CN106330454A - 一种数字证书的生成方法及验证方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种数字证书的生成方法及验证方法，生成方法包括：基于预设的密钥对生成规则，生成用于目标数字证书的密钥对；基于预设的生物特征模糊映射多项式的阶数，对私钥进行分解，以确定生物特征模糊映射多项式的各系数；基于确定系数后的生物特征模糊映射多项式，将目标用户的预设生物特征模板中包含的各特征点信息进行模糊映射，得到模糊生物特征模板；基于公钥、模糊生物特征模板以及目标用户的身份信息，生成待签数字证书；通过第三方对待签发数字证书进行用户身份认证，得到目标数字证书。本发明通过将生物特征模板进行模糊映射，可解决生物特征模版的安全存储和传输的问题，在用户掌握私钥时，可保证认证的安全性防止“重放”等攻击。

Description

一种数字证书的生成方法及验证方法
技术领域
本发明涉及生物识别技术领域，具体涉及一种数字证书的生成方法及验证方法。
背景技术
生物识别技术就是，通过计算机与光学、声学、生物传感器和生物统计学原理等高科技手段密切结合，利用人体固有的生理特征(如指纹、脸象、虹膜等)和行为特征(如笔迹、声音、步态等)，来进行个人身份鉴定的技术。生物识别通常是通过比较用户的现场生物特征(包括生理特征和行为特征)和该用户预先保存的生物特征模板，以验证其真实身份。
所谓的生物特征模板，记录了人的某些生物特征，例如：指纹、虹膜、指静脉等生物特征对应的完整信息。以指纹为例，指纹模版包括多个特征点信息以及特征点的坐标，特征点信息可以为特征点角度，也可以为特征点的脊线宽度等诸多信息，指纹模板还包括配准信息。
目前，生物识别方法的建立都基于具有完整特征点信息的生物特征模板，即，生物特征模板记录了特征点的完整信息。
现有生物识别方法存在如下缺陷：由于生物特征模板里记录了特征点的完整信息，一旦生物特征模板泄露，可能会被恶意之人利用，从而根据生物特征模板还原出生物特征图像。这样对用户的安全和隐私都构成了威胁。
发明内容
鉴于上述问题，本发明提出了克服上述问题的一种数字证书的生成方法及验证方法。
第一方面，本发明提出一种数字证书的生成方法，包括：
基于预设的密钥对生成规则，生成用于目标数字证书的密钥对，该密钥对包括公钥和私钥；
基于预设的生物特征模糊映射多项式的阶数，对所述私钥进行分解，以确定所述生物特征模糊映射多项式的各系数；
基于确定系数后的所述生物特征模糊映射多项式，将目标用户的预设生物特征模板中包含的各特征点信息进行模糊映射，得到所述目标用户的模糊生物特征模板；
基于所述公钥、所述模糊生物特征模板以及所述目标用户的身份信息，生成待签数字证书；
通过第三方对所述待签发数字证书进行用户身份认证，得到所述目标数字证书。
可选的，所述基于预设的生物特征模糊映射多项式的阶数，对所述私钥进行分解，以确定所述生物特征模糊映射多项式的各系数，包括：
基于预设的生物特征模糊映射多项式的阶数n，将所述私钥分解为n个二进制数C1至Cn；
确定所述生物特征模糊映射多项式如下：
P ( X i ) = C 0 + Σ j = 1 n C j X i j
其中，Xi为预设的生物特征模板中第i个特征点信息，所述生物特征模板由预设的配准信息及多个特征点信息构成，P(Xi)为Xi经过所述生物特征模糊映射多项式进行模糊映射后得到的结果，C0为校验码。
可选的，所述将目标用户的预设生物特征模板中包含的各特征点信息进行模糊映射，得到所述目标用户的模糊生物特征模板，包括：
将目标用户的预设生物特征模板中包含的各特征点信息进行模糊映射，基于模糊映射后的结果与所述配准信息，得到所述目标用户的模糊生物特征模板。
可选的，所述基于所述公钥、所述模糊生物特征模板以及所述目标用户的身份信息，生成待签数字证书，包括：
基于预设的数字证书申请格式，在数字证书申请信息的非扩展项中写入所述公钥以及所述目标用户的身份信息；以及在所述数字证书申请信息的扩展项中写入所述模糊生物特征模板，生成所述待签数字证书。
可选的，所述第三方为具有证书签发功能的机构。
第二方面，本发明还提供一种数字证书的验证方法，包括：
验证方在接收到目标终端发送的目标用户的数字证书后，从所述数字证书中提取公钥；
验证方基于所述公钥以及预设的随机挑战信息生成规则，生成随机挑战信息；
验证方将所述随机挑战信息发送到所述目标终端，以使所述目标终端基于所述随机挑战信息，生成随机数，并将该随机数发送到所述验证方；
验证方比对所述目标终端发送的随机数与所述验证方生成的随机数，若相同，则所述目标用户的数字证书验证成功。
可选的，所述验证方基于所述公钥以及预设的随机挑战信息生成规则，生成随机挑战信息，包括：
验证方基于预设的随机数生成规则，生成一个随机数；
验证方基于预设的加密规则，采用所述公钥对所述随机数进行加密，得到随机挑战信息。
可选的，所述目标终端基于所述随机挑战信息，生成随机数，包括：
所述目标终端接收所述目标用户输入的各特征点信息；
所述目标终端基于所述各特征点信息以及预设的生物特征模糊映射多项式的阶数，确定所述生物特征模糊映射多项式的各系数；
所述目标终端将所述生物特征模糊映射多项式中的常数项作为校验码，校验所述各系数中除常数项外的系数，若校验通过，则将所述各系数中除常数项外的系数组合为私钥；
所述目标终端基于所述私钥以及所述随机挑战信息，通过预设的解密规则，生成随机数。
可选的，所述验证方在接收到目标终端发送的目标用户的数字证书后，还包括：
验证所述数字证书中携带的第三方签名，以确定所述数字证书是否有效；
相应地，所述从所述数字证书中提取公钥，包括：
验证方在确定所述数字证书有效后，从所述数字证书中提取公钥。
可选的，所述验证方为基于目标用户的数字证书来验证用户身份及向所述目标用户提供预设服务的一方。
相比于现有技术，本发明提出的数字证书的生成方法及验证方法，通过将生物特征模板进行模糊映射，可以解决生物特征模版的安全存储和传输的问题，在用户掌握私钥的情况下，可以保证认证的有效性、安全性、完整性及不可否认性，防止“重放”等攻击。能很好解决“结果攻击”问题，尤其是利用用户个人设备：手机、PC进行比对认证时，攻击者只要截获认证成功的信息进行“重放”就有可能绕过认证的问题。
附图说明
图1为本发明第一实施例提供的一种数字证书的生成方法流程图；
图2为本发明第二实施例提供的一种数字证书的验证方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
如图1所示，本实施例公开一种数字证书的生成方法，可包括以下步骤101～105：
101、基于预设的密钥对生成规则，生成用于目标数字证书的密钥对，该密钥对包括公钥和私钥；预设的密钥对生成规则可采用现有的数字证书密钥对的生成方式，本实施例不再赘述。
102、基于预设的生物特征模糊映射多项式的阶数，对所述私钥进行分解，以确定所述生物特征模糊映射多项式的各系数。
103、基于确定系数后的所述生物特征模糊映射多项式，将目标用户的预设生物特征模板中包含的各特征点信息进行模糊映射，得到所述目标用户的模糊生物特征模板。由于目标用户的预设生物特征模板中包含的各特征点信息被模糊映射，因此，从模糊生物特征模板中无法还原特征点信息，可以解决生物特征模版的安全存储和传输的问题。
104、基于所述公钥、所述模糊生物特征模板以及所述目标用户的身份信息，生成待签数字证书。
105、通过第三方对所述待签发数字证书进行用户身份认证，得到所述目标数字证书。第三方为具有证书签发功能的机构，例如认证权威(Certification Authority，CA)机构。由CA机构认证用户身份，对待签证书进行签名形成正式数字证书，即基于生物特征信息模糊映射的数字证书。
本实施例公开的数字证书的生成方法，通过将生物特征模板进行模糊映射，可以解决生物特征模版的安全存储和传输的问题，在用户掌握私钥的情况下，可以保证认证的有效性、安全性、完整性及不可否认性，防止“重放”等攻击。能很好解决“结果攻击”问题，尤其是利用用户个人设备：手机、PC进行比对认证时，攻击者只要截获认证成功的信息进行“重放”就有可能绕过认证的问题。
在一个具体的例子中，步骤102所述基于预设的生物特征模糊映射多项式的阶数，对所述私钥进行分解，以确定所述生物特征模糊映射多项式的各系数，具体包括如下图1中未示出的步骤1021和1022：
1021、基于预设的生物特征模糊映射多项式的阶数n，将所述私钥分解为n个二进制数C1至Cn；
1022、确定所述生物特征模糊映射多项式如下：
P ( X i ) = C 0 + Σ j = 1 n C j X i j
其中，Xi为预设的生物特征模板中第i个特征点信息，所述生物特征模板由预设的配准信息及多个特征点信息构成，P(Xi)为Xi经过所述生物特征模糊映射多项式进行模糊映射后得到的结果，C0为校验码。
在一个具体的例子中，步骤103所述将目标用户的预设生物特征模板中包含的各特征点信息进行模糊映射，得到所述目标用户的模糊生物特征模板，具体为：
将目标用户的预设生物特征模板中包含的各特征点信息进行模糊映射，基于模糊映射后的结果与所述配准信息，得到所述目标用户的模糊生物特征模板。
在一个具体的例子中，步骤104所述基于所述公钥、所述模糊生物特征模板以及所述目标用户的身份信息，生成待签数字证书，具体为：
基于预设的数字证书申请格式，在数字证书申请信息的非扩展项中写入所述公钥以及所述目标用户的身份信息；以及在所述数字证书申请信息的扩展项中写入所述模糊生物特征模板，生成所述待签数字证书。
本实施例中，预设的数字证书申请格式可采用现有的数字证书申请格式，例如P10规范。
以指纹识别为例，并采用“轻量级”的密钥对进行具体说明，数字证书的生成过程如下1～5：
1、用户在客户端产生密钥对：公钥K1，私钥K2，其中K2比如为128位二进制数字；
2、用户在客户端输入指纹，得到指纹特征点集：{Xi，Yi，Zi}，其中Xi，Yi为第i个特征点的坐标，Zi为第i个特征点的角度的特征值，即Zi为第i个特征点的特征点信息，i∈N(特征点个数)；
3、将128位的K2分解成C1～C8共8个16位数字，C0为K2的循环校验码，令P(Zi)＝C0+C1×Zi+C2×Zi2+……+C8×Zi8，用这个映射值替换生物特征值，此例为角度，得到集合：{Xi，Yi，P(Zi)}，则模糊生物特征模板Tmp＝{Xi，Yi，P(Zi)}，i∈N(特征点个数)；
4、P10＝[K1，证书信息，Tmp]，由公钥、证书信息、模糊生物特征模板Tmp共同组成待签证书P10，其中证书信息包括但不限于：用户身份信息，证书编号，签发方信息等；
5、Cert＝[P10，Sign(P10)]，由权威证书签发方，如CA，经过用户身份认证，对P10进行签名，发放数字证书Cert。其中身份认证过程可采用现有身份认证过程，本实施例不再详述。
如图2所示，基于上述数字证书的生成方法实施例，本实施例公开一种数字证书的验证方法，可包括以下步骤201～204：
201、验证方在接收到目标终端发送的目标用户的数字证书后，从所述数字证书中提取公钥；
202、验证方基于所述公钥以及预设的随机挑战信息生成规则，生成随机挑战信息；
203、验证方将所述随机挑战信息发送到所述目标终端，以使所述目标终端基于所述随机挑战信息，生成随机数，并将该随机数发送到所述验证方；
204、验证方比对所述目标终端发送的随机数与所述验证方生成的随机数，若相同，则所述目标用户的数字证书验证成功。
本实施例中，所述验证方为基于目标用户的数字证书来验证用户身份及向所述目标用户提供预设服务的一方。
本实施例公开的数字证书的验证方法，可以解决生物特征模版的安全存储和传输的问题，在用户掌握私钥的情况下，可以保证认证的有效性、安全性、完整性及不可否认性，防止“重放”等攻击。能很好解决“结果攻击”问题，尤其是利用用户个人设备：手机、PC进行比对认证时，攻击者只要截获认证成功的信息进行“重放”就有可能绕过认证的问题。
在一个具体的例子中，步骤202所述验证方基于所述公钥以及预设的随机挑战信息生成规则，生成随机挑战信息，具体包括图2中未示出的步骤2021和2022：
2021、验证方基于预设的随机数生成规则，生成一个随机数；
2022、验证方基于预设的加密规则，采用所述公钥对所述随机数进行加密，得到随机挑战信息。
在一个具体的例子中，步骤203中所述目标终端基于所述随机挑战信息，生成随机数，具体包括图2中未示出的步骤2031～2034：
2031、所述目标终端接收所述目标用户输入的各特征点信息；
2032、所述目标终端基于所述各特征点信息以及预设的生物特征模糊映射多项式的阶数，确定所述生物特征模糊映射多项式的各系数；
2033、所述目标终端将所述生物特征模糊映射多项式中的常数项作为校验码，校验所述各系数中除常数项外的系数，若校验通过，则将所述各系数中除常数项外的系数组合为私钥；
2034、所述目标终端基于所述私钥以及所述随机挑战信息，通过预设的解密规则，生成随机数。
在一个具体的例子中，步骤201中所述验证方在接收到目标终端发送的目标用户的数字证书后，还包括：验证所述数字证书中携带的第三方签名，以确定所述数字证书是否有效；相应地，步骤201中所述从所述数字证书中提取公钥，包括：验证方在确定所述数字证书有效后，从所述数字证书中提取公钥。
以指纹识别为例，并采用“轻量级”的密钥对进行具体说明，数字证书的验证过程如下1～4：
1、验证方接收数字证书Cert，首先验证签发方签名，确定证书的有效性；
2、验证方从Cert中提取公钥K1，产生一个随机数Rdm，用K1对Rdm做加密运算，即得到随机挑战数Challenge＝F(Rdm，K1)，将Challenge发给用户终端；F为预设的加密函数，可采用现有加密函数。
3、用户终端接到Challenge，接收用户输入的现场指纹，提取特征点，通过配准信息找到9个与Tmp相匹配的匹配点：{Xi，Yi，Zi’},i＝1～9。将Zi’代入多项式中P(Zi’)＝C0’+C1’×Zi’+C2’×(Zi’)2+……+C8’×(Zi’)8，得到一个九元一次方程组，解方程即可求得C0’～C8’的值，通过判断所求得的C1’～C8’是否能通过C0’校验，如果是，由C1’～C8’组成K2，代入预设解密函数G(Challenge；K2)＝Rdm’，将Rdm’发给验证方；
4、验证方比较Rdm，Rdm’，如相等，则数字证书验证成功。
通过本发明实施例提供的数字证书的生成方法和验证方法，把用户的生物特征及数字证书的私钥映射到一个不可逆的模板中，后者可以在开放的环境下存储和传输，而用户的生物特征及数字证书的私钥仅在证书生成或验证时，在用户端计算时瞬间出现。本发明的益处是：在保护用户的生物特征及数字证书的私钥的前提下，完成基于生物特征信息模糊映射的数字证书的生成和验证，同时实现直接的生物识别和非对称算法验证，前者实现开放环境的“人证合一”认证，后者实现可信识别且避免“重放”攻击。
本领域的技术人员能够理解，尽管在此所述的一些实施例包括其它实施例中所包括的某些特征而不是其它特征，但是不同实施例的特征的组合意味着处于本发明的范围之内并且形成不同的实施例。
本领域技术人员可以理解，实施例中的各方法步骤可以以硬件实现，或者以在一个或者多个处理器上运行的软件模块实现，或者以它们的组合实现。本领域的技术人员应当理解，可以在实践中使用微处理器或者数字信号处理器(DSP)来实现根据本发明实施例的一些或者全部部件的一些或者全部功能。本发明还可以实现为用于执行这里所描述的方法的一部分或者全部的设备或者装置程序(例如，计算机程序和计算机程序产品)。
虽然结合附图描述了本发明的实施方式，但是本领域技术人员可以在不脱离本发明的精神和范围的情况下做出各种修改和变型，这样的修改和变型均落入由所附权利要求所限定的范围之内。

Claims (10)

1.一种数字证书的生成方法，其特征在于，包括：
基于预设的密钥对生成规则，生成用于目标数字证书的密钥对，该密钥对包括公钥和私钥；
基于预设的生物特征模糊映射多项式的阶数，对所述私钥进行分解，以确定所述生物特征模糊映射多项式的各系数；
基于确定系数后的所述生物特征模糊映射多项式，将目标用户的预设生物特征模板中包含的各特征点信息进行模糊映射，得到所述目标用户的模糊生物特征模板；
基于所述公钥、所述模糊生物特征模板以及所述目标用户的身份信息，生成待签数字证书；
通过第三方对所述待签发数字证书进行用户身份认证，得到所述目标数字证书。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于预设的生物特征模糊映射多项式的阶数，对所述私钥进行分解，以确定所述生物特征模糊映射多项式的各系数，包括：
基于预设的生物特征模糊映射多项式的阶数n，将所述私钥分解为n个二进制数C1至Cn；
确定所述生物特征模糊映射多项式如下：
P ( X i ) = C 0 + Σ j = 1 n C j X i j
其中，Xi为预设的生物特征模板中第i个特征点信息，所述生物特征模板由预设的配准信息及多个特征点信息构成，P(Xi)为Xi经过所述生物特征模糊映射多项式进行模糊映射后得到的结果，C0为校验码。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述将目标用户的预设生物特征模板中包含的各特征点信息进行模糊映射，得到所述目标用户的模糊生物特征模板，包括：
将目标用户的预设生物特征模板中包含的各特征点信息进行模糊映射，基于模糊映射后的结果与所述配准信息，得到所述目标用户的模糊生物特征模板。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述公钥、所述模糊生物特征模板以及所述目标用户的身份信息，生成待签数字证书，包括：
基于预设的数字证书申请格式，在数字证书申请信息的非扩展项中写入所述公钥以及所述目标用户的身份信息；以及在所述数字证书申请信息的扩展项中写入所述模糊生物特征模板，生成所述待签数字证书。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述第三方为具有证书签发功能的机构。
6.一种数字证书的验证方法，其特征在于，包括：
验证方在接收到目标终端发送的目标用户的数字证书后，从所述数字证书中提取公钥；
验证方基于所述公钥以及预设的随机挑战信息生成规则，生成随机挑战信息；
验证方将所述随机挑战信息发送到所述目标终端，以使所述目标终端基于所述随机挑战信息，生成随机数，并将该随机数发送到所述验证方；
验证方比对所述目标终端发送的随机数与所述验证方生成的随机数，若相同，则所述目标用户的数字证书验证成功。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述验证方基于所述公钥以及预设的随机挑战信息生成规则，生成随机挑战信息，包括：
验证方基于预设的随机数生成规则，生成一个随机数；
验证方基于预设的加密规则，采用所述公钥对所述随机数进行加密，得到随机挑战信息。
8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述目标终端基于所述随机挑战信息，生成随机数，包括：
所述目标终端接收所述目标用户输入的各特征点信息；
所述目标终端基于所述各特征点信息以及预设的生物特征模糊映射多项式的阶数，确定所述生物特征模糊映射多项式的各系数；
所述目标终端将所述生物特征模糊映射多项式中的常数项作为校验码，校验所述各系数中除常数项外的系数，若校验通过，则将所述各系数中除常数项外的系数组合为私钥；
所述目标终端基于所述私钥以及所述随机挑战信息，通过预设的解密规则，生成随机数。
9.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述验证方在接收到目标终端发送的目标用户的数字证书后，还包括：
验证所述数字证书中携带的第三方签名，以确定所述数字证书是否有效；
相应地，所述从所述数字证书中提取公钥，包括：
验证方在确定所述数字证书有效后，从所述数字证书中提取公钥。
10.根据权利要求6所述的方法，其特征在于，所述验证方为基于目标用户的数字证书来验证用户身份及向所述目标用户提供预设服务的一方。
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