基于區(qū)塊鏈技術的人臉識別認證模型

黃琪 王大帝 張珊

摘 要：身份認證是保護信息系統(tǒng)的第一道安全防線，本文對現(xiàn)有的身份認證技術進行分析，提出基于區(qū)塊連技術的人臉識別認證模型，介紹了該模型的技術組件及主要流程。

關鍵詞：區(qū)塊連；人臉識別；身份認證；去中心化

中圖分類號：TP309 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）15-0041-02

0 引言

用戶訪問業(yè)務系統(tǒng)時，對用戶身份進行審查，查看該用戶是否具備繼續(xù)訪問和使用系統(tǒng)的資格，即身份認證。身份認證主要通過3種方式實現(xiàn)：

（1）知識類認證方式。用戶回答自己所掌握的信息來證實身份，如用戶的靜態(tài)密碼等。知識類認證方式，是早期的身份認證方法，非常不安全，容易受到社會學攻擊、暴力破解等。（2）資產類認證方式。根據(jù)用戶所擁有的資產來證明身份，如電子令牌、短信動態(tài)口令等。資產類認證方式，對動態(tài)電子令牌、手機等移動終端依賴性比較大。一旦移動終端設備被不法者獲取，很可能利用獲取動態(tài)口令進行非法登陸。（3）固有特征認證方式。采用用戶獨的、不可復制的特征來證明身份，如指紋、人臉等。該方式不容易被復制和破解，使用方便。

以上三種認證方式，均存在數(shù)據(jù)庫泄露的風險：攻擊者獲取中心化的數(shù)據(jù)庫，會造成大規(guī)模信息泄露，同時可篡改數(shù)據(jù)信息，以此通過身份認證。

區(qū)塊鏈技術是一種不可篡改、可追蹤、不斷增長的分布式賬本式數(shù)據(jù)庫。本文提出一種基于區(qū)塊鏈技術的人臉識別認證模型，采用去中心化的方式存儲身份信息，使得人臉認證更加安全、可靠。

1 基于區(qū)塊鏈技術的人臉識別認證模型

基于區(qū)塊鏈技術的人臉識別認證模型包括兩個核心技術組件：人臉識別組件和區(qū)塊鏈組件。將采集到的人臉信息與個人信息掛鉤，經過區(qū)塊鏈共識完成存儲；其次，人臉識別時，從經過共識的區(qū)塊中調取人臉信息進行比對，可以防止冒名作假現(xiàn)象；最后，人臉識別全流程鏈上公開透明可追溯，有效杜絕后臺修改數(shù)據(jù)現(xiàn)象，同時發(fā)生異常時可以實現(xiàn)快速定位。

1.1 技術組件

1.1.1 人臉識別組件

圖1是人臉識別組件技術邏輯圖。客戶端SDK能夠適配windows臺式電腦、android移動終端、IOS移動終端、IP網絡攝像頭等多種終端設備，具備人臉檢測、人臉對齊等通用功能，通過有線或無線網絡連接人臉識別服務端。業(yè)務系統(tǒng)前端與人臉識別客戶端SDK進行集成。客戶端SDK通過終端設備進行視頻流捕獲，并采用H264進行解碼，并提取視頻流中的視頻幀進行預處理，將彩色圖片進行灰度化、清晰度判斷等預處理，然后采用圖像圖像金字塔技術進行圖片的縮放，并使用MTCNN網絡進行人臉檢測，定位人臉特征點。WEB服務器通過服務接口獲取客戶機識別請求，進行人臉特征提取、人臉識別運算，反饋識別結果回饋至業(yè)務系統(tǒng)客戶端。

人臉識別流程如圖2所示。通過手機、攝像頭等設備采集圖像，經過人臉檢測、人臉對齊、特征提取等技術，采用mobilefacenet進行人臉特征提取，將特征空間中提取的人臉特征值與人臉特征庫中的特征值進行搜索、比對，分別計算余弦距離，采用冒泡排序的方式選選擇最相似的人臉，并輸出結果。當最相似的人臉的相似值超過閾值，則身份驗證成功。

1.1.2 區(qū)塊鏈組件

如圖3，給出了區(qū)塊鏈組件的邏輯圖。區(qū)塊鏈組件主要包括區(qū)塊構建管理、區(qū)塊共識管理、核心服務等功能，為業(yè)務系統(tǒng)提供一個去中心化、分布式的、防篡改、可追溯的數(shù)據(jù)可信環(huán)境，通過API接口將數(shù)據(jù)存儲在區(qū)塊鏈上，在需要進行提取和驗證時，通過API接口查詢鏈上的數(shù)據(jù)，形成完整的數(shù)據(jù)可信流轉業(yè)務能力視圖。

區(qū)塊構建管理：實現(xiàn)對業(yè)務系統(tǒng)數(shù)據(jù)的存儲支持以及數(shù)據(jù)的區(qū)塊查詢和處理結果查詢。

區(qū)塊共識管理：配置共識域，并采用拜占庭算法對共識節(jié)點進行管理。

核心服務：區(qū)塊鏈組件對外提供三種核心服務API。（1）一致性服務，采用區(qū)塊鏈技術，對數(shù)據(jù)存儲進行一致性管理，以實現(xiàn)業(yè)務數(shù)據(jù)的一致性更新和存儲，提高運行過程中存儲、調用的穩(wěn)定性與安全性。（2）可信服務，利用區(qū)塊鏈技術的時序特性、數(shù)據(jù)不可篡改與抗攻擊等特性，將核心操作進行區(qū)塊存儲，進行可信賬戶統(tǒng)計結果的區(qū)塊數(shù)據(jù)共享，提升了查詢數(shù)據(jù)、運行應用、賬戶監(jiān)控力度和等級評價的可信性。（3）隱私服務，利用區(qū)塊鏈技術實現(xiàn)傳輸通道的兩端非對稱加密，實現(xiàn)對傳輸數(shù)據(jù)的通道化管理和在通道中的加密傳輸，解決數(shù)據(jù)在通道傳輸過程中信息易被抓取和破解等問題。

1.2 模型環(huán)節(jié)

本模型主要包括注冊和驗證兩個環(huán)節(jié)。用戶初次發(fā)起服務請求時需要完成注冊操作，注冊成功后服務端返回服務和公鑰；用戶再次請求服務時需要完成驗證操作，驗證成功后服務供應商返回服務和新公鑰，如圖4所示。

1.2.1 注冊

步驟1：用戶通過客戶端注冊個人信息，并上傳人臉圖片；步驟2：人臉識別組件接收人臉圖像，提取用戶人臉特征，并將人臉特征值反饋給客戶端；步驟3：客戶端將人臉特征值和用戶名的哈希值發(fā)送給服務端；步驟4：服務端的所有節(jié)點共享同一個帳本。通過拜占庭算法選舉其中一個節(jié)點作為主節(jié)點，其他節(jié)點傳播、計算、驗證人臉識別特征的哈希摘要。當超過2/3的節(jié)點計算的哈希摘要相同，則達成共識；主節(jié)點使用私鑰對人臉特征值摘要和用戶名的哈希值進行簽名，并寫入新區(qū)塊；步驟5：服務端將公鑰返回給客戶端，完成注冊。

1.2.2 驗證

已注冊的用戶想要獲取服務，需要服務端、區(qū)塊鏈進行身份驗證。驗證流程如下：

步驟1：客戶端獲取用戶名、人臉圖像、公鑰；步驟2：客戶端將人臉圖像傳遞給人臉識別技術組件，提取用戶人臉特征，并返回給客戶端；步驟3：客戶端將公鑰、人臉特征值、用戶名的哈希值發(fā)送給服務端；步驟4：服務端使用公鑰在區(qū)塊鏈中進行驗簽，遍歷尋找相同的用戶名哈希值；如果不存在相同的用戶名哈希值，則該用戶不存在；步驟5：計算該人臉特征值與區(qū)塊鏈中存儲的該用戶的人臉特征值的相似度，如相似度小于閾值則驗證失敗，如相似度大于閾值則驗證通過；步驟6：計算當前區(qū)塊的哈希值（包括前一區(qū)塊的哈希值、時間戳、人臉特征值、私鑰簽名的用戶名哈希值）是否與下一區(qū)塊中存儲的值相等，如相等則驗證通過。

2 結語

本文針對身份認證技術進行了分析，指出知識類認證、資產類認證、固有特征認證三種方式存在的缺陷，提出了基于區(qū)塊連技術的人臉識別認證模型，區(qū)塊鏈的私鑰加密、分布式存儲、全程可追溯可增強身份認證的安全性，解決泄庫、數(shù)據(jù)篡改等問題。

參考文獻

[1] 夏振杰.基于人臉識別技術的身份認證系統(tǒng)實現(xiàn)簡介[J].科技信息，2010（5）：44.

[2] 何昀.基于虹膜的人體特征識別方法研究與實現(xiàn)[D].東北師范大學，2006.

[3] OGorman L.Comparing passwords，tokens，and biometrics for user authentication[C]//Proceedings of the IEEE，2003：2019-2020.

[4] 彭永勇，張曉韜.基于區(qū)塊鏈應用模式的可信身份認證關鍵技術研究[J].網絡安全技術與應用，2018（02）：36-37.

[5] 邵奇峰，金澈清，張召，等.區(qū)塊鏈技術：架構及進展[J].計算機學報，2018（05）：3-22.