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生物特征識別技術

　近年來，一些發達國家已把生物特征識別技術，從研究階段轉向應用階段，我國一些研究機構和企業也相繼開展了這方面的研究開發工作，并陸續推出實用化的系統和產品，而且競爭十分激烈。這種競爭既是國內的競爭，也是一項國際性的技術競爭。

　隨著人類社會的發展，身份的識別和驗證在各個領域的應用越來越重要，而且已在社會的各個方面日益得到應用。其中，傳統的身份鑒定手段有基于特定持有物的，如身份證、信用卡、鑰匙、工作證等；有基于特定知識的，如口令、密碼、暗語等。在很多場合需要將這兩種方法相結合，如在ATM機取款時，你不僅需要信用卡，還需要知道密碼。

但傳統方法的缺點是，特定持有物或知識易丟失、被盜、遺忘或沒有攜帶。使用特定知識又存在記憶上的問題。人們很難記住復雜的密碼，簡單的密碼，如生日、電話號碼等又很容易被猜到或破譯。據估計有25%可以從信用卡的表面看到信用卡的密碼。其次，它與用戶并不唯一綁定，一旦別人獲得了這些持有物或知識，他將擁有同失主同樣的權利。

　生物特征識別技術的發展和實際應用水平的提高，就為身份的認證和識別提供了先進的技術手段。所謂生物特征識別（Biometrics）技術，系指利用人體所固有的生理特征（Physiological characteristics）或行為特征（Behavioral characteristics）來進行個人身份鑒定。

　生理特征是指對人體某部分進行直接測量所獲得的數據。一些代表性的生理特征　　指紋、人像、虹膜、視網膜等；行為特征是對個人習慣性動作的度量，是對人體特征的間接性測量。一些代表性的行為特征包括聲紋、擊鍵習慣、簽名等。生理特征和行為特征的區分是人工給定的，在很多場合，二者之間的界限可能不十分嚴格。而最常用的生物特征識別技術有指紋、人像、聲紋、虹膜、視網膜、掌形、簽名、擊鍵習慣、掌紋等。還有一些技術因為使用的不方便或不成熟而缺乏商業價值。這些技術包括DNA、耳型、氣味、手背血管紋路、步態、指型、手指甲紋理等。與傳統的身份鑒定手段相比，生物特征識別技術具有以下特點：

　生物特征是人體所固有的特征，具有隨身性，不易遺忘或丟失，使用方便；生物特征與人體是唯一綁定的，防偽性好，不易偽造或被盜。在很多應用場合，生物特征鑒定技術具有傳統的身份鑒定手段無法比擬的優點。如指紋考勤，可防止代打卡的情況；又如身份證，如果嵌入指紋，可有效防止身份證的仿制和偽造問題。系統盡管有各種各樣的加密算法和手段來保證網絡上數據傳遞的安全。但所有的加密算法都是基于密碼的。因此在計算機和網絡上，密碼代表了幾乎一切的權利。擁有了一個用戶的密碼，就擁有了他的全部權限。但密碼最大的問題是它與用戶并不唯一綁定，實際上我們根本無法知道密碼輸入者的真實身份。

　　其次，我們必須記憶愈來愈多的密碼，如信用卡密碼、開機口令、網絡登錄口令、E-mail賬戶密碼、電子交易密碼等等，這些密碼的記憶成為一個問題。密碼太復雜，容易遺忘；密碼太簡單，又容易被盜和破譯。如常使用口令，生日、電話號碼、人名等密碼。這些密碼的使用隱藏著極大的安全隱患，容易被破譯和猜測。

　采用生物特征識別技術，可不必再記憶和設置密碼，對重要的文件、數據和交易都可以利用它進行安全的加密，有效地防止惡意盜用，使用更加方便。利用這項技術可開發出保證電子商務安全的重要門衛——基于生物特征識別技術的計算機網絡身份鑒別系統：當有人需要訪問計算機系統時，他首先需要將自己的生物特征送到該系統上去驗證，以獲得訪問某系統的權

由此可見，人體生物特征識別技術是一項實用性很強的高新技術，隨著社會信息化的進一步發展，對身份識別認證的要求越來越高，該項技術的重要性也日益凸現出來。但是，既然生物特征識別技術，涉及到硬件設備，在特征提取算法和匹配識別算法上，是一項技術難度很大的研發項目。因此，在生物特征鑒定技術也不可避免的會存在一些缺點和問題。首先是指紋采集系統不可避免的會存在一些缺點和問題。拒識率即所謂的錯誤拒絕，誤識率即所謂的錯誤接受，錯誤認定了待驗用戶的身份。因此，除了提高匹配的準確性外，在很多場合要提供補充的方案，以彌補系統的某些不足之處。同傳統的方法相比，生物特征識別技術，實際上更加安全可靠；拒識和誤識在傳統的身份鑒定手段中更為常見。以鑰匙為例，我們可能丟失它而不能進家門，這就是拒識；同樣，別人可能拿著鑰匙打開我們的門，這就是誤識。密碼等也有同樣的問題。

　另外，在價格上也是一個問題。生物特征識別技術一般都需要較好的信號采集設備和計算平臺。盡管價格已有較大程度的下降，但仍然比傳統的手段要昂貴。

 指紋識別技術的發展

     指紋識別技術是通過計算機實現的身份識別手段，也是當今應用最為廣泛的生物特征識別技術。在過去主要應用于刑偵系統。近幾年來已逐漸走向民用市場。同時，民用市場也對指紋識別技術提出了具有小型化、廉價的指紋采集設備，高速計算平臺，更高的識別準確率的要求，以滿足各種不同應用的需求。

     據考古發現，公元前7000—6000年，古代的亞述人和中國人就意識到了指紋的特點，并使用指紋作為身份的象征，19世紀中葉開始了對指紋在科學意義上的研究，并得出兩個重要結論：一是沒有任何兩個手指指紋的紋線形態一致；二是指紋紋線的形態終生不變。從而這些研究使一些政府開始使用指紋進行罪犯鑒別，如阿根廷在1896年，蘇格蘭在1901年，其他一些國家在20世紀初期也紛紛引入指紋技術鑒定罪犯。20世紀60年代起用計算機自動識別指紋，同時刑偵用的指紋自動識別系統（AFIS）逐漸在全球開始了廣泛應用。而這時的指紋采集一般都采用油墨捺印的方式。

　1980年后，隨著個人計算機和光學指紋采集器的發明，指紋識別技術開始進入了一些非司法領域，如居民身份證等。1990年以后，廉價指紋采集器和計算設備的出現，解決了快速準確的匹配算法問題，使指紋識別技術走向了基于個人的應用。從此，人們對指紋識別技術的研究,對指紋的性質也有了進一步的認識。因此，指紋也就是成為當之無愧的“物證之首選”的應用對象。

  　指紋的特征系指手指表面由交替的“脊”（ridges）和“溝”（valleys）組成的平滑紋理模式，其形成取決于胚胎中形成手指表皮部分的初始環境，有很強的隨機性。一枚指紋的特征被用來區分與其他不同的指紋。其中端點和分叉點是最為常用的特征。在算法是都要記錄它們的位置和方向，中心點和三角點在刑偵系統中普遍使用，而在民用系統中并不常用。因為這些應用中所使用的采集器往往面積小，較難完整地采集到中心點和三角點。交叉和小島由于計算機上的困難，在實際系統中往往不予采用。有人曾提出用汗腺孔來進行指紋識別，但這種方法要求指紋采集設備要有非常高的分辨率，所以在實際系統中沒有采用。

　指紋采集器，目前常用的指紋采集設備有三種，光學式、硅芯片式、超聲波式。其中，光學指紋采集器是最早的指紋采集器，是使用最為普遍的，也

光學指紋采集器具有使用時間長；對溫度等環境因素的適應能力強；分辨率較高的優點。但是由于受光路限制，無畸變型采集器尺寸較大。通常有較嚴重的光學畸變；采集窗口表面往往有痕跡遺留現象。CCD器件可能因壽命老化，有降低圖像質量等缺陷。

硅芯片式指紋采集器出現于90年代末。大部分硅芯片測量手指表面與芯片表面的直流電容場。這個電容場經A/D轉換后成為灰度數字圖像。但Authentec公司的芯片可以測量手指真皮層的交流電容。其優點是圖像質量較好；尺寸較小，容易集成到其他設備中去。其缺點是耐用性和環境適應性差，尤其在一些較惡劣的環境下，抗靜電能力、抗腐蝕能力、抗壓力等方面的不足；圖像面積小，可能降低識別的準確性，并導致用戶使用的不方便?？傊?，硅芯片采集器現在尚不成熟，但可能是未來的方向。

　超聲波式指紋采集器：可能是最準確的指紋采集器。目前，在技術上尚不成熟，這種采集器發射超聲波，根據經過手指表面，采集器表面和空氣的回波來測量反射距離，從而可以得到手指表面凹凸不平的圖像。超聲波可以穿透灰塵和汗漬等，從而得到優質的圖像。由于該產品尚未大量使用，因此，很難準確評價它的性能。然而一些實驗性的應用指出，這種采集器具有優越的性能。它吸收了光學采集器和硅芯片采集器的長處，如圖像面積大，使用方便，耐用性好的優點等。

　指紋識別過程：具有登記過程和識別兩過程，用戶需要先采集指紋，然后計算機系統自動進行特征提取，提取后的特征將作為模板保存在數據庫或其他指定的地方。在識別或驗證階段，用戶首先要采集指紋，然后計算機系統自動進行特征提取，提取后的待驗特征將與數據庫中的模板進行比對，并給出比對結果。在很多場合，用戶可能要輸入其他的一些輔助信息，以幫助系統進行匹配，如帳號、用戶名等。這是個通用過程，對所有的生物特征識別技術都適用。

　指紋識別技術的評價標準：主要是拒登率（FTE）、拒識率（FRR）、誤識率（FAR）、相等錯誤率（EER）。盡管不少指紋驗證技術的提供廠商，通常宣稱他們的產品可以達到的指標為FRR<0.01%，FAR<0.001%。但從公開發表的學術論文和權威性的測試看，這樣的指標很難達到。

2000年8月，公安部一所組織了一次測試，涉及國內外20多家單位參加，測試結果和排名未對外正式公布。漢王的指標為FTE=0.54%，EER=1.82%，位居前列，并獲準向其提供指紋識別技術。在技術上達到當時國際先進水平，達到實用化水平。

　行業標準：標準對行業至關重要，標準的出現意味著技術的成熟和廣泛應用的開始。在美國，FBI和NIST等機構曾制定了大量的指紋技術標準，這些標準包括指紋圖像的壓縮標準、指紋圖像和特征數據的公共交換格式標準等。為廣泛開展應用，我國公安部也制定了一系列指紋技術標準，這些標準涵蓋了圖像壓縮、數據交換格式、網絡傳輸規范、采集技術規范等。而這些標準都是針對刑偵系統的。它對民用指紋系統有很好的參考作用，但很難直接應用到身份驗證的民用系統中。

   一些國際組織已經開始制定一些標準，以推動指紋技術更廣泛的開展應用。典型的如BioAPI Consortium，它已經制定了一些有關的標準（生物特征識別技術的應用開發接口標準，

 BioAPI），以推動生物特征驗證技術在計算機操作系統、網絡和電子商務等方面的應用?？赡軐Σ煌膽枚夹枰胁煌膶I性標準。目前還缺乏完善的標準來支持不同類型的應用.

指紋識別技術

  生物特征識別是一種計算機識別技術，可根據指紋、虹膜、掌紋、臉型、DNA等生物特征，通過多指紋識別算法，在較短時間內完成對任

  由于人體指紋具有不變性和唯一性，所以指紋識別技術成為應用最廣泛的識別技術。因此，采用指紋識別技術進行身份驗證是安全可靠的系統，它可以取代傳統的基于密碼、鑰匙和證件的安全系統，而且不需記憶密碼，無需攜帶證件，指紋就是身份證明。近年來，在世界范圍指紋識別技術的應用以爆炸性速度增長，如上海正推行的社會保險指紋身份驗證系統，香港推行的指紋特征的電子身份證等,而且向更廣闊的領域開展應用。

　指紋識別技術，主要用于個人身份鑒定，可廣泛用于考勤、門禁控制、PC登錄認證、私人數據安全、電子商務安全、網絡數據安全、身份證件、信用卡、機場安全檢查，刑事偵破與罪犯緝捕等。目前已推出新一代指紋考勤系統、滾動指紋采集系統等，并已得到一定程度的應用。特別是指紋考勤系統，充分體現了現代先進的管理思想，利用指紋進行考勤不僅解決了出勤和嚴格了上下班制度問題，而且考勤系統推向市場以來，在一些用戶中產生良好反響，指紋考勤制度的推行，取得了比較好的經濟效益，凡使用指紋考勤機的單位都認為，指紋考勤制度的推行，不僅建立了好的上下班秩序，而且樹立了先進管理理念，解決了多年來采用其它考勤方式，所沒有解決的弊端問題，大大顯示了指紋考勤的威力和其優越性。

　隨著指紋識別技術的成熟并產業化，可廣泛用于“金盾工程”、銀行、證券、高考身份驗證、社會養老保險身份驗證、指紋門禁鎖等領域，它的推廣將具有很大社會效益和經濟效益，具有廣闊的市場應用前景。

指紋識別技術的應用

  指紋識別屬于生物特征的一種，通過攝像頭提取指紋圖像，輸入計算機，再通過一系列復雜的圖像處理和模式識別算法對指紋進行識別，完成身份證過程，可廣泛用于上下班指紋考勤，安全保密，防偽認證，公安刑事偵破、指紋門禁、銀行、社會養老保險以及凡是需要用于身份認證的單位和部門。由于信息技術的發展，所面臨的金融安全、刑事偵察破案的要求等多方面的需要。傳統的以密碼為特征的身份認證技術越來越滿足不了這些行業安全性的要求，在這種情況下，采用生物識別技術進行身份認證，是我國實施安全保密措施的必然要求。通過建立人體生物特征數據庫，在公安、金融、軍隊等行業領域開始采用這項技術，從而保障國家經濟、軍事、國防、保密部門的安全以及公民財產、人身安全不受侵犯。