基於聲紋識別的usb身份認證方法及其系統的製作方法
2023-08-06 15:40:31 2
專利名稱：基於聲紋識別的usb身份認證方法及其系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及計算機信息安全技術領域，尤其是涉及基於聲紋識別的USB身份認證 方法及其系統。通過聲紋識別的方式對用戶的身份進行認證，提高計算機的安全性。
背景技術：
通過查閱相關資料和有關專利，主要引證下列專利國名公開號
公開日期1.中國 CN 101340285A 2009.1.72.中國 CN 101819614A 2010.9.01專利1(CN 101340285A)申請公開了利用指紋USBkey進行身份認證的方法及系 統。預先將用戶的指紋信息錄入指紋USBkey保存，生成數字證書，每個數字證書與對應的 私鑰加密存儲在指紋USBkey上，用戶與處理平臺通信時，用戶端的指紋USBkey先認證指 紋，再用對應的私鑰對需要發送的數據進行數字籤名後，傳送至處理平臺進行身份認證。專 利2(CN101819614A)公開了一種利用語音核驗USBKey增強網絡交易安全性的系統和方法。 CA和網上交易處理系統通過語音核驗USBKey中的數字證書確認用戶身份，用戶進行網上 交易時輸入的交易數據被通過用戶終端發送給語音核驗USBKey進行數據籤名，語音核驗 USBkey對接收到的操作指令及操作結果進行語音播報，提高用戶使用語音核驗USBKey的 操作體驗，協助用戶判定交易數據是否與發送到語音核驗USBKey進行數據籤名的交易數 據一致，提高網上交易的安全性。同時語音核驗USBkey也增加了指紋識別模塊，利用用戶 的指紋信息進行身份認證。目前基於個人計算機和網絡的身份認證手段，包括PKI (Public Key Infrastructure,公鑰基礎設施)/CA(Certificate Authority,認證中心)、智慧卡和 USB 證書令牌等，最終擺脫不了對「物」的依賴，都普遍存在「認物、不認人、不能識別主觀意識」 的致命缺陷。生物識別技術利用人的生物特徵認證用戶身份，將用戶物理身份和數字身份 相對應，成為最可靠的身份認證手段。儘管上述專利將指紋識別技術與USBkey結合在一 起，提高網絡交易的安全性，但對於解決本申請的技術要求方面主要存在下面問題上述專 利主要應用於提高網絡交易的安全性問題，需要與CA中心與網絡交易平臺相連。
發明內容
本發明提供一種基於聲紋識別的USB身份認證方法及其系統。目的在於使用用戶 的聲紋信息對用戶進行身份認證，避免因密碼遺忘或洩露引發的安全問題。本發明採取的 技術方案是包括用戶終端和基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統，用戶終端與基於USB的嵌 入式聲紋識別硬體系統通過USB總線相連，該基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統包括用 於完成認證的聲紋識別運算的中央處理器，該中央處理器分別與語音採集單元、數據存儲 單元、電源管理模塊、狀態指示模塊和用於連接用戶終端的USB接口連接。
本發明一種實施方式是，基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統的數據存儲單元中 包括，程序和聲紋資料庫存儲空間模塊、安全存儲空間模塊、公開存儲空間模塊；其中程序 和聲紋資料庫存儲空間模塊存儲程序代碼、用戶的聲紋信息模板和語音答案，安全數據存 儲模塊和公開存儲空間模塊採用大容量FLASH存儲器實現，其中公開存儲空間模塊用戶可 以對其中的數據進行自由操作，而安全數據存儲模塊的操作則需要認證用戶的聲紋。一種基於聲紋識別的USB身份認證方法，包括下列步驟(1)用戶將基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統插入用戶終端；(2)用戶將聲紋信息錄入到基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統中，然後在用戶 終端上選定需要聲紋身份認證的聲紋加密數據，實現數據的聲紋加密設置；(3)用戶對聲紋加密的數據進行操作時，需要將基於USB的嵌入式聲紋識別硬體 系統插入到用戶終端，並進行聲紋認證，只有聲紋認證通過後，用戶才可以訪問聲紋加密的 數據。本發明一種實施方式是，，步驟(2)進行聲紋信息錄入時，包括下列步驟(a)用戶終端提示用戶聲紋錄入時需要語音回答的問題；(b)用戶在基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統上輸入語音答案；(c)基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統採集用戶的語音，對這些語音答案進行 特徵參數提取，形成語音答案模板和說話人聲紋信息模板，存儲在基於USB的嵌入式聲紋 識別硬體系統的聲紋資料庫存儲空間模塊中。(d)基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統通過USB接口將用戶聲紋信息錄入成功 的信號傳輸到用戶終端，由用戶終端提示用戶聲紋信息錄入成功。本發明一種實施方式是，上述步驟(C)需要形成用戶的語音答案模板和說話人的 聲紋信息模板，(i)語音答案模板的形成基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統採集用戶的語音答案，並對採集的語音答案 進行預處理，包括信號的分幀、加窗、連續數字的分割、預加重；對D個分割的數字0 = {01，02，. . . 0D}，分別提取基於核PCA的Gammachip特徵參 數；將每個數字所對應的特徵參數分別與基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統中存 儲的事先訓練好的0-9數字的語音模型進行得分匹配，找到每個數字得分最大的模型所對 應的數字，作為語音答案的模板存儲在基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統中；(ii)用戶聲紋模板的形成系統對基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統採集的用戶語音答案，進行預處理， 包括信號的分幀、加窗、端點檢測、預加重；用戶語音答案數字串被分割為D個數字，對每個數字分別提取基於核PCA的 Gammachip特徵參數。(提取過程同語音模板生成的步驟2)；利用基於核PCA的Gammachip特徵參數，生成GMM-UBM模型As= {w1, μ 1； ∑1}，1 = 1,..., R，將每個混合度的均值向量μ工連接在一起形成GMM-UBM超向量X =t ；將X = [ μ1，μ 2. . . μ r]T作為輸入，訓練基於GMM_UBM超向量的支持向量機說話人模型，構造分類函數
權利要求
一種基於聲紋識別的USB身份認證系統，其特徵在於，包括用戶終端和基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統，用戶終端與基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統通過USB總線相連，該基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統包括用於完成認證的聲紋識別運算的中央處理器，該中央處理器分別與語音採集單元、數據存儲單元、電源管理模塊、狀態指示模塊和用於連接用戶終端的USB接口連接。
2.根據權利要求1所述的基於聲紋識別的USB身份認證系統，其特徵在於，基於USB的 嵌入式聲紋識別硬體系統的數據存儲單元中包括，程序和聲紋資料庫存儲空間模塊、安全 存儲空間模塊、公開存儲空間模塊；其中程序和聲紋資料庫存儲空間模塊存儲程序代碼、用 戶的聲紋信息模板和語音答案，安全數據存儲模塊和公開存儲空間模塊採用大容量FLASH 存儲器實現，其中公開存儲空間模塊用戶可以對其中的數據進行自由操作，而安全數據存 儲模塊的操作則需要認證用戶的聲紋。
3.一種基於聲紋識別的USB身份認證方法，其特徵在於包括下列步驟(1)用戶將基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統插入用戶終端；(2)用戶將聲紋信息錄入到基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統中，然後在用戶終端 上選定需要聲紋身份認證的聲紋加密數據，實現數據的聲紋加密設置；(3)用戶對聲紋加密的數據進行操作時，需要將基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統 插入到用戶終端，並進行聲紋認證，只有聲紋認證通過後，用戶才可以訪問聲紋加密的數 據。
4.根據權利要求3所述的基於聲紋識別的USB身份認證方法，其特徵在於，步驟(2)進 行聲紋信息錄入時，包括(a)用戶終端提示用戶聲紋錄入時需要語音回答的問題；(b)用戶在基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統上輸入語音答案；(c)基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統採集用戶的語音，對這些語音答案進行特徵 參數提取，形成語音答案模板和說話人聲紋信息模板，存儲在基於USB的嵌入式聲紋識別 硬體系統的聲紋資料庫存儲空間模塊中。(d)基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統通過USB接口將用戶聲紋信息錄入成功的信 號傳輸到用戶終端，由用戶終端提示用戶聲紋信息錄入成功。
5.根據權利要求4所述的基於聲紋識別的USB身份認證方法，其特徵在於，步驟(c)需 要形成用戶的語音答案模板和說話人的聲紋信息模板，(i)語音答案模板的形成基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統採集用戶的語音答案，並對採集的語音答案進行 預處理，包括信號的分幀、加窗、連續數字的分割、預加重；對D個分割的數字0 = {01，02，. . . 0D}，分別提取基於核PCA的Gammachip特徵參數；將每個數字所對應的特徵參數分別與基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統中存儲的 事先訓練好的0-9數字的語音模型進行得分匹配，找到每個數字得分最大的模型所對應的 數字，作為語音答案的模板存儲在基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統中；( )用戶聲紋模板的形成系統對基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統採集的用戶語音答案，進行預處理，包括 信號的分幀、加窗、端點檢測、預加重；用戶語音答案數字串被分割為D個數字，對每個數字分別提取基於核PCA的Gammachip 特徵參數。(提取過程同語音模板生成的步驟2)；利用基於核PCA的Gammachip特徵參數，生成GMM-UBM模型Λ s = {Wl，μ Σ J , 1 = 1，...，R，將每個混合度的均值向量μ 1連接在一起形成GMM-UBM超向量X= [U1U2... μ J
6.根據權利要求4所述的基於聲紋識別的USB身份認證方法，其特徵在於，步驟(3)進 行聲紋認證時，包括(a)用戶終端隨機抽取一個聲紋錄入時用戶語音回答的問題，提示用戶輸入聲紋認證語音；(b)用戶在基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統上輸入語音答案；(c)基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統採集用戶的認證語音，提取用戶認證語音的 特徵參數；(d)將特徵參數分別與語音答案模板和說話人聲紋信息模板進行比對，計算兩個匹配值；(e)如果用戶的語音答案正確，且用戶的聲紋信息比對成功，則用戶的聲紋認證通過， 否則，用戶可以在規定的次數內重新進行聲紋認證。如果超過規定的重試次數，則基於USB 的嵌入式聲紋識別硬體系統將被鎖死。
7.根據權利要求6所述基於聲紋識別的USB身份認證方法，其特徵在於，步驟(c)包括 語音答案模板比對和說話人聲紋信息模板比對，(i)語音答案模板比對用戶認證語音經預處理、特徵提取後，用戶認證語音數字串被分割為A個數字，對每個 數字分別提取基於核PCA的Gammachip特徵參數。如果用戶認證語音包含的數字的個數不 等於用戶語音答案包含數字的個數，則認為用戶的語音答案不正確。否則，根據語音答案模 板找到該問題所對應的所有語音答案的模型，依次計算每個數字的特徵參數與模型的匹配 得分。如果每個數字的匹配得分都小於設定的閾值，則認為用戶的語音答案正確，否則，用 戶的語音答案不正確。( )說話人聲紋信息模板比對用戶認證語音經預處理、特徵提取後得到的基於核PCA的Gammachip特徵參 數，根據用戶聲紋信息錄入時產生的模型參數α ^ Xi, yi及參數b*，計算判別函數
全文摘要
本發明涉及一種基於聲紋識別的USB身份認證方法及其系統，屬於計算機信息安全技術領域。包括用戶終端和基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統，用戶終端與基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統通過USB總線相連，該基於USB的嵌入式聲紋識別硬體系統包括用於完成認證的聲紋識別運算的中央處理器，該中央處理器分別與語音採集單元、數據存儲單元、電源管理模塊、狀態指示模塊和用於連接用戶終端的USB接口連接。優點在於，具有較高的安全性。本發明還可以提供第三方應用和服務聲紋認證接口，可擴展到網絡銀行、電子商務、電子政務等領域。
文檔編號G10L17/00GK101997689SQ201010549900
公開日2011年3月30日 申請日期2010年11月19日 優先權日2010年11月19日
發明者孫曉穎, 林琳, 溫泉, 燕學智, 王波, 胡封曄, 陳建, 魏小麗 申請人:吉林大學