CN109074478A - 通过分散式计算机网络使用超声波、红外线和对比度可见光摄影进行非公开生物识别的自适应装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种生物识别装置，包括：带测量区的定位模块；加密计算模块；超声模块；用于测量心率和血压的模块；配置为创建的摄像模块：手指静脉网的照片；手指指纹的照片；手指的对比光谱；以及通过红外线拍摄手指静脉网的照片，该照片将捕获手指的本征发射。加密模块被配置为根据与所述手指的静脉和神经网络的所述超声波相关的矢量图像、心率的测量值和动脉压的测量值、所述手指的静脉网的照片、所述手指的指纹的照片以及所述手指的光谱测定对用户进行认证。

Description

通过分散式计算机网络使用超声波、红外线和对比度可见光 摄影进行非公开生物识别的自适应装置
前言：
本发明涉及生物识别认证的领域。更具体地，本发明涉及便携式生物识别认证装置，特别适用于通过分散式计算机网络保护交易而无需公开。
当前的生物识别装置，例如与移动电话集成的指纹识别系统，具有已知的局限性。特别地，可以从重建指纹，例如照片欺骗这些装置。
因此，用于克服这些限制的其他装置是已知的。特别是，可以通过红外摄像装置留下静脉网的印象。如果可靠性和安全性水平得到显著提高，则必要的手段不适合移动使用，特别是因为它们的尺寸和相对脆弱性。另外，它们需要事先登记用户，以便收集分析静脉网所需的信息。另一方面，这些装置不提供关于用户的物理安全性的有效保护，例如切除手指。后者不能特意考虑到在用户的一生中观察到的形态的演变或改变-生长、体重增加、水肿、割伤、浅表或深度烧伤等。
这就是为什么需要生物识别装置，便携式的装置特别适用于安全交易，无需公开或事先登记，通过分散的计算机网络，具有非常高的安全性，能够区分绝大多数个人，保证个人的身体安全，并提供个人生命中个人可观察的形态演变的适应性。
本发明的一个目的是提供生物识别的便携式认证装置，其特别适用于通过分散的计算机网络保护交易，而无需事先公开或登记，具有非常高的安全性，能够相互区分绝大多数人，保证个人的身体安全，并提供对个人在整个生命周期中的形态演变的适应性。本发明的另一个目的是提供可靠并适应所有尺寸的手指的装置。本发明的另一个目的是提供具有非常高安全性并能够识别绝大多数个人的生物识别和计算机装置。本发明的另一个目的是提供生物识别装置，使得可以省去任何人的生物识别密钥或私钥的存储以执行任何类型的计算机交易。
本发明特别涉及通过超声、可见光摄影、红外光摄影和手指的光谱分析的自适应生物识别装置。本发明还包括用于验证其他生物指纹的相关验证设备。根据本发明的装置特别用于个人的具有特别高水平的可靠性和安全性的生物识别，以便通过诸如移动电话、计算机或可能受益于这些认证装置的任何其他装置，例如汽车的锁、保险箱、房屋、建筑物或边境控制装置。
概要：
因此，一个实施例提供了一种生物识别测量装置，其特征在于，它包括：
·定位模块包括测量区域，所述定位装置被配置成允许用户在测量区域中放置至少一根手指；
·计算模块；
·一种超声模块，与计算模块耦合，用于在将所述手指放入测量区域后，对手指的静脉和神经网络进行超声波检测；将与所述手指的静脉和神经网络的所述超声波相关的生物识别数据发送到计算模块；
·一种摄像模块，包括多个光源，与计算模块耦合，并配置成在手指插入测量区域后生成照片：
о所述手指的静脉网的第一张照片，并且借助于至少一个红外光源，所述至少一个红外光源被布置成一旦被照射，允许所述摄像模块拍摄所述手指的静脉网的照片，所述红外光源被布置以特定的方式避免拍摄指骨的骨骼并将所述静脉网照片传送到计算模块；
о所述手指的指纹的第二张照片，并通过添加通过具有至少一个波长在400nm和800nm之间的相干光源提供的对比光；将所述指纹照片发送给计算模块。
所述的计算模块被配置成在将所述用户的一个手指放入测量区域之后，根据所述手指的静脉和神经网络的所述超声波，对所述手指的静脉网络的照片，所述手指的照片，所述手指的指纹的照片，生成特定于用户的生物识别测量值。
根据一个实施例，超声模块还包括一个测量模块(11)，其与计算模块耦合，并且被配置为测量并向计算模块发送心率的测量值。在将所述手指放入测量区域之后在手指上测量血压。
根据一个实施例，与计算模块耦合的摄像模块被配置为在手指的静脉网的红外光下拍摄照片，而不是在放入所述手指之后将外部光添加到测量区域中；并将所述静脉网的照片发送给计算模块。
根据一个实施例，计算模块被配置为通过添加对比光并向计算模块发送所述光谱分析来执行指纹的第二照片的光谱分析。根据一个实施例，定位模块包括止动件和阻挡模块，阻挡模块构造成在将手指放入测量区域之后施加在所述手指上的压力，以便阻止所述手指的指甲抵靠止动件，并暂时限制所述手指保持在测量区域中的基本固定的位置。
根据一个实施例，计算模块还被配置为，在将所述用户的一个手指放入测量区域之后，仅在与所述手指的静脉和神经网络的所述超声波相关的矢量图像、心率的测量值和动脉压的测量值、所述手指的静脉网的照片、所述手指的指纹的照片以及所述手指的光谱测定被认为满足一组预定的一致性标准时才对用户进行认证。
根据一个实施例，计算模块被配置为，生成超声相关的生物识别测量(ECR1)，通过添加红外光生产的红外光照片(ECR2)的生物识别测量值，和与通过添加对比光(ECR3)生成的指纹照片相关的生物识别测量值的至少一个限幅端点矢量图像。
根据一个实施例，计算模块适于实现数字签名，加密和解密的加密方法，该计算模块被配置用于：
·在将手指插入测量区域之后，根据分别从超声生物识别测量值(ECR1)，第一(ECR2)和第二(ECR3)张照片得到的每个限幅矢量测量值确定至少一个生物识别控制密钥；
·通过计算所述生物识别控制密钥(CCMESa)(CCMESb)(CCMESc)的三个二乘二组合来确定三个私有识别密钥(PRIVa)(PRIVb)(PRIVc)；
·计算与所述三个私人识别密钥有关的三个公共识别密钥(PUBa)(PUBb)(PUBc)；
·计算与所述三个公共识别密钥有关的三个识别控制密钥(CCa)(CCb)(CCc)；
·向所述外部设备发送所述三个公共识别密钥和所述三个识别控制密钥；或
·签名和/或解密和/或加密由外部设备发送的信息。
根据一个实施例，计算模块被配置为在将用户的一个手指放入测量区域之后识别用户并仅在以下情况下将所述手指的识别控制密钥发送到用户外部设备：
·动脉压的测量值低于预定阈值；和/或
·心率的测量值低于预定阈值。
根据一个实施例，计算模块被配置为仅当所述生物识别数据被认为满足一组预定义的一致性标准时，从所收集的生物识别数据记录同一个人的至少一个第二手指。
根据一个实施例，计算模块被配置为使得可以以给定个人的至少三个先前登记的手指识别控制密钥的形式定义：
·手指启用以激活手指；
·警报；
·手指启用以禁用警报；
·一个普通应用的手指；
·先前记录的至少一个其他手指使得可以根据预定条件恢复所述个人的数据。
根据一个实施例，计算模块被配置为如果所述个人通过至少一个装置(5)记录了至少六个手指，则将个人认证为唯一的。
根据一个实施例，生物识别装置(5)集成在电话内，其格式用于在电话屏幕中对不同尺寸的(2a)(2b)，集成(2a)(2b)或非(2c)的手指执行生物识别测量。
附图说明：
从以下参考附图对实施例的描述中，本发明的其他特征和优点将变得显而易见，其中：
[图1a]根据本发明的一个实施例，当插入5mm大的手指时的生物识别装置的示意性轮廓图；
[图1b]是根据本发明的一个实施例,当插入5mm宽的手指时的生物识别装置的示意性前视图；
[图1c]根据本发明的一个实施例，当插入25mm宽的手指时的生物识别装置的示意性侧视图；
[图1d]图1d是根据本发明的一个实施例，当插入25mm宽的手指时的生物识别装置的示意性前视图；
[图2a]根据本发明的一个实施例，一个生物识别装置的示意图，该装置与电话集成，该电话的屏幕全部布置在所述生物识别装置周围；
[图2b]根据本发明的一个实施例，生物识别装置的示意图，该生物识别装置与适于小手指的电话集成在一起。
[图2c]根据本发明的一个实施例，生物识别装置的示意图，其与具有小屏幕的电话集成在一起；
[图3a]根据本发明的一个实施例，超声波传感器(9)的示意图；
[图3b]根据本发明的一个实施例，超声波传感器(9)在生物识别装置(5)的支撑件(8)上的集成示意图；
[图3c]分别表示使用超声波传感器(9)获得的原始(BR1)、矢量(VECT1)和限幅(ECR1)结果；
[图4a]根据本发明的一个实施例，红外光源(20)的手指透明的红外摄像传感器(18)的示意图。
[图4b]根据本发明的一个实施例，在生物识别装置(5)的支撑件(17)上将摄像传感器(18)集成在支撑件(16)和红外光源(20)上的示意图；
[图4c]分别表示使用摄像传感器(18)获得的原始(BR2)、矢量(VECT2)和限幅(ECR2)结果；
[图5a]根据本发明的一个实施例，来自光源(23)和(24)的摄像和光谱传感器(18)的示意图；
[图5b]根据本发明的一个实施例，将摄像传感器(18)和光源(23)和(24)集成在生物识别装置(5)的支撑件(16)上的示意图；
[图5c]分别表示使用摄像传感器(18)获得的原始(BR3)、矢量(VECT3)和限幅(ECR3)结果；
[图6a]根据本发明的一个实施例，通过手指(4)的本征红外发射的红外摄像传感器(18)的示意图；
[图6b]根据本发明的一个实施例，摄像传感器(18)在生物识别装置(5)的支撑件(16)上的集成示意图；
[图6c]分别表示使用摄像传感器(18)获得的原始(BR4)、矢量(VECT4)、限幅(ECR4)、减去(ECR3)、得到(RES)和比较(COMP)的结果；
[图7]根据本发明的一个实施例，装置(5)的不同有源组件之间的通信的示意图；
[图8a]根据本发明的一个实施例，手指定位机构的示意图，该手指定位机构包括一系列活塞(34c)，允许活塞(34c)滑动的一系列壁(34b)，连接到活塞(34c)的液体袋(34a)，两个滑动元件(34)和(17)定位元件；
[图8b]根据本发明的一个实施例，包括压力弹性件(35)的处于打开位置的实际定位装置的示意图；
[图8c]根据本发明的一个实施例，包括压力弹性件(35)的处于关闭位置的实际定位装置的示意图；
[图9]根据本发明的一个实施例，装置(5)的组装的第一步骤的示意图，其中垂直平移的支撑件(17)和(34)在支撑件(8)和(16)中沿水平方向平移滑动；
[图10]根据本发明的一个实施例，装置(5)的组装的第二步骤的示意图，其中压力保持弹性件(10)被添加在用于固定隔膜(46)的八个凸耳中的六个上；
[图11]根据本发明的一个实施例，硅胶袋的正视图和轮廓图的示意图，该硅胶袋设置为添加到装置(5)中以使其完全紧密和有弹性；
[图12]根据本发明的一个实施例，装置(5)的内部壳体的示意图，该壳体将添加到图10和11的部件中，该图还示出了USB阴连接装置(31)；
[图13a]根据本发明的一个实施例，外壳(44)上的光条(2)的组装示意图；
[图13b]根据本发明的一个实施例，组装到外壳(44)上的光条(2)的示意图；
[图14]根据本发明的一个实施例，安装有图10、11和12的不同部件的内部装置的示意图；[图15]根据图14中描述的截面安装的装置(5)的横截面示意图；
[图16]根据本发明的一个实施例，在柔性膜(36)上设置的各个位置(32)上组装隔膜(46)的方法的示意图。
[图17]根据本发明的一个实施例，内壳体(38)在外壳(44)中定位的示意图，灯带(2)已经定位在外壳(44)上，滤气器(40)设置成在安装时缩回；
[图18a]根据本发明的一个实施例，安装在前视图和左视图中的末端壳体的示意图；
[图18b]根据本发明的一个实施例，安装在后视图和右视图中的末端盒子的示意图；
[图19a]根据本发明的一个实施例，分别在前视图、下视图、俯视图和剖视图中使用“USB-C”连接器连接到电话或平板电脑的装置的示意图；
[图19b]根据本发明的一个实施例，在生物识别装置(5)的前视图、俯视图和剖视图中将连接器(50)集成在支撑件(38)上的示意图；
[图19c]壳体(38)空的示意图，没有连接器(50)和有线连接器(51)-图19d-分别在生物识别装置(5)的前视图和俯视图中以实施例的方式示出发明；
[图19d]根据本发明的一个实施例，有线连接器(51)的示意图，分别在剖视图、前视图、仰视图和俯视图中连接各种USB连接器：USB-A、Ligthning、Micro-USB和USB-C，正视图和上方相同；
[图20]根据本发明的一个实施例，由装置(5)进行的生物识别测量的密码密钥计算机制的示意图；
[图21a]个人手指的相对登记消息的内容的示意图；
[图21b]根据本发明的一个实施例，紧急消息(56)内容的示意图；
[图21c]根据本发明的一个实施例，消息的签名(58)的内容的示意图；
[图22]根据本发明的一个实施例，包含与个人有关的数据的消息内容的示意图；
[图23]根据本发明的一个实施例，装置(5)在接收设备(70)的对等网络中的电话(26)上的集成示意图；
[图24]根据本发明的一个实施例，接收设备(70)上包含的数据库的示意图；
详细描述：
具体参考图1a、1b、1c和1d。根据本发明的一个实施例，现在将描述装置(5)。图1a、1b、1c、1d、18a和18b示出了装置(5)的组装图。
装置(5)旨在集成在智能手机中-英文术语更通常地称为“智能电话”。装置(5)包括例如能够实现与智能电话主机终端(26)，计算机(27)或任何其他计算设备耦合的连接器(50)，例如USB类型的连接器(“通用串行总线”)。选择装置(5)的尺寸以使其尽可能小，以便能够进行识别。但是，无论手指的大小如何(图中的标号4)，手指在相对压力下的宽度通常在5mm和25mm之间时，也能够进行识别。在图中所示的实施例中，不包括连接器(50)和(51)-装置的宽度基本上为55mm，高度基本为34mm，厚度基本为4.95mm。装置(5)的每个部件都设计成易于安装和拆卸。装置(5)允许绝大多数个人能够通过该装置认证和生成消息。通常，该装置旨在与左手食指一起使用以进行身份验证。尽管如此，该装置也适用于手的任何手指，有些情况下也适用于脚趾。
或者，如图2a、2b和2c所示，装置(5)通过其小尺寸可以集成在移动电话内。
装置(5)包括：
·定位模块-图8a-包括测量区域，以允许用户可重复地将至少一个手指定位在测量区域中；
·计算模块(25)；
·第一超声波模块(12)，适于在测量区域中执行所述手指的静脉和神经网络的高精度超声波；将与所述手指的静脉和神经网络的所述超声波相关的生物识别数据发送到计算模块；
·第二超声波模块(11)，适于进行心率和血压的测量；
·第三超声波模块(10)，适于发射超声波，其回波由第一和第二超声波模块测量；
·摄像模块(18)，包括若干光源，与计算模块耦合，并配置成在手指插入测量区域后生成照片：
о所述手指的静脉网的第一张照片，并且借助于至少一个红外光源(20)，所述至少一个红外光源被布置成一旦被照射，允许所述摄像模块拍摄所述手指的静脉网的照片，所述红外光源被布置以特定的方式避免拍摄指骨(图4)的骨骼；将所述静脉网的照片发送给计算模块；由计算模块转换为矢量图像；
о图5a是所述手指的指纹的第二张照片，其中添加了通过至少一个波长在400nm和800nm之间的光二极管(23)和(24)提供的对比光，并将所述指纹的照片发送到计算模块；
о在将手指放入测量区域之后，在使用特定于所述手指的红外辐射之后，所述手指的神经网络在红外光中和没有添加波长在800nm到1mm之间的红外光源(图6a)的情况下的第三张照片；
о第一张、第二张和第三张照片的光谱分析-图5d-；
о第一张、第二张和第三张照片的差异分析-图6c-；
·计算模块被配置为根据所述手指的静脉和神经网络的超声波，在将所述用户的一个手指放入测量区域之后，生成特定于用户的生物识别测量值；所述手指的静脉网络的照片，所述手指的指纹照片；
·图8a、8b、8c中描述的机械装置使得可以保证测量的可靠性和再现性；
·可移动的加密处理器(28)，用于向装置(5)添加额外的身份验证级别。
图3a示出了高精度的超声波传感器(9)，其适于执行静脉和神经网络的超声波，并转换成矢量图像。手指的矢量建模-如图3c所示-是装置中最精确的元件。由于超音速频率超声波(通常约为13MHz)，超声波接收器换能器阵列(12)使得既可以区分浅表静脉网(15)，也可以区分远端指骨的神经网络(14)。应注意，超声的物理特性要求与个人的皮肤直接接触。超声波传感器(9)包括凹形超声波发射器换能器(10)，其被配置为以大致13MHz的频率谐振。超声换能器(10)的高度基本为3.5mm，宽度为1.5mm。该特定尺寸允许由该探针发射的超声保持在菲涅耳区中并且避免任何衍射现象达到远端趾骨的骨骼(7)。凹形超声探头(10)被配置为以基本上13Mhz的频率连续发射超声波，所述超声波旨在由凹形超声波接收探头(11)和具有32个超声波接收器换能器的网络(12)进行分析。
凹形超声波接收器探头(11)的长度基本上为3.5mm，宽度为1.5mm。它被配置为通过多普勒效应分析血流的血压和个人的心率。这些尺寸使其能够在手指的侧面部分全局分析血流。凹形超声波接收器探头(11)还可以在手指移动停止时开始进行测量，但也可以在接收心律的第二峰值时结束测量。
超声波接收器换能器阵列(12)通常包括32个尺寸为0.8mm至0.7mm的超声波接收器换能器，能够提供远端趾骨的外侧部分的超声图像。因此，转换为矢量图像的远端趾骨的侧部的超声图像可以用作三个加密密钥中的两个的第一部分-图20-(CCMES-a)。这种高精度超声波可以完全显示手指的静脉和神经网络。
超声波传感器(9)的突出优点在于：
·它可以使用混合尺寸的传感器；
·探针的大小可以避免寄生虫；
·该机制允许手指的精确定位，以及传感器和个人皮肤之间的恒定和可再现的压力-在这个高超音速频率下，将无法在任何空的空间内进行测量；
·发射器和接收器换能器的分离允许在装置中进行连续测量，但也能够通过多普勒效应和超声波本身来分离动脉压的测量，而不会将任何噪声引入装置中。
图3b示出了超声波传感器(9)集成到装置(5)的支撑件(8)中的实施例。通过由凹形超声探头(10)激发的凹形超声波接收探头(11)进行个人的心率和血压的测量。由于凹形超声波探头(10)连续发射超声波，超声波传感器(11)测量两次血液脉动峰值之间的时间，这也是进行生物识别测量所需的时间。多普勒血流测量不是位于特定静脉中，而是位于远端指骨的整个浅表静脉网上。生物识别测量仅在手指不动的情况下开始：实际上，手指在装置中的任何移动都会产生这样的峰值，使得任何测量值都不可用。因此，除了手指锁定机构之外，还可以确保用户的手指在心跳持续期间是不动的。
图4a示出了摄像传感器(18)，其能够借助于避开指骨的骨骼(7)的红外发光二极管(20)，通过红外透明拍摄侧向静脉网络的照片，将其转换成矢量图像。摄像传感器(18)由摄像传感器(21)，会聚透镜(19)和红外发光二极管(20)组成。摄像传感器(18)以非常特定的方式定位，以平移由静脉网(15)的矢量指纹产生的图像，但也能够避开骨骼(7)进行测量。摄像传感器(18)使得可以仅使用极小的手指区域。如图4a和4b所示，红外发光二极管(20)设置在装置(5)的下部，与远端指骨(7)的中心成大约45°的角度。用于产生图4c所示的矢量图像的照片是由摄像传感器(18)拍摄的，该摄像传感器(18)也用于横向指纹，指纹的光谱分析以及通过使用手指的固有辐射来分析静脉网络(4)。
图5a示出了能够拍摄与对比光光谱法结合的横向指纹的摄像传感器(18)。摄像传感器(18)包括CMOS摄像传感器(21)-用于“互补金属氧化物半导体”的“CMOS”-会聚透镜(19)，发光对比二极管，例如黄色(24)和蓝色对比发光二极管(23)。摄像传感器(18)被配置为通过摄像传感器(21)的光谱分析产生用于检测双层皮肤的对比光。因此，横向印记更难以获得，因为它们不会留在受影响的物体上，并且很少能够从照片中利用。由于拍摄区域的尺寸小，摄像传感器(21)的分辨率也大得多，特别是因为光输入是由发光二极管(23)和(24)产生的，它们通过皮肤的透明度照射摄像传感器(21)。摄像传感器(18)提供手指指纹的对比光照片-蓝色和黄色的颜色由摄像传感器(21)特别好地进行处理。为了允许通过摄像传感器(21)进行可利用的光谱分析，该装置包括在可见波长范围内的两个发光二极管(23)和(24)。以固定且稳定的波长发射的所述发光二极管(也称为相干波长)使得既可以通过透明度向摄像传感器(21)提供必要的光，而且还可以进行光谱测定分析(图5c)-每种颜色(褪黑激素的量)和皮肤厚度之间存在差异。所使用的相机类型可以与移动电话(CMOS)中使用的相机类型相同，其优点在于集成了两个传感器，但也包括用于图像处理的组件。
由于人体的红外辐射的波长约为10μm，它通常被直接在镜头水平上的摄像传感器上的低通滤波器(也称为阻挡滤波器)消除。关于摄像传感器(18)，删除该过滤器以便能够恢复这些数据，从而允许对指纹和静脉网测量进行可靠性和测量值一致性验证(图6c)。
本发明的一个优点是使所有测量都可靠，不论手指的大小如何，而且无论这种尺寸的演变如何，特别是在生长期间。
先前在图8a中描述的装置在现实条件下示出了施加到硅树脂25的活塞(34c)上的应力，从而使得可以通过使用钉板的远端边缘的不规则性来阻挡手指的指甲。除了在测量期间迫使手指保持在固定位置之外，该活塞系统还允许并且通过这些活塞的运动自然地重新聚焦所述手指。这些浸入聚四氟乙烯油中的活塞(34c)永远不会与个人的皮肤30接触，整个装置被封闭在特别薄且有弹性的硅树脂膜(36)中。
图8b和8c中所示的图分别描述了处于最大和最小打开位置的装置的状态。四个部件的运动完全受到凸耳(32)的存在的限制，凸耳(32)为每个指状物宽度施加限定的高度。图8c中的装置的压力和返回到静止状态是由弹性件(35)的张力产生的，弹性件(35)本身通过销(33)固定到装置上，也用于连接上前后隔膜。
加密处理器(25)是装置的各种组件的全体主控器。实际上，通过协议I2C-InterIntegrated Circuit-它将控制并对组件的动作进行排序：传感器、LED、可移动加密处理器、存储器、433MHz网络模块，以便恢复加密密钥，然后与主机终端和存储数据的分散网络(智能手机(26)、计算机(27)、计算设备)通信，以将加密的交易传递给它，解密收到的消息，签名并加密已经被要求传输的交易。
如在图7中的图表所示，所有加密方法可以概括为主机终端和加密处理器(25)之间的唯一通信。加密处理器通过其作为主设备的I2C数据总线直接与系统的其他生物识别组件通信。最后，仍然通过该数据总线，加密处理器使用可移除的加密处理器(28)来向系统添加第三级身份验证，使得个人的全部或部分交易可以限于具有所述可移动加密处理器的装置(5)。
对于USB通信，加密处理器使用UART通用异步接收器发送器(UART)微控制器从主机系统检索指令并发送加密和签名的指令。EEPROM(30)-电可擦除可编程只读存储器-用作数据高速缓存，可以看作是主机系统和装置之间唯一的真实交换接口。
对于智能手机或计算机在此内存区域(特定目录)上存放的每条消息，中央加密处理器生成并签署交易并将其依次存储在该内存区域的另一个目录，即电话或计算机本身。然后指示将加密和签名的消息发送到接收设备(70)。在“无网络”交易中，该存储区域用作各种操作的存储。装置(5)还集成了第二可拆卸USB阴连接器(31)，从而可以连接其他USB设备或电源线，该电源线也可用于通过装置(5)向主机系统供电。图12示出了将USB阴连接器(31)集成在装置(5)的载体(38)中的实施例。
为了确保对环境的影响最小，该装置旨在提高坚固性-抗冲击、扭转、防浸IP67、耐热、耐冷-而且也可以直接丢弃而不会产生塑料和对环境有害的材料。
整个装置由硅胶制成，具有多个弹性等级。壳体由竹纤维和外部涂漆的天然树脂制成。该壳体还设计成在变质时易于更换。装置中使用的材料、电磁和超声波场均不会造成任何健康问题。最后，该装置有一个特定的连接器，既可以防止水和湿气进入装置，也可以保护手机使其USB连接器免遭任何损坏。
如传统系统中所示，不计算验证密钥而直接存储。在本发明的装置中，加密私钥从不存储在装置上或分布式网络上的数据库中。每次插入手指时，装置都会生成三个私钥(PRIVa、PRIVb和PRIVc)，或者更准确地说是通过每次计算与生物识别测量(CCMES1、CCMES2和CCMES3)相关的一对控制密钥创建的三个计算结果(图20)。然后如此生成的私钥将计算公钥(PUBa，PUBb和PUBc)和控制密钥(CCa，CCb和CCc)(它们是公钥的哈希值)，从而可以检索所述密钥控制的数据库中的个人数据。因此，使用三个公钥加密的恢复数据可以由具有私钥的装置自动解密。因此，装置永远不需要存储生物识别测量值本身之外的测量值或私钥。使用生物识别数据作为加密密钥是一项创新。
该装置使用的加密算法是ECDSA—椭圆曲线数字签名算法-尽管本发明不排除使用其他加密算法。事实上，此算法特别耐用，它是特权算法。公钥和控制密钥是从私钥自动生成的。应当注意，从公钥中进行计算被认为是不可能的，从控制密钥中进行计算更加不可能，它是公钥的一个不可逆转的印记。为了使系统不可侵犯，系统基于公钥发布时替换的临时密钥-控制密钥，公钥和私钥签名的消息足以证明拥有私钥，因此能够在关联的控制密钥上执行交易和生成消息。为了使系统不被篡改，私人和公共生物识别密钥永远不会离开装置，与装置本身不同，任何硬件或软件设备都被认为是不可靠的，包括智能手机、计算机等。此外，由于隐私是安全性的一个组成部分，除了某些智能合同或执行警报消息或“信用”交易验证所需的“智能合同”之外，所有交易相关元素都被排除在装置之外。使用的控制密钥计算算法是256位编码的SHA-256，与用于生成比特币地址的RIPEMD-160算法不同。第一个优点是SHA-256算法提供了更好的安全性，而且最重要的是，这种控制密钥算法直接与几乎所有的加密处理器集成。控制密钥实际上是装置和这些过程的唯一未加密信息，与比特币网络相比，其控制密钥的数量可能更大，因此避免地址冲突是非常重要的。
图21a和22描述了存储它的消息链中的两个基础交易。消息(52)和(67)是存储在给定个人的消息串上的数据的中心点，它们允许保存生物识别公钥的历史记录，监控个人的生命体征以及保存用于生成消息和其他信息的私钥的历史记录。该数据通过存储在消息字符串中的消息存储，消息字符串本身存储在几个“面向列”的NoSQL数据库中，这些数据库本身通过分散的对等网络存储。如图21a和22所示，每当向装置(5)呈现新手指时，后者将被注册在与身份数据(ID)有关的数据库中(图24)，并创建一个新的注册(52)，这里是在常见情况下发布的消息(52)的内容的详细信息：
·(53)：该序列整合了由生物识别测量得到的密钥计算的控制密钥(CCa、CCb和CCc)，如图20所示，并允许装置(5)从给定个人的先前连接中检索个人的所有交易。还应当注意，在个人在装置(5)中记录了新手指之后，然后，即使在常用手指受损之后，他也可以从另一个消息(52)重新获得对数据的访问；
·引用(54)使得可以输入交易，在这种情况下，“0”表示交易属于与记录或更新手指的生物识别数据有关的类型；
·单元(55)表示生成消息的日期；
·单元(56)包含由英语和国际首字母缩略词“ICE”指定的信息，用于“紧急情况”，用接收设备共用的密钥加密(70)(图23)，该信息允许该人(ICE的所有者)通过装置(5)并通过接收设备(70)和一个机制，通过限制仅由授权人员访问来保护私人ICE数据。如果个人同意，这些数据可以特别用于急救服务。
·单元(57)包含由给定个人的先前连接和先前记录的全部手指产生的公共密钥(PUBa、PUBb和PUBc)的完整列表。使用对应于所提到的地址(53)的公共密钥对这些公共密钥进行加密，这允许装置(5)找到所有先前的交易(67)，从而查找内容，无论使用的是哪根手指；
·单元(58)集成了装置(5)的签名(65)，从而使装置(5)和接收设备(70)无法撤销或更改该交易。该单元可选地集成可移除加密处理器(28)的签名(66)。
如图22所示，这里是在常见情况下发布的交易内容(67)的详细信息：
·引用(68)在技术上体现了给定个人在装置(5)上使用的常用手指。实际上，所提到的控制密钥(CC)是常用手指的控制密钥，并且不必浏览消息(52)来查找交易(67)。还应注意，控制密钥(CC)的数量不受限制，以便保证装置在给定个人的整个寿命期间的适应性；
·键入交易的引用(54)：“1”表示该交易一方面包含加密的个人数据(69a)，另一方面，密钥(AES)使得可以解密数据；
·单元(55)表示生成消息的日期；
·引用(69a)包含用相对于个人的密钥(AES)加密的数据，密钥(AES)是由装置(5)随机生成的对称或非对称密钥，并在每次交易时更新，以下是加密数据的内容：
о生物识别通用数据：
生物识别公钥历史记录(PUB)
独立记录十个手指中的每一个；
最后两个生物识别公钥与已记录的和将用于装置学习和适应性机制(5)的公钥不同；
心率和血压(总体平均值+最后三次测量值)将用于验证个人是否处于警戒状态；
人员警报合同的配置-如果满足警报合同的条件，则执行；
常用手指的公钥(允许装置(5)上的正常交易)在(68)中解决；
警报手指的公钥；
警报停用手指的公钥。
о与个人的有效数字身份相关的数据：
唯一身份，相对于给定国家的数字身份、网站、服务、应用程序、可达性识别符(电话号码、电子邮件等)，由一个或一系列加密私钥体现并与公钥相关联的组或公司。记录密钥所关联的数字身份的公钥使得能够在个人和后者之间进行相互认证，这也使得可以保证通信并且不可撤销地相互认证；
本节还包括其他信息，例如每个先前列出的数字身份的重要性、假名或相关类型。
о与个人的有效智能合同有关的数据：
保险合同，购买凭证合同，贷款合同或由一个或一系列加密私钥所体现的交付合同；
本节还包括其他信息，例如上面列出的每个帐户或合同的重要性、假名或相关类型。
о活跃健康数据
与个人健康记录、重要性、相关假名相关的加密私钥；
о与活动连接对象相关的数据
与个人关联的连接对象、重要性、相关假名(Car，House Lock...)相关的加密私钥)；
·单元(69b)包含用于加密数据(69a)的加密密钥(AES)，该密钥(AES)与随机数相关联并用对应于个人的手指的每个公钥(PUB)加密。或者，例如，如果个人先前已经记录了他的所有十个手指，则该密钥(AES)将被加密至少三十次；
·与装置(5)的所有交易的情况一样，单元(58)集成装置(5)的签名，以使该交易不可撤销且不可兼容。该单元可选地集成可移除加密处理器(28)的签名(66)。
图21a和22显示了将被集成到数据库中的不同类型的数据。这些包括给定个人的个人和关键数据，即使在损坏任何一个手指后，他的各个手指的指纹列表也允许访问装置、地址簿数据、团体、公司或机构。以及认证和信任设备，用于认证和告知用户特定身份的声誉。
交易行(52)和(67)中所示的签名基于一种方法，该方法可以同时确保该装置是被识别和授权的装置，并且该签名不可能与特定设备相关联，因此也不可能与用户相关联。为此，从程序集中，装置使用100个公用密钥进行初始化,所有设备和未知接收器都将只有公钥列表。密钥更新提议通常由装置(5)自身发送。每个密钥的有效期为一个月-这是装置在没有连接到网络的情况下的最长使用期限。搜索与装置(5)的签名相关联的公钥是接收设备(70)的工作证明之一，从而证明它是有效的。装置的私钥存放在技术数据数据库中(TECH)(图24)，并用装置(5)的旧公钥之一加密，其仅允许装置(5)解密并从密钥链上方访问最后一个有效密钥。
为了允许装置(5)直接将信息传送给用户，该装置使用位于正面的光条(2)，如图1b所示。为了将RGB LED(43)的光传播到光条(2)，该装置使用玻璃纤维网络(42)，如图13a和13b所示。
参考图7，每个传感器连接到与中央密码处理器(25)相同类型的加密处理器。因此，中央加密处理器(25)通过来自在组件组装时初始化的秘密密钥的“基于散列的质询-响应”机制来明确地验证每个传感器。主要使用的协议是I2C(内部集成电路)，它是一种数据总线，可以连接微处理器和各种电路。中央加密处理器将通过以下I2C总线发送和接收命令和信息：
·(25a)：超声波传感器控制器；
·(25b)：摄像传感器的控制器；
·(30)：高速缓存；
·(28)：可移动的加密处理器；
·(29)：433Mhz网络控制器。
与传感器相关联的LED的照明由控制器(25)的GPIO端口控制，从而允许主机系统能够定制光信号。
为了执行非接触式交易并将交易分配给周围设备，该装置集成了在433Mhz频带中操作的通信模块(29)。这个频带在整个地球上基本上是免费的。该装置集成了发射器和接收器以及两个有源天线。第一个天线，在传输/接收方面受限制只能在几十厘米的范围内工作(也称为NFC：近场通信)，用于检测和初始化周围的交易(无需接触)，这个天线也是定向。第二根天线，不带法兰，将在无障碍的地面上在百米范围内发出交易。在生物识别测量期间以及当装置与电话断开连接时，该无线电发送/接收被停用。该装置的创新之处在于允许一组设备能够通过网状网络(例如在世界的偏远村庄)几乎可以自主运作，允许附近的设备知道交易状态而不损害机密性。在比连接到网络的情况下，每个装置(5)只能处理一个月内的交易。通过附加USB连接(31)的装置(5)还使主机系统能够连接到卫星收发器，使其能够通过卫星连接接收和发送消息。
图9示出了未组装的装置。图10示出了装置的四个部分，其中添加了通过两个销(33)固定在装置两侧的弹性件(35)。图11是将覆盖整个装置的硅树脂膜(36)的正视图和侧视图，该图还示出了移动部分(37)，点缀了胶水和实线的点的部分15，“夹在”装置(5)的硅树脂外壳(38)上。图14示出了装置安装的前视图(不包括壳体和玻璃纤维)。
图15表示图14中提到的剖视图，使得可以识别柔性硅树脂膜(36)、手指定位活塞(35)、压力袋(35a)或在其可移动部分(37)上的不同形式的隔膜(36)。
图16显示了隔膜在装置正面的定位-后面的过程是相同的，不同之处在于它们覆盖更多的表面以防止用户在相反方向上使用该装置。上隔膜夹在弹性件(33)的销上，而弹性件夹在定位销(32)上。销(33)还具有轻微的横向间隙，以根据钉子的尺寸上升或下降。底部隔膜夹在装置下部移动部分的定位销(32)上。左右隔膜夹在传感器旁边的面板上(超声波和摄像传感器)。图13a中描述的光条(2)用于通过将出现在睫毛上的一组颜色通知用户装置的状态。头带由四部分组成：
·玻璃纤维(41)的尖端捕获LED RGB(43)发出的光并融入与为此效果提供的LED(43)相邻的区域；
·玻璃纤维(42)，其将发射的光扩散到“睫毛”或光条(2)。玻璃纤维(42)可折叠的方式组装，以便允许硅树脂壳体(38)和光条(2)的单独安装；
·睫毛或光条(2)本身由透明硅胶组成，其固定在玻璃纤维(42)的末端，
·黑色硅胶(3)中的圆形眼睛允许将部件安装在壳体中。
根据本发明的装置(5)没有用于定位手指的附加传感器，该定位仅基于已经描述的三个元件。第一种是能够在手指上施加图8a中描述的完美且可再现的定位的机械装置。第二种方法使用多普勒效应(11)(图3a)等待手指不动时开始生物识别测量过程，它还用于检查个人的健康状况，最后在第二次心跳后停止测量。后者使用由装置测量产生的结果来检查任何异常结果，例如太难以被利用的远端指骨的感觉或结果，或者如果装置太脏或被损坏。

Claims (13)

1.生物识别测量装置，其特征在于，包括：
·一个定位模块，由一个测量区组成，所述定位装置被配置成允许用户在测量区域中放置至少一根手指；
·计算模块；
·超声模块，耦合到计算模块，并且被配置为在将所述手指插入测量区域之后执行手指的静脉和神经网络的超声波；
·将与所述手指的静脉和神经网络的所述超声波相关的生物识别数据发送到计算模块；
·一种摄像模块，包括多个光源，与计算模块耦合，并配置成在手指插入测量区域后生成照片：
o所述手指的静脉网的第一张照片，并且借助于至少一个红外光源，所述至少一个红外光源被布置成一旦被照射，允许所述摄像模块生成所述手指的静脉网的照片，所述红外光源被布置以特定的方式避免拍摄指骨的骨骼并将所述静脉网照片传送到计算模块；
o所述手指的指纹的第二张照片，并通过添加通过具有至少一个波长在400nm和800nm之间的相干光源提供的对比光；将所述指纹照片发送给计算模块。
计算模块被配置成在将所述用户的一个手指放入测量区域之后，根据所述手指的静脉和神经网络的所述超声波，对所述手指的静脉网络的照片，所述手指的照片，所述手指的指纹的照片，生成特定于用户的生物识别测量值。
2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述超声模块还包括测量模块(11)，所述测量模块(11)与所述计算模块耦合，并且被配置为测量并向所述计算模块发送心率的测量值，并在将所述手指放入测量区域之后在手指上进行血压测量。
3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述摄像模块与所述计算模块耦合，被配置为在手指的静脉网的红外光下生成照片，而不是在放入所述手指之后将外部光添加到测量区域中；并将所述静脉网的照片发送给计算模块。
4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述计算模块被配置为通过添加对比光并将所述光谱分析发送到所述计算模块来执行指纹的第二照片的光谱分析。
5.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述定位模块包括止动件和阻挡模块，所述止动件和阻挡模块被配置为，在将所述手指放入所述测量区域之后在所述手指上施加压力以便阻挡所述手指的指甲，使所述手指抵靠在基台上，并暂时迫使所述手指保持在测量区域中的基本固定的位置。
6.根据权利要求1、2、3和4所述的装置，其中，所述计算模块还被配置为在将所述用户的一个手指放入所述测量区域之后，仅在与所述手指的静脉和神经网络的所述超声波相关的矢量图像、心率的测量值和动脉压的测量值、所述手指的静脉网的照片、所述手指的指纹的照片以及所述手指的光谱测定被认为满足一组预定的一致性标准时才对用户进行认证。
7.根据权利要求1所述的装置，其中，所述计算模块被配置为生成超声相关的生物识别测量值(ECR1)，通过添加红外光生成的红外光照片(ECR2)的生物识别测量值，和与通过添加对比光(ECR3)生成的指纹照片相关的生物识别测量值的至少一个限幅端点矢量图像。
8.根据权利要求1和7所述的装置，其中，所述计算模块适于实现数字签名、加密和解密的加密方法，所述计算模块被配置用于：
·在将手指插入测量区域之后，根据分别从超声生物识别测量值(ECR1)，第一(ECR2)和第二(ECR3)张照片得到的每个限幅矢量测量值确定至少一个生物识别控制密钥；
·通过计算所述生物识别控制密钥(CCMESa)(CCMESb)(CCMESc)的三个二乘二组合来确定三个私有识别密钥(PRIVa)(PRIVb)(PRIVc)；
·计算与所述三个私人识别密钥有关的三个公共识别密钥(PUBa)(PUBb)(PUBc)；
·计算与所述三个公共识别密钥有关的三个识别控制密钥(CCa)(CCb)(CCc)；
·向所述外部设备发送所述三个公共识别密钥和所述三个识别控制密钥；或
·签名和/或解密和/或加密由外部设备发送的信息。
9.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述计算模块被配置为在将所述用户的一个手指放入测量区域之后识别用户并仅在以下情况下将所述手指的识别控制密钥发送到用户外部设备：
·动脉压的测量值低于预定阈值；和/或
·心率的测量值低于预定阈值。
10.根据前述权利要求中任一项所述的装置，其中，所述计算模块被配置为仅当所述计算模块被认为响应于一组预定义的一致性标准时，从所收集的生物识别数据记录所述相同个人的至少一个第二手指。
11.根据权利要求1、2、6、8和10所述的装置，其中所述计算模块被配置为允许以至少三个先前注册的给定个人的手指识别控制密钥的形式定义：
·手指启用以激活警报；
·手指启用以禁用警报；
·一个普通应用的手指；
·先前记录的至少一个其他手指使得可以根据预定条件恢复所述个人的数据。
12.根据权利要求1、2、6、8、10和12所述的装置，其中计算模块被配置为如果所述个人已经通过至少一个装置(5)注册了至少六个手指，则将个人认证为唯一的。
13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述生物识别装置(5)在电话内集成，所述格式用于在电话屏幕中对不同尺寸的(2a)(2b)，集成(2a)(2b)或非(2c)执行生物识别测量。
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