人體生物特徵的比較與應用

王鋼

一、生物特徵識別的特點第一個特點 是「足夠有效」的匹配原則。生物認證與口令認證系統中採取的匹配原則不大一樣，在口令認證系統中採取的是精確匹配的原則。也就是說，被認證者提交的口令必須與資料庫中存儲的口令數據完全一致，相差一個字元都不能通過。而在生物認證系統中，匹配軟體把當前收集到的被認證者的生物特徵數據和存儲在資料庫中的模板進行匹配，不是看是否絕對的匹配，而是看匹配的結果是否在有效範圍內。我們可以把這種匹配的模式稱為「模糊匹配」，它涉及到模糊數學的理論。 第二個特點 是系統在認證對象每次出示生物特徵時採集到的特徵數據是不同的。如採集指紋時，每次手指按壓的力度和手指在指紋讀取器上的相對位置都不可能完全一樣。第三個特點 是系統使用的是認證對象的生物特徵的典型數據，並非生物特徵的完整記錄。基於生理特徵的主要有：指紋、掌紋、視網膜、虹膜、面部特徵等；基於行為特徵的生物鑒定主要是對認證對象的行為進行測量，例如簽名、滑鼠動作、擊鍵等。二、生物特徵的種類與應用人的生物特徵有很多種，直到目前，已經投入應用和正在研究的人的生物認證技術包括了DNA、指紋、掌紋、腳印、手形、臉形、耳形、牙印、唇印、聲紋、虹膜、視網膜、靜脈圖案、汗毛孔、握手、指甲、身體氣味、皮膚色彩與光滑、腦電波、步態及其他運動行態、筆跡、滑鼠動作和擊鍵動力學等。目前，生物認證技術廣泛應用於安全保衛、反恐、刑事案件偵破中，使用較多的是指紋、人像、DNA等，特別是DNA技術，在災難、命案和強姦案當中，是非常強有用的。（一）指紋特徵指紋是人手指末端掌麵皮膚乳突線隆起形成的紋理。在安全保衛和反恐中，主要是指紋識別與查詢。通過計算機和網路建立指紋資料庫，使指紋識別的價值得到了提高。指紋識別技術的優點是：1.指紋是相當穩定的，不易隨著年齡、身體狀況發生變化；2.每個人的指紋各不相同，重複的概率極小；3.指紋便於採集，易於推廣使用；4.指紋特徵易於使用現在成熟的演算法處理，特徵數據量小，為建立大指紋資料庫和網路快速指紋檢索提供了有利的條件。（二）人臉特徵人臉識別或人像識別，是近年來發展較快的身份認證技術。人的面貌特徵包括：眼睛、眼睛輪廓、鼻子、嘴唇、眉毛、耳廓、下顎線、臉頰、骨周圍區域等面部立體特徵。人臉識別技術的優點是：1.人臉採集速度快、方便、直觀、成本低，對人友好，最易於配合；2.可以隱蔽和遠距離採集人臉，適用於監控場所；3.可以利用現有的各種證書、用人單位人事部門的人像照片資源。人臉識別技術的缺點是：1.人臉存在一定差異，就目前的圖像處理演算法，誤識率較高；2.人臉隨著個體的健康狀態變化，而發生一定的變化；3.利用整形改變臉型，易於偽裝；4.採集人像時，受環境的光線亮度、方向、角度的影響很大；5.面部表情的細微變化，在計算機自動識別中很困難。（三）虹膜特徵虹膜是眼睛瞳孔周圍圓形色素隔膜，其中的肌肉可以調整進入眼睛的光通量。據推算兩個人的虹膜相同的概率是。虹膜識別技術主要用於安全場所、銀行、旅客檢查、海關身份認證等。虹膜識別技術的優點是：1.被採集人無需接觸採集設備；2.建立虹膜資料庫，查詢速度快，準確性高；3.在虹膜識別中，計算機識別系統自動完成，不用人工干預。虹膜識別技術的缺點是：1.盲人和眼睛有疾病的人不適合使用虹膜識別技術；2.虹膜採集設備的成本高，依賴於周圍的環境，不易普及；3.需要特殊的光源，才能顯示出利於採集的虹膜圖案；4.對黑眼睛的識別比較困難。（四）視網膜特徵每個人的視網膜圖紋也都是不同的。視網膜血管分布具有唯一性，視網膜的結構在人的一生中是穩定的，誤識率低於百萬分之一。視網膜識別技術的優點是：1.視網膜識別的可靠性高；2.視網膜識別技術的準確性高；3.視網膜是不可見的，不易偽裝，有效防止生物欺騙。視網膜識別技術的缺點是：1.採集設備昂貴，成本高，採集過程較複雜；2.有眼睛疾病的不適合使用視網膜識別技術；3.採集視網膜圖案時，要求有較近的距離和靜止注視採集設備；4.視網膜靜脈圖像不夠穩定，視網膜識別系統的拒識率較高；5．視網膜採集設備對人的眼睛有一定的傷害。（五）語音特徵人類語言的產生是人體語言中樞與發音器官之間一個複雜的生理物理過程，人在講話時使用的發聲器官——舌、牙齒、喉頭、肺、鼻腔在尺寸和形態方面的差異很大，所以任何兩個人的聲紋圖譜都有差異。識別技術的優點是：1.聲紋識別技術不依賴於特定文字；2.聲紋識別具有不會遺失和忘記、不需記憶、使用方便等優點；3.非接觸的採集聲音的方式，使被採集者接受程度高；4.利用語音進行身份識別是最自然和最經濟的方法之一。識別技術的缺點是：1.由於音量、語速、語氣、人的狀態等變化，容易產生識別上的誤差；2.易於進行聲音欺騙，現代技術使得聲音欺騙更加容易和簡單。同一個人的磁帶錄音也能欺騙語音識別系統；3.聲音識別主要用於個體身份識別、安全認證、語音合成、方言識別等。（六）DNADNA 是脫氧核糖核酸的英文縮寫，DNA存在於一切有核的動物和植物中，生物的全部遺傳信息都貯存在DNA分子里。核苷酸的總數達30億左右，如隨機查兩個人的DNA圖譜，其完全相同的概率僅為三千億分之一，這一概率遠低於目前世界人口總數的倒數，所以其認定個人的價值可看作是100%。識別技術的優點是：1.可以對嫌疑人父母兄妹做樣品檢驗，間接認定罪犯；2.為案件的偵查、嫌疑人的排查提供方向，節約大量的時間、警力和財力，使DNA 成為真正意義上的「物證之首」；3.採集的檢材少，如脫落的表皮和毛髮等。識別技術的缺點是：對雙胞胎無法使用DNA技術進行個體識別。（七）簽名特徵簽名筆跡特徵含有生物特徵、心理特徵和社會語言學特徵。簽名主要是通過生物特徵中的行為特徵表現出來的，不能完全排除心理特徵和社會語言學特徵的跡象。簽名識別技術的優點是：1.使用簽名作為身份識別的方法，有良好的心理基礎，易於接受；2.靜態簽名應用普及，方便、快速，幾乎沒有成本；3.動態簽名不易模仿，即行為動力學特徵不易模仿和被盜。簽名識別技術的缺點是：1.動態簽名的設備成本較高；2.靜態簽名易於模仿和偽造；3.靜態簽名的自動識別、誤判率較高；4.受書寫工具、心情、心理等影響，產生不穩定。三、生物特徵的融合沒有一種生物識別技術在各種指標上全是最佳的，也不能認為在某個指標上是最佳的，應用價值就最大。將多種生物特徵採用信息融合的方法，將會使識別系統的準確性、可靠性和適用性得到很大提高。這就是多種生理或行為特徵進行人的身份識別的技術。多種生物特徵融合技術的優點是：1.提高身份認證的準確性；2.增加了生物特徵欺騙的難度，提高了系統的可靠性；3.可以在一定程度上排除干擾特徵，利用有價值的特徵進行身份認證；4.在一定範圍內，可以避免由於某些生物特徵的變化帶來的影響；5.多種生物特徵融合技術是計算機技術和人工智慧技術結合的方法，可以在特徵的細節上和在整個系統的決策上得出更為客觀和理想的結果。