工程師：Face ID 對比虹膜識別更容易使用

　　毫無(wú)疑問(wèn)，提及目前世界上最先進(jìn)的高端手機之爭，無(wú)疑就是就是蘋(píng)果與三星了，這兩家公司的產(chǎn)品都有著(zhù)自己的鮮明特點(diǎn)，也因此受到了自己粉絲們的支持與喜愛(ài)。而在最近蘋(píng)果發(fā)布的產(chǎn)品中，最受外界關(guān)注的，無(wú)疑就是十周年的旗艦機 iPhone X，除了破天荒的使用了異形全面屏外，蘋(píng)果還十分有魄力的將 iPhone 最近幾年使用成熟的 Touch ID 替換成 Face ID，這樣的做法自然引起了不少人的爭議。

　　我們知道 Face ID 的面部識別并不是十分新穎的科技，三星在之前的產(chǎn)品也有配備過(guò)，只是效果一直不怎么理想，安全性能也未得到外界的贊同。為此三星選擇了一臺設備多種生物識別技術(shù)的方案，除了有面部識別之外，還配備了指紋與虹膜識別供用戶(hù)選擇。

　　在蘋(píng)果的 Face ID 推出之后，三星與蘋(píng)果的粉絲就一直在爭論，到底是蘋(píng)果全新研發(fā)的面部識別更安全，還是三星的虹膜識別方案更佳?最近國外一位喜歡研究各種電子設備的電氣工程師就對此發(fā)表了自己的看法，看下他分析的結果是怎么樣的。

　　使用臉部作為密碼只是讓人有點(diǎn)小興奮

　　在 9 月 2017 日的蘋(píng)果發(fā)布會(huì )上，iPhone X 被曝光?？梢钥闯?，蘋(píng)果在其“十周年紀念”旗艦上全力以赴，而其中一個(gè)新功能就是 Face ID。

　　用你的臉解鎖手機并不是什么新鮮事。Android 已經(jīng)使用有一段時(shí)間了，之后三星在 Galaxy Note 7 上使用了一個(gè)特殊的虹膜掃描儀。但蘋(píng)果的做法與以往不同，這是慣常的做法。蘋(píng)果沒(méi)有使用一種單一模式來(lái)創(chuàng )建解鎖令牌，而是使用了你的臉型。而且它還有一些非常專(zhuān)業(yè)的硬件可以協(xié)助它做到這一點(diǎn)。

　　我還沒(méi)有使用過(guò) iPhone X，但這是一個(gè)我有豐富經(jīng)驗的領(lǐng)域。對空間圖形的調制獲取，然后將獲得的數據轉換成某種軟件可以作為唯一標識符的東西已經(jīng)存在一段時(shí)間了，現在你的房子里的產(chǎn)品不少都是用這個(gè)技術(shù)來(lái)制造、包裝或質(zhì)量檢查的。我參與了一些系統的設計和部署，這些系統使用深度圖像采集來(lái)對產(chǎn)品(蘋(píng)果、桃子、李子等)進(jìn)行分類(lèi)，區分形狀和大小，并據此來(lái)理解人臉識別技術(shù)是如何工作的。

　　讓我們來(lái)比較一下。

　　安卓的面部識別

　　2012 年，“面部識別”首次亮相 Galaxy Nexus。

　　自 4.0 版以來(lái)，用臉解鎖手機一直是 Android 系統的一部分。這是我們比較的三件事中最不復雜和最不安全的。

　　使用前置攝像頭，你的 Android 手機可以抓取一張你的臉，然后谷歌的人臉識別軟件就會(huì )對它進(jìn)行處理，以建立一組基于圖像的數據。當你拿著(zhù)手機貼近你的臉去解鎖時(shí)，識別系統會(huì )收集、處理和比較存儲的數據。如果軟件能匹配這兩種軟件，就會(huì )將一個(gè)令牌傳遞給系統，這樣你的手機就會(huì )解鎖。

　　在那時(shí)候，安卓各大手機廠(chǎng)商開(kāi)始跟風(fēng)推出“面部識別”，而三星在最新款手機上的表現則要好得多。

　　這些數據不會(huì )被發(fā)送到任何地方，而是通過(guò)手機本身收集和處理。它被安全地存儲并加密，沒(méi)有其他進(jìn)程能夠讀取原始數據。安卓手機的解鎖功能也不需要任何特殊的燈光、傳感器或攝像頭——它使用的是你用來(lái)自拍的前置攝像頭。

　　三星改進(jìn)了 Galaxy S8 和 Note 8 手機的體驗，在屏幕被觸碰后就開(kāi)始掃描，而且由于攝像頭和 CPU 的性能更好，處理速度更快、更準確。Galaxy S8 的臉部解鎖速度很快，而且一旦用戶(hù)在使用手機進(jìn)行面部解鎖的時(shí)候握穩手機，它的效果通常都會(huì )很好。

　　面部解鎖最大的問(wèn)題是它不安全。沒(méi)有一家安卓廠(chǎng)商會(huì )宣傳這項功能是非常安全的，即便是谷歌或三星。這是一個(gè)方便的功能，用來(lái)展示(并優(yōu)化)谷歌的面部識別算法，一張臉部的打印照片都可能會(huì )擊敗安卓陣營(yíng)的面部識別。

　　值得慶幸的是，三星還提供了另一種識別人臉的方式。

　　三星的虹膜掃描

　　三星首次將虹膜掃描技術(shù)引入是在 Galaxy Note 7。它是讓電腦掃描用戶(hù)的眼球來(lái)驗證身份，這是我們在電影經(jīng)常中看到的東西，它被用于在真實(shí)的政府設施中保障安全出入。三星在其虹膜掃描系統中也采用了同樣的理念，只是縮小了范圍，這樣它就能更快地工作，并能利用智能手機有限的資源。這對你的手機來(lái)說(shuō)已經(jīng)足夠安全了，即使不是 100% 的萬(wàn)無(wú)一失。

　　每只眼睛都有不同的虹膜圖案結構，即使是同一個(gè)人的右眼和左眼都有很大的不同。

　　虹膜圖案實(shí)際上比指紋更獨特和清晰。因為每一只眼睛都是獨一無(wú)二的，所以三星可以用你的眼睛來(lái)識別你，并把它當作你的身份憑證。這些憑證可以用于任何指紋，甚至密碼都可以。用戶(hù)只需要拿著(zhù)手機對準相關(guān)位置，這樣特殊的攝像頭就能看到你的眼睛，你的手機也能解鎖。

　　為了做到這一點(diǎn)，三星在手機上使用了專(zhuān)門(mén)的硬件。二極管發(fā)出近紅外光，照亮你的眼睛。這是一種人類(lèi)無(wú)法看到的光的波長(cháng)，但它是相當強烈和“明亮”的。使用近紅外光有兩個(gè)原因：你的瞳孔不會(huì )收縮，你的視覺(jué)也不會(huì )改變，而且它能比我們所看到的其他波長(cháng)更好地照亮任何有顏色圖案的物體。

　　如果你仔細觀(guān)察你的虹膜，你會(huì )發(fā)現有幾百種不同的顏色，不同的圖案。在近紅外線(xiàn)下，有成千上萬(wàn)種顏色，它們之間的對比非常好。這會(huì )更好地抓取你的虹膜圖像，因為即使你沒(méi)有看到任何這樣的圖像，你的手機也可以用它來(lái)建立一個(gè)數據集。

　　三星使用近紅外光和一個(gè)特殊攝像頭來(lái)收集和處理你眼睛的數據。

　　一旦虹膜被照亮，一架經(jīng)過(guò)特殊調諧的窄焦鏡頭就能捕捉到一張圖像。你的 Galaxy S8 上的普通前置攝像頭可以在紅外照明下注冊顏色信息，但是一般的相機，無(wú)法識別虹膜，這就是為什么需要第二個(gè)攝像頭的原因。

　　設備分析了這張圖片后，會(huì )在你的手機上建立了一組清晰的數據。所有的數據處理、分析和存儲都是在本地完成的，而且是經(jīng)過(guò)加密的，因此只有識別用戶(hù)本人的虹膜才有機會(huì )訪(fǎng)問(wèn)它。這些數據被用來(lái)創(chuàng )建一個(gè)令牌，如果虹膜掃描的過(guò)程提供了正確的標記——安全檢查通過(guò)——就是檢測用戶(hù)注冊的的虹膜信息，接下來(lái)任何需要身份的軟件就都可以繼續進(jìn)行操作。

　　當然，三星也會(huì )使用普通的前置攝像頭收集用戶(hù)的面部數據。最可能的是，面部數據被用來(lái)幫助構建用戶(hù)的臉部位置，這樣虹膜掃描儀就有了清晰的視野。

　　你的眼睛需要在正確的位置設置和使用虹膜掃描儀。

　　這其中存在一些固有的缺陷。因為用戶(hù)使用虹膜掃描來(lái)解鎖手機往往希望非?？斓乃俣?，而不是等眼睛里收集的數據完全匹配無(wú)誤。三星必須在安全性和便利性之間找到正確的平衡點(diǎn)，因為沒(méi)有人愿意為每一次掃描等待5到10秒，因此虹膜識別可能會(huì )被彩色高分辨率激光打印照片和普通隱形眼鏡模擬而誤導。但是老實(shí)說(shuō)，基本上沒(méi)有人會(huì )有一張你的眼睛的照片，清晰到足以解鎖你的 Galaxy S8 或 Note 8。如果他們能做到獲取照片，那這種情況下手機安全或許不會(huì )是你面對最大的問(wèn)題。

　　只要你的眼睛處于“最佳位置”，三星的虹膜掃描就能很好地工作。

　　更大的問(wèn)題是準確性。你的虹膜需要經(jīng)過(guò)分析才能通過(guò)軟件檢查，因為相機捕捉到的圖像是非常有限的，所以你的眼睛需要有一個(gè)“最佳平衡點(diǎn)”。你需要在那個(gè)點(diǎn)度過(guò)足夠長(cháng)的時(shí)間來(lái)通過(guò)驗證。如果沒(méi)有收集到足夠的數據來(lái)阻止別人隨意破解進(jìn)入你的手機，這個(gè)系統就沒(méi)有用處了，所以這就是它的工作原理。

　　這是一個(gè)很好的系統，就生物識別安全而言。而對很多使用者來(lái)說(shuō)，這會(huì )有效的增加他們的設備安全。只有你的眼睛數據才能讓其工作，而且速度相當快。你只需要學(xué)會(huì )正確地使用它——是的，通常這項功能不起作用，是由于很多時(shí)候你的眼睛睜得太大不自然導致的。

　　蘋(píng)果的人臉識別系統

　　蘋(píng)果在手機上的生物識別安全問(wèn)題研究上已經(jīng)進(jìn)入了新的領(lǐng)域。從發(fā)布會(huì )上蘋(píng)果對其的說(shuō)明就可以看到，要實(shí)現 Face ID 需要專(zhuān)門(mén)的環(huán)境及臉部感應器以及各種投影掃描模塊、并配備特殊的深度感應鏡頭，以及一個(gè)非常昂貴的圖像處理計算芯片，以便收集足夠的臉部形狀數據，獲得每個(gè)用戶(hù)獨特的臉部識別?，F在，蘋(píng)果的新一代 A11 芯片和搭配的神經(jīng)引擎來(lái)處理這些數據。

　　面部識別系統會(huì )投射出強烈的紅外線(xiàn)來(lái)照亮你的臉。就像三星的虹膜掃描儀所使用的光一樣，它是一個(gè)人眼無(wú)法看到的波長(cháng)，但它非常“亮”。這就像一盞大燈——在一個(gè)寬闊的區域，會(huì )有等量的光照射到你的臉上，并且會(huì )在你的頭部邊緣迅速消失。

　　蘋(píng)果正在嘗試一種與傳統人臉識別完全不同的東西，以及它是如何收集臉部信息的。

　　當用戶(hù)的臉被照亮的時(shí)候，一個(gè)由紅外 LED 激光器組成的矩陣會(huì )投射到你的臉上。這些 LED 燈使用的是紅外線(xiàn)的波長(cháng)，與用于照明的光線(xiàn)形成對比。成千上萬(wàn)的光點(diǎn)會(huì )覆蓋你的臉。當你移動(dòng)的時(shí)候(我們永遠不能完全靜止)，光點(diǎn)就會(huì )反映出這些變化。

　　當你的臉被紅外線(xiàn)燈照亮，并投射出一個(gè)光矩陣，深度感應相機就會(huì )自動(dòng)收集相關(guān)圖像數據。每一處的光點(diǎn)都被標記出來(lái)，當你移動(dòng)的時(shí)候，這些變化也會(huì )被系統記錄下來(lái)。這就是所謂的深度圖像采集，利用調制的模式投影。這是一種收集數據的好方法，可以在任何類(lèi)型的光照條件下，甚至在物體運動(dòng)時(shí)顯示形狀變化、識別邊緣檢測和深度。通過(guò)收集大量的數據，就可以獲得用于 3D 面部重建的各種形狀。

　　然后，數據被傳遞到蘋(píng)果的 A11 仿生神經(jīng)引擎上。它是一個(gè)獨立的子系統，有自己的處理器，可以實(shí)時(shí)分析數據，甚至可在收集數據同時(shí)進(jìn)行同步分析。這些數據被用來(lái)重塑用戶(hù)的臉，就像動(dòng)態(tài)模擬表情 Animoji 演示的那樣，使用面部識別傳感器來(lái)檢測用戶(hù)面部表情變化，同時(shí)用麥克風(fēng)記錄您的聲音，并最終生成可愛(ài)的 3D 動(dòng)畫(huà)表情符號。當你的臉移動(dòng)時(shí)，動(dòng)畫(huà)表情也會(huì )跟著(zhù)移動(dòng)。這是一款近乎完美的模仿產(chǎn)品，蘋(píng)果也據此在 iOS 11 中推出了新的 iMessage 動(dòng)畫(huà)表情符號，表現出色。

　　Face ID 使用的技術(shù)與 Android 手機上的 Tango 技術(shù)類(lèi)似。

　　為了進(jìn)行身份驗證，數據集還用于計算一個(gè)惟一標識符。就像三星的虹膜掃描儀一樣，Face ID 安全地存儲了這些數據，并可以將其與特殊攝像頭所收集的相比較，如果數據集與攝像頭看到的內容相匹配，那么設備就會(huì )通過(guò)安全檢查，而驗證“你真的是你”的標記會(huì )被發(fā)送給任何需要它的進(jìn)程。

　　盡管蘋(píng)果也做出了一些讓步，以確保 Face ID 的快速和便捷，但從用戶(hù)的角度來(lái)看，它也有一些明顯的優(yōu)勢。Face ID 實(shí)際上更安全，它可以收集移動(dòng)數據(意味更多的數據被分析)。因為是與整個(gè)臉部進(jìn)行匹配，所以相機可以使用更廣闊的視野，沒(méi)有“最佳平衡點(diǎn)”的要求。投射在你臉上的矩陣只會(huì )集中采集人臉部區域的數據，TrueDepth 深度感應相機和后臺系統會(huì )驗證是否正確。

　　Face ID 比虹膜掃描更有價(jià)值的一點(diǎn)在于，你的面部表情數據可以用于其他用途。使用蘋(píng)果的 TrueDepth 深感攝像機系統。我們可以看到蘋(píng)果已經(jīng)開(kāi)發(fā)出不少有趣的東西，包括自拍的新肖像模式、動(dòng)畫(huà)表情符號和 Snapchat 面罩。蘋(píng)果已經(jīng)建立了仿生神經(jīng)引擎，它可以與第三方軟件共享簡(jiǎn)單的形狀數據，同時(shí)又不暴露用于構建安全標識令牌的數據。

　　哪一個(gè)功能更好?

　　在我們嘗試之前，我們不能輕易就下達結論。

　　更好的說(shuō)法是主觀(guān)的，尤其是在現實(shí)世界中，我們還沒(méi)有使用過(guò) Face ID 或 iPhone X。在身份驗證方面，用戶(hù)看重的是這個(gè)過(guò)程要準確和迅速。三星的虹膜掃描儀在用戶(hù)點(diǎn)亮手機的時(shí)候，對準相應的位置就可以解鎖設備。但從文字說(shuō)明介紹中，Face ID 似乎更容易使用，因為它不需要鎖定任何特定的位置才能工作。但對于大多人數來(lái)說(shuō)，或許這兩種情況都不太好，人們更希望使用指紋傳感器，而 Galaxy S8 和 Note 8 都有指紋傳感器。

　　無(wú)論你喜歡哪個(gè)，毫無(wú)疑問(wèn)，蘋(píng)果在這面部識別方面已經(jīng)超越了別的競爭對手。搭配的一系列硬件協(xié)同工作可以建立和收集面部形狀和特征的數據，再結合自己的處理系統來(lái)分析處理它，而且構建的是 3D 成像的面部識別。我很高興看到這一水平的技術(shù)出現在移動(dòng)設備上，并且迫不及待地想看看這款具有未來(lái)意味的產(chǎn)品 iPhone X 在實(shí)際情況當中表現得如何。