一种基于多角度指纹信息识别的加密装置及其加密方法

1.本发明属于信息安全技术领域，具体涉及一种基于多角度指纹信息识别的加密装置，还涉及一种基于多角度指纹信息识别的加密方法。


背景技术：

2.指纹识别技术目前已广泛应用于人们生活的各个领域，在移动设备解锁、门禁、考勤系统、银行交易及其他密码输入系统中起到重要的安全保障作用。然而近期一些“指纹盗取”的现象屡见不鲜，有部分不法分子通过“指纹膜”来套取用户的指纹数据，用于顶替、盗刷、冒充等各类非法用途，对公共信息安全构成了一定的威胁，目前比较常规的指纹验证方式过于单一，其安全和保密系数亟需革新，有待进一步优化和改进。


技术实现要素：

3.本发明的目的是提供一种基于多角度指纹信息识别的加密装置及其加密方法，解决了目前指纹验证方式的安全性和功能性有待进一步优化的一部分问题。
4.本发明所采用的技术方案是，
5.一种基于多角度指纹信息识别的加密装置，包括微处理器、语音模块、指纹传感器、多圈电位器、a/d转换器、图像处理模块、显示器、电源模块、存储模块、无线通信模块、云服务器、旋钮以及箱体；
6.微处理器与语音模块、指纹传感器、a/d转换器连接，a/d转换器与多圈电位器连接；微处理器还与图像处理模块、显示器、电源模块、存储模块相连；无线通信模块的地址端和数据端连接微处理器对应数量的通用输入输出接口，并由无线通信模块与云服务器进行远程通信；
7.旋钮设置于箱体的外壁，指纹传感器设置于旋钮，多圈电位器设置于旋钮的转轴；在用户转动旋钮的情形下，旋钮带动转轴转动，进而带动旋钮上的多圈电位器滑动端随之移动。
8.本发明的特点还在于；
9.旋钮的旋转角度为0
°‑
360
°
，旋钮沿其周向的外围设置有相应的刻度线；
10.指纹传感器安装于旋钮的正面的凹槽内部；多圈电位器的滑动端连接旋钮转轴，以便转动旋钮的同时得到不同角度对应的电阻值，进而得到不同的模拟电压信号；a/d转换器接收多圈电位器上的模拟电压信号的变化，并将其转换为相应的数字信号形成角度密码。
11.微处理器用于：
12.接收语音模块识别和提取的音频数据，控制语音模块向用户播报语音；
13.接收a/d转换器输入的角度数据对应的数字信号；
14.接收图像处理模块的图像校正数据；
15.向显示器发送待显示的数据码，为用户呈现；
16.从存储模块中存取用户数据；
17.使无线通信模块与云服务器进行数据通信。
18.语音模块用于将用户的音频数据发送给微处理器，同时为用户提供密码设置过程中的步骤提示。
19.指纹传感器用于：感知用户的指纹数据，接收指纹特征输入，配合图像处理模块提取用户的特征数据，并将特征数据发送给微处理器、保存于存储模块中。
20.图像处理模块用于：处理用户指纹数据，对输入的用户指纹数据进行编码，同时也可对输入的不规范指纹进行校正；显示器辅助显示指纹数据的输入是否有效。
21.无线通信模块用于装置与云服务器通信；云服务器用于新用户指纹数据的审核和备份；在用户发出指纹录入请求的情形下，云服务器审核通过后由无线通信模块向微处理器发送录入许可指令，用户在根据语音模块的提示完成指纹数据的设置。
22.本发明的另一个技术方案是；
23.一种基于多角度指纹信息识别的加密方法，包括以下步骤：
24.步骤1，用户向装置发出密码设置的语音请求，语音模块将接收到的语音信息处理后发送给微处理器；
25.步骤2，微处理器通过无线通信模块向云服务器传送设置密码的指令；
26.步骤3，云服务器审核通过后，再次通过无线通信模块向微处理器传送录入许可的指令；
27.步骤4，微处理器随即开始指导用户进行密码设置的工作；
28.步骤5，语音模块为用户提示录入流程，当用户第一次进行密码设置时，指纹录入完成后，语音模块提示指纹信息已录入，可进行角度密码设置，此时用户旋转旋钮将其上的指针指向设置的角度，同时语音模块发出语音提示；后续每位密码依次按照上述设置，直至角度密码录入完成，装置将用户设置的指纹密码和角度密码组合形成复合型指纹密码，作为最终的装置密码；
29.步骤6，将步骤5设置的装置密码确认提交后，通过存储模块进行本地存储，同时云服务器会进行远程备份。
30.本发明的有益效果是，本发明一种基于多角度指纹信息识别的加密装置，安全强度高。针对传统的单一指纹识别易被套取的问题，将指纹识别和角度密码进行组合形成设备密码，实现指纹数据的二次加密，进一步提高了密码输入装置的安全性。适用范围广。可满足移动设备解锁、门禁、考勤系统、银行交易等多种场合对指纹密码的需求。灵活方便。用户只需按照先前设定，在旋钮上指纹识别模块进行指纹识别认证。在输入指纹信息后，转动旋钮输入相应的角度密码，完成设备密码输入，微处理器会迅速响应并完成进行验证。
31.本发明在单一的指纹识别基础上进行升级革新，将指纹信息和角度密码组合，形成附加角度信息的复合型指纹密码，进而实现对指纹密码的二次加密。具有安全强度高、适用范围广、灵活方便的特点，为公共信息安全保驾护航。
附图说明
32.图1是本发明一种基于多角度指纹信息识别的加密装置的系统框架示意图；
33.图2是本发明一种基于多角度指纹信息识别的加密装置的外观结构示意图；
34.图3是本发明一种基于多角度指纹信息识别的加密装置的实施例中密码输入状态示意图；
35.图4是本发明一种基于多角度指纹信息识别的加密装置的实施例中显示器的状态示意图；
36.图5是本发明一种基于多角度指纹信息识别的加密装置的工作流程示意图。
37.图中，1.微处理器，2.语音模块，3.指纹传感器，4.多圈电位器，5.a/d转换器，6.图像处理模块，7.显示器，8.电源模块，9.存储模块，10.无线通信模块，11.云服务器，12.旋钮，13.箱体。
具体实施方式
38.下面结合附图和具体实施方式对本发明一种基于多角度指纹信息识别的加密装置及其加密方法进行详细说明。
39.如图1和图2所示，一种基于多角度指纹信息识别的加密装置，包括微处理器1、语音模块2、指纹传感器3、多圈电位器4、a/d转换器5、图像处理模块6、显示器7、电源模块8、存储模块9、无线通信模块10、云服务器11和旋钮12及承载上述硬件的箱体13；
40.箱体内设有微处理器1；微处理器1的通用异步串行口uart0中的txd0和rxd0分别与语音模块2的rxd和txd端口相连；微处理器1的txd1和rxd1端口分别与指纹传感器3的rxd和txd端口相连；微处理器1的gpio接口与a/d转换器5的数字信号输出端连接，且a/d转换器5的模拟信号输入端与多圈电位器4的可变电位输出端(即中间端口)连接；微处理器1的txd2和rxd2端口分别与图像处理模块6的rxd和txd端口相连；微处理器1的通用输入输出接口(gpio)与显示器7相连；微处理器1的电源端与电源模块相连；微处理器的任意两个通用输入输出接口(gpio)与存储模块的时钟输入端口sck及数据输入输出口sda相连；无线通信模块10的地址端和数据端连接微处理器1对应数量的通用输入输出接口(gpio)，并由无线通信模块10与云服务器11进行远程通信；
41.箱体13壳体上设有一处旋钮12，旋钮12的正面的凹槽内部设有指纹传感器3，用户将手指放置在指纹传感器3的表面即可录入用户的指纹信息。
42.旋钮12作为简单机械结构不受微处理器的控制，用户轻微转动旋钮12，依托转轴自由转动，旋钮12带动转轴上的多圈电位器4的滑动端也随之移动，方便用户依据旋钮12周围的刻度设定角度密码。
43.多圈电位器4连接旋钮12的转轴，多圈电位器4根据旋转角度获取不同的模拟电压值，再通过a/d转换器5进行电压变换，将多圈电位器4输出的模拟电压信号转变成相应的数字信号。
44.微处理器1，作为指纹输入终端的控制中心，可完成下述工作：
45.接收语音模块2所识别和提取的音频数据，也可控制语音模块2向用户播报语音，如密码验证失败的提示语等；
46.接收来自a/d转换器5输入的角度数据对应的数字信号；
47.接收来自图像处理模块6的图像校正数据；
48.向显示器7发送待显示的数据码，为用户呈现；
49.从存储模块9中存取用户数据；
50.使能无线通信模块10，使之与云服务器11进行数据通信，如收发审核和备份数据。
51.语音模块2，可以与用户进行语音交互，提示用户完成指纹信息的录入工作以及角度密码的设置工作。用户使用该装置时，输入指纹密码时有语音提示“指纹密码验证成功”；随后转动旋钮依次输入角度密码的同时，语音模块2会在每一位密码输入完成后发出蜂鸣声进行提示。
52.指纹传感器3，用于感知用户的指纹数据，配合图像处理模块6，提取用户的特征数据，发送给微处理器1，保存在存储模块9中。
53.图像处理模块6，用于处理用户指纹数据，对输入的用户指纹数据进行编码，同时也可对输入的不规范指纹进行校正。
54.显示器7，辅助显示密码的输入是否有效，用户每输入一个角度的密码，显示器增加显示一个“*”符号，表明本位输入有效。
55.电源模块8，为整个装置供电。
56.存储模块9，实现本地存储功能，下次验证指纹密码时无须与云服务器进行通信比对，提高装置响应速度。
57.无线通信模块10，用于装置与云服务器的通信。
58.云服务器11，用于新用户指纹数据的审核和备份工作，用户发出指纹录入请求后，云服务器11审核通过后由无线通信模块10向微处理器1发送录入许可指令，用户可在根据语音模块2的提示完成指纹数据的设置。此外，还会对用户的指纹数据进行备份。
59.旋钮12安装在箱体13上，旋钮12的正面设置有指纹传感器3，旋钮12的转轴连接多圈电位器4的滑动端。旋钮12可自由转动，其外围设置有角度刻度线，方便用户设置不同的角度密码。
60.箱体13作为整个装置的载体，起到支撑和装载作用，上述硬件皆依托箱体13进行安装。
61.一种基于多角度指纹信息识别的加密方法，包括以下步骤：
62.步骤一，新用户向装置发出密码设置的语音请求，语音模块2将接收到的语音信息处理后发送给微处理器1；
63.步骤二，微处理器1通过无线通信模块向云服务器11传送“设置密码”指令；
64.步骤三，云服务器11审核通过后，再次通过无线通信模块10向微处理器1传送“录入许可”指令；
65.步骤四，微处理器1随即开始指导新用户进行密码设置工作；
66.步骤五，语音模块2为用户提示录入流程，当新用户第一次进行密码设置时，指纹录入完成后，语音模块2提示“指纹信息已录入，可进行角度密码设置”，此时用户旋转旋钮12，将旋钮12上的指针依次指向所设置的角度，每个角度停留时长为1s，输入完成后显示器7上会增加显示一位“*”符号，同时语音模块2会发出持续时长为0.1s的蜂鸣声，提示用户本位角度密码已经设置完成，后续的几位密码设置过程同上，直至角度密码录入完成，用户通过语音“密码设置完成”完成全部密码设置。设备将用户设置的指纹密码和角度密码组合形成复合型指纹密码，作为最终的设备密码；
67.步骤六，将步骤五设置的设备密码确认提交后，通过存储模块9进行本地存储，同时云服务器11会进行远程备份；
68.如图4所示，步骤七，用户在使用时，输入步骤五设置的设备密码，进行指纹识别和角度密码输入。首先，用户将手指放置在指纹识别区域，进行指纹信息的输入。完成后语音模块2提示“指纹信息认证成功，请输入角度密码”，此时用户开始转动旋钮12，将旋钮12上的指针依次指向相应的角度，并在每个角度停留1s，每位角度密码输入完成后，显示器7上会增加显示一位“*”符号，同时语音模块2会发出持续时长为0.1s的蜂鸣声，提示用户本位密码已输入完成，可以进行下一位密码输入。角度密码输入完成后，用户通过语音“输入完毕”确认登陆。随后微处理器1将用户输入的指纹和角度密码与存储模块9或云服务器11中的设备密码数据进行比对，完成设备密码的验证工作。
69.下面通过具体的实施例对本发明一种基于多角度指纹信息识别的加密装置及其加密方法进行进一步详细说明。
70.用户可以通过语音向系统发出“指纹设置”请求、“输入完毕”信号，系统可在指纹验证错误时语音提示“您好，验证失败”等。的指纹传感器3，安装在旋钮正面，用于感知用户的指纹数据。多圈电位器4的滑动端连接旋钮转轴，根据不同角度下指纹传感器3获取到的指纹信息得到不同的模拟电压值，再通过a/d转换器进行电压变换，将多圈电位器输出的模拟电压信号转变成相应的数字信号。配合图像处理模块6，提取用户的特征数据，发送给微处理器1，保存在存储模块9中。的图像处理模块6，用于处理用户指纹数据，对输入的用户指纹数据进行编码，同时也可对输入的不规范指纹进行校正，并发送给微处理器1。的显示器7，辅助显示指纹数据的输入是否有效。用户每输入一个角度的指纹密码，显示器7会增加显示一个“*”符号，表明本位输入有效。的电源模块8，用于为装置供电。的存储模块9，实现本地存储功能，使得下次验证指纹密码时无须与云服务器进行通信比对，提高装置响应速度。的无线通信模块10，用于装置与云服务器11的通信。的云服务器11，用于新用户指纹信息和对应角度密码的审核和备份工作，用户发出密码录入请求后，云服务器11审核通过后由无线通信模块10向微处理器1传送“录入许可”指令，用户可在根据语音模块2的提示完成密码设置。此外，还会对用户的密码进行备份。
71.参见附图5，本发明的结构示意图。
72.用户在使用时，将手指放到旋钮12正面的凹槽处进行指纹信息的录入或指纹密码的输入，完成后在语音模块2的提示下转动旋钮输入角度密码。指纹密码对应的角度密码进行组合作为指纹数据的二级加密。
73.优选地，如某用户设置自己的角度密码为“0
°
、90
°
、95
°
、240
°”
，该用户在完成指纹密码的设置后，转动旋钮，让旋钮上的箭头依次指向标有“0
°”
、“90
°”
、“95
°”
、“240
°”
的刻度处进行角度密码的输入。
74.特别地，由于箱体13上安装有旋钮12，用户可转动旋钮12，方便对各个角度的输入。进一步地，装置每识别完成一个角度后，显示器7会增加一个“*”符号，指示用户该角度对应的一位角度密码已录入完成。本实施例中，该用户指纹密码包含四个角度，则输入完成后，显示器7共出现四位“*”符号。装置判断用户的指纹数据正确且角度密码输入顺序也符合事先设定后，认定此次设备密码输入正确。
75.参见附图3，本发明的工作流程图。一种基于多角度指纹信息识别的加密方法，包括以下步骤：
76.100、装置开始工作；
77.101、初始化自检；
78.102、根据是否收到“密码设置”语音请求，执行新用户设备密码录入或设备密码输入验证；
79.103、收到“密码设置”语音请求，通过无线通信模块10与云服务器11进行通信，传送“密码设置”指令；
80.104、云服务器11进行审核，判断装置安装的实际场合是否允许多人指纹录入或是否有管理员许可；
81.105、本装置应用于个人储蓄账户的密码输入验证时，属于“一对一”类型，不允许非主人外的第三方指纹录入，该场合下，除非得到银行管理员许可，云服务器会拒绝后期的二次录入请求。而应用于小区门禁系统的装置，属于“多对一”类型，则支持多人不同指纹数据的后期录入，经云服务器11与小区管理处通信核实身份后，传送“录入许可”指令；
82.106、用户根据装置的语音提示设置指纹密码及其角度密码组合；
83.107、密码数据存储，包含本地快速存储和云服务器远程备份；
84.108、已注册用户使用时，系统接收到“密码验证”的语音指令，用户在语音提示下进行指纹及角度密码的输入步骤；装置检测到指纹信息输入完成后，语音提示用户转动旋钮输入角度密码，当装置每检测到一个角度，显示器7做出响应，增加一位“*”符号，同时语音模块2发出持续时长为0.1s的蜂鸣声，提示用户装置已检测到该步输入，用户依次输入角度密码后，通过语音“输入完毕”确认登录；
85.109、微处理器1根据存储模块9中的设备密码，对输入密码进行比对；
86.110、判断本次输入密码是否与存储密码一致；
87.111、如果设备密码输入错误，则语音提示“您好，验证失败，请按照您所设定的角度组合以正确的顺序依次输入不同角度的指纹”，并返回到初始化状态；
88.112、数据比对一致，即指纹数据和角度数据皆正确，指纹密码验证通过；
89.113、执行相应操作，根据装置实际安装场合不同，可以是进入个人储蓄账户、小区门禁开锁等；
90.114、本次任务结束。
91.本发明一种基于多角度指纹信息识别的加密装置及其加密方法，对传统单一的指纹验证模式进行革新，将指纹传感器和多圈电位器组合在一个旋钮装置上，在用户完成指纹信息录入后转动旋钮，带动内部的多圈电位器的滑动端移动，进而获得特定角度下的一组数字信号作为角度密码，指纹信息和角度密码组合，形成附加角度信息的复合型指纹密码，进而实现对指纹密码的二次加密，为公共信息安全保驾护航，对于提高指纹安全强度、维护信息安全具有重要意义；具有安全强度高、适用范围广、灵活方便的特点。