基于云平臺(tái)的手機(jī)指紋支付模型研究

張成祿 趙建民 朱信忠 徐慧英

摘 要：近年來(lái)，隨著電子商務(wù)在全球范圍內(nèi)的迅速發(fā)展、無(wú)線通信網(wǎng)絡(luò)的普及和大面積覆蓋、移動(dòng)終端設(shè)備制造商的開(kāi)發(fā)水平快速提高以及人們的消費(fèi)習(xí)慣改變，移動(dòng)支付作為一種更為便捷的支付方式，逐漸被廣大的消費(fèi)者接受并迅速發(fā)展，在一些特定的領(lǐng)域甚至開(kāi)始有代替?zhèn)鹘y(tǒng)現(xiàn)金支付的趨勢(shì)。因此，無(wú)論是科研界還是工業(yè)界都對(duì)移動(dòng)支付表現(xiàn)出極大的興趣和熱情，各種各樣的移動(dòng)支付系統(tǒng)被提出甚至應(yīng)用于市場(chǎng)。文章提出了基于云平臺(tái)的手機(jī)指紋支付系統(tǒng)，本系統(tǒng)中核心的身份認(rèn)證模塊通過(guò)人類的生物特征（指紋）數(shù)據(jù)比對(duì)實(shí)現(xiàn)，這大大提高了支付過(guò)程的安全性。文章總結(jié)提出了基于云平臺(tái)的手機(jī)指紋支付系統(tǒng)模型，并進(jìn)行了業(yè)務(wù)分析和安全性優(yōu)勢(shì)分析，提出了一種整體架構(gòu)設(shè)計(jì)。

關(guān)鍵詞：云存儲(chǔ)；移動(dòng)支付模型；身份認(rèn)證；指紋支付

近年來(lái)，電子商務(wù)在全球范圍內(nèi)迅速發(fā)展，相對(duì)于傳統(tǒng)的貿(mào)易方式，大大提高了各國(guó)及各地區(qū)之間的貿(mào)易交流量，降低了彼此的交易成本；與此同時(shí)，伴隨著智能手機(jī)的出現(xiàn)和普及，無(wú)線網(wǎng)絡(luò)基礎(chǔ)環(huán)境不斷升級(jí)、擴(kuò)展，從一開(kāi)始的GPRS數(shù)據(jù)傳輸方式升級(jí)為3G、4G傳輸模式，甚至在一些發(fā)達(dá)國(guó)家已經(jīng)開(kāi)始推廣5G通信網(wǎng)絡(luò)，再加上幾乎無(wú)處不在的Wlan無(wú)線網(wǎng)絡(luò)，如今的無(wú)線通信環(huán)境幾乎可以支持用戶完成任何的網(wǎng)絡(luò)信息傳輸，并且極其方便、迅速。隨著這一系列的科技進(jìn)步，更得益于移動(dòng)終端設(shè)備制造商的開(kāi)發(fā)水平快速提高，移動(dòng)支付作為一種更為便捷的支付方式，逐漸被廣大的消費(fèi)者接受并迅速發(fā)展，在一些特定的領(lǐng)域甚至開(kāi)始有代替?zhèn)鹘y(tǒng)現(xiàn)金支付的趨勢(shì)。因此，無(wú)論是科研界還是工業(yè)界都對(duì)移動(dòng)支付表現(xiàn)出極大的興趣和熱情，各種各樣的移動(dòng)支付系統(tǒng)被提出甚至應(yīng)用與市場(chǎng)。只是，一切的便捷的支付方式幾乎都要以犧牲安全性為代價(jià)，當(dāng)下的大部分移動(dòng)支付系統(tǒng)都通過(guò)簡(jiǎn)單的數(shù)字密碼或者共享密鑰進(jìn)行身份認(rèn)證和付款確認(rèn)，這些數(shù)據(jù)信息結(jié)構(gòu)單一，很容易被別人截獲后分析出關(guān)鍵信息。

本文提出了基于云平臺(tái)的手機(jī)指紋支付系統(tǒng)，本系統(tǒng)中核心的身份認(rèn)證模塊通過(guò)人類的生物特征（指紋）數(shù)據(jù)比對(duì)實(shí)現(xiàn)，這大大提高了支付過(guò)程的安全性。

1 基于云平臺(tái)的手機(jī)指紋支付模型

本文設(shè)計(jì)的基于云平臺(tái)的手機(jī)指紋支付系統(tǒng)模型包括以下參與者：消費(fèi)者（Cust）、商家（Merc）、無(wú)線局域網(wǎng)（充當(dāng)一般模型中的移動(dòng)支付網(wǎng)絡(luò)環(huán)境）、Android手機(jī)指紋支付軟件（包括外接的指紋采集儀）、指紋數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)平臺(tái)、指紋比對(duì)程序和資金管理中心（代替一般模型中的銀行功能）。另外，基于云平臺(tái)的手機(jī)指紋支付系統(tǒng)模型中還包括以下操作：身份注冊(cè)、請(qǐng)求支付、發(fā)出訂單信息、扣除資金、增加資金和身份認(rèn)證。

基于云平臺(tái)的手機(jī)指紋支付系統(tǒng)模型如圖1所示。

除了以上模型圖中的各個(gè)參與者和操作以外，基于云平臺(tái)的手機(jī)指紋支付系統(tǒng)模型中還要包括以下重要的部分：

（1）各參與者需要達(dá)到的目的。消費(fèi)者，要完成在移動(dòng)支付的過(guò)程中能夠通過(guò)付出自己的資金購(gòu)買商品和服務(wù)的目的；商家，需要完成通過(guò)提供商品或服務(wù)而獲得相應(yīng)的資金增加的目的；Android手機(jī)指紋支付軟件，要完成獲取消費(fèi)者身份認(rèn)證信息（指紋數(shù)據(jù)）、鏈接指紋數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)平臺(tái)存取數(shù)據(jù)、指紋數(shù)據(jù)在指紋比對(duì)軟件上完成認(rèn)證并獲得結(jié)果、通過(guò)支付請(qǐng)求信息和訂單信息在資金管理中心完成資金的扣除和增加等目的。

安全的支付協(xié)議。整個(gè)手機(jī)支付的交易過(guò)程建立在安全的支付協(xié)議之上，此支付協(xié)議需要保證各個(gè)參與者之間傳遞信息的可靠性和安全性，要求可以完整的完成其中的各個(gè)操作并能夠抵擋外部攻擊，使得支付過(guò)程中的信息不被竊取、截獲或篡改。

確認(rèn)各個(gè)參與者之間的信任關(guān)系。其中指紋數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)平臺(tái)、指紋比對(duì)程序以及資金管理中內(nèi)部的參與主體之間，本文默認(rèn)為是相互信任的關(guān)系，不需要另外確認(rèn)和加密；而Android手機(jī)指紋支付軟件、消費(fèi)者、商家之間的并不是相互完全信任的關(guān)系，因此在其中傳輸數(shù)據(jù)的過(guò)程中要設(shè)置認(rèn)證機(jī)制，認(rèn)證之后才能進(jìn)行下一步操作。

2 基于云平臺(tái)的手機(jī)指紋支付業(yè)務(wù)分析

基于云平臺(tái)的手機(jī)指紋支付系統(tǒng)要完成整個(gè)交易過(guò)程，必須詳細(xì)了解其業(yè)務(wù)流程和執(zhí)行步驟，在前面研究歸納出的手機(jī)指紋支付模型下，其中的業(yè)務(wù)流程可以歸納為以下幾個(gè)步驟：（1）身份注冊(cè)。無(wú)論是消費(fèi)者還是商家，要借助基于云平臺(tái)的手機(jī)指紋支付系統(tǒng)完成交易，通過(guò)Android手機(jī)指紋支付平臺(tái)實(shí)現(xiàn)支付，必須在手機(jī)支付系統(tǒng)注冊(cè)自己的身份。注冊(cè)了身份的過(guò)程就是在系統(tǒng)中的資金管理中心設(shè)立賬戶、在指紋云存儲(chǔ)平臺(tái)錄入自己的身份認(rèn)證信息（即指紋數(shù)據(jù)），得到系統(tǒng)授權(quán)能在其中完成支付的操作；（2）購(gòu)買請(qǐng)求。消費(fèi)者首先在移動(dòng)門戶網(wǎng)站或者第三方機(jī)構(gòu)選擇所要購(gòu)買的商品或服務(wù)，商家進(jìn)行為該請(qǐng)求提供訂單信息。（3）支付請(qǐng)求。消費(fèi)者在得到商家提供的訂單信息之后確認(rèn)購(gòu)買，向Android手機(jī)指紋支付平臺(tái)發(fā)送支付請(qǐng)求，開(kāi)始支付過(guò)程。（4）身份認(rèn)證。Android手機(jī)指紋支付平臺(tái)在收到消費(fèi)者發(fā)送的支付請(qǐng)求后開(kāi)始對(duì)消費(fèi)者的身份進(jìn)行認(rèn)證，根據(jù)消費(fèi)者提供的身份信息，通過(guò)便攜式指紋采集儀實(shí)時(shí)采集消費(fèi)者指紋數(shù)據(jù)，在指紋比對(duì)程序與云存儲(chǔ)平臺(tái)中儲(chǔ)存的注冊(cè)信息進(jìn)行比對(duì)，并反饋比對(duì)結(jié)果作為身份認(rèn)證的結(jié)果。如果身份認(rèn)證成功，進(jìn)行下一步資金轉(zhuǎn)移操作，但如果身份認(rèn)證失敗將會(huì)通知請(qǐng)求者，結(jié)束操作。（5）資金轉(zhuǎn)移。Android手機(jī)指紋支付平臺(tái)獲得身份認(rèn)證結(jié)果，當(dāng)確認(rèn)請(qǐng)求者身份的合法性后授權(quán)資金管理中心，在支付請(qǐng)求信息中消費(fèi)者的賬戶扣除相應(yīng)資金，在訂單信息中的商家賬戶中增加相應(yīng)的資金金額。（6）完成通知。資金管理中心中的資金轉(zhuǎn)移完成之后，通過(guò)Android手機(jī)指紋支付平臺(tái)向消費(fèi)者和商家發(fā)送通知，完成支付過(guò)程。

3 基于云平臺(tái)的手機(jī)指紋支付模型安全性優(yōu)勢(shì)

根據(jù)上述基于云平臺(tái)的手機(jī)指紋支付模型及業(yè)務(wù)的分析，需要保證整個(gè)移動(dòng)支付的過(guò)程中該模型的安全性，相對(duì)于其他移動(dòng)支付模型，其中除了通過(guò)對(duì)通信過(guò)程中信息的完整性進(jìn)行保證外，增加的指紋認(rèn)證可以大大提高支付過(guò)程的安全性。主要的原因可歸納為以下幾點(diǎn)：（1）指紋本身作為人類的生物特征，具備很高的可靠性和安全性，將指紋數(shù)據(jù)作為身份認(rèn)證的信息或者支付確認(rèn)的密碼，相比傳統(tǒng)的數(shù)字密碼具備跟高的安全性和可靠性。（2）傳統(tǒng)的數(shù)字密碼數(shù)據(jù)一般只有十幾個(gè)甚至幾個(gè)字節(jié)，在被非法用戶竊取或者截獲后很容易進(jìn)過(guò)分析得到，這樣很容易其盜用，不利于資金管理中心中資金的安全。（3）每一次的身份認(rèn)證都需要實(shí)時(shí)采集指紋數(shù)據(jù)，而指紋的采集需要特定的設(shè)備，這就保證了自己不錄入指紋的情況下不可能進(jìn)行支付，同時(shí)也不可能被別人輕易獲取。（4）指紋數(shù)據(jù)的比對(duì)需要專門的比對(duì)軟件，就算非法用戶獲得指紋數(shù)據(jù)庫(kù)中的數(shù)據(jù)也無(wú)法通過(guò)簡(jiǎn)單的比較通過(guò)身份認(rèn)證，從而無(wú)法冒充消費(fèi)者。

4 基于云平臺(tái)的手機(jī)指紋支付模型下的支付系統(tǒng)架構(gòu)

基于云平臺(tái)的手機(jī)指紋支付系統(tǒng)包括消費(fèi)者（Cust）、商家（Merc）、外部網(wǎng)絡(luò)環(huán)境、支付系統(tǒng)平臺(tái)、Android手機(jī)指紋支付軟件（包括外接的指紋采集儀）、指紋數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)平臺(tái)、指紋比對(duì)服務(wù)器和資金管理中心（代替一般模型中的銀行功能）幾個(gè)參與者。消費(fèi)者（Cust）和商家（Merc）利用Android手機(jī)指紋支付軟件調(diào)用云存儲(chǔ)平臺(tái)中的指紋數(shù)據(jù)與實(shí)時(shí)采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行對(duì)比，并在資金管理中心進(jìn)行資金轉(zhuǎn)移。其中部分核心模塊說(shuō)明如下：（1）外部網(wǎng)絡(luò)：本文設(shè)計(jì)中外網(wǎng)絡(luò)通信網(wǎng)絡(luò)環(huán)境為3G，4G移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)和無(wú)線Wlan局域網(wǎng)。而現(xiàn)如今，Wlan無(wú)線網(wǎng)基本普及，而且其傳輸速度快，所以本文設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證中應(yīng)用該網(wǎng)絡(luò)提供外部網(wǎng)絡(luò)環(huán)境。（2）支付系統(tǒng)平臺(tái)：手機(jī)指紋支付系統(tǒng)負(fù)責(zé)消費(fèi)者、指紋數(shù)據(jù)云存儲(chǔ)數(shù)據(jù)庫(kù)、商家、資金管理中心之間的數(shù)據(jù)調(diào)用和信息傳輸，并管理注冊(cè)用戶的賬戶、資金信息等，而其中的通信網(wǎng)絡(luò)由有線局域網(wǎng)絡(luò)支撐，在本文的設(shè)計(jì)中默認(rèn)為安全的網(wǎng)絡(luò)。（3）認(rèn)證模塊：本文的身份認(rèn)證時(shí)通過(guò)用戶傳送的實(shí)時(shí)指紋數(shù)據(jù)與注冊(cè)信息中的指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，這部分的比對(duì)程序應(yīng)用導(dǎo)師團(tuán)隊(duì)已有的研究成果。（4）Android手機(jī)指紋支付軟件：需要調(diào)用便攜式指紋采集儀，獲得指紋數(shù)據(jù)，并負(fù)責(zé)向指紋支付系統(tǒng)發(fā)送支付請(qǐng)求、傳輸和接受認(rèn)證信息，并通過(guò)軟件客戶端查看資金管理中心中的資金金額等信息。（5）資金管理中心：限于銀行等金融機(jī)構(gòu)接口的保密性，資金管理中心在本文設(shè)計(jì)的支付系統(tǒng)中充當(dāng)其角色，為用戶（包括消費(fèi)者和商家）建立賬戶，提供資金管理的功能。

5 結(jié)語(yǔ)

本文提出了基于云平臺(tái)的手機(jī)指紋支付系統(tǒng)模型，并進(jìn)行了業(yè)務(wù)分析和安全性優(yōu)勢(shì)分析。本文的研究基本按照計(jì)劃順利完成，但是筆者覺(jué)得本設(shè)計(jì)還有很大的進(jìn)步空間，希望在接下來(lái)這方面的研究中能夠更加深入地分析最新的移動(dòng)支付業(yè)務(wù)形態(tài)，從而發(fā)現(xiàn)改進(jìn)的地方。同時(shí)，希望有研究者能夠提出足夠輕量化的指紋比對(duì)程序，直接融入到Android手機(jī)指紋支付客戶端甚至便攜式指紋采集儀中，這樣可以減少資源浪費(fèi)，降低信息通信量以及簡(jiǎn)化數(shù)據(jù)庫(kù)。

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Study on Cell Phone Fingerprint Payment Model Based on Cloud Platform

Zhang Chenglu， Zhao Jianmin， Zhu Xinzhong， Xu Huiying（College of Mathematics， Physics and Information Engineering， Zhejiang Normal University， Jinhua 321004， China）

Abstract： In recent years， with the rapid development of e-commerce on a global scale， the popularity of large-area wireless communication network coverage， mobile terminal equipment manufacturers development and the rapid increase in the level of peoples consumption habits change， as a more convenient mobile payment， the majority of consumers have been gradually accepted and developed rapidly in certain areas even began to replace the traditional trend of cash payments. Thus， both the scientific community or the mobile payment industry are showing great interest and enthusiasm， a variety of mobile payment systems have been proposed and even application and market. This paper presents a cloud-based platform for mobile fingerprint payment system， the core of this system through biometric authentication module humans （fingerprint） data than the realization， which greatly improves the security of the payment process. This paper summarizes the proposed mobile phone fingerprint payment system model based on cloud platform， and a business analysis and security benefits analysis， a holistic architecture design.

Key words： cloud storage； mobile payment model； authentication； fingerprint payment