專利名稱：一種基于加密人臉的匿名身份認(rèn)證方法和系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明是一種基于加密人臉的匿名身份認(rèn)證方法和系統(tǒng)，屬于信息安全領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
隨著社會(huì)網(wǎng)絡(luò)化和信息化的發(fā)展，如何更加快速、便捷、安全的進(jìn)行身份認(rèn)證成為 人們面臨的一個(gè)普遍問(wèn)題。身份認(rèn)證在安全系統(tǒng)中的地位極其重要，是最基本的安全服務(wù)， 其它的安全服務(wù)都要依賴于它。一旦身份認(rèn)證系統(tǒng)被攻破，那么系統(tǒng)的所有安全措施將形 同虛設(shè)。黑客攻擊的目標(biāo)往往就是身份認(rèn)證系統(tǒng)。因此要加快信息安全的建設(shè)，加強(qiáng)身份 認(rèn)證理論及其應(yīng)用的研究是非常重要的。另外，除了黑客之外高級(jí)權(quán)限用戶(比如管理員) 登錄系統(tǒng)后，能夠修改普通用戶的敏感數(shù)據(jù)，并且宣稱系統(tǒng)遭受到了黑客攻擊。傳統(tǒng)密碼學(xué)方法通過(guò)加密密鑰對(duì)用戶的內(nèi)容進(jìn)行保密，為了滿足加密內(nèi)容的安全 性，加密密鑰通常是隨機(jī)生成的長(zhǎng)比特串，這樣的密鑰對(duì)用戶來(lái)說(shuō)難以記憶；同時(shí)，生物特 征識(shí)別具有便攜性、唯一性、可靠性、通用性等特點(diǎn)，但由于傳統(tǒng)的生物特征識(shí)別系統(tǒng)不采 用任何加密措施，系統(tǒng)中存儲(chǔ)的是原始的特征值，因而隨著硬件攻擊和破解技術(shù)的發(fā)展，整 個(gè)生物特征識(shí)別系統(tǒng)就有可能完全暴露在黑客的攻擊范圍內(nèi)，從而使用戶身份的安全性和 隱私性受到威脅。生物特征不像口令和密鑰，丟失后可以重置，生物特征的丟失是永久性的 丟失。而加密生物特征身份認(rèn)證系統(tǒng)既有傳統(tǒng)的生物特征識(shí)別的優(yōu)點(diǎn)，又可以保證生物特 征的安全性。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明公開(kāi)了一種基于加密人臉的匿名身份認(rèn)證方法和系統(tǒng)，該系統(tǒng)可以用于基 于網(wǎng)絡(luò)的在線身份認(rèn)證。根據(jù)Paillier算法的同態(tài)性，將Paillier公鑰密碼體制對(duì)人臉 特征進(jìn)行加密，提高人臉識(shí)別的安全性，并應(yīng)用于采用歐氏距離進(jìn)行度量的人臉身份認(rèn)證 系統(tǒng)中，使其具有很好的認(rèn)證性能。本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的該方法根據(jù)Paillier算法的同態(tài)性，利用 Paillier公鑰密碼體制對(duì)人臉特征進(jìn)行加密并應(yīng)用于采用歐氏距離進(jìn)行度量的人臉身份 認(rèn)證系統(tǒng)中。所述Paillier公鑰密碼體制是P. Paillier等在1999年的歐洲和亞洲密碼會(huì)議 上提出的具有良好同態(tài)性質(zhì)的概率加密體制，并給出了一種能夠驗(yàn)證消息完整性的加密方 案，在隨機(jī)預(yù)言模型下證明了該加密方案能夠抵抗適應(yīng)性攻擊(NM-CCA2)。所述Paillier算法的同態(tài)性質(zhì)是指令E表示加密方案，M，C分別表 示明文和密文空間，明文空間M是操作為φ的群，密文空間C是操作為 的群。對(duì) 于該加密方案的任何一個(gè)實(shí)例E，給定。=￡；(叫)和。=瓦2(趴2)，就存在1"使得 C1 = Eh {mx) Eri {m2) = Er (^1 θ W2)，則稱加密方案E關(guān)于(Θ, )滿足同態(tài)性質(zhì)。其基于加密人臉的匿名身份認(rèn)證方法包括兩個(gè)階段注冊(cè)階段，認(rèn)證階段。首先，由應(yīng)用服務(wù)器根據(jù)Paillier公鑰密碼體制生成身份認(rèn)證系統(tǒng)的密鑰對(duì)公鑰(n，g)和私鑰(λ，μ )，同時(shí)將公鑰分配給客戶端，將私鑰存儲(chǔ)在應(yīng)用服務(wù)器中。所述注冊(cè)階段包括a.M(M ^ 2)個(gè)用戶在客戶端進(jìn)行注冊(cè)，客戶端獲取用戶的身份信息和人臉特征向 量八1 :(an，ai2…Eiij…aiN)，i = 1，2 M，j = 1，2…N，Ai是第i個(gè)用戶的人臉特征向量，a。. 是第i個(gè)用戶的人臉特征向量的第j個(gè)特征值；N為人臉特征向量的維數(shù)；b.使用公鑰(n，g)對(duì)這M個(gè)用戶的人臉特征進(jìn)行加密，根據(jù)公式⑴和⑵計(jì)算 Uij 和 Vij
權(quán)利要求
一種基于加密人臉的匿名身份認(rèn)證方法，其特征在于，該方法根據(jù)Paillier算法的同態(tài)性，將Paillier公鑰密碼體制對(duì)人臉特征加密并采用歐氏距離進(jìn)行度量的人臉身份認(rèn)證方法，該方法包括兩個(gè)階段注冊(cè)階段和認(rèn)證階段；由應(yīng)用服務(wù)器根據(jù)Paillier公鑰密碼體制生成身份認(rèn)證系統(tǒng)的密鑰對(duì)公鑰(n，g)和私鑰(λ，μ)，同時(shí)將公鑰(n，g)分配給客戶端，將私鑰(λ，μ)存儲(chǔ)在應(yīng)用服務(wù)器中；所述注冊(cè)階段包括a.M個(gè)用戶在客戶端進(jìn)行注冊(cè)，客戶端獲取用戶的身份信息和人臉特征向量Ai(ai1，ai2…aij…aiN)，i＝1，2…M，j＝1，2…N，Ai是第i個(gè)用戶的人臉特征向量，aij是第i個(gè)用戶的人臉特征向量的第j個(gè)特征值，N為人臉特征向量的維數(shù)；b.使用公鑰(n，g)對(duì)這M個(gè)用戶的人臉特征進(jìn)行加密，根據(jù)公式(1)和(2)計(jì)算Uij和Vij <mrow><msub> <mi>U</mi> <mi>ij</mi></msub><mo>=</mo><mi>E</mi><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>a</mi><mi>ij</mi><mn>2</mn> </msubsup> <mo>,</mo> <msubsup><mi>r</mi><mi>ij</mi><mi>a</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msup> <mi>g</mi> <msubsup><mi>a</mi><mi>ij</mi><mn>2</mn> </msubsup></msup><mo>&CenterDot;</mo><mi></mi><msup> <mrow><mo>(</mo><msubsup> <mi>r</mi> <mi>ij</mi> <mi>a</mi></msubsup><mo>)</mo> </mrow> <mi>n</mi></msup><msup> <mrow><mi>mod</mi><mi>n</mi> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow> <mrow><msub> <mi>V</mi> <mi>ij</mi></msub><mo>=</mo><mi>E</mi><mrow> <mo>(</mo> <msub><mrow> <mn>2</mn> <mi>a</mi></mrow><mi>ij</mi> </msub> <mo>,</mo> <msubsup><mi>r</mi><mi>ij</mi><mi>a</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msup> <mi>g</mi> <msub><mrow> <mn>2</mn> <mi>a</mi></mrow><mi>ij</mi> </msub></msup><mo>&CenterDot;</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><msubsup> <mi>r</mi> <mi>ij</mi> <mi>a</mi></msubsup><mo>)</mo> </mrow> <mi>n</mi></msup><msup> <mrow><mi>mod</mi><mi>n</mi> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>2</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中，Uij和Vij是兩組加密值，是一組和人臉特征向量維數(shù)相同的隨機(jī)數(shù)，且1≤i≤M，1≤j≤N；c.將M個(gè)用戶的身份信息和人臉特征的加密值通過(guò)應(yīng)用服務(wù)器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中；認(rèn)證階段包括d.匿名用戶在客戶端進(jìn)行登錄，客戶端按照與所述步驟a相同的方法獲取匿名用戶的人臉特征向量B(b1，b2，…bj…，bN)，j＝1，2…N，bj是匿名用戶的人臉特征向量的第j個(gè)特征值；e.使用所述公鑰(n，g)對(duì)該用戶的人臉特征進(jìn)行加密，根據(jù)公式(3)計(jì)算Wj，j＝1，2L N <mrow><msub> <mi>W</mi> <mi>j</mi></msub><mo>=</mo><mi>E</mi><mrow> <mo>(</mo> <msubsup><mi>b</mi><mi>j</mi><mn>2</mn> </msubsup> <mo>,</mo> <msubsup><mi>r</mi><mi>j</mi><mi>b</mi> </msubsup> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><msup> <mi>g</mi> <msubsup><mi>b</mi><mi>j</mi><mn>2</mn> </msubsup></msup><mo>&CenterDot;</mo><msup> <mrow><mo>(</mo><msubsup> <mi>r</mi> <mi>j</mi> <mi>b</mi></msubsup><mo>)</mo> </mrow> <mi>n</mi></msup><msup> <mrow><mi>mod</mi><mi>n</mi> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>3</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>其中，Wj是一組加密值，是一組和人臉特征個(gè)數(shù)相同且不同于的隨機(jī)數(shù)；f.將該匿名用戶人臉特征的加密值通過(guò)應(yīng)用服務(wù)器的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)子模塊輸出到數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中與在注冊(cè)階段存儲(chǔ)在數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器中的M個(gè)用戶人臉特征的加密值按照公式(4)計(jì)算加密域距離Pi，i＝1，2L M <mrow><msub> <mi>P</mi> <mi>i</mi></msub><mo>=</mo><munderover> <mi>&Pi;</mi> <mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mn>1</mn> </mrow> <mrow><mi>j</mi><mo>=</mo><mi>N</mi> </mrow></munderover><msub> <mi>U</mi> <mi>ij</mi></msub><msub> <mi>W</mi> <mi>j</mi></msub><msup> <msub><mi>V</mi><mi>ij</mi> </msub> <mrow><mi>n</mi><mo>-</mo><msub> <mi>b</mi> <mi>j</mi></msub> </mrow></msup><msup> <mrow><mi>mod</mi><mi>n</mi> </mrow> <mn>2</mn></msup><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>4</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>g.應(yīng)用服務(wù)器的認(rèn)證子模塊利用私鑰(λ，μ)通過(guò)公式(5)，(6)對(duì)M個(gè)加密值進(jìn)行解密，得到M個(gè)歐氏距離di(Ai，B)，i＝1，2L M <mrow><msub> <mi>D</mi> <mi>i</mi></msub><mrow> <mo>(</mo> <msub><mi>P</mi><mi>i</mi> </msub> <mo>)</mo></mrow><mo>=</mo><mfrac> <mrow><mrow> <mo>(</mo> <msup><msub> <mi>P</mi> <mi>i</mi></msub><mi>&lambda;</mi> </msup> <msup><mrow> <mi>mod</mi> <mi>n</mi></mrow><mn>2</mn> </msup> <mo>-</mo> <mn>1</mn> <mo>)</mo></mrow><mo>*</mo><mi>&mu;</mi> </mrow> <mi>n</mi></mfrac><mi>mod</mi><mi>n</mi><mo>,</mo><mi>i</mi><mo>=</mo><mn>1,2</mn><mo>,</mo><mi>LM</mi><mo>-</mo><mo>-</mo><mo>-</mo><mrow> <mo>(</mo> <mn>5</mn> <mo>)</mo></mrow> </mrow>di(Ai，B)＝(Di(Pi))1/2(6)h.若其中的最小歐氏距離小于設(shè)定閾值，則認(rèn)為該用戶通過(guò)身份認(rèn)證，允許進(jìn)入系統(tǒng)，否則，認(rèn)為該用戶沒(méi)有通過(guò)身份認(rèn)證，用戶登錄系統(tǒng)失敗，并將是否成功登錄系統(tǒng)的信息反饋到客戶端的登錄子模塊。FSA00000322440900013.tif,FSA00000322440900014.tif,FSA00000322440900015.tif,FSA00000322440900017.tif,FSA00000322440900018.tif
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于加密人臉的匿名身份認(rèn)證方法和系統(tǒng)，其特征在于，所述 人臉特征采用的是多塊局部二元模式特征。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于加密人臉的匿名身份認(rèn)證方法和系統(tǒng)，其特征在于，所述 身份信息即為用戶登錄系統(tǒng)的用戶名。
4.一種基于加密人臉的匿名身份認(rèn)證系統(tǒng)，其特征在于，包括客戶端模塊，用于獲取用戶的身份信息和人臉特征向量，并使用公鑰對(duì)人臉特征進(jìn)行 加密；所述客戶端模塊具體包括客戶注冊(cè)子模塊，用于在用戶進(jìn)行注冊(cè)時(shí)獲取用戶的身份信息和人臉特征向量，并使 用公鑰對(duì)人臉特征進(jìn)行加密；客戶登錄子模塊，用于在匿名用戶進(jìn)行登錄時(shí)獲取用戶的人臉特征向量，并使用公鑰 對(duì)人臉特征進(jìn)行加密；數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器模塊，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器與應(yīng)用服務(wù)器相連；注冊(cè)階段，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器用于存 儲(chǔ)獲取的所有用戶的身份信息和相應(yīng)的加密人臉特征，用戶登錄階段，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器用于 接收登錄用戶的加密人臉特征，并計(jì)算接收的加密人臉特征與所有已存儲(chǔ)的加密人臉特征 之間的加密域距離；應(yīng)用服務(wù)器模塊，用于為數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器發(fā)送信息；對(duì)匿名用戶進(jìn)行身份認(rèn)證，并將認(rèn)證 結(jié)果反饋給客戶端的客戶登錄子模塊；所述應(yīng)用服務(wù)器模塊具體包括數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)子模塊，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)發(fā)子模塊與客戶端的客戶注冊(cè)子模塊和客戶登錄子模塊相 連，用于給數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器發(fā)送信息；認(rèn)證子模塊，認(rèn)證子模塊與客戶登陸子模塊和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器相連，它從數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器 接收加密域距離，利用私鑰對(duì)所有的加密域距離進(jìn)行解密，得到若干個(gè)歐氏距離，設(shè)其中最 小的歐氏距離小于設(shè)定閾值，則認(rèn)為該匿名用戶通過(guò)身份認(rèn)證，允許進(jìn)入系統(tǒng)，否則，認(rèn)為 該匿名用戶沒(méi)有通過(guò)身份認(rèn)證，登錄系統(tǒng)失敗，并將是否成功登錄系統(tǒng)的信息反饋到客戶 端的客戶登錄子模塊。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了信息安全領(lǐng)域中的一種基于加密人臉的匿名身份認(rèn)證方法和系統(tǒng)。包括根據(jù)Paillier公鑰密碼體制生成公鑰和私鑰，將公鑰分配給客戶端，將私鑰存儲(chǔ)在應(yīng)用服務(wù)器?？蛻舳嗽谟脩糇?cè)時(shí)獲取用戶身份并對(duì)獲取的人臉特征加密，客戶端在匿名用戶登錄時(shí)對(duì)獲取的人臉特征加密；數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器將用戶登錄加密信息與注冊(cè)加密信息進(jìn)行計(jì)算；應(yīng)用服務(wù)器利用私鑰解密計(jì)算得到解密信息，若滿足條件，認(rèn)為該用戶可以進(jìn)入系統(tǒng)。本發(fā)明由于Paillier公鑰密碼體制是單向的并且在語(yǔ)義上是安全的，以及匿名用戶的加密人臉特征和私鑰不在同一個(gè)服務(wù)器內(nèi)，即使是高級(jí)權(quán)限用戶也無(wú)法獲知用戶的信息，所以可以保證身份認(rèn)證系統(tǒng)的安全性。
文檔編號(hào)H04L29/06GK101984576SQ20101052242
公開(kāi)日2011年3月9日 申請(qǐng)日期2010年10月22日 優(yōu)先權(quán)日2010年10月22日
發(fā)明者仲盛, 吳雪, 曹連超, 毋立芳, 肖鵬, 陳婷婷 申請(qǐng)人:北京工業(yè)大學(xué)