学位论文 > 优秀研究生学位论文题录展示

可撤除掌纹识别与认证技术研究

作　者: 冷璐
导　师: 张家树
学　校: 西南交通大学
专　业: 信号与信息处理
关键词: 掌纹识别与认证 动态加权鉴别能量分析 双向二维随机压缩投影 二维PalmHash码 二维PalmPhasor码 方向共生可撤除掌纹码 垂直方向转置 双钥绑定
分类号: TP391.41
类　型: 博士论文
年　份: 2012年
下　载: 187次
引　用: 0次
阅　读: 论文下载
 

内容摘要


作为一种新兴的生物特征,掌纹已成为便捷、可靠的身份识别与认证方式。然而随着掌纹系统应用的不断推广,掌纹识别与认证系统也逐渐暴露出与其他生物特征系统相同的安全问题：●用户的生物特征终生不变,即使用户的生物特征模板遭到威胁,用户也无法撤销、更改和重新发布自己的生物特征模板。●随着生活中越来越多生物特征系统的出现,同一用户相同特征的模板很可能保存和共享于多个数据库中。如果某用户在一个数据库中的生物特征模板被成功窃取,则此用户保存在其他数据库中的生物特征模板都不再安全。●生物特征可能泄露诸如基因缺陷、疾病等个人隐私信息。人们只有两个手掌,掌纹特征资源十分有限,直接使用未加保护的掌纹将导致严重的安全隐患和隐私问题。可撤除生物特征技术是当前最有发展前景的生物特征模板保护技术之一,因此,本论文围绕可撤除掌纹识别与认证技术展开研究,主要贡献和创新工作如下：(1)动态加权鉴别能量分析算法系统总结了基于离散余弦变换(Discrete Cosine Transform, DCT)的人脸和掌纹识别算法的整体框架,深入分析和合理解释了DCT分量的掩膜和选择问题。设计了“动态加权鉴别能量分析”(Dynamic Weighted Discrimination Power Analysis, DWDPA)算法,避免了DCT分量掩膜窗口形状和尺寸的复杂优化过程,实现了更有效的分量选择准则。归一化处理避免了分量之间的鉴别性干扰。加权机制提高了分量的鉴别性,加权权重根据数据库自适应调整,对不同数据库更具普适性和鲁棒性。并在DWDPA基础上,设计并实现了可撤除生物特征方案。(2)二维可撤除生物特征模板生成算法将随机压缩投影(Random Compressive Projection, RCP)扩展为二维随机压缩投影(Two-dimensional RCP,2DRCP)和双向二维随机压缩投影(Two-directional Two-dimensional RCP,(2D)2RCP),降低了算法的计算开销和存储开销。通过将2DRCP与其他二维降维算法结合,提出了双向二维融合随机压缩投影(Two-directional Two-dimensional Fusion RCP,(2D)2FRCP),实现了不同降维算法的优势互补。(2D)2FRCP在用户使用不同口令时不能得到更理想的性能,为此提出双向二维叠加随机压缩投影(Two-directional Two-dimensional Plus RCP,(2D)2PRCP)算法。通过多种组合方式比较,确定了二维可撤除生物特征模板生成方案。(3)二维PalmHash码设计了基于纹理特征的用于安全掌纹认证的PalmHash码,并将PalmHash码从维扩展至二维,降低了计算开销和存储开销。二维PalmHash码采用Gabor滤波掌纹图像的二维随机投影(Two-dimensional Random Projection,2DRP)作为特征提取器,生成类似噪声的可撤除掌纹模板。2DRP保持了特征矩阵结构,精度更高。根据Gabor滤波掌纹图像实部和虚部的经验性分布,确定了t分布拟合模型,并在此基础上通过完整的分析框架,证明了PalmHash码的认证性能。(4)二维PalmPhasor码PalmPhasor码采用非线性运算代替PalmHash码的线性运算,提高了算法的安全性。将PalmPhasor码从一维扩展至二维,降低了计算开销、存储开销,提高了精度。根据Gabor滤波掌纹图像实部和虚部的分布特性,通过完整的分析框架,证明了PalmPhasor码的认证性能。(5)方向共生可撤除掌纹码建立了方向共生可撤除掌纹码框架。采用多方向分数级融合降低了匹配分数方差,提高了认证性能。采用垂直方向转置降低了垂直方向二维可撤除掌纹码的相关性,提高了抵抗统计攻击的鲁棒性。通过认证性能分析和实验结果,证明了两种策略增强的二维可撤除掌纹码可以同时有效地满足可撤除生物特征的多项指标,即使在口令被盗的情况下,仍满足实用化的精度要求。(6)双钥绑定可撤除掌纹加密系统传统生物特征密钥生成算法未考虑生物特征密钥的可撤除性,一旦生物特征密钥泄露,将导致被盗用户永远无法使用相应的生物特征认证系统和加密系统。在二维可撤除掌纹码的基础上,设计了“双钥绑定(dual-key-binding)掌纹加密系统”方案,此系统中的掌纹密钥不仅满足多样性,可以取消和重新发布,还增强了掌纹密钥生成过程的不可逆性,有效保护了原始掌纹特征。同时,增强了系统抵抗选择明文攻击的能力。综上所述,本文的算法和方案有效保证了用户掌纹特征的安全性和隐私性,提高了公众对掌纹系统的接受度。相应的研究成果不仅对可撤除生物特征识别与认证的相关研究具有重要的理论参考,还有助于推动生物特征相关技术标准的制定和大规模应用推广,具有明显的社会效益和经济价值。

全文目录


摘要  6-8
Abstract  8-16
第1章 绪论  16-48
  1.1 课题背景与研究意义  16-18
  1.2 生物特征特点及类别  18-19
  1.3 掌纹识别与认证算法  19-24
    1.3.1 掌纹的优势  19-20
    1.3.2 掌纹定位  20-21
    1.3.3 掌纹特征提取  21-24
  1.4 安全掌纹识别与认证评价指标  24-33
    1.4.1 掌纹识别与认证评价指标  24-30
    1.4.2 掌纹系统安全隐患  30-31
    1.4.3 掌纹模板保护评价指标  31-33
  1.5 生物特征模板保护国内外研究现状  33-44
    1.5.1 生物特征模板保护技术分类  33-35
    1.5.2 基于信息隐藏的方法  35-37
    1.5.3 基于加密的方法  37-40
    1.5.4 基于变换的方法  40-44
    1.5.5 基于混合的方法  44
  1.6 本文的主要研究成果  44-46
  1.7 论文的组织结构  46-48
第2章 动态加权鉴别能量分析及其可撤除生物特征算法  48-69
  2.1 基于DCT的生物特征识别认证算法  48-51
    2.1.1 整体框架  48-49
    2.1.2 掩膜算法  49-50
    2.1.3 系数选择  50-51
    2.1.4 加权调节  51
  2.2 动态加权鉴别能量分析算法  51-60
    2.2.1 算法原理  51-54
    2.2.2 实验结果及分析  54-60
    2.2.3 结论  60
  2.3 基于动态加权鉴别能量分析的可撤除生物特征  60-68
    2.3.1 伪随机数发生器  60-63
    2.3.2 基于动态加权鉴别能量分析特征的可撤除生物特征方案  63
    2.3.3 基于向量平移的可撤除生物特征算法  63-64
    2.3.4 实验结果及分析  64-68
  2.4 本章小结  68-69
第3章 基于随机压缩投影的二维可撤除生物特征算法  69-87
  3.1 随机投影  69-70
  3.2 随机压缩投影的维数扩展  70-72
    3.2.1 一维随机压缩投影  70-71
    3.2.2 二维随机压缩投影  71
    3.2.3 双向二维随机压缩投影  71-72
  3.3 双向二维融合随机压缩投影算法  72-75
  3.4 实验结果及分析  75-79
    3.4.1 二维降维算法  75
    3.4.2 双向二维降维算法  75-77
    3.4.3 双向二维融合随机压缩投影算法  77-79
    3.4.4 结论  79
  3.5 二维可撤除生物特征算法  79-86
    3.5.1 算法原理  79-80
    3.5.2 实验结果及分析  80-86
  3.6 本章小结  86-87
第4章 2DPalmHash Code及其认证性能分析  87-111
  4.1 引言  87-88
  4.2 BioHash算法  88
  4.3 PalmHash Code原理  88-90
    4.3.1 1DPalmHash Code  88-89
    4.3.2 2DPalmHash Code  89-90
  4.4 PalmHash Code认证性能分析  90-106
    4.4.1 Gabor滤波掌纹图像分布特性  90-92
    4.4.2 引理及证明  92-97
    4.4.3 认证性能分析  97-106
  4.5 实验结果及分析  106-110
  4.6 本章小结  110-111
第5章 2DPalmPhasor Code及其认证性能分析  111-126
  5.1 引言  111
  5.2 BioPhasor算法  111-112
  5.3 PalmPhasor Code原理  112-113
    5.3.1 1DPalmPhasor Code  112-113
    5.3.2 2DPalmPhasor Code  113
  5.4 PalmPhasor Code认证性能分析  113-121
    5.4.1 引理及证明  113-114
    5.4.2 认证性能分析  114-121
  5.5 实验结果及分析  121-125
  5.6 本章小结  125-126
第6章 方向共生可撤除掌纹码  126-147
  6.1 引言  126
  6.2 多方向分数级融合  126-132
    6.2.1 融合准则  126-129
    6.2.2 引理及证明  129-131
    6.2.3 认证性能分析  131-132
  6.3 垂直方向转置  132-136
    6.3.1 垂直方向可撤除掌纹码相关性分析  132-136
    6.3.2 算法原理  136
  6.4 实验结果及分析  136-146
  6.5 本章小结  146-147
第7章 双钥绑定可撤除掌纹加密系统  147-157
  7.1 生物特征加密系统的安全漏洞  147-148
  7.2 双钥绑定可撤除掌纹加密系统  148-152
    7.2.1 可撤除掌纹特征  148
    7.2.2 双钥绑定置乱  148-149
    7.2.3 双钥绑定可撤除掌纹密钥认证  149-151
    7.2.4 双钥绑定可撤除生物特征加密系统  151-152
  7.3 实验结果及分析  152-156
    7.3.1 纠错编码参数设置  152-153
    7.3.2 安全分析  153-154
    7.3.3 效率分析  154-156
  7.4 本章小结  156-157
总结和展望  157-159
致谢  159-160
参考文献  160-175
攻读博士学位期间发表的学术论文及科研成果  175

相似论文

  1. 基于小波变换的数字水印方法研究及其在生物认证中的应用,TP391.41
  2. 基于掌纹和数字水印的网络身份认证方法研究,TP309.7
  3. 基于FPGA的数字图像处理基本算法研究与实现,TP391.41
  4. 基于FPGA的高速图像预处理技术的研究,TP391.41
  5. 2D人脸模板保护算法研究,TP391.41
  6. 基于三维重建的焊点质量分类方法研究,TP391.41
  7. 空中目标与背景的红外图像仿真技术研究,TP391.41
  8. 基于智能学习的多传感器目标识别与跟踪系统研究,TP391.41
  9. 基于TMS320C6713的SPIHT图像压缩算法研究及实现,TP391.41
  10. 双传感器图像联合目标检测及系统实现研究,TP391.41
  11. 雾天或背光条件下图像清晰化算法研究及硬件实现,TP391.41
  12. 基于纹理特征的视频编码技术研究,TP391.41
  13. 胆囊炎和肾病综合症脉象信号的特征提取与分类研究,TP391.41
  14. Q学习在基于内容图像检索技术中的应用,TP391.41
  15. 基于多示例学习的用户关注概念区域发现,TP391.41
  16. 图像的稀疏表示及编码模型研究,TP391.41
  17. 森林防火系统中图像识别算法的研究,TP391.41
  18. 基于感兴趣信息的高光谱图像压缩技术研究,TP391.41
  19. 基于物理模型的真实感流体实时仿真技术,TP391.41
  20. 直推式支持向量机研究及其在图像检索中的应用,TP391.41
  21. 中医舌诊中舌形与齿痕的特征提取及分类研究,TP391.41

中图分类: > 工业技术 > 自动化技术、计算机技术 > 计算技术、计算机技术 > 计算机的应用 > 信息处理（信息加工） > 模式识别与装置 > 图像识别及其装置
© 2012 www.xueweilunwen.com