（信号与信息处理专业论文）可撤除掌纹识别与认证技术研究.pdf

西南交通大学博士研究生学位论文第l 页 摘要 作为一种新兴的生物特征，掌纹已成为便捷、可靠的身份识别与认证方式。然而 随着掌纹系统应用的不断推广，掌纹识别与认证系统也逐渐暴露出与其他生物特征系 统相同的安全问题： 用户的生物特征终生不变，即使用户的生物特征模板遭到威胁，用户也无法撤 销、更改和重新发布自己的生物特征模板。 随着生活中越来越多生物特征系统的出现，同一用户相同特征的模板很可能保 存和共享于多个数据库中。如果某用户在一个数据库中的生物特征模板被成功窃取， 则此用户保存在其他数据库中的生物特征模板都不再安全。 生物特征可能泄露诸如基因缺陷、疾病等个人隐私信息。 人们只有两个手掌，掌纹特征资源十分有限，直接使用未加保护的掌纹将导致严 重的安全隐患和隐私问题。可撤除生物特征技术是当前最有发展前景的生物特征模板 保护技术之一，因此，本论文围绕可撤除掌纹识别与认证技术展开研究，主要贡献和 创新工作如下： ( 1 ) 动态加权鉴别能量分析算法 系统总结了基于离散余弦变换( d i s c r e t ec o s i n et r a n s f o r m ，d c t ) 的人脸和掌纹识别 算法的整体框架，深入分析和合理解释了d c t 分量的掩膜和选择问题。设计了“动态 加权鉴别能量分析”( d y n a m i cw e i g h t e dd i s c r i m i n a t i o np o w e ra n a l y s i s ，d w d p a ) 算法， 避免了d c t 分量掩膜窗口形状和尺寸的复杂优化过程，实现了更有效的分量选择准则。 归一化处理避免了分量之间的鉴别性干扰。加权机制提高了分量的鉴别性，加权权重 根据数据库自适应调整，对不同数据库更具普适性和鲁棒性。并在d w i ) p a 基础上， 设计并实现了可撤除生物特征方案。 ( 2 ) 二维可撤除生物特征模板生成算法 将随机压缩投影( r a n d o mc o m p r e s s i v ep r o j e c t i o n ，r c p ) 扩展为二维随机压缩投影 ( t w o - d i m e n s i o n a lr c p , 2 d r c p ) 和双向二维随机压缩投影( t w o d i r e c t i o n a l t w o d i m e n s i o n a lr c p , ( 2 d ) 2 r c p ) , 降低了算法的计算开销和存储开销。通过将2 d r c p 与其他二维降维算法结合，提出了双向二维融合随机压缩投影( t w o d i r e c t i o n a l t w o - d i m e n s i o n a lf u s i o nr c p , ( 2 d ) 2 f r c p ) ，实现了不同降维算法的优势互补。( 2 d ) 2 f r c p 在用户使用不同口令时不能得到更理想的性能，为此提出双向二维叠加随机压缩投影 ( t w o d i r e c t i o n a lt w o - d i m e n s i o n a lp l u sr c p , ( 2 d ) 2 p r c p ) 算法。通过多种组合方式比较， 确定了二维可撤除生物特征模板生成方案。 ( 3 ) 二维p a l m h a s h 码 设计了基于纹理特征的用于安全掌纹认证的p a l m h a s h 码，并将p a l m h a s h 码从一 第1 l 页西南交通大学博士研究生学位论文 维扩展至二维，降低了计算开销和存储开销。二维p a l m h a s h 码采用g a b o r 滤波掌纹图 像的二维随机投影( t w o d i m e n s i o n a lr a n d o mp r o j e c t i o n ，2 d r p ) 作为特征提取器，生成类 似噪声的可撤除掌纹模板。2 d r p 保持了特征矩阵结构，精度更高。根据g a b o r 滤波掌 纹图像实部和虚部的经验性分布，确定了t 分布拟合模型，并在此基础上通过完整的分 析框架，证明了p a l m h a s h 码的认证性能。 ( 4 ) 二维p a l m p h a s o r 码 p a l m p h a s o r 码采用非线性运算代替p a l m h a s h 码的线性运算，提高了算法的安全性。 将p a l m p h a s o r 码从一维扩展至二维，降低了计算开销、存储开销，提高了精度。根据 g a b o r 滤波掌纹图像实部和虚部的分布特性，通过完整的分析框架，证明了p a l m p h a s o r 码的认证性能。 ( 5 ) 方向共生可撤除掌纹码 建立了方向共生可撤除掌纹码框架。采用多方向分数级融合降低了匹配分数方差， 提高了认证性能。采用垂直方向转置降低了垂直方向二维可撤除掌纹码的相关性，提 高了抵抗统计攻击的鲁棒性。通过认证性能分析和实验结果，证明了两种策略增强的 二维可撤除掌纹码可以同时有效地满足可撤除生物特征的多项指标，即使在口令被盗 的情况下，仍满足实用化的精度要求。 ( 6 ) 双钥绑定可撤除掌纹加密系统 传统生物特征密钥生成算法未考虑生物特征密钥的可撤除性，一旦生物特征密钥 泄露，将导致被盗用户永远无法使用相应的生物特征认证系统和加密系统。在二维可 撤除掌纹码的基础上，设计了“双钥绑定( d u a l - k e y - b i n d i n g ) 掌纹加密系统”方案，此系 统中的掌纹密钥不仅满足多样性，可以取消和重新发布，还增强了掌纹密钥生成过程 的不可逆性，有效保护了原始掌纹特征。同时，增强了系统抵抗选择明文攻击的能力。 综上所述，本文的算法和方案有效保证了用户掌纹特征的安全性和隐私性，提高 了公众对掌纹系统的接受度。相应的研究成果不仅对可撤除生物特征识别与认证的相 关研究具有重要的理论参考，还有助于推动生物特征相关技术标准的制定和大规模应 用推广，具有明显的社会效益和经济价值。 关键词：掌纹识别与认证；动态加权鉴别能量分析；双向二维随机压缩投影；二维 p a l m h a s h 码；二维p a l m p h a s o r 码；方向共生可撤除掌纹码；垂直方向转置；双钥绑定 西南交通大学博士研究生学位论文 第1 ii 页 a b s t r a c t a sa ne m e r g i n gb i o m e t r i c ，p a l m p r i n tf e a t u r ei sc o n v e n i e n ta n dr e l i a b l ef o rp e r s o n a l i d e n t i f i c a t i o na n dv e r i f i c a t i o n h o w e v e r , w i t ht h e a p p l i c a t i o na n dp o p u l a r i z a t i o n o f p a l m p r i n tt e c h n o l o g i e s ，t h es e c u r i t yp r o b l e m so fp a l m p r i n ti d e n t i f i c a t i o na n dv e r i f i c a t i o n s y s t e m sg r a d u a l l ye x p o s e ，w h i c ha l s oe x i s ti no t h e rb i o m e t r i cs y s t e m s b i o m e t r i c sa r ei m m u t a b l ea n dc a n n o tb eu p d a t e d au s e rc a n n o tr e v o k ea n dr e i s s u e h i sb i o m e t r i ct e m p l a t ee v e ni fh i sb i o m e t r i ct e m p l a t ei sc o m p r o m i s e d au s e r sb i o m e t r i ct e m p l a t e so ft h es a m ef e a t u r el i k e l ya r es t o r e da n ds h a r e di n v a r i o u sd a t a b a s e sw i t hm o l la n dm o r eb i o m e t r i cs y s t e m sa p p e a r i n gi no u rd a i l yl i f e i fo n e u s e r sb i o m e t r i ct e m p l a t ei no n ed a t a b a s ei sa t t a c k e ds u c c e s s f u l l y , t h eu s e r sb i o m e t r i c t e m p l a t e si nt h eo t h e rd a t a b a s e sa r en o ts e c u r ea n y m o r e b i o m e t r i c sl i k e l yl e a ku s e r s p r i v a t ei n f o r m a t i o n ，s u c ha sg e n ed e f e c t s ，d i s e a s e sa n d s o o n e v e r y o n eh a so n l yt w op a l m s ，s ot h ea m o u n to fp a l m p r i n tf e a t u r e si sv e r yl i m i t e d t h e u s eo fp a l m p r i n tw i t h o u ta n yp r o t e c t i o nl e a d st os e r i o u ss e c u r i t yr i s k sa n d p r i v a c yp r o b l e m s c a n c e l a b l eb i o m e t r i ci so n eo ft h em o s tp r o m i s i n gs c h e m e sf o rb i o m e t r i cp r o t e c t i o n ，s ot h i s d i s s e r t a t i o nf o c u s e so nt h ei d e n t i f i c a t i o na n dv e r i f i c a t i o n t e c h n o l o g i e s o fc a n c e l a b l e p a l m p r i n t t h em a j o rc o n t r i b u t i o n sa n di n n o v a t i v ep o i n t sa l ea sf o l l o w i n g ： ( 1 ) d y n a m i cw e i g h t e dd i s c r i m i n a t i o np o w e ra n a l y s i s t h ef r a m e w o r ko ff a c ea n dp a l m p r i n tr e c o g n i t i o na l g o r i t h m sb a s e do nd i s c r e t ec o s i n e t r a n s f o r m ( d c t ) i ss u m m a r i z e d t h ep r e m a s k i n ga n ds e l e c t i o no fd c tc o e f f i c i e n t sa r e i n t e n s i v e l ya n a l y z e da n dr e a s o n a b l ye x p l a i n e d d y n a m i cw e i g h t e dd i s c r i m i n a t i o np o w e r a n a l y s i s ( d w d p a ) a v o i d st h ec o m p l e xo p t i m i z a t i o no ft h es h a p ea n ds i z eo ft h ep r e m a s k i n g w i n d o wa n da c h i e v e sm o r ee f f i c i e n tc o e m c i e n ts e l e c t i o n n o r m a l i z a t i o na v o i d st h e d i s c r i m i n a n ti n t e r f e r e n c ea m o n gd c tc o e f f i c i e n t s d y n a m i c w e i g h t i n ge n h a n c e st h e d i s c r i m i n a n ta b i l i t yo fd c tc o e f f i c i e n t s t h ew e i g h t sa r ea d j u s t e da d a p t i v e l ya c c o r d i n gt o v a r i o u sd a t a b a s e s ，s od w d p ai sm o r eu n i v e r s a la n dr o b u s t t ov a r i o u sd a t a b a s e s f u r t h e r m o r e ，c a n c e l a b l eb i o m e t r i cs c h e m e sa r ed e v e l o p e da n di m p l e m e n t e db a s e do l l d w d p a ( 2 ) t w o d i m e n s i o n a lc a n c e l a b l eb i o m e t r i cs c h e m e s r a n d o mc o m p r e s s i v ep r o j e c t i o n ( r c p ) i se x t e n d e dt ot w o d i m e n s i o n a lr c p ( 2 d r c p l a n dt w o d i r e c t i o n a lt w o d i m e n s i o n a lr c p c o s t sa r eb o t hr e d u c e d f u s i n g2 d r c pa n d ( ( 2 d ) 2 r c p ) ，s ot h es t o r a g ea n dc o m p u t a t i o n a l o t h e rt w o d i m e n s i o n a ld i m e n s i o n a l i t yr e d u c t i o n 第l v 页西南交通大学博士研究生学位论文 t e c h n o l o g i e s ，t w o - d i r e c t i o n a l t w o - d i m e n s i o n a lf u s i o n r c p ( ( 2 d ) 2 f r c p ) a c h i e v e s c o m p l e m e n t a r ya d v a n t a g e s ( 2 d ) 。f r c pm e t h o d sh a v en oi d e a lp e r f o r m a n c ew h e na l lu s e r s h a v ed i f f e r e n tt o k e n s ，s ot w o - d i r e c t i o n a lt w o d i m e n s i o n a lp l u sr p ( ( 2 d ) 。p r c p ) i sp r o p o s e d t oa v o i dt h ed r a w b a c k so f ( 2 d ) 2 f r c ec o m p a r i n gd i f f e r e n tc o m b i n a t i o n s ，f e a s i b l e t w o d i m e n s i o n a lc a n c e l a b l eb i o m e t r i cs c h e m e sa r ed e t e r m i n e d ( 3 ) 2 d p a l m h a s h c o d e p a l m h a s hc o d eb a s e do nt e x t u r ef e a t u r ei sp r o p o s e df o rs e c u r ep a l m p r i n tv e r i f i c a t i o n o n e - d i m e n s i o n a l ( 1d ) p a l m h a s hc o d ei se x t e n d e dt ot w o d i m e n s i o n a l ( 2 d ) p a l m h a s h c o d e ，s ot h es t o r a g ea n dc o m p u t a t i o n a lc o s t sa r eb o t hr e d u c e d i n2 d p a l m h a s hc o d e ， t w o - d i m e n s i o n a lr a n d o mp r o j e c t i o n ( 2 d r p ) o fg a b o r - f i l t e r e dp a l m p r i n ti m a g e si su t i l i z e da s f e a t u r ee x t r a c t o rt og e n e r a t en o i s e l i k ec a n c e l a b l et e m p l a t e s s i n c e2 d r pd i r e c t l yl e v e r a g e s t h em a t r i xs t r u c t u r e ，t h ea c c u r a c yi sh i g h u s i n gt h ee m p i r i c a ld i s t r i b u t i o no fr e a lp a r ta n d i m a g i n a r yp a r to fg a b o r - f i l t e r e dp a l m p r i n ti m a g e s ，w h i c ha p p r o x i m a t e l yo b e y stl o c a t i o n s c a l ed i s t r i b u t i o n ，t h ev e r i f i c a t i o np e r f o r m a n c eo fp a l m h a s hc o d ei s s y s t e m a t i c a l l y a n a l y z e d ( 4 ) 2 d p a l m p h a s o rc o d e p a l m p h a s o rc o d e ，w h i c he m p l o y sn o n l i n e a ro p e r a t i n gi n s t e a do fl i n e a ro p e r a t i n g ，i s p r o p o s e dt oe n h a n c et h es e c u r i t yo fc a n c e l a b l ep a l m p r i n tc o d e s 1d p a l m p h a s o rc o d ei s e x t e n d e dt o2 d p a l m p h a s o rc o d e ，s ot h es t o r a g ea n dc o m p u t a t i o n a lc o s t sa r eb o t hr e d u c e d m o r e o v e r , t h ev e r i f i c a t i o na c c u r a c yi si m p r o v e d b a s e do nt h ed i s t r i b u t i o nc h a r a c t e ro fr e a l p a r ta n di m a g i n a r yp a r to fg a b o r - f i l t e r e dp a l m p r i n ti m a g e s ，t h ev e r i f i c a t i o np e r f o r m a n c eo f p a l m p h a s o rc o d ei ss y s t e m a t i c a l l ya n a l y z e d ( 5 ) o r i e n t a t i o nc o - o c c u r r e n c ec a n c e l a b l ep a l m p r i n tc o d e t h ef r a m e w o r ko fo r i e n t a t i o nc o o c c u r r e n c ec a n c e l a b l ep a l m p r i n tc o d ei sp r o p o s e d m u l t i o r i e n t a t i o ns c o r el e v e lf u s i o nr e d u c e st h ev a r i a n c eo fm a t c h i n gs c o r ea n di m p r o v e st h e v e r i f i c a t i o np e r f o r m a n c e v e r t i c a lo r i e n t a t i o nt r a n s p o s i t i o ni su s e dt os c a t t e rt h eh i g h c o r r e l a t i o no ft w o - d i m e n s i o n a lc a n c e l a b l ep a l m p r i n tc o d e sa l o n gv e r t i c a lo r i e n t a t i o na n d e n h a n c et h er o b u s t n e s sa g a i n s ts t a t i s t i c a la t t a c k s ac o m p l e t ea n a l y a cf r a m e w o r ka n d e x p e r i m e n t sc o n f i r mt h a to r i e n t a t i o nc o o c c u r r e n c et w o - d i m e n s i o n a lc a n c e l a b l ep a l m p r i n t c o d e s ，w h i c ha r ee n h a n c e db yt h et w oa f o r e m e n t i o n e dm e a s u r e s ，s a t i s f a c t o r i l ym e e tt h e o b j e c t i v e so fc a n c e l a b l eb i o m e t r i ca tt h es a m et i m e e v e nw h e nu s e r s t o k e n sa r es t o l e n ，t h e a c c u r a c i e so fo r i e n t a t i o nc o o c c u r r e n c et w o d i m e n s i o n a lc a n c e l a b l ep a l m p r i n tc o d e sa r es t i l l l l i 曲 ( 6 ) d u a l k e y - b i n d i n gc a n c e l a b l ep a l m p r i n tc r y p t o s y s t e m t r a d i t i o n a lb i o m e t r i ck e ye x t r a c t i o nm e t h o d sd on o tc o n s i d e rt h ec a n c e l a b l ea b i l i t yo f b i o m e t r i ck e y o n c et h eb i o m e t r i ck e yi se x p o s e d ，t h eu s e r s ，w h o s eb i o m e t r i ck e y sa r es t o l e n ， 西南交通大学博士研究生学位论文第v 页 a l en e v e ra b l et ou s et h eb i o m e t r i c - b a s e da u t h e n t i c a t i o ns y s t e m so rc r y p t o s y s t e m sa n y m o r e b a s eo nt h ep r o p o s e dt w o d i m e n s i o n a lc a n c e l a b l ep a l m p r i n tc o d e s ，d u a l k e y - b i n d i n g c a n c e l a b l ep a l m p r i n tc r y p t o s y s t e mi sd e v e l o p e d ，i nw h i c ht h ed i v e r s i f o r mp a l m p r i n tk e y s c a l lb er e v o k e da n dr e i s s u e d d u a l k e y - b i n d i n gf r a m e w o r ke n h a n c e sn o n - i n v e r t i b i l i 够o ft h e s y s t e mt oe f f e c t i v e l yp r o t e c tt h eo r i g i n a lp a l m p r i n tf e a t u r e s ；m o r e o v e r i te n h a n c e st h e r o b u s t n e s sa g a i n s ts e l e c t - p l a i n t e x ta t t a c k i ns u m m a r y , t h ea l g o r i t h m sa n ds c h e m e sp r o p o s e di nt h i sd i s s e r t a t i o ne f f e c t i v e l y e n h a n c et h es e c u r i t ya n dp r i v a c yo fp a l m p r i n t ，a n da l s of a c i l i t a t et h ep u b l i ca c c e p t a n c eo f p a l m p r i n ts y s t e m s t h ec o r r e s p o n d i n ga c h i e v e m e n t sn o to n l yp r o v i d et h ei d e n t i f i c a t i o na n d v e r i f i c a t i o nt e c h n o l o g i e so fc a n c e l a b l eb i o m e t r i cw i t hi m p o r t a n tt h e o r e t i c a lr e f e r e n c e ，b u t a l s op r o m o t et h es t a n d a r de s t a b l i s h m e n ta n da p p l i c a t i o np o p u l a r i z a t i o no fb i o m e t r i c s t h u s t h ec o n t r i b u t i o n so ft h i sd i s s e r t a t i o nh a v eo b v i o u ss o c i a lb e n e f i t sa n de c o n o m i cv a l u e s k e yw o r d s ：p a l m p r i n ti d e n t i f i c a t i o na n dv e r i f i c a t i o n ；d y n a m i cw e i g h t e dd i s c r i m i n a t i o n p o w e ra n a l y s i s ；t w o d i r e c t i o n a l t w o d i m e n s i o n a lr a n d o m c o m p r e s s i v ep r o j e c t i o n ； 2 d p a l m h a s hc o d e ；2 d p a l m p h a s o rc o d e ；o r i e n t a t i o nc o - o c c u r r e n c ec a n c e l a b l ep a l m p r i n t c o d e ；v e r t i c a lo r i e n t a t i o nt r a n s p o s i t i o n ；d u a l - k e y - b i n d i n g 西南交通大学博士研究生学位论文第1x 页 缩写符号对照表 英文缩写 中文名称 英文全称 英文缩写中文名称 英文全称 ( 2 d ) 2 f r c p双向二维融合随机压缩投影 t w o - d i r e c t i o n a lt w o - d i m e n s i o n a lf u s i o nr c p ( 2 d ) 2 p r c p双向二维叠加随机压缩投影 t w o - d i r e c t i o n a lt w o - d i m e n s i o n a lp l u sr c p ( 2 d ) 2 r c p 双向二维随机压缩投影t w o - d i r e c t i o n a lt w o - d i m e n s i o n a lr c p 2 d r c p 二维随机压缩投影 t w o - d i m e n s i o n a lr c p 2 d r p 二维随机投影 t w o - d i m e n s i o n a ll 心 a n n 人工神经网络 a r t i f i c i a ln e u r a ln e t w o r k b o c v 二值方向共生向量 b i n a r yo r i e n t a t i o nc o - o c c u r r e n c ev e c t o r c d p 类分布保持 c l a s sd i s t r i b u t i o np r e s e r v i n g c e r 交叉错误率 c r o s s o v e re r r o rr a t e c n d f 双非线性动力滤波器 c o u p l e dn o n l i n e a rd y n a m i cf i l t e r d d 指数 d e c i d a b i l i t yi n d e x d c t 离散余弦变换 d i s c r e t ec o s i n et r a n s f o r n l d f r 离散傅里叶变换 d i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o r m d p a 鉴别能量分析d i s c r i m i n a t i o np o w e r a n a l y s i s d w d p a动态加权鉴别能量分析 d y n a m i cw e i g h t e dd i s c r i m i n a t i o np o w e ra n a l y s i s e c c纠错码 e r r o rc o r r e c t i n gc o d e e e r 等错误率 e q u a le r r o rr a t e f a r 错误接受率f a l s ea c c e p tr a t e f e r 注册失败率 f a i l u r ee n r o l lr a t e f f n d f 前馈反馈非线性动力滤波器 f e e d f o r w a r d - f e e d b a e kn o n l i n e a rd y n a m i cf i l t e r f f t 快速傅里叶变换 f a s tf o u r i e rt r a n s f o r l t l f l d f i s h e r 鉴别分析 f i s h e rl i n e a rd i s c r i m i n a t i o n r r 错误匹配率 f a l s em a t c hr a t e 曰眦 。 错误不匹配率 f a l s en o n m a t c hr a t e f r r 错误拒绝率 f a l s er e j e c tr a t e f e r 错误注册率 f a l 8 ee n r o l lr a t e g a 遗传算法 g e n e t i ca l g o r i t h m g a r 正确接受率 g e n u i n ea c c e p tr a t e i c a 独立成分分析 i n d e p e n d e n tc o m p o n e n ta n a l y s i s i m s l f 独立匹配分数级融合 i n d e p e n d e n tm a t c h i n gs c o r el e v e lf u s i o n k l tk - l 变换k a r h u n e n l o e v et r a n s f o r m 第x 页西南交通大学博士研究生学位论文 l b p 局部二值模式 l o c a lb i n a r yp a t t e r n u d a 线性鉴别分析l i n e a rd i s c r i m i n a n ta n a l y s i s l p p 局部保持映射 l o c a l i t yp r e s e r v i n gp r o j e c t i o n i p 局部三值模式 l o c a lt e r n a r yp a t t e r n m a c e f最小平均相关能量滤波器m i n i m u ma v e r a g ec o r r e l a t i o ne n e r g yf i l t e r m d g最小距离图形 m i n i m u md i s t a n c eg r a p h m f r a t 改进有限r a d o n 变换 m o d i f l e df i n i t er a d o nt r a n s f o r m a t i o n n d f t 非均匀离散傅里叶交换 n o n - u n i f o r md i s c r e t ef o u r i e rt r a n s f o r m n n c 最近邻分类器 n e a r e s tn e i g h b o rc l a s s i f i e r n t t 数论变换 n u m b e r 乃e o r e t i ct r a n s f o r m o l o f 正交线顺序特征 o r t h o g o n a ll i n eo r d i n a l f e a t u r e p c a 主元分析、主成分分析 p r i n c i p a lc o m p o n e n ta n a l y s i s p n n 概率神经网络 p r o b a b i l i s t i cn e u r a ln e t w o r k p r n 伪随机数 p s e u d o r a n d o mn u m b e r p s 0 粒子群优化 p a r t i c l es w a r mo p t i m i z a t i o n r c p 随机压缩投影 r a n d o mc o m p r e s s i v ep r o j e c t i o n i 唧 有限等距性 r e s t r i c t e di s o m e l r yp r o p e r t y r l o c 鲁棒线方向码 r o b u s tl i n eo r i e n t a t i o nc o d e i 也r d 随机局部区域描述子 r a n d o ml o c a lr e g i o nd e s c r i p t o r r m q 随机多空间量化 r a n d o mm u l t i s p a c eq u a n t i z a t i o n r o c 接受操作特征 r e c e i v e ro p e r a t i n gc h a r a c t e r i s t i c r o i 感兴趣区域 r e g i o no f i n t e r e s t i 冲 随机投影 r a n d o mp r o j e c t i o n s r p 稀疏随机投影 s p a r s er a n d o mp r o j e c t i o n s s s 小样本问题 s m a l ls a m p l es i z e s v m 支持向量机 s u p p o r tv e c t o rm a c h i n e 西南交通大学博士研究生学位论文第1 页 1 1 课题背景与研究意义 第1 章绪论 随着全球各地身份欺骗造假事件和恐怖袭击事件的不断增多，身份识别 ( i d e n t i f i c a t i o n ) 与认证( v e r i f i c a t i o n ) 技术己成为信息安全与隐私保护的重要基础，并得到 了快速普及和推广。为此，对各种身份识别与认证系统的性能也提出了越来越高的要 求。据2 0 0 5 年美国政府公布的数据显示，一年中，由于身份被盗造成的损失达5 3 0 亿 美元，其中商业和金融机构的损失达4 8 0 亿美元，消费者损失则达5 0 亿美元。在指纹 识别技术应用比较广泛的韩国，每年都会因客户指纹信息丢失等原因使银行指纹识别 系统被攻破，造成数亿美元的损失。新闻周刊( n e w sw e e k ) p , 将身份盗窃描述为“本 世纪增长最快的犯罪行为”。可见，在当今信息化时代，如何准确鉴定一个人的身份， 保证信息安全，不仅是一个必须解决的关键社会问题，也是一项严峻的技术挑战。 身份识别和认证方法大致经历了以下三个阶段。 早期主要是通过物品( p o s s e s s i o n ) 的方法，即“你拥有什么? ”( w h a ty o uh a v e ? ) 的 方式作为不同场合下的身份证明，包括身份证( i d e n t i t yc a r d ) 、护照( p a s s p o r t ) 、智能卡 ( s m a r tc a r d ) 、钥匙( k e y ) 等。物品容易丢失、损坏、被盗和仿制，使冒名顶替者( i m p o s t e r ) 或攻击者( a t t a c k e r ) 有机可乘。 随着电子信息技术的发展，出现了基于知识( k n o w l e d 罢：e ) 的方法，即“你知道什么? ” ( w h a ty o uk n o w ? ) 的方式作为不同场合下的身份证明，包括口令( t o k e n ) 、密码( p a s s w o r d l 等。知识容易遗忘和被攻击者破解。 基于生物特征( b i o m e t r i c ) 的新一代身份识别与认证技术克服了前两代身份识别与 认证方式的缺陷，日益受到人们的青睐 1 】。人们不可能丢失也无需记忆自己的生物特征， 因此，生物特征识别与认证方式更具可靠性和有效性，国内外学者对生物特征识别与 认证技术的研究和应用也产生了巨大的兴趣。从保护银行账户到公司的安全保障等各 个行业和领域，生物特征技术正逐渐被更多机构和消费者采用，并