基于指纹的安全认证方法与应用研究

摘要

生物特征识别技术已成为一种公认的身份认证技术。从最基本的到最健壮的，存在着多种不同级别的安全技术，生物特征识别技术被认为是最安全、最可靠的。采用“您本身所具有的”(例如指纹、虹膜、声音等)方式验证身份远比采用“您所拥有的”(例如带照片的身份证件)和“您所知道的”东西(例如用户名和密码)方式验证身份更可靠、更安全。基于生物特征的身份认证技术将彻底改变人们现有的生活方式和商业模式。
　　 近几年来，全球的生物特征识别技术已经从研究阶段转向应用阶段，对该技术的研究和应用正进行得如火如荼。尤其美国“9-11”事件之后，随着人类安全意识的加强，人们对生物特征识别技术产生了巨大的兴趣，这也使得这项技术拥有巨大的市场潜力，从保护银行账号到公司的安全保障等各个行业领域，生物特征识别技术正在逐渐被一些机构和消费者采用，它已经成为一种越来越受欢迎的安全保障措施。同时，随着信息社会对身份识别要求的不断提高，人体生物特征识别技术在信息社会中的重要性能将日益凸显，并成为将来的主要发展方向。
　　 但是，随着生物特征识别技术应用的愈加深入，其本身固有的一些缺陷和不足也逐渐暴露出来，最主要的就是生物特征所涉及到的人的隐私以及由此而带来的安全性问题。生物特征是人体所固有的，一旦丢失而被不法之徒获取则存在非常大的风险。随着生物特征识别技术的普遍应用，它本身的安全问题也受到了重视，对生物特征本身的保护引发了许多研究课题。生物特征加密技术BE(BiometricEncryption)就是解决这类问题的新兴方法。
　　 本文就是基于上述的背景，提出了多项基于指纹和密钥的生物特征加密技术，并将其应用到了金融领域，设计了指纹银行认证系统方案。本文的主要贡献概述如下：
　　 1)提出了一种改进的可撤销指纹Fuzzy Vault算法，构造了一个基于口令的细节点变换函数，使用变换后的指纹细节点构造Fuzzy Vault系统，不同的应用系统对应一个不同的口令，当Vault受到威胁时，可通过更换随机数并重新发布一个新的Vault来避免潜在的威胁。由于在变换过程中使用了模操作，使得变换不可逆，攻击者得到注册的变换细节点也不会知道指纹真实细节点的坐标，因而有效的降低交叉匹配带来的安全隐患，提高了系统安全性。
　　 2)提出了一种基于生物特征和口令的混合式认证方案，通过基于口令的认证方式可有效的弥补单独依赖生物特征完成认证所带来的不足，用户可在无法提供足够完整的生物特征的情况下，将口令作为必要的补充，完成合法用户的身份认证过程。
　　 3)设计了一种指纹银行认证方案。该方案以前面所述的指纹Fuzzy Vault算法和基于生物特征和口令的混合式认证方案为基础，结合银行环境中的身份认证具体需求，提出了一套切实可行的指纹银行认证方案。该方案分为银行指纹客户认证系统和银行指纹内控认证系统两个子系统，分别针对银行客户和银行内部工作人员。其中银行指纹客户认证系统又分为基于网络应用模式和基于银行卡应用模式两种应用子系统，银行可以根据具体环境选用。