CN107358286A - 一种面向无源场景的生物识别安全认证智能卡及认证方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种面向无源场景的生物识别安全认证智能卡及认证方法。天线与外界信号源进行耦合，得到电能，整流稳压电路对电能进行整流稳压，提供给智能卡使用；指纹采集电路用于采集用户的指纹图像。在指纹认证时，安全芯片发送随机数给微处理器，微处理器用待验证的指纹特征信息将随机数加密后发送至安全芯片，安全芯片使用密钥进行解密，若解密得到的随机数与安全芯片产生的随机数匹配，则验证通过。该智能卡通过指纹触摸快速完成登记及认证；该智能卡内无内置电源，仅通过近场耦合技术实现通信和生物认证，免受电池技术的影响以及电池技术封装的良品率限制；改造安全识别相关的应用流程，防止密钥被窃取的风险。

Description

一种面向无源场景的生物识别安全认证智能卡及认证方法
技术领域
本发明涉及智能卡领域，更具体地说，涉及一种面向无源场景的生物识别安全认证智能卡及认证方法。
背景技术
智能卡(Bank Card)是由商业银行等金融机构及邮政储汇机构向社会发行的具有消费信用、转账结算、存取现金等全部或部分功能的信用支付工具，其安全性需要得到极大地保障，将非接触式智能卡技术为典型载体的物联网入口的低成本高安全实体认证技术用在智能卡上，极大地增强了智能卡的安全性以及支付便捷性。
指纹识别技术的研究已经取得很多进展，但是随着物联网应用的发展，物联网应用场景对低功耗甚至是无源应用场景的需求逐渐增多。因此，通过近场耦合，以非接触式智能卡技术为典型载体的物联网入口的低成本高安全实体认证方法与装置将具有广泛的市场和应用前景，并可培育出面向新领域的高安全实体认证市场，如证照实时认证、高端门禁、安全接入和人机交互领域等。
发明内容
本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的缺陷，提供一种面向无源场景的生物识别安全认证智能卡及认证方法。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，包括：卡体、安全芯片、微处理器、指纹采集电路、天线、整流稳压电路，其中，所述安全芯片、微处理器、指纹采集电路、天线、以及整流稳压电路均设置在所述卡体内，所述卡体设置有用于所述指纹采集电路采集指纹的窗口；
所述天线分别连接所述安全芯片和整流稳压电路，所述天线与外界信号源进行耦合，产生电能为智能卡供电、以及与外界交换数据；所述整流稳压电路分别连接所述微处理器和指纹采集电路，用于将所述天线耦合得到的电能进行整流稳压，提供给所述微处理器和指纹采集电路使用；
所述指纹采集电路与所述微处理器连接，用于采集用户的指纹图像，并传输至所述微处理器；所述微处理器处理所述指纹图像，提取指纹特征信息，并将所述指纹特征信息发送至所述安全芯片；
所述安全芯片与微处理器连接，在指纹认证时，所述安全芯片发送一串随机数给所述微处理器，所述微处理器用待验证的指纹特征信息将所述随机数加密后发送至所述安全芯片，所述安全芯片使用密钥进行解密，判断解密得到的随机数与所述安全芯片产生的随机数是否匹配，若是，则验证通过。
优选地，本发明所述的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，所述安全芯片包括存储单元，初次使用智能卡时，所述指纹采集电路采集指纹信息，并发送至所述微处理器，所述微处理器提取所述指纹信息的指纹特征信息，作为所述密钥存储在所述存储单元中。
优选地，本发明所述的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，初次使用智能卡时，所述天线接收外部指纹发射装置发送的用户的指纹特征信息，并传输至所述安全芯片，作为所述密钥存储在所述存储单元中。
优选地，本发明所述的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，所述指纹采集电路集成主动电容式指纹传感芯片。
优选地，本发明所述的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，所述天线与外界信号源的耦合符合ISO14443协议。
优选地，本发明所述的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，所述安全芯片与微处理器双向通信连接，所述微处理器与指纹采集电路双向通信连接。
优选地，本发明所述的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，所述安全芯片支持PBOC3.0交易以及静态数据认证、动态数据认证、复合动态数据认证多种认证与生物认证相结合。
优选地，本发明所述的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，所述安全芯片还包括密码验证单元，所述天线接收用于用户身份验证的密码，并传输至所述安全芯片的密码验证单元进行验证；
所述安全芯片采用密码认证、或指纹认证、或密码加指纹结合认证来验证用户身份。
另，本发明还提供一种面向无源场景的生物识别安全认证智能卡的认证方法，用于上述的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，包括：
S1：天线与外界信号源进行耦合，产生电能为智能卡供电，以及与外界交换数据；
S2：指纹采集电路采集用户的指纹图像，并传输至所述微处理器；
S3：所述微处理器处理所述指纹图像，提取指纹特征信息；
S4：所述安全芯片发送一串随机数给所述微处理器；
S5：所述微处理器用待验证的指纹特征信息将所述随机数加密后发送至所述安全芯片，所述安全芯片使用密钥进行解密，得到随机数；
S6：判断解密得到的随机数与所述安全芯片产生的随机数是否匹配；
S7：若是，则验证通过。若否，则验证失败。
优选地，本发明所述的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡的认证方法，在初次使用智能卡时，还包括步骤：
所述指纹采集电路采集指纹信息，并发送至所述微处理器，所述微处理器提取所述指纹信息的指纹特征信息，作为所述密钥存储在所述安全芯片中；
或
所述天线接收外部指纹发射装置发送的用户的指纹特征信息，并传输至所述安全芯片，作为所述密钥存储在所述安全芯片中。
实施本发明的一种面向无源场景的生物识别安全认证智能卡及认证方法，具有以下有益效果：天线与外界信号源进行耦合；整流稳压电路用于将天线耦合得到的电能进行整流稳压，提供给微处理器和指纹采集电路使用；指纹采集电路用于采集用户的指纹图像；在指纹认证时，安全芯片发送一串随机数给微处理器，微处理器用待验证的指纹特征信息将随机数加密后发送至安全芯片，安全芯片使用密钥进行解密，判断解密得到的随机数与安全芯片产生的随机数是否匹配，若是，则验证通过。该智能卡通过触摸快速无缝登记及认证；该智能卡内无内置电源，仅通过近场耦合技术实现通信和生物认证，免受电池技术的影响以及电池技术封装的良品率限制；改造安全识别相关的应用流程，防止了密钥被窃取的风险。
附图说明
下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：
图1是本发明一种面向无源场景的生物识别安全认证智能卡的结构示意图；
图2是本发明一种面向无源场景的生物识别安全认证智能卡的认证方法的流程示意图。
具体实施方式
为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图详细说明本发明的具体实施方式。
图1是本发明一种面向无源场景的生物识别安全认证智能卡的结构示意图。
具体的，该智能卡包括：卡体10、安全芯片20、微处理器30、指纹采集电路40、天线50、整流稳压电路60，其中，安全芯片20、微处理器30、指纹采集电路40、天线50、以及整流稳压电路60均设置在卡体10内，卡体10设置有用于指纹采集电路40采集指纹的窗口。
天线50分别连接安全芯片20和整流稳压电路60，天线50与外界信号源进行耦合，产生电能为智能卡供电、以及与外界交换数据。该通过设置天线50为智能卡提供电能，不再需要在卡片内设置专门的电池，大大减小的卡片的厚度，同时也免受电池技术的影响以及电池技术封装的良品率限制，该智能卡能实现正常非接触式通信。
整流稳压电路60分别连接微处理器30和指纹采集电路40，用于将天线50耦合得到的电能进行整流稳压，提供给微处理器30和指纹采集电路40使用。优选地，微处理器30采用低功耗处理器。
指纹采集电路40与微处理器30连接，用于采集用户的指纹图像，并传输至微处理器30；微处理器30处理指纹图像，提取指纹特征信息，并将指纹特征信息发送至安全芯片20。
安全芯片20与微处理器30连接，在指纹认证时，安全芯片20发送一串随机数给微处理器30，优选地，安全芯片20集成有用于发射随机数的随机数发生器。微处理器30用待验证的指纹特征信息将随机数加密后发送至安全芯片20，安全芯片20使用密钥进行解密，判断解密得到的随机数与安全芯片20产生的随机数是否匹配，若是，则验证通过。若否，则验证失败。如验证通过，则可执行支付、转账等操作。
进一步，本发明的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，安全芯片20包括存储单元201，初次使用智能卡时，指纹采集电路40采集指纹信息，并发送至微处理器30，微处理器30提取指纹信息的指纹特征信息，作为密钥存储在存储单元201中。优选地，为保证用户数据的绝对安全，该存储单元201只能写入一次，且数据不可更改。
优选地，本发明的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，初次使用智能卡时，天线50接收外部指纹发射装置发送的用户的指纹特征信息，并传输至安全芯片20，作为密钥存储在存储单元201中。
优选地，本发明的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，指纹采集电路40集成主动电容式指纹传感芯片，或其他可获取用户指纹的传感芯片。
优选地，本发明的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，天线50与外界信号源的耦合符合ISO14443协议。ISO14443协议是非接触式IC卡标准协议(Contactless cardstandards)，由四部分组成：
第一部分：物理特性；
第二部分：频谱功率和信号接口；
第三部分：初始化和防冲突算法；
第四部分：通讯协议。
优选地，本发明的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，安全芯片20与微处理器30双向通信连接，微处理器30与指纹采集电路40双向通信连接。
优选地，本发明的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，安全芯片(20)支持PBOC3.0交易以及静态数据认证(Static Data Authentication，SDA)、动态数据认证(Dynamic Data Authentication，DDA)、复合动态数据认证(Combined DDA，CDA)多种认证与生物认证相结合。
进一步，本发明的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，安全芯片20还包括密码验证单元202，天线50接收用于用户身份验证的密码，并传输至安全芯片20的密码验证单元202进行验证；安全芯片20采用密码认证、或指纹认证、或密码加指纹结合认证来验证用户身份。本发明可以用于证照实时认证、金融卡和人机交互领域等高安全实体认证场景中。使用者在支付环节中，可以通过传统的输入密码的方式进行支付，或者通过读取指纹、验证指纹的方式进行支付，还可以选择指纹加密码的双重验证方式进行支付，用户可以根据不同的安全性和便捷性进行个性化的选择。
另，本发明还提供一种面向无源场景的生物识别安全认证智能卡的认证方法，用于上述的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡。
图2是本发明一种面向无源场景的生物识别安全认证智能卡的认证方法的流程示意图。
具体的，该方法包括：
S1：天线50与外界信号源进行耦合，产生电能为智能卡供电，以及与外界交换数据；
S2：指纹采集电路40采集用户的指纹图像，并传输至微处理器30；
S3：微处理器30处理指纹图像，提取指纹特征信息；
S4：安全芯片20发送一串随机数给微处理器30；
S5：微处理器30用待验证的指纹特征信息将随机数加密后发送至安全芯片20，安全芯片20使用密钥进行解密，得到随机数；
S6：判断解密得到的随机数与安全芯片20产生的随机数是否匹配；
S7：若是，则验证通过；若否，则验证失败。
优选地，本发明的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡的认证方法，在初次使用智能卡时，还包括步骤：
指纹采集电路40采集指纹信息，并发送至微处理器30，微处理器30提取指纹信息的指纹特征信息，作为密钥存储在安全芯片20中；
或
天线50接收外部指纹发射装置发送的用户的指纹特征信息，并传输至安全芯片20，作为密钥存储在安全芯片20中。例如，用户可选择通过银行柜台输入指纹信息到银行数据库中，银行再将数据库中的指纹信息注入到发行的智能卡中。
本发明可以用于证照实时认证、金融卡和人机交互领域等高安全实体认证场景中。使用者在支付环节中，可以通过传统的输入密码的方式进行支付，或者通过读取指纹、验证指纹的方式进行支付，还可以选择指纹加密码的双重验证方式进行支付，用户可以根据不同的安全性和便捷性进行个性化的选择。
通过实施本发明，指纹采集电路通过多次触摸快速无缝登记，注入智能卡中，从触摸到识别的平均时间为0.2s，达到了行业最快的响应时间。另外，智能卡内无内置电源，仅通过近场耦合技术实现ISO14443通信和生物认证，免受电池技术的影响以及电池技术封装的良品率限制，指纹采集器将采集到的指纹图像传输到微处理器(MCU)，微处理器MCU从指纹图像中提取出指纹特征信息，然后将指纹特征信息作为密钥和口令生成的参数以及安全协议交换的核心安全元素加密后发送至安全芯片，改造安全识别相关的应用流程，防止了密钥被窃取的风险，减少了原始指纹信息的泄露，从而实现人证合一、安全可靠的低成本实体认证。智能卡也实现了支持PBOC3.0交易、静态数据认证(Static Data Authentication，SDA)、动态数据认证(Dynamic Data Authentication，DDA)和复合动态数据认证(CombinedDDA，CDA)多种认证与生物认证的结合，极大地扩充了智能卡支持的业务范围。
以上实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据此实施，并不能限制本发明的保护范围。凡跟本发明权利要求范围所做的均等变化与修饰，均应属于本发明权利要求的涵盖范围。

Claims (10)

1.一种面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，其特征在于，包括：卡体(10)、安全芯片(20)、微处理器(30)、指纹采集电路(40)、天线(50)、整流稳压电路(60)，其中，所述安全芯片(20)、微处理器(30)、指纹采集电路(40)、天线(50)、以及整流稳压电路(60)均设置在所述卡体(10)内，所述卡体(10)设置有用于所述指纹采集电路(40)采集指纹的窗口；
所述天线(50)分别连接所述安全芯片(20)和整流稳压电路(60)，所述天线(50)与外界信号源进行耦合，产生电能为智能卡供电、以及与外界交换数据；所述整流稳压电路(60)分别连接所述微处理器(30)和指纹采集电路(40)，用于将所述天线(50)耦合得到的电能进行整流稳压，提供给所述微处理器(30)和指纹采集电路(40)使用；
所述指纹采集电路(40)与所述微处理器(30)连接，用于采集用户的指纹图像，并传输至所述微处理器(30)；所述微处理器(30)处理所述指纹图像，提取指纹特征信息，并将所述指纹特征信息发送至所述安全芯片(20)；
所述安全芯片(20)与微处理器(30)连接，在指纹认证时，所述安全芯片(20)发送一串随机数给所述微处理器(30)，所述微处理器(30)用待验证的指纹特征信息将所述随机数加密后发送至所述安全芯片(20)，所述安全芯片(20)使用密钥进行解密，判断解密得到的随机数与所述安全芯片(20)产生的随机数是否匹配，若是，则验证通过。
2.根据权利要求1所述的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，其特征在于，所述安全芯片(20)包括存储单元(201)，初次使用智能卡时，所述指纹采集电路(40)采集指纹信息，并发送至所述微处理器(30)，所述微处理器(30)提取所述指纹信息的指纹特征信息，作为所述密钥存储在所述存储单元(201)中。
3.根据权利要求2所述的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，其特征在于，初次使用智能卡时，所述天线(50)接收外部指纹发射装置发送的用户的指纹特征信息，并传输至所述安全芯片(20)，作为所述密钥存储在所述存储单元(201)中。
4.根据权利要求1所述的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，其特征在于，所述指纹采集电路(40)集成主动电容式指纹传感芯片。
5.根据权利要求1所述的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，其特征在于，所述天线(50)与外界信号源的耦合符合ISO14443协议。
6.根据权利要求1所述的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，其特征在于，所述安全芯片(20)与微处理器(30)双向通信连接，所述微处理器(30)与指纹采集电路(40)双向通信连接。
7.根据权利要求1所述的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，其特征在于，所述安全芯片(20)支持PBOC3.0交易以及静态数据认证、动态数据认证、复合动态数据认证多种认证与生物认证相结合。
8.根据权利要求1所述的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，其特征在于，所述安全芯片(20)还包括密码验证单元(202)，所述天线(50)接收用于用户身份验证的密码，并传输至所述安全芯片(20)的密码验证单元(202)进行验证；
所述安全芯片(20)采用密码认证、或指纹认证、或密码加指纹结合认证来验证用户身份。
9.一种面向无源场景的生物识别安全认证智能卡的认证方法，其特征在于，用于权利要求1-8任一项所述的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡，包括：
S1：天线(50)与外界信号源进行耦合，产生电能为智能卡供电，以及与外界交换数据；
S2：指纹采集电路(40)采集用户的指纹图像，并传输至所述微处理器(30)；
S3：所述微处理器(30)处理所述指纹图像，提取指纹特征信息；
S4：所述安全芯片(20)发送一串随机数给所述微处理器(30)；
S5：所述微处理器(30)用待验证的指纹特征信息将所述随机数加密后发送至所述安全芯片(20)，所述安全芯片(20)使用密钥进行解密，得到随机数；
S6：判断解密得到的随机数与所述安全芯片(20)产生的随机数是否匹配；
S7：若是，则验证通过。
10.根据权利要求9所述的面向无源场景的生物识别安全认证智能卡的认证方法，其特征在于，在初次使用智能卡时，还包括步骤：
所述指纹采集电路(40)采集指纹信息，并发送至所述微处理器(30)，所述微处理器(30)提取所述指纹信息的指纹特征信息，作为所述密钥存储在所述安全芯片(20)中；
或
所述天线(50)接收外部指纹发射装置发送的用户的指纹特征信息，并传输至所述安全芯片(20)，作为所述密钥存储在所述安全芯片(20)中。
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