KR20060009730A - 생체고유코드 추출방법 - Google Patents

Abstract

본 발명은 생체고유코드 추출방법에 관한 것으로서, 개인의 생체 영상 데이터가 입력되면, 상기 생체영상 데이터의 품질을 판단한 후 선택된 생체영역에서 생체영상의 특징을 추출하는 생체특징추출 방법에 있어서, 상기 선택된 생체영상 데이터의 품질을 향상시키는 전처리과정과, 상기 전처리과정을 통해 향상된 생체영상에서 웨이블렛 변환과정을 통해 생체특징을 추출하는 생체특징추출과정과, 상기 생체영상의 특징과 기 지정된 참조패턴을 이용하여 생체고유코드 추출필터를 생성하는 필터생성과정과, 상기 생성된 생체고유코드 추출필터를 통해 입력된 생체특징으로부터 생체고유코드를 생성하는 생체고유코드 생성과정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

생체, 고유코드, ID, 특징, 추출, 필터, 홍채

Description

생체고유코드 추출방법 {Method for Biometric key extraction}

도 1은 종래기술에 따른 본인 인증에 의한 생체고유코드 생성과정의 흐름도이고,

도 2는 본 발명의 실시예에 따른 생체고유코드 추출을 위한 필터생성과정의 흐름도이고,

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 생체고유코드 추출과정의 흐름도이고,

도 4는 본 발명의 실시예에 따른 홍채에 대한 생체고유코드 추출필터 생성과정을 설명하기 위한 일 실시도이고,

도 5는 본 발명의 실시예에 따른 홍채에 대한 생체고유코드 추출과정을 설명하기 위한 일 실시도이고,

도 6, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 영역에서의 생체 고유코드 추출필터 설계의 실시예를 보인 도이다.

< 도면의 주요부분에 대한 부호의 설명 >

101 : 참조패턴 102 : 생체고유코드 추출필터

103 : 홍채고유코드 111∼113 : 홍채영상

121∼123 : 홍채영역 131∼133 : 홍채특징

본 발명은 홍채로부터 생체고유코드 추출방법에 관한 것으로서, 보다 상세하게는 잡음이 포함된 왜곡된 생체 입력 데이터로부터 각 개인마다 불변하는 고유한 생체 코드를 추출하는 생체고유코드 추출방법에 관한 것이다.

일반적으로 생체 인식(biometrics) 기술은 개인의 독특한 특징을 반영하는 신체부위나 습관 등을 개인 식별을 위하여 이용하는 것으로, 각 개인마다 상이하며 평생 동안 크게 변화 하지 않는다는 장점과 함께 높은 정확도 때문에 높은 보안 수준을 유지해야 하는 많은 분야에 널리 사용되고 있는 추세이다.

최근 이러한 생체 정보를 본인 인증(Authentification) 뿐 아니라 다양한 분야에 적용하려는 연구가 활발히 진행되고 있으며, 이의 대표적인 예가 본 발명에서 제안하고자 하는 생체 고유 코드 부분이다.

여기서, 생체 고유 코드 란 잡음이 포함된 왜곡된 생체 입력 데이터로부터 추출할 수 있는 각 개인마다 불변하는 고유한 코드 정보를 나타내며, 이러한 생체 고유 코드는 개인 비밀 번호(Password) 대용 또는 암호화 시스템에서의 키 보호 용도 등 다양한 분야에 적용 될 수 있다.

개인 비밀 번호의 경우, 현재의 대부분 시스템에서는 본인이 직접 사용자 이름(Username)등을 입력한 후 8자 정도의 비밀번호(password)를 추가로 입력하는 방식으로 사용되고 있으며, 금융 거래, 컴퓨터 로그인(Log in) 등 다양한 분야에 적 용되고 있다. 최근 사이버 정보 거래의 양이 많아짐에 따라 각 개인별로 외워야 하는 비밀 번호의 종류도 점차 증가하고 있으며, 이를 단순화하기 위하여 기억하기 쉬운 번호 (　1234　 등)나 혹은 개인 신상 정보(집 전화 번호 등)에서 비밀 번호를 채택하는 경우, 보안상의 심각한 문제를 초래할 수 있게 된다. 그러므로 본 발명에서 제안하는 생체 고유 코드를 비밀 번호로 대용하는 경우, 많은 종류의 비밀 번호들을 일일이 기억할 필요 없이 보안성을 높일 수 있는 효과를 얻을 수 있다.

그리고 현재 대부분의 암호화 시스템은 크게 두 가지로 대칭키 방식 (Symmetric Key Infrastructure)과 비대칭키(공개키 (Public Key Infrastructure))으로 나눌 수 있다. 전자의 경우 암호화(Encryption)와 복호화(Decryption)에서 동일한 키를 사용하며, 후자의 경우는 암호화에서는 개인키(private key)로부터 생성된 공용키(public key)를 이용하고, 암호화된 데이터에 대한 복호화를 수행할 때는 개인키(private key)를 사용하는 방식을 채택하고 있다. 대칭키 방식이나 비 대칭키 방식의 경우 모두 복호화에 사용될 키의 보호가 중요한 문제이며, 현재까지 대부분 사용되는 방식에서는 컴퓨터 내부의 은밀한 장소 (프로그램 코드 내부 혹은 CPU 레지스터 등)에 키를 보관하는 것으로 알려져 있다. 하지만, 지능적인 hacker에 의해 보관된 키는 언제든지 누출될 수 있으며, 이러한 경우 암호화된 데이터에 대한 복호화가 자유자재로 이루어짐으로써 상당히 심각한 보안상의 문제를 야기하게 된다.

그러므로 이러한 키를 컴퓨터 등에 따로 보관하지 않고 생체 고유 코드에 의해 동적으로 생성하는 경우, 키의 보관상에서 발생하는 많은 보안상의 문제를 해결 할 수 있다.

그런데 이러한 비밀번호 대용이나 혹은 암호화 키 보관을 위해 생체 인증 방법을 직접 사용할 수 있다.

즉, 도 1과 같이 현재 입력된 생체 데이터로부터 본인 인증을 수행한 후, 본인임이 확인되면 각 개인별로 미리 저장되어 있는 생체 고유 코드를 생성하여 주는 방식을 사용할 수도 있을 것이다.

그러나 이러한 경우, 미리 등록되어 있는 생체 정보와 생체 고유 코드 정보를 도 1과 같이 암호화된 구조에 포함시켜야 하며, 이러한 경우 아무리 암호화를 완벽하게 한다고 하더라도 암호화 시 사용한 키 정보가 누출되는 경우 등록된 생체 데이터와 생체 고유 코드 정도가 손쉽게 유출되는 문제점을 낳게 된다.

이러한 문제점들을 해결하기 위한 방법으로는 생체 데이터나 생체 고유 코드의 저장 없이 현재 입력된 생체 데이터로부터 동적으로 생체 고유 코드를 생성해 주는 방식이 있을 수 있다.

이러한 예로서 바이오스크립트사(Bioscrypt社)에서는 바이오스크립트(Bioscrypt)라는 보안 키 프로토콜(secure-key protocol) 방식을 제안하였다. 이 방식에서는 생체 정보를 직접적으로 저장하지 않고, 임의 위상 정보(random phase)를 이용한 생체 정보의 은닉과 함께 암호화 키의 은닉을 가능하게 하는 방법을 사용하고 있다.

이때, 은닉을 위해서는 각 개인의 생체 정보를 바탕으로 형성된 필터를 사용하고 있는데, 각 개인의 생체 정보가 필터의 입력으로 들어가게 되면 필터의 출력 으로 고유한 생체 코드가 얻어지게 된다.

이때 각 개인의 생체 정보에 대한 입력 없이는 필터로부터 생체 코드나 내부에 저장된 생체 정보의 추출이 불가능하기 때문에, 높은 수준의 보안성을 유지할 수 있다.

이러한 바이오스크립트 방식의 문제점이라고 할 수 있는 것은 실제적인 구현의 측면에 있다. 즉, 바이오스크립트 의 보안키 프로토콜에서는 이진화된 필터의 출력에서 각 비트들의 위치 정보를 참조 테이블(lookup table)의 형태로 저장하여 암호화 키의 추출을 수행하는 방식을 취하고 있다. 그러므로, 이러한 방식이 유효하기 위해선 필터 생성시 이용된 생체 정보의 공간 위치와 이후 생체 고유 코드의 취득을 위해 입력된 각 개인의 생체 정보 사이의 공간 위치가 정확히 일치해야 하는 문제점을 가지게 되는 것이다.

그러나, 실제 생체 인식 시스템의 경우, 각 개인별로 매번 생체 데이터를 입력할 때 마다 입력 데이터의 위치 변화 (translation)는 발생할 수 밖에 없으며, 이러한 문제점을 해결하기 위하여, 바이오스크립트 방식에서는 1 화소(pixel) 단위의 이동 및 정합(shift & matching)을 통해 필터에 이용된 생체 정보와 입력 생체 정보의 위치가 일치되는 지점을 찾는 방식을 사용하였다.

그러나, 이러한 방식은 기본적으로 많은 연산량을 요구하게 되며, 결과적으로 처리시간의 상당한 증가 현상을 초래하게 된다. 또한 이외에도 실제 생체 데이터를 취득할 때는 회전 변화(rotation), 크기 변화 (scaling), 밝기 변화 (brightness change) 및 기타 광학계의 특성에 의한 비 선형적인 왜곡(nonlinear distortion)등이 추가로 발생할 수 도 있게 된다. 따라서 이러한 경우, 바이오 스크립트의 단순한 이동 및 정합 방식만으로는 문제를 해결할 수 없게 된다.

본 발명은 상기한 종래기술의 제반 문제점을 해결하기 위한 것으로, 그 목적은 사전에 정의된 영역 단위의 암호화된 참조패턴(predetermined pattern)(Y)에서 사용하는 참조패턴의 종류 및 그 가지 수를 조정하고 각 개인의 생체 데이터 정보(X)로부터 각 개인 별로 고유한 생체 코드를 추출해 줄 수 있는 생체고유코드 추출필터(H)를 생성하여 각 개인마다 불변하는 고유한 생체 코드를 추출하도록 하는 생체고유코드 추출방법을 제공함에 있다.

본 발명의 목적을 달성하기 위한 본 발명에 따른 생체고유코드 추출과정은 입력된 개인의 생체 영상 데이터가 입력되면, 상기 영상 데이터의 품질을 판단한 후 선택된 생체영역에서 생체영상의 특징을 추출하는 생체특징추출 방법에 있어서, 상기 선택된 생체영상 데이터의 품질을 향상시키는 전처리과정과, 상기 전처리과정을 통해 향상된 생체영상에서 웨이블렛 변환과정을 통해 생체특징을 추출하는 생체특징추출과정과, 상기 생체영상의 특징과 기 지정된 참조패턴을 이용하여 생체고유코드 추출필터를 생성하는 필터생성과정과, 상기 생성된 생체고유코드 추출필터를 통해 입력된 생체특징으로부터 생체고유코드를 생성하는 생체고유코드 생성과정을 포함하여 이루어짐을 특징으로 한다.

이와 같이 이루어진 본 발명을 첨부된 도면을 참조하여 상세히 설명하면 다 음과 같다.

먼저, 본 발명은 입력된 생체 데이터의 변화에 무관하게 개인별로 고유한 생체 코드를 생성할 수 있다. 즉, 각 개인별로 미리 지정된 임의의 참조패턴(pre-determined pattern)을 부여한 후 각 개인별로 다양한 생체 데이터의 입력으로부터 참조 패턴의 형태가 출력으로 나올 수 있도록 하는 생체고유코드 추출필터 설계 및 설계된 생체고유코드 추출필터를 각 개인마다 할당하고, 상기 각 개인마다 할당된 생체고유코드 추출필터를 통해, 개인의 생체 데이터가 입력으로 주어졌을 때 개인마다 고유하게 할당된 불변하는 생체 코드를 획득하게 된다.

도 2는 본 발명의 일 실시 예에 따른 생체고유코드를 추출하기 위한 필터 생성과정의 흐름도로서, 각 개인별 생체 데이터가 입력되게 되면 이중 좋은 품질의 데이터가 존재하는 지를 판단하게 된다.(S102)(S104)

상기 생체 영상의 경우 좋은 품질의 데이터란 카메라 초점이 잘 맞은 선명한 영상, 홍채의 경우에 있어서 눈썹이나 눈꺼풀에 의해 생체 영역이 많이 가려지지 않은 영상, 안경에 의한 조명의 반사위치에 의해 생체 영역이 가려지지 않은 영상, 생체영상의 회전(rotation)이 많이 이루어지지 않은 영상 및 입력 영상에서의 생체 위치에 대한 X/Y 축 정렬(alignment)이 잘 이루어진 영상 등을 나타낸다.

이처럼 좋은 품질의 생체 데이터가 존재하게 되면 이러한 영상 데이터를 전처리 단에 전송하게 된다. 전처리 단에서는 입력된 생체 영상 데이터의 노이즈를 제거시키거나 영상 선명도 등을 향상하는 역할을 수행한다.(S108)

대표적인 예로는 히스토그램 이퀄라이저(Histogram equalization) 또는 가우 시안 블러링(Gaussian blurring) 등이 이에 해당된다. 상기 블러링(Blurring)의 정도를 많이 가할 수록 입력 생체 데이터의 변화에 좀 더 강인한 생체 고유 코드의 생성이 가능해진다.

상기 전처리 단을 거친 생체 영상 데이터는 특징 추출단으로 보내어 생채 영상 특징을 추출하게 된다.(S110)

이때 특징 추출을 위해서는 가버 웨이블렛(Gabor wavelet)을 포함한 다양한 웨이블렛 변환 및 기타 다른 다양한 변환 과정을 다양한 방법이 사용 될 수 있다. 경우에 따라 특징 추출 없이 영상 취득장치에서 획득된 입력 영상 자체를 이용할 수도 있다.

상기 추출된 생체 특징과 함께 미리 지정된 참조패턴(pre-determined pattern)(104)을 이용하여 필터 생성 단에서 생체 고유 코드를 추출하기 위한 생체고유코드 추출필터를 생성하게 된다.(S112)

상기 생체고유코드 추출필터 생성시 각 개인별 생체 데이터로부터 여러 개의 필터를 구한 후 이중 가장 에러률 'FRR'(본인에게 부여된 고유 생체 코드가 나오지 않을 확률) 또는 'FAR'(타인에 의해 본인의 고유 생체 코드가 나올 확률)이 작은 성능을 나타내는 필터를 선택하여 사용할 수 있다.

또한, 상기 생체고유코드 추출필터 생성시 각 개인별 생체 데이터로부터 평균값을 취한 하나의 생체 데이터를 이용하여 필터를 생성할 수 있으며, 또한 각 개인별 생체 데이터들 중 가장 품질(Quality)이 우수한 단일 혹은 복수개의 생체 데이터를 선택하여 필터생성에 이용할 수 있다.

상기 생체고유코드 추출필터 생성시 공간 영역(Spatial Domain), 주파수 영역(Frequency Domain) 혹은 공간 및 주파수 영역에서 필터를 생성할 수 있다.

상기 참조 패턴(pre-determined pattern)은 1, 2 혹은 3차원 배열의 형태로 지정 할 수 있으며 작은 영역 또는 일정 단위 길이를 갖는 단위 영역들의 집합으로서 나타낼 수 있다.

도 3은 본 발명의 실시예에 따른 생성된 필터를 이용한 생체 고유코드 추출과정의 흐름도로서, 도 2와 유사하게 입력된 생체 데이터로부터 생체 특징을 추출하게 되면(S102∼S110) 이를 생체고유코드 추출필터(102)의 입력으로 사용하게 된다.

이로부터 고유한 생체 코드가 추출되며(S120) 이를 직접 비밀번호 나 암호키로 사용할 수 도 있고(S124) 또는 에러율을 낮추고 보안성을 보다 향상하기 위해 해싱(hashing) 함수나 오류 정정 코드(ECC)등에 의한 변환을 거쳐 비밀번호 나 암호키를 생성 할 수도 있다.(S122)

도 4는 본 발명의 실시예에 따라 홍채영상에 적용한 필터생성 과정의 일 실시예를 보인 도로서, 입력된 홍채영상(111∼123)에 대하여 전처리과정을 통해 입력된 홍채영상 데이터의 노이즈를 제거시키거나 영상 선명도 등을 향상시킨 후 홍채영역(121∼123)을 추출하고, 상기 홍채영역(121∼123)에서 홍채특징(131∼133)을 추출한다.

상기 홍채특징(131∼133)과 기 지정된 참조패턴(101)을 이용하여 생체고유코드 추출필터(102)를 생성한다.

도 5는 본 발명의 실시예에 따라 홍채영상에 적용한 홍채고유코드 추출과정을 보인 도로서, 입력된 홍채영상(111)은 전처리과정을 통해 입력된 홍채영상 데이터의 노이즈를 제거시키거나 영상 선명도 등을 향상시킨 후 홍채영역(121)을 추출하고, 상기 홍채영역(121)에서 홍채특징(131)을 추출한다.

상기 도 4에서 생성된 생체고유코드 추출필터(102)를 이용하여 생체고유코드(103)를 생성한다.

도 6, 도 7은 본 발명의 실시예에 따른 주파수 영역에서의 필터 설계의 예를 나타낸 도이다.

여기서, 생체고유코드 추출필터 생성에 있어서 생체 데이터 정보 또는 추출된 생체 특징 정보의 반영 비율은 '??'에 의하여 결정된다. 상기 '??'를 작게 할 경우 생체 데이터 정보 또는 추출된 생체 특징 정보의 반영 비율이 높아져 'FAR'(타인이 본인과 같은 생체 고유 코드를 얻게 될 확률)이 낮아지게 되나, 'FRR'(본인의 미리 지정된 생체 고유 코드가 얻어지지 않을 확률)이 증가하게 된다. 반면 상기 '??'를 크게 할 경우 FRR이 낮아지는 반면 FAR이 증가하게 된다. 보안 수준에 따라 상기 '??'값을 달리하여 생체고유코드 추출필터설계가 가능하나 임계치 보다 더 큰 '??'을 이용할 경우 생체 정보의 손실로 인한 주파수 대역에서의 필터정보의 정합구간이 감소하게 되어 FRR, FAR 모두 증가 할 수 있다.

이러한 방법을 적용한 필터 설계 방식 이외에 생체 특징 정보의 반영 방법이나 참조 패턴(pre-determined pattern)과 생체 정보와의 결합 방법 등을 달리하여 생체고유코드 추출필터 설계를 달리 할 수 있다.

도 6에서 'Inter difference' 항은 본인의 생체 코드와 타인의 생체 코드사이의 차이(구분) 값을 나타내게 되며, FAR과 연관되게 된다. 그리고 상기 'Intra difference' 항은 본인의 생체 데이터들 사이의 차이값을 나타내게 되며, FRR과 연관되게 된다.

이상에서 본 발명에 따른 바람직한 실시예에 대해 설명하였으나, 생채고유코드를 추출하기 위한 다양한 변형이 가능하며, 본 기술분야에서 통상의 지식을 가진자라면 본 발명의 특허청구범위를 벗어남이 없이 다양한 변형예 및 수정예를 실시할 수 있을 것으로 이해된다.

이상에서 설명한 바와 같이, 본 발명에 따른 생체고유코드 추출방법은 잡음이 포함된 왜곡된 생체 입력 데이터로부터 각 개인마다 불변하는 고유한 생체 코드를 추출해내도록 하여, 생체 고유 코드 란 잡음이 포함된 왜곡된 생체 입력 데이터로부터 추출할 수 있는 각 개인마다 불변하는 고유한 코드 정보를 나타내며, 이러한 생체 고유 코드는 개인 비밀 번호(Password) 대용이나 암호화 시스템에서의 키 보호용도 등 다양한 분야에 적용 될 수 있는 효과가 있다.

또한 생체 고유 코드는 각 개인의 생체 데이터의 입력에 의해서만 생성이 가능하다는 점에서 높은 보안성을 제공한다. 그리고 기존의 생체 고유 코드 생성 방법에 비하여 이동(shift), 회전(rotation), 크기(scaling), 밝기(brightness) 변화 및 왜곡(distortion)등에 더 강인하며, 처리 속도나 정확성에서도 기존 방식보다 우수하다.

더불어 본 발명을 일반 금융 시스템에서의 패스워드 시스템에 적용할 경우 암호가 외부에 공개되지 않으며 개인의 생체 정보에 의해서만 접근이 가능하다는 점에서 도용이나 도난문제를 원천적으로 방지한다는 장점을 가진다. 또한 기존 스마트 카드 기술과 결합되어 사용되어 질 경우 더욱 안정적인 응용이 가능한 효과가 있다.

또한 개인의 물리적 접근을 요구하는 기존 보안 시스템에 대한 응용에 있어서도 생체 정보의 직접적인 저장이 없다는 점에서 생체 정보의 누출 방지의 효과가 있다.

Claims (8)

1. 개인의 생체영상 데이터가 입력되면, 상기 생체영상 데이터의 품질을 판단한 후 선택된 생체영역에서 생체영상의 특징을 추출하는 생체특징추출 방법에 있어서,

   상기 선택된 생체영상 데이터의 품질을 향상시키는 전처리과정;

   상기 전처리과정을 통해 향상된 생체영상에서 웨이블렛 변환과정을 통해 생체특징을 추출하는 생체특징추출과정;

   상기 생체영상의 특징과 기 지정된 참조패턴을 이용하여 생체고유코드 추출필터를 생성하는 필터생성과정; 및

   상기 생성된 생체고유코드 추출필터를 통해 입력된 생체특징으로부터 생체고유코드를 생성하는 생체고유코드 생성과정;을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 생체고유코드 추출방법.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 전처리과정에서 생체영상 데이터의 품질향상은 노이즈 제거 및 선명도를 향상시키는 것을 특징으로 하는 생체고유코드 추출방법.
3. 제 1 항에 있어서,

   상기 생체특징추출과정에서 웨이블렛 변환과정은 가버 웨이블렛을 포함한 다양한 변환과정을 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 생체고유코드 추출방법.
4. 제 1 항에 있어서,

   상기 생체고유코드 추출필터 생성과정은 각 개인별 생체 데이터로부터 여러 개의 필터를 구한 후 이중 가장 에러률 'FRR'(본인에게 부여된 고유 생체 코드가 나오지 않을 확률) 또는 'FAR'(타인에 의해 본인의 고유 생체 코드가 나올 확률)이 작은 성능을 나타내는 필터를 선택하여 사용하는 것을 특징으로 하는 생체고유코드 추출방법.
5. 제 1 항에 있어서,

   상기 생체고유코드 추출필터 생성과정은 공간 영역(Spatial Domain), 주파수 영역(Frequency Domain) 및 공간 및 주파수 영역에서 필터를 생성하는 것을 특징으로 하는 생체고유코드 추출방법.
6. 제 1 항에 있어서,

   상기 생체고유코드 추출필터 생성과정에서 상기 참조패턴은 1, 2 또는 3차원 배열의 형태로 지정하며, 작은 영역 또는 일정 단위 길이를 갖는 단위 영역들의 집합으로 이루어진 것을 특징으로 하는 생체고유코드 추출방법.
7. 제 1 항에 있어서,

   상기 생체고유코드 생성과정에 부가하여 해싱(hashing)함수나 오류 정정코드 (ECC)에 의한 변환을 거쳐 비밀번호 또는 암호화키를 생성하는 단계를 더 포함하여 이루어진 것을 특징으로 하는 생체고유코드 추출방법.
8. 제 1 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 생체데이터는 지문, 홍채, 얼굴, 음성, 정맥, DNA를 포함한 다양한 형태의 생체데이터인 것을 특징으로 하는 생체고유코드 추출방법.

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