基於生理特徵的密鑰生成、認證和數據傳輸方法
2023-10-19 18:47:42
基於生理特徵的密鑰生成、認證和數據傳輸方法
【專利摘要】本發明涉及一種基於生理特徵的密鑰生成、認證和數據安全傳輸方法，包括如下步驟：a、在人體上布置同步採集生理特徵的生理傳感器，並將其中一個設置為協調器；b、生理傳感器提取得到第一密鑰；c、協調器提取得到第二密鑰；d、傳感器將待傳輸的生理特徵數據與個體編碼和第一密鑰進行邏輯運算後進行編碼，得到編碼加密數據；e、將編碼加密數據和第一密鑰以一定頻率通過中繼節點轉發或者直接發給協調器；f、協調器根據第二密鑰和第一密鑰的匹配關係，得到第三密鑰；g、協調器利用第三密鑰和個體編碼對編碼加密數據進行解密，最後得到生理傳感器採集的生理數據。本發明實現簡單有效，能夠提高人體生理特徵數據傳輸的安全性。
【專利說明】基於生理特徵的密鑰生成、認證和數據傳輸方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種密鑰生成、認證和數據傳輸方法，尤其是一種基於生理特徵的密鑰生成、認證和數據傳輸方法，屬於無線通信的【技術領域】。
【背景技術】
[0002]隨著無線通信技術的發展，傳感器技術的成熟，人們的目光更多地聚焦到以人為中心的小型網絡，個域網、家域網、車聯網及無線體域網等一些網絡新名詞也隨之出現。無線體域網(Wireless Body Area Network, WBAN),是一種可攜式的移動性小型網絡，對人類健康和生活方式產生了顯著影響。保護傳感器採集的人體生理特徵數據在一種不被監聽、篡改和破壞的環境下安全傳輸，有效保證個人隱私數據在傳輸過程中的安全性，將大力推動WBAN技術跨越式發展。
[0003]與傳統網絡相比，體域網中的傳感器節點在能量、計算和通信能力等方面有限，體域網比一般IT系統更容易受到侵擾，面臨著更嚴峻的安全問題。安全問題是阻礙WBAN大規模應用的重大挑戰之一，保護WBAN中傳感器採集的人體生理特徵數據的完整性、真實性和機密性非常重要。
【發明內容】
[0004]本發明的目的是提供一種基於生理特徵的密鑰生成、認證和數據傳輸方法，其實現簡單有效，可提高數據傳輸的機密性及穩定性，並降低能量消耗。
[0005]按照本發明提供的技術方案，一種基於生理特徵的密鑰生成、認證和數據傳輸方法，所述密鑰生成、認證和數據傳輸方法包括如下步驟:
a、在人體上布置若干生理傳感器，並將其中一個生理傳感器設置為協調器，生理傳感器的輸出數據能直接傳輸至協調器內或通過鄰近的生理傳感器中繼傳輸至協調器內；
b、生理傳感器獲取人體生理特徵數據，並從所述獲取的生理特徵數據中提取特徵值得到第一密鑰；
C、協調器同步採集人體生理特徵數據，並從所述獲取的人體生理特徵數據中提取特徵值得到第二密鑰；
d、將生理傳感器採集的人體生理特徵數據與個體編碼進行邏輯運算，得到第一加密數據，用第一密鑰對第一加密數據進行邏輯運算，得到第二加密數據；對第二加密數據進行編碼，得到編碼加密數據；
e、將編碼加密數據和第一密鑰一起傳輸至協調器內；
f、協調器將第二密鑰與接收到的第一密鑰進行比較，當兩者在設定精確度範圍內匹配成功時，協調器將第一密鑰作為第三密鑰；
g、協調器利用第三密鑰和個體編碼通過邏輯運算對編碼加密數據進行解密，得到生理傳感器採集傳輸的生理特徵數據。
[0006]所述步驟b中，生理特徵數據為心電信號、脈搏信號、血氧信號或血壓信號。[0007]所述步驟d中，個體編碼與所述生理特徵數據進行的邏輯運算包括異或邏輯運算，進行異或邏輯運算後得到第一加密數據；利用第一密鑰對第一加密數據進行異或邏輯運算，得到第二加密數據。
[0008]所述步驟d中，對第二加密數據採用的編碼方法包括冗餘編碼。
[0009]所述步驟e中，生理傳感器將第一密鑰同編碼加密數據一起以設定的頻率通過中繼節點或直接傳輸至協調器。
[0010]所述步驟f中，第一密鑰和第二密鑰採用的比較匹配方法包括模糊運算算法。
[0011]所述步驟g中，使用第三密鑰和個體編碼進行解密的方法包括異或邏輯運算。
[0012]本發明的優點:利用人體自身生理特徵作為加密數據的密鑰，降低了 WBAN開放式數據傳輸被攻擊者監聽、竊取的機率。並引入標記人體身份的個體編碼，提高了協調器對生理傳感器的認證能力，具有較好的機密性。
【具體實施方式】
[0013]下面結合具體實施例對本發明作進一步說明。
[0014]本發明所述密鑰生成、認證與數據傳輸方法包括如下步驟:
a、在人體上布置若干同步採集生理特徵數據的傳感器，並設其中一個為協調器。生理傳感器的輸出數據能直接傳輸至協調器或通過鄰近的中繼節點傳輸至協調器；
所述生理傳感器用來採集人體的生理信息，如心電，脈搏信號等，生理傳感器可以採用現有常見的生理傳感器設備。這些傳感器設備具有中繼功能，能通過最優中繼節點將生理傳感器節點採集的信息傳輸至協調器，並通過協調器實現與外部網絡之間的數據交換。一般地，協調器可以位於人體的某個特定位置，其他的生理傳感器通常布置在腰部、手腕、腳腕，額頭等部位。
[0015]b、生理傳感器獲取人體生理特徵數據，並從所述獲取的生理特徵數據中提取特徵值得到第一密鑰；
一般地，人體的生理特徵數據包括心電信號、脈搏信號、血壓信號或血氧信號。這些信號都具有偽隨機性好，個性差異性大、廣泛存在、易於採集等優點。本發明在具體實施時，可以採用脈搏信號作為生理特徵數據，生理傳感器獲取的脈搏信號是數據幀的格式，計算每幀數據的均值，將此均值作為第一密鑰，例如，{CO 00 00 F6 94 DD FD 62 63 11 70 52 FC84 2D FC 7A CC FA 99 3D F8 83 64 FC 95 DO }，轉換成十進位後的均值為74，則第一密鑰為74。當然，在具體實施時，也可以通過其他形式對生理特徵數據提取得到第一密鑰。
[0016]C、協調器同步採集人體生理特徵數據，並從所述獲取的人體生理特徵數據中提取得到第二密鑰；
本發明實施例中，協調器可提取脈搏信號作為第二密鑰。由於第二密鑰與第一密鑰均是同一時間從同一個個體身上獲取，其內容應相同。考慮到採集誤差和時延效應，兩者可能存在一定程度的差異。
[0017]d、將生理傳感器採集的人體生理特徵數據與個體編碼進行邏輯運算，得到第一加密數據，用第一密鑰對第一加密數據進行邏輯運算，得到第二加密數據；對第二加密數據進行編碼，得到編碼加密數據；
個體編碼具有唯一性。本發明實施例中，可將個體編碼與人體的生理特徵數據進行相應邏輯運算，得到第一加密數據，其中，所述相應邏輯運算可以包括異或邏輯運算，當然也可以採用其他形式的邏輯運算；可對第一密鑰與第一加密數據進行異或運算，得到第二加密數據；可使用冗餘編碼方法對第二加密數據進行編碼，以減少數據丟失或出錯的概率。
[0018]e、將編碼加密數據和第一密鑰一起傳輸至協調器內；
本發明實施例中，第一密鑰與編碼加密數據可通過中繼節點傳輸到協調器內；生理傳感器將第一密鑰同編碼加密數據一起以設定的頻率通過中繼節點或直接傳輸至協調器。通過設定的頻率，在一定的時間間隔將編碼加密數據以及第一密鑰一起傳輸至協調器內。
[0019]f、協調器將第二密鑰與接收到的第一密鑰進行比較，當兩者在設定精確度範圍內匹配成功時，協調器將第一密鑰作為第三密鑰；
理論情況下，一個人從身體不同部位採集來的脈搏數據是相同的。本發明實施例中，考慮到採集傳感器的精度誤差和時延效應，可對兩者通過模糊運算進行比較，當兩者在一定精確度範圍內匹配時，可認為傳感器和協調器是安裝在同一個人體上。所述精確度可以根據需要進行設置。在具體實施時，第一密鑰和第二密鑰採用模糊運算算法進行比較和匹配。
[0020]g、協調器利用第三密鑰和個體編碼通過邏輯運算對編碼加密數據進行解密，得到生理傳感器採集傳輸的生理特徵數據。
[0021]協調器根據編碼加密數據的編碼形式先進行解碼。解碼後，根據得到的第三密鑰及個體編碼與解碼後的數據進行邏輯運算，從而解密得到生理傳感器採集的生理特徵數據。使用第三密鑰和個體編碼進行解密的方法包括異或邏輯運算。
[0022]本發明利用人體生理特徵信息作為加密生理特徵數據的密鑰，可以有效降低在WBAN中數據傳輸時被攻擊者監聽、竊取的概率。同時,本發明引入標記人體身份的個體編碼，提高了協調器對生理傳感器的認證能力，具有較好的機密性。
【權利要求】
1.一種基於生理特徵的密鑰生成、認證和數據傳輸方法，其特徵是，所述密鑰生成、認證和數據傳輸方法包括如下步驟: (a)、在人體上布置若干生理傳感器，並將其中一個生理傳感器設置為協調器，生理傳感器的輸出數據能直接傳輸至協調器內或通過鄰近的生理傳感器中繼傳輸至協調器內； (b)、生理傳感器獲取人體生理特徵數據，並從所述獲取的生理特徵數據中提取特徵值得到第一密鑰； (C)、協調器同步採集人體生理特徵數據，並從所述獲取的人體生理特徵數據中提取特徵值得到第二密鑰； (d)、將生理傳感器採集的人體生理特徵數據與個體編碼進行邏輯運算，得到第一加密數據，用第一密鑰對第一加密數據進行邏輯運算，得到第二加密數據；對第二加密數據進行編碼，得到編碼加密數據； Ce),將編碼加密數據和第一密鑰一起傳輸至協調器內； (f)、協調器將第二密鑰與接收到的第一密鑰進行比較，當兩者在設定精確度範圍內匹配成功時，協調器將第一密鑰作為第三密鑰； (g)、協調器利用第三密鑰和個體編碼通過邏輯運算對編碼加密數據進行解密，得到生理傳感器採集傳輸的生理特徵數據。
2.根據權利要求1所述的基於生理特徵密鑰生成、認證和數據傳輸方法，其特徵是:所述步驟(b)中，生理特徵數據為心電信號、脈搏信號、血氧信號或血壓信號。
3.根據權利要求1或2所述的基於生理特徵的密鑰生成、認證和數據傳輸方法，其特徵是:所述步驟(d)中，個體編碼與所述生理特徵數據進行的邏輯運算包括異或邏輯運算，進行異或邏輯運算後得到第一加密數據；利用第一密鑰對第一加密數據進行異或邏輯運算，得到第二加密數據。
4.根據權利要求3所述的基於生理特徵的密鑰生成、認證和數據傳輸方法，其特徵是:所述步驟(d)中，對第二加密數據採用的編碼方法包括冗餘編碼。
5.根據權利要求1所述的基於生理特徵的密鑰生成、認證和數據傳輸方法，特徵是:所述步驟(e)中，生理傳感器將第一密鑰同編碼加密數據一起以設定的頻率通過中繼節點或直接傳輸至協調器。
6.根據權利要求1所述的基於生理特徵的密鑰生成、認證和數據傳輸方法，特徵是:所述步驟(f )中，第一密鑰和第二密鑰採用的比較匹配方法包括模糊運算算法。
7.根據權利要求1所述的基於生理特徵的密鑰生成、認證和數據傳輸方法，特徵是:所述步驟(g)中，使用第三密鑰和個體編碼進行解密的方法包括異或邏輯運算。
【文檔編號】H04L9/06GK103944725SQ201410162983
【公開日】2014年7月23日 申請日期:2014年4月23日 優先權日:2014年4月23日
【發明者】莫宏波, 何艾玲, 郝建, 莊寶森, 孫萬源, 吳小丹, 姚琴, 周健宇 申請人:江蘇物聯網研究發展中心