CN109035519A - 一种生物特征识别装置及方法 - Google Patents

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Abstract

生物特征识别装置，包括主控模块，用于发送控制命令，接收各种结果指令，生成密钥，存储密钥，生成随机数，加密运算，解密运算和随机数检验；生物特征识别模块，用于接收来自主控模块的控制命令，执行相应控制指令并向主控模块反馈生物特征识别结果，存储密钥，生成随机数，加密运算，解密运算和随机数检验；所述主控模块与生物特征识别模块连接且采用双向的身份认证机制，在相互确认合法身份之后，才能进行用户生物特征注册、识别操作，如果身份验证失败，则不能进行生物特征注册、识别操作。

Description

一种生物特征识别装置及方法
技术领域
本发明属于生物特征技术领域，具体涉及一种生物特征识别装置及方法。
背景技术
在生物特征识别设备(例如基于指纹识别、人脸识别等技术的门锁、门禁、闸机等)中，生物特征识别功能通常是由一个专用的模块实现，以完成采集原始图像、用户注册、模板存储、搜索比对等具体功能。生物特征识别模块与设备主控模块之间采用UART、USB、SPI等通用串行通讯协议进行数据传输，为便于设计、生产，生物特征识别模块一般采用可插拔数据线安装在设备内部的电路板上，导致其容易被拆除或替换。由于生物特征识别设备一般应用在涉及到访问权限控制的场合，例如安装家庭或公共场合的门锁、门禁、闸机等，如果在设计原理上出现安全漏洞，导致其生物特征识别模块可被替换，则将极大地威胁个人安全及公共安全。
CN107835078A公开了一种移动智能终端生物识别安全解锁系统及方法，在移动智能终端进行解锁时，在移动智能终端进行解锁时，利用预置的主密钥和会话密钥分别对会话密钥和生物特征信息进行加密传输，防止生物特征信息数据在移动终端传输过程中受到攻击或者被恶意程序窃取，且对生物特征信息的提取和比对均在安全硬件中进行，对特征值的提取和比对进行了有效保护，保证生物特征信息数据的安全性。且在安全硬件中对采集到的生物特征信息与预先存储的用户生物特征信息比对时，先比对标识码，再对生物特征值进行比对，提高终端解锁成功的效率，但该申请仅仅防止生物特征信息数据在传输过程中受到攻击或者被恶意程序(APP)窃取盗用，使用的技术手段是对数据本身进行了加密，即该申请仍是存在数据被篡改或替换的风险。
发明内容
为解决现在技术存在的上述问题，本发明提供了一种双重身份认证、机密性高、防止生物特征滥用的生物特征识别装置及方法。
本发明采用的技术方案是：
生物特征识别装置，其特征在于：包括
主控模块，用于发送控制命令，接收各种结果指令，生成密钥，存储密钥，生成随机数，加密运算，解密运算和随机数检验；
生物特征识别模块，用于接收来自主控模块的控制命令，执行相应控制指令并向主控模块反馈生物特征识别结果，存储密钥，生成随机数，加密运算，解密运算和随机数检验；
所述主控模块与生物特征识别模块连接且采用双向的身份认证机制，在相互确认合法身份之后，才能进行用户生物特征注册、识别操作，如果身份验证失败，则不能进行生物特征注册、识别操作。
进一步，还包括执行模块，用于接收来自主控模块的控制命令，执行机械或电子开关的开启/关闭，所述执行模块与主控模块连接。
进一步，还包括输入/输出模块，用于实现用户信息与操作的输入，以及对用户提供的应用信息的输出，所述输入/输出模块与主控模块连接。
进一步，还包括电源模块，用于为生物特征识别装置提供工作电源，所述电源模块与主控模块、生物特征识别模块、执行模块、输入/输出模块均连接。
生物特征识别方法，采用上述生物特征识别装置，其步骤如下：
1)主控模块与生物特征识别模块之间进行身份绑定，主控模块与生物特征识别模块均存储加密密钥；
2)主控模块发送注册命令给生物特征识别模块，所述生物特征识别模块在接收到注册命令时生成第一随机数并传输给主控模块，主控模块将第一随机数与注册命令打包成注册数据包并采用预存的加密密钥加密后传输给生物特征识别模块；
生物特征识别模块接收到该注册数据包后，先采用预存的加密密钥进行解密，然后进行数据包格式校验，若加密密钥不一致则解密操作后的注册数据包是乱码，不能通过数据包格式校验，生物特征识别模块将拒绝执行注册命令，并向主控模块反馈错误信息；若加密密钥一致则解密得到注册数据包明文，并且数据包格式校验正确，生物特征识别模块将执行注册命令，并在注册成功后向主控模块反馈信息，同时在注册过程中进行第一随机数的检验，一旦检到第一随机数发生变化则停止注册过程；
3)主控模块发送识别命令给生物特征识别模块，同时生成第二随机数并发送给生物特征识别模块，生物特征识别模块接收到识别命令和第二随机数后，生物特征识别模块执行生物特征识别并将识别结果和第二随机数打包成识别数据包，再采用预存的加密密钥进行加密后传输给主控模块；
主控模块接收到该识别数据包后，先采用预存的加密密钥进行解密，然后进行数据包格式校验，若加密密钥不一致则解密操作后的识别数据包是乱码，不能通过数据包格式校验，主控模块将拒绝执行任何开关操作；若加密密钥一致则解密得到识别数据包明文，并且数据包格式校验正确，主控模块根据识别结构执行或拒绝执行任何开关操作，同时在识别过程中进行第二随机数的检验，一旦检到第二随机数发生变化则停止识别过程。
本发明不管在生物特征注册还是识别中都采用双向的身份认证机制(数据包格式+随机数的检验)，只有在相互确认合法身份之后，才能进行用户注册、识别等关键的生物特征识别操作，如果身份验证失败，则不能进行生物特征注册、识别操作，以保证当生物特征识别模块被非法替换之后，将禁止未授权的使用者执行非法的操作。
进一步，步骤1)的身份绑定步骤包括：
主控模块发送绑定命令给生物特征识别模块，同时生成加密密钥存储并将加密密钥传输给生物特征识别模块；
生物特征识别模块接收到绑定命令和加密密钥后，存储加密密钥，并发送绑定成功给主控模块。
进一步，在身份绑定时已经进行过身份绑定的，将原加密密钥删除后再存储加密密钥。
进一步，进行身份绑定的同时删除存储于生物特征识别模块中的全部已注册的生物特征模板，以避免这些模板被非法使用。
进一步，步骤1)的身份绑定可重复进行。
进一步，步骤2)和步骤3)中的数据包中均含有用于验证数据包格式的校验值数据。
本发明的有益效果是：
(1)采用通讯数据包加密、通讯数据包格式校验、随机数校验相结合的双向身份认证机制，以保证仅在经过身份绑定的主控模块与生物特征识别模块之间才能执行生物特征识别功能；
(2)主控模块与生物特征识别模块之间允许多次绑定，以支持生物特征识别装置的维护及组件更换；被替换的生物特征识别模块不能直接在其它装置上使用(须经过再次绑定，且再次绑定后将强制删除全部已注册的生物特征模板)，以防止经过模板存储的生物特征识别模块被滥用；
(3)防止生物特征识别模块被非法替换、且防止主控模块接收到非法指令，使用的技术手段是对数据来源、指令来源增加了加密保护，无论是在主控模块发送的注册指令中加第一随机数，还是在生物特征识别模块发送的识别结果中加第二随机数。通俗来说就是给生物特征识别模块和主控模块增加了一一对应的序列号，使得一个生物特征识别模块只能对应一个主控模块完成身份绑定，一经绑定后不可以在其他主控模块上使用，确定了生物特征识别模块的唯一性，同时保障了生物特征识别模块中存储数据的安全性。
附图说明
图1是本发明的硬件结构示意图。
图2是本发明的绑定过程的流程示意图。
图3是本发明的注册过程的流程示意图。
图4是本发明的识别过程的流程示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例来对本发明进行进一步说明，但并不将本发明局限于这些具体实施方式。本领域技术人员应该认识到，本发明涵盖了权利要求书范围内所可能包括的所有备选方案、改进方案和等效方案。
实施例一
参见图1，本实施例生物特征识别装置，包括
主控模块，用于发送控制命令，接收各种结果指令，生成密钥，存储密钥，生成随机数，加密运算，解密运算和随机数检验；
生物特征识别模块，用于接收来自主控模块的控制命令，执行相应控制指令并向主控模块反馈生物特征识别结果，存储密钥，生成随机数，加密运算，解密运算和随机数检验；
执行模块，用于接收来自主控模块的控制命令，执行机械或电子开关的开启/关闭；
输入/输出模块，用于实现用户信息与操作的输入，以及对用户提供的应用信息的输出；
电源模块，用于为生物特征识别装置提供工作电源；
所述主控模块与生物特征识别模块连接且采用双向的身份认证机制，在相互确认合法身份之后，才能进行用户生物特征注册、识别操作，如果身份验证失败，则不能进行生物特征注册、识别操作；所述执行模块、输入/输出模块均与主控模块连接，所述电源模块与主控模块、生物特征识别模块、执行模块、输入/输出模块均连接。
在生物特征识别装置中，主控模块与生物特征识别模块之间采用通讯数据包加密、通讯数据包格式校验、随机数校验相结合的双向身份认证机制，以保证仅在经过身份绑定的主控模块与生物特征识别模块之间才能执行生物特征识别功能。生物特征识别功能包括但不限于指纹识别、人脸识别、语音识别、虹膜识别等生物特征识别。
实施例二
参见图2-4，本实施例提供了一种生物特征识别方法，采用了实施例一所述的生物特征识别，其步骤如下：
1)生物特征识别装置在初次使用前，需进行身份绑定操作。主控模块发送绑定命令给生物特征识别模块，同时生成加密密钥存储并将加密密钥传输给生物特征识别模块；生物特征识别模块接收到绑定命令和加密密钥后，存储加密密钥，并发送绑定成功给主控模块。身份绑定操作可重复进行。如果主控模块或生物特征识别模块未进行过身份绑定操作，则存储该密钥，如果主控模块或生物特征识别模块曾经进行过身份绑定操作，则在删除原密钥后再存储该密钥，以保证主控模块或生物特征识别模块只存储最后生成或接收到的1组加密密钥。绑定操作同时删除存储于生物特征识别模块中的全部已注册的生物特征模板，以避免这些模板被非法使用。
2)生物特征注册。主控模块发送注册命令给生物特征识别模块，所述生物特征识别模块在接收到注册命令时生成第一随机数并传输给主控模块，主控模块将第一随机数与注册命令打包成注册数据包并采用预存的加密密钥加密后传输给生物特征识别模块；生物特征识别模块接收到该注册数据包后，先采用预存的加密密钥进行解密，然后进行数据包格式校验，若加密密钥不一致则解密操作后的注册数据包是乱码，不能通过数据包格式校验，生物特征识别模块将拒绝执行注册命令，并向主控模块反馈错误信息；若加密密钥一致则解密得到注册数据包明文，并且数据包格式校验正确，生物特征识别模块将执行注册命令，并在注册成功后向主控模块反馈信息，同时在注册过程中进行第一随机数的检验，一旦检到第一随机数发生变化则停止注册过程。本发明经过身份绑定操作后，用户可通过按键、电脑等输入方式向生物特征识别装置发出注册请求，生物特征识别装置的主控模块向生物特征识别模块发出注册命令，该命令相关的通讯数据包(内含校验值数据)采用预设的加密密钥进行加密；生物特征识别模块接收到通讯数据包后，先采用预设的预设密钥进行解密，然后进行数据包格式校验和随机数校验。如果加密密钥一致，则可正确解密数据包(得到数据包明文，且校验值正确)，生物特征识别模块进行生物特征注册操作；如果加密密钥不一致，则不能正确解密数据包(即解密操作后的数据包是乱码，并且校验值错误)，该数据包将无法通过格式校验，生物特征识别模块将拒绝执行注册命令，并向主控模块反馈错误信息。在注册命令相关的通讯数据包中包含1组随机数，在每次注册过程中都由生物特征识别模块随机地重新生成(验证注册命令的来源的正确性)，且在该次注册过程中保持不变，主控模块及生物特征识别模块在接收到数据包后进行随机数检查(比较接收到的随机数是否与发送给主控模块的随机数相同)，如果随机数发生变化则取消当前的注册过程。
3)生物特征识别。主控模块发送识别命令给生物特征识别模块，同时生成第二随机数并发送给生物特征识别模块，生物特征识别模块接收到识别命令和第二随机数后，生物特征识别模块执行生物特征识别并将识别结果和第二随机数打包成识别数据包，再采用预存的加密密钥进行加密后传输给主控模块；主控模块接收到该识别数据包后，先采用预存的加密密钥进行解密，然后进行数据包格式校验，若加密密钥不一致则解密操作后的识别数据包是乱码，不能通过数据包格式校验，主控模块将拒绝执行任何开关操作；若加密密钥一致则解密得到识别数据包明文，并且数据包格式校验正确，主控模块根据识别结构执行或拒绝执行任何开关操作，同时在识别过程中进行第二随机数的检验，一旦检到第二随机数发生变化则停止识别过程。本发明经过身份绑定操作及生物特征注册后，用户可进行生物特征识别。当主控模块向生物特征识别模块发出识别命令后，生物特征识别模块执行生物特征识别操作，并在完成识别操作后将识别结果与随机数一起嵌入到数据包(内含校验值数据)，发送给主控模块，将结果数据包采用预设的密钥进行加密；主控模块接收到通讯数据包后，先采用预设的密钥进行解密，然后进行数据包格式校验和随机数校验。如果加密密钥一致，则主控模块可正确解密数据包(得到数据包明文，且校验值正确)，然后根据生物特征识别结果向执行模块发出或不发出开启开关的命令；如果加密密钥不一致，则不能正确解密数据包(即解密操作后的数据包是乱码，并且校验值错误)，该数据包将无法通过格式校验，生物特征识别模块对本次通讯数据包做无效处理，不向执行模块发出任何命令。在识别命令相关的通讯数据包中包含1组随机数，在每次识别过程中都由主控模块随机地重新生成(验证识别结果的来源正确性)，且在该次识别过程中保持不变，主控模块及生物特征识别模块在接收到数据包后进行随机数检查(比较接收到的随机数是否与发送给主控模块的随机数相同)，如果随机数发生变化则取消当前的识别过程。
本发明利用密码算法对通讯数据包加密，以保证通讯数据的机密性，避免数据泄露。采用的加密算法包括但不限于AES、DES、SM4等密码算法。利用通讯数据包(含校验值)格式校验，以保证通讯数据的完整性，避免数据被篡改。利用通讯数据包中的随机数校验，以保证每次生物特征识别操作过程中产生的数据包都是随机且唯一的，避免数据被截获后实施重放攻击。主控模块与生物特征识别模块之间允许多次绑定，以支持生物特征识别装置的维护及组件更换；被替换的生物特征识别模块不能直接在其它装置上使用(须经过再次绑定，且再次绑定后将强制删除全部已注册的生物特征模板)，以防止经过模板存储的生物特征识别模块被滥用。
本发明采用双向的身份认证机制(数据包格式+随机数的检验)，只有在相互确认合法身份之后，才能进行用户注册、识别等关键的生物特征识别操作，如果身份验证失败，则不能进行生物特征注册、识别操作，以保证当生物特征识别模块被非法替换之后，将禁止未授权的使用者执行非法的操作。
应当说明的是，上述实施例均可根据需要自由组合。以上所述仅是对本发明的优选实施例及原理进行了详细说明，对本领域的普通技术人员而言，依据本发明提供的思想，在具体实施方式上会有改变之处，而这些改变也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.生物特征识别装置，其特征在于：包括
主控模块，用于发送控制命令，接收各种结果指令，生成密钥，存储密钥，生成随机数，加密运算，解密运算和随机数检验；
生物特征识别模块，用于接收来自主控模块的控制命令，执行相应控制指令并向主控模块反馈生物特征识别结果，存储密钥，生成随机数，加密运算，解密运算和随机数检验；
所述主控模块与生物特征识别模块连接且采用双向的身份认证机制，在相互确认合法身份之后，才能进行用户生物特征注册、识别操作，如果身份验证失败，则不能进行生物特征注册、识别操作。
2.根据权利要求1所述的生物特征识别装置，其特征在于：还包括执行模块，用于接收来自主控模块的控制命令，执行机械或电子开关的开启/关闭，所述执行模块与主控模块连接。
3.根据权利要求1所述的生物特征识别装置，其特征在于：还包括输入/输出模块，用于实现用户信息与操作的输入，以及对用户提供的应用信息的输出，所述输入/输出模块与主控模块连接。
4.根据权利要求1～3之一所述的生物特征识别装置，其特征在于：还包括电源模块，用于为生物特征识别装置提供工作电源，所述电源模块与主控模块、生物特征识别模块、执行模块、输入/输出模块均连接。
5.生物特征识别方法，采用权利要求1-4任一项所述的生物特征识别装置，其步骤如下：
1)主控模块与生物特征识别模块之间进行身份绑定，主控模块与生物特征识别模块均存储加密密钥；
2)主控模块发送注册命令给生物特征识别模块，所述生物特征识别模块在接收到注册命令时生成第一随机数并传输给主控模块，主控模块将第一随机数与注册命令打包成注册数据包并采用预存的加密密钥加密后传输给生物特征识别模块；
生物特征识别模块接收到该注册数据包后，先采用预存的加密密钥进行解密，然后进行数据包格式校验，若加密密钥不一致则解密操作后的注册数据包是乱码，不能通过数据包格式校验，生物特征识别模块将拒绝执行注册命令，并向主控模块反馈错误信息；若加密密钥一致则解密得到注册数据包明文，并且数据包格式校验正确，生物特征识别模块将执行注册命令，并在注册成功后向主控模块反馈信息，同时在注册过程中进行第一随机数的检验，一旦检到第一随机数发生变化则停止注册过程；
3)主控模块发送识别命令给生物特征识别模块，同时生成第二随机数并发送给生物特征识别模块，生物特征识别模块接收到识别命令和第二随机数后，生物特征识别模块执行生物特征识别并将识别结果和第二随机数打包成识别数据包，再采用预存的加密密钥进行加密后传输给主控模块；
主控模块接收到该识别数据包后，先采用预存的加密密钥进行解密，然后进行数据包格式校验，若加密密钥不一致则解密操作后的识别数据包是乱码，不能通过数据包格式校验，主控模块将拒绝执行任何开关操作；若加密密钥一致则解密得到识别数据包明文，并且数据包格式校验正确，主控模块根据识别结构执行或拒绝执行任何开关操作，同时在识别过程中进行第二随机数的检验，一旦检到第二随机数发生变化则停止识别过程。
6.根据权利要求5所述的生物特征识别方法，其特征在于：步骤1)的身份绑定步骤包括：
主控模块发送绑定命令给生物特征识别模块，同时生成加密密钥存储并将加密密钥传输给生物特征识别模块；
生物特征识别模块接收到绑定命令和加密密钥后，存储加密密钥，并发送绑定成功给主控模块。
7.根据权利要求6所述的生物特征识别方法，其特征在于：在身份绑定时已经进行过身份绑定的，将原加密密钥删除后再存储加密密钥。
8.根据权利要求6所述的生物特征识别方法，其特征在于：进行身份绑定的同时删除存储于生物特征识别模块中的全部已注册的生物特征模板，以避免这些模板被非法使用。
9.根据权利要求5～8之一所述的生物特征识别方法，其特征在于：步骤1)的身份绑定可重复进行。
10.根据权利要求9所述的生物特征识别方法，其特征在于：步骤2)和步骤3)中的数据包中均含有用于验证数据包格式的校验值数据。
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