器感测到的生物特征信息进行获取、图像预处理和特征提取而生成的；以及
处理元件，所述处理元件与信号处理芯片和存储器相连，用于将信号处理芯片获得的生物特征数据与存储器中存储的生物特征模板相比较，如果生物特征数据与生物特征模板相匹配，则确定生物特征识别结果为通过，否则确定生物特征识别结果为未通过。
3.根据权利要求1所述的生物特征识别装置，其特征在于，所述信号处理芯片为微控制器单元MCU，所述安全芯片为安全元件SE。
4.根据权利要求1所述的生物特征识别装置，其特征在于，所述生物特征识别装置安装在计算设备中，并且所述信号处理芯片和所述安全芯片与所述计算设备的系统环境物理隔离。
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Cited By (1)
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| WO2017215533A1 (zh) * | 2016-06-12 | 2017-12-21 | 北京集创北方科技股份有限公司 | 生物特征识别装置和方法以及生物特征模板注册方法 |
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