物聯(lián)網(wǎng)安全必知：七大安防生物識別技術(shù)解析

所謂生物識別技術(shù)就是，通過(guò)計算機與光學(xué)、聲學(xué)、生物傳感器和生物統計學(xué)原理等高科技手段密切結合，利用人體固有的生理特性，(如指紋、臉象、虹膜等)和行為特征(如筆跡、聲音、步態(tài)等)來(lái)進(jìn)行個(gè)人身份的鑒定。

　　生物測定技術(shù)根據人體自身的特征如指紋、聲音等來(lái)識別個(gè)人的身份。目前，有很多的生物測定技術(shù)可用于身份認證。這里，我們描述一下大多數流行的生物測定技術(shù)是怎樣工作的，并對它們抓圖、抽取特征、比較和比對的功能做以簡(jiǎn)單的評論。

1、虹膜識別技術(shù)

　　虹膜是一種在眼睛中瞳孔內的織物狀的各色環(huán)狀物，每一個(gè)虹膜都包含一個(gè)獨一無(wú)二的基于像冠、水晶體、細絲、斑點(diǎn)、結構、凹點(diǎn)、射線(xiàn)、皺紋和條紋等特征的結構，據宣稱(chēng)，沒(méi)有任何兩個(gè)虹膜是一樣的。虹膜掃描安全系統包括一個(gè)全自動(dòng)照相機來(lái)尋找你的眼睛并在發(fā)現虹膜時(shí)，就開(kāi)始聚焦，想通過(guò)眨眼睛來(lái)欺騙系統是不行的。

　　優(yōu)點(diǎn)

　　便于用戶(hù)使用;可能會(huì )是最可靠的生物識別技術(shù)，盡管它還沒(méi)有測試過(guò);只需用戶(hù)位于設備之前而無(wú)需物理的接觸。

　　缺點(diǎn)

　　一個(gè)最為重要的缺點(diǎn)是它沒(méi)有進(jìn)行過(guò)任何的測試，當前的虹膜識別系統只是用統計學(xué)原理進(jìn)行小規模的試驗，而沒(méi)有進(jìn)行過(guò)現實(shí)世界的唯一性認證的試驗;很難將圖像獲取設備的尺寸小型化;因聚焦的需要而需要昂貴的攝像頭，一個(gè)這樣的攝像頭的最低報價(jià)為4000美元;鏡頭可能會(huì )使圖像畸變而使得可靠性大為降低;黑眼睛極難讀取;需要一個(gè)比較好的光源。

　　2、視網(wǎng)膜識別技術(shù)

　　視網(wǎng)膜也是一種被用于生物識別的特征，某些人認為視網(wǎng)膜是比虹膜更為唯一的生物特征，視網(wǎng)膜識別技術(shù)要求激光照射眼球的背面以獲得視網(wǎng)膜特征的唯一性。

　　優(yōu)點(diǎn)

　　視網(wǎng)膜是一種極其固定的生物特征，因為它是“隱藏“的，故而不可能磨損，老化或是為疾病影響;使用者不需要和設備進(jìn)行直接的接觸;

　　是一個(gè)最難欺騙的系統因為視網(wǎng)膜是不可見(jiàn)的，故而不會(huì )被偽造。

　　缺點(diǎn)

　　視網(wǎng)膜技術(shù)未經(jīng)過(guò)任何測試。很明顯，視網(wǎng)膜技術(shù)可能會(huì )給使用者帶來(lái)健康的損壞，這需要進(jìn)一步的研究;對于消費者，視網(wǎng)膜技術(shù)沒(méi)有吸引力;很難進(jìn)一步降低它的成本。

3、面部識別

　　面部識別技術(shù)通過(guò)對面部特征和它們之間的關(guān)系來(lái)進(jìn)行識別，識別技術(shù)基于這些唯一的特征時(shí)是非常復雜的，這需要人工智能和機器知識學(xué)習系統，用于撲捉面部圖像的兩項技術(shù)為標準視頻和熱成像技術(shù)。標準視頻技術(shù)通過(guò)一個(gè)標準的攝像頭攝取面部的圖像或者一系列圖像，在面部被捕捉之后，一些核心點(diǎn)被記錄，例如，

　　眼睛，鼻子和嘴的位置以及它們之間的相對位置被記錄下來(lái)然后形成模板;熱成像技術(shù)通過(guò)分析由面部的毛細血管的血液產(chǎn)生的熱線(xiàn)來(lái)產(chǎn)生面部圖像，與視頻攝像頭不同，熱成像技術(shù)并不需要在較好的光源條件下，因此即使在黑暗情況下也可以使用。一個(gè)算法和一個(gè)神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )系統加上一個(gè)轉化機制就可將一幅指紋圖像變成數字信號，最終產(chǎn)生匹配或不匹配信號。

　　優(yōu)點(diǎn)

　　面部識別是非接觸的，用戶(hù)不需要和設備直接的接觸;盡管可以使用桌面的視頻攝像，但只有比較高級的攝像頭才可以有效高速的撲捉面部圖像;

　　缺點(diǎn)

　　使用者面部的位置與周?chē)墓猸h(huán)境都可能影響系統的精確性;大部分研究生物識別的人都公認面部識別是最不準確的，也是最容易被欺騙的;面部識別技術(shù)的改進(jìn)依賴(lài)于提取特征與比對技術(shù)的提高，并且采集圖像的設備會(huì )比其技術(shù)昂貴得多;對于因人體面部的如頭發(fā)，飾物，變老以及其他的變化可能需要通過(guò)人工智能來(lái)得到補償，機器學(xué)習功能必須不斷地將以前得到的圖像和現在的得到的進(jìn)行比對;以改進(jìn)核心數據和彌補微小的差別;很難進(jìn)一步降低它的成本，我們必需以昂貴的費用去賣(mài)高質(zhì)量的設備。

　　4、簽名識別

　　簽名作為身份認證的手段已經(jīng)用了幾百年了，而且我們都很熟悉在銀行的格式表單中簽名作為我們身份的標志。將簽名數字化是這樣一個(gè)過(guò)程，測量圖像本身以及整個(gè)簽名的動(dòng)作——在每個(gè)字母以及字母之間的不同的速度、順序和壓力，簽名識別和聲音識別一樣，是一種行為測定學(xué)。

　　優(yōu)點(diǎn)

　　使用簽名識別更容易被大眾接受而且是一種公認的身份識別的技術(shù)。

　　缺點(diǎn)

　　隨著(zhù)經(jīng)驗的增長(cháng)，性情的變化與生活方式的改變，簽名也會(huì )隨著(zhù)而改變;為了處理簽名的不可辟免的自然改變，我們必須在安全方面做以妥協(xié);因為簽名的速度不快，我們無(wú)法在Internet上使用它;用于簽名的手寫(xiě)板結構復雜而且價(jià)格昂貴，因為和筆記本電腦的觸摸板的分辨率有著(zhù)很大的差異，我們在技術(shù)上很難將兩者結合起來(lái);很難將它的尺寸小型化。

5、聲音識別

　　聲音識別技術(shù)和簽名識別相同，聲音識別也是一種行為識別技術(shù)，聲音識別設備不斷地測量、紀錄聲音的波形和變化。而聲音識別基于將現場(chǎng)采集到的聲音同登記過(guò)的聲音模板進(jìn)行精確的匹配。

　　優(yōu)點(diǎn)

　　聲音識別也是一種非接觸的識別技術(shù)，用戶(hù)可以很自然地接受。

　　缺點(diǎn)

　　和其他的行為識別技術(shù)一樣，聲音因為變化的范圍太大，故而很難進(jìn)行一些精確的匹配;聲音會(huì )隨著(zhù)音量、速度和音質(zhì)的變化(例如當你感冒時(shí))而影響到采集與比對的結果;隨著(zhù)技術(shù)的發(fā)展，也許你可以覺(jué)察和拒絕錄音的聲音，然而，目前來(lái)說(shuō)，我們還很容易用錄在磁帶上的聲音來(lái)欺騙聲音識別系統。高保真的麥克風(fēng)是很昂貴的。指紋識別系統指紋識別作為識別技術(shù)已經(jīng)有很長(cháng)的歷史了，有著(zhù)堅實(shí)的市場(chǎng)后盾，按照一般人的看法，指紋識別技術(shù)通過(guò)分析指紋的全局特征和指紋的局部特征，特征點(diǎn)如嵴、谷和終點(diǎn)、分叉點(diǎn)或分歧點(diǎn)，從指紋中抽取的特征值可以非常的詳盡以便可靠地通過(guò)指紋來(lái)確認一個(gè)人的身份。

平均每個(gè)指紋都有幾個(gè)獨一無(wú)二可測量的特征點(diǎn)，每個(gè)特征點(diǎn)都有大約七個(gè)特征，我們的十個(gè)手指產(chǎn)生最少4900個(gè)獨立可測量的特征??這足夠來(lái)確認指紋識別是否是一個(gè)更加可靠的鑒別方式。這里，我們大體給出指紋識別中的獲取圖像、抽取特征和比對的過(guò)程。

　　6、圖像采集中的光學(xué)技術(shù)和電容技術(shù)

　　兩種用來(lái)采集指紋圖像的技術(shù)主要為光學(xué)技術(shù)和電容技術(shù)。光學(xué)技術(shù)需要一個(gè)光源從棱鏡反射按在一個(gè)取像頭的手指，光線(xiàn)照亮指紋從而采集到指紋。

　　采用電容技術(shù)的半導體技術(shù)，按壓到采集頭上的手指的脊和谷在手指表皮和芯片之間產(chǎn)生不同的電容，芯片通過(guò)測量空間中的不同的電容場(chǎng)得到完整的指紋。

　　缺點(diǎn)

　　因為電容技術(shù)的芯片昂貴，芯片的大小和手指相當就已價(jià)格昂貴，故幾個(gè)公司試圖推出可提供比指紋更小的芯片只采集部分的指紋以驗證，使用這種采集方式，用戶(hù)必須精確的放上手指以確保能正確的讀取。而這樣必然使讀取頭變得不易使用，使用這種小芯片的另一個(gè)缺點(diǎn)是只使用部分的指紋必然沒(méi)有采集全部指紋進(jìn)行比對可靠得多。

　　電容采集頭的另一個(gè)缺點(diǎn)是易于受到干擾，從60HZ的電纜線(xiàn)的干擾到用戶(hù)接觸時(shí)的干擾、指紋采集器內部的電干擾等。

　　電容采集頭的最后一個(gè)問(wèn)題是可靠性，無(wú)論是靜電干擾，汗液中的鹽分或者其他的贓物以及手指磨損都會(huì )使采集頭很難讀取指紋。

　　實(shí)際上，到目前為止，光學(xué)采集頭提供更加可靠的解決方案。通過(guò)改進(jìn)原來(lái)的光學(xué)取像技術(shù)，新一代的光學(xué)指紋采集器更是以無(wú)可挑剔的性能與相對非常低的價(jià)格使電容方案相形見(jiàn)絀。

7、指紋識別的優(yōu)點(diǎn)

　　指紋是人體獨一無(wú)二的特征，并且它們的復雜度足以提供用于鑒別的足夠特征;如果我們想要增加可靠性，我們只需登記更多的指紋，鑒別更多的手指，最多可以多達十個(gè)，而每一個(gè)指紋都是獨一無(wú)二的;掃描指紋的速度很快，使用非常方便;讀取指紋時(shí)，用戶(hù)必需將手指與指紋采集頭相互接觸，與指紋采集頭直接接觸是讀取人體生物特征最可靠的方法。這也是指紋識別技術(shù)能夠占領(lǐng)大部份市場(chǎng)的一個(gè)主要原因。指紋采集頭可以更加小型化，并且價(jià)格會(huì )更加的低廉。

　　指紋識別的缺點(diǎn)

　　某些人或某些群體的指紋因為指紋特征很少，故而很難成像;過(guò)去因為在犯罪紀錄中使用指紋，使得某些人害怕“將指紋紀錄在案”。然而，實(shí)際上現在的指紋鑒別技術(shù)都可以保證不存儲任何含有指紋圖像的數據，而只是存儲從指紋中得到的加密的指紋特征數據。每一次的使用指紋時(shí)都會(huì )在指紋采集頭上留下用戶(hù)的指紋印痕，而這些指紋痕跡存在被用來(lái)復制指紋的可能性?？梢砸?jiàn)到，指紋識別技術(shù)是目前最方便、可靠、非侵害和價(jià)格便宜的生物識別技術(shù)解決方案，對于廣大市場(chǎng)的應用有著(zhù)很大的潛力。

　　指紋識別技術(shù)中的軟件和固件的重要性盡管價(jià)格，尺寸和硬件的設計對于指紋識別系統非常重要，但這只決定了整個(gè)系統是否強健，但固件和軟件的重要性在整個(gè)系統中的地位不低于硬件，尤其是對于想占領(lǐng)市場(chǎng)的產(chǎn)品來(lái)說(shuō)。

　　指紋采集頭中的固件負責處理圖像和與PC機的連接，在大多數的系統中，固件相對顯得非常簡(jiǎn)單，它不停的將數據傳送給計算機，然而這樣做存在著(zhù)很多的問(wèn)題，第一個(gè)主要的問(wèn)題是，這樣傳輸數據很容易被紀錄并且被再次使用，這使的系統受到潛在的危險，另一個(gè)問(wèn)題是我們必需為指紋采集頭供給電源。計算機必須不停的撲捉圖像以決定是否有指紋按壓上去，這樣才能在最恰當的時(shí)候撲捉指紋圖像。通過(guò)設計好的固件來(lái)處理這些問(wèn)題，可以改善了整個(gè)系統的性能;使用USB接口是目前的一個(gè)好的接口方案，能夠提供電源、帶寬和即插即用功能;傳輸到計算機的指紋需要進(jìn)行必要的加密以保證安全;并且，在不讀取指紋的狀態(tài)下，固件應該轉入低功耗狀態(tài)。

　　當主機從計算機中安全的得到指紋圖像后，識別算法就進(jìn)行下一步的驗證過(guò)程。指紋是如此可靠的生物特征，以至于只需很少的信息就可以進(jìn)行比對。而指紋的這一特點(diǎn)卻沒(méi)有在大多數的指紋識別算法中得到體現，大多數的系統都要求用戶(hù)按上所有的手指，用戶(hù)必須很小心的按上手指。如果指紋的位置不對或者指紋質(zhì)量不高都會(huì )使驗證無(wú)法進(jìn)行，用戶(hù)必須再次按壓手指，而這樣的產(chǎn)品無(wú)法在市場(chǎng)中立足。

　　因此，好的系統應該更加易于使用、可靠，用戶(hù)不必擔心指紋的放置位置，算法要支持360度旋轉和殘缺的指紋。用戶(hù)只需輕輕的按上手指而無(wú)須擔心是否位置合適或只按壓了一部份。對于手指的壓感、旋轉、質(zhì)量，以及采集頭的灰塵和薄霧，系統都要能很好地解決。

　　監控和無(wú)監控的操作，一對一比對和一對多比對使用指紋識別技術(shù)首先必須理解監控和無(wú)監控比對之間的區別，在傳統的犯罪指紋庫中，指紋是在監控狀態(tài)下獲得而比對是建立在同指紋庫中的多次比對基礎上。而要將指紋識別算法推向市場(chǎng)，指紋的讀取必須是建立在無(wú)監控的狀態(tài)下的。這樣，只需輕輕的按壓而無(wú)須等待指紋圖像達到最好，另外，在處理電子商務(wù)時(shí)，數據會(huì )跟已經(jīng)登記好的指紋進(jìn)行比對，大多數情況下是一對一的比對而不是一對多的比對。無(wú)監控的取像和一對一的比對算法和一對多的比對算法在系統中都有很好的對策，無(wú)監控模式必須使得比對算法能夠處理差質(zhì)量的指紋并且算法必須比監控狀態(tài)下要可靠。

　　生物識別技術(shù)新時(shí)代

　　安全需求提升帶來(lái)生物識別技術(shù)的加速普及。我們認為安全需求是生物識別技術(shù)市場(chǎng)發(fā)展的核心驅動(dòng)力。1)個(gè)人安全需求層次：生物識別技術(shù)在智能終端市場(chǎng)應用的爆發(fā)。根據我們產(chǎn)業(yè)鏈調研情況推測，繼指紋識別技術(shù)首次在iPhone5S上應用后，9月發(fā)布的三星Note4手機或將搭載虹膜掃描識別功能以提高手機安全性，其它科技廠(chǎng)商也在陸續跟進(jìn)。2)公共安全需要層次：政府主導下大中型應用系統將加速推進(jìn)。隨著(zhù)全球經(jīng)濟發(fā)展和城市化進(jìn)程的推進(jìn)，各國均在加大對暴恐等公共安全監管的投入力度，以美國、歐盟、印度等為代表的全球主要地區政府相繼實(shí)施生物識別技術(shù)相關(guān)大型系統工程，推動(dòng)生物識別技術(shù)在公共安全領(lǐng)域的加速普及。全球生物識別市場(chǎng)未來(lái)五年復合增速達35.2%，市場(chǎng)規模將達到370億美元。

　　根據我們的模型測算，預計以指紋識別、人臉識別、以及虹膜識別“三駕馬車(chē)”為主的生物識別市場(chǎng)規模2018年將達到370.2億美元，2013~2018年復合增長(cháng)率為35.2%。分結構看，指紋識別和虹膜識別的驅動(dòng)力主要來(lái)自智能終端應用市場(chǎng)的爆發(fā)，人臉識別的驅動(dòng)力主要來(lái)自公共安全市場(chǎng)的需求提升。人臉識別和虹膜識別由于基數小爆發(fā)力強，其在整個(gè)生物識別市場(chǎng)的占比，將從2013年的11.4%、5.1%，提高至2018年的22.4%和22.1%。而作為人口大國的中國，在信息安全需求、公共安全需求、生物特征識別標準化推動(dòng)等多重因素的推動(dòng)下，生物識別潛在市場(chǎng)空間正在加速打開(kāi)。

　　結語(yǔ)

　　生物特征識別技術(shù)不僅僅是上文提到的指紋識別、人臉識別技術(shù)，還包括很多其它如靜脈識別、掌紋識別等技術(shù)。但指紋和人臉識別是目前或者未來(lái)應用最廣泛的技術(shù)。特別是人臉識別技術(shù)，如果能夠很好地利用到目前已經(jīng)部署的攝像頭，將能夠很好地預防一些犯罪事件的發(fā)生。當然，個(gè)人隱私問(wèn)題也需要進(jìn)一步探討。值得一提的是，多種生物特征融合的識別技術(shù)也將是未來(lái)的熱門(mén)方向之一。