【毕业学位论文】（Word原稿）面向实名制论坛的指纹身份认证系统设计与实现-软件工程

硕士学位论文 （专业学位） 面 向实名制论坛的指纹身份认证系统 设计与实现 姓 名： 学 号： 所在院系：软件学院 职业类型： 专业领域：软件工程 指导教师： 副 指导教师 ： 二 一三年三 月 A in 2013 面向实名制论坛中指纹身份认证系统的设计与实现 同济大学 学位论文版权使用授权书 本人完全了解同济大学关于收集、 保存、使用学位论文的规定，同意如下各项内容：按照学校要求提交学位论文的印刷本和电子版本；学校有权保存学位论文的印刷本和电子版，并采用影印、缩印、扫描、数字化或其它手段保存论文；学校有权提供目录检索以及提供本学位论文全文或者部分的阅览服务；学校有权按有关规定向国家有关部门或者机构送交论文的复印件和电子版；在不以赢利为目的的前提下，学校可以适当复制论文的部分或全部内容用于学术活动。 学位论文作者签名： 年 月 日 同济大学学位论文原创性声明 本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师指导下，进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本学位论文的研究成果不包含任何他人创作的、已公开发表或者没有公开发表的作品的内容。对本论文所涉及的研究工作做出贡献的其他个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本学位论文原创性声明的法律责任由本人承担。 学位论文作者签名： 年 月 日 同济大 学 硕士学位论文 摘要 I 摘要 本文主要开展自动指纹识别技术在实名制论坛身份认证系统中的设计与实现，描述系统的实现过程和实现结果。 鉴于网络论坛中不合格信息和不负责言论的日益增加，论坛实名制登录的实现已迫在眉睫，简单的身份证号和邮箱地址已经不能成为身份认证的唯一标志。指纹识别技术可以利用生物特征对用户身份进行确认，并且日益成熟，在各领域普遍使用，基于上述因素，本文阐述利用指纹识别技术的实名制论坛应用。 本系统是利用 发工具，使用 言制作的基于 据库的网络应用，并且用到了 核心技术 ，实现了应用端的页面设计和数据库的连接。 本系统采用 B/S 模式设计，利用 纹仪 ，采用 法对指纹进行识别，实现对实名制论坛的用户注册、用户登录、信息发送和管理等功能。 本文还描述了对系统的实现情况，列出了实现数据和实现报告， 本 系统 的优点在于： 技术实现简单，只需要指纹识别器就能够实现指纹的认证，系统具有稳定性强、速度快、使用方便的特点。不足之处是在论坛应用管理的功能上还有待完善。 【关键词】 指纹识别 术 数据库 实名制论坛 I in It of in As of in D to be to of on of in is as is / S in 4000, it of of is a on is to is of in of to be 济大学 硕士学位论文 目录 录 第 1 章 引言 . 1 文研究的背景和意义 . 1 纹识别技术的研究及现状 . 2 名制论坛现状 . 5 文的主要内容 及各章节安排 . 7 第 2 章 系统开发技术研究 . - 8 - 据库 . - 8 - 务器 . 11 务器 . 12 存技术 . 14 术 . 15 2台 . 16 2介 . 16 2核心 组件 . 18 第 3 章 系统设计 . 21 计目标及原则 . 22 统分析 . 22 据库的设计目标 . 22 计原则 . 23 统架构 . 24 能设计 . 25 户注册模块 . 26 户登录模块 . 26 纹采集模块 . 27 纹验证模块 . 28 据库设计 . 29 据库的组成 . 29 统表设计 . 29 据库的结构 . 31 统与论坛的对接设计 . 32 法的安全性能设计 . 34 章小结 . 35 第 4 章 系统实现 . 36 统功能模块实现 . 36 口界面的实现 . 36 户注册界面的实现 . 36 户登录界面的实现 . 38 纹采集模块实现 . 39 纹验证模块实现 . 40 键流程与代码 . 40 同 济大学 硕士学位论文 目录 统性能实现 . 50 法安全性能实现 . 51 第 5 章 总结与展望 . 54 结 . 54 望 . 55 致谢语 . 56 参考文献 . 57 个人简历、在读期间发表的学术论文与研究成果 . 59 第 1 章 引言 1 第 1 章 引言 文研究的背景和意义 英文全称是 译为中文就是 “ 电子公告板 ” 。 早是用来公布股市价格等类信息的，当时 文件传输的功能都没有，而且只能在苹果计算机上运行。早期的 一般街头和校园内的公告板性质相同，只不过是通过电脑来传播或获得消息而已。一直到个人计算机开始普及之后，有些人尝试将苹果计算机上的 移到个人计算机上， 开始渐渐普及开来。近些年来，由于爱好者们的努力， 功能得到了很大的扩充。 目前，通过 统可随时取得各种最新的信息；也可以通过 统来和别人讨论计算机软件、硬件、 媒体、程 序设计以及生物学、医学等等各种有趣的话题；还可以利用 统来发布一些 “ 征友 ” 、 “ 廉价转让 ” 、“ 招聘人才 ” 及 “ 求职应聘 ” 等启事；更可以召集亲朋好友到聊天室内高谈阔论 这个精彩的天地就在你我的身旁，只要您在一台可以访问校园网的计算机旁，就可以进入这个交流平台，来享用它的种种服务。 与此同时，网络的虚拟性也给 管理带来了一些问题，例如在网络论坛中由于身份认证的虚拟性，我们经常看到 出现漫骂或侮辱性的留言，或者出现一些虚假信息，更有可能成为不法分子骗取财物的平台。这就需要网络论坛的管理以 “ 实名制 ” 的形式存在，以减少虚假信息和不道德言论的出现。 面对目前互联网用户的心理、行为问题，网络实名制作为一种新型互联网管理方式，可以成为保护、引导互联网用户的重要手段和制度。网络实名制作为互联网发展的必然趋势，应当和青少年思想教育紧密结合起来，在阻止互联网负面因素对青少年产生不利影响的同时，引导青少年合理利用网络资源，树立正确的网络观，着力培养积极向上、有责任心，充满创新精神的新一代优秀青少年。 在互联网发展的过程中，虚拟身份在短期内会满足网民对网络的要求，但在长期却会引起多数人群的厌倦感，因为虚拟会导致网民对上 传内容的不负责任。国外（日本、韩国等）已经经历了对网络虚拟的厌倦，中国也正在开始同样的经历。同时，目前中国国内缺乏正式的、相对真实的交流平台，而重视真实、直接同济大学 硕士学位论文 面向实名制论坛的指纹身份认证系统的设计与实现 2 的交流在网络中的体现，是实名制论坛的 “实名制 ”希望能够达到的目标。 指纹识别技术 的 研究 及现状 人的皮肤由表皮、真皮和皮下组织三部分组成。指 纹 1就是表皮上突起的纹线。每个人包括指纹在内的皮肤纹路在图案、断点和交叉点上各不相同，呈现惟一性且终生不变。据此，我们就可以把一个人同他的指纹对应起来，通过将他的指纹和预先保存的指纹数据进行比较，就可以验证 它的真实身份，这就是指纹识别技术。 指纹由遗传影响，由于每个人的遗传基因均不同，所以指 纹也不同。然而，指纹的形成虽然主要受到遗传影响，但也有环境因素 。 当胎儿在母体内发育三至四个月时，指纹就已经形成，但儿童在成长期间指纹会略有改变，直到青春期14 岁左右时才会定型。在皮肤发育过程中，虽然表皮、真皮，以及基质层都在共同成长，但柔软的皮下组织长得比相对坚硬的表皮快，因此会对表皮产生源源不断的上顶压力，迫使长得较慢的表皮向内层组织收缩塌陷，逐渐变弯打皱，以减轻皮下组织施加给它的压力。如此一来，一方面使劲向上攻，一方面 被迫往下撤，导致表皮长得曲曲弯弯，坑洼不平，形成纹路。这种变弯打皱的过程随着内层组织产生的上层压力的变化而波动起伏，形成凹凸不平的脊纹或皱褶，直到发育过程中止，最终定型为至死不变的指纹。有人说骨髓移植后指纹会改变，那是不对的。除非是植皮或者深达基底层的损伤，否则指纹是不会变的。 指纹识别主要根据人体指纹的纹路、细节特征等信息对操作或被操作者进行身份鉴定，已经开始走入我们的日常生活，成为目前生物检测学中研究最深入，应用最广泛，发展最成熟的技术。 19 世纪初，科学家发现了至今仍然承认的指纹两个重要的特征 2， 一是两个不同手指的指纹的纹脊的样式不同，另一个是指纹的纹脊的样式终生不变（即指纹的唯一性和不变性）。这个研究成果使得指纹在犯罪的事件鉴别中得以正式应用（ 1896 年阿根廷首次应用，然后苏格兰在 1901 年应用， 20 世纪初其他国家也相继将此技术应用到犯罪事 件 鉴别中）。 20 世纪 60 年代，由于计算机可以有效地处理图形，人们开始着手研究利用计算机来处理指纹。从那时起，自动识别 第 1 章 引言 3 的系统 法律实施的方面的研究和应用在世界许多国家展开。 20 世纪 80 年代，个人计算机、光学扫描这两项技术的革新，使得它们作为指纹取 像 的工具 成为现实，从而 使 指纹识别可以在其他领域中得以应用。现在，随着取 像 设备引入的飞速发展，生物指纹识别的逐渐成 熟 ， 可识别的对比算法的发现都为指纹识别技术提供了更广阔的舞台。比如指纹考勤系统代替了 、磁卡等传统的考勤方法，从而从根本上杜绝了代打考勤的现象。 指纹识别是生物识别最早应用，技术最成熟、价格最低廉的分支。尽管各个指纹识别系统生产厂家都报出了极高的识别率，但是他们都是在自己的实验中得出的指纹库上做的实现，而不是在一个统一的标准指纹库上实现，结果可比性不大。 影响指纹识别 率的因素有噪声，变形等，例如脏手指 ，干手指，疤痕导致的不同时期 、 不同季节间的指纹差异 ； 芯片表面残留物带来噪音 ； 手指按压过程中的扭转，拉伸和按压力度等因素会使指纹产生变形，这些都会影响指纹质量，使多次录入的同一手指的指纹不能被指纹识别系统所识别，这样会给指纹识别带来困难，直接导致识别错误。随着晶体半导体指纹录入芯片的诞生，使得指纹识别技术从单一的司法应用扩展到民用。为了降低成本，指纹芯片的面积做的尽可能小，这样，由于指纹多次按压位置不同，导致同一指纹的重叠区域有时会很小。传统的基于细节点的指纹识别算法只利用指纹图像中的一小部分信息 (细节点 )，丢失了丰富的结构信息，对于小面积的指纹图像就有可能因为缺乏足够的信息而影响识别率。而且识别节点提取过程中，由于噪声的影响，很容易产生虚假细节点和丢失真正的细节点，在指纹的受损区域，这种现象更为突出。另外，由于每个指纹的细节点数都不相同，导致产生出的特征向量的长度不同，不利于快速匹配 (主要指数据库搜索 )。此外，特征匹配时，细节点的相对位置随指纹的弹性变形而改变，会影响匹配精度。 由于人体的身体 特征具有不可复制的特点，人们把目光转向了生物识别技术，希望可以 借 此技术来应付现行系统安全所面临的 挑战。要把人体的特 征 用 于身份识别，这些特征必须具有唯一性和稳定性。研究和经验表明，人的指纹、掌纹、面孔、发音、虹膜、视网膜、骨架等都具有唯一性和稳定性的特征，即每个人的这些特征都与别人不同、且终生不变，因此就可以据此识别出人的身份。基同济大学 硕士学位论文 面向实名制论坛的指纹身份认证系统的设计与实现 4 于这些特征，人们发展了指纹识别、面部识别、发音识别等多种生物识别技术，目前许多技术都已经成熟并得以应用，其中的指纹识别技术更是生物识别技术的热点。 生物识别技术是一个综合的体系，指纹识别仅仅是其中的一种，各种 生物识别技术都有自身的特点和优势，充分利用其他生物识别的优势，将 其他生物识别技术与指纹识别技 术结合使用，实现互补，将是指纹识别技术又一发展趋势，比如，可以将脸型和指纹识别技术相结合，使脸型识别结果作为一种索引，识别的速度和效果将明显得到提高。 第一代指纹识别系统 众所周知，在两年前就有部分品牌的笔记本采用指纹识别技术用于用户登录时的身份鉴定 ，但是，当时推出的指纹系统属于光学识别系统，按照现在的说法，应该属于第一代指纹识别技术。光学指纹识别系统由于光不能穿透皮肤表层（死性皮肤层），所以只能够扫描手指皮肤的表面，或者扫描到死性皮肤层，但不能深入真皮层。 在这种情况下，手指表面的干净程度，直接影响到 识别的效果。如果 用户手指上粘了较多的灰尘，可能就会出现识别出错的情况。并且，如果人们按照手指，做一个指纹手模，也可能通过识别系统，对于用户而言，使用起来不是很安全和稳定。 第一代光学式指纹读取器 第二代电容式传感器 后来出现了第二代电容式传感器，电容传感器技术是采用了交替命令的并排列和传感器电板，交替板的形式是两个电容板，以及指纹的山谷和山脊成为板之间的电介质。两者之间的恒量电介质的传感器检测变化来生成指纹图像。但是由于传感器表面是使用硅材料 ， 容易损坏 ， 导致使用寿命降低，还有它是通过指纹的山谷和山脊之间的凹凸来形成指纹图像的 ， 所以对脏手指 、 湿手指等困难手指识别率低。 第 1 章 引言 5 第二代电容式传感器 第三代生物射频指纹识别技术 发展到今天，出现第三代生物射频指纹识别技术（ 射频原理真皮指纹核心技术（线型采集器），射频传感器技术是通过传感器本身发射出微量射频信号，穿透手指的表皮层去控 测里层的纹路，来获得最佳的指纹图像。因此对干手指，汗手指 等困难手指通过可高达 99%，防伪能力强。 指纹敏感器的识别 原理只对人的真皮皮肤有反应，从根本上杜绝了人造指纹的问题。同时 适合特别寒冷或特别酷热的地区。因为射频传感器产生高质量的图像，因此射频技术是最可靠，最有力的解决方案。除此之外，高质量图像还允许减小传感器，无需牺牲认证的可靠性，从而降低成本 ，并使得射频传感器 应用到可移动和大小不受拘束的任何领 域中。 第三代生物射频传感器 实名制 论坛 现状 互联网带来的信息革命，在促进中 国经济社会发展的同时，也伴随着种种问题和困扰。例如，中国互联网上的盗版侵权现象依然严重。中国互联网的结构以新闻和娱乐为主，数据显示，美国每年国内生产总值总额大约是中国的 5 6 倍，而电子商务总额却是中国的数千倍。此外，中国网民的数量超过 3 亿，超过美国全体国民人口的总和。如此巨大的“网络社会”并不虚拟。所有这些都在呼唤我们对网络进行基本的社会管理。 所谓 实名制， 是 一种近年来兴起的制度，即在办理和进行某项业务时需要提供有效的能证明个人身份的证件或资料，最初是因为网瘾低龄化而开始试水，而如今随着网络化的不断发展，各 种各样虚拟身份的交易日益重要而已经成为一项同济大学 硕士学位论文 面向实名制论坛的指纹身份认证系统的设计与实现 6 趋势，其很大程度上带来了安全保障，但另一方面其对个人隐私可能的侵犯也需要人们去探索研究。 网络 世界 给了我们 很 大的虚拟生活空间，彼此间， 可以 用文字来感受对方 。“轻舞飞扬 ”， “天涯海角 ”，我们 可以 用着不同的 情的呢称在这个网络大空间里 自由穿梭。但 现在， 所谓的 实名制， 正在挑战 这个虚拟的世界，因为 每一个 闪亮的头像 ，都 对映着 一个活生生的 人 。 在虚拟互联网时代，我们可以肆无忌惮的聊天、变换着马甲拍砖，在实名制下，你还敢这样吗？实名制论坛，最大的优点就是少有马甲，只为了对某 某人发泄一下情绪的方式，在实名制下也就没有了用武之地，而且，实名制下，大家看到的是真实的对方，与现实中无多少区别，更容易建立起真实的人际关系。 网络实名制的最大意义，在于它可以法律形式来保障互联网对经济发展的促进作用，这关系中国对经济发展机遇的把握 ，也关系中国利用高科技创造后发优势、进行产业创新、保护知识创新， 并且 可以在一定程度上增强用户的责任感，使其在发表信息的时候更加负责。 一方面对信息来源进行初筛，只传播那些可信度比较高、价值比较大的信息，另一方面在发表意见的时候更加谨慎，得出的评价结果更加客观、真实。 互联网早已不仅是一个“个人媒体”，而是一个“网络社会” 这里有“公共空间”如博客空间、社交空间；也有“私人空间”如个人电子邮件。个人空间不受限制，而公共空间需要立法。并且，自由是相对的，人是社会的人，你在行使你的自由时也要尊重别人的自由，自由是相互给予的，所以实名制论坛的出现更是一定程度的约束，使得网民不再那么随心所欲，起码是对自己实名的一种尊重。回顾历史，我们可以看到，现实社会也曾经经历了没有户籍管理时期的匿名状况，也是在人类发展的进程中慢慢形成了完善的户籍制度，逐步结束了“匿名”状态，进入了实名时期 。与之类似，虚拟社会的发展也要经历不成熟时期的探索、实践，才能摸索出一条合理而可行的管理方式，走向自由而有序的发展之路。这个发展趋势是不以人的意志为转移的，其发展进程也不是一蹴而就的。而我们要做的，就是给它的探索提供充分的支持和依据，给它的进步留出足够的时间和空间。 第 1 章 引言 7 论文的主要内容 及各章节安排 本论文主要是为了介绍 指纹识别技术与论坛相结合，进而确保实名制论坛的实现 ， 登录、发帖、评论等过程中 实现方式、设计的思想理念、主要的开发工具、具体的开发过程和实际应用等等 得以实现 。 本论文包括摘要、目录、引言、正文、致 谢、参考文献六部分。正文部分包括五章。 第一章是课题研究的背景和主要内容。第二章是基本原理和应用的技术。第三章是 系统的设计 ，包括 设计的目标与原则 、系统结构设计、系统开发环境、系统功能和系统详细设计。第四章是系统 主要功能模块功能实现，包括设计流程图、各部分功能设计及应用、在设计过程中遇到的困难和解决办法、系统实现的界面和应用展示。第五章 为总结与展望，总结 系统 实现 和改进方向，包括系统 实现 及分析、系统的不足和改进方向。最后是 致谢语与参考文献列表 。 同济大学 硕士学位论文 面向实名制论坛的指纹身份认证系统的设计与实现 - 8 - 第 2 章 系统开发技术研究 据库 巧的 然它不是开放源代码的产品，但在某些情况下你可以自由使用。由于它的强大功能、灵活性、丰富的应用编程接口（ 及精巧的系统结构，受到了广大自由软件爱好者甚至是商业软件用户的青睐，特别是与 合，为建立基于数据库的动态网站提供了强大动力。 一个真正的多用户、多线程 据库服务器。 构化查询语言）是世界上最流行的和标准化的数据库语言。 以一个客户机 /服务器结构的实现，它由一个服务器守护程序 很多不同的客户程 序和库组成。 一种标准化的语言，它使得存储、更新和存取信息更容易。例如，你能用 言为一个网站检索产品信息及存储顾客信息，同时 足够快和灵活以允许你存储记录文件和图像。 要目标是快速、健壮和易用。最初是因为我们需要这样一个 能处理与任何 不昂贵硬 件平台上提供数据库的厂家在一个数量级上的大型数据库，但速度更快 。自 1996 年以来， 许多使用者都 一直 在使用 环境有超过 40 个数据库，包含 10,000 个表，其中 500 多个表超过 7 百万行，这大约有 100 个吉字节 (关键应用数据。 据库的主要功能只在组织和管理很庞大或复杂的信息和基于库存查询请求 。不仅仅为客户提供信息，而且还可以为用户使用数据库提供如下功能 ： 一 )减少记录编档的时间 二 )减小记录检索时间 三 )灵活的查找序列 四 )灵活的输出格式 第 2 章 系统开发技术研究 - 9 - 五 )多个用户同时访问记录 在运行数据库系统时， 使用相当简单，且进行 装和使用所需的工作也很少。然而，不论您是什么级别的专家， 安装程序都不能自动运行。 据库系统由几部分组成。 服务 器 行数据库和表的所有操作。 一个相关的程序，它用于启动服务器、监控服务器和重新启动服务器。 户机和实用程序。有几个 序，可用来帮助用户 与服务器进行通信和执行管理的任务。其中最重要的几个是： 个交互式程序，允许将 句发布到服务器上并浏览其结果。 个管理程序，允许执行诸如关闭服务器以及创建或删除数据库的工作。如果服务器运行不正常，还可以用 检查服务器的状态。 些实用程序帮助用户 完成表的分析和优化，以及在表损坏时进行崩溃恢复。个工具，用于备份数据库或将数据库拷贝到另一个服务器中。有些管理职责只能用 命令行实用程序来完成，但是，如果用户还能用服务器自己的语言来同服务器进行对话的话就更好。作为简单的例子，用户可能需要查找用户特权不按自己 所希望的方式进行工作的原因。没有任何替代品能够参与并与服务器直接通信。可通过使用 户机程序发布能够检验授权表的 询来做到这一点。如果您的 本还未引入 句，则需要使用 先设置每个用户的权限。 数据目录是服务器存储 其数据库和状态文件的所在。了解数据目录的结构及内容是很重要的，用户 可以知道服务器是怎样使用文件系统来表现数据库和表的，以及像日志这样的文件的存放位置和其内容。 应该了解在文件系统中管理磁盘空间分配的选项，当发现放置数据目录的文件系统过满时可以进行调整。 服务器能够从命令行中手工启动和终止服务器，并且在系统启动和关闭时知道怎样进行自动启动和关闭。如果服务器崩溃了或启动不正常的话，了解怎样使服务器再次运行也是重 要的。 同济大学 硕士学位论文 面向实名制论坛的指纹身份认证系统的设计与实现 10 当运行 装程序时，确保用户所存储的数据的安全性是很重要的。理员有责任控制对数据目录和服务器的访问，并应了解以下的问题：文件系统的安全性。 器可能会使几个用户账号成为宿主账号，而这些账号都没有与 关的管理职责。确保这些账号没有对数据目录的访问是重要的。因为这样可以防止它们通过拷贝数据库表或移动数据库表，或者通过能够读取包含敏感信息的日志文件来损坏文件系统级的数据。 用户 应该知道如何建立务器的 户账号，如何建立该用户所拥有的数据目录，以及如何启动服务器以便利用该用户的权限运行。服务器的安全性。必须了解 便在建立用户账号时授予适 当的权限。通过网络连接到服务器的用户只允许做他们应该做的事情。 要由于对安全系统的错误理解，将超级用户的访问权授予匿名用户。 所有的 理员都希望避免处理破 坏的或毁坏的数据库表。但是愿望不能代替现实。以下几个步骤可以使用户 在问题发生时减少风险并学会怎样处理问题：崩溃恢复。如果尽管 用户 做了最好的努力但灾难还是降临了，则应该知道如何修复或恢复表。很少会用到崩溃恢复，但当使 用它时，它是一个令人讨厌的、高 强度的工作（尤其是当用户 正在忙乱地修正某些内容时，电话铃响了或有人敲门）。然而， 须知道怎样处理它，否则用户将会很不高兴。要熟悉 表的检查以及修复能力；要知道如何尽可能地从备份文件中恢复，并且知道怎样使用该更新日志来恢复备份之后所产生的修改。预防性维护。预防性维护的常规程 序应适当地进行安置，以使数据库破坏和毁坏的可能性最小化。当然， 要进行备份，但是，预防性维护将减少使用这些备份的机会。 综上所述， 于性能高、成本低 、可靠性好，已经成为最流行的关系型 数据库，被广泛地应用在 的中小型网站中。随着 不断成熟，它也逐渐用于更多大规模网站和应用。 第 2 章 系统开发技术研究 11 务器 于 务器，经过多次修改， 已经 成为世界上最流行的务器软件之一。 自 “a 读音，意思是充满补丁的服务器 。 因为它是自由软件，所以不断有人来为它开发新的功能、新的特性、修改原来的缺陷。