可复用手掌纹脉双源密钥多域复合提取技术研究

Biometric key authentication plays complementary advantages of both biometrics and cryptography, which is the cutting-edge direction and development trend of the current authentication technologies. However, several problems exist in palmprint and palmvein key authentication systems, including the reusability of biometric key, the effective extraction of dual-source compound key in multi-domain, great fault-tolerant costs, the privacy of original biometrics, etc. To address the aforementioned problems, combining the theories and technologies of biometric authentication, biometric template protection and biometric key generation, this project proposes the concept of reusable compound key extracted from dual-source of palm-print-vein, and attempts to develop the corresponding practical framework of compound extraction in multi-domain. The main research contents include: 1) Reduction and combination mode optimization of dual-source feature of palm-print-vein for fault-tolerant cost suppression; 2) Palm-print-vein template protection based on dual-factor non-invertible transform fusing users' features and tokens; 3) Reusable key extraction and authentication based on cancelable palm-print-vein features; 4) Extraction and authentication of reusable compound key extracted from dual-source of palm-print-vein in multi-domain. The innovative and original contributions of this project will enrich and boost the authentication theory and technology of reusable dual-source compound key. Moreover, this project will broaden the application range of biometric authentication and provide the related research with important theoretical meaning and abundant reference values.

生物特征密钥认证技术互补了生物特征和密码学的双重优势，代表了当前认证技术领域的前沿方向和发展趋势。针对现有掌纹和掌脉密钥认证技术中的密钥复用性、双源密钥多域复合的有效提取、容错开销庞大、原始特征隐私性等问题，本项目结合生物特征认证、模板保护及密钥生成等理论和方法，提出可复用手掌纹脉双源复合密钥的概念，并研究相应的实用化多域复合提取框架。主要研究内容包括：1、降低容错开销的手掌纹脉双源特征约简和组合模式优化；2、基于用户特征和口令的双因不可逆变换的手掌纹脉模板保护技术；3、基于可撤销手掌纹脉特征的可复用密钥提取和认证方案；4、双源模式下可复用手掌纹脉复合密钥的多域提取和认证。本项目取得的预期创新成果将丰富和发展可复用双源复合密钥认证的理论和方法，扩展生物特征认证的应用范围，对相关领域的研究也具有重要的理论参考意义和丰富的借鉴价值。

项目的背景.由于多方面的优势，近年来掌纹和掌脉(手掌静脉)得到了日益广泛的关注和应用。从两种模态的双源特征中通过多域复合机制提取稳定的手掌纹脉信息，嵌入到密码学系统中，可以实现传统密码系统升级为生物特征密码系统的平滑过度，互补生物特征和密码学两种认证方式的优势，充分发挥双源生物特征系统的潜能，大力扩展生物特征技术的应用范围和领域。..主要研究内容.非接触式掌纹/掌脉采集系统和强干扰条件下的预处理.降低容错开销的手掌纹脉双源特征约简和组合模式优化.基于生物特征和可变外部因子的双因不可逆变换模板保护.基于可撤销手掌纹脉特征的可复用密钥提取和认证方案.双源模式下可复用手掌纹脉复合密钥的多域提取和认证..重要结果.(1) 自主研发和实现了非接触式掌纹掌脉采集装置，采集和扩充了测试数据集。设计了辅助定位采集和低复杂度的预处理方案，降低了算法复杂度和复杂场景下的失效率。.(2) 通过平衡计算效率和精度性能，得出掌纹和掌脉多方向特征融合时方向个数选取的理论指导。由鉴别能量分析对特征排序，选择高鉴别性特征并自适应加权。.(3) 建立二值化可撤销模板差异度的数学模型及平移匹配的修正模型。分析了可撤销码的非线性属性，非线性是提高安全性的改进方向。通过转置接近垂直方向的二维可撤销码，有效提高了认证精度和模板的安全属性。.(4) 结合可撤销模板保护技术和密钥提取技术，形成混合级联密钥提取框架。证明了二维可撤销掌纹/掌脉模板的三项属性，并构造了模糊保险箱，解决了现有方案的诸多缺陷。.(5) 对掌纹和掌脉生成的多方向可撤销模板进行优选，通过低相关性、认证精度排序等策略，形成优化的组合配置。在多源特征空间建立手掌纹脉特征级融合方式。..关键数据.积累了丰富的掌纹、掌脉国际公开测试数据集，自主采集和扩展了样本数据库。积累了生物特征识别、模板保护、密钥提取、多模融合等经典算法的大量程序代码和丰富实验结果。..科学意义.本项目综合运用模式识别、信息安全、信息融合等领域的理论，形成了可复用手掌纹脉双源密钥多域复合提取技术的体系框架，完善相应的性能评价指标体系，解决生物特征技术推广中的准确性、安全性、隐私性、效率性等瓶颈问题，形成实用化技术的有效指导，也为相关领域的研究提供了重要的理论参考。