指紋識別模塊的二次開發(fā)與應(yīng)用研究

張學(xué)斌

(懷化學(xué)院物理與信息工程系, 湖南懷化 418008)

早期人們采用密碼對自己的信息等進(jìn)行加密保護(hù)或安全認(rèn)證,“密碼”一詞對人們來說并不陌生,如個人在銀行取款使用 “密碼”,開啟保險箱使用 “密碼”,等等.這里指的是一種特定的暗號或口令字.由于這些密碼僅僅由數(shù)字或字母數(shù)字組合而成,存在被破解或被他人竊取的風(fēng)險,因此人們開始使用指紋識別技術(shù),指紋識別技術(shù)是通過計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)的身份識別手段,也是當(dāng)今應(yīng)用最為廣泛的生物特征識別技術(shù)[1].指紋識別現(xiàn)已經(jīng)廣泛應(yīng)用在門禁系統(tǒng)、保險柜等領(lǐng)域.每個人的指紋獨(dú)一無二的,他人不能替代,且不能輕易被仿制,因此指紋識別技術(shù)相對與密碼來說,它的安全性大大提高了,基于指紋的安全密鑰系統(tǒng)也成為數(shù)字化生活中最高級的安全密鑰系統(tǒng)[2].但是,隨著現(xiàn)在科技的發(fā)展,特別是立體打印技術(shù)的不斷成熟,使得指紋被仿制成為可能.如果指紋一旦被泄露而且被成功仿制,那么基于指紋識別技術(shù)的加密產(chǎn)品將是形同虛設(shè).針對密碼和指紋存在的安全風(fēng)險,本文設(shè)計(jì)了一種將密碼和指紋模塊結(jié)合實(shí)現(xiàn)二者雙重加密的功能,只有在指紋匹配和數(shù)字密碼正確的情況下,才能執(zhí)行相應(yīng)的操作,大大提高了安全性.

1 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì)

1.1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)及工作原理

本系統(tǒng)的硬件主要由微處理器、指紋識別模塊、液晶顯示模塊、4＊4鍵盤、報警電路和執(zhí)行機(jī)構(gòu)等組成.

圖1 系統(tǒng)總體結(jié)構(gòu)框圖

微處理器作為系統(tǒng)的核心,控制整個系統(tǒng)各模塊正常運(yùn)作.系統(tǒng)工作時先等待4＊4鍵盤輸入密碼 (初始密碼由系統(tǒng)事先設(shè)定,如 “000000”.),密碼輸入正確則等待指紋輸入,指紋輸入后自動與指紋庫中已存取的指紋進(jìn)行比對,比對成功則可進(jìn)行指紋添加、刪除或密碼修改等操作 (密碼輸入正確后,若指紋庫中無指紋,則直接進(jìn)入指紋添加或密碼修改操作,若指紋庫中有指紋,則必須比對指紋成功后才能進(jìn)行指紋的再添加、刪除和密碼修改等操作).密碼輸入3次均不正確則啟動報警電路報警.液晶顯示模塊采用12864,用于顯示當(dāng)前執(zhí)行的操作并顯示操作的相關(guān)信息,它和鍵盤一起組成人機(jī)界面.執(zhí)行機(jī)構(gòu)是指在用戶輸入密碼正確且指紋比對無誤的情況下由微處理器執(zhí)行相應(yīng)的操作,比如開啟保險箱、打開機(jī)密文件等[3].

1.2 系統(tǒng)各模塊功能簡介

指紋識別模塊采用TFS-M12型高級DSP指紋模塊,主要由指紋采集頭和指紋處理兩部分組成,指紋采集頭采用光學(xué)指紋傳感器,指紋處理板由高性能DSP處理器和FLASH等芯片構(gòu)成.該模塊以TI公司的TMS320VC5416高速DSP處理器為核心,結(jié)合具有公司自主知識產(chǎn)權(quán)的商用指紋算法 (TFS-9),光學(xué)指紋傳感器,具有指紋錄入、圖像處理、特征值提取、模板生成、模板儲存、指紋比對和搜索等功能,可主要完成指紋特征的采集、比對、存儲、刪除等功能[4].

4＊4鍵盤示意圖如圖2所示,0-9為數(shù)字密碼輸入鍵,Back為退格鍵,Enter為確認(rèn)鍵,Chag為修改密碼鍵,Del為刪除指紋鍵,Add為添加指紋鍵,Go為執(zhí)行相應(yīng)操作鍵,在這里指控制繼電器的閉合,具體如打開門鎖等.

圖2 4＊4鍵盤示意圖

電源模塊由直流穩(wěn)壓電源和備用電源兩部分構(gòu)成,當(dāng)有220V市電時,由直流穩(wěn)壓電源給系統(tǒng)供電,同時給備用電源充電,當(dāng)停電或被人為斷電時,由備用電源給系統(tǒng)供電.這樣可以避免因停電而導(dǎo)致系統(tǒng)無法工作的情況發(fā)生[5].

微處理器采用AT89S51單片機(jī),成本低,與指紋模塊、顯示模塊等各模塊的接口電路簡單,管腳夠用,使用方便,易于操作.

液晶顯示采用帶中文字庫的12864,每屏最多可顯示4行8列共32個16×16點(diǎn)陣的漢字,可對各次操作的狀態(tài)和結(jié)果進(jìn)行顯示輸出,與4＊4鍵盤組成輸入輸出人機(jī)交互界面.

圖3 報警電路

報警電路采用蜂鳴器報警,電路如圖3所示,當(dāng)密碼輸入次數(shù)達(dá)到3次時,單片機(jī)置BEEP腳為高電平并持續(xù)一段時間,在此期間PNP管Q1導(dǎo)通,蜂鳴器發(fā)出響聲報警.持續(xù)一段時間后警報自動解除[6].

執(zhí)行機(jī)構(gòu)指用單片機(jī)控制繼電器的吸合,從而實(shí)現(xiàn)比如門鎖的開啟等具體的操作.

2 軟件設(shè)計(jì)流程

本系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)主流程圖如圖4所示,首先,程序初始化,定義相應(yīng)的端口及變量類型.然后主程序等待密碼輸入,若輸入密碼不正確次數(shù)達(dá)3次,則啟動蜂鳴報警電路進(jìn)行報警,若密碼輸入正確,則等待指紋模塊采集指紋與指紋庫中已經(jīng)注冊的指紋進(jìn)行比對 (若指紋庫中無指紋,則直接進(jìn)入下一步),若采集的指紋與指紋庫中保存的指紋比對不成功,則返回繼續(xù)采集指紋,直到采集到正確的指紋為止,當(dāng)指紋比對正確后,按相應(yīng)的鍵可進(jìn)行修改密碼、添加指紋、刪除指紋和執(zhí)行相應(yīng)的操作[7](P53-84).

綜上所述,本文介紹的基于指紋識別模塊TFSM12和數(shù)字密碼的二次加密系統(tǒng),結(jié)合了數(shù)字密碼可修改和指紋唯一性的特點(diǎn),將數(shù)字密碼和指紋進(jìn)行二次加密,實(shí)現(xiàn)雙重保險,既彌補(bǔ)了數(shù)字密碼易破解、泄露的缺點(diǎn),也可防止因指紋被仿制而導(dǎo)致意外損失的發(fā)生,大大提高了系統(tǒng)的安全性.

圖4 系統(tǒng)主程序流程圖

[1]劉暢,李曉東,畢云峰.基于LabVIEW虛擬儀器技術(shù)的指紋識別報警系統(tǒng)的設(shè)計(jì) [J].現(xiàn)代電子科技,2012,35(4):188-191.

[2]姚慶君,單佳佳,楊宜霖.汽車指紋識別門鎖軟硬件設(shè)計(jì)[J].微計(jì)算機(jī)信息,2010,26(2):161-162.

[3]趙亮,龔鳴敏.基于指紋識別的身份認(rèn)證技術(shù)研究[J].微計(jì)算機(jī)信息,2006,22(25):301-304.

[4]王武軍.指紋識別的二次開發(fā)應(yīng)用[J].電腦編程技巧與維護(hù),2003,11(12):56-59.

[5]何軍.指紋識別技術(shù)的研究與應(yīng)用[D].北京:首都經(jīng)濟(jì)貿(mào)易大學(xué),2004.

[6]符鴻亮,基于DSP和FPGA的自動指紋識別系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn) [D].成都:電子科技大學(xué),2007.

[7]余錫存,曹國華.單片機(jī)原理及接口技術(shù)[M].西安電子科技大學(xué)出版社,2007.