CN1259712A - 身份辨别的指纹、ic卡识别方法和装置 - Google Patents

Abstract

身份辨别的指纹、IC卡识别方法,将生物指纹识别技术与IC卡技术结合起来,把指纹特征值数据存储在IC卡上,并在后台数据指纹库中存档备查,当读卡机阅读卡上信息时,一并读入持卡者的指纹,通过比对卡上的指纹与库的指纹就可以确认。本发明采用IC卡存储用户的指纹特征和用户的本人信息,在使用时将IC卡中的指纹信息和用户本人的指纹信息相比较,用指纹仪的安全性补充了IC卡的不足,保证了指纹仪的快速验证。

Description

身份辨别的指纹、IC卡识别方法和装置

本发明涉及生物识别的系统安全性技术，尤其涉及身份辨别的指纹、IC卡识别方法和装置。

我们的手掌及其手指、脚、脚趾内侧表面的皮肤凸凹不平产生的纹路会形成各种各样的图案。包括指纹在内的这些皮肤的纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，也就是说，是唯一的。依靠这种唯一性，我们就可以把一个人同他的指纹对应起来，通过比较他的指纹和预先保存的指纹进行比较，就可以验证他的真实身份。这种依靠人体的身体特征来进行身份验证的技术称为生物识别技术，指纹识别是生物识别技术的一种。

现行的电子身份验证系统受到的挑战，因为安全性是许多系的统要首先考虑的问题，尽管使用者一向都相当讨厌安全检查机制介入他们的工作中，但管理者仍然需要这样的一种检查访问与使用情形的手续与方法。如果没有办法清楚明确的辨认使用者身分的话，那么你也将无法确认是那位使用者，以及他究竟操作了什么行动。所以使用者会被强迫去进行一些密码机制或硬件标志以帮助我们去追踪究竟是谁做了些什么？

现行的许多计算机系统中，包括许多非常机密的系统，都是使用″用户ID+密码″的方法来进行用户的身份认证和访问控制的。实际上，这种方案隐含着一些问题。例如，密码容易被忘记，也容易被别人窃取。而且，如果用户忘记了他的密码，他就不能进入系统，当然可以通过系统管理员重新设定密码来重新开始工作，但是一旦系统管理员忘记了自己的密码，整个系统也许只有重新安装后才能工作。有关机构的调查表明，因为忘记密码而产生的问题已经成为IT厂商售后服务的最常见问题之一；密码被别人盗取则更是一件可怕的事情，因为用心不良的人可能会进一步窃取公司机密数据、可能会盗用别人的名义做不正当的事情、甚至从银行、ATM终端上提取别人的巨额存款。实际上，密码的盗取比较容易，别人只要留意你在计算机终端前输入口令时的击键动作就可以知道你的密码，甚至可以通过你的生日、年龄、姓名或者其他一些信息猜出你的密码--许多人使用自己的生日作为密码，密码还可以被解破--众所周知，高度机密的美国一些军事机构计算机网络曾不止一次被黑客侵入，黑客们实际上就是解破了这些计算机网络的某一合法用户的密码来开始的。尽管现行系统通过要求用户及时改变他们的口今来防止盗用口令行为，但这种方法不但增加了用户的记忆负担，也不能从根本上解决问题。

随着科技的进步，指纹识别技术已经开始走入了我们的日常生活之中。目前在世界上许多公司和研究机构都在指纹识别技术的研究中取得一些突破性技术，从而推出了许多新产品，这些产品已经开始在诸多领域得以运用。U.ARE.U指纹识别机产品，就是非常具有应用价值和前景的。

美国ATM提款机加装指纹识别功能已经开始使用，其系统首先提取持卡人的指纹，将指纹存入系统数据库，然后在持卡人提款时，核对指纹数据，利用指纹的唯一性保证提款人的合法性，它是在大型指纹库中查找用户信息，需要分布式计算系统、中型(或大型)计算机做服务器、终端计算机速度很快作为实时运算的保证，整个系统价格昂贵。

除了计算机网络及其应用系统外，一些传统的需要进行身份验证的场合，也存在着类似的安全性问题。例如证件的伪造和盗用、不正当的转借等。一些犯罪通过伪造证件进入机密场所以窃取机密信息，有的犯罪伪造签证和护照非法入境或移民，这是因为传统的证件使用了易于伪造、未经加密的纸制证件。另一个例子是考勤机，它的使用方便了企业进行职工的考勤管理，但使领导头疼的是经常有人弄虚作假，代别人打卡。在现代社会中，系统进入时需要身份辩识的地方越来越广泛，包括了金融、考试、交通和警察等方面。以考试为例：当前我国各种考试很多，而考生身份是依靠准考证和身份证共同辩识的，它主要是以照片做为辩识依据，同时也就给作弊留下了后洞。为了杜绝以上现象的发生，本发明用于考生身份识别系统，

丢了钥匙不仅打不开门，还要当心坏人拾到你的钥匙盗取你的家财，其他使用钥匙的场合同样也有如此的问题……

这些问题都说明，现行的系统安全性技术已经遭遇严峻的挑战！

指纹识别是成熟的生物识别(Biometric)技术。由于人体的身体特征具有不可复制的特点，人们把目光转向了生物识别技术，希望可以籍此技术来应付现行系统安全所面临的的挑战。要把人体的特证用于身份识别，这些特征必须具有唯一性和稳定性。研究和经验表明，人的指纹、掌纹、面孔、发音、虹膜、视网膜、骨架等都具有唯一性和稳定性的特征，即每个人的这些特征都与别人不同、且终生不变，因此就可以据此识别出人的身份。基于这些特征，人们发展了指纹识别、面部识别、发音识别等多种生物识别技术，目前许多技术都已经成熟并得以应用，其中的指纹识别技术更是生物识别技术的热点。

指纹识别技术的发展得益于现代电子集成制造技术和快速可靠的算法的研究。尽管指纹只是人体皮肤的一小部分，但用于识别的数据量相当大，对这些数据进行比对也不是简单的相等与不相等的问题，而是使用需要进行大量运算的模糊匹配算法。现代电子集成制造技术使得我们可以制造相当小的指纹图象读取设备，同时飞速发展的个人计算机运算速度提供了在微机甚至单片机上可以进行两个指纹的比对运算的可能。另外，匹配算法可靠性也不断提高，指纹识别技术已经非常实用。

现有技术中，IC卡做为一种安全技术，在各种安全场合应用的很广泛，它具有加密、使用简单的好处，不过IC卡相关技术资料很多，给它的安全带来了不可靠的问题，它有可能被不法份子用各种方法破译密码，使用户的资料失窃。

光电式指纹仪做为另一种安全技术，具有的唯一性、加密性、不可复制性、使用简单和快速验证的特点使它正快速地在世界范围内普及，它在安全上没有IC卡的特定缺点，特别是光电式指纹仪几乎不可复制指纹，不过它的快速验证性是建立在指纹库比较小的基础上的(1000人以内)，如果指纹库在10000人以上，它的查询比对工作时间将很长，不适合人流量大的场合。

本发明的目的是：提供一种可靠的身份识别方法和装置，尤其是提供一种系统装置成本低、识别速度快，使用方便的方法和装置。本发明目的还在于：针对目前我国许多身份识别的不科学、可靠性差而设计的，例如考试过程中经常出现的考试作弊、考试替考和假考现象，提供一种对考生的身份进行安全验证的装置，并且是一种采用指纹识别与IC卡结合的装置对考生的身份进行安全验证，有效地规范我国现行的考试制度，并使考试过程信息管理更加科学合理，避免因此出现的考试失误，充分体现了考试的公正和公开化。

它利用先进的IC卡识别技术和用户指纹识别技术，在大型指纹数据库的支持下，做到考生身份的即时识别，一般识别时间在1-2秒。

本发明的目的是这样实现的：身份辨别的指纹、IC卡识别方法，其特征是将生物指纹识别技术与IC卡技术结合起来，把考生的指纹特征值数据存储在IC卡上，并在后台数据指纹库中存档备查，当读卡机阅读卡上信息时，一并读入持卡者的指纹，通过比对卡上的指纹与考生的指纹就可以确认客户是否是考生本人，本发明的改进是：同时还可以进一步同后端主机系统上的指纹数据库上的指纹作比较。

本发明装置的主要内容为：包括PC机、指纹采集头、IC读卡机，指纹采集头和IC读卡机均通过接口电路连接PC机。

指纹识别软件调用的接口采用32位WIND0WS动态连接库。包含指纹算法、建档、核查等函数。

将由指纹采集仪采集的考生指纹数据通过RS-232(RS-485)接口写入IC卡中，每个指纹数据大约300个字节。为提高系统安全性，一般取大于两个指纹存档。

综上所述，本发明的特点是：本发明的指纹、IC卡产品，它采用IC卡存储用户的指纹特征和用户的本人信息，在使用时将IC卡中的指纹信息和用户本人的指纹信息相比较，来确定用户身份和IC卡的本人合法性。这样，用指纹仪的安全性补充了IC卡的不足，使复制的IC卡没有用处，而且，指纹仪取到的指纹和IC卡中存储的指纹信息比对，只要比对一次，保证了指纹仪的快速验证。

本发明采用现代先进的生物指纹识别技术和IC卡安全技术可以对考生的身份进行识别，有效地避免了考试舞弊现象。国内目前考试采用准考证形式，准考证上贴有考生照片，考生准考证号码等，很容易被造假，而IC卡通过加密存储考生指纹和考生信息作为考生准考证，并且由于体指纹的差异和唯一，有效并安全地实现了对考生的身份识别。指纹识别作为一项成熟的生物识别技术，其发展得益于现代电子集成技术和快速可靠的算法研究。将指纹识别技术同IC卡结合起来，是目前最有前景的一个方向之一，可以广泛应用于许多行业中，例如计算机安全、取代现行的ATM卡、制造防伪证件等。目前ATM提款机加装指纹识别功能在美国已经开始使用，其系统首先提取持卡人的指纹，将指纹存入系统数据库，然后在持卡人提款时，核对指纹数据，利用指纹的唯一性保证提款人的合法性。

本发明将此项技术应用面广，如用于考试系统，对证券公司的股民进入公司的计算机系统同样也能应用本发明方法及装置等等。

本发明用IC卡存储客户的指纹信息，比对时将IC卡中的指纹信息和用户本人的指纹信息相比较，保证了实时运算的要求，整个系统价格很低。

以下结合实施例对本发明作进一步说明：

图1为本发明系统框图

图2为系统用户登记比对示意图

图3为用户登记、比对IC卡示意图

图4为学生准考证信息登记程序流程图

图5为学生进入考场指纹验证程序流程图

如图1所示：系统主要包括七个部份：

(1)PC机。整个系统的中心枢纽。系统要求为

Pentium CPU       USB接口        CD-ROM      32M RAM

Windows 95/98     1GB的硬盘      COM1口

(2)指纹采集仪。尽管指纹只是人体皮肤的一小部分，但用于识别的数据量相当大，需要进行大量运算的模糊匹配算法。现代电子集成制造技术使得指纹采集设备可以制造得相当小，同时计算机运算速度的提高也使在微机甚至单片机上实现两个以上指纹的比对运算成为可能。指纹识别系统特定应用的重要衡量标志是识别率，主要有两部分组成，误判率(FAR)和拒判率(FRR)，FRR和FAR成反比。目前指纹仪产品主要有USB接口、并行接口光学取像以及半导体传感器两种方案。指纹采集头，可使用U.ARE.U指纹产品，该产品利用USB总线与计算机进行通讯.采用光学扫描技术，注册时间＜2秒，识别时间＜1秒，误接受率为0.001％，可360度无限制接受指纹。

(3)考生报名机，也叫写卡机。PC机将由指纹采集仪采集的考生指纹数据通过RS-232接口写入IC卡中，每个指纹数据大约300个字节.由于实际使用中，FRR和FAR是相互矛盾的，为提高系统安全性，一般取考生两个指纹存档。

(4)考场身份识别机，也叫读卡机。从考生所持IC卡中读取指纹数据，与考生自身的指纹进行核对，以鉴别考生身份。IC卡读写器(连接至PC机串口)。硬件设备可使用U.ARE.U指纹产品，该产品利用USB总线与计算机进行通讯.采用光学扫描技术，注册时间＜2秒，识别时间＜1秒，误接受率为0.001％，可360度无限制接受指纹。

(5)IC卡。考虑到成本和容量，采用接触式AT88SC1604型逻辑加密卡，容量为2K字节，其技术特点为：接触卡，易格式化，具有较好的经济性.存储容量大，具有密码错误计数器，连续错误3次IC卡内部自毁，保密性强；重复使用次数10000次以上，具有很强的防磁，防静电功能，数据自保持10年。

(6)应用软件。指纹采集仪提供有对该设备二次开发的SDK软件包，根据它提供的DLL动态链接库和语言接口实现指纹的数据采集以及建档管理，同时应用软件要实现与IC卡读写器的串行通信，将指纹数据写入或读出.同时完成考生IC卡数据与考生本身指纹的比对。

软件接口：Delphi 3.0在Windows95下读写器接口函数使用方法：函数声明：

(7)IC卡安全系统。针对考试系统而言，采用生物识别技术，根据人体指纹来鉴别考生身份，本身就是从安全的角度出发，但一套完整的安全体系，必须全面考虑每个环节的安全策略，不能将安全风险集中到某一个环节，而忽略另一个环节。本系统具体的安全控制：

1)应用软件，IC卡读写器，IC卡之间必须进行安全认证。

IC卡本身有主密码，计算机用户必需核对主密码后才能读IC卡中的数据。

2)IC卡读写器内部密钥的敏感数据必须进行安全保护。

IC卡各分区有分密码，计算机用户必需核对分密码后才能写IC卡中的数据。

3)IC卡敏感数据必须进行安全保护。

写入IC卡中的指纹数据只是指纹的特征值，从它中并不能分析用户的指纹。

4)IC卡读写器必须进行操作权限的区分。在系统软件之中有不同的密码，写卡机密码可以写IC卡中的数据，读卡机密码只能读IC卡中的数据。

5)管理员在输入各自的密码时，还要核对管理员的指纹和管理员的IC卡指纹特征值，保证管理员的合法性。

从硬件外观上看，发卡机和读卡机没有本质的区别。但是具有不同的应用层接口，并且在发卡机里存有更高级别的密钥使它能够写入卡上关键数据，而读卡机只有基本密钥，所以在应用点(考场)只能读取和验证。如果用通用读写卡机具，密钥只能存放在应用软件中，开发人员和操作员都可能得到两个密钥，密钥扩散的风险可想而知。对机具的操作界面，只提供到应用层，不提供到物理层，使用户不能通过操作界面对卡内的数据做非法改动。

	密码	功能
			读卡机	读卡机密码、IC卡主密码	读出IC卡的数据区比对IC卡中的数据
写卡机	写卡机密码、IC卡主密码、IC卡分密码	读出IC卡的数据区比对IC卡中的数据写入IC卡的数据区登记IC卡中的数据

图2、3所示，一对一的指纹、IC卡登记与验证系统图中，先输入ID，出示指纹，计算特征值，并保留ID与特征值，取出相应的指纹特征值，比对两个指纹特征值。同时可对IC卡进行登记与验证。

以成人高考为例：系统以脱机方式运行，发卡和验证软件运行于WINDOWS9X平台下1.系统所涉及的硬件设备除PC外还包括(1)指纹采集头，可使用U.ARE.U指纹产品，该产品利用USB总线与计算机进行通讯.采用光学扫描技术，注册时间＜2秒，识别时间＜1秒，误接受率为0.001％，可360度无限制接受指纹。(2)IC卡读写器(连接至PC机串口)2.软件接口指纹识别软件调用的接口采用32位WINDOWS动态连接库。包含指纹算法、建档、核查等函数。3.报名(发卡)机指纹建档，将指纹图像转换为指纹数据并存放于IC卡中，每个指纹数据长度约为300个字节。4.考场报到鉴别机指纹核查，从IC卡中读取指纹数据，同指纹图像进行比对，返回正确与否的结果。5.卡的选型

考虑到成本和容量，采用接触式AT88SC1604型逻辑加密卡，容量为2K字节，其技术特点为：接触卡，易格式化，具有较好的经济性.存储容量大，具有密码错误计数器，连续错误3次IC卡内部自毁，保密性强；重复使用次数10000次以上，具有很强的防磁，防静电功能，数据自保持10年。6.卡内部的数据格式(准考证)

卡内的信息构成：发行信息+发放信息+考生信息+考试信息+辅助信息

发行信息：卡号、发行者、制作日期、密钥

发放信息：发放者、发放日期.

持卡人信息：学号(报名号)、姓名、身份证号、性别、出生日期、考生的数字签名等等.

指纹信息：手指名称、指纹数据(可用两个以上指头)

考试信息：考试种类、考场分配、试卷种类等

辅助信息：数据完整性校验(HASH函数值)7.卡的初始化

卡的初始化是指IC卡制造厂商收到IC卡进行格式化并存入有关密钥。

卡的初始化由专用的初始化机具完成。IC卡生产厂商通过初始密码和个人化标志区将安全控制交给制卡商；制卡商对卡上数据进行初始化，并与专用发卡机、读卡机建立互认证关系，将含有初始口令和密钥的机具和预格式卡交给发卡单位。8.卡的发行

卡的发行是指IC卡系统对卡完成卡的个人化，即写入持卡个人的基本信息和识别信息的过程。

发卡单位收到含有初始口令和密钥的机具和预格式的IC卡后，修改机具口令、设置密钥后控制整个发卡操作，而IC卡生产厂商和制卡商对IC卡失去控制，卡的安全控制唯一地保留在发卡单位，这样就完成了卡的安全控制从卡的制造商到发卡单位的转移。9.数据传递

每个考场的考生数据由软盘从报名(注册)电脑传递到考场鉴别电脑。考试情况数据(实到人数、作弊记录等)也由软盘从考场鉴别电脑传递到管理中心。其中作弊记录一经输入，无法更改。避免监考舞弊。10.卡的使用1)报名(注册)：考生指纹数据采集，写卡，发给个人。2)考场鉴别：读卡、验指纹、确认、提示(座位)。3)统计管理：考生实到人数、作弊记录(不可篡改)等。

指纹识别系统的实现得益于现代电子集成制造技术和快速可靠的算法的研究。尽管指纹只是人体皮肤的一小部分，但用于识别的数据量相当大，实现了每个人具有不同的特点，同时使用模糊匹配算法加快了运算速度，再配合IC卡数据传输加密算法、计算机程序加密算法、读卡机发卡机程序分开的方法以及数据库加密，使得指纹识别系统的安全可靠性无懈可击。

指纹识别技术本身就是一种有力的加密方法，他具有不可复制性，我们使用的光拾取技术避免了复制指纹的可能性，指纹数据进入计算机后，在核对完用户密码加密以后，立刻进行密钥算法加密，使指纹数据变成表面上无意义的数据，然后将指纹数据存入指纹数据库和IC卡中，数据进入IC卡写入FLASH之前进行DES算法加密，发卡机具有把IC卡指纹数据擦除、改写的密码，读卡机只有把IC卡指纹数据读出、比较的密码，保证了考试现场指纹数据的不可更改性。同时，管理员在输入密码时也要比对指纹，保证了管理员和管理员IC卡的合法性。读卡机与写卡机具有不同的密码安全限制。

综上所述，这个系统在安全方面做了非常大的工作，使得系统在安全方面没有漏洞可言，保证了用户的安全。

Claims (4)

1.身份辨别的指纹、IC卡识别方法，其特征是将生物指纹识别技术与IC卡技术结合起来，把指纹特征值数据存储在IC卡上，并在后台数据指纹库中存档备查，当读卡机阅读卡上信息时，一并读入持卡者的指纹，通过比对卡上的指纹与库的指纹就可以确认。

2.由权利要求1所述的身份辨别的指纹、IC卡识别方法，其特征是同时还可以进一步同后台主机系统上的指纹数据库上的指纹作比较。

3.由权利要求1所述的身份辨别的指纹、IC卡识别方法，其特征是由指纹采集仪采集的考生指纹数据通过RS-232(RS-485)接口写入IC卡中，取大于两个指纹存档。

4.身份辨别的指纹、IC卡识别装置，其特征是包括PC机、指纹采集头、IC读卡机，指纹采集头和IC读卡机均通过接口电路连接PC机。

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