專利名稱：基于fuzzy vault和數(shù)字證書的身份認(rèn)證方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于信息安全技術(shù)與生物認(rèn)證技術(shù)的交叉領(lǐng)域，涉及信息安全技術(shù)中基于 數(shù)字證書的身份認(rèn)證和生物識(shí)別技術(shù)中的指紋fuzzy vault，具體為一種基于fuzzy vault 和數(shù)字證書的雙強(qiáng)因子身份認(rèn)證方法，適用于高端用戶或有特殊需要的高安全度客戶的身 份認(rèn)證。
背景技術(shù)：
身份認(rèn)證技術(shù)是網(wǎng)絡(luò)安全和信息系統(tǒng)安全的第一道屏障，是在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)中確認(rèn) 操作者身份的過程而產(chǎn)生的解決方法，是在信息安全時(shí)代備受關(guān)注的一個(gè)研究領(lǐng)域。我們生活的現(xiàn)實(shí)世界是一個(gè)真實(shí)的物理世界，每個(gè)人都擁有獨(dú)一無二的物理身 份。而今我們也生活在數(shù)字世界中，計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)世界中一切信息包括用戶的身份信息都是 用一組特定的數(shù)據(jù)來表示的。計(jì)算機(jī)只能識(shí)別用戶的數(shù)字身份，所有對用戶的授權(quán)也是針 對用戶數(shù)字身份進(jìn)行的。如何保證以數(shù)字身份進(jìn)行操作的訪問者就是這個(gè)數(shù)字身份的合法 擁有者，也就是說保證操作者的物理身份與數(shù)字身份相對應(yīng)，已成為一個(gè)重要的安全問題。 身份認(rèn)證技術(shù)的誕生就是為了解決這個(gè)問題?，F(xiàn)在計(jì)算機(jī)及網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中常用的身份認(rèn)證方式主要有用戶名/密碼方式、數(shù)字證 書、IC卡/智能卡認(rèn)證、動(dòng)態(tài)口令、生物特征方式等。從認(rèn)證需要驗(yàn)證的條件來看，身份認(rèn)證技術(shù)還可以分為單因子認(rèn)證和雙因子認(rèn) 證。僅通過一個(gè)條件來驗(yàn)證一個(gè)人身份的技術(shù)稱為單因子認(rèn)證。相對雙因子來說，單因子 認(rèn)證更容易被仿冒，因?yàn)樗皇褂靡环N條件判斷用戶的身份。雙因子認(rèn)證時(shí)通過組合兩種 不同條件來證明一個(gè)人的身份，安全性有了明顯提高?，F(xiàn)在一般的系統(tǒng)應(yīng)用數(shù)字證書來進(jìn)行身份認(rèn)證。人們采用基于PKI的數(shù)字證書實(shí) 現(xiàn)了身份認(rèn)證、安全傳輸、不可否認(rèn)性，數(shù)據(jù)完整性等功能。實(shí)際上，數(shù)字證書是將證書持有 者的公開密鑰與持有者的身份進(jìn)行關(guān)聯(lián)的證明，能夠讓通信各方放心地確認(rèn)持證人的合法 身份。使用數(shù)字證書實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證需要重點(diǎn)考慮如何保證證書對應(yīng)私鑰的安全，證書對應(yīng) 的私鑰存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)的硬盤中不安全，任何能訪問證書的用戶都可能訪問得到該證書對應(yīng) 的私鑰。如果采用加密存儲(chǔ)，加密密鑰的存放也是一個(gè)重要的問題，而且惡意用戶可能刪除 進(jìn)行加密的密鑰數(shù)據(jù)。采用口令加密的安全強(qiáng)度不夠，口令的長度決定了所能達(dá)到的安全 強(qiáng)度。為了保證數(shù)字證書對應(yīng)私鑰的安全，最好的方法是將包含私鑰的數(shù)字證書保存在智 能卡中，這是目前普遍采用的一種認(rèn)證方式。私鑰由用戶掌握，解決了證書PC存儲(chǔ)的缺陷， 一定程度上提高了身份認(rèn)證的安全性，智能卡能夠保存私鑰，而且能夠完成數(shù)字簽名等工 作。但是這個(gè)技術(shù)還有一些較大安全隱患，即此種方式在身份認(rèn)證時(shí)需要用戶輸入PIN碼， PIN碼可能會(huì)被攻擊者監(jiān)聽或攔截，從而沒有徹底解決黑客攔截或監(jiān)聽PIN碼，模擬用戶操 作的風(fēng)險(xiǎn)，同時(shí)還存在智能卡丟失或被盜時(shí)被人冒用的風(fēng)險(xiǎn)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明要解決的問題在于針對上述提到的數(shù)字證書對應(yīng)私鑰的安全存儲(chǔ)問題，提 出一種基于fuzzy vault和數(shù)字證書的“強(qiáng)雙因子身份認(rèn)證”方法，適用于高端用戶或有特 殊需要的高安全度客戶的身份認(rèn)證中。本發(fā)明的技術(shù)方案是將生成的用戶數(shù)字證書儲(chǔ)存于用戶智能卡中，再用用戶指紋 fuzzyvault來保護(hù)智能卡的PIN，同時(shí)為了減輕智能卡的計(jì)算負(fù)擔(dān)，采用了秘密共享的方法， 將相關(guān)的保密運(yùn)算分配在智能卡和服務(wù)器上。這種方案進(jìn)一步完善了 PKI的安全認(rèn)證。具體包括如下內(nèi)容(1)在用戶注冊階段，首先在注冊用戶智能卡中生成用戶的RSA密鑰對；然后注冊 用戶智能卡向數(shù)字證書注冊機(jī)構(gòu)發(fā)送Pku和相關(guān)注冊信息。數(shù)字證書注冊機(jī)構(gòu)驗(yàn)證用戶的 注冊信息，保證注冊用戶身份合法，再檢查注冊用戶私鑰是否為其擁有；如果審核通過，數(shù) 字證書注冊機(jī)構(gòu)把用戶的注冊信息傳遞給數(shù)字證書認(rèn)證中心進(jìn)行必要的驗(yàn)證。如果成功通 過驗(yàn)證，數(shù)字證書認(rèn)證中心對注冊用戶生成數(shù)字證書，并用自己的私鑰對數(shù)字證書進(jìn)行簽 名，再發(fā)給注冊用戶，并存有一份數(shù)字證書記錄。生成的數(shù)字證書及對應(yīng)的私鑰存儲(chǔ)在用戶 智能卡中。數(shù)字證書可以用于加密或簽名等；接下來注冊用戶輸入指紋，指紋特征點(diǎn)從用戶 的注冊指紋圖像中提取出來，稱為真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)。分別將真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)分發(fā)到智能卡和指紋服 務(wù)器中，并用用戶的指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)將用戶智能卡的PIN鎖定。從而用戶獨(dú)有的數(shù)字證書成功 生成，并存儲(chǔ)于智能卡中，智能卡的PIN被用戶指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)綁定。(2)用戶指紋驗(yàn)證階段是從用戶輸入指紋中重構(gòu)多項(xiàng)式，以釋放指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)綁定 的UK的PIN的步驟。因?yàn)橛脩舻恼鎸?shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)分別分發(fā)到智能卡和指紋服務(wù)器中，因此當(dāng)且 僅當(dāng)服務(wù)器和智能卡中的信息都可得的時(shí)候，用合法用戶的指紋，才可以成功重構(gòu)多項(xiàng)式， 對其中的智能卡PIN碼解鎖，并釋放數(shù)字證書及其對應(yīng)私鑰，用于后面信息交互的安全加 密和簽名。(3)在用戶指紋驗(yàn)證階段，需要進(jìn)行通信的用戶分別輸入指紋到自己的UK中進(jìn)行 驗(yàn)證，驗(yàn)證成功后各自釋放出綁定于其中的用戶智能卡的PIN，從而釋放出安全存儲(chǔ)于各自 用戶UK中的包含私鑰Sku的數(shù)字證書。用戶雙方可使用數(shù)字證書對數(shù)據(jù)進(jìn)行加密或簽名， 以保證數(shù)據(jù)在傳輸過程中的安全性，完整性，以及不可抵賴性。本發(fā)明采用指紋fuzzy vault來對智能卡的PIN進(jìn)行加密，從而安全保護(hù)智能卡 中數(shù)字證書的私鑰。因此使用對應(yīng)私鑰處于高度安全環(huán)境下的數(shù)字證書進(jìn)行身份認(rèn)證，安 全性和可信性有了明顯提高。本方案具有如下優(yōu)點(diǎn)1、由于指紋的唯一性，以及它直接使用人的物理特征來表示每一個(gè)人的數(shù)字身 份，幾乎不可能被仿冒，用指紋來加密智能卡的PIN碼，私鑰得到高度安全保護(hù)，真正認(rèn)人 不認(rèn)物，不存在遺失問題，因此也從根本上避免了前向保密性的問題。2、數(shù)字證書是PKI的核心元素，它是網(wǎng)上虛擬世界的實(shí)體身份證明，是具有權(quán)威 性、可信性和公正性的第三方CA認(rèn)證機(jī)構(gòu)所簽發(fā)的。數(shù)字證書在一個(gè)身份和該身份的持有 者所擁有的公/私鑰之間建立了一種聯(lián)系。智能卡主要用于存儲(chǔ)用戶身份的標(biāo)識(shí)及進(jìn)行相 關(guān)安全信息的運(yùn)算，可以將包含私鑰的數(shù)字證書妥善保存于智能卡中。生物特征認(rèn)證是通 過計(jì)算機(jī)利用人體固有的生理特性或行為特征鑒別個(gè)人身份。它直接利用人的物理特征來 表示每一個(gè)人的數(shù)字身份，幾乎不可能被仿冒。因此在智能卡上結(jié)合數(shù)字證書認(rèn)證和生物特征認(rèn)證兩者的優(yōu)點(diǎn)，就可以實(shí)現(xiàn)高度安全的“強(qiáng)雙因子身份認(rèn)證”。3、Fuzzy vault方案是用于安全生物認(rèn)證和密鑰保護(hù)最全面的機(jī)制之一，通過將 生物特征和密鑰在一個(gè)加密的框架中綁定，能保護(hù)密鑰和生物模板的安全。通過使用指紋 的fuzzy vault來保護(hù)智能卡的PIN，確保智能卡中的數(shù)字證書及對應(yīng)私鑰僅被用戶本人 使用，使數(shù)據(jù)加密和數(shù)字簽名更加可靠。解決了智能卡的安全瓶頸，以指紋確定持有人身 份，用指紋來保護(hù)數(shù)字證書的私鑰，提高數(shù)字證書管理的安全等級(jí)，可以有效的完成個(gè)人證 書的管理。用戶通過認(rèn)證指紋來開啟智能卡中數(shù)字證書的使用，只有通過指紋認(rèn)證才能進(jìn) 行身份確認(rèn)。使用戶免除了記憶口令，丟失口令，甚至是丟失智能卡的煩惱，同時(shí)真正做到 認(rèn)人不認(rèn)物，提高了安全性。4、對準(zhǔn)是指紋fuzzy vault方案中非常重要的一步，對準(zhǔn)工作的計(jì)算量對于計(jì)算 能力有限的智能卡來說比較大，為了提高智能卡認(rèn)證計(jì)算的速度，采用了秘密共享的方法， 將對準(zhǔn)工作分發(fā)到智能卡上，可以使指紋匹配的速度得到較大的提高。5、采用秘密共享的方法，可以將更多的雜湊點(diǎn)添加進(jìn)vault中，使其中隱藏的真 實(shí)點(diǎn)更加安全。同時(shí)將指紋信息分發(fā)到智能卡和指紋服務(wù)器中，僅獲得智能卡中的信息或 是僅獲得指紋服務(wù)器中的信息，都無法重構(gòu)多項(xiàng)式釋放出智能卡的PIN。當(dāng)且僅當(dāng)兩者都可 得時(shí)，合法用戶才可以在智能卡和服務(wù)器的協(xié)同工作下順利通過指紋認(rèn)證，對智能卡解鎖 并釋放其中保存的數(shù)字證書及其私鑰，因此使得系統(tǒng)更加安全。


圖1是本發(fā)明中用戶身份認(rèn)證系統(tǒng)流程2是本發(fā)明中用戶注冊階段和指紋驗(yàn)證階段的流程示意3是本發(fā)明中數(shù)字證書使用階段的流程示意圖符號(hào)說明PKI 公鑰基礎(chǔ)設(shè)施PIN 個(gè)人標(biāo)識(shí)號(hào)UK:用戶智能卡CA 數(shù)字證書認(rèn)證中心RA 數(shù)字證書注冊機(jī)構(gòu)FS 指紋服務(wù)器Pku :UK中數(shù)字證書的公鑰Sku :UK中數(shù)字證書的私鑰skCA:CA 的私鑰RI 用戶注冊信息Kab 對稱會(huì)話密鑰r:隨機(jī)數(shù)M1，M2:細(xì)節(jié)點(diǎn)集合AI 指紋對準(zhǔn)信息C0Q(X)多項(xiàng)式Q(x)的系數(shù)
具體實(shí)施例方式本發(fā)明的主要方案為將數(shù)字證書和指紋認(rèn)證兩者在智能卡中結(jié)合，使用戶的數(shù)字 身份和物理身份相對應(yīng)，同時(shí)將包含對應(yīng)私鑰的用戶數(shù)字證書存儲(chǔ)于智能卡中，使用用戶 指紋fuzzy vault對該智能卡的PIN進(jìn)行加密，由此達(dá)到高度安全的身份認(rèn)證目的。同時(shí) 為了減輕智能卡的計(jì)算負(fù)擔(dān)，采用了秘密共享的方法。將對準(zhǔn)工作分發(fā)到指紋服務(wù)器中，使 得當(dāng)且僅當(dāng)智能卡和服務(wù)器中的信息都可得的時(shí)候，才可以成功恢復(fù)出智能卡的PIN，從而 釋放其中包含私鑰的數(shù)字證書。本方案解決了智能卡的安全瓶頸，以指紋確定持有人身份，提升密鑰管理的安全 等級(jí)，應(yīng)用于身份認(rèn)證，徹底解決了現(xiàn)行技術(shù)和方法中存在的安全風(fēng)險(xiǎn)，可以有效地完成個(gè) 人證書的管理。用戶通過認(rèn)證指紋來開啟智能卡，只有通過指紋認(rèn)證才能進(jìn)行身份確認(rèn)。使 用戶免除了記憶口令和丟失口令的煩惱，同時(shí)真正做到認(rèn)人不認(rèn)物，提高了安全性。本發(fā)明的用戶身份認(rèn)證系統(tǒng)流程圖如圖1所示，首先，在用戶UK中生成RSA密鑰 對，用戶UK發(fā)送公鑰和相關(guān)注冊信息到RA審核信息的正確性，審核通過后，RA將用戶信息 傳遞給CA進(jìn)行驗(yàn)證。通過驗(yàn)證后，CA為用戶生成證書并發(fā)送給用戶并存于用戶M中。注 冊用戶在M中輸入指紋，指紋中的真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)被提取出來，分別將真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)分發(fā)到M和 指紋服務(wù)器中，用用戶的指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)將UK的PIN鎖定。下面將結(jié)合說明書中的附圖，對該發(fā)明的技術(shù)方案按照用戶注冊階段、用戶指紋 驗(yàn)證階段和數(shù)字證書使用階段進(jìn)行詳細(xì)、完整的描述一、用戶注冊階段本發(fā)明的用戶注冊階段流程示意圖如圖2所示，主要步驟介紹如下步驟1. 1 在注冊用戶的UK中生成RSA密鑰對公鑰Pku和私鑰Sku ；步驟1. 2 注冊用戶的UK中生成的Pku和注冊用戶的相關(guān)注冊信息RI被發(fā)送給 RA, RA首先驗(yàn)證注冊用戶的RI，保證注冊用戶身份合法，再檢查注冊用戶私鑰Sku是否為其 擁有，過程為RA生成隨機(jī)數(shù)r，用注冊用戶發(fā)送過來的公鑰Pku對r進(jìn)行加密，并發(fā)送回注 冊用戶。如果注冊用戶能用其私鑰Sku對隨機(jī)數(shù)r進(jìn)行解密，則該注冊用戶擁有此私鑰Sku ；圖2中步驟1. 2的協(xié)議流程為UK — RA =Pku Il RIRA- UK =R = Epku[r]UK —RA :r = Dsku[R]步驟1. 3 如果審核通過，RA把注冊用戶的RI傳遞給Ck, CA進(jìn)行必要的驗(yàn)證。如 果成功通過驗(yàn)證，CA對注冊用戶生成數(shù)字證書，并用自己的私鑰sk。A對數(shù)字證書進(jìn)行簽名， 再發(fā)給注冊用戶，并存有一份證書記錄。生成的證書可以用于加密或簽名等；
0051]圖2中步驟1. 3的協(xié)議流程為RA — CA RICA — RA RI 11 pkU 11 SskcA[RI 11 pkj至此，數(shù)字證書成功生成，并存儲(chǔ)于UK中。步驟1. 4 注冊用戶在UK中輸入指紋，從注冊指紋圖像中提取指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)，將這些 指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)定義為真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)，其中的一部分真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)被分發(fā)到FS中，然后M和FS中 的指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)共同將UK的PIN鎖定；
其中涉及到的具體步驟分為(1)首先將UK的PIN附加一個(gè)錯(cuò)誤校驗(yàn)碼CRC16作為系數(shù)，構(gòu)建一個(gè)η階的多項(xiàng) 式P(X)，從用戶注冊指紋中選擇η個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)的集合Μ1，在UK中注冊，其余的j個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)組成 的集合M2注冊到FS中。M中存儲(chǔ)的細(xì)節(jié)點(diǎn)集合Ml中的η個(gè)真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)，在域F = GF (216) 中作為元素被編碼，分別對η個(gè)真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)的編碼值計(jì)算多項(xiàng)式P(X)的映射值，隨機(jī)生成 Sik個(gè)與多項(xiàng)式P(X)無關(guān)的雜湊點(diǎn)，用于保護(hù)UK中的真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)，將η個(gè)真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)與生 成的雜湊點(diǎn)進(jìn)行置亂生成UK中的vault，即vaultUK，并存儲(chǔ)于用戶UK中。UK :vaultUK(2)在多項(xiàng)式P(x)上任意選擇i，(i^n)個(gè)與前面η個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)不同的點(diǎn)，將這i個(gè) 點(diǎn)的x-y坐標(biāo)附加上一個(gè)錯(cuò)誤校驗(yàn)碼CRC16作為系數(shù)，構(gòu)造FS上的(2i_l)階多項(xiàng)式Q(x)。 分發(fā)到FS的細(xì)節(jié)點(diǎn)集合M2的j個(gè)真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)，在域F = GF(216)中作為元素被編碼，分別 對這j個(gè)真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)的編碼值計(jì)算多項(xiàng)式QOO的映射值。隨機(jī)生成sFS個(gè)與多項(xiàng)式QOO 無關(guān)的雜湊點(diǎn)，以保護(hù)FS中的真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)。將j個(gè)真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)與生成的雜湊點(diǎn)進(jìn)行置亂生 成FS中的vault，即vaultFS，并存儲(chǔ)在FS中。FS :vaultFS因此，UK的PIN被vaultUK和vaultFS共同保護(hù)。二、用戶指紋驗(yàn)證階段用戶指紋驗(yàn)證階段是從用戶輸入指紋中重構(gòu)多項(xiàng)式P (χ)，以釋放UK的PIN。因?yàn)?多項(xiàng)式P (X)為η階，注冊在UK中的真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)只有η個(gè)，使用拉格朗日插值法重構(gòu)多項(xiàng)式 P(x)，至少需具備(n+1)個(gè)真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)。因此只具備UK中存儲(chǔ)的真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)，還不能重構(gòu) 出多項(xiàng)式P(X)，需要同時(shí)使用UK中注冊的真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)以及FS重構(gòu)出的多項(xiàng)式Q(X)的系 數(shù)，才能使用拉格朗日插值法重構(gòu)出多項(xiàng)式P(X)。本方案的用戶指紋驗(yàn)證階段流程示意圖如圖2所示，主要步驟介紹如下步驟2. 1 驗(yàn)證用戶在M中輸入指紋，從驗(yàn)證指紋圖像中提取指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)，將其傳 輸?shù)紽S中，首先在FS中對提取出的細(xì)節(jié)點(diǎn)和存儲(chǔ)在FS中的vaultFS的真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn) 行指紋對準(zhǔn)，生成對準(zhǔn)信息Al，這個(gè)對準(zhǔn)信息AI被傳輸?shù)組，用于M中對提取出的細(xì)節(jié)點(diǎn) 和vaultUK中存儲(chǔ)的真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)之間的對準(zhǔn)，以減輕智能卡的計(jì)算量；圖2中步驟2. 1的協(xié)議流程為FS — UK =AI步驟2. 2 使用步驟2. 1的對準(zhǔn)結(jié)果和錯(cuò)誤校驗(yàn)碼CRC16，對發(fā)送到FS的用戶驗(yàn)證 指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)和存儲(chǔ)在FS中的vaultFS的真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)節(jié)點(diǎn)匹配，以獲取vaultFS中的 真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)，從而使用拉格朗日插值法重構(gòu)FS中的多項(xiàng)式Q(x)。如果成功重構(gòu)出多項(xiàng)式 Q(χ)，則將重構(gòu)出的多項(xiàng)式系數(shù)COq(χ)發(fā)送給UK，否則，匹配失敗，需要重新輸入用戶指紋 進(jìn)行驗(yàn)證；圖2中步驟2. 2的協(xié)議流程為FS —UK: COq (χ)步驟2. 3 使用FS發(fā)送的對準(zhǔn)信息Al，在驗(yàn)證用戶UK中對輸入的指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)和 存儲(chǔ)在vaults中的真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行指紋對準(zhǔn)。這個(gè)簡單的對準(zhǔn)操作將會(huì)實(shí)時(shí)進(jìn)行，即使 是在資源受控的UK上。使用此對準(zhǔn)結(jié)果，在驗(yàn)證用戶M中對輸入的指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)和存儲(chǔ)在vaults中的真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行指紋匹配，以獲取vaultUK中的真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)；步驟2. 4 使用步驟2. 3的匹配結(jié)果，用FS發(fā)送過來的多項(xiàng)式Q (χ)的系數(shù)COq(χ)， 以及錯(cuò)誤修正碼CRC16來重構(gòu)多項(xiàng)式P(X)。如果能正確重構(gòu)出多項(xiàng)式Q(x)和Ρ(χ)，即可 由多項(xiàng)式P(X)釋放出綁定在其中的UK的ΡΙΝ，因此智能卡被解鎖。否則，匹配失敗，需要驗(yàn) 證用戶重新輸入指紋進(jìn)行驗(yàn)證。三、數(shù)字證書使用階段成功重構(gòu)多項(xiàng)式P(X)，釋放出綁定于其中的UK的PIN之后，用戶就可以使用安全 存儲(chǔ)在UK中包含私鑰的數(shù)字證書進(jìn)行一系列的操作。本發(fā)明數(shù)字證書使用階段流程示意圖如圖3所示，主要步驟介紹如下步驟3. 1 在用戶指紋驗(yàn)證階段，需要進(jìn)行通信的用戶雙方A和B分別輸入指紋到 自己的M中進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證成功后各自釋放出其中綁定的智能卡ΡΙΝ，從而釋放出安全存 儲(chǔ)于各自用戶UK中的包含私鑰Sku的數(shù)字證書；步驟3. 2 用戶A可以用用戶B數(shù)字證書的公鑰對數(shù)據(jù)m進(jìn)行加密并發(fā)送給用戶 B，以保證數(shù)據(jù)m在傳輸過程中的安全性，反之用戶B也可以對用戶A執(zhí)行相同操作。其中 涉及到的具體步驟分為(1)用戶A首先生成一個(gè)對稱會(huì)話密鑰Kab，用對稱會(huì)話密鑰Kab對數(shù)據(jù)m進(jìn)行加 密，然后使用用戶B的公鑰pkB對對稱會(huì)話密鑰Kab加密，然后將加密后的數(shù)據(jù)和對稱會(huì)話 密鑰一起發(fā)送給用戶B ；其協(xié)議流程為A-B =EKAB(m) Il EP1IB(KAB)(2)用戶B收到加密的消息后，先用自己的私鑰skB對對稱會(huì)話密鑰Kab進(jìn)行解密， 得到對稱會(huì)話密鑰Kab，再用對稱會(huì)話密鑰Kab對加密后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)m。其協(xié)議流程為B =Kab = Dskfi (EpkB (Kab))m = DKab (EKab (m))步驟3. 3 用戶A可以用自己UK釋放的包含私鑰的數(shù)字證書對數(shù)據(jù)m進(jìn)行簽名并 發(fā)送給用戶B，以保證數(shù)據(jù)m在傳輸過程中的完整性以及不可抵賴性，反之用戶B也可以對 用戶A執(zhí)行相同操作。其中涉及到的具體步驟分為(1)用戶A首先對要發(fā)送的數(shù)據(jù)m求雜湊值，然后用自己的私鑰skA對雜湊值進(jìn)行 簽名，并發(fā)送給用戶B;其協(xié)議流程為A :H = h(m)A —B: S-(H)(2)用戶B收到簽名數(shù)據(jù)之后，對m用同樣的雜湊算法得到雜湊值H'，然后用A 的公鑰pkA驗(yàn)證A的簽名。如果求得的雜湊值H'與簽名驗(yàn)證得到的H相等，則簽名有效， 證明信息是由A簽名的，否則，則證明信息不是由A簽名的。其協(xié)議流程為B :H' = h(m)H = VpkA(SskA(H))
以上所描述的實(shí)施例僅是本發(fā)明的一部分實(shí)施例，而不是全部的實(shí)施例?；谝?上所述的實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動(dòng)的前提下，所獲得的所有其 它實(shí)施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。
權(quán)利要求
一種基于fuzzy vault和數(shù)字證書的身份認(rèn)證方法，其特征在于將數(shù)字證書和指紋認(rèn)證在智能卡中結(jié)合，使用戶的數(shù)字身份和物理身份相對應(yīng)，同時(shí)將包含對應(yīng)私鑰的用戶數(shù)字證書存儲(chǔ)于智能卡中，使用用戶指紋fuzzy vault對該智能卡的PIN進(jìn)行加密，由此達(dá)到高度安全的身份認(rèn)證，同時(shí)，采用秘密共享方法減輕智能卡的計(jì)算量，將對準(zhǔn)工作分發(fā)到指紋服務(wù)器，使得當(dāng)且僅當(dāng)智能卡和服務(wù)器中的信息都可得的時(shí)候，才能成功恢復(fù)出智能卡的PIN，從而釋放其中包含私鑰的數(shù)字證書；整個(gè)認(rèn)證過程包括用戶注冊階段，用戶指紋驗(yàn)證階段和數(shù)字證書使用階段用戶注冊階段，包含以下步驟步驟1.1在注冊用戶的UK中生成RSA密鑰對公鑰pkU和私鑰skU；步驟1.2注冊用戶的UK中生成的pkU和注冊用戶的相關(guān)注冊信息RI被發(fā)送給RA，RA首先驗(yàn)證注冊用戶的RI，保證注冊用戶身份合法，再檢查注冊用戶私鑰skU是否為其擁有；步驟1.3如果審核通過，RA把注冊用戶的RI傳遞給CA進(jìn)行驗(yàn)證，如果通過驗(yàn)證，CA對注冊用戶生成數(shù)字證書，并用自己的私鑰skCA對數(shù)字證書進(jìn)行簽名，再發(fā)給注冊用戶，并存有數(shù)字證書記錄；步驟1.4注冊用戶在UK中輸入指紋，從注冊指紋圖像中提取指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)，這些指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)定義為真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)，其中的一部分真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)被分發(fā)到FS中，然后UK和FS中的指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)共同將UK的PIN鎖定；用戶指紋驗(yàn)證階段，包含以下步驟步驟2.1驗(yàn)證用戶在UK中輸入指紋，從驗(yàn)證指紋圖像中提取指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)，將其傳輸?shù)紽S中，首先在FS中對提取出的細(xì)節(jié)點(diǎn)和存儲(chǔ)在FS中的vaultFS的真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)之間進(jìn)行指紋對準(zhǔn)，生成對準(zhǔn)信息AI，這個(gè)對準(zhǔn)信息AI被傳輸?shù)経K，用于UK中對提取出的細(xì)節(jié)點(diǎn)和vaultUK中存儲(chǔ)的真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)之間的對準(zhǔn)，以減輕智能卡的計(jì)算量；步驟2.2使用步驟2.1的對準(zhǔn)結(jié)果和錯(cuò)誤校驗(yàn)碼CRC16，對發(fā)送到FS的用戶驗(yàn)證指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)和存儲(chǔ)在FS中的vaultFS的真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行細(xì)節(jié)點(diǎn)匹配，以獲取vaultFS中的真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)，從而使用拉格朗日插值法重構(gòu)FS中的多項(xiàng)式Q(x)，如果重構(gòu)成功，則將重構(gòu)出的多項(xiàng)式Q(x)的系數(shù)COQ(x)發(fā)送給UK；否則，匹配失敗，需要重新輸入用戶指紋進(jìn)行驗(yàn)證；步驟2.3使用FS發(fā)送的對準(zhǔn)信息AI，在驗(yàn)證用戶UK中對輸入的指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)和存儲(chǔ)在vaultUK中的真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行指紋對準(zhǔn)，對準(zhǔn)操作實(shí)時(shí)進(jìn)行，使用此對準(zhǔn)結(jié)果，在驗(yàn)證用戶UK中對輸入的指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)和存儲(chǔ)在vaultUK中的真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)進(jìn)行指紋匹配，獲取vaultUK中的真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)；步驟2.4使用步驟2.3的匹配結(jié)果，用FS發(fā)送過來的多項(xiàng)式Q(x)的系數(shù)COQ(x)以及錯(cuò)誤修正碼CRC16來重構(gòu)多項(xiàng)式P(x)，如果能正確重構(gòu)出多項(xiàng)式Q(x)和P(x)，即可由多項(xiàng)式P(x)釋放出綁定在其中的UK的PIN，智能卡被解鎖；否則，匹配失敗，需要驗(yàn)證用戶重新輸入指紋進(jìn)行驗(yàn)證；數(shù)字證書使用階段，包含以下步驟步驟3.1在用戶指紋驗(yàn)證階段，需要進(jìn)行通信的用戶雙方A和B分別輸入指紋到自己的UK中進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證成功后各自釋放出其中綁定的智能卡PIN，從而釋放出安全存儲(chǔ)于各自用戶UK中的包含私鑰skU的數(shù)字證書；步驟3.2用戶A可以用用戶B數(shù)字證書的公鑰對數(shù)據(jù)m進(jìn)行加密并發(fā)送給用戶B，以保證數(shù)據(jù)m在傳輸過程中的安全性，反之用戶B也可以對用戶A執(zhí)行相同操作；步驟3.3用戶A可以用自己UK釋放的包含私鑰的數(shù)字證書對數(shù)據(jù)m進(jìn)行簽名并發(fā)送給用戶B，以保證數(shù)據(jù)m在傳輸過程中的完整性以及不可抵賴性，反之用戶B也可以對用戶A執(zhí)行相同操作。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于fuzzyvault和數(shù)字證書的身份認(rèn)證方法，其特征在于 用戶注冊階段的步驟1. 2所述的檢查注冊用戶擁有私鑰Sku的過程為RA生成隨機(jī)數(shù)r，用 注冊用戶發(fā)送過來的公鑰Pku對r進(jìn)行加密，并發(fā)送回注冊用戶，如果注冊用戶能用其私鑰 Sku對隨機(jī)數(shù)r進(jìn)行解密，則該注冊用戶擁有此私鑰成。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于fuzzyvault和數(shù)字證書的身份認(rèn)證方法，其特征在于 用戶注冊階段的步驟1.3所述的CA對注冊用戶生成的數(shù)字證書可以用于加密或簽名操作， 并存儲(chǔ)于UK中。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于fuzzyvault和數(shù)字證書的身份認(rèn)證方法，其特征在于 用戶注冊階段的步驟1. 4所述將用戶的指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)對UK的PIN鎖定步驟如下1)首先將UK的PIN附加一個(gè)錯(cuò)誤校驗(yàn)碼CRC16作為系數(shù)，構(gòu)建一個(gè)η階的多項(xiàng)式 P (x)，從用戶注冊指紋中選擇η個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)的集合Ml，在UK中注冊，其余的j個(gè)細(xì)節(jié)點(diǎn)組成的 集合M2注冊到FS中，M中存儲(chǔ)的細(xì)節(jié)點(diǎn)集合Ml中的η個(gè)真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)，在域F = GF (216)中 作為元素被編碼，分別對η個(gè)真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)的編碼值計(jì)算多項(xiàng)式P(X)的映射值，隨機(jī)生成sUK 個(gè)與多項(xiàng)式P U)無關(guān)的雜湊點(diǎn)，用于保護(hù)UK中的真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)，將η個(gè)真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)與生成的 雜湊點(diǎn)進(jìn)行置亂生成UK中的vaultUK，并存儲(chǔ)于用戶UK中；2)在多項(xiàng)式P(X)上任意選擇i個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)，iSn，將i個(gè)點(diǎn)的χ-y坐標(biāo)附加上一個(gè)錯(cuò)誤 校驗(yàn)碼CRC16作為系數(shù)，構(gòu)造FS上的2i-l階多項(xiàng)式Q (χ)，分發(fā)到FS的細(xì)節(jié)點(diǎn)集合Μ2的j 個(gè)真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)，在域F = GF(216)中作為元素被編碼，分別對這j個(gè)真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)的編碼值計(jì) 算多項(xiàng)式QOO的映射值，隨機(jī)生成sFS個(gè)與多項(xiàng)式QOO無關(guān)的雜湊點(diǎn)，以保護(hù)FS中的真實(shí) 細(xì)節(jié)點(diǎn)，將j個(gè)真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)與生成的雜湊點(diǎn)進(jìn)行置亂生成FS中的vaultFS，并存儲(chǔ)在FS中， 使UK的PIN被vault·和vaultFS共同保護(hù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的基于fuzzyvault和數(shù)字證書的身份認(rèn)證方法，其特征在于用戶指紋驗(yàn)證階段從驗(yàn)證用戶輸入的指紋中重構(gòu)多項(xiàng)式P (χ)，以釋放UK的ΡΙΝ，需要 使用UK中注冊的真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)和FS重構(gòu)出的多項(xiàng)式Q (χ)的系數(shù)COq(X)，采用拉格朗日插值 法重構(gòu)出多項(xiàng)式P(X)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于fuzzyvault和數(shù)字證書的身份認(rèn)證方法，其特征在于 數(shù)字證書使用階段的步驟3. 2所述的用數(shù)字證書對數(shù)據(jù)m加密過程為1)用戶A生成一個(gè)對稱會(huì)話密鑰Kab，用對稱會(huì)話密鑰Kab對數(shù)據(jù)m進(jìn)行加密，然后使用 用戶B的公鑰pkB對對稱會(huì)話密鑰Kab加密，將加密后的數(shù)據(jù)和對稱會(huì)話密鑰一起發(fā)送給用 戶B;2)用戶B收到加密的消息后，先用自己的私鑰skB對對稱會(huì)話密鑰Kab進(jìn)行解密，得到 對稱會(huì)話密鑰Kab，再用對稱會(huì)話密鑰Kab對加密后的數(shù)據(jù)進(jìn)行解密，恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)m。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于fuzzyvault和數(shù)字證書的身份認(rèn)證方法，其特征在于 數(shù)字證書使用階段的步驟3. 3所述的用數(shù)字證書對數(shù)據(jù)m簽名過程為1)用戶A對要發(fā)送的數(shù)據(jù)m求雜湊值H，然后用自己的私鑰skA對雜湊值進(jìn)行簽名，并 發(fā)送給用戶B ；2)用戶B收到簽名數(shù)據(jù)之后，求m的雜湊值H'，然后用A的公鑰pkA驗(yàn)證A的簽名， 如果求得的雜湊值H'與簽名驗(yàn)證得到的H相等，則簽名有效；否則，簽名無效。
全文摘要
本發(fā)明涉及基于fuzzy vault和數(shù)字證書的身份認(rèn)證方法，將數(shù)字證書和指紋認(rèn)證在智能卡中結(jié)合，使用戶的數(shù)字身份和物理身份對應(yīng)，實(shí)現(xiàn)高度安全的身份認(rèn)證。首先在用戶UK中生成RSA密鑰對，用戶UK發(fā)送公鑰和相關(guān)注冊信息到RA進(jìn)行審核。當(dāng)審核通過，RA將用戶信息傳遞給CA進(jìn)行驗(yàn)證。驗(yàn)證成功后，CA為用戶生成數(shù)字證書并發(fā)送給用戶存于UK中；注冊用戶在UK中輸入指紋，并提取指紋中的真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)，將真實(shí)細(xì)節(jié)點(diǎn)分發(fā)到UK和指紋服務(wù)器中，用用戶的指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)將UK的PIN鎖定。存儲(chǔ)于UK中的數(shù)字證書及對應(yīng)的私鑰得到安全保護(hù)。為減輕智能卡的計(jì)算量，引進(jìn)秘密共享的方法，使得當(dāng)且僅當(dāng)智能卡和服務(wù)器中的信息都可得時(shí)，才能恢復(fù)智能卡的PIN，從而釋放包含私鑰的數(shù)字證書。
文檔編號(hào)H04L29/06GK101945114SQ201010289870
公開日2011年1月12日 申請日期2010年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2010年9月20日
發(fā)明者劉泉, 劉陽, 龐遼軍, 李紅寧, 李芬, 江雪梅, 裴慶祺, 謝敏, 齊躍 申請人:西安電子科技大學(xué);武漢理工大學(xué)