面向指纹载体的信息隐藏与伪装

Biometrics data is usually stored in a database with other private information. Due to the uniqueness of biometrics, it is difficult to update or reset the biometrics data once stolen, other private information will also be exposed. Thus, it is urgent to protect the private information of biometrics data. This project focuses on fingerprint data hiding and disguising, which is to embed the private information into the cover fingerprint data or directly transfer it to some virtual fingerprint data. Firstly, we work on designing high capacity fingerprint image data hiding approaches with little or no affect on the recognition accuracy, including a grayscale fingerprint image data hiding technique by incorporating tolerable error range and a thinned fingerprint data hiding technique based on ridge decomposition. Then, we study minutiae data hiding. We analyze how the change of minutiae would affect the fingerprint recognition and construct a data hiding cost function, based on which we propose a data hiding scheme for minutiae. By analyzing the distributions of minutiae positions and orientation from real fingerprint images, we also research on fingerprint disguising to transfer the private information into virtual minutiae or a virtual fingerprint image directly, which does not need any original cover data for the protection. This project will improve the security and reliability of fingerprint recognition systems. It will have significant impact in the research of privacy protection of biometrics data.

生物数据通常与其他隐私信息一起被存储在数据库中。由于生物特征的唯一性，生物数据被盗后难以被更新或者重置，与其相关联的隐私信息也同时暴露，迫切需要发展针对生物数据的隐私信息保护技术。本项目研究面向指纹载体的信息隐藏与伪装，将隐私信息嵌入指纹数据中或直接转化成虚拟的指纹数据。首先在保证识别准确率的前提研究以指纹图像为载体的高容量信息隐藏方法，包括结合可容忍失真范围的灰度指纹图像信息隐藏以及基于脊分解的细化指纹信息隐藏。其次研究以细节点为载体的信息隐藏方法，分析细节点改动对指纹识别的影响并构建信息隐藏代价函数，实现细节点信息隐藏。还将分析真实指纹图像细节点位置的概率分布和方向场的参数分布，研究直接从隐私信息生成虚拟细节点或虚拟指纹图像的信息伪装方法，无须任何原始载体数据即可保护隐私信息。本项目将提高指纹识别系统的安全性和可靠性，推动生物数据隐私保护技术的发展。

由于生物特征的唯一性，生物数据被盗后难以被更新或者重置，与其相关联的隐私信息也同时暴露，迫切需要发展针对生物数据的隐私信息保护技术。本项目主要研究面向指纹载体的信息隐藏和伪装技术，项目组首先研究了基于修改原始指纹载体的信息隐藏技术，包括面向二值指纹图像的大容量信息隐藏以及面向指纹特征数据（细节点）的信息隐藏。随后，项目组提出了基于密钥的指纹伪装方案，由密钥将原始指纹图像伪装成虚拟的指纹图像，由此对原始指纹数据进行保护。在此基础之上，项目组提出构造式指纹图像信息隐藏的新概念并进行了相关研究，该方法无需修改原始指纹载体，通过秘密信息直接生成含密指纹图像。最后，项目组对课题进行了延伸研究，提出了结合STC编码的虹膜图像的信息隐藏新思路，有效降低了信息隐藏对虹膜识别的影响。..这些研究符合本项目原定的研究计划，推动了生物数据信息隐藏技术的发展。主要意义包括三方面：1）提出一系列生物数据信息隐藏新方案，即有可保证识别准确率的STC信息隐藏方案，又有针对生物特征的信息隐藏新技术，还有大容量生物数据信息隐藏方法，在一定程度上满足了形形色色的生物数据隐私保护需求。2）由虚拟指纹进行隐私保护的新手段。通过密钥将用户原始指纹图像变换为虚拟指纹图像，即可对原始指纹数据进行保护，又保证了其视觉真实性，该成果对于云端安全指纹识别具有重要意义。用户可以仅提交其原始指纹图像的虚拟版本给服务器，服务器可利用现有指纹识别技术，通过比对虚拟指纹图像进行用户认证。在这个过程中，用户的原始指纹图像始终处于保护之中，而服务器端也不需要更新现有的指纹识别算法。3）构造式指纹图像信息隐藏新思路。项目组将信息隐藏与指纹图像生成结合，由秘密信息驱动生成含密指纹图像，无需原始指纹图像即可进行信息嵌入，具备天然的安全性，可对抗隐写分析技术，为信息隐藏技术的发展开辟了新的途径。