CN110781994A - 一种用指纹加密的智能ic卡 - Google Patents

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Abstract

一种用指纹加密的智能IC卡，其包括卡片底层、芯片层、指纹层和卡片表层，其通过指纹识别验证，控制内存芯片与感应线圈电性相连后，并使其完成与IC卡读卡机数据交换的智能IC卡，在持卡人不是卡片所有人的情况下，指纹验证信息无法通过，卡片内容就无法被读取。

Description

一种用指纹加密的智能IC卡
技术领域
本发明涉及IC卡加密技术领域，具体而言涉及一种用指纹加密的智能IC卡。
背景技术
目前生活中绝大多数IC卡，如二代身份证，其基本结构为设置单一夹层的卡片，所述卡片的夹层中有芯片和线圈。使用中，当IC卡阅读机发射电磁波读卡信号后，IC卡的线圈感应了电磁波产生电流，芯片在电流的作用下开始工作，将IC卡信息以电磁波发回给阅读机，这样阅读机就知道了IC卡上的信息。
但是现有IC卡的这种工作模式存在一个极大的弊端：当IC卡丢失后，或当IC卡阅读机被人恶意使用时，由于无法注销卡片上的信息，无需经过持卡人授权就可以读取卡片信息。这极易导致IC卡被盗刷，从而导致IC卡中信息泄露。
发明内容
本发明针对现有技术的不足，提供一种。本发明具体采用如下技术方案。
为实现上述目的，提出一种用指纹加密的智能IC卡，其包括：
卡片底层，其下表面印刷有卡片信息；
芯片层，贴合所述卡片底层的上表面设置，包括沿所述芯片层的边缘排布至少一圈的线圈，以及设置在所述芯片层中部的芯片，所述芯片与所述线圈之间电连接；所述线圈接收IC卡阅读机发射的射频信号，向所述芯片输出由所述射频信号激励产生的感应电流；
指纹层，贴合所述芯片层的上表面设置，包括沿所述芯片层的一侧边缘排布的至少一个通电触点，以及指纹采集模块，所述指纹采集模块与所述通电触点之间电连接；所述通电触点在读卡过程中与IC卡阅读机电接触，获得驱动信号，驱动所述指纹采集模块采集指纹信息，所述指纹采集模块仅在认证所述指纹信息正确后触发所述芯片输出卡内信息；
卡片表层，贴合所述指纹层的上表面设置，其上表面印刷有卡片信息，所述卡片表层在对应所述通电触点和/或所述指纹采集模块的位置设置有开口，暴露所述通电触点和/或所述指纹采集模块，供IC卡阅读机与所述通电触点电接触传输电信号，或供所述指纹采集模块获取指纹。
可选的，上述用指纹加密的智能IC卡，其中，还包括扩展功能模块，其设置在所述线圈与所述芯片之间，同时与所述芯片、所述线圈以及所述指纹采集模块电连接；所述扩展功能模块用于执行以下步骤：
第一步，接收所述指纹采集模块所采集的指纹信息；
第二步，将所述指纹信息进行归一化，并修正其偏转角度，将处理后的指纹信息顺序存储至二维数组M(x，y)中；其中，二维数组M(x，y)的大小为X*Y；
第三步，对所述二维数组M(x，y)进行特征向量的提取：构造单位矩阵，然后将所述单位矩阵的对角线元素替换为所述二维数组M(x，y)中元素的差值范围，利用对角线元素替换后的单位矩阵对所述二维数组M(x，y)进行线性变换，获得线性变换后的指纹矩阵N，统计所述指纹矩阵N所对应的直方图；
第四步，根据所述直方图确定图像滤波的冲激响应函数h(n)的各系数，对所述二维数组M(x，y)进行平滑滤波获得特征信息L(n)＝{M(1,1)，M(1,2)，…，M(1,Y)，M(2，1)，M(2，2)，…，M(n/Y，n mod Y)}*h(n)；
第五步，若特征信息L(n)与指纹认证标准信息A(n)之间的汉明距离
Figure BDA0002206252020000031
达到预设阈值，则认证所述指纹信息正确，接通所述线圈与所述芯片之间的电连接通路，触发所述芯片向所述线圈输出卡内信息，由所述线圈发射带有卡内信息的射频信号；否则，认为所述指纹信息不正确，断开所述线圈与所述芯片之间的电连接通路，限制所述芯片不向所述线圈输出卡内信息。
可选的，上述用指纹加密的智能IC卡，其中，所述扩展功能模块内嵌有多个存储单元，分别用于存储不同用户所对应的指纹认证标准信息供对不同用户身份进行认证。
可选的，上述用指纹加密的智能IC卡，其中，所述线圈为微带贴片，其的长边尺寸为所述芯片输出频率所对应的工作波长的1/2，所述线圈中每一圈的宽度与所述芯片的输出阻抗匹配。
可选的，上述用指纹加密的智能IC卡，其中，所述芯片层与所述指纹层之间设置有窗口，所述扩展功能模块设置在所述窗口内，所述扩展功能模块包括有下端引脚和上端引脚，所述下端引脚连接所述线圈与所述芯片之间的微带贴片，在所述特征信息L(n)与任意用户所对应的指纹认证标准信息A(n)之间的汉明距离均未达到预设阈值时，拉低或抬高所述线圈与所述芯片之间的微带贴片的电平，限制所述芯片不向所述线圈输出卡内信息；所述扩展功能模块的上端引脚连接所述指纹采集模块，接收所述指纹采集模块所采集的指纹信息。
可选的，上述用指纹加密的智能IC卡，其中，所述扩展功能模块由所述指纹采集模块所连接的通电触点接收电信号，对所述扩展功能模块进行供电。
可选的，上述用指纹加密的智能IC卡，其中，所述芯片层和/或所述指纹层为FR4材质。
可选的，上述用指纹加密的智能IC卡，其中，所述芯片为NXP(恩智浦)的PN5120A0H(N)1/C2,151。
可选的，上述用指纹加密的智能IC卡，其中，所述指纹采集模块为电容式指纹传感器FPC1011C，或面阵式指纹传感器DMT-FS-PB4F。
有益效果
本发明利用扩展功能模块和指纹采集模块进行指纹识别验证，在认证指纹信息正确后控制存储有卡内信息的芯片与感应线圈电性相连，并使其完成与IC卡读卡机数据交换的智能IC卡；而在持卡人不是卡片所有人的情况下，指纹验证信息无法通过，卡片内容就无法被读取。
进一步，本发明还设计有运算开销较小的精简的指纹认证算法。其通过采集的指纹所对应的直方图进行处理而获得特征信息L(n)，通过该特征信息直接对指纹信息进行识别和判断，避免了对指纹形态信息的提取，其只进行像素级的统计和简单线性运算，无需迭代，因而运算量小，能够有效减少卡片内所需存储的指纹信息，并且降低卡片和IC卡阅读机的运算芯片的成本。
本发明的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，并与本发明的实施例一起，用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1是本发明的用指纹加密的智能IC卡的分层结构示意图；
图2是本发明的用指纹加密的智能IC卡中指纹层的示意图；
图3是本发明的用指纹加密的智能IC卡中芯片层的示意图；
图4是本发明的用指纹加密的智能IC卡整体结构的示意图。
图中，1表示指纹采集模块；2表示扩展功能模块；3表示通电触点；4表示线圈；5表示芯片；6表示扩展功能模块。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的和技术方案更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
本技术领域技术人员可以理解，除非另外定义，这里使用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域中的普通技术人员的一般理解相同的意义。还应该理解的是，诸如通用字典中定义的那些术语应该被理解为具有与现有技术的上下文中的意义一致的意义，并且除非像这里一样定义，不会用理想化或过于正式的含义来解释。
本发明中所述的“和/或”的含义指的是各自单独存在或两者同时存在的情况均包括在内。
本发明中所述的“连接”的含义可以是部件之间的直接连接也可以是部件间通过其它部件的间接连接。
本发明提供一种在保持现有IC卡的外形与体积的前提下，改进现有普通IC卡在信息加密保护能力不足这一方面的组合技术方案，用于解决现有普通IC卡在使用中存在的用户信息盗用风险。
尤其，本发明所提供的智能IC卡，在根源上彻底摆脱违法使用读卡机恶意盗刷用户IC卡的基础上，还能够弥补现有类似接触式智能卡扩展射频通信功能装置(专利号：201620588059.1)或磁卡安全防护套(专利号：200320127323.4)产品在实际使用中依旧存在的弊端，避免了通过在IC卡外部阻断电磁信号(适用于射频卡)或隔离金属接触点(适用于接触卡)来达到防止读卡机恶意读卡，或利用金属或特殊材料制作的卡套或卡盒配合使用一些电子部件或硬件模块组装成一种特殊防护装置来保护内部的普通IC卡，这种卡片与外壳可拆分的设计所导致的外壳遗失后信息防盗措施失效的危险。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：一种用指纹加密的IC卡，包括指纹采集模块、扩展功能模块、通电触点、线圈、芯片。所述指纹采集模块、扩展功能模块、通电触点通过内置独立电路电性相连，线圈和芯片通过扩展功能模块的控制实现电性相连。其主要结构参考图1的分层示意以及图2、图3的具体层级示意而言，包括：
卡片底层，其下表面印刷有卡片信息；
芯片层，选择为FR4材质，其贴合所述卡片底层的上表面设置，包括沿所述芯片层的边缘排布至少一圈的线圈4，以及设置在所述芯片层中部的芯片5，所述芯片5与所述线圈4之间电连接；所述线圈4接收IC卡阅读机发射的射频信号，向所述芯片输出由所述射频信号激励产生的感应电流，其可选择为NXP(恩智浦)的PN5120A0HN1/C2,151；
指纹层，选择为FR4材质，其贴合所述芯片层的上表面设置，包括沿所述芯片层的一侧边缘排布的至少一个通电触点3，以及指纹采集模块1，所述指纹采集模块1与所述通电触点3之间电连接；所述通电触点3在读卡过程中与IC卡阅读机电接触，获得驱动信号，驱动所述指纹采集模块1采集指纹信息，所述指纹采集模块1仅在认证所述指纹信息正确后触发所述芯片5输出卡内信息；该指纹采集模块1可选择为光学指纹模块、电容指纹模块如FPC1011C、射频指纹模块或面阵式指纹传感器DMT-FS-PB4F；
卡片表层，贴合所述指纹层的上表面设置，其上表面印刷有卡片信息，所述卡片表层在对应所述通电触点3和/或所述指纹采集模块1的位置设置有开口，暴露所述通电触点3和/或所述指纹采集模块1，供IC卡阅读机与所述通电触点3电接触传输电信号，或供所述指纹采集模块1获取指纹。
其中，该卡片还可进一步的设置扩展功能模块6，其设置在所述线圈4与所述芯片5之间，同时与所述芯片5、所述线圈4以及所述指纹采集模块1电连接；所述扩展功能模块6内嵌有多个存储单元，分别用于存储不同用户所对应的指纹认证标准信息供对不同用户身份进行认证，包括但不限于实现以下功能：验证指纹、注册添加指纹、条件删除指纹、控制线圈4与芯片5电性相连。其认证过程包括有以下步骤：
第一步，接收所述指纹采集模块1所采集的指纹信息；
第二步，将所述指纹信息进行归一化，并修正其偏转角度，将处理后的指纹信息顺序存储至二维数组M(x，y)中；其中，二维数组M(x，y)的大小为X*Y；
第三步，对所述二维数组M(x，y)进行特征向量的提取：构造单位矩阵，然后将所述单位矩阵的对角线元素替换为所述二维数组M(x，y)中元素的差值范围，利用对角线元素替换后的单位矩阵对所述二维数组M(x，y)进行线性变换，获得线性变换后的指纹矩阵N，统计所述指纹矩阵N所对应的直方图；
第四步，根据所述直方图确定图像滤波的冲激响应函数h(n)的各系数，对所述二维数组M(x，y)进行平滑滤波获得特征信息L(n)＝{M(1,1)，M(1,2)，…，M(1,Y)，M(2，1)，M(2，2)，…，M(n/Y，n mod Y)}*h(n)；其中，n/Y需对除法所得数据向下取整为整数；n mod Y为模运算，得到n/Y的余数；
第五步，若特征信息L(n)与指纹认证标准信息A(n)之间的汉明距离
Figure BDA0002206252020000082
达到预设阈值，则认证所述指纹信息正确，接通所述线圈4与所述芯片5之间的电连接通路，触发所述芯片5向所述线圈4输出卡内信息，由所述线圈4发射带有卡内信息的射频信号；否则，认为所述指纹信息不正确，断开所述线圈4与所述芯片5之间的电连接通路，限制所述芯片5不向所述线圈4输出卡内信息。
本发明将指纹加密芯片电路层与现有普通IC卡(射频卡)的内部结构内存芯片和感应线圈相组合。在指纹加密芯片电路层中，指纹采集模块负责采集指纹信息；扩展功能模块在其中起到：集注册添加指纹、验证指纹、可条件删除指纹、控制内存芯片和感应线圈电性相连等功能于一体。(可条件删除指纹需验证通过后，由电脑修改)。本发明还设计通电触点，用于接通外部电源给指纹加密芯片电路层供电。(接通外部电源需配套的IC卡阅读机)。并且，进一步的在验证指纹通过后，扩展功能模块控制内存芯片和感应线圈形成电性相连，此时感应线圈通过感应IC卡阅读机发射的电磁波而产生的电流能通过扩展功能模块传输到内存芯片，内存芯片在电流的作用下开始工作，将IC卡信息通过感应线圈又以电磁波的形式发回给阅读机，从而完成IC卡内信息的安全交互。
其中的线圈4可选择为微带贴片，其的长边尺寸为所述芯片5输出频率所对应的工作波长的1/2，所述线圈中每一圈的宽度与所述芯片5的输出阻抗匹配。
其中的芯片层与所述指纹层之间可设置有窗口，所述扩展功能模块6设置在所述窗口内，所述扩展功能模块6包括有下端引脚和上端引脚，所述下端引脚连接所述线圈4与所述芯片5之间的微带贴片，在所述特征信息Ln与任意用户所对应的指纹认证标准信息A(n)之间的汉明距离
Figure BDA0002206252020000091
均未达到预设阈值时，拉低或抬高所述线圈4与所述芯片5之间的微带贴片的电平，限制所述芯片5不向所述线圈4输出卡内信息；所述扩展功能模块6的上端引脚连接所述指纹采集模块1，接收所述指纹采集模块1所采集的指纹信息。
所述扩展功能模块6可由所述指纹采集模块1所连接的通电触点3接收电信号，对所述扩展功能模块6进行供电。
由此，本发明在现有的IC卡基础上，嵌入指纹采集模块、扩展功能模块、通电触点，当在使用该IC卡时，用户需要同时将相应手指的指纹放置在IC卡的指纹采集模块上，当IC卡接触IC卡阅读机时，IC卡的通电触点与IC卡阅读机电性相连，并使指纹采集模块、扩展功能模块通电，此时指纹采集模块读取用户指纹，扩展功能模块验证用户指纹，当指纹识别验证通过后，扩展功能模块控制线圈和芯片形成电性相连，此时线圈通过感应IC卡阅读机发射的电磁波而产生的电流能通过扩展功能模块传输到芯片，芯片在电流的作用下开始工作，将IC卡信息通过线圈又以电磁波的形式发回给阅读机，从而完成IC卡内信息的安全交互。
以上仅为本发明的实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些均属于本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种用指纹加密的智能IC卡，其特征在于，包括：
卡片底层，其下表面印刷有卡片信息；
芯片层，贴合所述卡片底层的上表面设置，包括沿所述芯片层的边缘排布至少一圈的线圈（4），以及设置在所述芯片层中部的芯片（5），所述芯片（5）与所述线圈（4）之间电连接；所述线圈（4）接收IC卡阅读机发射的射频信号，向所述芯片输出由所述射频信号激励产生的感应电流；
指纹层，贴合所述芯片层的上表面设置，包括沿所述芯片层的一侧边缘排布的至少一个通电触点（3），以及指纹采集模块（1），所述指纹采集模块（1）与所述通电触点（3）之间电连接；所述通电触点（3）在读卡过程中与IC卡阅读机电接触，获得驱动信号，驱动所述指纹采集模块（1）采集指纹信息，所述指纹采集模块（1）仅在认证所述指纹信息正确后触发所述芯片（5）输出卡内信息；
卡片表层，贴合所述指纹层的上表面设置，其上表面印刷有卡片信息，所述卡片表层在对应所述通电触点（3）和/或所述指纹采集模块（1）的位置设置有开口，暴露所述通电触点（3）和/或所述指纹采集模块（1），供IC卡阅读机与所述通电触点（3）电接触传输电信号，或供所述指纹采集模块（1）获取指纹。
2.如权利要求1所述的用指纹加密的智能IC卡，其特征在于，还包括扩展功能模块（6），其设置在所述线圈（4）与所述芯片（5）之间，同时与所述芯片（5）、所述线圈（4）以及所述指纹采集模块（1）电连接；所述扩展功能模块（6）用于执行以下步骤：
第一步，接收所述指纹采集模块（1）所采集的指纹信息；
第二步，将所述指纹信息进行归一化，并修正其偏转角度，将处理后的指纹信息顺序存储至二维数组M（x，y）中；其中，二维数组M（x，y）的大小为X*Y；
第三步，对所述二维数组M（x，y）进行特征向量的提取：构造单位矩阵，然后将所述单位矩阵的对角线元素替换为所述二维数组M（x，y）中元素的差值范围，利用对角线元素替换后的单位矩阵对所述二维数组M（x，y）进行线性变换，获得线性变换后的指纹矩阵N，统计所述指纹矩阵N所对应的直方图；
第四步，根据所述直方图确定图像滤波的冲激响应函数h（n）的各系数，对所述二维数组M（x，y）进行平滑滤波获得特征信息L（n）={ M（1,1），M（1,2），…，M（1,Y），M（2，1），M（2，2），…，M（n/Y，n mod Y）} *h（n）；
第五步，若特征信息L（n）与指纹认证标准信息
Figure DEST_PATH_IMAGE001
之间的汉明距离
Figure DEST_PATH_IMAGE002
达到预设阈值，则认证所述指纹信息正确，接通所述线圈（4）与所述芯片（5）之间的电连接通路，触发所述芯片（5）向所述线圈（4）输出卡内信息，由所述线圈（4）发射带有卡内信息的射频信号；否则，认为所述指纹信息不正确，断开所述线圈（4）与所述芯片（5）之间的电连接通路，限制所述芯片（5）不向所述线圈（4）输出卡内信息。
3.如权利要求2所述的用指纹加密的智能IC卡，其特征在于，所述扩展功能模块（6）内嵌有多个存储单元，分别用于存储不同用户所对应的指纹认证标准信息供对不同用户身份进行认证。
4.如权利要求1-3所述的用指纹加密的智能IC卡，其特征在于，所述线圈（4）为微带贴片，其的长边尺寸为所述芯片（5）输出频率所对应的工作波长的1/2，所述线圈中每一圈的宽度与所述芯片（5）的输出阻抗匹配。
5.如权利要求1-4所述的用指纹加密的智能IC卡，其特征在于，所述芯片层与所述指纹层之间设置有窗口，所述扩展功能模块（6）设置在所述窗口内，所述扩展功能模块（6）包括有下端引脚和上端引脚，所述下端引脚连接所述线圈（4）与所述芯片（5）之间的微带贴片，在所述特征信息L（n）与任意用户所对应的指纹认证标准信息
Figure DEST_PATH_IMAGE003
之间的汉明距离
Figure DEST_PATH_IMAGE004
均未达到预设阈值时，拉低或抬高所述线圈（4）与所述芯片（5）之间的微带贴片的电平，限制所述芯片（5）不向所述线圈（4）输出卡内信息；所述扩展功能模块（6）的上端引脚连接所述指纹采集模块（1），接收所述指纹采集模块（1）所采集的指纹信息。
6.如权利要求1-5所述的用指纹加密的智能IC卡，其特征在于，所述扩展功能模块（6）由所述指纹采集模块（1）所连接的通电触点（3）接收电信号，对所述扩展功能模块（6）进行供电。
7.如权利要求1-5所述的用指纹加密的智能IC卡，其特征在于，所述芯片层和/或所述指纹层为FR4材质。
8.如权利要求1-5所述的用指纹加密的智能IC卡，其特征在于，所述芯片（5）为PN5120A0H（N）1/C2,151。
9.如权利要求1-5所述的用指纹加密的智能IC卡，其特征在于，所述指纹采集模块（1）为电容式指纹传感器FPC1011C。
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