基于加密電路的免對齊指紋匹配方法及計算電路的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種基于加密電路的免對齊指紋匹配方法，包括建立指紋的細節(jié)點模板集合，以及現(xiàn)場樣本細節(jié)點集合，基于細節(jié)點模板集合，構(gòu)建紋線特征集合OT和局部結(jié)構(gòu)特征集合DT,基于現(xiàn)場樣本細節(jié)點集合構(gòu)造紋線特征集合OQ和局部細節(jié)點結(jié)構(gòu)特征集合DQ；對上述紋線特征集合OT和紋線特征集合OQ、以及局部結(jié)構(gòu)特征集合DT和局部結(jié)構(gòu)特征集合DQ中的元素進行逐點比較，形成兩個NT×NQ的矩陣UO和UD；將上述矩陣UO和紋線特征集合OQ作相似性計算，并將矩陣UD和局部細節(jié)點結(jié)構(gòu)特征集合DQ作相似性計算，根據(jù)相似度完成指紋的匹配。同時公開一種計算電路。達到了在保護用戶和認證服務器的隱私數(shù)據(jù)的基礎(chǔ)上，不用將指紋對齊即可實現(xiàn)指紋匹配的目的。
【專利說明】基于加密電路的免對齊指紋匹配方法及計算電路
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及信息安全領(lǐng)域，具體地，涉及一種基于加密電路的免對齊指紋匹配方法及計算電路。
【背景技術(shù)】
[0002]在開放網(wǎng)絡(luò)中進行基于生物特征識別的身份認證時，面臨的一個重要挑戰(zhàn)是，認證的雙方一服務器和用戶往往相互不信任，雙方只要認證結(jié)果，但并不想讓對方知道自己私有的生物特征數(shù)據(jù)。而現(xiàn)有方法中，運行在服務器或客戶端的識別程序需要將預先存儲的模板和用戶的現(xiàn)場生物特征放在一起進行匹配，從而得到認證結(jié)果，這就需要知道雙方的數(shù)據(jù)。為了解決數(shù)據(jù)隱私性和開放網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下認證的矛盾，近年來研究者借助于密碼術(shù)中的雙方安全函數(shù)計算技術(shù)(Two-party Secure Function Evaluation, SFE)設(shè)計認證協(xié)議，使得互不信任雙方在不借助可信第三方的情況下，能進行生物認證，而且能保護雙方數(shù)據(jù)的隱私性。兩種常用的SFE工具包括加密電路(garbled ciruits，GC)和同態(tài)加密。Erkin等提出基于同態(tài)加密的人臉隱私保護辨識算法。Sadeghi等則結(jié)合同態(tài)加密和GC，設(shè)計了人臉隱私保護辨識算法。Barni等用指紋的FingerCode作為特征向量，采用同態(tài)加密設(shè)計了指紋認證協(xié)議。Huang等采用同態(tài)加密和GC,設(shè)計了基于FingerCode特征的認證協(xié)議。Feng等利用同態(tài)加密設(shè)計匹配協(xié)議，以實現(xiàn)基于指紋細節(jié)點的遠程指紋身份認證。馮全等利用GC實現(xiàn)了一種細節(jié)點的匹配算法。
[0003]對于指紋認證，以上技術(shù)均采用全局指紋特征，這樣需要將模板和現(xiàn)場指紋特征進行對齊。由于SFE是在加密域進行計算的，它以很大計算和通信負擔來換取安全性，故通常僅用SFE設(shè)計最后匹配階段的算法。對于對齊，目前均采用預對齊方法，即雙方各自從自己的生物數(shù)據(jù)中提取出對齊參數(shù)后分別在此參數(shù)下對齊(如一組紋線最大曲率點)。但對齊精度無法保證。所有基于全局特征的指紋匹配方法均需要將兩枚指紋對齊，而這需要復雜的算法，很難用SFE技術(shù)實現(xiàn)，目前一些方案采用輔助數(shù)據(jù)，但往往要求圖像中指紋區(qū)域完整清晰，對只有部分指紋區(qū)域無法使用。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于，針對上述問題，在指紋特征方面采用具有局部旋轉(zhuǎn)和位移不變性的局部特征，為提高匹配精度，將兩種局部特征的相似性得分進行融合，并設(shè)計了相應的計算加密電路，提出一種基于加密電路的免對齊指紋匹配方法及計算電路，以實現(xiàn)在不泄露服務器和用戶各自隱私數(shù)據(jù)的前提下，不用將指紋對齊即可實現(xiàn)指紋匹配的目的。
[0005]為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種基于加密電路的免對齊指紋匹配方法，包括以下步驟:
[0007]步驟一、建立指紋的細節(jié)點模板集合Mt，其中細節(jié)點數(shù)量為Ντ，以及現(xiàn)場樣本細節(jié)點集合Mq，其中細節(jié)點數(shù)量為Nq，上述N表示整數(shù)；基于上述的細節(jié)點模板集合構(gòu)建紋線特征集合Ot和細節(jié)點局部結(jié)構(gòu)特征集合DT，基于上述的現(xiàn)場樣本細節(jié)點集合構(gòu)造紋線特征集合Oq和局部細節(jié)點結(jié)構(gòu)特征集合Dq，其中T表示指紋模板，Q表示現(xiàn)場指紋；
[0008]步驟二、對上述紋線特征集合Ot和紋線特征集合O0、以及細節(jié)點局部結(jié)構(gòu)特征集合Dt和細節(jié)點局部結(jié)構(gòu)特征集合Dq中的元素進行逐點比較，形成兩個NtX Nq的矩陣U0和
Ud;
[0009]步驟三、將上述矩陣U0和紋線特征集合Oq作相似性計算，并將矩陣Ud和局部細節(jié)點結(jié)構(gòu)特征集合Dq作相似性計算，根據(jù)相似度完成指紋的匹配。
[0010]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，上述步驟一中，紋線特征集合中的元素構(gòu)建過程如下:
[0011]對以細節(jié)點集合中的每個細節(jié)點m，以其平面坐標為圓心，在其周圍畫L個半徑為I的(I≤I≤L)同心圓，在每個圓周上均勻取K1個采樣點pk，K1),計算出Ptl的局部紋線方向，以細節(jié)點方向為參考，計算出每個采樣點相對于該細節(jié)點的角度atl，這些相對角度按逆時針或順時鐘方向排列成一個向量o(m) = { a k；1}作為紋線特征集合的元素。
[0012]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，上述步驟一中，局部結(jié)構(gòu)特征集合的元素構(gòu)造過程如下:對于細節(jié)點集合中的每個細節(jié)點m,取其近鄰的一個細節(jié)點,計算它與相鄰細節(jié)點之間的長度I，與相鄰細節(jié)點的方向的相對夾角Ψ，以及相鄰細節(jié)點的方向與這兩個細節(jié)點連線
的夾角Φ,以這三個量構(gòu)成的向量i/(m)=[/，f, 作為細節(jié)點局部結(jié)構(gòu)特征集合的一
個元素。
[0013]根據(jù)本發(fā)明的優(yōu)選實施例，上述步驟二中的矩陣^構(gòu)建過程如下:
[0014]記卿f和Blf為Mt和Mq中的兩個細節(jié)點，它們的紋線特征分別記為
【權(quán)利要求】
1.一種基于加密電路的免對齊指紋匹配方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、建立指紋的細節(jié)點模板集合Mt，其中細節(jié)點數(shù)量為Ντ，以及現(xiàn)場樣本細節(jié)點集合Mq，其中細節(jié)點數(shù)量為Nq，上述N表示整數(shù)；基于上述的細節(jié)點模板集合構(gòu)建紋線特征集合Ot和細節(jié)點局部結(jié)構(gòu)特征集合DT，基于上述的現(xiàn)場樣本細節(jié)點集合構(gòu)造紋線特征集合Oq和局部細節(jié)點結(jié)構(gòu)特征集合Dq，其中T表示指紋模板，Q表示現(xiàn)場指紋； 步驟二、對上述紋線特征集合Ot和紋線特征集合O0、以及細節(jié)點局部結(jié)構(gòu)特征集合Dt和細節(jié)點局部結(jié)構(gòu)特征集合Dq中的元素進行逐點比較，形成兩個Nt X Nq的矩陣^和Ud ； 步驟三、將上述矩陣U0和紋線特征集合O0作相似性計算，并將矩陣Ud和局部細節(jié)點結(jié)構(gòu)特征集合Dq作相似性計算，根據(jù)相似度完成指紋的匹配。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于加密電路的免對齊指紋匹配方法，其特征在于，上述步驟一中，紋線特征集合中的元素構(gòu)建過程如下: 對以細節(jié)點集合中的每個細節(jié)點m，以其平面坐標為圓心，在其周圍畫L個半徑為I的(I ^ I ^ L)同心圓，在每個圓周上均勻取K1個采樣點Piu (I≤K1),計算出Piu的局部紋線方向，以細節(jié)點方向為參考，計算出每個采樣點相對于該細節(jié)點的角度ak l，這些相對角度按逆時針或順時鐘方向排列成一個向量o(m) = { a k；1}作為紋線特征集合的元素。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于加密電路的免對齊指紋匹配方法，其特征在于，上述步驟一中，局部結(jié)構(gòu)特征集合的元素構(gòu)造過程如下:對于細節(jié)點集合中的每個細節(jié)點m，取其近鄰的一個細節(jié)點，計算它與相鄰細節(jié)點之間的長度I，與相鄰細節(jié)點的方向的相對夾角擎，以及相鄰細節(jié)點的方向與這兩個細節(jié)點連線的夾角Φ，以這三個量構(gòu)成的向量
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的基于加密電路的免對齊指紋匹配方法，其特征在于，上述步驟二中的矩陣U0構(gòu)建過程如下: 記講f和Wlf為Mt和Mq中的兩個細節(jié)點，它們的紋線特征分別記為
5.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的基于加密電路的免對齊指紋匹配方法，其特征在于，上述步驟二中的矩陣Ud構(gòu)建過程如下:記兩個細節(jié)點局部結(jié)構(gòu)dim:) e I/和)eDer上述我wf)和)的相似性函數(shù)為:
6.根據(jù)權(quán)利要求4或5所述的基于加密電路的免對齊指紋匹配方法，其特征在于， 隊中的第i行表示Ot中的元素?lf >與Oq中每個元素的相似性，取第i行的最小值與一個閾值進行比較，若小于則認為在Oq中存在一個與ο?Λ-- )匹配的特征，累計所有匹配特征的數(shù)量，得到Ot和Oq中匹配的紋線特征總數(shù)量K ； Ud第i行表示Dt中的元素d( mj )與Dq中每個元素的相似性，取Ud第i行的最小值與 一個閾值進行比較，若小于則認為在Dq中存在一個與匹配的特征，累計所有匹配特征的數(shù)量，得到Dt和Dq中匹配的細節(jié)點局部結(jié)構(gòu)總數(shù)量Nd。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的基于加密電路的免對齊指紋匹配方法，其特征在于， 根據(jù)上述K構(gòu)造紋線特征集合Ot和紋線特征集合Oq的相似度得分SStj，可以根據(jù)上述Nd構(gòu)造細節(jié)點局部結(jié)構(gòu)特征集合Dt和細節(jié)點局部結(jié)構(gòu)特征集合Dq的相似度得分SSd ； 指紋模板和現(xiàn)場指紋的相似度總得分為:
8.根據(jù)權(quán)利要求1至6任一所述的基于加密電路的免對齊指紋匹配方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟一、服務器的輸入為所述模板{0T，DT}，用戶輸入為所述現(xiàn)場特征集合{0Q，DQ}，雙方通過加密電路交互計算所述模板與現(xiàn)場指紋的匹配程度SS ； 步驟二、服務器生成用于完成上述免對齊匹配方法的加密電路，對于電路的每一條線的取值O或I分別分配一個隨機數(shù)，服務器根據(jù)上述輸入輸出對應的隨機數(shù)、加密電路中各門電路的邏輯關(guān)系生成的加密表描述電路輸入輸出的關(guān)系； 步驟三、服務器將所述模板中的每個元素以二進制串表示，根據(jù)每一位是O或1，分配上述隨機數(shù)作為第一隨機數(shù)值，第一隨機數(shù)表發(fā)送給用戶，所述現(xiàn)場特征集合的每個元素也以二進制串表示，用戶通過OT協(xié)議從服務器獲得各元素對應的第二隨機數(shù)值； 步驟四、服務器將加密表發(fā)送給用戶； 步驟五、用戶根據(jù)第一隨機數(shù)值、第二隨機數(shù)值以及加密表，計算電路輸出的數(shù)值，分別得到所述K和Nd對應的加密值，該值回送服務器后，由服務器解密即得到K和Nd的真實數(shù)值，并用于計算所述指紋模板和現(xiàn)場指紋的相似度總得分SS。
9.一種實現(xiàn)要求I至權(quán)利要求8所述的免對齊指紋匹配方法的計算電路，其特征在于，包括: 用于計算所述Ot和Oq中匹配的紋線特征總數(shù)量K的電路1，以及計算所述Dt和Dq中匹配的細節(jié)點局部結(jié)構(gòu)總數(shù)量Nd電路2 ； 所述電路I包括，多組第一計算單元和第一計數(shù)器COUNTER，所述多組第一計算單元的輸出端均與第一計數(shù)器COUNTER的輸入端連接，所述第一計算單元包括兩個第一計算模塊和一個第一 OR電路，所述兩個第一計算模塊的輸出端與第一 OR電路的輸入端連接，所述第一計算模塊包括一個相似函數(shù)電路SOC和一個比較器CMP電路，所述相似函數(shù)電路SOC的輸出端與比較器CMP電路的輸入端連接，所述比較器CMP電路的輸出端與第一 OR電路的輸入端連接； 所述電路2包括，多組第二計算單元和第二計數(shù)器COUNTER，所述多組第二計算單元的輸出端均與第二計數(shù)器COUNTER的輸入端連接，所述第二計算單元包括兩個第二計算模塊和一個第二 OR電路，所述兩個第二計算模塊的輸出端與第二 OR電路的輸入端連接，所述第二計算模塊包括一個絕對值電路ABS、兩個角度差計算電路ROD、一個加法器ADD電路和一個比較器CMP電路，所述絕對值計算電路ABS和兩個角度差計算電路ROD的輸出端與加法器ADD電路的輸入端連接，所述加法器ADD電路的輸出端與比較器CMP電路的輸入端連接，所述比較器CMP電路的輸入端與第二 OR電路的輸入端連接。
【文檔編號】G06K9/00GK103761509SQ201410003722
【公開日】2014年4月30日 申請日期:2014年1月3日 優(yōu)先權(quán)日:2014年1月3日
【發(fā)明者】馮全, 李夢醒, 楊梅, 康立軍, 吳麗麗, 趙建 申請人:甘肅農(nóng)業(yè)大學