基于Android指纹解锁的研究与实现

论文总字数：24871字

摘 要

近年来，随着移动终端和互联网技术的发展，网络安全问题日趋严峻，常见的身份认证方式在安全性和便捷性方面已经无法满足现有需求，甚至受到挑战。为解决这一问题，生物识别技术蓬勃发展日益成熟，为移动终端的安全保驾护航，尤其是指纹识别技术，在移动终端上得以广泛运用，如指纹解锁、登陆、支付等，为广大用户提供安全可靠的使用环境和便捷流畅的使用体验。

本文首先基于指纹识别技术理论知识的学习和研究，介绍了指纹识别的原理与流程，然后介绍了指纹在Android手机中的工作环境，并对Android手机指纹解锁功能进行探索，最后通过对指纹识别平台的调研选择了一套设计方案，运用Java开发相关技术，进行了指纹识别兼容库的设计实现，并在原有登录认证方式的基础上完成指纹登陆认证功能的设计实现，经测试后能够完美实现指纹登陆功能，并达到机型扩展的目的。通过对指纹识别技术的研究和指纹功能的运用实现，我们发现基于Android手机的指纹识别迫切需要统一的标准来进行规范化开发。

关键词：指纹识别 身份认证 Android 指纹解锁 指纹登陆

ABSTRACT

In recent years, with the development of mobile terminals and Internet technologies, the problem of network security has become increasingly severe. Common identity authentication methods have been unable to meet existing requirements and even been challenged in terms of security and convenience. In order to solve this problem, biometrics technology has developed rapidly and has become increasingly mature. It escorts the security of mobile terminals, especially fingerprint identification technologies, widely used in mobile terminals, such as fingerprint unlocking, login, and payment, to provide users with a safe and reliable use of the environment and convenient and smooth experience.

Firstly, based on the study and research of theoretical knowledge of fingerprint recognition technology, this paper introduces the principle and flow of fingerprint recognition. Then it introduces the working environment of fingerprint in Android mobile phone, explores the fingerprint unlocking function of Android mobile phone. Finally, a set of design scheme was selected through the investigation of the fingerprint identification platform. By using Java development related technology, the fingerprint recognition compatible library was designed and implemented, and the fingerprint login authentication function was designed and implemented on the basis of the original login authentication method. After the test, the fingerprint login function will be perfectly implemented and the purpose of the model expansion will be achieved. Through the research on the fingerprint recognition technology and the implementation of the fingerprint function, we found that fingerprint recognition based on Android mobile phones urgently requires a unified standard for standardized development.

Key Words：Fingerprint Recognition, Identity Authentication, Android, Fingerprint Unlock, Fingerprint Login

目 录

摘 要 I

ABSTRACT II

第一章 绪论 1

1.1研究背景与意义 1

1.2国内外研究现状 1

1.3工作重点和组织结构 2

第二章 指纹识别技术 4

2.1指纹识别基本原理 4

2.1.1指纹特征 4

2.1.2指纹识别基本过程 6

2.2指纹图像预处理 7

2.2.1图像分割 7

2.2.2图像的灰度均衡与平滑 7

2.2.3图像增强 7

2.2.4二值化 8

2.2.5细化 8

2.3指纹图像特征提取 8

2.4指纹图像对比 9

2.5指纹识别算法性能评测 9

2.6本章小结 9

第三章 Android指纹解锁 10

3.1Android指纹环境 10

3.1.1TEE概述 10

3.1.2TEE环境下指纹基本功能架构 11

3.1.3TEE环境下指纹解锁安全保障 12

3.2Android指纹解锁 13

3.2.1指纹模块架构 13

3.2.2指纹录制流程 15

3.2.3指纹解锁流程 15

3.3本章小结 15

第四章 指纹登录模块的设计与实现 17

4.1设计方案选择 17

4.2指纹识别兼容库来源介绍 18

4.3指纹识别兼容库的设计与实现 21

4.3.1兼容库标准 21

4.3.2兼容库识别流程 22

4.3.3兼容库封装设计 23

4.4指纹登陆功能设计与实现 23

4.4.1业务场景描述 23

4.4.2UI设计实现 25

4.4.3功能实现 28

4.5指纹登录功能测试 29

4.5.1测试内容 29

4.5.2测试环境 29

4.5.3测试方法 30

4.5.4测试结果 30

4.6本章小结 31

第五章 总结与展望 32

5.1工作总结 32

5.2工作展望 32

致 谢 34

参考文献 35

第一章 绪论

1.1研究背景与意义

近年来，随着电脑和网络技术的发展，基于互联网的网络业务得到了前所未有的扩展，商业界出现了网上购物，金融业出现了网上银行，这在年轻一代人中非常受欢迎，他们开始使用网上银行进行在线购物、缴费等日常消费和开支^[1]。然而伴随着网络技术的发展，网络环境每况愈下，黑客、病毒、木马等使得互联网环境愈发复杂，将用户账号置于极度危险的境地。当下，网络身份认证方式主要是账号密码或手势密码。用户密码设置简单容易被破解，设置复杂用户自己难以记忆，尽管很多系统会采用认证错误限制次数，但如果不法用户使用随机密码多次尝试登陆账户，造成的后果是合法用户的账户被锁定，短时间内无法登陆自己的账户，更严重的甚至会带来经济上的损失。

由此可见，常见的身份认证方式包括账号密码与手势密码等在安全性和便捷性方面已无法满足现有需求，甚至已经受到挑战。为了解决这一问题，人们把目光转向了生物识别技术，希望能借助人体的生理特征或行为特征来进行身份识别^[3]。人类自身具有多种生物特征，如语言、指纹、DNA、虹膜等都是典型的生物特征，这些特征有其独特性，如不易丢失、不会被遗忘等。而为何指纹特征得天独厚，这是因为指纹识别技术同其他生物识别技术(如虹膜识别、人脸识别等)相比，在技术成熟度、物理构造、成本等方面，都非常适合手机应用^[3]。因此综合考虑各方面需求，采用使用方便、成熟度高的指纹识别技术，成为手机厂商们的首选。此外，指纹识别技术的运用不仅仅在保护手机安全、用户隐私数据和支持身份认证等方面，它还可以为手机用户提供更加流畅便捷的使用体验，如建立不同手指操作与手机功能的对应关系，从而实现诸如快捷启动、安全传输等功能。

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