基于指纹识别的支付系统的设计与实现

2015-08-22朱静闽芳陈腊梅陈健鹏陈晓刚

软件 2015年5期

朱静　闽芳　陈腊梅　陈健鹏　陈晓刚

摘要：指纹支付是支付方式的一个新的方向。指纹识别技术是依靠指纹的唯一性，通过对指纹的采样、特征值提取来实现身份识别的技术。和传统的帐号加密码或是Ic卡扫描识别等身份识别方式相比，指纹支付具有更高的安全性、不会遗忘、丢失、不变性、唯一性、防伪性能好和使用方便等优点。本文设计并实现了一个通过指纹识别方式，完成支付等功能的系统，同时设计了无线功能，可以完成主机和客户端的无线数据通讯、同步功能。该系统可以方便快捷地完成支付功能。

关键词：指纹识别；支付

中图分类号：TP393.02 文献标识码：A DOI：10.3969/j.issn.1003-6970.2015.05.028

0 引言

当前，人们进行支付时，多采用现金、充值IC卡的方式。随着IC卡技术的普及，越来越多商户提供了充值IC卡的支付方式，当人们在一些商户消费时，无需现金，直接用充值卡进行支付。但是用IC卡支付的方式存在不少弊病，例如：不易保管，容易丢失等，而且仅仅依靠密码或是签名进行身份验证，并不能真正地确认持卡人是否为其真正的主人，那么一旦用户的IC卡丢失或是被窃，就会有被盗用的危险。

指纹识别技术是利用人类指纹的唯一性，通过对指纹图案的采样、特征信息提取并与库存样本相比较的过程来实现身份识别的技术。与帐号加密码、充值Ic卡等传统的身份识别手段相比，指纹识别技术具有不会丢失、不会遗忘、唯一性、不变性、防伪性能好和使用方便等优点，所以已经逐步在门禁、考勤、金融、公共安全等领域得到应用。本文将指纹支付应用到消费领域，设计并完成一种全新的指纹支付系统。

1 指纹支付的概念

指纹支付，也叫指纹消费，是一种利用指纹认证的生物识别技术进行缴费支付的方式。该支付方式采用指纹系统进行消费认证，即顾客使用指纹注册成为商家会员，通过指纹识别即可消费或打折，简化了消费程序。

由于生物识别技术认定的是人本身，而每个人的生物特征，包括指纹在内，都具有唯一性和一定时期内的稳定性，不易被伪造和假冒，所以这一支付方式在一定程度上确保了用户隐私不受侵犯，而且比其他支付方式更便捷。因此，指纹支付将会成为一种新生的支付方式。

使用指纹支付，可以省去办卡的费用、节约资源。在一些需要刷卡消费的场所，比如餐馆、商店、网吧、食堂或是连锁卖场使用指纹支付，无疑是一种更新颖、更时尚的消费方式，给顾客和商家带来便利的同时，也提升顾客的消费体验感。2系统功能设计

本系统实现的功能是将指纹识别技术应用于商户支付，根据应用的需求，需要设计两类用户：注册用户和管理员，功能如下：

注册会员：充值、查询余额、指纹支付；

管理员：建立新账户、会员管理、金额管理；

本系统设计了服务器端和客户端，服务器端和客户端采用无线方式传输数据。当用户在支付时，无需到柜台进行支付，只需在座位上用客户端进行指纹刷卡，就可以将数据传递到服务器端，从而进行支付；

服务器端：提供指纹支付、指纹充值功能，同时可以处理客户端发送来的信息，进行相应处理，处理完成后，将结果返回给客户端；

客户端：通过采集指纹信息，发送给服务器端进行处理，从而完成支付或是充值功能，并接收服务器端返回的信息。

3 系统实现

3.1 硬件设计

本系统服务器端和客户端均采用ST（意法半导体）公司生产的ARM CortexM3内核的STM32F103ZET6的主控MCU。该芯片最高工作频率72MHz，具有512KB的flash存储空间，64KBSRAM，带多达112个I/O口，11个定时器，13个通讯接口。该MCU完全可以满足本系统的功能和性能要求。

本文通过STM32F 103ZET6外接FLASH模块、SD卡模块、LCD模块、LED模块、指纹模块、矩阵键盘模块、NRF24L01无线通讯模块等模块完成本文提到的所需要功能。系统结构如图1所示。

1.指纹模块

指纹模块的CPU是一片DSP芯片，型号为PS1802，指纹采集使用的是CMOS芯片，CMOS芯片主要是对指纹进行“照相”，生成指纹特征值。指纹模块通过USART接口与服务器端或是客户端进行通讯和数据交换。

2.TFT-LCD模块

TFT-LCD，是在亮度、对比度、功耗、寿命、体积以及重量等综合性能上全面赶超CRT的显示器件，并具有触屏功能，通过它来显示点阵汉字以及其他需要显示的信息。

3.FLASH模块

FLASH（闪存）则是一种非易失性内存，本文用它来存储点阵汉字，既能达到快速提取点阵信息的功能，又不占用有限的编程空间SRAM，提高程序的运行效率和空间。

4.NRF24L01模块

该模块主要用来完成服务器端和客户端无线通讯功能，需要选择从功耗、性能上相对合适的无线传输模块，因此本文选择了NRF24L01模块。NRF24L01是NORDIC公司生产的一款无线通信通信芯片，采用FSK调制，内部集成Enhanced Short Burst协议。可以实现点对点或是1对6的无线通信，无线通信速度可以达到2M（bps）。通过它可以实现服务器端和客户端的通讯。

通过对硬件模块功能的分析，明确了各个模块的元器件的选择，最终硬件电路图设计如图2所示。

3.2 数据存储结构

由于用户数量是不确定的，所以无法采用数组方式来存放会员数据，所以本系统考虑采用链表结构来存放数据，节约动态分配空间。链表结构可以充分利用计算机内存空间，实现灵活的内存动态管理。

由于一个用户至少要存储两个指纹的信息，所以需要两个链表来进行数据记录用户及其指纹的信息。另外管理员信息需要单独一个链表来存储，本文创建了三个链表，如图3所示。

3.3 软件模块设计

本系统的所有操作都是以指纹识别为基础，指纹模块与服务器端和客户端都是通过串口进行通讯，主要实现指纹匹配功能、指纹采集功能、指纹删除功能、清空指纹库功能。

指纹匹配功能：将读入的指纹信息与链表中指纹信息进行匹配，如果匹配成功，返回指纹编号，显示指纹对应的用户的信息。如果在一个循环周期内没有搜索到指纹，则返回“匹配失败”。

指纹采集功能：新用户注册时，需要录入两个指纹，因此需要通过指纹采集器进行二次指纹采集，然后制作成指纹模版，并将该模版保存到链表中。

指纹删除功能：当用户不再需要在商户进行消费时，可以将数据进行删除，空出存储空间，便于新会员加入。

清空指纹库功能：提供清空全部指纹功能，可将系统还原至初始化。

指纹匹配算法主要涉及：指纹图像预处理、特征点提取和特征点匹配。图像预处理又包括图像场的计算、分割、均衡化、平滑化、增强、二值化、细化等，通过这些预处理使特征值更容易被提取，如图4所示。

4 结束语