CN1429377A - 用于产生密钥记录的方法及系统 - Google Patents

Abstract

建议将基于PIN的保护系统与基于生物统计学的保护系统相结合，并通过唯一地生物统计地产生PIN，来避免各自系统的缺点。为此目的，提供了：只有可唯一地再现的特征数据从确定的生物统计原始数据中导出。基于这些可唯一地再现的特征数据，就产生一个密钥，或构成PIN代码，或用来产生PIN代码。这样，基于生物统计数据，总是可以唯一地再现PIN代码。用户不再需要记忆PIN代码，并且，PIN代码不能传递到第三方。

Description

用于产生密钥记录的方法及系统

本发明涉及一种基于生物统计数据来对个人进行认证的方法，更具体地说，涉及用于从个人的生物统计数据中为验证处理而产生密钥记录的方法。本发明还涉及一种用于产生密钥记录的系统和一种用于基于生物统计数据对个人进行认证的系统。

为了对个人进行识别或验证，访问或许可系统经常使用一种与这个个人相联系的、并包括一种分立的(discrete)记录的密钥。这可以是，例如，个人身份号码(PIN)。PIN作为参考密钥或者直接存储在访问保护的系统中，或者存储在用作访问保护的系统的身份(ID)卡的分离(separate)的数据承载卡中。数据承载卡自身可以构成一个访问保护系统，例如，信用卡、现金卡，等等。

基于PIN的系统的缺点是PIN容易被遗忘，并因此经常将PIN写下来，这就降低了系统的安全性。而且，PIN并非与个人绑定在一起，而仅仅是与个人相关。也就是说，PIN可以被传递给其它人或被泄露出去，这就不可控制地增加了有资格的用户的范围。这样，使用或不使用用户卡的PIN的登录并不能证明合法用户是在场的。

当使用用户的生物统计物理的或依赖行为的特征替代PIN来验证用户的身份时，这些问题就不复存在了。这类生物统计特征与个人是唯一地绑定在一起的。它们既不会被传递，也不会被遗忘。在实验的基础上，那些企图获得对被保护的系统的未授权访问的潜在的第三方只能提供数目受到限制的参考特征。

生物统计的用户验证的缺点是，存储的生物统计数据与通过传感器技术而捕获的特定呈现的生物统计数据之间的比较只是基于相似性的比较，只允许关于进行比较相配的数据是如何可能的陈述。这是因为目前可获得的传感器系统，不总能以绝对准确的再现性从呈现的生物统计特征中导出相同的生物统计数据。所以，例如，在迄今所知的认证或验证方法中，作为参考记录存储在智能卡中的生物统计数据记录，只被用来验证与新捕获的生物统计记录相匹配的必要程度。另外，在验证阶段，在后台使用具有复杂生物统计算法的精心制作的生物统计软件。这样，依靠生物统计的验证是相对地进行的。

由于上述的原因(用户绑定，不会被遗忘或传递)，生物统计用户验证在根本上比仅仅用PIN比较更为可靠。然而，若不要求在文件系统、智能卡应用和处理顺序上进行精心地改变，就不可转移到带PIN比较的传统的安全系统上。由于现有应用使用PIN验证为用户认证，为其引入生物验证，将频繁地陷入不得不更换流通中的所有卡，因为卡应用和文件系统将被更新。而且，在处理顺序中的干涉将是必要的，这样，PIN的在线检查将不得不替换成如虹膜式样之类的离线检查。此外，为实现生物统计算法和数据传递，将需要相当可观的时间和安全上努力，也导致在用于开放应用的合适的接口的标准化和定义上的困难。

本发明的问题是克服在PIN验证中生物统计用户验证的缺点而不丢失生物统计用户验证的优点。

根据本发明，通过将独立权利要求的特征、陈述本发明的有利发展的从属权利要求的特征相结合，解决了这个问题。

本发明利用了这个事实，即，尽管不可能通过传感器技术以可唯一地再现的原始数据的形式来完全捕获一个生物统计特征，但是，特顶捕获的原始数据具有足够数目的共同特征以允许它们的带有同样特征载体的本源(origin)被统计地似等地证实，其中，所述的原始数据是用于产生参考或验证记录。所以，根据本发明，从生物统计原始数据中只获得相对小数目的特别特征数据，而不是全部的生物统计参考或验证数据，以便从这种特征原始记录中产生分立的记录作为总是可唯一地再现的参考密钥或验证密钥记录。于是，这种分立的密钥记录或者直接用作PIN代用物，或者用于产生一个唯一的PIN(“生物统计地产生的PIN”)。

生物统计地产生的PIN是在安装了传感器单元的终端上产生的，并作为可选地密码保护的PIN传递给系统。象传统的PIN那样，完全可以给用户组中的几个成员分配相同的PIN。

生物统计地产生的PIN的产生和使用，使得不必在数据承载卡，例如，智能卡或磁卡、和/或系统中存储复杂的生物统计参考记录。生物统计地产生的PIN代替了象传统的PIN的存储和使用。不再需要应用的顺序结构和数据管理中的干涉，这样，生物统计可以被特别地集成到现存的基于PIN的系统和卡应用中来而无需任何特别的组织上的努力。PIN比较可以在后台系统中或卡上保持不变。在当今的系统提供给用户能够自行定义他们的PIN的情况下，流通中的卡也可以和新的生物统计地产生的PIN一起继续使用而不用改变。在过渡期间，生物统计PIN的产生可以可选地提供用于PIN登录，直到所有的系统都配备了用于捕获特征生物统计原始数据的传感器为止。对于临时或永久地使用较差的特征质量的用户来说，在将来，两种PIN系统的可选使用仍将是有利的。如果需要，这类用户可以使用传统的PIN登录，而生物统计的用户使用相同的接口。

生物统计PIN的产生包含了唯一映射，也就是说，个人的到场和所传感的生物统计原始数据总是映射到相同的PIN。这样，生物统计地产生的PIN结合了传统的PIN与生物统计的优点，而同时又克服了传统PIN和生物统计系统的缺点。所使用的生物统计特征可以是例如指纹或虹膜结构，或任何其它生物统计特征，例如诸如动态签名的个人特征行为模式，即，例如评价签字期间所出现的压力和/或速度之间的关系。

用于从特征生物统计原始数据中产生分立的密钥记录的可能性有很多，其中，所述的密钥记录总是可唯一地再现的，且可用于或者直接作为PIN代码或者用于产生多位PIN代码。

下面，通过与指纹验证有关的例子将解释一些这类可能性，附图只图示了一种可能性。

附图示出了用于指纹的纹线的方向矢量图1，指纹的中心(“核心”)大致位于方向矢量图的中间。为了导出指纹的特征数据，将方向矢量图1再分成具有相似总方向的区域2，其加权的形心(centroid)(3)形成用于从指纹导出连接线(graph)4的链接点。这个连接线在一定程度上是“容错的”，因为其结构受用于捕获指纹原始数据的传感器的质量的影响可以忽略。也就是说，无论由传感器实际确定的具体原始数据如何，从指纹导出的特征数据或导出的连接线4与从相同指纹导出的其它特征数据之间的差异很小。

于是，导出的连接线4以比较算法6与存储在连接线数据库5中的相当的连接线4′相比较，每个相当的连接线4′都具有与之相联系的多位数字。在执行了比较算法6之后，依照与最接近的相当的连接线4′联系的多位数字，生物统计地产生的PIN(“生物PIN(bioPIN)”)，与捕获的指纹相联系，并且，由此联系到将被识别的个人。

根据用于产生密钥记录的另一个例子，是这样提供的，即，将指纹的纹线的大致方向用作指纹的特征数据，以便基于这种大致方向将指纹分类成一定的类型。为此目的，标准化的美国联邦调查局(FBI)分类系统评估的不是方向，而是中心或三角形(delta)点的相对位置(三角形点是一个点，围绕该点，线条形成一个三角形)。如在FBI分类系统中那样，类型可以包括例如“左环形”、“右环形”、“旋涡形”、“正则弧”、“帐篷形弧(tented arch)”、“双环形”。然而，只有六种类别的FBI分类系统对于预期的目的来说太不精细了，所以必须扩展成至少1000种，最好是10000种或更多种类别，每个类别代表一个特定的PIN代码。

用于产生密钥记录的更合适的方法，是基于对紧密联系所谓的细节(minutiae)的生物统计原始数据的统计评估。细节是指纹的特征点，即，指纹图中的线条末梢和线条分叉。为了比较的目的，许多指纹验证算法使用这些点，但是，对于本发明来说，直接使用这些细节是不合适的，因为在依赖于传感器、照明条件、局部损伤和其它因素而捕获的当前图中，单独的细节可能已不再存在了、或轻微移位了、或新增加了。针对本发明的目的，为了能够可再现地产生分立的密钥记录，将细节统计地进行评估，因为关于具体的细节，统计评估是容错的。也就是说，即使统计评估结果稍有不同，而评估结果彼此仍如此接近，以至于它们是在容错限度内，这样，每次评估都产生唯一的结果，且如此产生唯一的密钥记录。

细节可以用不同的方式而统计地评估。a)同心圆环或圆环段的模板可以位于指纹的中心的周围，以及在预先定义的同心圆环或圆环段或确定的环段中的细节的平均数目。b)可以确定具有预先定义的方向的细节的平均数目，预先定义的方向例如是通过中心和/或三角形点之间的连线的方向而定义的。c)可以确定从指纹的中心的、所有细节的积累的加权距离的标准偏差。

于是，可以统计地处理这些数据，以便从指纹的唯一细节中可再现地产生唯一的数据，即使是单独的细节不是、或不是一致地捕获的。

象细节那样，也可以统计地评估其它特征数据，例如中心与三角形点之间的纹线的数目。

基于生物原始数据，例如通过对图的快速傅立叶变换，也可以确定指纹图的平均线条密度，所确定的平均线条密度用来产生密钥记录或直接产生PIN代码。

在相应的方式中，来自生物统计原始数据的纹线上的汗孔的局部密度或平均距离，可以用作特征数据，来产生密钥记录。

特征数据可以考虑是否在实际纹线之间还存在中间线，这是经常会发生的。

最后，通过分形图像压缩(fractal image compression)和/或通过神经网络的方式，可以进行类型分类，每个类别的类型又具有了分配给它的特定的PIN代码。

基于从生物统计原始数据导出的特征数据，许多其它变化可以用于获得密钥记录，为此，上述的可能性也可以结合使用。

Claims (26)

1.一种用于从个人的生物统计数据中为验证过程产生密钥记录的方法，包括步骤：

通过传感器技术，捕获用于产生生物统计原始数据的个人的生物统计特征；

从生物统计原始数据中导出特征数据；以及

依赖于映射的特征数据，产生密钥记录，

当总是从个人的相同特征中开始导出特征数据时，即使是对于导出的不同的特征数据，总是产生相同的密钥。

2.如权利要求1的方法，其特征在于，依靠密钥记录产生多位个人身份号码(PIN)代码。

3.如权利要求1或2的方法，其特征在于，生物统计特征是指纹。

4.如权利要求3的方法，其特征在于，通过依靠生物统计原始数据而确定指纹的纹线的方向矢量图(1)、将方向矢量图(1)再分成纹丘(papillae)的相似总方向的区域(2)、将每个区域(2)与加权的(weighted)形心(3)相联系、并从加权的形心(3)导出连接线(4)作为特征数据，来导出特征数据。

5.如权利要求4的方法，其特征在于，通过为最大相似性而将导出的连接线(4)与不同形状的存储的连接线(4′)相比较，从连接线(4)中产生以多位PIN代码(7)形式的密钥记录，每个存储的连接线(4′)都具有与之相联系的形成PIN代码(7)的多位数字。

6.如权利要求3的方法，其特征在于，将纹线的大致方向确定为特征数据，以及通过一种分类方法，将所确定的大致方向映射到几个方向类别中的一个，每个方向类别都具有与之相联系的其自己的密钥记录。

7.如权利要求6的方法，其特征在于，将与方向类别相联系的特定的密钥记录直接当作PIN代码。

8.如权利要求3的方法，其特征在于，将指纹的细节(minutiae)确定为特征数据。

9.如权利要求8的方法，其特征在于，为产生密钥记录，统计地评估细节的特征数据。

10.如权利要求9的方法，其特征在于，在统计评估中，确定位于围绕指纹的中心的预先定义的同心圆环、圆弓形或圆环段之内的细节的平均数目。

11.如权利要求9的方法，其特征在于，在细节的统计评估中，确定具有定义方向的细节的平均数目。

12.如权利要求9的方法，其特征在于，在细节的统计评估中，确定从指纹的中心的、所有细节的积累的加权距离的标准偏差。

13.如权利要求3的方法，其特征在于，为导出特征数据而考虑中心与三角形(delta)点之间的纹线的数目。

14.如权利要求3的方法，其特征在于，通过分形图像压缩(fractal imagecompression)而确定特征数据。

15.如权利要求3的方法，其特征在于，确定指纹图的平均线条密度作为特征数据。

16.如权利要求3的方法，其特征在于，确定纹线上的汗孔的局部密度和/或平均距离作为特征数据。

17.如权利要求3的方法，其特征在于，为导出特征数据而考虑单条的纹线之间的中线的存在。

18.如权利要求1或2的方法，其特征在于，将虹膜的结构用作生物统计特征。

19.一种用于基于个人的生物统计特征而对个人进行认证的方法，包括步骤：

根据权利要求1至18的任意一个权利要求，来产生验证密钥记录或PIN代码；

将验证密钥记录与根据权利要求1至18的任意一个权利要求而同样地产生的参考记录进行比较，以及

对个人进行认证是否验证密钥记录或PIN代码与参考记录一致地相配。

20.如权利要求1至19的任意一个权利要求的方法，其特征在于，在数据承载卡上将密钥记录或PIN代码存储为参考记录。

21.一种用于从个人的生物统计数据中为验证过程产生密钥记录的系统，包括：

传感器，用于基于个人的生物统计特征，来捕获生物统计原始数据；

用于从原始数据中导出特征数据的装置；以及

用于基于特征数据而产生密钥记录的装置，

当导出的特征数据总是从一个个人的同一特征导出时，对于不同的导出特征数据，总是产生相同的密钥记录。

22.如权利要求20的系统，其特征在于一种数据承载，特别是一种智能卡，在其上，将密钥记录存储为参考记录。

23.如权利要求21或22的系统，其特征在于，密钥记录是多位数PIN代码。

24.如权利要求21至23的任何一个权利要求的系统，其特征在于，生物统计数据是从指纹中导出的。

25.如权利要求21至23的任何一个权利要求的系统，其特征在于，生物统计数据是从虹膜的结构中导出的。

26.一种用于基于生物统计数据而对个人进行认证的系统，包括：

根据权利要求21至25的任何一个权利要求的系统；

比较装置，用于将密钥记录与参考记录进行比较；以及

输出装置，用于当经比较装置确定密钥记录与参考记录之间完全相配时，实现个人的认证。

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