CN1261705A - 利用嵌入式图象数据增强交易卡安全性的方法和装置 - Google Patents
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Abstract
一种个人识别凭证具有一个记录可机读信息的区域,和包含嵌入数据的印刷区域。所说信息利用一种安全散列算法编码。所说个人识别凭证与一个包括阅读器、光学扫描器和处理器的阅读器系统结合使用。可机读数据传送到处理器中进行处理,以生成第一组数据。光学扫描器再现的数字图象数据也传送到处理器中,并从中恢复嵌入数据以生成第二组数据。然后将两组数据传送到一个比较器中,判断其区配性,以验证所说凭证的可靠性。
Description
本发明属于个人识别凭证技术领域，具体地说，本发明属于交易卡安全性和在交易卡和其它个人识别凭证上成象的领域。
有许多种凭证需要在其上标出姓名。例如护照、交易卡、通行证和驾驶执照。标注姓名的主要目的是给予持有者某种待遇和防止他人取得这种待遇。所以，这些凭证通常带有包含在凭证中的个人识别内容。在下文中将这些凭证称为个人识别凭证。在下文中，我们采用术语交易卡来含概所有个人识别凭证，反之亦然。
交易卡的使用是无所不在的，它使持卡人可以享受金融服务以及许多其它服务。在许多情形下，交易卡已经代替了现金，并且成为欺骗性使用的目标。为了保护金融机构、顾客、和商家(的利益)不受欺骗性用卡的损害，信用卡业已经在信用卡上应用了许多技术措施以减少伪造。这些技术措施包括磁条、全息图、特殊覆层、卡验证值和类似特征。由于那些伪造信用卡的人始终在寻找规避安全性特征的手段，所以需要不断开发新的技术来挫败他们的企图。
交易卡通常具有可由机器读取的一个数据存储区。这种数据存储区的一个典型例子就是在大多数信用卡上使用的磁条。但是，也可以使用其它数据存储方式，例如在所谓的智能卡中所使用的小微处理器芯片。在任何情况下，这种数据存储的目的都是为交易点的设备采集有关帐户的信息提供一种电子装置。在标准信用卡的情况下，存储区上的信息包括帐号、授权持卡人姓名和有效期。
与交易卡结合使用的设备已经在技术上取得了进步。收银机都带有可与普通家用计算机系统兼容的计算能力的一个微处理器。这些系统通常都与较大的存储系统和金融系统联网。自动取款机(ATM)在技术上也很完善，一般与世界范围内的金融系统联网。
大多数ATM机共有的一个特征是交易卡完全被机器吞入。普通的交易终端，例如设备供应商所生产的设备如Verifone，通常只是当交易卡在设备中划过时读取磁条上的信息。
将机器可读数据记录在卡上的其它方法包括由Gemplus公司制造和推出的所谓智能卡，其它的如，由Symbol技术公司推出的两维条形码，和由Sandia成象公司推出的数据图示符。所有这些方法都可以在交易卡上存储有限量的机器可读数据，并被不同的交易卡发卡机构所采用。
在交易卡上印刷的方法是众所周知的。那些唯一的或少量的交易卡的印刷也可以利用现有的系统如Datacard公司制造的图象卡IV图片ID打印机完成。这些打印机可以将数字图象直接印刷在PVC材料上。
交易卡发卡机构许多年前就已经将持卡人的图象附加在卡上。这个图象产生了一定的安全性，因为使用带有他人照片的卡会引发卡的使用是否合法的问题。这种构想的延伸就是将持卡人的照片压缩并存储在卡的数据存储器内。人们已经开发出摄取持卡人肖像，并将所说肖像保存和压缩在计算机磁条中的方法(参见授予Ray等人的美国专利US-5466918，其发明名称为“Method and Apparatus forCompression，Storage and Retrieval on Magnetic TransactionCards(用于在磁性交易卡上压缩存储和检索的方法与装置)”)，该专利以引用方式结合在本申请中。
图象扫描是惯常的做法，完成这个任务的设备现在已经很便宜，并且体积相对小型化了。一般来说，可以使用每英寸500点(dpi)和彩色分辨率进行扫描。扫描过程也很快，可以在几秒钟内扫描一整页。
常常需要将相对较大的数据记录萃取为较短的基准值或密钥。可取的是，根据所说数据创建密钥，但是，从两个不同的记录中生成相同密钥的可能性可以忽略不计。这些方法通常被称为散列算法，并且广泛地用于计算机系统中。一种众所周知的散列算法就是国家标准和技术研究所(NIST)发布的所谓安全散列算法(SHA)。这种算法可以将一个512位的数据记录处理为一个160位(20字节)的密钥。从数学意义上说，一个散列函数就是从m位字符串空间到n位字符串空间的一个映射，其中m＞n。例如，如果m＝512，n＝160，则所说SHA是这样一种映射，但只是将在前160位之后的字符串截断的映射。
保护图象的一种方法是数据隐藏或嵌入，按照这种方法，将信息编码以这样的方式编码到一个图象中，使得观看者看不到这个图象，而借助于图象扫描器和图象处理装置可以读取信息。但是，为了达到实用目的，必须能够迅速地从扫描数据中恢复隐藏信息，而且必须不受印刷处理图象和磨损，如划痕的影响。此外，为了使所说隐藏信息与卡上的其它信息相关，所说隐藏数据必须具有携带信息的性能。例如，如果所说隐藏信息仅仅携带一位数据，则所说隐藏信息最多可以编址两个姓名。但是，如果所说隐藏信息可以成功地携带32位信息，则最多可以编址100亿个人的姓名。当然，这些计算假定使用了使姓名与一个未经处理的位序列相关的数据库。
现在已有许多种算法具有这样的稳定性和信息携带能力。例如，(参见授予Rhoads的美国专利US-5636292)，其中记载了将N个随机图象组合以形成一个附加到照片上的合成图象的一种方法，每个随机图象包括一个信息位。当需要检索隐藏信息时，N个随机图象中的每一个都与该照片相关，所得的相关性极性决定了具体的比特值。
已经证明，在美国专利申请No.08/848112(1997年4月28日申请，发明人为Honsinger，发明名称为“An Improved Carrier for theData Eebedding Problem(一种用于数据嵌入问题的改进载体)”)中所述的算法可以携带多达160位的信息，同时能够经受住印刷、扫描和磨损。该申请以引用方式结合在本申请中。这种算法与Rhoads的算法相比，其优点在于只需要进行一次相关性对比，使得更加可能实现快速处理。还应当指出，从安全散列算法(SHA)获得的输出也是160位。
Honsinger等人的申请也公开了一种用于产生具有最佳信息承载能力和稳健性的载体(随机图象)的装置。这种载体的中心特性是使用一个种子信息产生所说载体的某些随机特征。应当理解，在本发明中所说种子信息可以从机器可读信息中或者从机器可读信息的安全散列算法(SHA)直接得出。这使得所需的嵌入算法的信息容量可以只有一位，因为在读取所说机器可读信息时，将有可能重新产生在初始嵌入时所使用的载体。但是，如果需要嵌入用机器可读码无法得到的其它信息，应当理解，同样可以使用从机器可读信息得到的、作为种子信息的一个载体承载这些以多位形式的信息。
如果一张交易卡请求授权，则可能出现两类错误，一张有效卡被拒绝，即错误否定，或者一张无效卡被接受，即错误肯定。在理想情况下，错误否定率和错误肯定率都为零，但这是不切实际的。然而，错误肯定和错误否定的可接受程度是预先规定的，然后使用它们确定接受一张交易卡必须一致的位数。在有效卡的情况下，嵌入数据可以恢复，但是有很小百分率的恢复位可能是错误的，即具有位错误率。
众所周知，在给定一个位错误率和恢复数据串中的位数前提下，一个具有规定数目的错误位的字符串的概率分布是什么。的确，这就是泊松分布(参见Wi1liam Feller，An Introduction to Probability，Theory and Its Applications(概率导论，理论及其应用)，John Wiley& Sons，New YorK，1976，pp.153-159)。因此，一旦已知可接受的错误肯定率，则很容易得出位错误率和在恢复数据中的位数，以及必须一致的位数。作为一个例子，如果位错误率为0.01，并恢复了160位，则每一百万张卡有11位以上是错误的，而149位是正确的，即93％的位是正确的。
在伪造卡进入系统使用的情况下，要求有一个这种卡被接受的可接受的标准，尽管这个标准可能是非常小的。在这种情况下，位错误率可能达到0.5，嵌入在印刷区域中的数据与在机器可读区域中的数据的链接关系不是明确可知的。这时，在n位字符串中具有m位错误的概率分布近似为高斯分布。这在概率领域是众所周知的结论，(参见William Feller，An Introduction to Probability，Theory and ItsApplications(概率导论，理论及其应用)，John Wiley & Sons，NewYork，1976，pp.179-182)。因此，很容易确定在给定要求一致的位数的条件下接受一个随机位字符串的概率。仍然使用上述例子，错误肯定的可能性小于1027之一，这是一个非常小的数值。
因此，所恢复的嵌入数据与从机器可读数据得到的数据之间要求一致的位数对于可接受的错误肯定率必须足够大，对于可接受的错误否定率必须足够小。这不是一个很大的障碍，因为实际实现时具有足够小的位错误率和足够大的位数以确保一致性。
作为一种变化实施方式，由于在这种类型的申请中存在的错误特征是可以预测的，所以所说信息非常适合使用EDAC(错误检测和校正)技术进行编码。这种编码的一个例子就是著名的Reed-Solomon编码，它们广泛地应用于许多用途中。EDAC提供了恢复实际信息的一种有效手段，尽管由于噪声而受到一定影响。通常应用EDAC只需要少量的系统用数据，(参见Elwyn R.Berlekamp，Algebraic CodingTheorv(代数编码理论)，Aegean Park Press，1984，ISBN：0-89412-063-8)。某些位用于执行EDAC，所以必须减少从机器可读区域中得到的位数，以容纳EDAC位数。
个人识别凭证，例如交易卡需要较高的安全标准，以减少这类凭证的欺骗性使用，包括象瞒税(skimming)这样的行为。瞒税是通过将机器可读数据从一张卡复制到另一张卡中而实现的。此外，如果这类个人识别凭证不再需要店员通过查看图象或卡保护特征来验证一张卡的可靠性，则是十分可取的。进一步，如果通过将所说卡有效值作为散列数据的一部分，以及用作图象验证值使具有提高的安全特性的个人识别凭证和阅读器系统与所建立的交易卡程序，例如卡有效值(CVV)配合工作将是十分有益的。现有技术没有教导包括这些特征的个人识别凭证和阅读器系统。
所以，本发明的一个目的是提供可以减少欺骗性使用的一种个人识别凭证，如交易卡，和阅读器系统。
本发明的另一个目的是提供具有提高的安全特性并可与所建立的交易卡程序配合工作的一种个人识别凭证和阅读器系统。
本发明的再一个目的是提供无需店员通过查看图象或卡保护特征来验证卡的可靠性的一种个人识别凭证(例如交易卡)和阅读器系统。
本发明的又一个目的是提供通过将所说卡有效值作为散列数据的一部分，以及用作图象检验值可与所建立的交易卡程序，例如卡有效值(CVV)配合工作的一种个人识别凭证(例如交易卡)和阅读器系统。
本发明的再另一个目的是提供可用于无人管理的交易终端，例如ATM机，并且具有高安全标准的一种个人识别凭证(例如交易卡)和阅读器系统。
本发明的又另一个目的是提供可使印刷的交易卡与卡上机器可读数据区相关联的一种个人识别凭证(例如交易卡)和阅读器系统。
本发明的再又一个目的是提供包含普通人无法看出的嵌入数据的一种个人识别凭证(例如交易卡)和阅读器系统。
总之，通过阅读以下详细描述、权利要求书和附图可以清楚地了解本发明的上述和许多其它特征、目的和优点。这些特征、目的和优点是通过提供包括包含机器可读信息的一个区域和包含嵌入在其上印制的图象中的嵌入数据的一个印刷区域的一种个人识别凭证而实现的。机器可读信息在记录时已经使用安全散列算法编码。在本申请中所使用的术语“嵌入数据”是指在印刷区域内不可读，而且不借助于光学扫描器或处理器无法看到的数据。个人识别凭证包括交易卡、支票、护照、驾驶执照、安全识别徽章，以及诸如此类者。为了使个人识别凭证具有合法性，机器可读数据和嵌入数据都包含相同信息。本发明的个人识别凭证与一个阅读器系统结合使用，所说阅读器系统包括：用于读取凭证机器可读区域的装置；用于扫描所说凭证印刷区域的一个光学扫描器；用于提取嵌入所说印刷区域中的数据的装置；用于从所说机器可读区域获得信息的装置；和用于将从所说机器可读区域获得的信息与所提取的嵌入所说印刷区域中的数据进行比较的装置。所说机器可读数据传送到一个处理器，所说处理器采用安全散列算法产生一个第一数据组。利用光学扫描器重现的数字图象数据也传送到所说处理器，从中恢复嵌入数据以产生一个第二数据组。然后，将两组数据流传送到一个比较器，以确定是否存在充分的匹配，从而验证凭证的可靠性。
图1为与个人识别凭证阅读器系统相结合的个人识别凭证的示意图。
图2为制作一个个人识别凭证，如交易卡的基本处理步骤的方框图。
图3为与本发明的个人识别凭证相结合的判读装置的示意图。
首先参照图1，图中以一张交易卡为例表示一个个人识别凭证10。交易卡10通常为可以在其上印刷图案的平面片状体12。交易卡10包括一个可印刷区域14和一个包含机器可读数据的区域16。所说机器可读数据区域16可以采用多种众所周知的格式构成，所说格式包括，但是不限于磁条、集成电路、智能卡、条形码(一维和两维)和数据图示符(glyph)。这些机器可读数据区16的数据容量相对较小。在采用磁条的情况下，数据容量可以达到500比特。适合印制图案的可印刷区域14可以是用PVC材料、纸或其它任何可印刷材料制成的，所用材料应当能够形成平整表面。还要求选择用作可印刷区域14的材料能够印刷单个的点或象素。
交易卡10与图1方块图所示的本发明的交易卡阅读器系统20连接使用。所说交易卡阅读器系统20判定卡10是否为合法的。所说交易卡10以这样的方式置于系统20中，使得交易卡的机器可读区域16和印刷区域16都可以被系统20检测到。一个读卡装置22读取所说卡的机器可读区域16，所说读卡装置22包括适合于所选定存储装置的阅读器23，例如在使用磁条存储的情况下为磁条阅读器。读卡装置22还包括一个图象扫描器24以将印刷在可印刷区域14上的图象转换为一个数字图象。然后将从阅读器23和图象扫描器24中获得的数据传送到一个处理器26。所说处理器26对于从交易卡10的机器可读部分获取的数据执行安全散列算法。所说处理器26还对从可印刷区域14上的数字图象中获取的图象数据进行处理，提取所说图象中的嵌入数据。之后，将两个数据流传送到一个比较器28，以确定这两个数据串是否一致或对应；就是说，判断它们是否达到预定的符合标准。如果所说比较器28确定这两个数据串是匹配的，则将指示灯30转换到“接通”状态以通知使用者，而如果这两个数据串没有通过比较器的检验，则谢绝指示灯31转换到“接通”状态。
现在参照图2，该图为表示制作一个个人识别凭证如交易卡10的基本程序步骤的方框图。为了实施上述方法，要求所制作的交易卡10具有特殊的特征。这种卡10包含对于持卡人十分重要的信息32，例如帐号、姓名，等等。所说卡10还可以包含印刷图案，诸如一个数字图象34(例如，持卡人的图象)，并且所说图象必须包含以后可以恢复的嵌入数据。将所说持卡人信息32输入一个处理器36，所说处理器对输入数据实施一种散列算法，例如安全散列算法，并得出一个输出位流。然后将印制的图象34输入到所说处理器36中，并利用一种数据嵌入算法进行修改，以保存利用SHA算法获得的输出结果。然后将经过修改的图象以及由SHA获得的输出传送到一个交易卡打印机38，将经过修改的图象打印在可印刷区域14，并将持卡人信息写入所说交易卡10的机器可读区域16中。
接下来参照3，该图为表示所说读卡装置22的一个方框图。如上所述，所说读卡装置22包括一个阅读器23和一个图象扫描器24。所说阅读器系统包括若干子系统。一个传感器41可以检测到放置到所说阅读器22中的交易卡10，当一张交易卡进入所说系统时，所说传感器可以对于进行识别。所说传感器41启动一个卡传递子系统40，所说传递子系统将所说交易卡10沿着一条轨道42拉进所说阅读器22中。所说传感器41启动适合的阅读器23，例如磁条阅读器，开始读取所说交易卡10的机器可读部分12，同时启动一个光学图象扫描器24扫描所说交易卡10的印刷区域14。所说图象扫描器24具有足够的分辨率，从而能够译解所说嵌入图象信息。
虽然包含嵌入信息的印刷图象可以是任何图象，但是可取的是所说图象采用持卡人的肖像。这样可以在一个人进行交易时为判断持卡人的合法性提供附加的可视信息。此外，可以将这个人的图象压缩，并将压缩数据保存在机器可读区域16中，以后用作经受SHA处理的信息流的一部分。所说图象信息还可以用作向一个交易卡中心控制机构进行交易卡验证的手段，如授予Ray等人的，发明名称为“Method andApparatus for Tranaction Card Verification(用于交易卡验证的方法与装置)”的美国专利US-5436970所预想的。
综上所述，可以看到，本发明能够很好地实现前文中所提出的所有目标和目的，以及本发明所固有的、显而易见的其它优点。
应当理解，虽然这些特征和变化是有效的，但是还可以采用其它特征和变化。这是由权利要求所限定，并落入其范围中的。
Claims (10)
1.一种个人识别凭证，它包括：
一个第一机器可读信息区域，其中保存有第一组数据；和
一个印刷区域，其上具有印制信息，所说印制信息中包含嵌入其中的由所说第一组数据得出的第二组数据。
2.如权利要求1所述的一种个人识别凭证，其特征在于：
所说机器可读信息区域是一个磁条。
3.如权利要求1所述的一种个人识别凭证，其特征在于：
所说机器可读信息区域是一个两维条形码。
4.如权利要求1所述的一种个人识别凭证，其特征在于：
所说机器可读信息区域是一个集成电路。
5.如权利要求1所述的一种个人识别凭证，其特征在于：
所说机器可读信息区域是一个数据图示符。
6.一种个人识别凭证阅读器系统，它包括：
用于阅读个人识别凭证的机器可读区域的装置；
用于扫描所说个人识别凭证的印刷区域的一个光学扫描器；
用于提取嵌入在所说印刷区域中的数据的装置；
用于从所说机器可读区域中获取信息的装置；和
用于将从所说机器可读区域中获得的信息与所提取的嵌入所说印刷区域中的数据进行比较的装置。
7.用于制作个人识别凭证的一种方法，该方法包括以下步骤：
创建第一组数据，记录在所说个人识别凭证的机器可读区域中；
从所说第一组数据中获得第二组数据；
生成一个图象，印刷到所说个人识别凭证的印刷区域上；
将所说第二组数据嵌入所说图象中，以使所说第二组数据无法用肉眼看到；
将嵌入所说第二组数据的所说图象印刷在所说个人识别凭证的印刷区域上；
将所说第一组数据编码；和
将所说经过编码的第一组数据记录到所说个人识别凭证的机器可读区域上。
8.用于验证一个个人识别凭证可靠性的一种方法，所说个人识别凭证包含记录在一个机器可读区域上的第一组编码数据和从所说第一组数据获得并嵌入印刷在一个印刷区域上的一个图象中的第二组数据，所说方法包括以下步骤：
扫描所说印刷区域；
从所说印刷区域的图象中提取所说第二组数据；
读取所说第一组编码数据；
解码第一组编码数据；
从所说解码步骤获得的第一组数据中导出所说第二组数据；和
将在所说导出步骤中获得的第二组数据与从所说提取步骤中获得的第二组数据进行比较。
9.如权利要求8所述的一种方法，它还包括以下步骤：
判断从所说导出步骤获得的第二组数据和在所说提取步骤获得的第二组数据是否在预定的符合标准范围内。
10.如权利要求1所述的一种个人识别凭证，其特征在于：
保存在所说机器可读信息区域中的所说第一组数据已经利用一种安全散列算法编码。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| C06 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| C10 | Entry into substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| C02 | Deemed withdrawal of patent application after publication (patent law 2001) | ||
| WD01 | Invention patent application deemed withdrawn after publication |