CN110188697A - 一种基于区块链的指纹识别管理系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种基于区块链的指纹识别管理系统及方法，属于模式识别管理领域。所述基于区块链的指纹识别管理系统包括用户端和中心控制端；所述用户端接收现场采集的指纹图片，存储指纹图片并将指纹图片、案例信息发送给中心控制端；所述中心控制端接收并存储用户端发送来的指纹图片和案例信息，并将指纹图片和案例信息存储到区块链中的区块中；同时，将指纹图片与标准指纹库内的指纹图片进行比对获得比对结果，将比对结果发送给用户端。本发明将区块链引入指纹识别管理系统中，不仅使得指纹数据有高的可信性、完整性、防止了指纹信息被篡改、攻击等，而且还解决了指纹管理系统中扩展性低、难共享的问题，降低了隐私泄露几率。

Description

一种基于区块链的指纹识别管理系统及方法

技术领域

本发明属于模式识别管理领域，具体涉及一种基于区块链的指纹识别管理系统及方法。

背景技术

上世纪90年代，指纹识别技术开始应用于个人身份鉴定，得到了广泛的开发和应用，随着指纹识别技术的进一步提升，国内外已有很多自动指纹识别系统投入实际应用，尤其被应用于公安机关破解嫌疑人手机来破获案件，指纹识别技术主要通过比对两个指纹图片是否匹配来确定犯罪嫌疑人，但是其存在以下问题：

一，在使用过程中如何保证指纹库图像没有经过非法使用者的篡改,存储的案件指纹会不会已经被恶意篡改，针对指纹图片的安全问题，有的学者对图像进行了加密，有的学者把水印应用在图像上，很多数字指纹识别系统没有抵御数字指纹攻击的能力；

二，案件指纹主要分散于各地公安机关的刑侦部门，指纹查询比对只能在局部范围内进行，而且各指纹数字识别系统类型不统一，指纹图片难以共享和互用。

发明内容

本发明的目的在于解决上述现有技术中存在的难题，提供一种基于区块链的指纹识别管理系统及方法，使得指纹数据有高的可信性、完整性、防止了指纹信息被篡改、攻击。

本发明是通过以下技术方案实现的：

一种基于区块链的指纹识别管理系统，包括用户端和中心控制端；

所述用户端接收现场采集的指纹图片，存储指纹图片并将指纹图片、案例信息发送给中心控制端；

所述中心控制端接收并存储用户端发送来的指纹图片和案例信息，并将指纹图片和案例信息存储到区块链中的区块中；同时，将指纹图片与标准指纹库内的指纹图片进行比对获得比对结果，将比对结果发送给用户端。

所述用户端包括：案例管理模块、用户端通讯模块、指纹处理模块、存储模块；

所述案例管理模块用于建立新增案例，并对每个新增案例所采集的指纹图片进行管理；

所述用户端通讯模块用于与中心控制端进行通讯；

所述指纹处理模块用于对指纹图片进行初步处理；

所述存储模块用于存储指纹图片、记录中心控制端发送来的比对结果。

所述案例管理模块包括：用户登录子模块、新增案例子模块、案例展示子模块、关闭案例子模块；

所述用户登录子模块用于用户登录管理；

所述新增案例子模块用于建立新增案例，每个新增案例的案例信息包括：案件编号、案发时间、案发地点、负责单位、负责人、案件摘要、案例路径、客户端IP地址；

所述案例展示子模块用于对现场采集的指纹图片进行展示；

所述关闭案例子模块用于关闭由案例展示子模块展示的案例。

所述中心控制端包括：用户管理模块、控制端通讯模块、控制端案例管理模块、比对模块、控制端存储模块、查询模块、区块链模块；

所述用户管理模块用于用户登陆管理；

所述控制端通讯模块采用多线程与多个用户端进行通讯；

所述控制端案例管理模块用于对不同用户端发来的案例信息和指纹图片进行管理，存储用户信息、案例信息、指纹文件信息和指纹图片；

所述比对模块用于对指纹图片进行指纹特征提取，并将提取到的指纹特征与标准指纹库中的指纹图片进行特征匹配，获得比对结果；

所述控制端存储模块用于存储用户端发来的指纹图片、记录所传输的案例信息、指纹文件信息、比对结果；

所述区块链模块用于把指纹图片和案例信息存储到区块中，并将区块挂载到区块链中；

所述查询模块用于对数据库进行检索查询。

所述用户信息包括：用户端id号、取证用户、客户ip地址、服务器ip地址、端口、职位、单位；所述指纹文件信息包括：用户端ip地址、取证用户、案例保存路径、客户ip地址、服务器端ip地址、端口、接收时间、指纹名。

利用上述基于区块链的指纹识别管理系统实现的基于区块链的指纹识别管理方法，所述方法包括：

(1)、将现场采集到的指纹图片发送给用户端，用户端对指纹图片进行初步处理得到处理后的指纹图片；

(2)、用户端和中心控制端通过TCP协议进行通讯，用户端将案例信息发送给中心控制端；

(3)、用户端把需要上传到中心控制端进行备份存储的指纹图片做Hash计算，得到Hash值，并将指纹图片和与其对应的Hash值发送给中心控制端；

(4)、中心控制端将各个用户端发送来的每一个案例信息和与其对应的指纹图片存储到一个区块中，并将区块挂载到区块链中；

(5)、如果接收到用户端发来的需要与标准指纹库进行比对的指纹图片，则将接收到的指纹图片与指纹库中的指纹图片进行比对得到比对结果，然后将比对结果发送给用户端。

所述步骤(1)中的初步处理的操作包括：

将模糊的、不含特征点的无效的指纹图片舍弃；

提取各个指纹图片中的指纹的特征；

将提取得到的指纹的特征与用户端的指纹库进行比对获得初步比对结果。

所述步骤(4)的操作包括：

将中心控制端作为区块链中的一个节点；

中心控制端把每次接收到的案例信息和指纹图片均按时间顺序存储到一个区块上；每个区块引用前一个区块以形成区块链；

利用区块链机制在所有节点之间实现信息同步。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

(1)本发明通过增加区块单链结构和统一接口设计，将区块链引入指纹识别管理系统中，主要把区块链技术应用到指纹管理系统存储模块与标准指纹库的存储中。

(2)利用本发明不仅使得指纹数据有高的可信性、完整性、防止了指纹信息被篡改、攻击等，而且还解决了指纹管理系统中扩展性低、难共享的问题，降低了隐私泄露几率。

(3)为指纹在公检法破案中增加了保障。

(4)本发明通过在服务架构中增加区块链，重建整个服务架构，确保可追溯数据的真实性和隐私性。

(5)本系统可用于相关部门打击恐怖主义以及网络、金融等通过手机犯罪的实战中，有助于促进指纹密码行业向着更为安全的方向快速发展，本系统可以成功破解犯罪嫌疑人的手机密码，协助相关部门执法人员破获案件。

附图说明

图1为本发明的基于区块链的指纹识别管理系统的结构示意图；

图2为区块结构图；

图3为本发明的中心控制端的工作流程图；

图4为本发明的用户端的工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细描述：

区块链是分布式数据存储、点对点传输、共识机制、智能合约、加密算法等计算机技术的新型应用模式，是去中心化、以块链结构存储数据、以密码学方式保证数据不可篡改、不可伪造的存储模式。为改善指纹识别管理系统在使用过程中数据指纹易篡改，难共享、隐私易泄露的问题，本发明通过增加区块单链结构和统一接口设计，将区块链引入指纹识别管理系统中，主要把区块链技术应用到指纹管理系统存储模块与标准指纹库的存储中。

指纹识别管理系统是一款专门面向公安、安全、政法等部门的调查、取证和分析软件，主要实现了数字指纹识别与管理功能，包括用户端和中心控制端两个子系统。主要是将现场采集的指纹进行系统化管理，在现场用户端能够更加直接地观察采集的指纹信息，并在条件允许的情况下将采集的数字化指纹传送至远程中心控制端，便于远程管理与鉴别。用户端实现现场指纹的实时观察、提取，能对现场拍摄的、实时传输至用户端的指纹进行有效的鉴别，并显示鉴别结果与处理提示。中心控制端部分实现对每个案件提取的指纹数据实时接收并统一存储管理，可以对中心控制端的用户和每个案例进行管理，对每个案件的指纹进行特征增强处理，支持对特定指纹的全库对比，案件信息查询等。

如图1所示，本发明系统包括：

用户端：现场采集指纹，主要从桌面、墙面、有背景的纸张上面提取指纹图片，经过图像处理鉴别，将模糊，不含特征点的无效的指纹图片舍弃，并将质量好的指纹图片存储至用户端本地，并发送到中心控制端进行存储。

中心控制端：侦听用户端用户，若有用户端连接请求，则发送用户端固定字符串，主要收集用户端的嫌疑人指纹信息和案例信息，中心控制端开取多线程，能同时收集若干个用户端的嫌疑人指纹信息和案例信息，并将案例信息、用户端用户信息、注册用户信息、传输的图片信息存储到Mysql数据库；另一方面，接收用户端发来的指纹图片，并将其与指纹库内的指纹图片进行比对，并反馈给客户该指纹比对结果并预警，同时把指纹相关信息存储到区块中，并将区块挂载到区块链中，防止指纹被篡改，保证了指纹图片的原始性和可信性，同时利用区块链的共享和共识机制，数据指纹库起到了实时共享的作用。案例结束传输文件后，中心控制端自动对指纹生成区块，并将区块挂到区块链上，便于以后指纹的追溯。

所述用户端包括：案例管理模块、用户端通讯模块、指纹处理模块、存储模块，具体如下：

案例管理模块：对客户每次采集的指纹图片进行管理，主要包括新增案例以及对每个新增案例所采集的指纹图片进行管理，案例管理模块主要包括用户登录子模块、新增案例子模块、关闭案例子模块、案例展示子模块，具体如下：

用户登录子模块：用于用户登录管理，只有有权限的用户才可以登录使用，比如分配了用户名和密码的用户；

新增案例子模块：用于建立新增案例，每个新增案例包括案件编号、案发时间、案发地点、负责单位、负责人、案件摘要、案例路径(存储本次案例现场采集的图片)、客户端IP地址等信息，并将这些信息存储到Caseinfo.ini文件中；

案例展示子模块：主要对现场采集的图片以树形控件的形式进行展示，单击左键，在案例管理窗体右半部分显示图片；单击右键，则发送图片信息给中心控制端，并在窗体列表框中显示中心控制端返回的比对结果。选中树形控件中任意一个图片或者多个图片，单击“上传到中心控制端”按钮，则将此次案例收集的图片传到中心控制端进行存储。

关闭案例子模块：用于关闭打开的案例；

用户端通讯模块：与中心控制端进行通讯连接，把每个案例的信息传输到中心控制端进行存储，接收嫌疑人的指纹特征匹配结果并预警。

指纹处理模块：对指纹图片进行初步处理，将模糊的，不含特征点的无效指纹舍弃，并利用中值过滤、均值化、方向计算、频率计算、掩码计算、Gabor滤波增强、二值化、细化处理、特征提取、去除伪特征等方法从质量好的指纹图片中提取出指纹的特征。与用户端的指纹库进行初步匹配判断，有相同特征的指纹，则提示与此特征相匹配的数据以及匹配度值(是指如果有相同特征的指纹，则显示与此特征匹配的数据并计算得到的匹配度值，采用现有方法即可实现)。指纹采集处理模块可以对所选的图片进行剪切、旋转、镜像、灰度化、二值化等一系列处理，然后点击保存，完成对指纹图片的简单处理。

存储模块：用户端记录传输的指纹图片信息，记录中心控制端反馈的指纹匹配情况等信息，并在列表框中显示。

所述中心控制端包括：用户管理模块、控制端通讯模块、控制端案例管理模块、比对模块、控制端存储模块、查询模块、区块链模块，具体如下：

用户管理模块：只有被授权之后，注册的用户才有权限使用中心控制端，支持添加用户、删除用户、更改密码。

控制端通讯模块：使用多线程与多个用户端建立连接，并同时侦听客户的请求。

控制端案例管理模块：对不同客户建立的案例进行管理，列举客户的每一个案例信息，主要包括案例编号、案发时间、存储路径、案发地点、案件摘要、负责单位，客户的IP地址，点击存储路径节点可以显示此案件上传到中心控制端的指纹图片信息，单击图片名，右半部分显示指纹的图片。点击存储路径节点还可以存储此案例的用户信息和上传到中心控制端存储的指纹图片信息到数据库，用户信息主要包括用户端id号、取证用户、客户ip地址、服务器ip地址、端口、职位、单位等9个字段；传输的指纹文件信息主要包括用户端ip地址、取证用户、案例保存路径、客户ip地址、服务器端ip地址、端口、接收时间、指纹名等几个关键字。

比对模块：对指纹图片进行指纹特征提取并与标准指纹库中的指纹图片进行特征匹配获得比对结果。特征提取主要包括中值过滤、均值化、方向计算、频率计算、掩码计算、Gabor滤波增强、二值化、细化处理、特征提取、去除伪特征等一些列处理过程，提取出指纹的特征，并保存到特征库。特征匹配指的是与标准指纹库中的指纹进行比对，有相同特征的指纹，则提示与此特征相匹配的图片以及匹配度值(是指如果有相同特征的指纹，则显示与此特征匹配的数据并计算得到的匹配度值，采用现有方法即可实现)。比对结果包括与特征相匹配的图片以及匹配度值。

存储模块：用于存储用户端现场采集的指纹图片：包括桌面、墙面、有背景的纸张上面提取的经过用户端简单处理之后质量好的指纹图片。同时，记录所传输的案例信息、指纹图片信息、特征匹配情况并在列表框中显示。

区块链模块：在收集用户端指纹的同时，把指纹图片和案例信息存储到区块中，并将区块挂载到区块链中，防止指纹被篡改，保证指纹图片的原始性和可信性，同时利用区块链的共享和共识机制，数据指纹库起到了实时共享的作用。案例结束传输文件后，中心控制端自动对指纹生成区块，并将区块挂到区块链上，便于以后指纹的追溯。

区块结构采用现有区块链通用的结构即可，如图2所示，包括：区块头、区块体，区块头根据现有的区块链技术进行设计即可，区块体中包括的指纹图片的相关信息，例如指纹图片的摘要信息，传输的图片记录数，本次案例的时间，案例编号、IP地址、连接情况等等。

查询模块：数据库名为yang_finger，总共有4个表，表名分别是：案例信息(ClientCase)、客户端用户(User)、传输文件(Transferfile)、中心控制端注册用户(register)，可以分别对数据库中的4个表中的各个关键字段进行检索查询。比如对客户端用户ID号是“123”的用户进行查询，选中User表，选中User表中关键字段clientcaseid，输入123，则查询到用户123的相关信息，双击列表框，则显示用户的信息。

中心控制端的流程如图3所示，包括：

用户登录、参数设置；

与用户端建立通讯；

接收、存储指纹图片；

对案例信息进行Hash计算，建立区块，形成区块链；

与其它节点之间同步信息；

接收用户端上传的嫌疑人的指纹图片；

与标准库进行比对，计算匹配值，并将结果反馈给用户端。

所述用户端的流程如图4所示，包括：

用户端登录，指纹处理；

与中心控制端建立通讯；

上传指纹图片到中心控制端；

上传嫌疑人的指纹图片；

从中心控制端接收比对的匹配值，确定嫌疑人。

利用上述系统实现的基于区块链的指纹识别管理方法，包括：

1、将现场采集到的指纹图片发送给用户端，用户端对指纹图片进行处理得到处理好的指纹图片，处理方法包括将模糊的、不含特征点的指纹删除；

2、用户端和中心控制端通过TCP协议进行通讯。中心控制端使用多线程能同时与多个用户进行通讯，建立连接，用户端将案例信息上传到中心控制端，所述案例信息主要包括案件编号、案发时间、案发地点、负责单位、负责人、案件摘要、案例路径(存储本次案例现场采集的图片)、客户端IP地址。

3、建立连接后，用户端把需要上传到中心控制端进行备份存储的指纹图片做Hash计算，得到Hash值；

4、用户端将hash值和指纹纹图像传输到中心控制端，中心控制端一方面进行本地存储，另一方面中心控制端利用现有的区块链技术将案例信息和指纹图片存储到区块中，具体如下：把此次案例的相关信息(案例编号(唯一性)、图片数、Hash值、时间戳、中心控制端存储位置)进行Hash计算得到案例信息1的Hash值，存入区块1中，并将区块链返回的存储凭证存入中心控制端的数据库中；中心控制端再接收其它用户的案例时，需要把本次案例编号、图片记录数、本次案例的图片Hash值、时间戳、中心控制端存储位置和上条区块的Hash值进行Hash计算得到Hash值，并将此案例的hash值存入区块，同时将区块链返回的存储凭证存入数据库，所有的用户案例都按照这样的方法把案例信息存入区块。使用私钥把区块中的信息进行签名，然后复制该签名信息并把该签名信息进行有限范围内的全网广播，实现各个节点之间的共享，使其各个节点都保存了完整的区块副本。中心控制端作为区块链中的一个节点，相关的机构(例如将公、检、法)分别作为区块链上的其它节点，指纹图片、案例信息在公、检、法三个节点上实现同步更新。

5、中心控制端把每次接收到新案例都按时间顺序存储到一个区块中，每个区块引用前一个区块以形成区块链，利用区块链机制在所有节点之间同步信息。

6、用户端把需要与中心控制端标准指纹库进行比对的图片发送到中心控制端，中心控制端将图片与指纹库中的指纹图片进行比对得到比对结果，然后比对结果反馈给用户端，在列表框中进行展示，识别嫌疑人是否犯罪。

本发明的指纹管理识别系统不仅使得指纹数据有高的可信性、完整性、防止了指纹信息的篡改、攻击等，而且还解决了指纹管理系统中扩展性低、难共享问题，降低了隐私泄露几率。为指纹在公检法破案中增加了保障。通过在服务架构中增加区块链，重建整个服务架构，确保可追溯数据的真实性和隐私性

上述技术方案只是本发明的一种实施方式，对于本领域内的技术人员而言，在本发明公开了应用方法和原理的基础上，很容易做出各种类型的改进或变形，而不仅限于本发明上述具体实施方式所描述的方法，因此前面描述的方式只是优选的，而并不具有限制性的意义。

Claims (8)

1.一种基于区块链的指纹识别管理系统，其特征在于：所述基于区块链的指纹识别管理系统包括：用户端和中心控制端；

所述用户端接收现场采集的指纹图片，存储指纹图片并将指纹图片、案例信息发送给中心控制端；

所述中心控制端接收并存储用户端发送来的指纹图片和案例信息，并将指纹图片和案例信息存储到区块链中的区块中；同时，将指纹图片与标准指纹库内的指纹图片进行比对获得比对结果，将比对结果发送给用户端。

2.根据权利要求1所述的基于区块链的指纹识别管理系统，其特征在于：所述用户端包括：案例管理模块、用户端通讯模块、指纹处理模块、存储模块；

所述案例管理模块用于建立新增案例，并对每个新增案例所采集的指纹图片进行管理；

所述用户端通讯模块用于与中心控制端进行通讯；

所述指纹处理模块用于对指纹图片进行初步处理；

所述存储模块用于存储指纹图片、记录中心控制端发送来的比对结果。

3.根据权利要求2所述的基于区块链的指纹识别管理系统，其特征在于：所述案例管理模块包括：用户登录子模块、新增案例子模块、案例展示子模块、关闭案例子模块；

所述用户登录子模块用于用户登录管理；

所述新增案例子模块用于建立新增案例，每个新增案例的案例信息包括：案件编号、案发时间、案发地点、负责单位、负责人、案件摘要、案例路径、客户端IP地址；

所述案例展示子模块用于对现场采集的指纹图片进行展示；

所述关闭案例子模块用于关闭由案例展示子模块展示的案例。

4.根据权利要求3所述的基于区块链的指纹识别管理系统，其特征在于：所述中心控制端包括：用户管理模块、控制端通讯模块、控制端案例管理模块、比对模块、控制端存储模块、查询模块、区块链模块；

所述用户管理模块用于用户登陆管理；

所述控制端通讯模块采用多线程与多个用户端进行通讯；

所述控制端案例管理模块用于对不同用户端发来的案例信息和指纹图片进行管理，存储用户信息、案例信息、指纹文件信息和指纹图片；

所述比对模块用于对指纹图片进行指纹特征提取，并将提取到的指纹特征与标准指纹库中的指纹图片进行特征匹配，获得比对结果；

所述控制端存储模块用于存储用户端发来的指纹图片、记录所传输的案例信息、指纹文件信息、比对结果；

所述区块链模块用于把指纹图片和案例信息存储到区块中，并将区块挂载到区块链中；

所述查询模块用于对数据库进行检索查询。

5.根据权利要求4所述的基于区块链的指纹识别管理系统，其特征在于：所述用户信息包括：用户端id号、取证用户、客户ip地址、服务器ip地址、端口、职位、单位；所述指纹文件信息包括：用户端ip地址、取证用户、案例保存路径、客户ip地址、服务器端ip地址、端口、接收时间、指纹名。

6.一种利用权利要求1-5所述的基于区块链的指纹识别管理系统实现的基于区块链的指纹识别管理方法，其特征在于：所述方法包括：

(1)、将现场采集到的指纹图片发送给用户端，用户端对指纹图片进行初步处理得到处理后的指纹图片；

(2)、用户端和中心控制端通过TCP协议进行通讯，用户端将案例信息发送给中心控制端；

(3)、用户端把需要上传到中心控制端进行备份存储的指纹图片做Hash计算，得到Hash值，并将指纹图片和与其对应的Hash值发送给中心控制端；

(4)、中心控制端将各个用户端发送来的每一个案例信息和与其对应的指纹图片存储到一个区块中，并将区块挂载到区块链中；

(5)、如果接收到用户端发来的需要与标准指纹库进行比对的指纹图片，则将接收到的指纹图片与指纹库中的指纹图片进行比对得到比对结果，然后将比对结果发送给用户端。

7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤(1)中的初步处理的操作包括：

将模糊的、不含特征点的无效的指纹图片舍弃；

提取各个指纹图片中的指纹的特征；

将提取得到的指纹的特征与用户端的指纹库进行比对获得初步比对结果。

8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述步骤(4)的操作包括：

将中心控制端作为区块链中的一个节点；

中心控制端把每次接收到的案例信息和指纹图片均按时间顺序存储到一个区块上；每个区块引用前一个区块以形成区块链；

利用区块链机制在所有节点之间实现信息同步。