CN106030668A - 用于多密钥的真正的生物识别身份认证的方法和系统 - Google Patents

用于多密钥的真正的生物识别身份认证的方法和系统 Download PDF

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Abstract

公开了解决身份验证的问题同时遵守最小化侵犯用户的隐私和民权的需求的技术。通过组合生物识别分析数据，通过创建唯一的识别码，该技术允许快速部署且最小化部署所需的信息量、资金和时间，而无需保存、传输或比较生物识别图像，利用诸如姓名和账户号的基本个人信息创建身份认证码，该身份认证码很容易将其自身提供给发行机构或企业进行交易和验证。

Description

用于多密钥的真正的生物识别身份认证的方法和系统
相关申请的交叉引用
名称为“用于多密钥的真正的生物识别身份认证的方法和系统(Methods andSystems for Multi-key Veritable Biometric Identity Authentication)”的本PCT申请要求2013年12月2日递交的临时申请61/910,480的权益。该临时申请的全部内容通过引用完全并入本文。
技术领域
本发明涉及用于包括生物识别数据的身份认证的方法和系统。
背景技术
随着因特网上的远程交易的增长，身份认证(确认用户实际上是他所声称的人)已经变为特别紧迫的问题。已经使用先前的方法，例如密码、PIN和其它信息(一般地，“挑战性查询”)，来解决该问题，但基于这类知识的方法全部都遭受基本问题。用户可以忘记正确的响应，需要干预以重设挑战性查询，从而导致由促进交易的任一方承担的成本。此外，具有合适知识的任何人可以假扮合法用户，从而被盗的、猜中的、或反向破解的密码或其它认证信息呈现出严重的安全漏洞。
更糟的是，尽管强密码难以猜测，但是也难以记住，导致许多用户在多个站点上采用相同的强密码。因此一个站点的挑战性查询的妥协对用户已在其上指定同一响应的所有其它站点构成威胁，并且那些其它站点没有办法知道它们的安全是否处于危险之中或何时处于危险之中。
加强基于知识的认证的一种方式是使用生物识别数据，即用户的一些事、而非用户知道的一些事。例如，可以单独地或结合基于知识的认证使用指纹来缓和该安全问题，但是指纹的使用引起新的问题。指纹图像包含许多数据，这在依赖方给网络流量和存储需求造成负担，且阻碍可扩展性。此外，指纹分析在依赖方施加对计算能力的开销。甚至更糟的是，这类图像在各个站点(包括零售商)的存储提高了用户之间的合法的隐私关注，这是因为指纹可以用于唯一地识别个体。此外，诸如指纹的生物识别数据可以被偷窃。最后，不像密码或证书，生物识别数据无法被撤销，这导致跨域安全风险；用户无法改变例如其指纹，因此在一个站点的数据外泄可以危害用户已使用同一生物识别数据用于认证的所有其它站点。
Matyas等人的US6507912公开了生成取决于密钥的生物识别数据样本的方法和系统。
Matyas等人的US6687375公开了从用户特定信息(其可以是生物识别数据)生成取决于用户的密钥。
Bolle等人的US7120607公开了通过使用户的生物识别数据失真而生成可撤销的生物识别认证的方法。
Hillhouse的US7391891提供了在用户的识别中使用生物识别细节的坐标、角度、和类型的方式。
Davida和Frankel的US7711152公开了身份认证系统，该身份认证系统使用生物识别数据作为密钥，且不需要在联机数据库中或在令牌上脱机存储待识别的图案。
Gorelik和Fursenko的US7783893公开了根据用户的输入混排生物识别数据的阵列的方法。
Caveney的US8316050公开了将生物识别扫描转换为生物识别代码。
Griffin的US8359475提供了通过使用转换引擎生成可撤销的生物识别模板的方式。
Baldan和Vendittelli的US8631243公开了采用关于细节的坐标和取向的数据的生物识别模板匹配方法。
Pizano和Sass的US8745405公开了用于从生物识别数据生成密钥的方法。
Adams等人的US8812864公开了涉及使用生物识别数据来加密与智能卡相关联的字符序列的认证方法。
Liu的US8823489公开了比较旋转程度可以不同的生物识别模板的方法。
Beatson等人的US8842887公开了通过按指定角度的旋转加密生物识别模板。
这些参考文献中的每一者的全部内容通过引用并入本文。
持续需要认证难以(或理想上不可能)偷窃、猜测、或反向破解的用户身份的方式，这基本上不增大网络流量或存储需求、不造成隐私问题、以及解决了使用不可撤销的生物识别数据的跨域安全风险。
发明内容
所公开的系统和方法通过提供使用于身份认证的生物识别数据特征化的方式来解决了该需求，该方式产生小的文件大小、无法被用于识别用户，但提供对用户身份的强认证且可以被撤销。
附图说明
图1为在创建身份认证码时由注册单元进行的注册过程的框图。
图2为注册过程的框图。
图3为由交易单元进行的交易过程的框图。
具体实施方式
定义
除非另有指示，否则技术术语采用在麦格劳-希尔(McGraw-Hill)出版的科技术语字典第6版中所指定的含义。
此处的“生物识别数据”意指源于个体的物理性质的信息，该物理性质诸如指纹、面部特征、手指中的血管形态、眼角膜上的撕裂模式、声纹、虹膜结构、视网膜的脉管系统、心跳、脑波等。
此处的“细节”指的是生物识别数据的人与人之间不同的详情，因此可以用于在人之间进行区分。指纹的细节例如包括箕形纹、斗形纹和三角形纹，这些纹的相对位置在个体之间不同。
如此处使用的“散列函数”指的是将数字输入数据映射到给定大小的数字数据(“散列值”)的函数，其中输入数据的轻微差异导致散列值的很大差异，认为实际上不可能从散列值推断输入数据(在2014年10月29日访问的且通过引用并入本文中的https://en.wikipedia.org/wiki/Hash_function和https://en.wikipedia.org/wiki/Cryptographic_hash_function)。
注册
身份认证算法需要使用在注册过程(图1)中生成的几个密钥。
注册开始于注册单元10(通常处于银行或政府机构)，该注册单元10具有去往身份认证算法的基于知识的第一输入，该身份认证算法根据第一输入算法从该第一输入生成第一密钥100，该第一输入算法的细节不是关键的。在一个实施方式中，该第一输入为用户的姓名，但在其它实施方式中，该第一输入可以为信用卡号、社会保险号、或用户已知的其它信息，该选择不是关键的。例如，如果第一输入为用户的姓名，则在简单的第一输入算法中，可以将用户的姓名的字母与数字相关联，且将这些数字相加以产生第一密钥。
然后身份认证算法根据置乱算法、使用该第一密钥置换编码表(第一矩形N×M矩阵(其中N可以等于或不等于M))中的条目(105)，以产生置换的编码表。置乱算法的细节不是关键的，编码表中的条目的性质也不是关键的，只要这些条目不全部相同即可。这些条目可以是字母数字式字符，诸如罗马字母和阿拉伯数字字符中的字母，可选地包括标点符号和数学符号、或来自其它语言的字母或符号，或者这些条目可以是ASCII或万国码、或二进制值或十六进制值。在一些实施方式中，该第一置乱算法是第一条目的第一矩阵的对称操作，其中该对称操作可以是平移、正常旋转、或非正常旋转、沿着螺旋轴的旋转和平移、沿着滑移面的倒转和平移，如了解空间群的人将领会的。
接着身份认证算法根据第二输入算法、使用基于知识的第二输入来生成第二密钥(110)，该第二输入算法的细节也不是关键的。与基于知识的第一输入一样，该第二输入的性质不是关键的，且可以是与账户相关联的数字、驾驶执照、保险单或其它的字母数字式信息，但优选地第二输入不同于第一输入且优选地对于用户是唯一的。
身份认证算法使用形成的第二密钥从置换的编码表选择条目的子集(115)，以及将所选的每个条目与细节表(N'×M'矩阵，然而N'和M'可以是相同的或不同的)中的细节相关联(120)，其中细节表包括正在使用的这类生物识别数据的各种规范的细节特征。例如，如果生物识别数据应当来自指纹，则该细节表可以包括箕形纹、斗形纹、三角形纹、和处于各种取向的其它指纹细节。在一个实施方式中，细节表为增广的矩阵，其中每个矩阵元素包括细节和来自置换的编码表的相关条目。可替选地且等效地，第一矩阵和第二矩阵之间的关联性可以受将第一矩阵的元素映射到第二矩阵的对应位置的关联矩阵的结构的影响。
接着身份认证算法从由用户导出的生物识别数据生成第三密钥，其中第三输入算法从那些数据选择特定细节(125)。在一个实施方式中，那些细节从指纹导出，且为了简洁，以下描述将参考指纹，但如本领域的技术人员将领会的，也可以使用其它生物识别数据。
对于指纹数据，所选的细节中的每一者(所选的细节的数量不是关键的，但增加的数量与增加的代码复杂度有关)的特征为其类型(例如，箕形纹、斗形纹、三角形纹等)、其相对于轴的取向、以及其相对于某个参照点和坐标系的坐标(130)。例如，参照点可以是网格上的与用于收集生物识别数据的扫描设备相关联的设置点，或者参照点可以是细节之一，从而产生描述其它细节的相对位置的有序坐标对(或等效地，矢量)。例如，参照点可以被选作离扫描中心最近的所选细节，但是参照点的选择和坐标系(例如，笛卡尔坐标系或极坐标系)都不是关键的。
然后身份认证算法将生物识别数据的所选的一个或多个细节映射到细节表的对应规范细节，以及使用该规范细节所对应的编码表条目作为身份认证码的一部分(135)。作为示例，如果面向右侧的分支已经被分配了代表性字符“$”，则该字符将会被分配到指纹上代表身份认证码中的细节的那个位置。
最后身份认证算法添加随机数作为第四密钥(140)，以确保不同用户的身份认证码是互斥的以及由此生成已证实的身份认证码。随机数可以包括如下项：用于注册用户的注册设备的读取器ID、使用过什么版本的软件、注册何时发生、使用过哪个认证单元、认证何时发生、交易号、序列号、和/或随机的数字。在该方式下，对于已证实的身份认证码，相同的生物识别数据(诸如指纹)产生不同的结果。在一个实施方式中，形成的已证实的身份认证码具有38-42个字节且从九个细节导出。
于是，在一个实施方式中，身份认证算法将已证实的身份认证码发送到发行方(145)，然后发行方使用散列函数计算已证实的身份认证码的注册散列值(150)并存储与用户身份相关联的注册散列值。发行方会将用户的身份认证码放在卡、拇指驱动器、或用在未来交易中的其它设备上。
在图2中进一步描述注册过程。在提供第一密钥之后，身份认证算法置换编码表(200)以生成置换的编码表(205)。输入第二密钥之后，身份认证算法选择置换的编码表(205)的某个子集(210)，以及将该子集的成员与细节表的元素相关联以形成增广的细节表(215)。然后身份认证算法从生物识别数据生成生物识别模板(220)，身份认证算法从生物识别模板提取细节、用位置和取向作为细节的特征、以及在细节表中找出对应的规范细节(225)。然后身份认证算法提取增广的细节表(215)的与每个细节(200)相关联的编码表条目以产生身份认证码(230)。身份认证算法将随机数添加到身份认证码(235)以生成已证实的身份认证码。最后，在一个实施方式中，在发行方或可替选地在注册单元，然后使用散列函数来计算已证实的身份认证码的散列值(240)。
在一个实施方式中，用户在发行方的注册中心进行注册，其中用户在注册单元提供其身份的证据连同生物识别数据，诸如指纹、声纹等，该注册单元可以是平板电脑、手提电脑、或可以实现身份认证系统的其它设备，诸如集成电路。如果需要，则每个注册单元可以具有注册单元ID以促进跟踪注册单元的位置和使用，以及允许禁用该单元(例如如果正以欺诈方式使用该单元)。注册中心例如可以是企业(诸如银行)或政府机构(诸如机动车部门)，但可以设想其它注册中心。
交易
用户身份的认证发生在交易单元(20)，该交易单元可以与注册单元相同或不同。交易单元(20)读取承载用户的已证实的身份认证码的卡或其它设备(300)，身份认证算法从已证实的身份认证码提取第一输入和第二输入(305)。身份认证算法从已证实的身份认证码生成生物识别模板(310)，并将该生成的生物识别模板与源于由用户在交易时提供的生物识别数据的交易生物识别模板相比较(315)。如果生成的生物识别模板匹配交易生物识别模板，则身份认证算法计算已证实的身份认证码的交易散列值(320)并将该交易散列值发送到处理中心(325)。处理中心将交易散列值与注册散列值相比较(330)以认证用户的身份。
为了简洁，该描述已聚焦于指纹的使用，但是本领域技术人员将认识到，所公开的方法和系统可以与其它类型的生物识别数据一起使用。例如，生物识别数据可以源于例如视网膜的脉管系统或眼睛的其它结构。类似地，声纹或脑波可以被记录在时域中且通过傅里叶变换到频域，其中细节可以将傅立叶分量的相对幅度的图案在频域中构成为频率的函数。
如从以上描述明显可见，本发明的特定方面不受本文中所示出的示例的具体细节限制，因此可以预期，对于本领域技术人员，其它修改和应用或其等同物将发生。因此意图权利要求将覆盖不脱离本发明的精神和范围的所有这些修改和应用。

Claims (16)

1.一种身份认证的方法，包括：
基于第一标识符置换编码表中的编码条目以生成置换的编码表；
基于第二标识符选择所述置换的编码表的编码条目的子集；
将细节表中的至少一个细节条目与所述子集的成员相关联；
将生物识别模板的至少一个细节与细节条目相关；以及
使用对应选择的所述编码条目来生成身份认证码。
2.如权利要求1所述的方法，还包括：
根据第一标识符变换算法将所述第一标识符变换为第一值；
根据第二标识符变换算法将所述第二标识符变换为第二值；以及
通过根据细节映射算法将每个细节映射到所述细节表中的对应编码，来生成所述身份认证码。
3.如权利要求1所述的方法，其中，所述生物识别模板从生物识别数据生成，所述生物识别数据来自用户的手、眼睛、面部、心脏、大脑、或声带。
4.如权利要求3所述的方法，其中，所述生物识别数据来自所述用户的指纹、虹膜扫描、视网膜扫描、巩膜扫描、心跳、大脑活动、或声纹。
5.如权利要求4所述的方法，其中，所述生物识别数据来自指纹。
6.如权利要求1所述的方法，其中，所述数字值选自由字母数字式值、二进制值、十进制值、十六进制值和其组合构成的组。
7.如权利要求1所述的方法，还包括：将随机数添加到所述身份认证码以产生已证实的身份认证码。
8.如权利要求7所述的方法，其中，所述随机数包括至少一个成员，所述至少一个成员选自由验证密钥、读取器标识号、交易号、序列号、时间/日期戳和其组合构成的组。
9.如权利要求7所述的方法，还包括：针对所述已证实的身份认证码，使用散列函数创建散列值。
10.如权利要求9所述的方法，其中，所述散列函数为SHA-3。
11.如权利要求1所述的方法，还包括：
将所述第一标识符、所述第二标识符、生物识别数据、和已证实的身份认证码提供给实地交易单元；
基于所述已证实的身份认证码、所述第一标识符、和所述第二标识符创建所计算的生物识别模板；以及
将所述所计算的生物识别模板与来自个体的所述生物识别数据相比较，以确定所述所计算的生物识别模板是否匹配来自所述个体的所述生物识别数据。
12.如权利要求11所述的方法，还包括：
针对所述已证实的身份认证码，使用散列函数创建散列值；
将所述散列值传输到发行方；以及
将所传输的散列值与所述发行方存档的散列值相比较。
13.一种用于认证用户的身份的系统，所述系统包括适于实现如权利要求1所述的方法的设备。
14.一种非易失性计算机可读介质，所述非易失性计算机可读介质存储实现如权利要求13所述的方法的指令。
15.如权利要求14所述的非易失性计算机可读介质，其中，所述介质选自由计算机RAM、硬盘、USB驱动器、光盘、和集成电路构成的组。
16.如权利要求15所述的非易失性计算机可读介质，其中，所述介质为集成电路。
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