CN1980374A - 基于生物特征的信息加密和解密方法 - Google Patents

Abstract

本发明基于生物特征的信息加密与解密方法，特征是将从生物特征身份识别***获得的图像特征值数据作为密钥，构成一密钥图像，将密钥图像和被加密图像分别进行傅立叶变换获得图像频谱值，再将两个频谱值中的相位相加，构成新的相位值来置换被加密图像的频谱的相位值并保持模不变；进行傅立叶逆变换即为加密图像，发送给用户；解密时由实时采集授权者的生物特征值获取密钥信息，然后进行加密过程的逆过程实现解密。本发明通过在线实时采集授权者的生物特征值，密钥信息无须保存和记忆，由于不保存密钥信息，则密钥信息无法复制，信息的解密必须由授权者本人亲自到场解密，非授权者无法获取正确的密钥，有效确保了加密信息的安全。

Description

基于生物特征的信息加密和解密方法

技术领域：

本发明属于信息安全及生物特征识别技术领域，特别涉及网络传输中多媒体信息的加密与解密方法。

背景技术：

随着互联网的广泛普及，解决信息传输的安全问题显得越来越迫切，对图像、音频、视频信号的加密传输方法的研究正方兴未艾。

据《信息与控制》(Vol.32，No.4，339-343)“图像加密技术新进展”一文介绍，目前图像加密主要有以下几种方法：(1)基于矩阵变换/像素置换的加密，(2)基于“密钥图像”的加密；(3)基于m序列的图像随机加密；(4)基于混沌图像加密技术等。从技术上讲，图像信息作为一种数据格式是完全能够用现代密码体制来加密的，图像加密后，原来的数字图像变为类似于信道随机噪声的信息，这些信息对不知道密钥的网络窃听者是不可识别的(除非进行了有效破译)，进而可以有效地保护传输中的图像数据。然而，现有的图像加密，重点集中在研究密钥的生成和图像编码方法，关注的是加密图像的信息安全。但加密图像在解密时均需要密钥信息，而这些密钥信息也是由网络传输的，因此，这些加密方法存在一个共性问题---忽略了密钥的传输与获取的安全性问题；同时，这些密钥信息具有可复制性，出于使用上的方便，众多的用户往往将密钥信息保存于计算机中，这也给信息安全带来隐患。

目前，某些单生物特征的身份识别技术，例如指纹、虹膜、人脸、手形，已经在一些专用领域投入了实际的应用，而且表现出生物特征识别的巨大优越性。从医学和统计学看，生物特征对个体人来说是唯一的，比如专利申请号为200510094438.1提出的“基于虹膜和人脸的多模态生物特征身份识别***”，其识别的错误率极低。然而生物特征的这一特点现主要用在身份识别技术中，尚未见在信息安全领域中得到应用。

发明内容：

本发明提出一种基于生物特征的信息加密与解密方法，以解决加密信息的安全和密钥的安全性问题。

本发明基于生物特征的信息信息加密与解密方法，包括信息的加密操作和信息的解密操作；其特征在于：

所述信息的加密操作为：首先将从生物特征身份识别***获得的图像特征值数据，通过二次编码得到主值区数据，作为加密的密钥数据，按被加密图像的大小对该数据灰度级像素按行复制或按列复制构成一密钥图像，再对密钥图像和被加密图像分别进行傅立叶变换，获得由模和相位构成的图像频谱值；将两个频谱值中的相位相加，构成新的相位值，用该相位值置换被加密图像的频谱的相位值，用该相位值和被加密图像的频谱值的模构成新的频谱值；最后进行傅立叶逆变换，并将由此获得的傅立叶逆变换结果即加密图像发送给用户；

所述信息的解密操作为：通过生物特征身份识别***实时采集密钥授权者的生物特征值，将由此获取的图像特征值数据即密钥信息，按被加密图像的大小对该数据灰度级像素按行复制或按列复制构成一密钥图像，然后对密钥图像和加密图像分别进行傅立叶变换，获得由模和相位构成的图像频谱值；将两个频谱值中的相位相减，构成新的相位值，用该相位值置换加密图像的频谱的相位值，用该相位值和加密图像的频谱值的模构成新的频谱值；最后进行傅立叶逆变换，即实现解密。

所述生物特征包括虹膜、人脸或指纹。其中虹膜生物特征的识别率较高。人脸或指纹生物特征经生物特征身份识别***处理后，其生物特征值数据在数据量的大小上虽与虹膜生物特征值数据有所不同，但也可按与上述类似的方式将其转化为密钥，并构成密钥图像。

与现有技术相比较，由于本发明方法利用人体的生物特征值作为密钥，确保了密钥的唯一性；由于本发明采取在线实时采集授权者的生物特征值数据作为密钥，密钥无须传送，保存和记忆；由于本发明中信息的解密须采集授权者的生物特征值由此获取的图像特征值数据作为密钥信息，因此必须由授权者本人亲自到场解密，且进行生物特征的活性检测，非授权者无法获取正确的密钥，具有不可复制性，使得攻击者共同享用密钥的可能性被制止；避免了现有加密技术中加密图像的解密由于加密方重新发送密钥而对密钥安全受到的威胁：因为任何非授权者一旦获取密钥信息，都可进行解密操作；同时，这些密钥信息具有可复制性，攻击者可共同享用密钥信息；也避免了由于用户往往习惯将密钥保存在计算机中而给密码攻击者带来的可趁之机。因此，本发明克服了现有加密技术中的密钥安全性问题，实现了授权者在线实时解密方法，有效确保了加密信息的安全。

附图说明：

图1为本发明信息的加密方式流程原理示意图；

图2为本发明信息的解密方式流程原理示意图。

具体实施方式：

实施例1：采用基于虹膜生物特征的信息加密和解密方法实施方式

本实施例中采用的虹膜生物特征的身份识别***，是专利申请号为200510094438.1的“基于虹膜和人脸的多模态生物特征身份识别***”。

图1给出了信息加密方式流程原理示意图：首先将虹膜生物特征的身份识别***获得的虹膜图像特征值数据(1)作为密钥，该数据有256×8个值，每个数据值的范围为0-256，共有大小为2048个灰度值像素，通过对2048个灰度值像素按行复制或按列复制构成密钥图像(2)，以满足不同大小的被加密图像。然后对密钥图像(2)进行傅立叶变换计算(3)，得到密钥图像的频谱|B|e^iθ，其中，|B|为频谱的振幅分布，e^iφ为相位分布(4)，再读取被加密图像(5)，对被加密图像(5)进行傅立叶变换计算(6)，得到被加密图像的频谱|A|e^iφ，其中，|A|为频谱的振幅分布，e^iφ为相位分布(7)，再将密钥图像的频谱|B|e^iθ中的相位θ与被加密图像的频谱|A|e^iφ中的相位φ相加，构成新的相位值e^i(φ+θ)，并保持被加密图像的频谱值的模不变，即为加密图像的频谱|A|e^i(φ+θ)(8)；再对频谱|A|e^i(φ+θ)进行傅立叶逆变换计算(9)，将傅立叶逆变换计算(9)的结果以0-256级灰度值显示的图像即为加密图像(10)，发送给接受方(授权方)。

附图2给出了信息的解密方式流程原理示意图：首先通过虹膜生物特征身份识别***实时采集密钥授权者的虹膜(11)且进行生物特征的活性检测(12)，将获得的虹膜图像特征值数据作为密钥信息(13)，该密钥信息有256×8个数据，每个数据值的范围为0-256，共有大小为2048个灰度级像素，然后通过对2048个灰度级像素按行复制或按列复制生成密钥图像(14)，以满足不同大小的加密图像；再对密钥图像(14)进行傅立叶变换计算(15)，得到密钥图像的频谱|B|e^iθ，其中，|B|为频谱的振幅分布，e^iφ为相位分布(16)；由网络接收到加密图像(17)，再对该加密图像(17)进行傅立叶变换计算(18)，得到加密图像的频谱|A|e^i(φ+θ)(19)，其中，|A|为频谱的振幅分布，e^i(φ+θ)为相位分布；再将密钥图像(14)的频谱|B|e^iθ中的相位θ与加密图像的频谱|A|e^i(φ+θ)中的相位(φ+θ)相减，即：φ+θ-θ，得到新的相位值e^i(φ)，并保持被加密图像的频谱值的模不变，此时加密图像的频谱|A|e^i(φ+θ)变为原图像(5)的频谱|A|e^iφ(20)，最后对|A|e^iφ进行傅立叶逆变换计算(21)，对傅立叶逆变换计算(21)的结果以图像形式显示还原出原图像(22)，即实现了解密过程。

实施例2：采用人脸生物特征的信息加密和解密方法实施方式

本实施例中，将图1中的从生物特征的身份识别***获得的图像特征值数据(1)，由实施例1中的虹膜特征值替换为本实施例采用的的人脸特征值，其他操作流程不变。

加密操作流程为：由人脸生物特征的身份识别***采用小波变换获得小波系数构成的人脸图像特征值数据(1)。该数据根据精度不同，有256～1024个数据，每个数据值的范围为0～256，即共有大小为256～1024个灰度值像素。将该数据(1)通过对灰度值像素按行复制或按列复制构成一密钥图像(2)，以满足不同大小的被加密图像，接下来的操作步骤与实施例1中步骤(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)相同，最后将得到的加密图像(10)发送到接受方(授权方)。

解密时，将图2中密钥授权者(11)的生物特征换为本实施例中经人脸生物特征身份识别***实时采集且进行生物特征的活性检测(12)获得的人脸特征值(13)，其他操作流程不变。具体的解密操作流程为：密钥授权者(11)通过人脸生物特征的身份识别***实时采集授权者的人脸图像且进行生物特征的活性检测(12)，采用小波变换获得的小波系数构成的人脸图像特征值数据为密钥信息(13)，根据精度不同，有256～1024个数据，每个数据值的范围为0～256，即共有大小为256～1024个灰度级像素，通过对灰度级像素按行复制或按列复制构成一密钥图像(14)，以满足不同大小的加密图像，接下来的操作步骤与实施例1中步骤(15)、(16)、(17)、(18)、(19)、(20)、(21)、(22)相同，即实现了解密过程。

实施例3：采用指纹生物特征的信息加密和解密方法实施方式

将实施例1中的虹膜特征值换为本实施例中的指纹特征值，其他流程不变，即为采用指纹生物特征的信息加密方式。具体的加密操作流程为：由指纹生物特征的身份识别***获得的指纹图像，经处理获得指纹特征值数据(1)，将该数据作为密钥，通过将该数据按行复制或按列复制构成一密钥图像，以满足不同大小的被加密图像(2)，接下来的操作步骤与实施例1中步骤(3)、(4)、(5)、(6)、(7)、(8)、(9)、(10)相同，即实现加密。

解密时的操作流程为：密钥授权者(11)通过指纹生物特征的身份识别***实时采集授权者的指纹图像且进行生物特征的活性检测(12)，将经处理获得的该指纹特征点数据作为密钥信息(13)，通过对该数据按行复制或按列复制构成一密钥图像(14)，以满足不同大小的加密图像，接下来的操作步骤与实施例1中的(15)、(16)、(17)、(18)、(19)、(20)、(21)、(22)相同，即实现解密。

由以上实施例可以看出，在加密时，采用生物特征值作为密钥图像，生成的加密图像的相位值中包含两个未知信息，而且由于生物特征值的唯一性，导致受攻击的可能性极小，确保了加密图像的安全性。在解密时，通过在线实时采集授权者的生物特征值，且在线进行生物特征的活性检测，密钥信息无须事先保存和记忆；由于不保存密钥信息，则密钥信息无法复制，信息的解密必须由授权者本人亲自到场解密，非授权者无法获取正确的密钥，因此，本发明克服了现有加密技术中的密钥安全性问题，实现了授权者在线实时解密方法，有效确保了加密信息的安全。

Claims (2)

1、一种基于生物特征的信息加密与解密方法，包括信息的加密操作和信息的解密操作；其特征在于：

所述信息的加密操作为：首先将从生物特征身份识别***获得的图像特征值数据，通过二次编码得到主值区数据，作为加密的密钥数据，按被加密图像的大小对该数据灰度级像素按行复制或按列复制构成一密钥图像，再对密钥图像和被加密图像分别进行傅立叶变换，获得由模和相位构成的图像频谱值；将两个频谱值中的相位相加，构成新的相位值，用该相位值置换被加密图像的频谱的相位值，用该相位值和被加密图像的频谱值的模构成新的频谱值；最后进行傅立叶逆变换，并将由此获得的傅立叶逆变换结果即加密图像发送给用户；

所述信息的解密操作为：通过生物特征身份识别***实时采集密钥授权者的生物特征值，将由此获取的图像特征值数据即密钥信息，按被加密图像的大小对该数据灰度级像素按行复制或按列复制构成一密钥图像，然后对密钥图像和加密图像分别进行傅立叶变换，获得由模和相位构成的图像频谱值；将两个频谱值中的相位相减，构成新的相位值，用该相位值置换加密图像的频谱的相位值，用该相位值和加密图像的频谱值的模构成新的频谱值；最后进行傅立叶逆变换，即实现解密。

2、如权利要求1所述基于生物特征的信息加密和解密方法，特征在于所述生物特征包括虹膜、人脸或指纹。

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