一种抵御重放攻击的生物认证方法

申请号 CN200410066343.4 申请日 2004-09-09 公开(公告)号 CN100466516C 公开(公告)日 2009-03-04
申请人 杭州中正生物认证技术有限公司; 发明人 梁敏; 汪涤;
摘要 本 发明 涉及一种抵御重放攻击的 生物 认证装置,除了生物特征提取模 块 ,另增系统独立的 实时时钟 模块,并经由通信模块与外界发生通信联系。对时钟模块的设置和时间读取,只能由包裹其外的数据加/解密模块,以密文的方式与上位机进行数据交互。本发明所述的认证方法,生物特征提取终端A生成带有时间信息的 生物特征数据 ,加密后,将加密信息通过公共网络上传到生物认证终端B;生物认证终端B接收加密信息予以解密,首先判断其附带的时间信息是否在允许的范围之内,若符合要求,则进行生物认证。本发明的有益效果是:1)堵塞了生物认证系统中一个普遍存在的安全漏洞;2)提高了生物认证系统的安全性和公信 力 ;3)结合实际,容易实施。
权利要求

1、一种抵御重放攻击的生物认证方法,其特征是:该方法包含以下步骤:
1)、接受身份认证申请(8.1)后,生物认证终端B一直处于等待接收认证申请状态(9.1), 收到生物特征提取终端A发来的时间同步申请(9.2),将生物认证终端B系统的时钟信息加 密后,发送给生物特征提取终端A(9.3);
2)、生物特征提取终端A接到生物认证终端B响应后,接收生物认证终端B的时间同步 信息(8.3)并进行解密(8.4),设置生物特征提取终端A的系统时间(8.5);
3)、生物特征提取终端A提取生物特征数据(8.6),提取生物特征提取终端A的系统时 钟(8.7),生成带有时间信息的生物特征数据(8.8),加密(8.9)后,将加密信息通过公共 网络上传到生物认证终端B(8.10);
4)、生物认证终端B接收生物特征提取终端A的加密信息予以解密(9.4),首先判断其 附带的时间信息是否在允许的范围之内(9.5),若符合要求,则进行生物认证(9.6);若生 物特征数据提交的时间不在允许范围之内,视为有重放攻击的嫌疑,认证不予响应,软件流 程转到生物认证终端B一直处于等待接收认证申请状态(9.1)继续等待新的认证申请;若时 间参数符合要求,当生物特征不符,系统给出验证未通过的提示,流程也转入生物认证终端 B一直处于等待接收认证申请状态(9.1)继续等待新的认证申请;若生物特征相符,系统给 出认证通过的提示(9.7);
该方法具体包括:
1)使生物特征提取终端A与生物认证终端B保证时钟的同步:
/tA-tB/<Δt;其中tB:生物认证终端B即时采集的系统时钟信息,tA:生物特 征提取终端A在收到生物认证终端B系统的时钟信息后,进行时间同步调整后 的提取终端A的时钟信息,Δt——保证时间同步的最大临界值;
2)生物特征提取终端A提取生物特征值:
FT(IC)=TC;其中IC:被验人C身上所提取的生物信息;FT:生物特征提取函数;
TC:用提取函数FT从生物信息中获得的生物特征;
3)加入生物特征提取终端A当前系统的时钟,形成实时生物特征值:
TC+tA;
4)用生物特征提取终端A密钥加密,经公共网络传送生物认证终端B;
EKA[TC+tA]→B,其中B是生物认证终端B,EkA:用生物特征提取终端A的密钥 进行加密的函数;
5)生物认证终端B密钥解密:
DKB{EKA[TC+tA]}=TC+tA;DKB:用生物认证终端B的密钥进行解密的函数;
6)如果时延落在合理设定的时间窗tW1以内,即/tB—tA/判TC有效,进入后续验证程序7);
否则
判TC为无效,提示生物特征值传输超时,终止验证;
7)启动识别算法,给出识别结果:
FV(TC,TC’)=RC;其中FV为生物认证终端B的识别算法,TC’:生物认证终 端B备案的该生物特征,RC:对两个生物特征进行识别的结果;
8)加入当前系统时间后,加密传输给生物特征提取终端A:
EKB[RC+tB]→A;其中A是生物特征提取终端A,EKB:用生物认证终端B的密钥进行 加密的函数;
9)生物特征提取终端A解密:
DKA{EKB[RC+tB]}=RC+tB其中DKA:用生物认证终端A的密钥进行解密的函数;
10)如果时延落在合理设定的时间窗tW2以内,即/tB—tA/判RC有效,
否则
判RC为无效,提示生物认证结果传输超时,终止验证。
2、根据权利要求1所述的抵御重放攻击的生物认证方法,其特征在于,采用建立同步 握手协议的方式,实现上述生物特征提取终端A和生物认证终端B的两端时钟同步:
1)生物特征提取终端A以密文向生物认证终端B申请校时:
EKA[Tset]→B,其中Tset是申请校时的命令;
2)生物认证终端B解密:
DKB{EKA[Tset]}=Tset
3)生物认证终端B采集本端时钟即即刻时点数,并加密,发送生物特征提取终端A:
EKB[tB]→A
4)生物特征提取终端A解密,获得生物认证终端B时点值tB:
DKA{EKB[tB]}=tB;
5)生物特征提取终端A校准本端时钟:
tA=tB。
3、根据权利要求1或2所述的抵御重放攻击的生物认证方法,其特征在于,在接收端 设置可变大小的时间窗,以适应不同安全等级:
1)设网络最小延时tmin;
2)时间窗tW=α×tmin,其中α≥1为延时系数,以适应不同安全等级,α越大,系 统稳定性越大,但安全等级越低。

说明书全文

所属技术领域

发明涉及一种生物认证装置和系统,尤其是一种抵御重放攻击的生物认证装置和方法。

背景技术

生物认证技术Biometrics,是验证终端B通过生物特征提取终端A,从被验人C身上所 测得生物特征TC(指纹、笔迹、声纹、虹膜、面相、步态、DNA等)后,查验它是否与某 一合法备案的生物特征TC’相同,以确认C是否与TC’所声称的身份相符的过程。
生物特征提取终端A与生物验证终端B分处不同地理位置的认证,称作异地生物认证。 目前公知的异地生物认证,一般通过公共网络进行信息交互。具体过程是:
1)验证终端B通过生物特征提取终端A,摄取被验人C的生物信息IC;
2)留驻A端的生物特征提取算法FT,从IC中提取生物特征TC:
FT(IC)=TC;
3)用A端密钥KA加密,形成密文:
EkA[TC];
4)把密文从A端经由公共网络送至B端:
EkA[TC]→B;
5)B端用密钥KB解密:
DKB{EkA[TC]}=TC;
6)用识别算法FV对TC与备案TC’比较,给出认证结果:
FV(TC,TC’)=RC;
7)用B端密钥KB加密验证结果:
EKB[RC];
8)密文从B端经由公共网络送至A端:
EKB[RC]→A.
其中第3)~5)步的加/解密处理,是为了防止生物特征信息在公共网络信道传输时被 窃听、破解所采取的安全措施,参见图1。
但是,上述加密的生物特征信息如果在公共信道中被窃取,攻击者H即使不用破译密文, 就可用重放攻击(playback)的方法,欺骗生物验证终端B,使认证系统失去公信
如图2.所示,当A端将加密生物特征数据EkA[TC]2.11送入公共网络2.2后,被网络攻击 端H2.4窃听、复制后,在H认为必要的时刻,向生物验证终端B2.3重放该复制的加密生物特 征数据EkA[TC]’2.41;B端接收到EKA[TC]’后,并不知道该信息已被复制、重放,照例响应, 进行解密,检索生物特征数据库,进行比对;将验证结果RC加密后EKB[RC]2.31送入公共网 络信道1.2;攻击者同样能截获结果信息EKB[RC],也可将复制信息EKB[RC]’2.42发往生物特征 提取终端A2.1。

发明内容

为了克服生物特征数据在公共网络传输过程中被窃听复制、受到重放攻击的安全隐患, 本发明提供一种抵御重放攻击的生物认证装置和方法,由硬件加密芯片保护、具有内部时钟 系统的生物特征提取终端,对生物特征数据加盖上实时印记后加密传输,并在接收端建立“时 间窗”,用以识别、警示重放攻击。
本发明解决以上技术问题所采用的技术方案是:
本发明所述的抵御重放攻击的生物认证装置,主要包括:一MCU微处理器完成各个功能模 的协调;耦合到MCU微处理器的存储器,含有由MCU微处理器执行的指令组;一实时时钟模 块,该实时时钟模块是电连接于MCU微处理器,用以获得提取生物特征的精确时间;一生物 特征提取模块,该生物特征提取模块是电连接于MCU微处理器,并经由该MCU微处理器的控制 以感测人体生物信息、提取生物特征信息;一SAM安全模组,该SAM安全模组是电连接于MCU 微处理器,用来完成数据的加解密;电源模块4.3提供系统的电源;一通信模块,该通信模 块电连接于MCU微处理器,用以与上位机进行数据通讯。各模块之间的连接方式,如图4所示。 对现有生物特征提取终端A系统硬件结构加以改进,即除了生物特征提取模块3.1,另增实时 时钟模块3.2,以获得提取生物特征的精确时间;采用加解/解密模块3.3将上述两个模块“封 装”起来,经由(对外进行信息交换的惟一通道)通信模块3.4与外界发生通信联系。此时, 实时时钟模块是系统独立的时钟,对其设置和时间读取,只能由包裹其外的数据加/解密模 块,以密文的方式与上位机3.5进行数据交互。参见图3。
本发明所述的抵御重放攻击的生物认证方法,主要包含以下步骤:
1)、接受身份认证申请后,生物特征提取终端A向生物认证终端B提交同步申请;生物 认证终端B一直处于等待接收认证申请状态,收到生物特征提取终端A发来的时间同步申请, 将生物认证终端B系统的时钟信息加密后,发送给生物特征提取终端A;
2)、生物特征提取终端A接到生物认证终端B响应后,接收生物认证终端B的时间同步 信息并进行解密,设置生物特征提取终端A的系统时间;
3)、生物特征提取终端A提取生物特征数据,提取生物特征提取终端A的系统时钟,生 成带有时间信息的生物特征数据,加密后,将加密信息通过公共网络上传到生物认证终端B;
4)、生物认证终端B接收生物特征提取终端A的加密信息予以解密,首先判断其附带的 时间信息是否在允许的范围之内,若符合要求,则进行生物认证;若生物特征数据提交的时 间不在允许范围之内,视为有重放攻击的嫌疑,认证不予响应,软件流程转到继续等待新的 认证申请;若时间参数符合要求,当生物特征不符,系统给出验证未通过的提示,流程也转 入继续等待新的认证申请;若生物特征相符,系统给出认证通过的提示。
本发明为达到其技术目的所采取的具体方法如图5所示:
1)使生物特征提取终端A与生物认证终端B保证时钟的同步:
/tA-tB/<Δt;其中tB:生物认证终端B即时采集的系统时钟信息,tA:生物特 征提取终端A在收到生物认证终端B系统的时钟信息后,进行时间同步调整后 的提取终端A的时钟信息,Δt——保证时间同步的最大临界值;
2)生物特征提取终端A提取生物特征值:
FT(IC)=TC;其中IC:被验人C身上所提取的生物信息;FT:生物特征提取函数 FT.;TC:用提取函数FT从生物信息中获得的生物特征;
3)加入生物特征提取终端A当前系统的时钟,形成实时生物特征值:
TC+tA;
4)用生物特征提取终端A密钥加密,经公共网络传送生物认证终端B;
EKA[TC+tA]→B,其中B是生物认证终端B,EkA:用生物特征提取终端A的密钥
进行加密的函数;
5)生物认证终端B密钥解密:
DKB{EKA[TC+tA]}=TC+tA;DKB:用生物认证终端B的密钥进行解密的函数;
6)如果时延落在合理设定的时间窗tW1以内,即/tB—tA/判TC有效,进入后续验证程序7);
否则
判TC为无效,提示生物特征值传输超时,终止验证;
7)启动识别算法,给出识别结果:
FV(TC,TC’)=RC;其中FV为生物认证终端B的识别算法,TC’:生物认证终 端B备案的该生物特征,RC:对两个生物特征进行识别的结果;
8)加入当前系统时间后,加密传输给生物特征提取终端A:
EKB[RC+tB]→A;其中A是生物特征提取终端A,EKB:用生物认证终端B的密钥 进行加密的函数;
9)生物特征提取终端A解密:
DKA{EKB[RC+tB]}=RC+tB其中DKA:用生物认证终端A的密钥进行解密的函数;
10)如果时延落在合理设定的时间窗tW2以内,即/tB—tA/判RC有效,
否则
判RC为无效,提示生物认证结果传输超时,终止验证。
本发明为解决以上技术问题而采用的技术方案还可以进一步完善:
一、可以采用建立同步握手协议的方式,实现上述生物特征提取终端A和生物认证终端 B的两端时钟同步:
1)生物特征提取终端A以密文向生物认证终端B申请校时:
EKA[Tset]→B
2)生物认证终端B解密:
DKB{EKA[Tset]}=Tset
3)生物认证终端B采集本端时钟即即刻时点数,并加密,发送生物特征提取终端A:
EKB[tB]→A
4)生物特征提取终端A解密,获得生物认证终端B时点值tB:
DKA{EKB[tB]}=tB;
5)生物特征提取终端A校准本端时钟:
tA=tB。。
二、可以在接收端设置可变大小的时间窗,以适应不同安全等级:
1)设网络最小延时tmin;
2)时间窗tW=α×tmin,其中α≥l为延时系数,以适应不同安全等级,α越大,系 统稳定性越大,但安全等级越低。
本发明的有益效果是:
1)、一种有效防止异地生物认证重放攻击的方法,堵塞了生物认证系统中一个普遍存在 的安全漏洞;
2)、提高了生物认证系统的安全性和公信力;
3)、结合实际,容易实施。
附图说明
图1生物认证系统构成示意图;
图2是生物认证在公共网络中受到重放攻击示意图;
图3是本发明生物特征提取终端的系统构成示意图;
图4是本发明生物特征提取终端硬件结构示意图;
图5是本发明为防止重放攻击采用的一种方法流程图
图6是本发明一个较佳实施例的硬件结构图;
图7是本发明一个较佳实施例的硬件电路图;
图8是本发明一个较佳实施例的生物特征提取流程图;
图9是本发明一个较佳实施例的生物认证终端工作流程图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步描述。
图6是本发明一个较佳实施例的硬件结构图。其中通信模块6.1由通信接口电路6.11 与通信控制电路6.12组成。通信控制电路6.12根据MCU6.6的指令,分别开放与生物特征 提取模块6.5、或者与上位机6.7的数据通信;通信接口电路6.11将MCU的UART电平,转 换成为上位机6.7使用的RS-232接口电平;增添FLASH6.61作为MCU的外部存储器,存储 生物特征数据或其他必要数据。
图7是该较佳实施例的硬件电路图。其中:MCU微处理器U2的第5、7脚为数据接收/ 发送端。进行数据接收/发送时,由第13脚SERI发信号,给通信控制电路CD4052BU5的第 10脚SERI,告知通信对象后,U5分别通过1RDSM、12TDSM或者5RDPC、14TDPC,连通通信 接口电路U6相应的引脚,达到分别与生物特征提取模块J1或者上位机J2通信的目的;时 钟芯片DS1302U7第6脚DSSDA串行数据线,在第5TIME、7DSCLK时序控制下,与MCU进行提 取时间/设定时间双向交流;SAM加解密电路U9第2SAMRST复位、6SAMSDA数据发送脚与在 U2第35、34相连接;U3为MCU的复位芯片;U4为2兆FLASH,与MCU的40ATSCK、41ATST 连接;U6为I/O接口芯片,作用是将UART电平转换为RS-232接口电平。
图8是该较佳实施例中生物特征提取终端A,提取生物特征软件的流程图。系统接受身 份认证申请8.1后,向验证终端B提交同步申请8.2,接到生物认证终端B响应,接收生物 认证终端B时间同步信息8.3并进行解密8.4,设置系统时间8.5,提取生物特征数据8.6,提 取本系统时钟8.7,生成带有时间信悉的生物特征数据8.8加密8.9后,将加密数据通过公共 网络上传到生物认证终端B8.10
图9是该较佳实施例中生物认证终端B的软件流程图。系统一直处于等待接收认证申请 状态9.1,收到生物特征提取终端A发来的时间同步申请9.2,将本系统的时钟信息加密后, 发送给生物特征提取终端A9.3。然后接收A的加密信息予以解密9.4,首先判断其附带的时 间信息是否在允许的范围之内9.5,若符合要求,则进行生物认证9.6;若生物特征数据提交 的时间不在允许范围之内,视为有重放攻击的嫌疑,认证不予响应,软件流程转到9.1继续 等待新的认证申请;若时间参数符合要求,当生物特征不符,系统给出验证未通过的提示, 流程也转入9.1继续等待新的认证申请。若生物特征相符,系统给出认证通过的提示9.7。
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