在身份认证领域,生物识别技术已经成为了复杂和高安全需求场景的理想解决方案。指静脉识别作为第二代生物识别技术,兼具高强防伪、高速识别、天然活体、便捷易用、识别精度高等优势,因而得到了快速推广。然而指静脉等生物特征存在易受攻击和难以撤销的缺陷,因此,为降低个人隐私泄露的风险,一种行之有效的解决方案是对原始生物特征进行加密处理后再存储。传统的图像加密算法难以抵御恶意的密钥共享和抵赖攻击,因此,生物特征变换技术和生物密码系统应运而生。生物密码系统是生物特征学和密码学的强大结合,生物特征消除了记忆密码的需要,而密码学技术则为生物特征提供了更高的安全级别。本文工作重点首先分析了生物特征加密的研究背景、现状及难点问题,其次对生物模板保护技术的研究进行了综述,最后,围绕特征变换和生物密码系统提出了三种具有鲁棒性的指静脉加密方案,还提出一种基于尺度不变特征变换的指静脉特征提取方案。本文的主要研究内容及工作成果如下:(1)基于Tree-BioHashing的指静脉加密方案。经实验验证,基于原始BioHashing的指静脉加密方案在令牌泄露时,识别性能会严重下降。本文提出了一种融合原始量化和二叉树量化的Tree-BioHashing算法,并在认证阶段设计了自适应的距离度量方案以解决生物特征的模糊性问题。实验发现,本方案在令牌安全时的等错误率为0;在令牌泄露时的识别性能较原始BioHashing有较为明显的改善。(2)基于Fuzzy Vault的双因子可撤销指静脉加密方案。首先实验分析了现有Fuzzy Vault易受多应用交叉对比攻击和短密钥攻击的问题。本文针对交叉对比漏洞提出了两种解决方案,分别是双指静脉构造保险箱和细节点单向变换。针对短秘钥漏洞,使用基于用户口令的哈希变换预先生成具有足够强度且随机洗牌的长密钥。经实验验证,本方案具有良好的识别性能和鲁棒性。(3)基于Grid-SIFT的指静脉特征提取方案。首先实验验证了基于SIFT的指静脉特征对尺度、亮度、旋转等变换具有较强的鲁棒性。然而SIFT关键点存在描述子维数较高、点对匹配计算代价昂贵以及无序的点特征难以直接应用于某些生物密码系统的缺陷。因此,本文设计提出一种基于SIFT关键点的点串特征转化框架,主要贡献是满足了快速匹配的实时性需求和在需要定长输入的生物密码系统中应用的广泛性需求。(4)基于Grid-SIFTFE的指静脉加密方案。部分生物密码系统依赖纠错码技术来处理生物特征的类内差异性,然而,降低生物特征固有的不确定性比依靠纠错码来校正生物特征的模糊性更为直接有效。因此,本方案使用Grid-SIFT提取具有鉴别能力的指静脉特征,并基于Fuzzy Extractor实现对指静脉特征的加密及密钥的生成。最后,从性能实验和安全性分析上证明了方案的可行性。指静脉识别技术的应用正在加速普及,而关于指静脉加密技术的研究还尚未成熟,本文的研究成果可以为基于特征变换和生物密码系统的指静脉加密研究提供较为可行的研究思路。