◆田嘉豪

基于生物特征的密碼技術(shù)研究

◆田嘉豪

（陜西省網(wǎng)絡(luò)與信息安全測評中心 陜西 710065）

隨著現(xiàn)代計算機(jī)互聯(lián)網(wǎng)的普及和蓬勃發(fā)展，越來越多的信息技術(shù)資源和其應(yīng)用都被認(rèn)為是通過網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行遠(yuǎn)程的獲取和提供得到許多授權(quán)的服務(wù)，如何正確地辨認(rèn)一個人的真實身份，保障其信息安全無疑是當(dāng)今社會信息化進(jìn)步時代的一個重大挑戰(zhàn)。生物特征由于它的穩(wěn)定性、方便性被廣泛地認(rèn)識和深入地研究，并且由于它的便捷、無法抵賴、難以假設(shè)或者偽造等許多傳統(tǒng)的密碼科學(xué)所未能達(dá)到的優(yōu)點逐步地在人們的日常生活中起到更加重要的作用。然而，隨著存在人類的應(yīng)用生物學(xué)領(lǐng)域特征密碼識別分析技術(shù)和特征密碼信息管理系統(tǒng)實際化和應(yīng)用的逐步發(fā)展深入，也已經(jīng)爆發(fā)了一些安全危機(jī)，因為這些存在生物學(xué)領(lǐng)域中的特征密碼信息被秘密揭示揭露出來都可能是永遠(yuǎn)、不可逆的，每個人都害怕，這是因為他們就是特征密碼本身。大多人幾乎不會有可能隨意地修改自己的指紋、長相、聲音、乃至于DNA，也就是說，對于信息的隨意濫用者而言“一次竊取，永久有效”。為了應(yīng)對這些危機(jī)，將先進(jìn)的生物特征與密碼技術(shù)緊緊地結(jié)合在一起，也就是先進(jìn)的生物特征密碼技術(shù)，即利用先進(jìn)的生物特征密碼技術(shù)和先進(jìn)的密碼技術(shù)相結(jié)合而形成的一系列新興技術(shù)。生物特征密碼技術(shù)不但可以安全地保護(hù)個人用戶的生物特征信息避免被泄露的危害，更重要的一點就是它們能夠有效地解決對各種物品或者實體進(jìn)行的數(shù)字身份驗證與隱藏的私密信息加密等安全保護(hù)。

生物特征；生物特征密碼技術(shù)

1 基于生物特征的密碼技術(shù)

生物特征數(shù)據(jù)主要有以下特點：首先，生物特征數(shù)據(jù)是具有唯一性的，攜帶著每個生物不同的特征信息；其次，生物特征數(shù)據(jù)屬于采集型數(shù)據(jù)，很難偽造；再者，生物特征數(shù)據(jù)具有隱私性。

但也正因為我們的人體生物學(xué)及其特征信息數(shù)據(jù)本身具有很高的個人隱私性，生物學(xué)中的特征信息數(shù)據(jù)被惡意地進(jìn)行破壞、篡改、刪除、泄露、非法地被公開或者共享所帶給我們的任何個人信息安全和個人隱私，這將給我們個人帶來巨大而又具有災(zāi)難性的經(jīng)濟(jì)損失。

1.1 混沌加密算法

因為目前的生物特征數(shù)據(jù)中絕大多數(shù)都是以信息或者圖像等多種形式共同存在，而數(shù)據(jù)加密技術(shù)被認(rèn)為是最常見的一種解決信息或者圖像中的安全性問題的技術(shù)之一，所以數(shù)據(jù)加密技術(shù)往往被廣泛地應(yīng)用到信息或者圖像中的各種安全性問題上。比如說一維混沌加密算法，擁有了更高的加密效率，但也存在著密鑰空間太小的缺陷，因此設(shè)計了許多結(jié)構(gòu)形式簡單的二位超混沌加密模型，再把它們產(chǎn)生的混沌序列轉(zhuǎn)化為加密因子的序列，采用縱、橫兩重逐位模2加運(yùn)算方法進(jìn)行加解密后的圖像。這不僅使得加解密鑰的速度快，密鑰子空間大，而且抵抗破譯的能力強(qiáng)，并且還要求具備一定的抵抗魯棒性。

混沌系統(tǒng)目前被廣泛研究的是Logistic映射，即：

如圖1，映射1是為了能夠更好讓一個被因子加密的混亂因子編碼序列盡可能地能夠維護(hù)原來混亂因子序列的虛假性和隨機(jī)性，同時也為了能夠更好適應(yīng)以后的因子加密處理算法。當(dāng)前，映射1通常情況可以細(xì)分為第一實數(shù)位位值映射序列、位位函數(shù)序列和第二實數(shù)值位位序列三種。

圖1 基于混沌序列圖像加解密模型

圖2 改進(jìn)的身份鑒別系統(tǒng)模型

如所示圖2，將先進(jìn)的個人數(shù)據(jù)信息圖像直接加密技術(shù)廣泛地成功應(yīng)用于識別系統(tǒng)中，用戶將本人的密鑰和其他個人生物識別特點相關(guān)數(shù)據(jù)直接輸入識別器，然后經(jīng)過普通的識別步驟后，密鑰直接被上傳到每個數(shù)據(jù)圖像加密的組成部分，通過每個密鑰的最小加密初值函數(shù)來直接確定其需要加密的密鑰內(nèi)容，同時每個密鑰所處相對應(yīng)的整個數(shù)據(jù)庫中已經(jīng)有被加密的每個密鑰數(shù)據(jù)，以便下次用戶進(jìn)行個人身份信息認(rèn)證識別鑒定時，可以通過自己的用戶個人信息密鑰符號來直接調(diào)出已經(jīng)被加密后的密鑰數(shù)據(jù)進(jìn)行了數(shù)據(jù)解密后的數(shù)據(jù)進(jìn)行匹配，數(shù)據(jù)庫被調(diào)出時密鑰所處的數(shù)據(jù)解密處理過程都可能需要用戶使用一個密鑰符號來直接進(jìn)行數(shù)據(jù)加密。按照上面所述的識別方法，生物混沌特征的圖像數(shù)據(jù)在整個圖像數(shù)據(jù)庫中以信號加密的信息形式一直保存到現(xiàn)在，而且二維超混沌特征序列中的圖像經(jīng)過信息加密技術(shù)處理后，能夠有效地防止破壞整個圖像的內(nèi)部信息，有效充分保證了圖像數(shù)據(jù)的信息真實性和個人隱私。盡管目前數(shù)據(jù)安全加密技術(shù)已經(jīng)發(fā)展到能夠有效地幫助解決某些用戶數(shù)據(jù)的信息安全性和用戶隱私權(quán)上的問題，但是同樣也可能具有一般傳統(tǒng)數(shù)據(jù)安全加密技術(shù)的諸多優(yōu)點和一些弊端，例如密鑰遭到惡意竊?。ㄅc用戶密碼惡意受竊相似）后，若用戶數(shù)據(jù)庫信息遭到惡意泄露，黑客可能會通過密鑰對竊取用戶密碼進(jìn)行數(shù)據(jù)逆轉(zhuǎn)化和反變換，甚至將來會使他們可以隨時獲取采集到來自用戶的各種不同生物生理特點上的數(shù)據(jù)，這樣對于保護(hù)系統(tǒng)的數(shù)據(jù)安全性和受攻擊來說無疑是非常致命的。

1.2 基于生物特征的模糊金庫算法

模糊金庫是一種采用用戶生物特征來保護(hù)身份密鑰的加密算法。這種分析算法不僅能夠很好地均勻和平衡分析生物學(xué)中具有特點的數(shù)據(jù)模糊化和數(shù)據(jù)加密化等算法的技術(shù)準(zhǔn)確度，同時還能夠使其具有更高的技術(shù)模板性和安全性。下面主要介紹經(jīng)典模糊金庫兩個算法。

1.2.1上鎖子算法（Locking）

輸出：模糊金庫={,(,,)}

（1）,,←；

（3）對于=1至執(zhí)行：

（4）對于=+1至執(zhí)行：

（5）輸出V={R,(n,r,q)}。

1.2.2解鎖子算法

（1）←?；

（2）對于i=1至t執(zhí)行:

2）如果包含的點個數(shù)少于,則置'←null;

（3）輸出'（可能的秘密或密鑰值或返回失敗值'null'）。

上述模糊金庫算法,我們假定是由Alice用她的生物特征信息集生成的,而Bob試圖用某一個信息集B來通過攻擊V而獲取k,如果與足夠接近或交集與∩含有足夠多個點的話,則Bob將以很大的概率可從B中通過若干次嘗試選擇出一個合適的點集重構(gòu)出多項式并成功獲取。由于生物特征中的每種特征,對不同的人均具有比較大的差異性,所以如果Alice的生物特征信息集沒有發(fā)生泄漏或被盜的話,那么Bob能成功獲得正確的概率很小。也就是說,經(jīng)典模糊金庫的安全性是基于點集中所含雜湊點的個數(shù)。雜湊點為不滿足多項式的點,滿足多項式的點稱為真實點。

2 總結(jié)

增強(qiáng)生物特征數(shù)據(jù)的安全性和隱私性，在生物識別系統(tǒng)不斷應(yīng)用的今天，是非常必要和緊迫的。生物特征識別技術(shù)和加密方法的融合可以有效完成，生物識別加密技術(shù)提供了一種新的安全認(rèn)證方法。在上述的生物特征加密技術(shù)，絕大多數(shù)方案都是將密碼學(xué)技術(shù)引入到生物特征識別過程中做各種不同層次的融合。隨著生物特征加密技術(shù)的發(fā)展，各種系統(tǒng)攻擊技術(shù)也層出不窮。目前也有不少研究者關(guān)注生物特征加密技術(shù)的安全性分析方法，并嘗試建立一個統(tǒng)一的安全性分析體系?？偠灾?，生物特征加密技術(shù)是一項非常必要也非常有意義的研究工作，其研究還將進(jìn)一步深入。

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