CN111275858B - 一种声纹识别的授信方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种声纹识别的授信方法及其系统，包括以下步骤：用户触发启动装置，发送开锁请求，拾音器拾取用户发出的开锁语音；对开锁语音中的开锁时间进行验证，获得第一判定结果；对开锁语音的开锁口令和开锁声纹进行验证，获得第二判定结果；判断第一判定结果和第二判定结果是否均为通过；若结果为是，对锁定装置进行授信和解锁；否则，当判断结果连续三次为否时，进入用户自定义的处理方式，结束流程。本发明，通过对开锁语音的开锁时间和开锁声纹进行判定，操作简单，可有效防止录音重放攻击，有效避免了其他生物特征辅助声纹识别的不稳定性，提高了声纹识别的安全性和稳定性。

Description

一种声纹识别的授信方法及系统

技术领域

本发明涉及终端解锁技术领域，具体涉及一种声纹识别的授信方法及系统。

背景技术

随生物特征识别技术的发展，声纹识别技术因其认证成本低、意图体现强、手机依赖程度低以及易于推广和被大众接受的特点，越来越受市场的青睐。所谓声纹，是用电声学仪器显示的携带言语信息的声波频谱。人类语言的产生是人体语言中枢与发声器官之间一个复杂的生物物理过程，受到人的声腔的尺寸和发声器官被操纵的方式等多方面影响。声腔包括咽喉、鼻腔和口腔等，这些器官的形状、尺寸和位置决定声带张力的大小和声音频率的范围。而每个人在学习说话的过程中，通过模拟周围不同人的说话方式，随机学习各发声器官之间的协作方式，从而形成自己的声纹特征。因此，声纹就像指纹一样，很少会有两个人具有相同的声纹特征。

虽然声纹识别相较于传统的生物比对技术具有优越表现，但仍然存在三个领域的声纹攻击手段，分别是声音模仿、录音合成和录音重放。其中危害最大的是录音重放。录音重放是用机器录取一段声音进行重放，由于录音中具有与用户本身声纹相一致的声纹，因此容易给声纹识别系统造成误导，从而通过声纹识别，这对于声纹识别授信系统是不安全的。

为此，中国实用新型专利CN204576520U提供了基于声纹识别和人脸识别的双因素身份认证装置，所述认证装置包括设于客户端的人脸检测单元、面部关键点标定单元、人脸认证单元、第一口令生成单元、语音端点检测单元，及设于服务器端的语音识别单元、文本内容校验单元、声纹特征向量提取单元、声纹认证单元。通过声纹识别和人脸识别相结合的方式，在一定程度上提高了远程身份认证的安全性和可靠性。但上述的基于声纹识别和人脸识别的双因素身份认证装置具有以下缺点：

(1)需要采集用户的面部信息等其他特征信息，操作麻烦，用户的接受程度不高，不利于推广；

(2)人脸识别受人脸特征的相似性和人的面部特征的不稳定性影响，其识别精确度并不理想，很容易被照片或双胞胎等伪装欺骗，因此，通过与人脸识别相结合的方式避免录音重放攻击，在应对分别针对声纹识别和人脸识别的缺点进行的攻击，并不具备辨别能力。

有鉴于此，急需对现有的声纹识别授信系统进行改进，以提高授信系统的辨别能力和用户接受程度。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是现有声纹识别授信系统的使用不方便、辨别能力差问题。

为了解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：

一种声纹识别的授信方法，包括以下步骤：

用户触发启动装置，发送开锁请求，拾音器拾取用户发出的开锁语音；

对开锁语音中的开锁时间进行验证，获得第一判定结果；

对开锁语音的开锁口令和开锁声纹进行验证，获得第二判定结果；

判断第一判定结果和第二判定结果是否均为通过；若结果为是，对锁定装置进行授信和解锁；否则，结束流程。

在本方案中，所述第一判定结果为通过的标准是：开锁语音的开锁时间与当前时间的误差不超过用户自定义的误差时间。

在本方案中，所述开锁语音包括开锁时间、开锁口令和结束语。

在本方案中，所述用户触发启动装置发送开锁请求之前还包括：完成误差时间、秘钥口令和结束语的自定义设置和秘钥声纹的拾取。

在本方案中，所述启动装置的触发方法包括触碰开关唤醒或语音唤醒。

在本方案中，所述秘钥口令为中文、英文、数字或其组合。

一种声纹识别授信系统，其特征在于，包括：

启动装置，用于发送开锁请求和显示当前开锁时间；

拾音器，响应所述启动装置的开锁请求，录制秘钥语音和开锁语音；

时间识别芯片，提取开锁语音中的开锁时间和当前时间，进行开锁时间判定；

声纹识别芯片，提取秘钥声纹和开锁声纹，进行开锁声纹判定；

控制芯片，根据所述声纹识别芯片和所述时间识别芯片的判定结果控制锁定装置开锁；

锁定装置，根据控制芯片的控制信号开锁；

后备电源，用于给所述授信系统供电。

在本方案中，所述时间识别芯片包括：

时间提取模块，提取开锁语音中的开锁时间；

时钟模块，用于记录系统的当前时间；

检测模块，对开锁时间与当前时间进行匹配性检测，生成第二判定结果。

在本方案中，所述启动装置为门禁系统显示器、移动终端的远程控制软件或汽车钥匙。

与现有技术相比，本发明提供的一种声纹识别的授信方法及其系统，识别用户开锁时的开锁时间和开锁声纹，并通过对开锁时开锁时间和开锁声纹进行匹配性判定，生成第一、第二判定结果。只有当第一、第二判定结果均为通过时才对锁定装置授信和解锁。本发明利用对开锁时的开锁时间进行验证，录音重放攻击时播放的开锁语音中，开锁时间与当前时间误差很大，因此有效识别录音重放攻击，有效提高授信系统的安全性，不需要对用户的其他特征信息进行采集，操作简单，用户接受程度高。同时本发明提供的授信系统分别采用时间识别芯片进行时间识别和声纹识别芯片进行声纹识别，控制芯片仅需要对时间识别芯片和声纹识别芯片的判定结果进行二次判定即可，降低了控制芯片运行过程中的负荷，提高了控制芯片的工作效率，可以延长声纹识别授信系统的使用寿命。

附图说明

图1为本发明中声纹识别授信系统的示意图；

图2本发明中声纹识别授信系统的工作步骤图。

具体实施方式

本发明提供了一种声纹识别的授信方法及其系统，通过对开锁语音中的开锁时间和开锁声纹进行匹配性对比，防止录音重放攻击对声纹识别授信系统攻击。下面结合说明书附图和具体实施方式对本发明做出详细说明。

如图1所示，本发明提供的声纹识别授信系统包括启动装置10、拾音器20、时间识别芯片30、声纹识别芯40、控制芯片50和锁定装置60以及后备电池70，用于向授信系统供电。其中，启动装置10为门禁系统的显示器、移动终端的远程控制软件或汽车钥匙，经用户触发后，可以向拾音器20发送开锁请求。拾音器20响应启动装置10的开锁请求，录制开锁语音。时间识别芯片30提取开锁语音中的开锁时间和系统的当前时间，进行开锁时间判定；声纹识别芯片40提取秘钥声纹和开锁声纹，并对开锁声纹进行匹配性判定。

其中，时间识别芯片10包括时间提取模块、时钟模块和检测模块，时间提取模块用于提取开锁语音中的开锁时间；时钟模块用于记录系统的当前时间；检测模块用于对开锁时间与当前时间进行匹配性检测，生成第二判定结果。

如图2所示，本发明提供的一种声纹识别的授信方法包括以下步骤：

S10、用户触发启动装置10，发送开锁请求，拾音器20提取用户发出的开锁语音；

具体地，用户需要通过授信系统开锁时，通过触碰开关唤醒或语音唤醒的方式触发启动装置10，启动装置10向拾音器20发出开锁请求并显示当前开锁时间，拾音器20响应开锁请求，拾取用户发出的开锁语音。

步骤S10中，用户触发启动装置10前还应包括完成误差时间、秘钥口令和结束语的自定义设置和秘钥声纹的拾取。

其中，开锁语音包括开锁时间、开锁口令和结束语。开锁时间即为启动装置10在发出开锁请求时显示的开锁时间，用户可以根据自己计时设备或启动装置10上显示的时间确定开锁时间，开锁口令为用户自定义设置的秘钥口令。秘钥口令的内容包括中文、英文、其他语言、数字或其组合，结束语用于示意授信系统开锁语音结束，结束语由用户自定义设置，其内容包括中文、英文、数字或其组合。误差时间由用户根据自己的计时设备或启动装置10上显示的时间自定义设置。

例如，用户触发启动装置10后，启动装置10显示的时间为2020年1月8日星期三15：25，用户设置的自定义暗语口令为123，结束语为开门，设置的误差时间为5分钟。用户在触发启动装置10后，发出开锁语音，当用户使用的语言为中文时，开锁语音的具体内容为：二零二零年一月八日星期三十五点二十五分，一二三开门。

S20、对开锁语音的开锁时间进行验证，生成第一判定结果；

具体地，拾音器20将开锁语音发送到时间识别芯片40，时间识别芯片40提取开锁语音中开锁时间和当前时间，对比开锁时间和当前时间生成第一判定结果，并将第一判定结果发送到控制芯片40。其中，当开锁时间与当前时间误差不超过误差时间时，生成的第一判定结果为通过。

S30、对开锁语音的开锁口令和开锁声纹进行验证，生成第二判定结果；

具体地，声纹芯片20接收拾音器发送的开锁语音，提取开锁语音中的开锁声纹并与秘钥声纹进行匹配性对比，获得第二判定结果并将第二判定结果发送到控制芯片40。其中，如果开锁语音中的开锁声纹与秘钥声纹相匹配，则第二判定结果为通过，反之，则为失败。

S40、判断第一判定结果和第二判定结果是否均为通过；如果是，进行步骤S50，否则，进行步骤S60；

具体地，控制芯片40对接收到的第一判定结果和第二判定结果进行判断，当第一判定结果和第二判定结果均为通过时，进行步骤S50，否则，进行步骤S60。

S50、对锁定装置50授信和解锁；

具体地，控制芯片40根据判定结果向锁定装置50发出授信信号，锁定装置50根据授信信号接触门锁的锁定。

S60、返回步骤S10，并记录返回次数，当返回次数大于等于3时进入用户自定义处置方式；

具体地，当控制芯片40的判断结果为否时，返回步骤S10，控制芯片40记录返回次数，当返回次数大于等于3时，进入用户自定义处置方式。

用户自定义处置方式包括但不限于：

(1)播放警示语音；

例如，控制芯片40控制启动装置10播放用户录制的语音：“非法登陆已拨打110”；

(2)读出出厂ID解锁；

出厂ID为授信系统出厂时唯一生成的一个密码，使用一次失效，仅用于紧急开锁；

(3)找回密码或直接开锁；

用户可以通过启动装置10找回密码或直接开锁；

(4)永久锁定。

S70、结束流程。

声纹识别是利用人类声音所携带的言语信息的声波频谱进行识别的生物识别技术。由于每个人的声纹特征具有唯一性，因此声纹识别具有准确性高的特点，但是在应用过程中容易受到录音重放攻击，即攻击者用机器录取用户的一段声音，伪装成用户用播放设备播放给声纹识别系统，用于录音中具有与用户本身的声纹一致的声纹特征，因此容易误导声纹识别系统，影响声纹识别授信系统的安全性。

现有技术中，避免录音重放攻击的方式是将声纹识别与人脸识别、指纹识别等其他生物特征识别相结合，通过多重因素进行认证。使用多重因素如人脸识别和声纹识别进行认证，是基于实现不同功能的模块的整合，系统的算法结构复杂程度高，实现难度大，系统同时整合多个不同功能模块，其运算速度较低，实现成本高。同时人脸识别受人脸特征的相似性和面部特征的不稳定性影响，对于录音重放攻击的识别精确度并不理想，容易被照片或双胞胎等伪装方式欺骗，因此，多重因素认证的授信系统辨别能力较差。

与现有技术相比，本发明提供的一种声纹识别授信系统，通过对开锁时开锁时间的验证，获得第一判定结果，可以有效分辨录音重放攻击，因为用户每次的开锁时间必然是不固定的，而录音重放攻击，其录制的开锁语音中所包含的开锁时间与当前时间必然不会完全匹配，由此便可辨别录音重放攻击，具有良好的安全性和稳定性。本发明，不需要借助人脸识别、指纹识别等其他生物特征识别，不需要额外地采集用户的其他特征信息，操作简单，用户接受程度高，有利于推广。

本发明，设置时间识别芯片和声纹识别芯片，由时间识别芯片完成对开锁语音的开锁时间识别，有声纹识别芯片完成对开锁语音的用户声纹的验证，控制芯片只需要对时间识别和声纹识别的结果进行判断，当二者识别结果均为通过时才可以对锁定装置授信。通过这种方式，时间识别芯片和声纹识别芯片同时工作，提高了声纹识别授信系统的运行效率，同时还可以降低控制芯片的负荷压力，进而延长授信系统的使用寿命。

本发明，可以应用于门禁电子锁、手机开机、电脑开机或其他电子设备的开机以及汽车的启动等领域，启动装置为启动开关、远程控制软件或汽车钥匙，可以通过声纹识别的方式控制门禁解锁、手机和电脑及其他电子设备开机和汽车启动，操作简单，使用方便，具有良好的用户体验。本发明设有后备电源，用于给授信系统供电，因此在使用本发明进行手机开机、电脑开机或其他电子设备开机时不需要考虑电源供电的问题，防止发生因断电导致授信系统无法启用的情况。

本发明并不局限于上述最佳实施方式，任何人应该得知在本发明的启示下做出的结构变化，凡是与本发明具有相同或相近的技术方案，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种声纹识别授信方法，其特征在于，包括以下步骤：

用户触发启动装置，发送开锁请求，拾音器拾取用户发出的开锁语音；所述开锁语音包括开锁时间、开锁口令和结束语，其中开锁时间由用户根据启动装置在发出开锁请求时显示的时间读出；

时间识别芯片对开锁语音中的开锁时间进行验证，生成第一判定结果，所述第一判定结果通过的标准为：开锁语音的开锁时间与当前时间的误差不超过用户自定义的误差时间；

声纹识别芯片对开锁语音的开锁口令和开锁声纹进行验证，生成第二判定结果；

控制芯片判断第一判定结果和第二判定结果是否均为通过；若判断结果为是，对锁定装置进行授信和解锁；否则，重新拾取用户开锁语音，并记录判断结果为否的次数，当判断结果连续三次为否，进入用户自定义的处置方式；

结束流程。

2.根据权利要求1所述的授信方法，其特征在于，所述用户触发启动装置发送开锁请求之前还包括：完成误差时间、秘钥口令和结束语的自定义设置和秘钥声纹的拾取。

3.根据权利要求1所述的授信方法，其特征在于，所述启动装置的触发方法包括触碰开关唤醒或语音唤醒。

4.根据权利要求2所述的授信方法，其特征在于，所述秘钥口令为中文、英文、其他语言、数字或其组合。

5.根据权利要求1所述的授信方法，其特征在于，所述用户自定义的处置方式包括但不限于播放警示语音、读出出厂ID解锁、找回密码以及永久锁定。

6.一种声纹识别授信系统，其特征在于，应用于如权利要求1所述的声纹识别授信方法，声纹识别授信系统包括：

启动装置，用于发送开锁请求和设定用户自定义设置；

拾音器，响应所述启动装置的开锁请求，录制秘钥语音和开锁语音；所述开锁语音包括开锁时间、开锁口令和结束语，其中开锁时间由用户根据启动装置在发出开锁请求时显示的时间读出；

时间识别芯片，提取开锁语音中的开锁时间和当前时间，进行开锁时间判定；

声纹识别芯片，提取秘钥声纹和开锁声纹，进行开锁声纹判定；

控制芯片，根据所述声纹识别芯片和所述时间识别芯片的判定结果控制锁定装置开锁；

锁定装置，根据控制芯片的控制信号开锁；

后备电源，用于给所述授信系统供电；

所述时间识别芯片包括：

时间提取模块，提取开锁语音中的开锁时间；

时钟模块，用于记录系统的当前时间；

检测模块，对开锁时间与当前时间进行匹配性检测，生成判定结果。

7.根据权利要求6所述的授信系统，其特征在于，所述启动装置为启动开关、远程控制软件或汽车钥匙。

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