一种移动端身份认证及安全信道建立的方法
【技术领域】
[0001] 本发明属于身份认证和图像识别领域，具体涉及一种移动端利身份认证及安全信 道建立的方法。
【背景技术】
[0002] 随着移动互联网的日新月异和不断繁荣，移动设备端的数据传输需求增长的速度 越来越快。在此背景下，移动数据传输技术得到了前所未有的高速发展。信息爆炸的时 代，个人隐私正在以各种各样的方式不停泄露，如何保护个人隐私和数据安全是不得不考 虑的问题。在此基础上，移动设备端的数据传输无论利用的是蓝牙、WIFI还是NFC等方式， 数据必须传输给正确的用户并且必须安全的传输给该用户。简而言之，数据传输最底层的 要求是正确的身份认证和安全的信道建立。目前成熟的身份认证技术有利用公钥密码理 论和对称密钥技术建立起来的PKI (Public Key infrastructure，公钥基础设施）认证和 CBC_MAC(Cipher Block Chaining Message Authentication Code，基于密文的消息认证）。
[0003] PKI是利用公钥理论和技术建立的提供安全服务的基础设施。利用PKI进行安全 的数据传输的原理是数据接收者向授权中心CA (Certificate Authority)申请数字证书， 数据发送者通过CA获得目标的数字证书，然后利用数字证书中接收者的公钥加密数据，接 收者利用自己的私钥解密得到原始数据。其身份认证方式是通过第三方权威机构CA分发 的数字证书获得目标的身份。该方法广泛应用于网络安全和电子商务中。PKI技术在移动 端有其明显的不足。移动端数据传输具有突发性，简易性和便携性等特点，并且在短时间需 要进行高效实时的认证，PKI认证技术由于通信附加信息和计算量都较大，不适合在移动端 进行数据传输。
[0004] CBC-MAC认证技术出现得较早，是一种构造方法简单的经典方法，采用AES作为加 密算法。CBC-MAC认证技术苏日安附加量和计算量比PKI技术小一些，但由于其仍然具有靠 大量的加解密运算得以保证数据安全的上层认证特性，无法满足移动端的低复杂度以达到 快速认证的需求。
[0005] 移动端的身份认证有一种给予"射频指纹"的方法，该方法利用无线设备发射机由 于器件容差产生的射频指纹进行身份认证。无线设备发射机器件容差的唯一性保证射频指 纹难以复制和克隆。这种方法有固有的缺陷。正如指纹识别认证一样，射频指纹只能对已 经"验证"过的目标进行验证。换句话说，虽然射频指纹具有唯一性，但是需要有录入射频 指纹的过程，该方法只能对录入的射频指纹进行认证，不能对陌生人进行验证，难以满足移 动端位置不确定性和用户不确定性的要求。
[0006] 加密信道建立方法主要有对称密钥加密和不对称密钥加密。对称密钥加密要求数 据传输双方使用同样的密钥分别进行加密和解密，但是密钥的传输可能是不安全的。不对 称密钥使用公钥和私钥，发送者使用公钥加密，接收者使用私钥解密。PKI使用不对称密钥 方法，也是一种信道加密的技术。受限于移动端设备的性能和网络状况，公钥和私钥的产生 以及分配会很繁琐，这必然会减缓加密信道建立的过程，时间的增长也是移动端数据传输 所不能容忍的。
【发明内容】
[0007] 本发明的目的在于，针对现有技术存在的缺陷和不足，提供一种以图像特征值匹 配进行身份认证以及利用图像中的背景噪声产生随机密钥建立短时安全信道从而建立稳 定的加密安全信道的方法。
[0008] 为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：包括以下步骤：
[0009] 步骤1)身份认证，
[0010] 数据传输双方分别使用智能终端的前后摄像头互相拍摄，提取第一用户的前置摄 像头拍摄图像和第二用户的后置摄像头拍摄图像的特征值进行第一次图像匹配，当匹配成 功时，进入下一步骤；
[0011] 步骤2)安全信道建立，
[0012] 首先利用步骤1)所拍摄图像的背景噪声生成随机密钥，通过随机密钥建立临时 信道，然后在此临时信道基础上利用迪菲一赫尔曼密钥交换方法建立安全信道。
[0013] 进一步的，步骤1)所述身份认证具体为：建立二进制串内核用于图像匹配：
[0014] (1)柱状图交互，定义图像像素属性可能的值，将其按不同的间隔分组，使用柱状 图将图像的每个像素属性相关联，利用柱状图表示图像包含每组像素的信息；进行数据传 输的双方拍摄的图像分别图像A、B，对于有N个像素的P维图像A，其柱状图为：
[0015]
【主权项】
1. 一种移动端身份认证及安全信道建立的方法，其特征在于，包括以下步骤： 步骤1)身份认证， 数据传输双方分别使用智能终端的前后摄像头互相拍摄，提取第一用户的前置摄像 头拍摄图像和第二用户的后置摄像头拍摄图像的特征值进行第一次图像匹配，当匹配成功 时，进入下一步骤； 步骤2)安全信道建立， 首先利用步骤1)所拍摄图像的背景噪声生成随机密钥，通过随机密钥建立临时信道， 然后在此临时信道基础上利用迪菲一赫尔曼密钥交换方法建立安全信道。
2. 根据权利要求1所述的一种移动端身份认证及安全信道建立的方法，其特征在于， 步骤1)所述身份认证具体为：建立二进制串内核用于图像匹配： (1) 柱状图交互，定义图像像素属性可能的值，将其按不同的间隔分组，使用柱状图将 图像的每个像素属性相关联，利用柱状图表示图像包含每组像素的信息；进行数据传输的 双方拍摄的图像分别图像A、B，对于有N个像素的p维图像A，其柱状图为：
其中AM为第M个块，并且图像A和B的柱状图交互为：
(2) 利用Hausdorff内核进行灰度匹配：
其中！/(乂均是图像A和图像B灰度匹配的量，hA⑶是图像B对图像A的柱状图交 互； (3) 匹配度计算： 基于Hausdorff的Mercer内核
其中S是H的三维模板，Hs (A，B)为匹配度，设定图像A和图像B匹配成功的阈值； (4) 图像匹配 根据Hausdorff的Mercer内核获得的结果与阈值进行比较，当匹配度多阈值时，匹配 成功。
3. 根据权利要求2所述的一种移动端身份认证及安全信道建立的方法，其特征在于， 步骤2)所述生成随机密钥具体操作为： (1) 背景噪声提取：
其中P(gk)是像素点gk在柱状图中所占的比例，提取的背景噪声如下：
(2) 利用提取的背景噪声生成DES密钥，将背景噪声随机提取64位作为Key， Key = kik2k3 …k63k64; 去除作为奇偶校验位的第8、16、24、32、40、48、56、64位，剩下的56位作为有效输入K ; 将K均等分为A，B两个部分，各28位，A、B分别进行16次循环左移迭代，除第1、2、9、16次 循环左移1位外，其他循环左移2位；在第i次迭代过程中，A、B循环左移后按位异或生成 C i;所有迭代结束后将C i按位异或得到DES随机密钥C ; (3) 交换密钥建立临时信道。
4. 根据权利要求3所述的一种移动端身份认证及安全信道建立的方法，其特征在于， 步骤2)所述建立安全信道具体为： (1) 选定一个有限循环群G和它的一个生成元g，并且选定一个大素数p ; (2) 数据传输的一方为发送者，发送者使用背景噪声中提取的随机密钥a，并且将ga mod p发送给接受者； (3) 数据传输的另一方为接收者，接收者使用其背景噪声中的随机密钥b，并且将gb mod p发送给发送者； (4) 发送者计算（gb) amod p ; (5) 接收者计算（ga)bmod p ; (6) 发送者和接收者同时协商出群元素gab，其被用作共享密钥； (7) 利用共享密钥建立安全信道； (8) 在安全信道上利用DES加密算法对数据进行加密从而进行安全传输。
5. 根据2所述的一种移动端身份认证及安全信道建立的方法，其特征在于，所述身份 认证还包括第二次图像匹配，当第一次图像匹配成功时，进行第二次匹配：数据传输双方切 换前后摄像头进行相互拍摄，提取第一用户的后置摄像头拍摄图像和第二用户前置摄像头 拍摄图像的特征值进行第二次图像匹配，当匹配成功时，再进入下一步骤。
6. 根据权利要求1所述的一种移动端身份认证及安全信道建立的方法，其特征在于， 所述的图像特征值为灰度或亮度。
【专利摘要】本发明属于身份认证和图像识别领域，具体涉及一种移动端利身份认证及安全信道建立的方法，包括步骤1)身份认证，数据传输双方分别使用智能终端的前后摄像头互相拍摄，提取第一用户的前置摄像头拍摄图像和第二用户的后置摄像头拍摄图像的特征值进行第一次图像匹配，当匹配成功时，进入下一步骤；步骤2)安全信道建立，首先利用步骤1)所拍摄图像的背景噪声生成随机密钥，通过随机密钥建立临时信道，然后在此临时信道基础上利用迪菲－赫尔曼密钥交换方法建立安全信道。本方法建立的通信信道稳定安全、有效性高；仅需拍摄图像便可以进行身份验证和安全信道的建立，具有安全高效、方便快捷的优点，在移动数据传输领域能够得到长期和普遍的应用。
【IPC分类】H04L29-06, H04L9-32, G06K9-00
【公开号】CN104618113
【申请号】CN201510028554
【发明人】韩劲松, 蒋志平, 惠维, 赵季中, 陈帅宇, 周伟, 魏尧, 苟莹颖
【申请人】西安交通大学
【公开日】2015年5月13日
【申请日】2015年1月20日