CN105243306A - 生物识别usb key装置及设备 - Google Patents

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Abstract

本发明公开一种生物识别USB？KEY装置，包括芯片、存储模块、USB接口、外壳和电源，还包括生物特征数据采集模块、生物特征验证模块和生物特征模板更新模块，所述存储模块用于存储生物特征模板、私钥和数字证书，所述芯片包括生物特征处理模块和控制模块，所述生物特征处理模块用于从生物特征数据中处理提取生物特征，所述控制模块用于在所述生物特征验证模块验证生物特征通过后授权使用所述存储模块中的私钥和数字证书进行数字签名以及控制所述生物特征模板更新模块更新生物特征模板。本发明提高了生物识别USB？KEY装置的安全性以及身份验证的准确性和可靠性。

Description

生物识别USB KEY装置及设备
技术领域
本发明涉及电子信息安全领域，尤其涉及一种生物识别USBKEY装置及设备。
背景技术
现今电子设备通讯安全越来越多地受到来自黑客、恶意代码、木马程序和病毒的威胁。采用传统的“账户名+口令”的方式进行用户身份验证时，黑客可以通过视频监控或者木马监控程序检测到用户的键盘输入，进而盗取用户账户信息，给用户的隐私和财产造成极大的安全隐患。
现有的USBKEY设备内置芯片、存储模块和芯片操纵***，可以存储用户私钥和数字证书及用户个人信息等，通过PIN码实现对数字证书和私钥的安全保护，利用内置的密码算法实现对用户的身份认证。但是，黑客同样可以通过网络截取用户的PIN码及账户口令，并通过网络调用私钥和数字证书，这同样给用户的电子信息安全构成极大威胁。因此，现有的USBKEY装置在安全性和可靠性方面有待改进。
发明内容
本发明所解决的技术问题是提供一种生物识别USBKEY装置及设备，解决现有USBKEY设备安全性和可靠性不高的技术缺陷。
根据本发明的一个实施例，提供一种生物识别USBKEY装置，用于具有USB接口的电子设备，其包括芯片、存储模块、USB接口、外壳和电源，还包括用于采集生物特征数据的生物特征数据采集模块、用于验证生物特征的生物特征验证模块和用于更新生物特征模板的生物特征模板更新模块，所述生物特征采集模块设置在所述外壳表面与所述芯片连接，所述生物特征验证模块、生物特征模板更新模块、芯片和存储模块设置在所述外壳内部的主板上，所述存储模块用于存储生物特征模板、私钥和数字证书，所述芯片包括生物特征处理模块和控制模块，所述生物特征处理模块用于从生物特征数据中处理提取生物特征，所述控制模块用于在所述生物特征验证模块验证生物特征通过后授权使用所述存储模块中的私钥和数字证书进行数字签名以及控制所述生物特征模板更新模块更新生物特征模板。
优选的，所述生物特征可以为指纹特征、静脉特征、面部特征、虹膜特征、视网膜特征或声纹特征及其组合。
优选的，所述生物特征模板更新模块包括细节点属性提取模块、筛选模块和模板生成模块，所述细节点属性提取模块用于从生物特征中提取细节点的属性，所述筛选模块用于从细节点的属性中筛选出达到预设质量要求的细节点的属性，所述模板生成模块用于将所述筛选模块筛选出来的细节点的属性与生物特征模板中对应细节点的属性综合生成新的生物特征模板。
优选的，所述生物特征模板更新模块包括细节点属性提取模块、筛选模块和模板生成模块，所述细节点属性提取模块用于从生物特征中提取细节点的属性，所述筛选模块用于从细节点中筛选出达到预设出现概率的细节点，所述模板生成模块用于将所述筛选模块筛选出来的细节点的属性与生物特征模板中对应细节点的属性综合生成新的生物特征模板。
优选的，所述生物识别USBKEY装置还包括与所述芯片连接的生物特征比对阈值调整模块，用于调整生物特征模板的比对阈值。
优选的，所述生物特征比对阈值调整模块可根据预设的时间-比对阈值表格自动调整比对阈值。
优选的，所述生物特征比对阈值调整模块可根据生物特征验证成功与失败的结果调整比对阈值。
优选的，所述生物特征比对阈值调整模块在生物特征验证成功时降低预设额度的比对阈值而在生物特征验证失败时提高预设额度的比对阈值。
优选的，所述生物特征比对阈值调整模块在预设的最低阈值与最高阈值范围内调整比对阈值。
根据本发明的另一实施例，还提供一种设备，其包括上述任一项所述的生物识别USBKEY装置。
本发明提供的生物识别USBKEY装置，通过验证生物特征来验证用户的合法身份，在生物特征身份验证通过后才授权使用密钥和数字证书进行数字签名，避免了传统PIN码容易被非法破解或截取的缺陷，极大提高了生物识别USBKEY装置的安全性，而生物特征模板的动态更新优化，提高了所述生物识别USBKEY装置身份验证的准确性和可靠性。
附图说明
图1为本发明第一实施例的生物识别USBKEY装置的结构框图。
图2为本发明第一实施例中生物识别USBKEY装置的生物特征模板更新模块的结构框图。
图3为本发明第二实施例的生物识别USBKEY装置的生物特征模板更新模块的结构框图。
图4为本发明第三实施例的生物识别USBKEY装置的结构框图。
具体实施方式
本发明提供了一种生物识别USBKEY装置及设备。为使本发明的目的、技术方案及效果更加清楚、明确，以下参照附图并举实例对本发明进一步详细说明。
本发明所述的生物识别USBKEY装置可以应用于任何具有USB接口的电子设备，比如智能手机、平板电脑、掌上电脑、笔记本电脑和POS机等。进一步的，所述生物识别USBKEY装置不但可以配合其他电子设备使用，还可以作为一个固定组件内嵌在电子设备中使用。所述生物识别功能可以为指纹识别、静脉识别、面部识别、虹膜识别、视网膜识别和声纹识别功能及其组合的多模识别功能，对应的生物特征为指纹特征、静脉特征、面部特征、虹膜特征、视网膜特征和声纹特征。为了方便描述，以下仅以具有虹膜识别功能的USBKEY装置为例对本发明做详细说明。
图1为本发明第一实施例的生物识别USBKEY装置的结构框图。如图所示，所述虹膜识别USBKEY装置包括芯片10、存储模块20、USB接口30、虹膜特征数据采集模块40、虹膜特征验证模块50、虹膜特征模板更新模块60、外壳和电源。
在本实施例中，所述外壳呈长方体状，为金属和/或塑料材料，用于给所述虹膜识别USBKEY装置提供外部支撑。所述外壳内部固定设置有主板，用于内部组件的固定保护。所述存储模块20为内部存储模块，设置在主板上与所述芯片10连接，用于存储虹膜特征模板、私钥和数字证书。特别的，所述存储单元包括安全存储区，用于存储对信息安全要求非常高的用户的虹膜特征模板，通常所述安全存储区通过对称算法进行加密并设置为隐藏状态。在本实施例中，所述安全存储区存储虹膜特征模板，所述虹膜特征模板为通过所述虹膜特征数据采集模块40采集得到用户的虹膜特征数据并通过所述芯片10内部的虹膜特征处理模块101通过虹膜算法提取虹膜特征而生成。所述电源为可充电锂电池，可拆卸卡合在外壳内部的槽体里与所述芯片10连接，用于给所述虹膜识别USBKEY装置供电。所述USB接口30为标准USB接口，可与外接终端设备的USB接口连接，用于对外数据通讯以及调用所述存储模块20存储的私钥和数字证书进行数字签名。
所述虹膜特征数据采集模块40设置在所述外壳的外部表面与所述芯片10连接，用于采集用户的虹膜图像数据。所述虹膜特征数据采集模块40为高清晰度高像素的CCD光学图像传感器。当用户将眼球的中心正对虹膜识别采集窗口并适当调整距离时，所述虹膜特征数据采集模块40就可以感测用户的虹膜并自动聚焦采集用户的虹膜特征图像，然后将用户的虹膜特征图像传送给所述芯片10的虹膜特征处理模块101。由于虹膜图像非常小但包含非常多的生物特征信息，所以通常要采用专用高清晰度的CCD图像传感器，通常像素要超过500dpi。
所述虹膜特征验证模块50，设置在所述外壳内部的主板上与所述芯片10相连，用于将所述芯片10的所述虹膜特征处理模块101提取的虹膜特征与预先存储在所述存储模块20安全存储区的虹膜特征模板进行比对，以验证用户身份。所述虹膜特征验证模块50对两者进行相似度比对，若两者的相似度超过预定阀值，则判定所述身份验证成功；否则判定身份验证失败。
所述芯片10固定设置在主板上，为所述虹膜识别USBKEY装置的核心部分，其包括虹膜特征处理模块102和控制模块102。所述虹膜特征处理模块102通过虹膜识别算法从所述虹膜特征数据采集模块40采集到的虹膜特征图像中提取用户的虹膜特征。具体的，所述虹膜特征处理模块102通过虹膜识别算法对虹膜特征图像进行质量评价、预处理（虹膜内外圆定位、眼睑定位、虹膜归一化、图像增强、去噪）、活体检测等处理提取用户的虹膜特征。
在所述虹膜特征处理模块102提取到虹膜特征后，所述虹膜验证模块50将提取到的虹膜特征与所述存储模块20存储的虹膜特征模板进行比对以验证用户身份。只有当虹膜验证身份成功时，所述控制模块102才授权使用所述存储模块20中的私钥和数字证书进行数字签名；当虹膜身份验证失败时，提示用户重新采集虹膜再次进行虹膜身份验证，所述控制模块102并不授权使用所述存储模块20中的私钥和数字证书进行数字签名。
在本实施例中，当虹膜验证身份成功时，所述控制模块102还控制所述生物特征模板更新模块60更新生物特征模板。
参见图2，本发明实施例中所述虹膜特征模板更新模块60包括细节点属性提取模块601、筛选模块602和模板生成模块603。
具体的，所述细节点属性提取模块601用于从生物特征中提取细节点的属性。所述虹膜的细节点包括腺窝、皱褶、色素斑等代表虹膜图像特征的点。所述虹膜的细节点属性指纹各细节点的类型、坐标、方向、曲率及其周围细节点的数量。所述筛选模块602用于从细节点的属性中筛选出达到预设质量要求的细节点的属性，所述模板生成模块603用于将所述筛选模块602筛选出来的细节点的属性与生物特征模板中对应细节点的属性综合生成新的生物特征模板。这样，在虹膜身份验证成功时，将所述虹膜特征中高质量的细节点的属性与虹膜特征模板中对应细节点的属性进行求和平均综合形成新的虹膜特征模板，动态地优化了虹膜特征模板的质量，提高了所述虹膜识别USBKEY装置身份验证的准确性和可靠性。
本发明第一实施例提供的虹膜识别USBKEY装置，通过验证虹膜特征来验证用户的合法身份，在虹膜身份验证通过后才授权使用密钥和数字证书进行数字签名，避免了传统PIN码容易被非法破解或截取的缺陷，极大提高了虹膜识别USBKEY装置的安全性，而虹膜特征模板的动态更新优化，提高了所述虹膜识别USBKEY装置身份验证的准确性和可靠性。
图3为本发明第二实施例的生物识别USBKEY装置的生物特征模板更新模块的结构框图。如图所示，所述生物特征模板更新模块包括细节点属性提取模块605、筛选模块606和模板生成模块607。
所述细节点属性提取模块605用于从生物特征中提取细节点的属性。所述虹膜的细节点包括腺窝、皱褶、色素斑等代表虹膜图像特征的点。所述虹膜的细节点属性指纹各细节点的类型、坐标、方向、曲率及其周围细节点的数量。所述筛选模块606用于从细节点中筛选出达到预设出现概率的细节点。具体的，所述筛选模块606在每次虹膜特征验证成功时统计虹膜特征的所有细节点并存档历史记录，当一个新的虹膜特征验证成功时，所述筛选模块606根据存档历史记录快速推算出所述指纹特征所有细节点的出现概率，然后提取达到预设出现概率的细节点，提取的细节点显然是虹膜特征图像最具有代表性的高频细节点。所述模板生成模块607用于将所述筛选模块筛选出来的高频细节点的属性与生物特征模板中对应细节点的属性求和平均综合生成新的生物特征模板。这样，在虹膜身份验证成功时，将所述虹膜特征中高频出现的细节点的属性与虹膜特征模板中对应细节点的属性进行求和平均综合形成新的虹膜特征模板，动态地优化了虹膜特征模板的质量，提高了所述虹膜识别USBKEY装置身份验证的准确性和可靠性。
图4为本发明第三实施例的生物识别USBKEY装置的结构框图。如图所示，在第一实施例的基础上，所述虹膜识别USBKEY装置还包括与所述芯片10连接的虹膜特征比对阈值调整模块70，用于调整生物特征模板的比对阈值。
具体的，用户可根据个人喜好或实际的安全等级需要，在所述虹膜特征比对阈值调整模块70预先设置时间-比对阈值表格，所述生物特征比对阈值调整模块70可根据预设的时间-比对阈值表格和***时间自动调整匹配比对阈值。比如以一天24个小时为例，可设置1点至7点的比对阈值为85、8点至17点的比对阈值为82、18点至24点比对阈值为89等等，在安全性要求特别要求高的时间设置较高的比对阈值，提高安全性；在安全性要求特别要求较低的时间设置较低的比对阈值，在保证一定的安全性的前提下提高虹膜比对和验证的效率。
在本发明的另一实施例中，所述虹膜特征比对阈值调整模块70可根据虹膜特征验证成功与失败的结果调整比对阈值。具体的，用户可在，所述虹膜特征比对阈值调整模块70设置最低阈值和最高阈值的警戒线以及标准阈值以及阈值调整规则。比如，所述生物特征比对阈值调整模块70可设置阈值调整在最低阈值65和最高阈值95的警戒线中间动态调整，设置标准阈值为80以及阈值调整规则为：所述虹膜特征验证模块50每次虹膜验证成功就在所述标准阈值80的基础上减去预设额度0.1，在虹膜比对保证安全性的前提下降低比对阈值而提高比对和验证效率，而在每次虹膜验证失败时在就在所述标准阈值80的基础上加上预设额度0.1，进一步提高和保证虹膜比对和验证的安全性和可靠性。这样，所述虹膜特征比对阈值调整模块70可根据每次虹膜验证的结果动态调整虹膜特征的比对阈值，动态地优化平衡虹膜比对的安全性可靠性与比对验证效率，提高了虹膜特征比对的用户体验。
上述多个实施例中虹膜识别USBKEY装置仅为举例说明，本发明提供的生物识别USBKEY装置显然还可以应用于静脉识别、面部识别、虹膜识别、视网膜识别和声纹识别功能及其组合的多模识别功能的USBKEY装置，而不受限于上述实施例，其发明构思、具体的结构和实现原理都与上述实施例类似，这里不再赘述。
综上所述，本发明提供的生物识别USBKEY装置，通过验证生物特征来验证用户的合法身份，在生物特征身份验证通过后才授权使用密钥和数字证书进行数字签名，避免了传统PIN码容易被非法破解或截取的缺陷，极大提高了生物识别USBKEY装置的安全性，而生物特征模板的动态更新优化，提高了所述生物识别USBKEY装置身份验证的准确性和可靠性。
可以理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，而所有这些改变或替换都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (10)

1.一种生物识别USBKEY装置，用于具有USB接口的电子设备，其包括芯片、存储模块、USB接口、外壳和电源，其特征在于，还包括用于采集生物特征数据的生物特征数据采集模块、用于验证生物特征的生物特征验证模块和用于更新生物特征模板的生物特征模板更新模块，所述生物特征采集模块设置在所述外壳表面与所述芯片连接，所述生物特征验证模块、生物特征模板更新模块、芯片和存储模块设置在所述外壳内部的主板上，所述存储模块用于存储生物特征模板、私钥和数字证书，所述芯片包括生物特征处理模块和控制模块，所述生物特征处理模块用于从生物特征数据中处理提取生物特征，所述控制模块用于在所述生物特征验证模块验证生物特征通过后授权使用所述存储模块中的私钥和数字证书进行数字签名以及控制所述生物特征模板更新模块更新生物特征模板。
2.如权利要求1所述的生物识别USBKEY装置，其特征在于，所述生物特征可以为指纹特征、静脉特征、面部特征、虹膜特征、视网膜特征或声纹特征及其组合。
3.如权利要求1或2所述的生物识别USBKEY装置，其特征在于，所述生物特征模板更新模块包括细节点属性提取模块、筛选模块和模板生成模块，所述细节点属性提取模块用于从生物特征中提取细节点的属性，所述筛选模块用于从细节点的属性中筛选出达到预设质量要求的细节点的属性，所述模板生成模块用于将所述筛选模块筛选出来的细节点的属性与生物特征模板中对应细节点的属性综合生成新的生物特征模板。
4.如权利要求1或2所述的生物识别USBKEY装置，其特征在于，所述生物特征模板更新模块包括细节点属性提取模块、筛选模块和模板生成模块，所述细节点属性提取模块用于从生物特征中提取细节点的属性，所述筛选模块用于从细节点中筛选出达到预设出现概率的细节点，所述模板生成模块用于将所述筛选模块筛选出来的细节点的属性与生物特征模板中对应细节点的属性综合生成新的生物特征模板。
5.如权利要求1或2所述的生物识别USBKEY装置，其特征在于，还包括与所述芯片连接的生物特征比对阈值调整模块，用于调整生物特征模板的比对阈值。
6.如权利要求5所述的生物识别USBKEY装置，其特征在于，所述生物特征比对阈值调整模块可根据预设的时间-比对阈值表格自动调整比对阈值。
7.如权利要求5所述的生物识别USBKEY装置，其特征在于，所述生物特征比对阈值调整模块可根据生物特征验证成功与失败的结果调整比对阈值。
8.如权利要求7所述的生物识别USBKEY装置，其特征在于，所述生物特征比对阈值调整模块在生物特征验证成功时降低预设额度的比对阈值而在生物特征验证失败时提高预设额度的比对阈值。
9.如权利要求8所述的生物识别USBKEY装置，其特征在于，所述生物特征比对阈值调整模块在预设的最低阈值与最高阈值范围内调整比对阈值。
10.一种设备，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的生物识别USBKEY装置。
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