基于指紋識別的支付系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

朱靜　閩芳　陳臘梅　陳健鵬　陳曉剛

摘要：指紋支付是支付方式的一個(gè)新的方向。指紋識別技術(shù)是依靠指紋的唯一性，通過對指紋的采樣、特征值提取來實(shí)現(xiàn)身份識別的技術(shù)。和傳統(tǒng)的帳號加密碼或是Ic卡掃描識別等身份識別方式相比，指紋支付具有更高的安全性、不會遺忘、丟失、不變性、唯一性、防偽性能好和使用方便等優(yōu)點(diǎn)。本文設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一個(gè)通過指紋識別方式，完成支付等功能的系統(tǒng)，同時(shí)設(shè)計(jì)了無線功能，可以完成主機(jī)和客戶端的無線數(shù)據(jù)通訊、同步功能。該系統(tǒng)可以方便快捷地完成支付功能。

關(guān)鍵詞：指紋識別；支付

中圖分類號：TP393.02 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.05.028

0 引言

當(dāng)前，人們進(jìn)行支付時(shí)，多采用現(xiàn)金、充值IC卡的方式。隨著IC卡技術(shù)的普及，越來越多商戶提供了充值IC卡的支付方式，當(dāng)人們在一些商戶消費(fèi)時(shí)，無需現(xiàn)金，直接用充值卡進(jìn)行支付。但是用IC卡支付的方式存在不少弊病，例如：不易保管，容易丟失等，而且僅僅依靠密碼或是簽名進(jìn)行身份驗(yàn)證，并不能真正地確認(rèn)持卡人是否為其真正的主人，那么一旦用戶的IC卡丟失或是被竊，就會有被盜用的危險(xiǎn)。

指紋識別技術(shù)是利用人類指紋的唯一性，通過對指紋圖案的采樣、特征信息提取并與庫存樣本相比較的過程來實(shí)現(xiàn)身份識別的技術(shù)。與帳號加密碼、充值Ic卡等傳統(tǒng)的身份識別手段相比，指紋識別技術(shù)具有不會丟失、不會遺忘、唯一性、不變性、防偽性能好和使用方便等優(yōu)點(diǎn)，所以已經(jīng)逐步在門禁、考勤、金融、公共安全等領(lǐng)域得到應(yīng)用。本文將指紋支付應(yīng)用到消費(fèi)領(lǐng)域，設(shè)計(jì)并完成一種全新的指紋支付系統(tǒng)。

1 指紋支付的概念

指紋支付，也叫指紋消費(fèi)，是一種利用指紋認(rèn)證的生物識別技術(shù)進(jìn)行繳費(fèi)支付的方式。該支付方式采用指紋系統(tǒng)進(jìn)行消費(fèi)認(rèn)證，即顧客使用指紋注冊成為商家會員，通過指紋識別即可消費(fèi)或打折，簡化了消費(fèi)程序。

由于生物識別技術(shù)認(rèn)定的是人本身，而每個(gè)人的生物特征，包括指紋在內(nèi)，都具有唯一性和一定時(shí)期內(nèi)的穩(wěn)定性，不易被偽造和假冒，所以這一支付方式在一定程度上確保了用戶隱私不受侵犯，而且比其他支付方式更便捷。因此，指紋支付將會成為一種新生的支付方式。

使用指紋支付，可以省去辦卡的費(fèi)用、節(jié)約資源。在一些需要刷卡消費(fèi)的場所，比如餐館、商店、網(wǎng)吧、食堂或是連鎖賣場使用指紋支付，無疑是一種更新穎、更時(shí)尚的消費(fèi)方式，給顧客和商家?guī)肀憷耐瑫r(shí)，也提升顧客的消費(fèi)體驗(yàn)感。2系統(tǒng)功能設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的功能是將指紋識別技術(shù)應(yīng)用于商戶支付，根據(jù)應(yīng)用的需求，需要設(shè)計(jì)兩類用戶：注冊用戶和管理員，功能如下：

注冊會員：充值、查詢余額、指紋支付；

管理員：建立新賬戶、會員管理、金額管理；

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)了服務(wù)器端和客戶端，服務(wù)器端和客戶端采用無線方式傳輸數(shù)據(jù)。當(dāng)用戶在支付時(shí)，無需到柜臺進(jìn)行支付，只需在座位上用客戶端進(jìn)行指紋刷卡，就可以將數(shù)據(jù)傳遞到服務(wù)器端，從而進(jìn)行支付；

服務(wù)器端：提供指紋支付、指紋充值功能，同時(shí)可以處理客戶端發(fā)送來的信息，進(jìn)行相應(yīng)處理，處理完成后，將結(jié)果返回給客戶端；

客戶端：通過采集指紋信息，發(fā)送給服務(wù)器端進(jìn)行處理，從而完成支付或是充值功能，并接收服務(wù)器端返回的信息。

3 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

3.1 硬件設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)服務(wù)器端和客戶端均采用ST（意法半導(dǎo)體）公司生產(chǎn)的ARM CortexM3內(nèi)核的STM32F103ZET6的主控MCU。該芯片最高工作頻率72MHz，具有512KB的flash存儲空間，64KBSRAM，帶多達(dá)112個(gè)I/O口，11個(gè)定時(shí)器，13個(gè)通訊接口。該MCU完全可以滿足本系統(tǒng)的功能和性能要求。

本文通過STM32F 103ZET6外接FLASH模塊、SD卡模塊、LCD模塊、LED模塊、指紋模塊、矩陣鍵盤模塊、NRF24L01無線通訊模塊等模塊完成本文提到的所需要功能。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。

1.指紋模塊

指紋模塊的CPU是一片DSP芯片，型號為PS1802，指紋采集使用的是CMOS芯片，CMOS芯片主要是對指紋進(jìn)行“照相”，生成指紋特征值。指紋模塊通過USART接口與服務(wù)器端或是客戶端進(jìn)行通訊和數(shù)據(jù)交換。

2.TFT-LCD模塊

TFT-LCD，是在亮度、對比度、功耗、壽命、體積以及重量等綜合性能上全面趕超CRT的顯示器件，并具有觸屏功能，通過它來顯示點(diǎn)陣漢字以及其他需要顯示的信息。

3.FLASH模塊

FLASH（閃存）則是一種非易失性內(nèi)存，本文用它來存儲點(diǎn)陣漢字，既能達(dá)到快速提取點(diǎn)陣信息的功能，又不占用有限的編程空間SRAM，提高程序的運(yùn)行效率和空間。

4.NRF24L01模塊

該模塊主要用來完成服務(wù)器端和客戶端無線通訊功能，需要選擇從功耗、性能上相對合適的無線傳輸模塊，因此本文選擇了NRF24L01模塊。NRF24L01是NORDIC公司生產(chǎn)的一款無線通信通信芯片，采用FSK調(diào)制，內(nèi)部集成Enhanced Short Burst協(xié)議?？梢詫?shí)現(xiàn)點(diǎn)對點(diǎn)或是1對6的無線通信，無線通信速度可以達(dá)到2M（bps）。通過它可以實(shí)現(xiàn)服務(wù)器端和客戶端的通訊。

通過對硬件模塊功能的分析，明確了各個(gè)模塊的元器件的選擇，最終硬件電路圖設(shè)計(jì)如圖2所示。

3.2 數(shù)據(jù)存儲結(jié)構(gòu)

由于用戶數(shù)量是不確定的，所以無法采用數(shù)組方式來存放會員數(shù)據(jù)，所以本系統(tǒng)考慮采用鏈表結(jié)構(gòu)來存放數(shù)據(jù)，節(jié)約動(dòng)態(tài)分配空間。鏈表結(jié)構(gòu)可以充分利用計(jì)算機(jī)內(nèi)存空間，實(shí)現(xiàn)靈活的內(nèi)存動(dòng)態(tài)管理。

由于一個(gè)用戶至少要存儲兩個(gè)指紋的信息，所以需要兩個(gè)鏈表來進(jìn)行數(shù)據(jù)記錄用戶及其指紋的信息。另外管理員信息需要單獨(dú)一個(gè)鏈表來存儲，本文創(chuàng)建了三個(gè)鏈表，如圖3所示。

3.3 軟件模塊設(shè)計(jì)

本系統(tǒng)的所有操作都是以指紋識別為基礎(chǔ)，指紋模塊與服務(wù)器端和客戶端都是通過串口進(jìn)行通訊，主要實(shí)現(xiàn)指紋匹配功能、指紋采集功能、指紋刪除功能、清空指紋庫功能。

指紋匹配功能：將讀入的指紋信息與鏈表中指紋信息進(jìn)行匹配，如果匹配成功，返回指紋編號，顯示指紋對應(yīng)的用戶的信息。如果在一個(gè)循環(huán)周期內(nèi)沒有搜索到指紋，則返回“匹配失敗”。

指紋采集功能：新用戶注冊時(shí)，需要錄入兩個(gè)指紋，因此需要通過指紋采集器進(jìn)行二次指紋采集，然后制作成指紋模版，并將該模版保存到鏈表中。

指紋刪除功能：當(dāng)用戶不再需要在商戶進(jìn)行消費(fèi)時(shí)，可以將數(shù)據(jù)進(jìn)行刪除，空出存儲空間，便于新會員加入。

清空指紋庫功能：提供清空全部指紋功能，可將系統(tǒng)還原至初始化。

指紋匹配算法主要涉及：指紋圖像預(yù)處理、特征點(diǎn)提取和特征點(diǎn)匹配。圖像預(yù)處理又包括圖像場的計(jì)算、分割、均衡化、平滑化、增強(qiáng)、二值化、細(xì)化等，通過這些預(yù)處理使特征值更容易被提取，如圖4所示。

4 結(jié)束語

本文將指紋識別技術(shù)應(yīng)用于支付領(lǐng)域，設(shè)計(jì)并實(shí)現(xiàn)了一整套指紋支付系統(tǒng)。該系統(tǒng)包含管理員和普通會員兩種用戶，方便進(jìn)行權(quán)限控制。同時(shí)為了方便用戶使用，設(shè)計(jì)了服務(wù)器端和客戶端，并采用無線通信方式進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。該系統(tǒng)極大解決了當(dāng)前用IC卡進(jìn)行支付的弊病，提升用戶支付體驗(yàn)感，應(yīng)用前景廣闊。