人工智能助力生物識別精準化

“你是誰(shuí)？”在當今社會(huì )，無(wú)處不在的身份識別場(chǎng)景在無(wú)聲發(fā)問(wèn)。進(jìn)小區門(mén)，要問(wèn)你是業(yè)主本人嗎？進(jìn)家門(mén)，要扭動(dòng)匹配的鑰匙或按下指紋；開(kāi)電腦工作，彈出密碼輸入彈窗。每個(gè)人都是獨立的個(gè)體，我們能否使用唯一特性與外界建立聯(lián)系？唯一意味著(zhù)安全，也意味著(zhù)核實(shí)更方便準確，就像我們的身份證，上面有唯一的數字編碼。

與此同時(shí)，數字化時(shí)代，我們與機器的互動(dòng)，從敲鍵盤(pán)一步跨向手指點(diǎn)擊滑動(dòng)、開(kāi)口對話(huà)、抬起頭、眨眨眼，遠隔千里的人們能便捷地溝通交流、能跨省跨國網(wǎng)上辦事，但客觀(guān)上無(wú)法實(shí)現“親眼所見(jiàn)”，也給建立“信任”關(guān)系帶來(lái)新的挑戰。

人工智能技術(shù)的發(fā)展，針對數字社會(huì )人與人之間、人與機器之間如何建立“信任”關(guān)系，提供了一個(gè)很好的技術(shù)解決手段，即生物識別技術(shù)。你用什么方式證明自己？怎樣才能定義這世界獨一無(wú)二的你？設備的進(jìn)化中，誰(shuí)在保證個(gè)人使用的安全性？無(wú)接觸生活的背后都是技術(shù)在化解復雜，生物識別技術(shù)的研究，正是希望解決這些問(wèn)題。

1.生物識別是數字社會(huì )的重要基礎

無(wú)論處于哪個(gè)社會(huì )經(jīng)濟發(fā)展階段，“人”始終是最重要的核心要素。人類(lèi)作為群居動(dòng)物，在地球上有人類(lèi)的時(shí)刻，“信任”的需求就應運而生，通過(guò)視覺(jué)“親眼所見(jiàn)”、聽(tīng)覺(jué)“親耳所聞”等辨別同伴建立信任關(guān)系，這種最原始的通過(guò)“親眼所見(jiàn)”等手段建立“信任”的方式也將伴隨人類(lèi)一直延續下去。

數字化世界，需要迭代新的信任交互，生物識別技術(shù)是技術(shù)發(fā)展演進(jìn)到一定階段的必然產(chǎn)物，也是一種新型數字身份的基礎設施。它基于個(gè)體生物特征進(jìn)行自動(dòng)識別的一種技術(shù)，結合計算機與光學(xué)、聲學(xué)、生物傳感器和生物統計學(xué)原理等，依靠人體的生理特征或者行為特征來(lái)進(jìn)行身份驗證的識別，是當前人工智能技術(shù)和信息安全技術(shù)在工業(yè)界落地應用最顯著(zhù)的代表性成果之一。

所謂生物特征包括人臉、指紋、聲紋、虹膜、指靜脈、體溫等，行為特征則記錄簽名筆跡、行走步態(tài)、坐姿等。這些生物特征各有特點(diǎn)，比如每個(gè)人的靜脈血管都不是一樣的，血管也足夠多，因此它的信息唯一、豐富，幾乎不能被復制；而一個(gè)人隨著(zhù)年齡增長(cháng)和一些突發(fā)情況，行為特征比如走路姿態(tài)可能會(huì )發(fā)生變化，可以理解為特征信息穩定性不那么強。

唯一的、穩定的生物特征就具備理論上的安全基礎，我們將它們進(jìn)一步結合形成有效技術(shù)手段，同時(shí)采用多種方式來(lái)確保它準確、高效就像使用身份證確認“你就是你”。

作為一種身份認證方式，目前生物識別技術(shù)已經(jīng)在金融、教育、司法、醫療、社會(huì )治理等行業(yè)都有了廣泛應用，它需要滿(mǎn)足不同場(chǎng)景、行業(yè)要求和不斷變化演進(jìn)的業(yè)務(wù)需求。它將迅速成為數字經(jīng)濟社會(huì )的重要信息基礎設施之一。

2.生物識別開(kāi)始出現大規模技術(shù)創(chuàng )新

從技術(shù)上來(lái)說(shuō)，傳統生物識別技術(shù)在魯棒性、準確性以及抗攻擊能力等方面，近年來(lái)都有大幅提升。比如突破2D人臉存在景深數據丟失的局限性，3D人臉識別技術(shù)因其具有更強的描述能力開(kāi)始在高準確性應用中逐漸增多；在3D識別的基礎上人臉活體檢測的新技術(shù)也進(jìn)一步被采用；防止人臉數據庫被盜庫的識別技術(shù)也已被提出；指紋識別則開(kāi)始引入基于手指皮膚顏色和的脈搏心率信號的活體檢驗，用于防止被仿生導電材料做成的假手指攻擊；聲紋識別可結合使用電磁場(chǎng)檢測，來(lái)判斷聲源為真人還是揚聲器等。

另一方面，考慮到應用場(chǎng)景的不同需求：持續認證、移動(dòng)設備上識別、個(gè)人隱私保護等，新型生物識別技術(shù)也是應需而生。比如，浙江大學(xué)網(wǎng)絡(luò )空間安全團隊針對持續認證，開(kāi)發(fā)了“心臟密碼”系統通過(guò)不間斷用生物雷達的無(wú)線(xiàn)信號來(lái)感知心臟運動(dòng)，實(shí)現了易用性高的非接觸式可持續認證；針對移動(dòng)設備上的生物識別，利用設備內置攝像頭捕捉到的眼球運動(dòng)，智能手環(huán)上測量到的心電圖，以及虛擬現實(shí)頭罩測量到的眼電圖和腦電波都相應的實(shí)現了可靠的生物識別；針對生物識別中的個(gè)人隱私保護，采用無(wú)線(xiàn)信號成像來(lái)代替攝像頭，既避免了攝像頭受視角和阻擋等條件的限制，更消除了直接獲取圖像的隱私泄露風(fēng)險。

另外，正如每種生物特征各有特點(diǎn)，在充分考慮各種攻擊場(chǎng)景下，任何單一生物識別技術(shù)往往都呈現出特定的優(yōu)勢和局限。每個(gè)模態(tài)都具有不同的數據安全程度、采集適應場(chǎng)景、隱私敏感度等，因此解決方案并不能通過(guò)單一技術(shù)完全達成。

多模態(tài)多因子生物識別技術(shù)融合因此非常重要。比如夜晚光照不理想，人像識別率低，結合紅外成像和熱成像的跨模態(tài)互補就能增強人像識別的準確度。像是螞蟻金服多模態(tài)融合人臉識別技術(shù)實(shí)現用戶(hù)的精準識別，滿(mǎn)足金融級誤識率（低至千萬(wàn)分之一誤識率）下，大大超出了單模態(tài)人臉識別技術(shù)能達到的性能瓶頸，并提升了人臉識別的安全性。同時(shí)，還充分利用移動(dòng)設備的芯片級安全能力，經(jīng)過(guò)與產(chǎn)業(yè)鏈多方的合作，構造了基于TEE（可信執行環(huán)境）的全鏈路安全協(xié)議，為生物支付提供了強有力的安全保障。此外，通過(guò)風(fēng)險感知模塊檢測黑產(chǎn)攻擊，風(fēng)控引擎自動(dòng)更新風(fēng)險模型，風(fēng)險攔截效率大幅提升，充分保證了交易安全。

未來(lái)生物識別技術(shù)的趨勢便是如此，將會(huì )從傳統的只提取人體生理特征，向人、物理世界、數字世界融合的認證方向發(fā)展。生物識別技術(shù)將在和環(huán)境特征、數字憑證相結合，滿(mǎn)足時(shí)空關(guān)聯(lián)、多模態(tài)多因子融合的基礎上完全實(shí)現可信認證。

3.“生物識別”“多模態(tài)融合”作為主流研究方向形成標準化的應用共識

從實(shí)驗室走向產(chǎn)業(yè)商用，從模型走向安全產(chǎn)品，靠的是持續生物識別技術(shù)迭代和多重技術(shù)算法的保障，尤其引起我們關(guān)注的是“安全和隱私保護”。

基于這一點(diǎn)，去年，浙江大學(xué)和螞蟻金服聯(lián)合成立了數據安全與隱私保護實(shí)驗室，匯集了雙方創(chuàng )新力量和優(yōu)勢資源，產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合推進(jìn)前沿科技研究，提升國內生物識別行業(yè)安全技術(shù)水平。

目前針對人臉數據脫敏、不可逆、可更新、加密等做了大量研究，給生物識別信息保護提供可行的安全技術(shù)解決方案。部分安全技術(shù)已經(jīng)轉化應用到螞蟻金服人臉識別技術(shù)上，支撐大量金融級安全應用。

在生物識別技術(shù)突破最多的是人臉識別，即在圖像特征抽取和人臉比對環(huán)節中取得了很大進(jìn)展。但從實(shí)驗室之外的實(shí)際場(chǎng)景應用模擬發(fā)現，其影響因素很多。從全鏈路的角度來(lái)看，活體檢測、人臉交互、關(guān)鍵點(diǎn)定位、人臉跟蹤等在真實(shí)的場(chǎng)景下，特別是不同的手機、環(huán)境、用戶(hù)背景等條件下，想做到非常好并且穩定的用戶(hù)體驗是很難的。我們對此進(jìn)行了很多特殊的優(yōu)化，如使算法在不同的手機上達到比較一致的運算速度、響應時(shí)間，通過(guò)文案設計提高用戶(hù)對刷臉的感知和理解，適應用戶(hù)背景（如光線(xiàn)、角度等），分析基于其他傳感器數據的反饋等。同時(shí)企業(yè)根據自身業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，向學(xué)術(shù)界持續反饋新的需求，也反過(guò)來(lái)促進(jìn)了聯(lián)合實(shí)驗室在新技術(shù)前沿開(kāi)拓的方向感和緊迫感，產(chǎn)學(xué)研聯(lián)動(dòng)形成良性閉環(huán)發(fā)展。

基于我們共同進(jìn)行的大量研究、實(shí)踐積累，近期企業(yè)已在IEEE成立“移動(dòng)設備生物特征識別”標準工作組，并立項“生物特征識別多模態(tài)融合”IEEE國際標準。這也是中國企業(yè)首次在國際標準中，提出移動(dòng)設備多模態(tài)融合技術(shù)的實(shí)現框架、功能要求、性能要求、安全要求等。這意味著(zhù)，“生物識別”、“多模態(tài)融合”作為主流研究方向將形成標準化的應用共識。這也是一項技術(shù)脫離實(shí)驗室踏上商用之路的重要一步，有利于推動(dòng)行業(yè)平均技術(shù)發(fā)展水平。而國際標準是國際規則和共識重要通用載體，對整個(gè)行業(yè)良性發(fā)展至關(guān)重要，也是具備技術(shù)實(shí)力的中國企業(yè)必須具備發(fā)言權之處。毫無(wú)疑問(wèn)，高校和企業(yè)在生物識別這類(lèi)國際前沿技術(shù)及標準上的探索，是中國科技布局眼光、研究能力、科學(xué)嚴謹性的綜合體現。它同樣預示著(zhù)，中國企業(yè)在人工智能技術(shù)領(lǐng)域的國際競爭進(jìn)入新階段——從產(chǎn)品出海到技術(shù)走出去，如今又向輸出全球標準邁進(jìn)。