本發(fā)明涉及身份驗(yàn)證，尤其是一種基于微流控技術(shù)的身份驗(yàn)證方法及裝置。

背景技術(shù)：

1、隨著生物識(shí)別技術(shù)和微流控技術(shù)的快速發(fā)展，基于dna的身份驗(yàn)證技術(shù)逐漸應(yīng)用于醫(yī)療診斷、安全防御和法醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域。

2、傳統(tǒng)的身份驗(yàn)證技術(shù)依賴指紋、面部識(shí)別等生物特征，但是這些特征容易受到環(huán)境因素的影響或被仿冒。相比之下，dna身份驗(yàn)證具有唯一性、高準(zhǔn)確性和難以篡改的特點(diǎn)，因而其被普遍視為未來(lái)身份驗(yàn)證技術(shù)的優(yōu)選方案。然而，現(xiàn)有的dna身份驗(yàn)證系統(tǒng)往往依賴復(fù)雜的實(shí)驗(yàn)室設(shè)備，涉及dna提取、分離、擴(kuò)增和分析等一系列步驟，無(wú)法滿足便攜性和實(shí)時(shí)性的需求。

3、微流控技術(shù)憑借其微型化、高通量和低試劑消耗的優(yōu)點(diǎn)，逐漸成為實(shí)現(xiàn)dna身份驗(yàn)證便攜化和自動(dòng)化的重要手段。微流控芯片能夠在微小的尺度上實(shí)現(xiàn)樣品的分離、混合和反應(yīng)，具備高效完成dna檢測(cè)和分析的潛力。目前，微流控芯片已應(yīng)用于臨床診斷、dna檢測(cè)、環(huán)境監(jiān)測(cè)等領(lǐng)域，并展現(xiàn)出巨大的應(yīng)用前景。然而，現(xiàn)有的微流控系統(tǒng)在dna身份驗(yàn)證中的應(yīng)用仍面臨一些技術(shù)瓶頸，尤其是如何在芯片上集成多步驟的dna處理過(guò)程(如提取、pcr擴(kuò)增、檢測(cè))以及如何保證身份驗(yàn)證過(guò)程中數(shù)據(jù)的安全性，亟待進(jìn)一步優(yōu)化和改進(jìn)。

4、而且當(dāng)前dna身份驗(yàn)證設(shè)備主要通過(guò)有線連接方式進(jìn)行控制和數(shù)據(jù)傳輸，這限制了系統(tǒng)的便攜性和應(yīng)用場(chǎng)景。此外，dna檢測(cè)過(guò)程中產(chǎn)生的數(shù)據(jù)在傳輸和存儲(chǔ)時(shí)容易受到攻擊或被竊取?，F(xiàn)有系統(tǒng)缺乏有效的安全保護(hù)機(jī)制，使得用戶的生物信息面臨被非法篡改或盜取的風(fēng)險(xiǎn)。尤其是在數(shù)據(jù)加密和區(qū)塊鏈技術(shù)日益發(fā)展完全的背景之下，如何將這些新興技術(shù)與dna身份驗(yàn)證系統(tǒng)結(jié)合起來(lái)，以增強(qiáng)數(shù)據(jù)的安全性、可靠性和透明性，成為一個(gè)亟需解決的問(wèn)題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、針對(duì)現(xiàn)有技術(shù)的不足，本發(fā)明提供一種基于微流控技術(shù)的身份驗(yàn)證方法及裝置。

2、本發(fā)明的技術(shù)方案為：一種基于微流控技術(shù)的身份驗(yàn)證裝置，包括微流控芯片、計(jì)算機(jī)、以及嵌裝在微流控芯片上的第一mcu控制器和第二mcu控制器；

3、所述的微流控芯片包括檢測(cè)腔室，所述的檢測(cè)腔室連接有多個(gè)流道；每個(gè)所述的流道相對(duì)于檢測(cè)腔室的另一端部設(shè)置有取樣微針；且所述的流道從取樣微針到檢測(cè)腔室上依次設(shè)置有多個(gè)裂解腔和一pcr反應(yīng)腔；且所述的pcr反應(yīng)腔內(nèi)還設(shè)置有加熱電阻絲；所述的第一mcu控制器利用脈沖寬度調(diào)制pwm控制pcr反應(yīng)腔內(nèi)的加熱電阻絲對(duì)純化后的血液樣本進(jìn)行加熱；使其進(jìn)行擴(kuò)增反應(yīng)；所述的pcr反應(yīng)腔與檢測(cè)腔室之間的流道上還設(shè)置有微控閥，并通過(guò)所述的第一mcu控制器控制微控閥；

4、所述的檢測(cè)腔室內(nèi)還設(shè)置有多個(gè)生物傳感器，所述的生物傳感器用于檢測(cè)用戶血液樣本中的dna數(shù)據(jù)，包括最小值、最大值、均值；并將檢測(cè)結(jié)果存儲(chǔ)于第二mcu控制器內(nèi)，所述的第二mcu控制器將用戶的dna檢測(cè)數(shù)據(jù)進(jìn)行區(qū)間化處理；

5、所述的第二mcu控制器對(duì)區(qū)間化后的dna數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字簽名，然后采用aes-ccm加密算法進(jìn)行加密，生成一次加密的密文數(shù)據(jù)eaes-ccm(c′i)；并將密文數(shù)據(jù)eaes-ccm(c′i)發(fā)送到計(jì)算機(jī)；

6、所述的計(jì)算機(jī)先對(duì)數(shù)字簽名進(jìn)行驗(yàn)證，如果驗(yàn)證通過(guò)，則逐條接收aes-ccm加密后的一次加密的密文數(shù)據(jù)eaes-ccm(c′i)；

7、所述的計(jì)算機(jī)采用ecc橢圓曲線加密算法對(duì)接收的aes-ccm的密文數(shù)據(jù)eaes-ccm(c′i)進(jìn)行二次加密處理，生成二次加密的密文eecc(c″i)并存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈中；即：

8、eecc(c″i)＝eecc(kpub,c′i)

9、式中，kpub為公鑰；

10、計(jì)算機(jī)通過(guò)用戶的唯一的標(biāo)識(shí)符user_id從區(qū)塊鏈中檢索存儲(chǔ)的二次加密的密文數(shù)據(jù)eecc(c″i)和對(duì)應(yīng)的公鑰kpub；同時(shí)通過(guò)哈希算法校驗(yàn)區(qū)塊鏈記錄的完整性，確保數(shù)據(jù)未被篡改；

11、如果未被篡改，則使用私鑰kpriv對(duì)存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上的二次加密的密文數(shù)據(jù)eecc(ci″)進(jìn)行解密，得到經(jīng)aes-ccm加密后的dna區(qū)間值c′i為，即：

12、c′i＝e′ecc-1(kpriv,eecc(c″i))；

13、然后再次采集用戶群組的dna信息；第二mcu控制器使用aes-ccm加密算法對(duì)新采集的dna信息進(jìn)行加密，生成新的加密數(shù)據(jù)eaes-ccm(d′i)；

14、將解密得到的dna區(qū)間值c′i與用戶輸入的dna數(shù)據(jù)的區(qū)間值d′i進(jìn)行比對(duì)，如果比對(duì)結(jié)果c′i≈d′i，并在預(yù)設(shè)的誤差范圍ζ內(nèi)，則認(rèn)為dna信息匹配成功；否則，驗(yàn)證失敗。

15、作為優(yōu)選的，所述的第一mcu控制器通過(guò)溫度閾值tvalve,i控制微控閥的開閉，且所述的溫度閾值tvalve,i大于pcr反應(yīng)腔的加熱溫度，當(dāng)pcr反應(yīng)腔的加熱溫度大于等于溫度閾值tvalve,i時(shí)，微控閥打開；相反關(guān)閉，即：

16、

17、式中，vi(t)表示第i個(gè)微控閥的狀態(tài)；vi(t)為1時(shí)微控閥打開，等于0時(shí)微控閥關(guān)閉。

18、作為優(yōu)選的，第i個(gè)所述的加熱電阻絲的瞬時(shí)功率pi(t)為：

19、pi(t)＝di(t)×pmax,i；

20、式中，di(t)為第i個(gè)加熱電阻絲的pwm信號(hào)的占空比；pmax,i為第i個(gè)加熱電阻絲的最大功率。

21、作為優(yōu)選的，當(dāng)前時(shí)刻t時(shí)，第i個(gè)所述的pcr反應(yīng)腔的溫度為ti(t)為：

22、ti(t)＝ti(t-1)+α×pi(t)-β×(ti(t)-te)；

23、式中，ti(t-1)為t-1時(shí)刻第i個(gè)所述的pcr反應(yīng)腔的溫度；α為熱導(dǎo)率系數(shù)；β為散熱系數(shù)；te為環(huán)境溫度，pi(t)為第i個(gè)所述的加熱電阻絲的瞬時(shí)功率；

24、當(dāng)ti(t)達(dá)到設(shè)定值時(shí)，降低pwm占空比；當(dāng)ti(t)低于設(shè)定值時(shí)，增加pwm占空比。

25、作為優(yōu)選的，所述的aes-ccm加密算法生成的密文數(shù)據(jù)eaes-ccm(ci′)計(jì)算式為：

26、eaes-ccm(c′i)＝aes_ccm(kaes,ci)；

27、式中，kaes為對(duì)應(yīng)aes的加密密鑰；c′i＝[min′i,max′i]是被aes-ccm加密后的dna區(qū)間值。

28、作為優(yōu)選的，所述的公鑰kpub的表達(dá)式為：

29、kpub＝kpriv·g；

30、式中，kpriv為私鑰，由計(jì)算機(jī)隨機(jī)生成；g是橢圓曲線上的基點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的橢圓曲線方程為y2＝x3+ax+b，kpub是由私鑰kpriv通過(guò)橢圓曲線生成公式計(jì)算而出的公鑰。

31、作為優(yōu)選的，所述的采用ecc橢圓曲線加密的二次加密密文eecc(c″i)和密鑰存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈中并生成對(duì)應(yīng)的相關(guān)信息，區(qū)塊鏈中儲(chǔ)存對(duì)應(yīng)二次加密的密文數(shù)據(jù)eecc(c″i)生成的用戶唯一的標(biāo)識(shí)符user_id；

32、blockchain_record

33、＝{user_id,eecc(c″i),kpub,timestamp,previous_hash,current_hash}

34、其中，blockchain_record表示區(qū)塊鏈記錄的相關(guān)信息；timestamp為當(dāng)前記錄的時(shí)間戳，設(shè)置其是防止數(shù)據(jù)的篡改；previous_hash是前一個(gè)區(qū)塊的哈希值，以確保區(qū)塊鏈的完整性；current_hash是基于存儲(chǔ)內(nèi)容生成的當(dāng)前區(qū)塊的哈希值。

35、作為優(yōu)選的，本發(fā)明還提供一種基于微流控技術(shù)的身份驗(yàn)證方法，包括如下步驟：

36、s1)、利用取樣微針采集用戶的血液樣本，血液樣本通過(guò)流道進(jìn)入裂解腔進(jìn)行裂解；在裂解液的作用下，血液樣本中的細(xì)胞核得到裂解；

37、s2)、裂解后的血液樣本流入pcr反應(yīng)腔中，并在進(jìn)入pcr反應(yīng)腔前通過(guò)微濾膜對(duì)其進(jìn)行純化，去除其他細(xì)胞殘余物；

38、s3)、通過(guò)第一mcu控制器利用脈沖寬度調(diào)制pwm控制pcr反應(yīng)腔內(nèi)的加熱電阻絲對(duì)純化后的血液樣本進(jìn)行加熱；使其進(jìn)行擴(kuò)增反應(yīng)；

39、s4)、擴(kuò)增完成后，通過(guò)第一mcu控制器通過(guò)控制微控閥進(jìn)入檢測(cè)腔室；通過(guò)生物傳感器檢測(cè)血液樣本中的dna數(shù)據(jù)；

40、s5)、將生物傳感器檢測(cè)的血液樣本的dna數(shù)據(jù)通過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)，并傳輸給第二mcu控制器；所述的第二mcu控制器對(duì)接收到的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行區(qū)間化處理，生成dna數(shù)據(jù)區(qū)間ci：

41、ci＝[mini,maxi]；

42、式中，ci為第i個(gè)用戶的dna數(shù)據(jù)區(qū)間；mini,maxi分別為第i個(gè)用戶的dna數(shù)據(jù)的最小值和最大值；

43、s6)、通過(guò)所述的第二mcu控制器對(duì)區(qū)間化后的dna數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字簽名，然后采用aes-ccm加密算法進(jìn)行加密，生成一次加密的密文數(shù)據(jù)eaes-ccm(c′i)；并將密文數(shù)據(jù)eaes-ccm(c′i)發(fā)送到計(jì)算機(jī)；

44、其中，所述的aes-ccm加密算法生成的密文數(shù)據(jù)eaes-ccm(c′i)計(jì)算式為：

45、eaes-ccm(c′i)＝aes_ccm(kaes,ci)；

46、式中，kaes為對(duì)應(yīng)aes的加密密鑰；c′i＝[min′i,max′i]是被aes-ccm加密后的dna區(qū)間值

47、s7)、計(jì)算機(jī)對(duì)接收的密文數(shù)據(jù)的數(shù)字簽名進(jìn)行驗(yàn)證，驗(yàn)證成功后逐條接收密文數(shù)據(jù)的dna加密區(qū)間域值；

48、s8)、計(jì)算機(jī)使用ecc橢圓曲線加密算法生成公鑰kpub和私鑰kpriv，并利用公鑰kpub對(duì)用戶群組的密文數(shù)據(jù)eaes-ccm(c′i)進(jìn)行二次加密，得到二次加密后的密文數(shù)據(jù)eecc(c″i)；并存儲(chǔ)于區(qū)塊鏈中，同時(shí)記錄生成的公鑰kpub；

49、s9)、通過(guò)用戶的唯一的標(biāo)識(shí)符user_id從區(qū)塊鏈中檢索存儲(chǔ)的二次加密的密文數(shù)據(jù)eecc(c″i)和對(duì)應(yīng)的公鑰kpub；同時(shí)通過(guò)哈希算法校驗(yàn)區(qū)塊鏈記錄的完整性，確保數(shù)據(jù)未被篡改；

50、s10)、使用私鑰kpriv對(duì)存儲(chǔ)在區(qū)塊鏈上的二次加密的密文數(shù)據(jù)eecc(c″i)進(jìn)行解密，即：

51、c′i＝e′ecc-1(kpriv,eecc(c″i))；

52、式中，c′i為從區(qū)塊鏈解密后得到的經(jīng)aes-ccm加密后的dna區(qū)間值；

53、s11)、再次采集用戶群組的dna信息；第二mcu控制器使用aes-ccm加密算法對(duì)新采集的dna信息進(jìn)行加密，生成新的加密數(shù)據(jù)eaes-ccm(d′i)；

54、s12)、將解密得到的dna區(qū)間值c′i與用戶輸入的dna數(shù)據(jù)的區(qū)間值d′i進(jìn)行比對(duì)，如果比對(duì)結(jié)果c′i≈d′i，并在預(yù)設(shè)的誤差范圍ζ內(nèi)，則認(rèn)為dna信息匹配成功；否則，驗(yàn)證失敗。

55、作為優(yōu)選的，步驟s6)中，所述的第二mcu控制器sm2算法對(duì)區(qū)間化后的dna數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)字簽名，即：

56、sign(ci)＝encrypt(hash([mini,maxi]))；

57、式中，sign(ci)表示對(duì)dna區(qū)間數(shù)據(jù)ci進(jìn)行數(shù)字簽名后得到的數(shù)據(jù)；encrypt表示加密處理；hash表示對(duì)區(qū)間值進(jìn)行取哈希值；mini、maxi分別表示第i個(gè)用戶的dna數(shù)據(jù)的最小值和最大值。

58、作為優(yōu)選的，步驟s6)中，計(jì)算機(jī)對(duì)的數(shù)字簽名進(jìn)行驗(yàn)證的表達(dá)式為：

59、

60、式中，verify表示驗(yàn)證；sign(ci)表示對(duì)dna區(qū)間數(shù)據(jù)ci進(jìn)行數(shù)字簽名后得到的數(shù)據(jù)，等于1表示驗(yàn)證通過(guò)，等于0表示驗(yàn)證不通過(guò)。

61、作為優(yōu)選的，步驟s8)中，計(jì)算機(jī)使用ecc橢圓曲線加密算法生成公鑰kpub和私鑰kpriv，并利用公鑰kpub對(duì)用戶群組的dna數(shù)據(jù)進(jìn)行二次加密，得到二次加密后的密文eecc(c″i)，具體為：

62、eecc(c″i)＝eecc(kpub,c′i)

63、式中，kpub為公鑰。

64、作為優(yōu)選的，步驟s8)中，所述的公鑰kpub的表達(dá)式為：

65、kpub＝kpriv·g；

66、式中，kpriv為私鑰，由計(jì)算機(jī)隨機(jī)生成；g是橢圓曲線上的基點(diǎn)，對(duì)應(yīng)的橢圓曲線方程為y2＝x3+ax+b，kpub是由私鑰kpriv通過(guò)橢圓曲線生成公式計(jì)算而出的公鑰。

67、本發(fā)明的有益效果為：

68、1、本發(fā)明能夠通過(guò)微流控芯片完成血液dna的自動(dòng)采集、擴(kuò)增、加密處理和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)，并通過(guò)計(jì)算機(jī)與區(qū)塊鏈技術(shù)實(shí)現(xiàn)身份信息的安全驗(yàn)證；

69、2、本發(fā)明采用aes-ccm和ecc橢圓曲線加密算法，結(jié)合基于角色的訪問(wèn)控制，實(shí)現(xiàn)了遠(yuǎn)程安全的數(shù)據(jù)傳輸與處理；其能夠在脫離實(shí)驗(yàn)室的環(huán)境下實(shí)現(xiàn)便攜式生物檢測(cè)與身份驗(yàn)證，并由多重加密和區(qū)塊鏈技術(shù)來(lái)保障數(shù)據(jù)的安全性和不可篡改性。