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時(shí)間：2023-12-24 16:28:43
序論：速發(fā)表網(wǎng)結(jié)合其深厚的文秘經(jīng)驗(yàn)，特別為您篩選了11篇指紋生物識別技術(shù)范文。如果您需要更多原創(chuàng)資料，歡迎隨時(shí)與我們的客服老師聯(lián)系，希望您能從中汲取靈感和知識！
“指紋”指手指表面由交替的“脊”和“谷”組成的平滑紋理模式，這些皮膚的紋路在圖案、斷點(diǎn)和交叉點(diǎn)上各不相同，是唯一的。依靠這種唯一性，可以把一個(gè)人與他的指紋對應(yīng)起來，通過和預(yù)先保存的指紋比較，就可以驗(yàn)證身份。
iPhone 5s是首款配置指紋識別技術(shù)的蘋果手機(jī)。這款手機(jī)的誕生，意味著用戶從此無須再靠輸入密碼進(jìn)行手機(jī)解鎖，只需把手指放在Home鍵上幾秒即可完成。這項(xiàng)技術(shù)看起來頗為先進(jìn)，但蘋果公司如何處理用戶上傳的指紋信息，卻引發(fā)了許多人的擔(dān)憂。
蘋果公司發(fā)言人稱，iPhone 5s設(shè)備的指紋識別功能不會在手機(jī)上存儲用戶的實(shí)際指紋信息，指紋掃描系統(tǒng)只存儲“指紋數(shù)據(jù)”，且處理器會對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行加密。
但這并不足以平息用戶的擔(dān)憂。美國參議員艾爾·弗蘭肯已經(jīng)致信蘋果首席執(zhí)行官蒂姆·庫克，希望就指紋識別技術(shù)的安全問題得到答案。因?yàn)橐坏┠愕闹讣y被黑客盜取，黑客可以“冒充你的一生”。
據(jù)國外媒體報(bào)道，來自德國的黑客組織混亂電腦俱樂部近日稱他們已成功“利用簡單的日常方法”繞過了蘋果的指紋識別系統(tǒng)，并演示了如何從玻璃杯上獲取某人指紋后成功解鎖他的iPhone 5s。
不過對于這種“破解”，瑞星專家唐威說“這種測試屬于極端情況下的演示，相比之下，我更關(guān)注的是這種指紋識別技術(shù)在保護(hù)指紋信息安全、保護(hù)手機(jī)信息安全、保護(hù)用戶隱性信息方面的防范。”
出于簡化識別環(huán)節(jié)、方便快捷驗(yàn)證信息的目的，開發(fā)者們想出了各種方式來設(shè)置密碼鎖：如通過Open ID一鍵登錄社交網(wǎng)絡(luò)及其熱門應(yīng)用，再如利用多點(diǎn)觸控在屏幕上設(shè)置簡單的圖像軌跡，給智能設(shè)備上鎖。
“但那些很容易被黑客識破，在移動互聯(lián)時(shí)代，一觸發(fā)便殃及魚池。”隨手記創(chuàng)始人谷風(fēng)表示，數(shù)位密碼與圖像密碼都是靜態(tài)數(shù)據(jù)，在計(jì)算機(jī)內(nèi)存與網(wǎng)絡(luò)傳輸中，極易遭到黑客破解。唯有降低靜態(tài)數(shù)據(jù)的精準(zhǔn)度、提高動態(tài)數(shù)據(jù)的復(fù)雜度，來增加攻擊者的成本。
那么iPhoen 5s中的指紋識別技術(shù)是否能提高數(shù)據(jù)的安全性？“相對提高了，但并非絕對?！惫蕊L(fēng)認(rèn)為，由于指紋識別技術(shù)屬于生物識別技術(shù)的一種，但生物識別具有不可修改性，一旦生物信息遭竊，即使運(yùn)營者知道此事，也束手無策。
關(guān)于這一點(diǎn)，HID（中國區(qū)）渠道總監(jiān)李楨也有同樣感觸。在安防領(lǐng)域，生物識別技術(shù)應(yīng)用非常普遍，如虹膜識別、靜脈識別、動脈識別、人臉識別、聲紋識別，但也不能保證每個(gè)人的信息都能通過驗(yàn)證?！吧镒R別的不通過率在2‰至0.5 ‰之間?！?/p>
李楨舉例，如指紋識別通過光學(xué)指紋機(jī)設(shè)備采集數(shù)百個(gè)校對點(diǎn)，校對點(diǎn)對指紋識別的精確度起決定性作用?！叭绻c(diǎn)過少，那么信息識別通過率就高，安全系數(shù)就低。如果校對點(diǎn)過高，通過率就低、安全系數(shù)就高。此外，也存在著驗(yàn)證者自身無法通過的情況?！崩顦E指出，每個(gè)人的指紋、面部紋路都存在唯一性，但人體表面組織會隨著歲月的流逝或意外事故的發(fā)生而有所改變，如果指紋機(jī)不能精確識別這些變化，那么指紋密碼也就無從談起。
雖然iPhone 5s的指紋識別功能受到質(zhì)疑，但指紋識別功能仍然具備諸多吸引力。與傳統(tǒng)四位數(shù)字解鎖碼相比，指紋識別技術(shù)具有免記憶性、身份識別主體（指紋）與個(gè)體具有不可分離性、盜取難度復(fù)雜性、使用便捷性等優(yōu)勢。
這些優(yōu)勢讓人們看到了智能手機(jī)發(fā)展趨勢。外界猜測，iPhone 5s的這一做法將被手機(jī)制造商們效仿，指紋識別或?qū)⒊蔀槲磥砀鞔笫謾C(jī)廠商爭奪的焦點(diǎn)之一。
從目前來看，其他智能手機(jī)巨頭也在指紋識別上有所動作。日前有媒體曝出在工信部電信設(shè)備認(rèn)證中心官網(wǎng)上看到了HTC One Max的身影，可能將在不久后登陸中國市場。據(jù)報(bào)道，HTC One Max在背部面板上增加了一塊指紋識別區(qū)域，這與之前的蘋果iPhone 5s類似。而另一手機(jī)巨頭三星在9月的Note 3，盡管沒有如外界預(yù)料的用上指紋技術(shù)，但不排除它還在進(jìn)行研發(fā)測試，在將來更成熟時(shí)用于新的機(jī)型。另據(jù)外媒日前報(bào)道，擁有指紋識別技術(shù)的Android設(shè)備將在2014年上市。
事實(shí)上，指紋識別這一功能并非蘋果首創(chuàng)。許多筆記本、外部硬盤和電子錢包都已經(jīng)在使用指紋識別器。在智能手機(jī)方面，早在2011年，摩托羅拉推出的智能手機(jī)Atrix 4G就已經(jīng)支持指紋識別。但因指紋識別并非Atrix 4G的核心功能和賣點(diǎn)，也沒有為大眾熟知。再早一點(diǎn)的功能機(jī)時(shí)代，許多手機(jī)都已支持指紋識別，但并沒有流行開來，用戶的使用率也不高?？梢哉f在蘋果宣布iPhone 5s置入指紋識別功能之前，沒有一家手機(jī)廠商帶有該識別器的產(chǎn)品獲得成功。
上世紀(jì)90年代，指紋識別技術(shù)就在國內(nèi)興起，當(dāng)時(shí)應(yīng)用僅限于刑偵領(lǐng)域，它可以提高公安機(jī)關(guān)破案率，同時(shí)節(jié)省了很多成本。但指紋識別技術(shù)在刑偵中屬于“不知主體”的使用，“比對”需要通過大型機(jī)處理，價(jià)格和時(shí)間成本都比較大。所以指紋識別常常只作為刑偵的輔助手段，應(yīng)用不夠廣泛，市場份額極為有限。
中圖分類號：TP391.41 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1007-9599 （2013） 09-0000-02
1 前言
生物識別技術(shù)主要是指在進(jìn)行身份驗(yàn)證時(shí)采用人的生物特征（諸如指紋、虹膜、聲音、面孔、手形）來進(jìn)行驗(yàn)證。這是因?yàn)槌Ｒ姷蔫€匙、智能卡、口令等存在著被盜用、復(fù)制、遺忘、丟失等危險(xiǎn)，而人的生物特征是無法被遺忘、失竊和復(fù)制的，因此，身份識別和信息安全的未來發(fā)展趨勢就是采用生物識別技術(shù)。
這種技術(shù)由于要采用采集設(shè)備將人的生物特征轉(zhuǎn)化為圖像，再進(jìn)行識別，所以又稱之為生物圖像識別技術(shù)。20世紀(jì)60年代，這種自動指紋識別技術(shù)開始興起，這種識別方法是利用計(jì)算機(jī)來代替指紋進(jìn)行識別。不過隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，指紋采集儀變得廉價(jià)，同時(shí)高可靠算法也逐漸實(shí)現(xiàn)，人們在工作和生活中能逐漸看到這種自動指紋識別技術(shù)的使用，國內(nèi)外的商業(yè)和學(xué)術(shù)界也開始對這種技術(shù)進(jìn)行深入的研究。自動指紋識別相比于其他生物特征的識別如虹膜識別及語音識別有其特別的優(yōu)點(diǎn)，它被認(rèn)為是未來生物特征識別技術(shù)的主要發(fā)展趨勢，被稱為是一種理想的身份識別技術(shù)，具有廣泛的應(yīng)用前景，這一切得益于它很高的可行性和實(shí)用性。本文就自動指紋識別技術(shù)的發(fā)展與應(yīng)用進(jìn)行探討。
2 自動指紋識別技術(shù)研究現(xiàn)狀
這幾年來，微型計(jì)算機(jī)技術(shù)和光電技術(shù)發(fā)展迅猛，這樣使得指紋圖像的采集及處理成為可能，而且為自動指紋識別技術(shù)的發(fā)展打下了深厚的基礎(chǔ)。自動指紋識別技術(shù)主要分為采集和識別兩種技術(shù)。
目前大多數(shù)自動指紋識別系統(tǒng)使用的采集設(shè)備是光電式的。慢慢的電感和電容式的采集設(shè)備開始出現(xiàn)，這些設(shè)備的出現(xiàn)進(jìn)一步提高了指紋識別的質(zhì)量，不過穩(wěn)定性和耐磨性等還有很多問題。
現(xiàn)在指紋采集技術(shù)需主要處理的問題是對于磨損嚴(yán)重的指紋或臟、濕、干的指頭都能正確、可靠地采集而且要減少采集時(shí)候的變形。許多國家有專門的機(jī)構(gòu)或公司進(jìn)行自動指紋識別技術(shù)方面的研究，其中憑借強(qiáng)大的經(jīng)濟(jì)實(shí)力和經(jīng)歷力量，歐美國家在該領(lǐng)域的研究處于領(lǐng)先位置。
已經(jīng)有成型產(chǎn)品面市的公司是法國的Segam公司、美國的Secugen公司、Identicator公司，而得到較為廣泛應(yīng)用的是Identicator公司的ID Safe生物識別技術(shù)，其中大概有5000多萬人登記使用這種系統(tǒng)，它也被應(yīng)用于全球的上百萬臺的計(jì)算機(jī)。在亞洲，朝鮮這一領(lǐng)域研究水平最高，在1989年，其在中國成立Pefis公司，它的指紋產(chǎn)品在國際上有一定影響力。臺灣的Startek公司在指紋識別技術(shù)方面的研究水平也可達(dá)到世界先進(jìn)水平。國內(nèi)的中國科學(xué)院自動化所、清華大學(xué)、吉林大學(xué)、國防科技大學(xué)等科研機(jī)構(gòu)和高校也較早的著手這一方面的研究工作。從上世紀(jì)九十年代初開始，我國的一些機(jī)構(gòu)如西安青松集團(tuán)、長春鴻達(dá)集團(tuán)、北大方正集團(tuán)等分別以機(jī)構(gòu)所在地的高等院校作為技術(shù)支撐，逐漸開始在這一領(lǐng)域的研究。其中中國科學(xué)院光機(jī)所在指紋采集技術(shù)方面有較為深入的研究，其研究的光電式活體指紋采集儀可以批量生產(chǎn)。
3 自動指紋識別技術(shù)的特點(diǎn)
應(yīng)用系統(tǒng)利用指紋識別技術(shù)可分為驗(yàn)證（Verification）和辨識（Identification）兩類。辨識是將現(xiàn)場采集到的指紋和數(shù)據(jù)庫中的指紋一一比對，再從其中找到和現(xiàn)場相吻合的指紋；驗(yàn)證是將現(xiàn)場采集到的指紋和已經(jīng)登記的指紋進(jìn)行對比，從而驗(yàn)證身份的過程。
驗(yàn)證就是將提取的指紋存在數(shù)據(jù)庫里。一般數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)要保障其一致性和安全性，而指紋識別系統(tǒng)為滿足高速查詢比對的需求，在保障一般數(shù)據(jù)性能的基礎(chǔ)上，還可以進(jìn)一步以高的速度讀取。由于大型指紋識別系統(tǒng)的數(shù)據(jù)庫非常大，因此為了減少檢索的時(shí)間，一般采用指紋分類和分布式數(shù)據(jù)庫技術(shù)。要建立指紋數(shù)據(jù)庫，一般情況下對同一個(gè)指紋要采集3-5個(gè)樣本，同時(shí)要分別對樣本進(jìn)行特征抽取和預(yù)處理，再從全部的樣本圖像中找出權(quán)值大于給定閥值的點(diǎn)，最后以這些找出的特征點(diǎn)作為模板來建立指紋數(shù)據(jù)庫樣本。
指紋識別系統(tǒng)的核心步驟是指紋匹配，它也是一個(gè)重要的研究課題，Andrew K，Hrechak等人用結(jié)構(gòu)匹配來做指紋識別，D.K.Isenor等人又提出用圖匹配來對兩幅指紋圖象進(jìn)行匹配的想法。
美國聯(lián)邦調(diào)查局提出的以細(xì)節(jié)點(diǎn)坐標(biāo)模型進(jìn)行細(xì)節(jié)匹配是目前最常用的方法，它主要是通過脊線分支點(diǎn)和脊線末梢兩種關(guān)鍵點(diǎn)來進(jìn)行指紋鑒定。利用細(xì)節(jié)點(diǎn)表示成點(diǎn)模式，那么自動指紋認(rèn)證的問題將轉(zhuǎn)化成點(diǎn)模式匹配的問題。
在模式識別中比較有名的難題是點(diǎn)模式問題，對于一般的點(diǎn)模式問題，許多人提出過算法，如Xudong Jiang等人的基于局部和全局結(jié)構(gòu)的匹配算法，Shih-hsu Cheng等人的基于二維聚類的快速算法，Sanjay Ranade等人的松弛算法，Zsolt Miklos等人的三角匹配的算法。針對指紋匹配中的點(diǎn)模式匹配問題，Anil Jain等人提出了一種算法，就是通過將直角坐標(biāo)系中的細(xì)節(jié)點(diǎn)轉(zhuǎn)換到極坐標(biāo)系中，再串匹配算法來進(jìn)行點(diǎn)匹配。識別率是指紋識別系統(tǒng)特定應(yīng)用的重要衡量標(biāo)志，其主要是由拒判率FRR和誤判率FAR兩部分組成。
FAR和FRR這兩個(gè)值的調(diào)整能夠通過它們不同的用途來進(jìn)行，通過大量的資料表明，F(xiàn)AR和FRR兩個(gè)值之間的關(guān)系是反比關(guān)系。而如果FRR和FAR間取得很好的平衡，我們說這是一個(gè)良好的系統(tǒng)。對于一個(gè)實(shí)用的系統(tǒng)，為了進(jìn)行任務(wù)的調(diào)度，其要具備完善的管理功能，來協(xié)調(diào)各個(gè)模塊之間的工作，同時(shí)要處理有可能發(fā)生的故障。
4 自動指紋識別技術(shù)的發(fā)展方向
4.1 非接觸式真皮層指紋采集
根據(jù)生理學(xué)的研究結(jié)果，在真皮層上指紋的結(jié)構(gòu)有穩(wěn)定及完美的表現(xiàn)。如果想在指紋采集技術(shù)方面有所突破，在臟、濕、干和磨損嚴(yán)重的指紋的情況下能完整、清晰、準(zhǔn)確地進(jìn)行指紋采集，必須要實(shí)現(xiàn)在真皮層采集指紋結(jié)構(gòu)。這樣也可以更好的解決指紋錄入時(shí)產(chǎn)生的變形問題。
4.2 多種生物識別技術(shù)的融合
各種生物識別技術(shù)都具有其自身的特點(diǎn)和優(yōu)勢，而指紋識別技術(shù)只是生物識別技術(shù)的一種。自動指紋識別技術(shù)的發(fā)展的一個(gè)方向是利用生物識別技術(shù)的特點(diǎn)將指紋和其他生物識別技術(shù)相結(jié)合，實(shí)現(xiàn)互補(bǔ)。如把指紋識別技術(shù)和臉形結(jié)合，將臉形識別結(jié)果作為一種檢索，從而實(shí)現(xiàn)辨識模式下的指紋識別，這樣識別的速度將得到顯著的提高。
參考文獻(xiàn)：
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中圖分類號：TP211 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1009-914X（2014）20-0343-01
隨著網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的推廣應(yīng)用以及網(wǎng)絡(luò)資源開放化對于實(shí)際生活的作用影響，人們一邊享受網(wǎng)絡(luò)資源開放帶來的便利和優(yōu)勢的同時(shí)，對于保障信息安全性的意識也逐漸提高。身份認(rèn)證就是一種進(jìn)行個(gè)人信息安全性保障的有效方式，但是，隨著信息技術(shù)的發(fā)展以及計(jì)算機(jī)信息入侵破壞技術(shù)的提升，傳統(tǒng)的個(gè)人身份認(rèn)證方式在進(jìn)行個(gè)人信息的安全性保障中，已經(jīng)存在著很大的安全風(fēng)險(xiǎn)與漏洞。在這種情況下，生物識別技術(shù)的突出，為網(wǎng)絡(luò)個(gè)人信息的安全保障提供更加絕對可靠的安全保護(hù)屏障。
一、生物特征識別作用優(yōu)勢及其常見技術(shù)形式分析
1、生物特征識別的作用優(yōu)勢分析
通過人體固有的生物特征實(shí)現(xiàn)個(gè)人身份的識別認(rèn)證是生物特征識別方法的基本思路和原理。通常情況下，應(yīng)用生物特征進(jìn)行個(gè)人身份的識別認(rèn)證，主要是由于不同人的生物特征與其他人相比，都具有唯一性的特點(diǎn)，并且每個(gè)人的生物特征在固定時(shí)期內(nèi)是不會發(fā)生變化的，也就說不同人的生物特征具有相對的穩(wěn)定性，再加上生物特征作為每個(gè)人的固有特征，與其他特征相比，一般情況下也不容易發(fā)生丟失或者造假等情況，因此，通過人體的生物特征實(shí)現(xiàn)個(gè)人身份的識別認(rèn)證是一種有效可行的識別方式。
2、常見的生物特征識別技術(shù)與形式
根據(jù)上述內(nèi)容可以看出，應(yīng)用生物特征識別技術(shù)進(jìn)行個(gè)人身份的認(rèn)證識別，主要是借助能夠進(jìn)行身份識別應(yīng)用的生物特征在人體中不僅是普遍存在的，并且不同人的生物特征還具有唯一性特征，再加上在進(jìn)行個(gè)人身份的識別與認(rèn)證應(yīng)用中能夠?qū)τ趥€(gè)人的生物特征進(jìn)行采集對比，以實(shí)現(xiàn)身份的識別認(rèn)證的思路原理和作用優(yōu)勢，在進(jìn)行人體生物特征的類型劃分中，可以將按照人體生物特征的具體內(nèi)容性質(zhì)不同劃分為生理性生物特征和行為性生理特征，其中，比較常見的生理性生物特征主要有指紋、人臉以及虹膜、掌紋等，而行為性生理特征具有突出的行為表現(xiàn)，像聲音、步態(tài)、簽名等。結(jié)合進(jìn)行個(gè)人身份識別與認(rèn)證應(yīng)用的生物特征形式與內(nèi)容，則可以將用于身份識別認(rèn)證的生物特征技術(shù)總結(jié)為筆跡識別、指紋識別、人臉識別、聲紋識別、虹膜識別等，它們也是利用生物特征實(shí)現(xiàn)個(gè)人身份認(rèn)證識別的常見技術(shù)形式。
其中，指紋識別是借助人體的手指末端正面皮膚上凹凸不平的紋線特征，來實(shí)現(xiàn)個(gè)人身份的認(rèn)證與判斷。通常情況下，人體指紋的紋線會依一定的規(guī)律排列成不同的紋型，并且每個(gè)人的紋線以及紋型特征都存在有區(qū)別，其中以人體紋線中細(xì)節(jié)特征區(qū)別最為顯著，也就是人體指紋的紋線起點(diǎn)以及終點(diǎn)、結(jié)合點(diǎn)、分叉點(diǎn)都存在有不同，以指紋實(shí)現(xiàn)的個(gè)人身份認(rèn)證和識別，就是借助個(gè)人指紋中的細(xì)節(jié)特征的對比實(shí)現(xiàn)，同時(shí)又由于人體的指紋具有相對突出的穩(wěn)定性以及唯一性、采集便利性等特征，使得在個(gè)人身份認(rèn)證識別中具有更為突出的識別使用可行性。指紋識別技術(shù)進(jìn)行個(gè)人身份識別與認(rèn)證應(yīng)用，主要是在對于采集的指紋圖像進(jìn)行增強(qiáng)處理后，通過指紋圖像中細(xì)節(jié)特征的提取，最后進(jìn)行分類匹配，以實(shí)現(xiàn)與指紋特征相吻合的個(gè)人身份識別和認(rèn)證。
其次，人臉識別技術(shù)在個(gè)人身份識別與認(rèn)證應(yīng)用中，具有較為突出的主動性以及用戶友好、非侵犯性等特征優(yōu)勢，人臉識別主要是借助二維圖像技術(shù)實(shí)現(xiàn)身份識別和認(rèn)證，但是在實(shí)際識別應(yīng)用中由于受到個(gè)人姿態(tài)或者是臉部表情變化、光照等情況的變化影響，導(dǎo)致實(shí)際識別應(yīng)用中存在較大的局限性。因此，要想實(shí)現(xiàn)以人臉識別技術(shù)實(shí)現(xiàn)個(gè)人身份的識別認(rèn)證，需要應(yīng)用三維信息實(shí)現(xiàn)人臉識別。
再次，虹膜識別技術(shù)是借助人體眼球前部含色素的環(huán)形薄膜實(shí)現(xiàn)個(gè)人身份的認(rèn)證和識別，人體虹膜具有豐富的結(jié)構(gòu)與紋理特征。最后，聲紋識別技術(shù)和筆跡識別技術(shù)等生物特征識別技術(shù)都是借助人體的聲紋與筆跡特征，實(shí)現(xiàn)對于個(gè)人身份的認(rèn)證和識別。
二、基于人臉和指紋的多模生物特征融合識別方法
結(jié)合上述常見的生物特征識別技術(shù)，在進(jìn)行個(gè)人身份的識別認(rèn)證中，不僅可以通過單個(gè)生物特征的提取分析，實(shí)現(xiàn)對于個(gè)人身份的認(rèn)證識別，還可以通過多個(gè)生物特征的共同聯(lián)合應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)對于個(gè)人身份的識別和認(rèn)證。其中，通過多個(gè)生物特征的聯(lián)合應(yīng)用進(jìn)行個(gè)人身份識別認(rèn)證的技術(shù)方式就是所謂的多模生物特征融合識別技術(shù)，它與單個(gè)生物特征識別技術(shù)相比，不僅能夠?qū)崿F(xiàn)單個(gè)生物特征識應(yīng)用中的識別率比較低情況，而且很大程度上能夠提高整體識別的有效率，具有較為突出的識別應(yīng)用優(yōu)勢，尤其是在單個(gè)生物特征被破壞的情況下，通過多個(gè)生物特征的共同識別認(rèn)證應(yīng)用，其作用優(yōu)勢更為突出。基于人臉以及指紋的多模生物特征融合識別技術(shù)，就是將人臉以及指紋兩種生物特征識別方式聯(lián)合應(yīng)用，以進(jìn)行個(gè)人身份的有效認(rèn)證與識別，提高識別有效率。
三、結(jié)束語
總之，生物特征識別作為個(gè)人身份識別的有效方式，在個(gè)人信息安全保障中具有突出優(yōu)勢和作用。通過多模生物特征融合方式實(shí)現(xiàn)個(gè)人身份的認(rèn)證和識別，在身份認(rèn)證識別的質(zhì)量效率和避免單個(gè)生物特征識別局限性上，有著更為突出的作用，值得進(jìn)行研究和關(guān)注。
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2、生物識別技術(shù)的特點(diǎn)與應(yīng)用優(yōu)勢生物特征是與生俱來的，與傳統(tǒng)身份識別方式相比，生物識別技術(shù)具有以下優(yōu)勢[4]：（1）能夠進(jìn)行身份識別。傳統(tǒng)身份認(rèn)證識別采用用戶名+口令驗(yàn)證的方式來驗(yàn)證用戶身份。生物特征同樣可以完成身份識別的功能。（2）生物特征具有唯一性，防偽性好，難以被偽造或盜用。傳統(tǒng)身份識別技術(shù)中的用戶名和密碼會因?yàn)樾畔⑿孤抖鴰砩矸菡J(rèn)證漏洞。生物特征則是個(gè)人特有的，極難被仿造或盜用。（3）攜帶方便，不會遺忘或丟失。傳統(tǒng)身份識別技術(shù)采用口令驗(yàn)證或?qū)嵨矧?yàn)證，兩者都有遺忘和丟失的風(fēng)險(xiǎn)。而生物特征是人類的體貌和行為特征，攜帶方便，也不存在丟失和遺忘的風(fēng)險(xiǎn)。（4）用戶使用體驗(yàn)好，不容易被損壞。傳統(tǒng)身份識別技術(shù)依賴數(shù)據(jù)庫記錄用戶名和密碼，常因?yàn)樽址斎脲e(cuò)誤而被拒識；IC卡一類的實(shí)物驗(yàn)證技術(shù)則有因損壞而被拒識的風(fēng)險(xiǎn)。生物特征大大降低了此類風(fēng)險(xiǎn)。即使是容易受到手指表層皮膚破損而影響驗(yàn)證的指紋識別也可以通過存儲多個(gè)手指的指紋來達(dá)到順利驗(yàn)證身份的目的。此外因?yàn)樯镒R別技術(shù)使用友好度高，用戶體驗(yàn)好。
3、常用生物識別技術(shù)的特性分析在眾多的生物特征中,最常使用的用戶接受度較高的是指紋識別、人臉識別和簽名識別。指紋識別是應(yīng)用最早、應(yīng)用面最廣的生物特征識別技術(shù)。早在幾千年前人們就已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了指紋的特點(diǎn)，開始使用指紋進(jìn)行身份的識別。指紋識別主要是利用指紋記錄儀和計(jì)算機(jī)等電子設(shè)備，通過人類手指表層皮膚上交替出現(xiàn)的脊和谷進(jìn)行指紋圖像的讀取、提取指紋特征、制成特征模板，再通過模式匹配，最終實(shí)現(xiàn)身份的自動識別。每一個(gè)人都有自己獨(dú)特的而且終身不會變化的指紋。指紋識別技術(shù)可靠性高，識別簡便，是一項(xiàng)成熟的生物特征識別技術(shù)。在應(yīng)用面上也體現(xiàn)出無與倫比的優(yōu)勢，目前國內(nèi)外指紋識別應(yīng)用已經(jīng)覆蓋了公安刑偵領(lǐng)域、公共安全領(lǐng)域等。由于指紋識別技術(shù)是將輸入的指紋和數(shù)據(jù)庫中預(yù)存的指紋模板進(jìn)行比對從而驗(yàn)證身份，因此要求指紋信息數(shù)據(jù)庫的容量足夠大，并且要不斷更新。人臉識別技術(shù)是近年來迅速發(fā)展的一種生物識別技術(shù)。人臉識別技術(shù)涉及了計(jì)算機(jī)視覺、人工智能、感知學(xué)習(xí)和模式識別技術(shù)等科學(xué)領(lǐng)域。人臉識別是通過攝像機(jī)讀取人類臉部特征信息，分析現(xiàn)實(shí)人臉的空間圖像映射到機(jī)器空間的過程，分析人類臉部共有特征和個(gè)體人臉特征之間的關(guān)系，形成人臉圖像模板，最終實(shí)現(xiàn)人臉自動識別。人臉識別技術(shù)具有方便、直接、友好等特點(diǎn)，在使用者接受度方面表現(xiàn)極好。但是人臉圖像信息的數(shù)據(jù)量巨大，為了提高人臉識別的運(yùn)算速度，必須對原始圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行壓縮，這就有可能降低識別率，造成一定的誤識率和拒識率。簽名識別是通過分析使用者簽署自己名字的方式來進(jìn)行身份鑒別。簽名識別與指紋識別、人臉識別不同，它屬于人類行為識別技術(shù)。簽名識別分成在線驗(yàn)證和離線驗(yàn)證兩種形式。離線驗(yàn)證是使用紙張上的字跡通過掃描儀等電子設(shè)備轉(zhuǎn)化成數(shù)字圖像再與數(shù)據(jù)庫中模板信息比對；在線驗(yàn)證則通過手寫板或壓敏筆等傳感器設(shè)備記錄簽名過程中的各項(xiàng)動態(tài)特征數(shù)值（寫字速度、力度、角度、加速度等）。簽名的動態(tài)特征是難以模仿的，因此簽名的在線驗(yàn)證方式比離線驗(yàn)證方式要更加可靠。此外簽名識別與人們平時(shí)的簽字行為極為相似，因此具有很高的用戶接受度。
二、生物識別技術(shù)在電子商務(wù)中的應(yīng)用
伴隨電子商務(wù)的發(fā)展，解決電子商務(wù)中的安全問題和尋找更加可靠方便的身份認(rèn)證方式成為進(jìn)一步發(fā)展電子商務(wù)的新需求。另一方面，隨著全球信息化的發(fā)展，生物識別技術(shù)在技術(shù)發(fā)展和市場培育上都日趨完善，人們對生物識別技術(shù)的認(rèn)知度和認(rèn)可度也不斷提高。全球生物識別技術(shù)產(chǎn)業(yè)化發(fā)展程度在不斷擴(kuò)大。2002年11月，中國科學(xué)院計(jì)算機(jī)技術(shù)研究所承擔(dān)的“面像檢測與識別核心技術(shù)”項(xiàng)目獲得突破性成果，該系統(tǒng)能夠在1/10~1/20秒之內(nèi)自動檢測到人臉，并且在1秒內(nèi)完成身份識別。2003年阿拉伯聯(lián)合酋長國宣布啟用基于虹膜認(rèn)證技術(shù)的針對被驅(qū)逐外國人的國界控制系統(tǒng)。2006年北京農(nóng)村商業(yè)銀行在國內(nèi)試點(diǎn)使用指紋識別認(rèn)證，用戶可以通過指紋識別認(rèn)證進(jìn)入銀行系統(tǒng)，自助完成各項(xiàng)操作。2007年中國建設(shè)銀行和中國郵政儲蓄銀行分別在全國營業(yè)網(wǎng)點(diǎn)內(nèi)推廣應(yīng)用柜員指紋身份認(rèn)證系統(tǒng)。2008年北京奧運(yùn)會，奧運(yùn)村使用了基于人臉識別的酒店門禁管理系統(tǒng)。2010年波蘭BPSSA銀行宣布引入采用生物識別技術(shù)的自動取款機(jī)。國際民航組織確定從2010年起，其所有的成員國和地區(qū)必須使用基于人臉識別的機(jī)讀護(hù)照，此項(xiàng)規(guī)定已經(jīng)成為國際標(biāo)準(zhǔn)。此外日本三菱銀行開發(fā)了基于手指靜脈的認(rèn)證系統(tǒng)用于金庫管理。歐美國家將生物認(rèn)證技術(shù)廣泛用于醫(yī)院病人資料庫管理、政府信息中心出入境管理、小學(xué)生信息管理等多個(gè)領(lǐng)域。由此可以期待，在不遠(yuǎn)的將來，基于生物特征識別技術(shù)的更加平民化的電子商務(wù)應(yīng)用走入我們的生活，帶來更加安全更加便利的使用體驗(yàn)。
三、生物識別技術(shù)對電子商務(wù)的影響趨勢
現(xiàn)代社會生活各方面都需要可靠方便的身份認(rèn)證識別技術(shù)，尤其是在電子商務(wù)領(lǐng)域內(nèi)，目前電子商務(wù)的運(yùn)營過程中不乏因?yàn)檫^程監(jiān)控不夠周密而出現(xiàn)的貨物丟失、冒領(lǐng)，并由此引發(fā)糾紛事件。未來，基于生物識別技術(shù)的身份認(rèn)證識別能夠覆蓋電子商務(wù)的全領(lǐng)域，徹底解決電子商務(wù)運(yùn)營過程中的身份認(rèn)證問題。
1、在電子商務(wù)領(lǐng)域內(nèi)的全領(lǐng)域覆蓋電子商務(wù)在運(yùn)行過程中涉及了買賣雙方的身份認(rèn)證、訂單信息認(rèn)證、支付安全認(rèn)證、物流運(yùn)輸安全認(rèn)證等多項(xiàng)認(rèn)證。其流程之繁瑣，認(rèn)證技術(shù)運(yùn)用頻率之高是其他行業(yè)所無法比擬的。可靠便利的生物特征識別認(rèn)證技術(shù)能夠確保電子商務(wù)系統(tǒng)的正常運(yùn)轉(zhuǎn)。未來，電子商務(wù)的買賣雙方可以通過生物特征認(rèn)證技術(shù)證明自己的身份；通過生物特征認(rèn)證和數(shù)字簽名的雙因子認(rèn)證確定訂單的真實(shí)有效，并完成相應(yīng)的支付；物流公司的物流派送人員通過指紋驗(yàn)證確認(rèn)接收到需要派發(fā)的貨物；最終收貨人通過提供帶有生物特征信息的簽收信息表明身份，確保貨物安全送達(dá)。由此，生物特征技術(shù)確保了電子商務(wù)安全領(lǐng)域內(nèi)的安全性、可用性、可控性、保密性和不可否認(rèn)性，保障電子商務(wù)系統(tǒng)正常有序運(yùn)行。
2、多項(xiàng)生物特征融合應(yīng)用從目前的應(yīng)用看來生物識別技術(shù)雖然前景良好，但仍存在有漏洞。例如，利用塑膠可塑性的特點(diǎn)采集指紋應(yīng)對指紋驗(yàn)證系統(tǒng)；利用3D打印技術(shù)欺騙靜態(tài)人臉識別驗(yàn)證系統(tǒng)。多項(xiàng)生物特征的融合使用就是生物特征識別技術(shù)的多因子驗(yàn)證。這種對多項(xiàng)生物特征的采集、融合、聯(lián)合驗(yàn)證的新型理論和技術(shù)就是生物特征識別的未來發(fā)展趨勢。該項(xiàng)技術(shù)能夠?qū)λ杉纳锾卣餍畔⑦M(jìn)行多方面、多級別的處理，得到更加完備的數(shù)據(jù)特征信息，從而完成精準(zhǔn)度更高的身份認(rèn)證，為安全可靠的身份認(rèn)證技術(shù)的實(shí)施奠定了基礎(chǔ)。
隨著生物識別技術(shù)的不斷發(fā)展，人們的生活也會發(fā)生有趣的變化：鑰匙、密碼或許已沒有必要存在，只要給一個(gè)眼神，家門就能打開；去銀行取款，無需帶卡，刷臉即可，也不必?fù)?dān)心賬號被盜；家中來了陌生人，視頻監(jiān)控會立即發(fā)出報(bào)警聲；登陸社交網(wǎng)絡(luò)，可以瞬間找出同一張臉在好友圈中的所有照片……這些獨(dú)一無二的身體密碼的實(shí)際應(yīng)用，能夠全面提高人們生活的安全系數(shù)，最終改變?nèi)藗兩钆c交往的原貌。
人臉識別
人臉識別技術(shù)基于人的臉部特征信息進(jìn)行身份識別。先用攝像機(jī)采集含有人臉的圖像或視頻流，并自動在圖像中檢測和跟蹤人臉，進(jìn)而對檢測到的人臉進(jìn)行一系列相關(guān)處理（包括人臉識別預(yù)處理、記憶存儲和比對辨識），以達(dá)到識別不同人身份的目的。
由于采集方便，人臉識別技術(shù)目前所受關(guān)注度較高。但由于人臉是三維的，受光線、表情、胖瘦、毛發(fā)等影響較大，同時(shí)也容易被偽造復(fù)制，以致穩(wěn)定性、安全性較低。
指紋識別
每個(gè)人的皮膚紋路在圖案、斷點(diǎn)和交叉點(diǎn)上各不相同，呈現(xiàn)唯一性且終生不變。據(jù)此就可以把一個(gè)人與其指紋對應(yīng)，通過將其指紋和預(yù)先保存的指紋數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，就可以驗(yàn)證此人的真實(shí)身份，這就是指紋識別技術(shù)。
指紋識別主要根據(jù)人體指紋的紋路、細(xì)節(jié)特征等信息對操作或作者進(jìn)行身份鑒定，它得益于現(xiàn)代電子集成制造技術(shù)和快速而可靠的算法研究，是目前生物檢測學(xué)中研究最深入、應(yīng)用最廣泛、發(fā)展最成熟的技術(shù)。
指紋識別系統(tǒng)是一個(gè)典型的模式識別系統(tǒng)，包括指紋圖像獲取、處理、特征提取和比對等模塊。
1.指紋圖像獲取：通過專門的指紋采集儀可以采集活體指紋圖像。目前，指紋采集儀主要有活體光學(xué)式、電容式和壓感式。對于分辨率和采集面積等技術(shù)指標(biāo)，行業(yè)內(nèi)已形成了國際和國內(nèi)標(biāo)準(zhǔn)，但其他項(xiàng)目還缺少統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。根據(jù)采集指紋面積大體可分為滾動捺印指紋和平面捺印指紋，公安等特殊行業(yè)普遍采用滾動捺印指紋。另外，也可通過掃描儀、數(shù)字相機(jī)等獲取指紋圖像。
2.指紋圖像壓縮：大容量的指紋數(shù)據(jù)庫必須經(jīng)過壓縮后存儲，以減少存儲空間。主要存儲格式包括JPEG、WSQ、EZW等。
3.指紋圖像處理：包括指紋區(qū)域檢測、圖像質(zhì)量判斷、方向圖和頻率估計(jì)、圖像增強(qiáng)、指紋圖像二值化和細(xì)化等。
指紋識別的優(yōu)點(diǎn)在于簡單方便、快捷迅速。而缺點(diǎn)在于準(zhǔn)確率有待提高，且機(jī)器容易因和手指產(chǎn)生摩擦而導(dǎo)致磨損，影響確認(rèn)效果。指紋識別主要用于公司考勤、反恐刑偵、身份確認(rèn)等領(lǐng)域。
掌紋識別
掌紋識別是近幾年提出的一種較新的生物特征識別技術(shù)。掌紋是指手指末端到手腕部分的手掌圖像。其中很多特征可以用來進(jìn)行身份識別：如手掌主線、皺紋、細(xì)小的紋理、脊末梢、分叉點(diǎn)等。掌紋識別也是一種非侵犯性的識別方法，用戶比較容易接受，對采集設(shè)備要求不高。
掌紋識別系統(tǒng)同其他生物特征識別系統(tǒng)結(jié)構(gòu)相同，主要分為錄入樣本階段和測試樣本分類階段。首先對采集的掌紋樣本進(jìn)行預(yù)處理，然后進(jìn)行特征提取，把提取的掌紋特征存入特征數(shù)據(jù)庫中留待與被分類樣本進(jìn)行匹配。
掌紋識別的優(yōu)點(diǎn)是比指紋識別更準(zhǔn)確，缺點(diǎn)在于機(jī)器維護(hù)率高，磨損后易產(chǎn)生誤差。掌紋識別主要應(yīng)用于銀行、珠寶店、金庫等安保等級高的行業(yè)，通過對入庫人員進(jìn)行掌紋掃描來確認(rèn)身份。
虹膜識別
在所有生物識別技術(shù)中，虹膜識別是當(dāng)前應(yīng)用最為方便和精確的一種，它被認(rèn)為是21世紀(jì)最具發(fā)展前途的生物認(rèn)證技術(shù)，未來的安防、國防、電子商務(wù)等多種領(lǐng)域必然會以虹膜識別技術(shù)為重點(diǎn)，市場應(yīng)用前景非常廣闊。
虹膜是眼睛的重要組成部分。虹膜由許多腺窩、皺褶、色素斑等構(gòu)成。由于遺傳原因，每個(gè)人的虹膜各不相同，這就給利用虹膜進(jìn)行身份識別帶來了機(jī)會。
虹膜識別的優(yōu)點(diǎn)在于機(jī)器不與人體接觸、能減少不必要的耗損、精確度極高等。缺點(diǎn)在于技術(shù)不完善、黑眼睛極難識別、需要很好的光源等。一些重要的場所都是用掌紋和虹膜識別雙套系統(tǒng)進(jìn)行安保。
指靜脈識別
其實(shí)需要進(jìn)行身份驗(yàn)證的場景在我們的日常生活中比比皆是。我們回家都會用鑰匙開門，去公司上班需要用員工卡通過門禁和記錄考勤，我們在ATM機(jī)取錢時(shí)需要插入銀行卡并輸入取款密碼。但是這種身份驗(yàn)證方式具有容易丟失、被盜取、被仿冒、被遺忘、被破解的缺點(diǎn)，因此很難判斷通過身份驗(yàn)證者的合法性。因此，身份認(rèn)證不只需要認(rèn)證“信物”的正確性，還要認(rèn)證“信物”持有人的合法性。傳統(tǒng)身份驗(yàn)證方式“信物”和“信物”持有人是分離的，因此“信物”容易被仿造。怎樣的身份驗(yàn)證方式可以同時(shí)驗(yàn)證“信物”的正確性和合法性呢？
人體的一些先天生物特征具有唯一性，比如指紋、指靜脈、虹膜等。如果把這些特征作為身份驗(yàn)證的信物，要比把鑰匙、磁卡和密碼作為信物具有天生的優(yōu)勢，因?yàn)榍罢弑旧砭团c被驗(yàn)證者共存，驗(yàn)證了它們的正確性也就驗(yàn)證了它們的“持有者”的合法性。能夠用于身份驗(yàn)證的生理特征除了要具有唯一性外，還要具有廣泛性、穩(wěn)定性和可采集性。除了生理特征外，行為特征也可以作為身份驗(yàn)證的特征，比如聲音、簽名和步態(tài)，但因?yàn)槿说墓P跡、簽名和步態(tài)經(jīng)常會發(fā)生變動，進(jìn)行模式匹配時(shí)難度較大。
指紋識別已不是新鮮事
指紋是人的手指末端皮膚上凹凸不平的紋線，指紋具有終身不變性、唯一性，不僅每個(gè)人的指紋不同，就是同一個(gè)人的十指指紋也有區(qū)別。但是如何判定兩枚指紋不同呢？通常是利用指紋中出現(xiàn)的中斷點(diǎn)、分叉點(diǎn)和轉(zhuǎn)折點(diǎn)作為特征點(diǎn)，利用指紋識別算法進(jìn)行匹配。指紋會在其他物體上留下印記，因此19世紀(jì)末開始用于識別罪犯，現(xiàn)在指紋自動識別系統(tǒng)已被各國廣泛用于刑事案件的偵破。自911之后，美國加大了對外國入境者指紋數(shù)據(jù)的采集力度，2007年開始向包括中國在內(nèi)的美國簽證申請者采集十指指紋，而之前只需采集兩個(gè)食指的指紋。指紋識別技術(shù)不僅能用于鑒別罪犯和，也可以用于單位和個(gè)人財(cái)產(chǎn)的安全防護(hù)。
虹膜的形成由遺傳基因決定
虹膜位于鞏膜和瞳孔之間，包含了眼睛最豐富的紋理信息，由相當(dāng)復(fù)雜的纖維組織構(gòu)成，具有斑點(diǎn)、褶皺、條紋、腺窩等豐富的細(xì)節(jié)特征。虹膜作為生物識別特征的奇妙之處在于，首先，它的形成是由遺傳基因決定的，遺傳基因的表達(dá)決定了虹膜的形態(tài)、生理、顏色和總外觀；其次，嬰兒八個(gè)月大的時(shí)候，虹膜發(fā)育就進(jìn)入了相對穩(wěn)定期，除極少見的情況外，數(shù)十年都不會產(chǎn)生變化；虹膜位于角膜之后，想要改變虹膜外觀，需要進(jìn)行非常精密的外科手術(shù)，且面臨視力受損的風(fēng)險(xiǎn)；最后，虹膜的紋理特征是可見和可采集的。上述四個(gè)特點(diǎn)使得虹膜成為生物識別特征的不二人選。虹膜上的紋路復(fù)雜，特征點(diǎn)非常多，對采集設(shè)備的精度和處理的算法也提出了很高的要求。目前國際上大部分虹膜識別系統(tǒng)采用的是DAUGMAN算法，通過這個(gè)算法提取的特征量非常大，可以提取到266個(gè)量化特征點(diǎn)，而一般的生物識別技術(shù)只有13-60個(gè)特征點(diǎn)。
虹膜識別的應(yīng)用范圍廣泛，而且識別精度高，但是因?yàn)椴杉O(shè)備價(jià)格昂貴，且對所提取的特征點(diǎn)圖像精度要求非常高，適用于安保措施更加嚴(yán)格的場所，并可以和其他身份識別手段配合使用。目前一些機(jī)場已經(jīng)安裝了虹膜識別出入境管理系統(tǒng)。
人臉識別：讓犯罪分子無所遁形
衙役把通緝要犯的畫像貼在城門樓前的場景我們在古裝電視劇里已經(jīng)屢見不鮮，這種通過發(fā)動群眾識別舉報(bào)，在主要交通樞紐埋伏守候的手段現(xiàn)在依然常見。而今有了一種新的追蹤識別技術(shù)，就是人臉識別。
人臉識別技術(shù)能在動態(tài)的場景和復(fù)雜的環(huán)境下判斷是否存在人臉，實(shí)現(xiàn)的方法有很多，比如首先設(shè)計(jì)一個(gè)人臉的標(biāo)準(zhǔn)參考模板，并對差異程度設(shè)計(jì)一個(gè)閾值，計(jì)算采集的樣品和標(biāo)準(zhǔn)模板之間的匹配程度?；蛘吒鶕?jù)人臉一定的結(jié)構(gòu)分布特征來判斷樣品中是否包含人臉。一旦在動態(tài)的復(fù)雜環(huán)境中發(fā)現(xiàn)人臉的話，還可以將采集到的人臉和面像庫中的人臉進(jìn)行逐一的匹配，直到找出最佳的匹配對象。人臉識別同其他生物識別方式相比的一個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)就是可以進(jìn)行人臉的跟蹤，即對被檢測到的人臉進(jìn)行動態(tài)目標(biāo)跟蹤。通過網(wǎng)絡(luò)把在主要的汽車站、火車站、機(jī)場和碼頭使用人臉識別智能攝像機(jī)拍攝到的犯罪嫌疑人的頭像和公安機(jī)關(guān)面像庫進(jìn)行對比，就可以通過人臉識別技術(shù)定位被追蹤逃犯。2006年北京西站和北京站啟用的人臉識別系統(tǒng)，可以精確測量面部眉毛、眼睛、鼻子等五官之間的距離，簡單的改裝沒有用，就連雙胞胎都逃不出這套系統(tǒng)的法眼，一個(gè)月內(nèi)就抓獲百余名疑犯
生物識別技術(shù)仍在不斷進(jìn)步
雖然生物識別技術(shù)比傳統(tǒng)識別技術(shù)更上一層樓，可是也有著缺陷。當(dāng)指腹的皮膚在水里長期浸泡過，被腐蝕性溶液腐蝕后，或者破損結(jié)疤后，會因原本的特征點(diǎn)改變而無法通過驗(yàn)證。指紋采集識別設(shè)備的靈敏性也會因?yàn)楸换覊m和油污附著而降低。甚至還出現(xiàn)了用蠟油和硅膠做成的“指紋膜”，成功欺騙了指紋識別設(shè)備。虹膜識別的精確度要高于指紋識別，虹膜的特征點(diǎn)多，非常復(fù)雜，不易作假。盡管如此，據(jù)稱西班牙人已經(jīng)研制出了一種虹膜作假機(jī)，通過逆向工程，破譯虹膜識別算法以及不同人虹膜代碼的組成，重建虹膜中的數(shù)字代碼。人臉識別會受到光線環(huán)境的影響，當(dāng)面部主要特征被遮擋或改變的時(shí)候，需要對部分關(guān)鍵性特征做修正。
中圖分類號：TP391.41文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B
文章編號：1004-373X(2008)24-102-04
Application and Research of Identification Based on the Fingerprint Recognition Algorithm
YIN Yasha1,YIN Hao2,JI Qiang1
(1.Department of Mathematics and Computer Science,Nanjing Medical University,Nanjing ,210029,China;2.Jin′an University ,Guangzhou,510630,China)
Abstract：The fingerprint recognition technology has many characteristics,which including the long-term stability,facilitate the acquisition,the only obvious characteristics and the characteristics of the non-reproduction.It is the most promising biometric technology.This paper describes the identification technical based on the fingerprint recognition algorithm.The paper uses the method based on the pattern-matching algorithms and the point-pattern matching method.It reads through the five function module including the fingerprint image,fingerprint image preprocessing,feature extraction,data preservation and matching.The results of the fingerprint matching are good results.
Keywords：fingerprint identification;identity recognition technology;image acquisition;feature extraction;fingerprint matching
1 引 言
對于指紋,人們是再熟悉不過了。每個(gè)人都有著自己的不同指紋,即使是由于外傷破壞了它,新長出的皮膚紋路依然不會改變。近年來,利用指紋鑒別身份如虎添翼,新的技術(shù)成果在全球獲得迅速推廣。尤其是高新科技的應(yīng)用,使得進(jìn)入新世紀(jì)后,指紋與我們的現(xiàn)代生活更加息息相關(guān)。指紋作為人類與生俱來的和隨身攜帶的“印章”，具有不變性，惟一性和可分類性，是公認(rèn)的具有法律地位的個(gè)人身份特征的可靠證據(jù)，一切需要身份確認(rèn)的場所，都有它用武之地。
1.1 背景
指紋識別有著廣闊的市場前景和實(shí)際應(yīng)用價(jià)值，安全性是許多系統(tǒng)要首先考慮的問題，現(xiàn)行的許多計(jì)算機(jī)系統(tǒng)中，包括許多非常機(jī)密的系統(tǒng)，都是使用“用戶ID+密碼”的方法來進(jìn)行用戶的身份認(rèn)證和訪問控制的。實(shí)際上，這種方案隱含著一些問題。例如，密碼容易被忘記，也容易被別人竊取。而且，如果用戶忘記了他的密碼，他就不能進(jìn)入系統(tǒng)，當(dāng)然可以通過系統(tǒng)管理員重新設(shè)定密碼來重新開始工作，但是一旦系統(tǒng)管理員忘記了自己的密碼，整個(gè)系統(tǒng)也許只有重新安裝后才能工作。
有關(guān)機(jī)構(gòu)的調(diào)查表明，因?yàn)橥浢艽a而產(chǎn)生的問題已經(jīng)成為IT廠商售后服務(wù)的最常見問題之一；密碼被別人盜取則更是一件可怕的事情，因?yàn)橛眯牟涣嫉娜丝赡軙M(jìn)一步竊取公司機(jī)密數(shù)據(jù)、可能會盜用別人的名義做不正當(dāng)?shù)氖虑?、甚至從銀行、ATM終端上提取別人的巨額存款。眾所周知，密碼可以被解破，黑客們實(shí)際上就是破解了這些計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)的某一合法用戶的密碼來開始的。盡管現(xiàn)行系統(tǒng)通過要求用戶及時(shí)改變他們的口令來防止盜用口令行為，但這種方法不但增加了用戶的記憶負(fù)擔(dān)，也不能從根本上解決問題。
1.2 生物識別技術(shù)
由于舊的一些身份識別存在的問題，伴隨著技術(shù)的發(fā)展孕育而產(chǎn)生了很多的生物識別技術(shù)。常用的生物識別技術(shù)主要有9種:指紋 (Fingerprint)、臉形 (Face)，虹膜(Iris)、視網(wǎng)膜(Retinal Scan)、簽名 (Signature)、聲音 (Voice Print)，掌紋(Thand Vein)、手形 (Hand Geometry)和臉部熱譜圖 (Face Thermo Grams)等。用作生物識別的每一種生物特征都必須不同程度地滿足如下7個(gè)方面的特性：
(1) 普遍性 (Universality)，即每個(gè)人都有；
(2) 惟一性 (Uniqueness)，即不同的人特征不同；
(3) 穩(wěn)定性 (Permanence)，即終生不變性；
(4) 可采集性 (Collection Ability)，即通過一定的設(shè)備和手段可采集到；
(5) 可行性 (Performance)，即對資源、環(huán)境、操作等條件要求不苛刻的條件下，可以達(dá)到合理的準(zhǔn)確率、速度和抗千擾性；
(6) 可接受性 (Acceptability)，即人們愿意接受這一方式；
(7) 防偽性 (Circumvention)，即盜用和偽造的難度高［1］。
生物識別系統(tǒng)需要選擇合適的生物特征，并在性能方面綜合考慮識別準(zhǔn)確率、識別速度、系統(tǒng)抗干擾性、系統(tǒng)所需資源以及影響系統(tǒng)性能的因素等。除此之外，一般還要考慮設(shè)備價(jià)格問題。
指紋識別技術(shù)是生物識別技術(shù)之一。指紋識別技術(shù)被廣泛應(yīng)用意味著它能在影響億萬人的日常生活的各個(gè)地方使用。隨著科技的進(jìn)步，指紋識別技術(shù)已經(jīng)開始走入了人們的日常生活之中，是非常具有應(yīng)用價(jià)值和前景的。除了計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)及其應(yīng)用系統(tǒng)外，一些傳統(tǒng)的需要進(jìn)行身份驗(yàn)證的場合，也存在著類似的安全性問題。例如證件的偽造和盜用、不正當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)借等。通過取代個(gè)人識別碼和口令，指紋識別技術(shù)可以阻止非授權(quán)訪問、可以防止盜用ATM、蜂窩電話、智能卡、桌面PC、工作站及其計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)；在通過電話、網(wǎng)絡(luò)進(jìn)行的金融交易時(shí)可以進(jìn)行身份認(rèn)證；在建筑物或工作場所可以取代鑰匙、證件、圖章等。指紋識別技術(shù)的飛速發(fā)展及其廣泛應(yīng)用開創(chuàng)了個(gè)人身份鑒別的新時(shí)代。
隨著人們對信息安全要求的提高，生物識別技術(shù)必將取代傳統(tǒng)的賬號加密碼的模式，獲得廣泛的應(yīng)用，而指紋識別技術(shù)因?yàn)榫哂蟹奖惬@取，惟一性等特點(diǎn)在生物識別中占有重要地位。
1.3 指紋識別的基本原理
指紋識別系統(tǒng)中，通常采用總體和局部2種層次的結(jié)構(gòu)特征?？傮w特征是指那些用肉眼直接就可以觀察到的特征，局部特征則是指指紋紋路上的節(jié)點(diǎn)的特征，因?yàn)橹讣y紋路經(jīng)常出現(xiàn)終端、分叉或打折，所以形成了許多節(jié)點(diǎn)。2枚指紋可能會具有相同的總體特征，但他們的局部特征卻不可能完全相同。在考慮局部特征的情況下，英國學(xué)者E.G.Herry認(rèn)為，只要對比13個(gè)特征點(diǎn)重合，就可以確認(rèn)同是一枚指紋。
指紋的總體紋路結(jié)構(gòu)具體包括紋形、模式區(qū)、核心點(diǎn)、三角點(diǎn)和紋數(shù)5個(gè)特征。
3種基本紋形的概率分布情況表見表1。
2 指紋識別算法的開發(fā)
2.1 指紋讀取
光學(xué)取像設(shè)備依據(jù)的是光的全反射原理（FTIR）。光線照到壓有指紋的玻璃表面，反射光線由CCD獲得，反射光依賴于壓在玻璃表面上指紋的脊和谷的深度和皮膚與玻璃間的油脂和水分。光線照射到谷的地方后在玻璃與空氣的界面發(fā)生全反射，光線被反射到CCD，而射向脊的光線不發(fā)生全反射，而是被脊與玻璃的接觸面吸收或者漫反射到別的地方，這樣就在CCD上形成了指紋的圖像。
2.2 特征提取
特征提取就是從輸入的圖像中提取所需的特征信息。指紋圖像的特征提取是指紋識別算法的關(guān)鍵步驟。指紋識別的過程實(shí)際上就是指紋特征比對的過程，因此指紋特征提取算法的好壞在一定程度上決定著整個(gè)指紋識別系統(tǒng)的成敗。
特征提取需要考慮3個(gè)方面的問題:提取什么樣的特征;用什么方法提取特征;提取出的指紋特征是否真正能夠代表該指紋的特點(diǎn)。
2.3 指紋識別算法
指紋識別算法是指紋識別的核心技術(shù)。指紋識別算法的水平?jīng)Q定了指紋識別速度和識別的準(zhǔn)確率。指紋識別算法目前主要有1∶N和1∶1兩種。運(yùn)用細(xì)節(jié)的脊線形狀特征作為本算法的基礎(chǔ)；基于這種思想，建立了指紋識別算法流程，該算法很容易在DSP平臺上實(shí)現(xiàn)［2］。
DSP的處理時(shí)間如表2所示。
表1給出了DSP的處理時(shí)間。某些部分的編碼進(jìn)行了匯編語言級的優(yōu)化，特別是對接口的匹配處理和細(xì)化。一個(gè)重要的性能衡量是匹配時(shí)間。匹配時(shí)間可以用公式表示為：t＝i＋f＋cu（i為圖像處理時(shí)間；f為提取時(shí)間；c為比較時(shí)間；u為總的用戶個(gè)數(shù)）。在100 MHz的DSP上實(shí)現(xiàn)一對一的全旋轉(zhuǎn)匹配，時(shí)間大約為［3］：t＝558＋64＋42×1＝664 ms。
該算法提供2種選擇：全旋和1／4旋。全旋轉(zhuǎn)使得算法對指紋輸入處理更加強(qiáng)健。通過1／4旋轉(zhuǎn)，可以縮短匹配時(shí)間，但是，這限制了指紋輸入的旋轉(zhuǎn)在±45°。表3給出了這兩種選擇的比較結(jié)果。
以上對指紋識別算法進(jìn)行了發(fā)展，優(yōu)化了DSP平臺的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)，并在此基礎(chǔ)上設(shè)計(jì)出了一個(gè)用于指紋識別的完整系統(tǒng)。該系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)高性能的獨(dú)立指紋識別。當(dāng)然，仍有許多地方可以改進(jìn)。例如，還可以進(jìn)行指紋分級算法來提高匹配處理的速度。這種指紋驗(yàn)證在電子商務(wù)等領(lǐng)域的應(yīng)用也在不斷發(fā)展，并且這種算法可以被嵌入到單片LSI中。
2.4 指紋匹配
指紋匹配是用當(dāng)前輸入指紋的特征與事先保存起來的模板特征進(jìn)行比對，從而判斷這兩幅指紋圖像是否來自于同一個(gè)手指。但即使是同一枚指紋的不同圖像，所獲得的特征信息也不可能完全一樣，指紋匹配的過程必然是一個(gè)模糊匹配問題。特征匹配是識別系統(tǒng)的關(guān)鍵環(huán)節(jié)，匹配算法的好壞直接影響識別的性能、速度和效率，匹配結(jié)果的正確與否是AFIS是否成功的最后一個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)［4］。
指紋特征匹配的方法有很多，根據(jù)識別方法的不同，主要分為基于點(diǎn)模式匹配算法和基于子模式的匹配方法。目前在AFIS中常用的方法是用FBI提出的指紋細(xì)節(jié)點(diǎn)模型來做細(xì)節(jié)匹配。
點(diǎn)模式匹配算法假設(shè)通過某些變換 (如平移變換、旋轉(zhuǎn)變換、伸縮變換)可以把兩個(gè)點(diǎn)集中的對應(yīng)點(diǎn)匹配起來。指紋匹配一般都是比較兩幅圖像的特征點(diǎn)組成的模式，兩個(gè)特征點(diǎn)模式的相似程度用匹配的特征點(diǎn)的個(gè)數(shù)來度量，匹配結(jié)果是通過與預(yù)先設(shè)定的閉值相比較得出的。
子模式匹配方法的思想可以歸納為:在圖像的特征點(diǎn)構(gòu)成的模式中，取若干特征點(diǎn)構(gòu)成對旋轉(zhuǎn)和平移不敏感的子模式，根據(jù)一定的映射關(guān)系在另一幅圖像中尋找匹配的子模式，然后將匹配的子模式中對應(yīng)的特征點(diǎn)作為匹配的點(diǎn)對，進(jìn)而根據(jù)匹配點(diǎn)對判斷兩幅圖像的相似度。子模式匹配的前提條件就是在兩個(gè)特征點(diǎn)集之間存在著具有幾何不變性的映射關(guān)系。
在指紋識別中，指紋圖像的變形可以由線性變形和非線性變形組成。線性變形可以通過數(shù)學(xué)方法求解后解決，而非線性變形目前還沒有非常好的解決方法。
2.5 指紋識別技術(shù)
指紋識別技術(shù)主要涉及5個(gè)功能：讀取指紋圖像、指紋圖像預(yù)處理、特征提取、保存數(shù)據(jù)和匹配（比對）,如圖1所示。
在一開始，通過指紋讀取設(shè)備讀取到人體指紋的圖像，取到指紋圖像之后，要對原始圖像進(jìn)行初步的處理，使之更清晰。接下來建立指紋的數(shù)字表示-特征數(shù)據(jù)，它是一種單方向的轉(zhuǎn)換，即從指紋轉(zhuǎn)換成特征數(shù)據(jù)，但不能從特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為指紋，而2枚不同的指紋不會產(chǎn)生相同的特征數(shù)據(jù)。從指紋上找到被稱為“特征點(diǎn)”（Minutiae）的點(diǎn)，也就是那些指紋紋路的分叉、終止或打圈處的坐標(biāo)位置，這些點(diǎn)同時(shí)具有7種以上的惟一性特征。因?yàn)橥ǔＪ种干掀骄哂?0個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以這種方法會產(chǎn)生大約490個(gè)數(shù)據(jù)。有的算法把細(xì)節(jié)點(diǎn)和方向信息組合產(chǎn)生更多的數(shù)據(jù)，這些方向信息表明了各個(gè)特征點(diǎn)之間的關(guān)系，也有的算法還處理整幅指紋圖像?？傊?，這些數(shù)據(jù)，通常稱為模板或特征值，保存為1 kB大小的紀(jì)錄。
最后，通過計(jì)算機(jī)模糊比較的方法，把兩個(gè)指紋的模板數(shù)據(jù)進(jìn)行比較，計(jì)算出他們的相似程度，最終得到2個(gè)指紋匹配及結(jié)果。
3 指紋識別技術(shù)的應(yīng)用
利用指紋識別技術(shù)的應(yīng)用系統(tǒng)常見有2種方法,即嵌入式系統(tǒng)和連接PC的桌面應(yīng)用系統(tǒng)。嵌入式系統(tǒng)是一個(gè)相對獨(dú)立的完整系統(tǒng),它不需要連接其他設(shè)備或計(jì)算機(jī)就可以獨(dú)立完成其設(shè)計(jì)的功能,像指紋門鎖、指紋考勤終端就是嵌入式系統(tǒng)。其功能較為單一,應(yīng)用于完成特定的功能。而連接PC的桌面應(yīng)用系統(tǒng)具有靈活的系統(tǒng)結(jié)構(gòu),并且可以多個(gè)系統(tǒng)共享指紋識別設(shè)備,可以建立大型的數(shù)據(jù)庫應(yīng)用。當(dāng)然,由于需要連接計(jì)算機(jī)才能完成指紋識別的功能,限制了這種系統(tǒng)在許多方面的應(yīng)用。
指紋識別技術(shù)可以通過幾種方法應(yīng)用到許多方面。通過使用指紋驗(yàn)證來取代各個(gè)計(jì)算機(jī)應(yīng)用程序的密碼就是最為典型的實(shí)例。IBM公司已經(jīng)成功開發(fā)并廣泛應(yīng)用的Global Sign On軟件通過定義惟一的口令,或者使用指紋,就可以在公司整個(gè)網(wǎng)絡(luò)上暢行無阻。
把指紋識別技術(shù)與IC卡結(jié)合起來,是目前最有前景的一個(gè)方向之一。該技術(shù)把持卡人的指紋(加密后)存儲在IC卡上,并在IC卡的讀卡機(jī)上加裝指紋識別系統(tǒng),當(dāng)讀卡機(jī)閱讀卡上的信息時(shí),一并讀入持卡者的指紋,通過比對卡上的指紋與持卡者的指紋就可以確認(rèn)持卡者是否是卡的真正主人,從而進(jìn)行下一步的交易。在更加嚴(yán)格的場合,還可以進(jìn)一步同后臺主機(jī)系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫上的指紋做比較。指紋IC卡可以廣泛地運(yùn)用于許多行業(yè)中,例如取代現(xiàn)行的ATM卡、制造防偽證件(簽證或護(hù)照、公費(fèi)醫(yī)療卡、會員卡、借書卡等)。目前ATM提款機(jī)加裝指紋識別功能在美國已經(jīng)開始使用。持卡人可以取消密碼(避免老人和孩子記憶密碼的困難)或者仍舊保留密碼,在操作上按指紋與密碼的時(shí)間差不多。
近年來,自動發(fā)送信息的互聯(lián)網(wǎng)絡(luò),帶給人們的方便與利益,其正在快速增長之中,但也因此產(chǎn)生了很多的問題,尤其在信息安全方面。無論是團(tuán)體或者個(gè)人的信息,都害怕在四通八達(dá)的網(wǎng)絡(luò)上傳送而發(fā)生有損權(quán)益的事情。由于指紋特征數(shù)據(jù)可以通過電子郵件或其他傳輸方法在計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)上進(jìn)行傳輸和驗(yàn)證,通過指紋識別技術(shù),限定只有指定的人才能訪問相關(guān)信息,這樣可以極大地提高網(wǎng)上信息的安全性,包括網(wǎng)上銀行、網(wǎng)上貿(mào)易、電子商務(wù)的一系列網(wǎng)絡(luò)商業(yè)行為,就有了安全性保障。
在醫(yī)院里,醫(yī)療系統(tǒng)管理運(yùn)用指紋識別技術(shù),指紋識別技術(shù)可以驗(yàn)證病人身份,通過指紋醫(yī)療卡、電子病歷管理,特別是獻(xiàn)血、輸血管理,可以辨別多次獻(xiàn)血及不合格獻(xiàn)血者。指紋識別技術(shù)也有助于證實(shí)尋求公共救援、醫(yī)療及其他政府福利或者保險(xiǎn)金的人的身份確認(rèn)。在這些應(yīng)用中,指紋識別系統(tǒng)將會取代或者補(bǔ)充許多大量使用照片和ID的系統(tǒng)。
總之,指紋識別系統(tǒng)應(yīng)用非常廣泛,隨著人們對指紋技術(shù)的不斷認(rèn)識以及指紋技術(shù)的不斷發(fā)展,大量的在銀行、證券、電子商務(wù)等領(lǐng)域的應(yīng)用已到來。隨著許多指紋識別技術(shù)產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn),指紋識別技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)開始進(jìn)入民用市場,如家庭指紋門鎖、指紋身份證等,并且發(fā)展迅猛,也許有一天,您不必隨身攜帶那一串鑰匙,只需手指一按,門就會打開;也不必記住那煩人的密碼,利用指紋就可以提款、計(jì)算機(jī)登錄。相信這一天,不會太遠(yuǎn)。
4 結(jié) 語
指紋作為人類與生俱來的和隨身攜帶的“印章”，具有不變性，惟一性和可分類性，是公認(rèn)的具有法律地位的個(gè)人身份特征的可靠證據(jù)，一切需要身份確認(rèn)的場所，都有它用武之地，例如：證券、期貨交易、電子商務(wù)（E-business）和資訊（IT）等；車、船駕照、考勤記錄、海關(guān)通關(guān)等；身份認(rèn)證、信用卡識別、網(wǎng)絡(luò)安全、資料庫準(zhǔn)入等；銀行金庫、博物館、珍寶館、高級住宅、賓館的門禁控制等；政府機(jī)要部門，國家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，軍事要地等的通行管理等［5］。
指紋識別系統(tǒng)適用于幾乎所有需要進(jìn)行安全性防范的場合，遍及諸多領(lǐng)域。如金融證券(ATM指紋終端、指紋保險(xiǎn)箱、指紋儲蓄卡、大額取款客戶身份確認(rèn)公司提現(xiàn)確認(rèn)、交易終端客戶身份確認(rèn)、遠(yuǎn)程交易身份確認(rèn)等)、IT(個(gè)人計(jì)算機(jī)系統(tǒng)密碼、信息安全防范、網(wǎng)絡(luò)安全防范、網(wǎng)上銀行及電子商務(wù)的安全交易等)、安防 (指紋門禁系統(tǒng)、個(gè)人指紋證件等)、醫(yī)療（獻(xiàn)血輸血管理、個(gè)人醫(yī)療檔案管理）、福利 (公費(fèi)醫(yī)療確認(rèn)、保險(xiǎn)受益人確認(rèn)、各種社會福利受益人身份確認(rèn))等行業(yè)的許多應(yīng)用系統(tǒng)中都具有廣闊的應(yīng)用前景［6］。
目前，指紋技術(shù)的研究己經(jīng)取得了很大成績，進(jìn)一步研究的方向?yàn)?
(1) 識別精度的提高。目前，不同時(shí)次輸入的同一手指的指紋其匹配率還沒有達(dá)到百分之百，因?yàn)橹讣y每一次輸入都不可能與上一次完全一致。
(2) 指紋識別算法與技術(shù)的完善。指紋識別是一種行之有效的身份認(rèn)證方法，但指紋識別算法在實(shí)時(shí)性、安全性、高效性和準(zhǔn)確性上有待進(jìn)一步提高。
(3) 指紋識別技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)化。指紋識別還沒有統(tǒng)一的工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)，不利于指紋識別技術(shù)的芯片化和二次開發(fā)。
(4) 隨著指紋識別產(chǎn)品的開發(fā)和生產(chǎn)，指紋識別技術(shù)的應(yīng)用已經(jīng)開始進(jìn)入民用市場，并且發(fā)展迅猛，相信指紋識別技術(shù)應(yīng)用的進(jìn)一步普及應(yīng)用已經(jīng)指日可待。
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隨著虹膜指紋掃描儀器的精度和識別度不斷提高，生物識別技術(shù)將可以應(yīng)用于更廣泛的領(lǐng)域，并迎合不同的生物學(xué)特征，實(shí)現(xiàn)更強(qiáng)大的安全保護(hù)能力。
據(jù)Unisys亞太區(qū)國家安全開發(fā)部門的經(jīng)理John Kendall表示，雖然虹膜掃描技術(shù)還沒有被廣泛應(yīng)用，成為主流的身份識別技術(shù)，但已經(jīng)有不少國家將其應(yīng)用于身份證項(xiàng)目中。
最近在接受記者采訪時(shí)，Kendall介紹說：“印度和墨西哥已經(jīng)將虹膜(掃描)和指紋作為了后備(身份識別技術(shù))，這與兩三年(前)相比是一個(gè)巨大的進(jìn)步?！?/p>
Kendall還介紹說，美國銀行也采用了一種面部識別系統(tǒng)，可以同時(shí)掃描人體面部和虹膜特征，實(shí)現(xiàn)訪問控制。與指紋讀取不同，這種面部識別系統(tǒng)在掃描用戶生物特征時(shí)不需要用戶靜止不動，相反，在用戶進(jìn)入特定區(qū)域的大門時(shí)，該系統(tǒng)就已經(jīng)自動將用戶的面部特征和虹膜特征記錄下來了。如果該用戶具有通行權(quán)限，則大門會自動打開。
他還表示，面部識別技術(shù)已經(jīng)在日本和韓國的高檔社區(qū)中被成功應(yīng)用，并且未來將慢慢融入廣大普通老百姓的日常生活中。
皮下指紋讀取器
Kendall解釋說，傳統(tǒng)的指紋掃描設(shè)備可以很輕易地被復(fù)制指紋薄膜欺騙，甚至簡單地對掃描器的玻璃面哈氣，也能擾亂掃描器。而新型的皮下指紋掃描器是通過掃描用戶指紋下的血管和組織結(jié)構(gòu)的方式進(jìn)行判斷的。
他說：“一些新型的掃描儀會利用不同波長的光波對人體皮膚下不同深度的組織進(jìn)行掃描，另一些設(shè)備則是利用無線電波進(jìn)行掃描。因此就算你的手指表面被弄臟甚至磨破了，也不會影響掃描結(jié)果?！边@種設(shè)備適用于那種雇員需要手工勞動或者手指會時(shí)常出現(xiàn)損傷的行業(yè)。
有了這些新型的生物識別技術(shù)，要想黑掉生物識別系統(tǒng)，比以前難度大大提高了。Kendall認(rèn)為，如果黑客要通過這種識別系統(tǒng)，必須投入大量精力和時(shí)間，以及非常詳細(xì)的生物學(xué)數(shù)據(jù)，才能制作出一個(gè)手指的三維模型。
此外，還有一些已經(jīng)成功應(yīng)用于生物識別系統(tǒng)的技術(shù)，可以讀取人體手部的其他生物學(xué)特征。比如Halifax港口的生物學(xué)識別系統(tǒng)，就是掃描用戶手部的血管結(jié)構(gòu)，而不是指紋。
Kendall還說：“同樣的技術(shù)進(jìn)步也發(fā)生在面部識別系統(tǒng)上。傳統(tǒng)的面部識別系統(tǒng)需要管理人員手里拿著一張被許可人員的正面照片，比對監(jiān)視器中的來訪者五官。而加入了虹膜識別技術(shù)后，識別系統(tǒng)的復(fù)雜性大大提高，簡單的硅膠面膜已經(jīng)難以突破這種面部識別系統(tǒng)了?！?/p>
隨著越來越多的企業(yè)開發(fā)或采用生物識別技術(shù)，國家也需要在數(shù)據(jù)安全領(lǐng)域趕上技術(shù)的步伐。
目前，大多數(shù)國家還沒有對生物學(xué)數(shù)據(jù)進(jìn)行規(guī)范化管理和保護(hù)的相關(guān)法規(guī)政策出臺。
用戶接受度增加
和密碼一樣，生物識別數(shù)據(jù)被看作是“個(gè)人”信息，有些人仍然不愿意對政府或企業(yè)提供指紋，因?yàn)樗麄儗⒅讣y看作是個(gè)人隱私的一種。
Kendall說：“盡管如此，我們?nèi)匀豢吹角闆r在逐漸好轉(zhuǎn)。在過去幾年，我們發(fā)現(xiàn)如果人們已經(jīng)享受到或認(rèn)識到生物識別技術(shù)帶來的好處，不論是增加他們自身的安全性還是增加業(yè)務(wù)方面的安全性，他們都會更容易接受生物識別技術(shù)，并提供相應(yīng)的生物識別數(shù)據(jù)。”
他還說，對于金融行業(yè)，可以通過聲音指紋技術(shù)，在電話銀行系統(tǒng)中增加一道安全屏障。
雖然犯罪分子可以通過各種手段銷毀作案時(shí)留下的指紋，但是他們不可能在日常生活中不留下一點(diǎn)自己的指紋。至少，在簽名的時(shí)候，就會不可避免地留下指紋。就是通過這點(diǎn)“蛛絲”，利用美國最新的指紋識別技術(shù)，犯罪分子的“馬跡”就顯露無遺。
負(fù)責(zé)該項(xiàng)指紋鑒定技術(shù)的R?格雷厄姆?庫克斯是美國普渡大學(xué)的化學(xué)教授。為了詳細(xì)解釋到底怎么來利用這項(xiàng)指紋技術(shù)的，他做了一個(gè)演示實(shí)驗(yàn)。首先，采集一個(gè)被測試者的指紋。之后，向指紋表面噴灑少量充滿電荷的液體(水或者酒精都可以)，指紋表面的混合物隨后會迅速溶解。緊接著，將含有指紋混合物成分的液體放到分析儀器中蒸發(fā)。由于在此之前，液體中的電荷早已附著于指紋的分子當(dāng)中，因此通過質(zhì)譜儀，就可以將指紋的成分清晰地辨別出來。這一過程需要反復(fù)的操作，直至把整個(gè)指紋表面識別完。最后，一個(gè)完整的指紋分析圖像就完成了。
據(jù)庫克斯教授介紹，即使溶液中含有微量的化學(xué)物質(zhì)(例如，可卡因或者爆炸性物質(zhì)的殘留物)，該儀器都可以清晰地呈現(xiàn)出來。在實(shí)驗(yàn)的過程中，當(dāng)測試者在接觸過上述化學(xué)物質(zhì)之后，又接觸過玻璃杯、紙張以及塑料等制品時(shí)，該分析儀都能成功地將與爆炸物成分識別出來。
由于此項(xiàng)分析技術(shù)不僅能探測出或爆炸物的痕跡，而且能夠準(zhǔn)確地判斷出它們在指紋中的成分。有了這項(xiàng)技術(shù)，犯罪分子就絕對沒有狡辯的機(jī)會，分析結(jié)果就是他們犯罪事實(shí)的鐵證。佛羅里達(dá)州立大學(xué)學(xué)教授布魯斯-高爾德伯格對該項(xiàng)指紋鑒定技術(shù)表示十分贊賞，他認(rèn)為該項(xiàng)技術(shù)的探測優(yōu)勢非常明顯，是其他技術(shù)所無法比擬的。如果嫌疑人接觸過有毒化學(xué)物質(zhì)，只要將其簽名中留下的指紋進(jìn)行分析就可以輕松取證。
美國一家公司已經(jīng)獲得了該項(xiàng)技術(shù)的使用權(quán)，并將多臺該類型指紋鑒定儀賣給大型化學(xué)實(shí)驗(yàn)室。但是由于價(jià)格過于昂貴，在犯罪刑偵領(lǐng)域的廣泛使用還不現(xiàn)實(shí)。但專家估計(jì)，便攜而且價(jià)格便宜的該類型指紋分析儀器在未來幾年內(nèi)就極有可能問世。
1． 引言
信息化高速發(fā)展的一大特征是個(gè)人身份的數(shù)字化和隱性化，如何準(zhǔn)確鑒定一個(gè)人的身份，保護(hù)信息安全是當(dāng)今信息化時(shí)代必須解決得一個(gè)關(guān)鍵性社會問題。生物特征身份鑒別技術(shù)是身份鑒別領(lǐng)域的一個(gè)研究熱點(diǎn)。生物特征識別技術(shù)是指利用人體固有的生理特征或行為特征來進(jìn)行個(gè)人身份鑒別認(rèn)證的技術(shù)。生物特征識別技術(shù)包括采用人體固有的生理特征（如人臉、指紋、虹膜、靜脈、視網(wǎng)膜）進(jìn)行的身份認(rèn)證技術(shù)和利用后天形成的行為特征（如簽名、筆跡、聲音、步態(tài)）進(jìn)行的身份認(rèn)證技術(shù)。與傳統(tǒng)的身份鑒定手段相比，基于生物特征識別的身份鑒定技術(shù)具有如下優(yōu)點(diǎn)：（1）不會遺忘或丟失；（2）防偽性能好，不易偽造或被盜；（3）“隨身攜帶”，隨時(shí)隨地可用。正是由于生物特征身份識別認(rèn)證具有上述優(yōu)點(diǎn)，基于生物特征的身份識別認(rèn)證技術(shù)受到了各國的極大重視。
2. 生物特征識別技術(shù)的現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢
目前，常用的生物特征識別技術(shù)所用的生物特征有基于生理特征的如視網(wǎng)膜、人臉、指紋、虹膜，也有基于行為特征的如筆跡、聲音等。下面就這些常見的生物特征識別技術(shù)的特點(diǎn)及其發(fā)展趨勢進(jìn)行討論研究。
2.1．視網(wǎng)膜識別
人體的血管紋路也是具有獨(dú)特性的，人的視網(wǎng)膜表面血管得圖樣可以利用光學(xué)方法透過人眼晶體來測定。用于生物識別的血管分布在神經(jīng)視網(wǎng)膜周圍，即視網(wǎng)膜四層細(xì)胞得最遠(yuǎn)處。如果視網(wǎng)膜不被損傷，從三歲起就會終身不變，如同虹膜識別技術(shù)一樣，視網(wǎng)膜掃描可能具有最可靠，最值得信賴得生物識別技術(shù)，但它運(yùn)用起來的難度較大。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)膜特征得唯一性。
視網(wǎng)膜技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)：視網(wǎng)膜是一種及其固定得生物特征，因?yàn)樗请[藏的，故而不易磨損，老化；非接觸性得；視網(wǎng)膜是不可見得，不會被偽造。缺點(diǎn)是：視網(wǎng)膜技術(shù)未經(jīng)過任何測試，可能會給使用者帶來健康的損壞。
2.2.人臉識別
人臉識別作為一種基于生理特征的身份認(rèn)證技術(shù)，與目前廣泛應(yīng)用的以密碼、IC卡為媒
介的傳統(tǒng)身份認(rèn)證技術(shù)相比，具有不易偽造、不易竊取、不會遺忘的特點(diǎn)；而人臉識別與指紋、虹膜、掌紋識別等生理特征識別技術(shù)相比，具有非侵犯性、采集方便等特點(diǎn)。因而人臉識別是一種非常自然、友好的生物特征識別認(rèn)證技術(shù)。
人臉識別技術(shù)包括圖像或視頻中進(jìn)行人臉檢測、從檢測出的人臉中定位眼睛位置、然后提取人臉特征、最后進(jìn)行人臉比對等一系列相關(guān)的技術(shù)。
為了評測基于面部圖像的人臉識別算法的性能。美國ARPA和ARL于1993年至1996年建立了FERET數(shù)據(jù)庫，用于評測當(dāng)時(shí)的人臉識別算法的性能。共舉行了三次測試FERET94、FERET95、FERET96。FERET測試的結(jié)果指出，光照、姿態(tài)和年齡變化會嚴(yán)重影響人臉識別的性能。
FERET的測試結(jié)果也表明了基于面部圖像的方法的缺點(diǎn)。人臉是一個(gè)三維非剛體，具有姿態(tài)、表情等變化，人臉圖像采集過程中易受到光照、背景、采集設(shè)備的影響。這些影響會
降低人臉識別的性能。
為了克服姿態(tài)變化對人臉識別性能的影響，也為了進(jìn)一步提高人臉識別性能，20世紀(jì)90年代后期，一些研究者開始采用基于3D的人臉識別算法。這些算法有的本身就采用三維描述人臉，有的則用二維圖像建立三維模型，并利用三維模型生成各種光照、姿態(tài)下的合成圖像，利用這些合成圖像進(jìn)行人臉識別。2000年后，人臉識別算法逐漸成熟，出現(xiàn)了商用的人臉識別系統(tǒng)。為了評測這些商用系統(tǒng)的性能，也作為FERET測試的延續(xù)，美國有關(guān)機(jī)構(gòu)組織了FRVT2000、FRVT2002、FRVT2006測試。測試結(jié)果表明，人臉識別錯(cuò)誤率在FRVT2006上下降了至少一個(gè)數(shù)量級，這種性能的提升在基于圖像的人臉識別算法和基于三維的人臉識別算法上都得到體現(xiàn)。此外，在可控環(huán)境下，虹膜、靜態(tài)人臉和三維人臉識別技術(shù)的性能是相當(dāng)?shù)摹４送?，F(xiàn)RVT2006還展現(xiàn)了不同光照條件下人臉識別性能的顯著提高，最后，F(xiàn)RVT2006表明人臉自動識別的性能優(yōu)于人。值得一提的是，清華大學(xué)電子工程系作為國內(nèi)唯一參加FRVT2006的評測的學(xué)術(shù)機(jī)構(gòu)，其人臉自動識別性能優(yōu)于人類。FRVT2006為人臉識別后續(xù)的研究指明了方向，人臉識別中光照、年齡變化依然對人臉識別性能有很大影響，二維人臉識別的性能不比三維人臉識別差。
人臉識別得優(yōu)點(diǎn)：非接觸性的。缺點(diǎn)是：要是比較高級得攝像頭才也有效地?fù)渥矫娌繄D像；使用者面部的位置與周圍得光環(huán)境都可能影響系統(tǒng)的精確性，而且面部識別容易受欺騙；
對于采集圖像的設(shè)備會比其他技術(shù)昂貴得多。
2.2. 指紋識別
指紋識別技術(shù)是指通過比較不同人指紋中的特征點(diǎn)不同來區(qū)分不同人的身份。指紋識別技術(shù)通常由三個(gè)部分組成：對指紋圖像進(jìn)行預(yù)處理；提取特征值，并形成特征值模板；指紋特征值比對。指紋圖像預(yù)處理的目的是為了減少噪聲干擾的影響，以便有效提取指紋特征值。常用的預(yù)處理方法有圖像增強(qiáng)、圖像平滑、二值化、圖像細(xì)化等。
特征提取的目的就是從預(yù)處理后的指紋圖像中，提取出能夠表達(dá)該指紋圖像與眾不同的特征點(diǎn)的過程。最初特征提取是基于圖像的，從圖像整體中提取出特征進(jìn)行比較，但該方法的精度和性能較低?，F(xiàn)在一般采用基于特征點(diǎn)的方法，從圖像中提取反應(yīng)指紋特性的全局特征（如紋形、模式區(qū)、核心區(qū)、三角點(diǎn)、紋數(shù)等）和局部特征（如終結(jié)點(diǎn)、分叉點(diǎn)、分歧點(diǎn)、孤立點(diǎn)、環(huán)點(diǎn)等）。得到特征點(diǎn)后就可以對特征點(diǎn)進(jìn)行編碼形成特征值模板。指紋特征值比對就是把當(dāng)前獲得的指紋特征值與存儲的指紋特征值模板進(jìn)行匹配，并給出相似度的過程。
指紋識別的優(yōu)點(diǎn):技術(shù)相對成熟；成本較低。缺點(diǎn)是：具有侵犯性；指紋易磨損，手指太干或太濕不易提取圖像。
2.3. 虹膜識別
虹膜相對而言是一個(gè)較新的生物特征。1983年，F(xiàn)lom與Safir申請了虹膜識別專利保護(hù)，使得虹膜識別方面的研究很少。1993年，Daugman發(fā)表了關(guān)于虹膜自動識別算法的開創(chuàng)性工作，奠定了世界上首個(gè)商業(yè)虹膜自動識別系統(tǒng)的基礎(chǔ)。隨著Flom和Safir專利在2005年的失效和CASIA及ICE2005中虹膜數(shù)據(jù)集的提供，虹膜識別算法的研究越來越蓬勃。I CE2006首次對虹膜識別算法性能進(jìn)行了測試。虹膜識別中需要解決如下兩個(gè)難點(diǎn)問題：一是虹膜圖像的獲取，二是實(shí)現(xiàn)高性能的虹膜識別算法。
3. 結(jié)論
本文討論了一些常用的生物特征識別技術(shù)的技術(shù)特點(diǎn)及發(fā)展趨勢。隨著各國對生物特征識別技術(shù)的越來越重視，生物特征識別技術(shù)必將獲得更快的發(fā)展。
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互聯(lián)網(wǎng)已經(jīng)深入到各個(gè)領(lǐng)域，傳統(tǒng)的商品流通方式也正面臨著更多的挑戰(zhàn)。如阿里巴巴等知名企業(yè)都預(yù)言著電子商務(wù)浪潮的愈演愈烈。在我國,電子商務(wù)的發(fā)展還因諸多原因而存在著各種問題，特別是支付的安全,一直都是阻礙電子商務(wù)更好發(fā)展的屏障。現(xiàn)在網(wǎng)上支付主要通過“用戶ID+密碼”的方式來實(shí)現(xiàn)，有的加載了“USB KEY”等數(shù)字簽名技術(shù),還有像支付寶等采用第三方中介。但是因?yàn)橘~號信息易盜、易遺忘、易丟失等問題而給消費(fèi)者帶來很多困擾?；谌梭w具有不可復(fù)制等特點(diǎn),我們逐漸注意到生物特征識別技術(shù)的應(yīng)用。
一、指紋識別技術(shù)
生物特征識別是通過計(jì)算機(jī)與光學(xué)、聲學(xué)傳感器和生物統(tǒng)計(jì)學(xué)原理等高科技手段結(jié)合，利用人體所固有的生理特征來進(jìn)行個(gè)人身份驗(yàn)證的技術(shù)。其核心在于如何獲取這些生物特征，并將之轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，存儲于計(jì)算機(jī)中，利用可靠的匹配算法來完成驗(yàn)證與識別個(gè)人身份的過程。
1.指紋識別技術(shù)特點(diǎn)。人體的生物特征包括指紋、聲音、面相、視網(wǎng)膜、掌紋、DNA等。其中指紋由于具有惟一性、穩(wěn)定性、快捷性而成為個(gè)人身份識別的有效手段。指紋具有以下特點(diǎn)：
(1)每個(gè)人的指紋是獨(dú)一無二的，兩人之間不存在著相同的手指指紋。
(2)每個(gè)人的指紋是相當(dāng)固定的，很難發(fā)生變化。
(3)便于獲取指紋樣本，易于開發(fā)識別系統(tǒng)，實(shí)用性強(qiáng)。
(4)一個(gè)人的十指指紋皆不相同，可以方便地利用多個(gè)指紋構(gòu)成多重口令，提高系統(tǒng)的安全性。
(5)使用的模板并非最初的指紋圖，而是由指紋圖中提取的關(guān)鍵特征，這樣使系統(tǒng)對模板庫的存儲量較小。另外，對輸入的指紋圖提取關(guān)鍵特征后，可以大大減少網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)呢?fù)擔(dān)，便于實(shí)現(xiàn)異地確認(rèn)，支持計(jì)算機(jī)的網(wǎng)絡(luò)功能。
2.指紋識別技術(shù)原理。指紋識別技術(shù)主要涉及四個(gè)功能：讀取指紋圖像、提取特征、保存數(shù)據(jù)和比對。
在一開始，通過指紋讀取設(shè)備讀取到人體指紋的圖像，并對原始圖象進(jìn)行初步的處理，使之更清晰。
接下來，指紋辨識軟件建立指紋的數(shù)字表示―特征數(shù)據(jù)，可以從指紋轉(zhuǎn)換成特征數(shù)據(jù)，但不能從特征數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成為指紋，而兩枚不同的指紋不會產(chǎn)生相同的特征數(shù)據(jù)。軟件從指紋上找到被稱為“節(jié)點(diǎn)”的數(shù)據(jù)點(diǎn)，也就是那些指紋紋路的分叉、終止或打圈處的坐標(biāo)位置，這些點(diǎn)同時(shí)具有七種以上的唯一性特征。因?yàn)橥ǔＪ种干掀骄哂?0個(gè)節(jié)點(diǎn)，所以這種方法會產(chǎn)生大約490個(gè)數(shù)據(jù)。有的算法把節(jié)點(diǎn)和方向信息組合產(chǎn)生了更多的數(shù)據(jù)，這些方向信息表明了各個(gè)節(jié)點(diǎn)之間的關(guān)系，也有的算法還處理整幅指紋圖像。
最后，通過計(jì)算機(jī)模糊比較的方法，把兩個(gè)指紋的模板進(jìn)行比較，計(jì)算出它們的相似程度，最終得到兩個(gè)指紋的匹配結(jié)果。
二、指紋識別技術(shù)在電子商務(wù)中的應(yīng)用
目前，上海市已經(jīng)將指紋識別技術(shù)應(yīng)用于傳統(tǒng)的消費(fèi)領(lǐng)域，我們可以在此基礎(chǔ)上將應(yīng)用范圍擴(kuò)大到網(wǎng)絡(luò)，將指紋識別技術(shù)應(yīng)用于電子商務(wù)中。其主要涉及到的步驟包括:注冊指紋信息和交易識別。
1.注冊指紋信息
（1）用戶憑有效身份證到開通指紋識別業(yè)務(wù)的銀行或者網(wǎng)點(diǎn)遞交《申請書》，在工作人員的指導(dǎo)和監(jiān)督下，利用指紋識別終端完成同一個(gè)手指的兩到三次指紋特征信息采集。為了進(jìn)一步防止手指受傷等特殊情況，可以再采集一個(gè)手指。
（2)使用高強(qiáng)度加密算法和散列算法，將用戶號、指紋信息和密碼信息通過網(wǎng)絡(luò)保存到總部的認(rèn)證服務(wù)器中，認(rèn)證服務(wù)器存有所有用戶的指紋信息和基本資料。
（3）由網(wǎng)點(diǎn)終端打印出指紋注冊憑證號碼，用戶簽字確認(rèn)后，注冊網(wǎng)點(diǎn)保留存根，另一聯(lián)由用戶保存。同時(shí)用戶也可以自行選擇在指定銀行或者網(wǎng)點(diǎn)購買統(tǒng)一的指紋信息采集器，并獲取操作說明等資料。
（4)用戶自行登陸網(wǎng)絡(luò)信息平臺，根據(jù)憑證上的注冊號碼，完成進(jìn)一步詳細(xì)信息的激活，這個(gè)環(huán)節(jié)可以結(jié)合手機(jī)激活碼或者E-MAIL激活等方式加強(qiáng)信息注冊安全性。
（5)注冊成功，可以開始使用。
之所以不采取直接在網(wǎng)上注冊的方法，主要是考慮到防偽。初次注冊用戶可以在工作人員的監(jiān)督之下完成一系列認(rèn)證工作。而結(jié)合網(wǎng)上注冊，主要可以起到避免銀行或中介方出現(xiàn)安全漏洞，并可減少申請辦理注冊的處理和等待的時(shí)間。
2.網(wǎng)上支付系統(tǒng)中的交易識別。
（1)用戶在網(wǎng)上購物要進(jìn)行支付時(shí)，向銀行的認(rèn)證服務(wù)器發(fā)送認(rèn)證請求，在服務(wù)器認(rèn)證成功后，提示用戶下載安全控件，服務(wù)器將自己的公鑰發(fā)送給客戶端。
（2)在客戶端顯示支付界面，標(biāo)明商城名稱、訂單號、消費(fèi)轉(zhuǎn)賬金額等詳細(xì)交易信息。
（3)用戶在客戶端填寫好轉(zhuǎn)賬信息，包括轉(zhuǎn)出賬戶、驗(yàn)證碼等。由系統(tǒng)提示用戶進(jìn)行指紋驗(yàn)證，信息采集的次數(shù)最好設(shè)成不少于兩次，采集后的指紋模版經(jīng)過數(shù)字簽名加密后發(fā)送給指紋認(rèn)證服務(wù)器。
（4)指紋認(rèn)證服務(wù)器根據(jù)用戶的公鑰進(jìn)行解密，取出解密后的指紋模板與賬戶關(guān)聯(lián)的指紋模板進(jìn)行比對匹配，如匹配成功，才將交易信息傳給相應(yīng)銀行并進(jìn)行轉(zhuǎn)賬業(yè)務(wù)并提示網(wǎng)上支付成功；否則立刻拒絕轉(zhuǎn)賬。
三、評價(jià)
在信息化技術(shù)高速膨脹的今天，電子商務(wù)是商品流、資金流、物流有機(jī)結(jié)合的橋梁，它的安全性也越來越受到人們的關(guān)注。使用指紋識別的交易支付系統(tǒng)通過多次的安全認(rèn)證，使得網(wǎng)上銀行交易支付的安全性得到很好的保障。不需要為了不定期更換密碼而煩心，更不用擔(dān)心賬號和密碼被盜。所以指紋識別技術(shù)應(yīng)用于電子商務(wù)具有快速、安全、便捷等很多優(yōu)點(diǎn)，具有一定的實(shí)用價(jià)值。
