专利名称：基于比特流的虹膜特征数据的隐藏方法
技术领域：
本发明属于生物特征识别及信息安全的技术领域，特别涉及一种基于比特流的虹膜特征数据的隐藏方法。
背景技术：
生物特征识别技术因为生物特征(指纹、虹膜、脸像等等)自身固有的特性使得它超越和替代传统的身份识别手段成为现实的可能，并且已经在一些国家和某些应用领域开始被推广和使用。但是也正因为这些固有的特性生物特征数据和拥有者直接相关，具有独有性及不可更改性；使得生物特征识别技术的研究不得不关注生物特征识别自身的安全性。如果一个注册用户的生物特征数据被非法窃取，那么可能引起的问题和解决的难度要远大于一个传统身份识别技术的使用者丢失了他的IC卡或者密码。生物特征识别技术的有效使用是建立在这样一个基础上那就是进入生物特征识别网络系统的生物特征数据只能来自于合法的拥有者。
现有的对生物特征数据的安全性构成威胁的有很多方式，从数据本身来说主要可以分为以下两类直接更改已注册身份的特征模板(替换)；根据获得的特征模板重构生物特征图像，然后重新输入系统，获得已注册权限(伪造)。因为在生物特征识别技术的实际推广和应用中的生物特征隐私权问题，所以对于生物特征原始数据的保护尤为重视。一般在实际方案中原始数据往往只在中央数据库中存储或者根本不保留，也就是说在应用系统中存储和传输的通常是生物特征的模板数据。由此可见，生物特征模板数据的安全对于生物特征识别系统自身的安全性影响是至关重要的。目前关于生物特征数据安全研究方面的文献并不多见，并且没有关于虹膜特征数据的隐藏和保护方面研究。
发明内容
本发明的目的就是针对现有技术的不足，提出一种基于比特流的虹膜特征数据的隐藏方法，将虹膜特征模板的数据嵌入一幅人脸图像或者其它生物特征图像中，达到数据隐藏的目的，提高虹膜特征数据的安全性。
本发明中基于比特流的虹膜特征数据的隐藏方法具体步骤是首先以虹膜特征模板为嵌入数据，而以其它生物特征图像作为被嵌入数据(宿主)；其它生物特征图像为人脸图象或指纹图象。
其次将虹膜特征模板转换为二进制码流，模板中每个单位元素是一个比特，而宿主图像的每个单位元素是一个字节，要求宿主图像的总字节数大于或者等于虹膜特征模板的总比特数。
编码时，从虹膜特征模板的二进制码流的任意位开始，并将起始位记入密钥，或者将起始位转换成二进制码嵌入特定的宿主图像的字节区中并将该特定区位置记入密钥；宿主图像的起始位同样从任意位开始，对于起始位置信息的处理方法和虹膜特征模板的起始位处理方法相同；将选定的虹膜特征模板的单位元素和选定的宿主图像的单位元素的除最低比特位之外的其它七位中的任意一位相比较，并用该单位元素的最低位标记比较结果；依次顺序处理虹膜特征模板中的每一个单位元素和对应的宿主图像中的单位元素，如果起始位并非从首位开始则将虹膜特征模板的二进制码流首尾衔接，直至每一个单位元素都嵌入到相对应的宿主图像中，完成编码。
解码时，根据密钥，从宿主图像中获得编码时处理的首个单位元素，根据该元素最低比特位的值，从该元素的特定比特位中取出虹膜特征模板的比特流的首位；依次顺序处理，直到取出所有的虹膜特征模板的元素，完成解码。
本发明直接将虹膜的特征模板隐藏到人脸图像或者其它生物特征图像中，具有很强的隐蔽性，能够有效保护虹膜特征模板数据，增强虹膜识别系统自身的安全性。
由于本发明实际的计算过程无论是编码还是解码都仅仅是对位的比较和取反，所以具有较高的计算速度，且算法本身不会造成误码；尤其是现有的虹膜识别算法和系统基本上是通过计算虹膜纹理编码的汉明距来完成比较和识别，利用本发明处理的宿主图像，可以直接和数据库中存储的虹膜特征模板进行比对。只要根据密钥找到宿主图像初始位象素，比较确定的比特位，然后顺序操作即可完成，将解码和比较处理合并，可以进一步提高计算效率。
图1是本发明基于比特流的虹膜特征数据的隐藏方法的原理示意图；图2是虹膜特征模板的二进制码流示意图；图3是宿主图像的示意图。
具体实施例方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
本发明基于比特流的虹膜特征模板的数据隐藏方法的原理如图1所示，图中的虹膜特征模板中的小黑块和小白块分别表示二进制的0和1，将他们嵌入对应的作为宿主的人脸图像的字节中，实现数据隐藏，最后得到隐藏了生物特征模板的输出图像用于存储、传输和交换；设虹膜特征模板为I(k，l)，是一个矩阵k×l表示的二进制序列，矩阵中每个元素为一个比特数；宿主(人脸图像)为F(m，n)，表示一个m×n矩阵，矩阵中每个元素为一个字节表示的象素；在数据隐藏时以F(m，n)为宿主图像，而将I(k，l)作为嵌入数据；要求(m×n)≥(k×l)(即满足冗余度α≥1)。需要说明的是(k，l)表示I(k，l)中一个元素的行和列的坐标，I(k，l)为二进制码流，k∈[1，K]，l∈[1，L]，K和L分别是矩阵I(k，l)的行数和列数的最大值；而(m，n)表示F(m，n)中一个元素的行和列的坐标，F(m，n)是灰度图像(灰度级0-255)，m∈[1，M]，n∈[1，N]，M和N分别是矩阵F(m，n)的行数和列数的最大值。I(k，l)如图2所示，F(m，n)如图3所示。
作为嵌入数据的虹膜特征模板I(k，l)的起始位可以从任意位开始，只要在密钥中标记起始位的位置，处理时将图2的码流首尾相接，然后依次处理矩阵中所有的元素。如图2中所示的起始位选为方框套住的一个比特，它的值记为S(i)，S(i)∈{0，1}，i表示它在特征模板中的位置，且i＝(k-1)·L+l；同理，作为宿主的人脸图像F(m，n)的初始象素也可以任意选取，也要在密钥中标记它的位置，记为P(j)，如图3中所示的白色方框套住的那个象素，j＝(m-1)·N+n，对于灰度图像(灰度级0-255)用一个字节来表示P(j)，如图中箭头所指，框内分别是字节的每个比特位，下方分别是从0到7的位序。然后依次嵌入，处理时将F(m，n)的象素首尾续接，直至处理完所有的水印位。F(m，n)可以是宿主图像本身，也可以是整个宿主图像的一部分。如图2中右边的字节展开示意，从右到左表示从字节的低位到高位，分别用P(0)(j)，P(1)(j)，L，P(7)(j)；P(0)(j)作为标志位，从其余7位中可以任选一位作为参考位。例如选择P(1)(j)作为参考位，水印嵌入如式(1)所示PWM(0)(j)=0,ifS(i)=P(1)(j)1,ifS(i)≠P(1)(j)---(1)]]>F(m，n)的象素P(j)嵌入水印后记为PWM(j)，按照图3的示意，即表示PWM(j)的一个字节中，除了P(0)(j)变成PWM(0)(j)，其余位和P(j)保持一致；然后依次取虹膜特征模板I(k，l)的下一个比特位，顺序嵌入F(m，n)的下一个象素，直至每一个比特位都嵌入到一个象素中一次，数据隐藏处理结束。
取出水印时，也就是将虹膜特征模板I(k，l)从作为宿主图像F(m，n)中取出，根据隐藏时的密钥，得到F(m，n)初始嵌入位置的字节，记为PWM(j)，和虹膜特征模板I(k，l)的初始选取位置i，i∈[1，K×L]，解码处理如式(2)所示S(j)=PWM1(j),ifPWM0(j)=0;PWM1(j)‾ifPWM0(j)=1;---(2)]]> 表示对PWM1(j)取反，依照式(2)依次取出隐藏的S(i)，放入确定的虹膜特征模板I(k，l)的位置，直至获得所有的模板数据位，完成解码。
上述处理对于作为宿主的人脸图像并不是无损的，但是因为在数据嵌入时仅仅改变了图像中被嵌入象素字节的最低位，对灰度值的影响是1，而且改变的概率仅仅是0.25。这样即使在最极端的情况下，例如某个象素的灰度值加1，而所有相邻的象素都减1，从视觉效果上来说，基本上没有什么变化。随机抽取了一幅人脸图像中一半的象素进行上述极端情况下的处理后，所得到的结果和原始图像进行比较，并不能通过观察判断宿主图像是不是进行了数据隐藏的处理。这样的生物特征数据即使被截获，根据数据本身不能确定是否进行了数据隐藏的处理。
权利要求
1.基于比特流的虹膜特征数据的隐藏方法，其特征在于该方法包括以下步骤首先以虹膜特征模板为嵌入数据，而以其它生物特征图像作为被嵌入数据，即宿主；所述的其它生物特征图像为人脸图象或指纹图象；其次将虹膜特征模板转换为二进制码流，模板中每个单位元素是一个比特，而宿主图像的每个单位元素是一个字节，要求宿主图像的总字节数大于或者等于虹膜特征模板的总比特数；编码时，从虹膜特征模板的二进制码流的任意位开始，并将起始位记入密钥，或者将起始位转换成二进制码嵌入特定的宿主图像的字节区中并将该特定区位置记入密钥；宿主图像的起始位同样从任意位开始，对于起始位置信息的处理方法和虹膜特征模板的起始位处理方法相同；将选定的虹膜特征模板的单位元素和选定的宿主图像的单位元素的除最低比特位之外的其它七位中的任意一位相比较，并用该单位元素的最低位标记比较结果；依次顺序处理虹膜特征模板中的每一个单位元素和对应的宿主图像中的单位元素，如果起始位并非从首位开始则将虹膜特征模板的二进制码流首尾衔接，直至每一个单位元素都嵌入到相对应的宿主图像中，完成编码；解码时，根据密钥，从宿主图像中获得编码时处理的首个单位元素，根据该元素最低比特位的值，从该元素的特定比特位中取出虹膜特征模板的比特流的首位；依次顺序处理，直到取出所有的虹膜特征模板的元素，完成解码。
全文摘要
本发明涉及一种虹膜特征数据的隐藏方法。本发明方法是以虹膜特征模板为嵌入数据，以其它生物特征图像作为宿主，宿主图像的总字节数大于等于虹膜特征模板的总比特数；编码时，将虹膜特征模板的比特流首尾相接，将该位和选定的宿主图像的单位元素的除最低比特位之外的其它七位任一位相比较，标记比较结果，将起始位等信息构成密钥；解码时，根据密钥从宿主图像中找到起始单位元素，从该元素的特定比特位中取出虹膜特征模板的比特流的首位，直到取出所有比特位。本发明将虹膜特征模板的数据按比特嵌入其它生物特征图像的字节中，达到数据隐藏的目的，在不影响虹膜识别的高搜索率和高准确率的同时，增强虹膜特征数据存储、传输和交换的安全性。
文档编号G06K9/36GK1988445SQ20061015458
公开日2007年6月27日 申请日期2006年11月8日 优先权日2006年11月8日
发明者叶学义 申请人:杭州电子科技大学