生物識別技術(shù)

1、生物識別永恒的身份證林鶴（上海科學(xué)技術(shù)情報研究所 200031）摘要：人的身份識別在現(xiàn)代社會變得越來越重要。開門不再用叮叮當(dāng)當(dāng)?shù)蔫€匙串，銀行取錢也不必輸入那些“安全”的密碼，走遍全球更不用帶著一堆總怕丟失的卡；你的手就是鑰匙、你的臉就是密碼、你這個人就是地球村公民的身份證。這就是生物識別，二十一世紀(jì)人類將擁有真正屬于自己的身份證。生物識別技術(shù)將徹底解決我們社會中任何有關(guān)身份識別的難題，在公安、國防、金融、保險、醫(yī)療衛(wèi)生、計算機(jī)網(wǎng)絡(luò)等各個領(lǐng)域中都有廣闊的應(yīng)用前景，可靠、方便快捷是其最吸引人的地方。本文從介紹生物識別的起源和發(fā)展開始，帶你步入一個色彩繽紛的生物識別世界，各種科幻般的高科技、琳瑯滿目

2、的生物識別產(chǎn)品都會向你一一展現(xiàn)。要知道，生物識別就在你的身旁。在日常生活中，往往會出現(xiàn)這樣一些情況：鑰匙丟了，進(jìn)不了門；密碼忘了，無法在ATM機(jī)上取錢；電腦中的重要資料被他人非法復(fù)制了；手機(jī)被他人盜用，打了國際長途，這些都給我們造成了很大的麻煩，甚至巨大損失，以上這一切都與身份識別有關(guān)。目前，身份識別所采用的方法主要有：根據(jù)人們所持有的物品如鑰匙、證件、卡等；或人們所知道的內(nèi)容如密碼和口令等來確定其身份。但兩者都存在著一些缺陷，物品可能丟失和復(fù)制，內(nèi)容容易遺忘和泄露，使其難以保證身份確認(rèn)的方便性、結(jié)果的惟一性和可靠性。因此，我們急需一種更加方便、有效、安全的身份識別技術(shù)來保障我們的生活，這種技

3、術(shù)就是生物識別技術(shù)我們自己的人體就是最安全、最有效的密碼和鑰匙。1 走近生物識別提起生物識別技術(shù)，人們或許感到陌生，但如果說到指紋識別或者是虹膜識別，就不免會想到偵探電影中破案人員依靠現(xiàn)場指紋進(jìn)行罪犯確認(rèn)、用指紋代替密碼開啟保險箱，依靠眼睛對著一個小攝像機(jī)來取代鑰匙開門等等。這就是被比爾·蓋茨稱之為21世紀(jì)最重要的應(yīng)用技術(shù)之一的生物識別技術(shù)，它正在步入我們的生活中。1.1 什么是生物識別生物識別是依靠人體的身體特征來進(jìn)行身份驗證的一種解決方案。這些身體特征包括指紋、聲音、面部、骨架、視網(wǎng)膜、虹膜和DNA等人體的生物特征，以及簽名的動作、行走的步態(tài)、擊打鍵盤的力度等個人的行為特征。生物

4、識別的技術(shù)核心在于如何獲取這些生物特征，并將其轉(zhuǎn)換為數(shù)字信息，存儲于計算機(jī)中，利用可靠的匹配算法來完成驗證與識別個人身份的過程。1.2 生物識別的起源和發(fā)展生物識別的歷史可追溯到古代埃及人通過測量人的尺寸來鑒別他們，像這種基于測量人體身體某一部份或者舉止的某一方面識別技術(shù)一直延續(xù)了幾個世紀(jì)。而在公元前7000年到6000年以前，古敘利亞和中國，指紋作為身份鑒別已經(jīng)開始應(yīng)用。考古發(fā)現(xiàn)，在這個時代，一些粘土陶器上留有陶藝匠人的指紋，中國的一些文件上印有起草者的大拇指指紋，在Jercho古城市的房屋中也發(fā)現(xiàn)留有磚匠一對大拇指指紋的印記。19世紀(jì)初，科學(xué)研究發(fā)現(xiàn)了指紋的兩個重要特征，一是兩個不同手指的

5、指紋紋脊的式樣不同，另外一個是指紋紋脊的式樣終生不改變。這個研究成果使得指紋在犯罪鑒別中得以正式應(yīng)用，1896年阿根廷首次應(yīng)用，然后是1901年的蘇格蘭，20世紀(jì)初其他國家也相繼應(yīng)用到犯罪鑒別中。20世紀(jì)60年代，由于計算機(jī)可以有效地處理圖形，人們開始著手研究利用計算機(jī)來處理指紋。從那時起，自動指紋識別系統(tǒng)AFIS在法律實施方面的研究和應(yīng)用在世界許多國家展開，F(xiàn)BI在60年代末期開始使用一種自動識別指紋的設(shè)備，到在70年代末期，已經(jīng)有一定數(shù)量的設(shè)備開始在美國大范圍使用。用于商業(yè)的高級生物測定設(shè)備最早開始于20世紀(jì)70年代，一種叫做Identimat 的設(shè)備出現(xiàn)了，它通過測量手的形狀和手指的長度

6、來用作識別的標(biāo)志。20世紀(jì)80年代，個人電腦、光學(xué)掃描這兩項技術(shù)的革新，使得它們作為指紋取像的工具成為現(xiàn)實，從而使指紋識別可以在其他領(lǐng)域中得以應(yīng)用，比如代替IC卡?，F(xiàn)在（90年代后期），低價位取像設(shè)備的引入及其飛速發(fā)展，可靠的比對算法的發(fā)現(xiàn)為個人身份識別應(yīng)用的增長提供了舞臺。 第一個介紹測定視網(wǎng)膜的系統(tǒng)出現(xiàn)于八十年代，劍橋大學(xué)的Joho Daughman教授的工作開始了虹膜識別的技術(shù)的研究，而對于簽字與面部的識別技術(shù)才剛剛開始。 1.3 生物識別的特點(diǎn)生物識別之所以能夠作為個人身份鑒別的有效手段，是由它自身的特點(diǎn)所決定的：普遍性、唯一性、穩(wěn)定性、不可復(fù)制性。普遍性生物識別所依賴的身體特征基本上

7、是人人天生就有的，用不著向有關(guān)部門申請或制作。唯一性和穩(wěn)定性經(jīng)研究和經(jīng)驗表明，每個人的指紋、掌紋、面部、發(fā)音、虹膜、視網(wǎng)膜、骨架等都與別人不同，且終生不變。不可復(fù)制性隨著計算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，復(fù)制鑰匙、密碼卡以及盜取密碼、口令等都變得越發(fā)容易，然而要復(fù)制人的活體指紋、掌紋、面部、虹膜、掌紋等生物特征就困難得多。這些技術(shù)特性使得生物識別身份驗證方法不依賴各種人造的和附加的物品來證明人的自身，而用來證明自身的恰恰是人本身，所以，它不會丟失、不會遺忘，很難偽造和假冒，是一種“只認(rèn)人、不認(rèn)物”，方便安全的保安手段。1.4 生物識別的種類(1)指紋指紋在我國古代就被用來代替簽字畫押，證明身份。大致可分為“弓

8、”、“箕”、“斗”三種基本類型，具有各人不同，終身不變的特性。指紋識別是目前最成熟、最方便、可靠、無損傷和價格便宜的生物識別技術(shù)解決方案，已經(jīng)在許多行業(yè)領(lǐng)域中得到了廣泛的應(yīng)用。優(yōu)點(diǎn)：第一是專一性強(qiáng)，復(fù)雜程度高：指紋是人體獨(dú)一無二的特征，并且它們的復(fù)雜度足以提供用于鑒別的足夠特征。第二是可靠性高：如果我們想要增加可靠性，我們只需登記更多的指紋，鑒別更多的手指，最多可以多達(dá)十個，而每一個指紋都是獨(dú)一無二的，并且用戶將手指與指紋采集頭直接接觸是讀取人體生物特征最可靠的方法。第三是速度快、使用方便：掃描指紋的速度很快，使用非常方便；第四是設(shè)備小、價格低：指紋采集頭更加小型化，可以很容易的與其他設(shè)備相結(jié)

9、合，并且隨著電子傳感芯片的快速發(fā)展，其價格也會更加低廉。 缺點(diǎn)：某些人或某些群體的指紋因為指紋特征很少，故而很難成像。此外，由于現(xiàn)在的指紋鑒別技術(shù)都可不存儲任何含有指紋圖像的數(shù)據(jù)，而只是存儲從指紋中得到的加密的指紋特征數(shù)據(jù)；每一次的使用指紋時都會在指紋采集頭上留下用戶的指紋印痕，而這些指紋痕跡存在被用來復(fù)制指紋的可能性。（2）掌紋手掌幾何學(xué)是基于這樣一個事實：幾乎每個人的手的形狀都是不同的，而且這個手的形狀在人達(dá)到一定年齡之后就不再發(fā)生顯著變化。當(dāng)用戶把他的手放在手形讀取器上時，一個手的三維圖像就被捕捉下來。接下來，對手指和指關(guān)節(jié)的形狀和長度進(jìn)行測量。根據(jù)用來識別人的數(shù)據(jù)的不同，手形讀取技術(shù)可

10、劃分為下列三種范疇：手掌的應(yīng)用，手中血管的模式，以及手指的幾何分析。映射出手的不同特征是相當(dāng)簡單的，不會產(chǎn)生大量數(shù)據(jù)集。但是，即使有了相當(dāng)數(shù)量的記錄，手掌幾何學(xué)不一定能夠?qū)⑷藚^(qū)分開來，這是因為手的特征是很相似的。與其他生物識別方法相比較，手掌幾何學(xué)不能獲得最高程度的準(zhǔn)確度。當(dāng)數(shù)據(jù)庫持續(xù)增大時，也就需要在數(shù)量上增加手的明顯特征來清楚地將人與模板進(jìn)行辨認(rèn)和比較。（3）眼睛分析眼睛的復(fù)雜和獨(dú)特特征的生物識別技術(shù)主要包括了虹膜識別技術(shù)、視網(wǎng)膜識別技術(shù)和角膜識別技術(shù)。虹膜是環(huán)繞著瞳孔的一層有色的細(xì)胞組織。每一個虹膜都包含一個獨(dú)一無二的基于像冠、水晶體、細(xì)絲、斑點(diǎn)、結(jié)構(gòu)、凹點(diǎn)、射線、皺紋和條紋等特征的結(jié)構(gòu)

11、。虹膜掃描安全系統(tǒng)包括一個全自動照相機(jī)來尋找你的眼睛并在發(fā)現(xiàn)虹膜時，就開始聚焦，捕捉到虹膜樣本后由軟件來對所得數(shù)據(jù)與儲存的模板進(jìn)行比較。想通過眨眼睛來欺騙系統(tǒng)是不行的。虹膜識別比較便于用戶使用；可靠性好，用戶與設(shè)備之間也無需物理的接觸； 但其設(shè)備尺寸較大，并且因聚焦的需要而采用的攝像頭很昂貴，黑眼睛極難讀取，此外還需要一個比較好的光源。 視網(wǎng)膜是眼睛底部的血液細(xì)胞層。視網(wǎng)膜掃描是采用低密度的紅外線去捕捉視網(wǎng)膜的獨(dú)特特征，血液細(xì)胞的唯一模式就因此被捕捉下來。某些人認(rèn)為視網(wǎng)膜是比虹膜更為唯一的生物特征。視網(wǎng)膜識別的優(yōu)點(diǎn)就在于它是一種極其固定的生物特征，因為它是“隱藏”的，故而不可能受到磨損，老化等

12、影響；使用者也無需和設(shè)備進(jìn)行直接的接觸；同時它是一個最難欺騙的系統(tǒng)，因為視網(wǎng)膜是不可見的，故而不會被偽造。另一方面，視網(wǎng)膜識別也有一些不完善的，如：視網(wǎng)膜技術(shù)可能會給使用者帶來健康的損壞，這需要進(jìn)一步的研究；設(shè)備投入較為昂貴，識別過程的要求也高，因此角膜掃描識別在普遍推廣應(yīng)用上具有一定的難度。（4）面部面部識別系統(tǒng)是通過分析面部特征的唯一形狀、模式和位置來辯識人。其采集處理的方法主要是標(biāo)準(zhǔn)視頻和熱成像技術(shù)。標(biāo)準(zhǔn)視頻技術(shù)通過一個標(biāo)準(zhǔn)的攝像頭攝取面部的圖像或者一系列圖像，在面部被捕捉之后，一些核心點(diǎn)被記錄，例如，眼睛，鼻子和嘴的位置以及它們之間的相對位置被記錄下來然后形成模板；熱成像技術(shù)通過分析由

13、面部的毛細(xì)血管的血液產(chǎn)生的熱線來產(chǎn)生面部圖像，與視頻攝像頭不同，熱成像技術(shù)并不需要在較好的光源條件下，因此即使在黑暗情況下也可以使用。面部這項生物識別技術(shù)的吸引力在于它能夠人機(jī)交互，用戶不需要和設(shè)備直接的接觸。但相對來說，這套系統(tǒng)是可靠較差，使用者面部的位置與周圍的光環(huán)境都可能影響系統(tǒng)的精確性，并且設(shè)備十分昂貴，只有比較高級的攝像頭才可以有效高速的撲捉面部圖像，設(shè)備的小型化也比較困難；此外，面部識別系統(tǒng)對于因人體面部的如頭發(fā)，飾物，變老以及其他的變化需要通過人工智能來得到補(bǔ)償，機(jī)器知識學(xué)習(xí)系統(tǒng)必須不斷地將以前得到的圖像和現(xiàn)在的得到的進(jìn)行比對；以改進(jìn)核心數(shù)據(jù)和彌補(bǔ)微小的差別。鑒于以上各種因素，此

14、項技術(shù)在推廣應(yīng)用上還存在著一定的困難。（5）語音語音識別主要包括了兩個方面：語言和聲音。聲音識別是對基于生理學(xué)和行為特征的說話者嗓音和語言學(xué)模式的運(yùn)用，它與語言識別不同在于不對說出的詞語本身進(jìn)行辯識。而是通過分析語音的唯一特性，例如發(fā)音的頻率，來識別出說話的人。聲音辯識技術(shù)使得人們可以通過說話的嗓音來控制能否出入限制性的區(qū)域。舉例來說，通過電話撥入銀行、數(shù)據(jù)庫服務(wù)、購物或語音郵件，以及進(jìn)入保密的裝置。語言識別則要對說話的內(nèi)容進(jìn)行識別，主要可用于信息輸入、數(shù)據(jù)庫檢索、遠(yuǎn)程控制等方面?，F(xiàn)在身份識別方面更多的是采用聲音識別。聲音識別也是一種非接觸的識別技術(shù)，用戶可以很自然地接受，使用方便。但由于非人

15、性化的風(fēng)險、遠(yuǎn)程控制和低準(zhǔn)確度，它并不可靠；并且聲音的變化范圍大（如音量、速度和音質(zhì)等方面）直接會影響采集與比對的精確度，一個患上感冒的人有可能被錯誤的拒認(rèn)從而無法使用該聲音識別系統(tǒng)。同時隨著數(shù)字化技術(shù)的發(fā)展，音頻數(shù)字處理技術(shù)很可能欺騙聲音識別系統(tǒng)，其安全性受到了挑戰(zhàn)。（6）簽名簽名識別，也被稱為簽名力學(xué)辯識，它是建立在簽名時的力度上的。它分析的是筆的移動，例如加速度、壓力、方向以及筆劃的長度，而非簽名的圖像本身。簽名識別和聲音識別一樣，是一種行為測定學(xué)。簽名力學(xué)的關(guān)鍵在于區(qū)分出不同的簽名部分，有些是習(xí)慣性的，而另一些在每次簽名時都不同。 簽名作為身份認(rèn)證的手段已經(jīng)用了幾百年了，應(yīng)用范圍從獨(dú)立

16、宣言到信用卡都可見到，是一種能很容易被大眾接受而且是一種公認(rèn)的較為成熟的身份識別技術(shù)。然而，簽名辯識的問題仍然存在于獲取辯識過程中使用的度量方式以及簽名的重復(fù)性。簽名系統(tǒng)已被控制在某種方式上去接受變量。但是，如果不降低接受率，它就無法持續(xù)地衡量簽名的力度。因為簽名的速度不快，我們也無法在Internet上方便使用它。(7) DNA 人體內(nèi)的DNA在整個人類范圍內(nèi)具有唯一性（除了雙胞胎可能具有同樣結(jié)構(gòu)的DNA外）和永久性。因此，除了對雙胞胎個體的鑒別可能失去它應(yīng)有的功能外，這種方法具有絕對的權(quán)威性和準(zhǔn)確性。DNA鑒別方法主要根據(jù)人體細(xì)胞中DNA分子的結(jié)構(gòu)因人而異的特點(diǎn)進(jìn)行身份鑒別。這種方法的準(zhǔn)確

17、性優(yōu)于其它任何身份鑒別方法，同時有較好的防偽性。然而，DNA的獲取和鑒別方法（DNA鑒別必須在一定的化學(xué)環(huán)境下進(jìn)行）限制了DNA鑒別技術(shù)的實時性；另外，某些特殊疾病可能改變?nèi)梭wDNA的結(jié)構(gòu)組成，系統(tǒng)無法正確的對這類人群進(jìn)行鑒別。（8）其它除了以上介紹的幾種生物識別技術(shù)以外，現(xiàn)在開發(fā)和研究中的還有通過靜脈、耳朵形狀、按鍵節(jié)奏、身體氣味、行走步態(tài)等的識別技術(shù)。1.5 生物識別的支撐高科技生物識別既然早已為人所知，但為什么各種各樣生物識別技術(shù)在近年來才得以迅速發(fā)展呢？其關(guān)鍵在于現(xiàn)代信息技術(shù)為其提供了非常雄厚的技術(shù)支持，當(dāng)今信息技術(shù)已超越了摩爾定律，成幾何級數(shù)發(fā)展，各種先進(jìn)的圖像處理技術(shù)、計算機(jī)技術(shù)、

18、網(wǎng)絡(luò)技術(shù)得到了廣泛的應(yīng)用，從而使得基于數(shù)字信息技術(shù)的現(xiàn)代生物識別系統(tǒng)迅速發(fā)展起來。所有的生物識別系統(tǒng)都包括如下幾個處理過程：采集、解碼、比對和匹配。生物圖像采集的包括了高精度的掃描儀、攝像機(jī)等光學(xué)設(shè)備，以及基于電容、電場技術(shù)的晶體傳感芯片，超聲波掃描設(shè)備、紅外線掃描設(shè)備等。在數(shù)字信息處理方面，高性能、低價格的數(shù)字信號處理器（DSP）已開始大量的應(yīng)用于民用領(lǐng)域，其對于系統(tǒng)所采集的信息進(jìn)行數(shù)字化處理的功能也越來越強(qiáng)。在比對和匹配技術(shù)方面，各種先進(jìn)的算法技術(shù)不斷的開發(fā)成功，大型數(shù)據(jù)庫和分布式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，使得生物識別系統(tǒng)的應(yīng)用得以順利實現(xiàn)。一個優(yōu)秀的生物識別系統(tǒng)要求能實時迅速有效地完成其識別過程。

19、但不同的生物識別系統(tǒng)的采集方式和以及計算機(jī)處理算法等都不一樣。下面以較為成熟的指紋識別系統(tǒng)為例來介紹一下生物識別系統(tǒng)的關(guān)鍵技術(shù)。（1）指紋圖像的采集光學(xué)錄入技術(shù)：最成熟也是最古老的指紋錄入技術(shù)，只要將手指放在一個臺板（通常是用加膜的玻璃制成）上，就能完成手指圖像的錄入。在過去幾年中，這種設(shè)備已經(jīng)變地越來越小，價格也越來越便宜了。光學(xué)錄入設(shè)備的生產(chǎn)廠家大約有50家。超聲波錄入技術(shù)：已經(jīng)存在多年，但它的應(yīng)用范圍始終不是十分廣泛。手指在放在玻璃臺板上，超聲波掃描開始時會聽到蜂鳴聲并感覺到震動。由于使用了聲波，因此，在錄入圖像時，手指不必直接接觸臺板。芯片錄入技術(shù)：基于芯片的傳感器，面積只有一枚郵票那

20、么大，使用者直接將手指放在硅芯片的表面來完成指紋圖像的錄入。（2）解碼當(dāng)通過上述三種方式得到一幅指紋圖像后，接下來就是對圖像的解碼，這就需要對圖像特征進(jìn)行提取、分析，指紋基本特征就是如嵴、谷和終點(diǎn)、分叉點(diǎn)或分歧點(diǎn)。平均每個指紋都有幾個獨(dú)一無二可測量的特征點(diǎn)，每個特征點(diǎn)都有大約七個特征，我們的十個手指產(chǎn)生最少4900個獨(dú)立可測量的特征點(diǎn)，足以確認(rèn)指紋識別的可靠性。（3）比對和匹配當(dāng)指紋圖像的特征值被提取后，就可依照特征值與數(shù)據(jù)庫中原來存儲的指紋圖像特征進(jìn)行比對和匹配。當(dāng)然在這過程中，快速可靠的算法是一個關(guān)鍵，如何對于殘缺圖像進(jìn)行匹配以及傷疤等處理都要依賴于算法技術(shù)。盡管指紋只是人體皮膚的一小部分

21、，但用于識別的數(shù)據(jù)量相當(dāng)大，對這些數(shù)據(jù)進(jìn)行比對也不是簡單的相等與不相等的問題，而是使用需要進(jìn)行大量運(yùn)算的模糊匹配算法。現(xiàn)代電子集成制造技術(shù)使得我們可以制造相當(dāng)小的指紋圖像讀取設(shè)備，同時飛速發(fā)展的個人計算機(jī)運(yùn)算速度提供了在微機(jī)甚至單片機(jī)上可以進(jìn)行兩個指紋的比對運(yùn)算的可能。另外，匹配算法可靠性也不斷提高，指紋識別技術(shù)己經(jīng)非常實用。其他生物識別的過程與上述指紋識別系統(tǒng)的過程基本是一致的，區(qū)別在于:（1）采集設(shè)備不同。每種生物識別技術(shù)所需的采集設(shè)備是不同的，如視網(wǎng)膜識別就需要紅外線掃描儀、面部識別需要高精度的攝像機(jī)、聲音識別需要高分辨率的麥克風(fēng)等等。因此，采集設(shè)備的精度、分辨率及可靠性等各種性能指標(biāo)都

22、是直接影響識別效果的重要因素。（2）提取的特征點(diǎn)不同，每種生物識別技術(shù)都會根據(jù)識別不同的識別對象而確定不同的特征類型，如靜脈識別和視網(wǎng)膜識別都是提取不同部位的血管分布等特征，聲音識別提取的不同頻率等。所以特征類型的選取也是決定該生物識別系統(tǒng)識別效率高低的一個方面。（3）在計算機(jī)處理方面，各種生物識別系統(tǒng)的算法都不同，就是指紋識別中，采用不同的掃描方式所采用的算法也不同。另一方面，對于大型的生物識別系統(tǒng)，都牽涉到數(shù)據(jù)庫技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)技術(shù)，成千上萬的采集樣本存儲不可能在同一個服務(wù)中，甚至同一個地方，怎樣快速的在異地網(wǎng)絡(luò)上檢索、比對、匹配所采集的樣本特征是一個重要的技術(shù)關(guān)鍵。2 生物識別的現(xiàn)狀現(xiàn)今生活中

23、，生物識別技術(shù)已經(jīng)不在是一種想象中的、深不可測的高科技，只能在科幻電影或軍事國防、公安刑偵及其他機(jī)要部門中出現(xiàn)；相反，它越來越多的出現(xiàn)在我們普普通通的日常生活中。2.1 產(chǎn)品生物識別發(fā)展到現(xiàn)在，已經(jīng)成為一個龐大的家族了。它在公安、國防、金融、保險、醫(yī)療衛(wèi)生、計算機(jī)管理等領(lǐng)域均發(fā)揮了重要作用。出現(xiàn)了專業(yè)研制生產(chǎn)生物識別產(chǎn)品的公司，所開發(fā)的產(chǎn)品種類豐富，除傳統(tǒng)的公安自動指紋識別系統(tǒng)（AFIS）及門禁系統(tǒng)外，還出現(xiàn)了指紋鍵盤、指紋鼠標(biāo)、指紋手機(jī)、虹膜自動取款機(jī)、面部識別的支票兌付系統(tǒng)等。以下就介紹幾種國外正在研制開發(fā)或已經(jīng)投入使用的生物識別產(chǎn)品。2.1.1指紋識別系統(tǒng)指紋識別芯片： Thomson-

24、CSF專用半導(dǎo)體公司制造的指紋識別芯片，利用了熱成像技術(shù)。只要把手指從計算機(jī)芯片上掠過，該芯片就能讀取手指上的熱圖像，從而產(chǎn)生三幅指紋圖。同樣，朗訊技術(shù)公司的子公司Veridicom公司制造的一種芯片，是利用數(shù)千只感應(yīng)電容，來感應(yīng)手指發(fā)出的電荷，而產(chǎn)生一幅指紋圖。 由西門子公司開發(fā)的指尖傳感器，滿足了低制造成本的要求，這是廣泛應(yīng)用生物識別手段的前提。開發(fā)該項新傳感技術(shù)的多功能工作組包括了來自公司總部和奧地利分部的多方面的科學(xué)家、開發(fā)家和市場營銷專家，通過集中西門子公司的全部技術(shù)專長，該工作組在短短7個月時間里就研制出該系統(tǒng)的第一套模型。西門子公司廣泛的業(yè)務(wù)范圍（包括半導(dǎo)體、信息和通信、計算機(jī)、

25、汽車系統(tǒng)等），使該項新傳感技術(shù)的應(yīng)用前景非常光明。據(jù)估計，到2003 年，此類傳感系統(tǒng)的市場銷售額將達(dá)到2030億德國馬克，總產(chǎn)量有望達(dá)到11.5億套。指紋鼠標(biāo)：德國電子巨人西門子，在亞洲電信2000 展上推出了一款名叫“ID Mouse” 的鼠標(biāo)，使用者可以驅(qū)動鼠標(biāo)從PC或者筆記本電腦中得到信息。通過輕敲位于鼠標(biāo)上端的指尖傳感器，鼠標(biāo)驅(qū)動查找已經(jīng)被輸入PC系統(tǒng)的模塊并進(jìn)行對比。一旦指紋被識別，使用者就可以啟動PC的操作系統(tǒng)。為了安全起見，如果長時間不動鼠標(biāo)，它將自動啟動屏幕保護(hù)程序，直到使用者再次觸摸ID 鼠標(biāo)為止。這個鼠標(biāo)在0.25平方英寸的觸摸芯片上有65000個傳感系統(tǒng)，可以捕捉指紋的

26、細(xì)節(jié)。這個系統(tǒng)非常靈敏，甚至用戶的手有傷口它都能準(zhǔn)確的辨別出來。加拿大多倫多的ING Direct公司是個有三年歷史的在線金融服務(wù)機(jī)構(gòu)，該公司決定采用指紋鑒別技術(shù)來確認(rèn)用戶的身份，ING Direct公司的用戶不需要用紙、筆，他們只是坐在家里利用PC機(jī)完成認(rèn)證過程；認(rèn)證的關(guān)鍵在于一種由SecuGen Corp公司出品的特殊鼠標(biāo)上，這種鼠標(biāo)在按鍵中裝有一個內(nèi)置的指紋掃描儀，對新裝備有特殊愛好的用戶也可以嘗試另一種新型的鼠標(biāo)，它的形狀是一個小棍子，同樣裝有指紋掃描儀。將這種鼠標(biāo)與安全軟件結(jié)合在一起使用，用戶就可以建立自己識別的標(biāo)志，進(jìn)入自己的銀行賬戶。ING Direct公司在2000年年初在7個

27、國家內(nèi)為自己的500余名日本用戶配置了生物鼠標(biāo)，同時加強(qiáng)了宣傳和引導(dǎo)力量。指紋手機(jī)：網(wǎng)絡(luò)時代日新月異的新技術(shù)，賦予了小小的手機(jī)太多的內(nèi)容：打電話，上網(wǎng)瀏覽，甚至購物和中央控制，所以僅靠手機(jī)本身的密碼和SIM卡鎖，是不能保障用戶的安全的，試想一旦利用手機(jī)購物，可能你的個人資料和信用卡資料將保存在手機(jī)中，一旦手機(jī)丟失或者被盜用，后果將十分嚴(yán)重所以不少手機(jī)廠商在集成各種功能的同時，也在手機(jī)安全性上大作文章，最新的技術(shù)是個人指紋識別。 最早的指紋識別手機(jī)是1998年西門子推出的SL10手機(jī)，其將"Fingertip"指紋辨認(rèn)技術(shù)移植在SL10上作模擬試用。手機(jī)機(jī)身前面及后面都裝有一

28、個跟SIM卡大小相若的金屬片指紋感應(yīng)器。機(jī)主除可預(yù)先輸入本身的指紋樣本，更可加入最多59個其他使用者的指紋。而"其他使用者"須經(jīng)機(jī)主指紋作授權(quán)，方能將指紋記錄在案，并且每位用家都有個別的使用權(quán)限。此外，每個使用者最多可儲存10只手指指紋，每只手指最多可儲存60個指紋樣本?，F(xiàn)在，西門子指紋手機(jī)的在細(xì)小如SIM卡指紋感應(yīng)器上集成了六萬五千個微型感應(yīng)器，偵察指紋速度可達(dá)每秒百分之一毫米。南韓一家名為Pass 21的公司，以三星的SGH-A100樣本機(jī)，成功示范了一次指紋手機(jī)的轉(zhuǎn)帳服務(wù)。該手機(jī)暫定名為Pass-Phone，以指紋代替?zhèn)鹘y(tǒng)的數(shù)字密碼，在手機(jī)上作銀行轉(zhuǎn)帳。此外，手機(jī)更可

29、憑指紋認(rèn)證，上網(wǎng)作購物及收發(fā)電子郵件的通行許可，防止黑客攻擊。三菱也宣布推出指紋手機(jī)。手機(jī)內(nèi)同樣裝有金屬感應(yīng)器式的指紋辨認(rèn)裝置，相比舊式的密碼或IC卡辨認(rèn)率，指紋辨認(rèn)的錯誤機(jī)率不到0.1%。法國Sagem也在2000年電信展中，展出一款指紋手機(jī)，名為MC 959 ID，在電池背面裝嵌有指紋感應(yīng)器。指紋識別的汽車：西門子公司研制出了有指紋識別技術(shù)的汽車，采用了此項技術(shù)的汽車不僅門鎖裝置不再需要鑰匙，同時還具有根據(jù)指紋及預(yù)儲的信息，自動調(diào)整汽車駕駛員的座椅高度、前后距離，各個反光鏡位置及自動接通車載電話等功能。PC身份驗證設(shè)備：Sony公司發(fā)行了一種新型的指紋鑒定設(shè)備，這個系統(tǒng)在設(shè)計上超過了以往的

30、密碼式安全鑒定系統(tǒng)和現(xiàn)有的其他高級安全模式。Sony公司的這款FIU-700指紋鑒定設(shè)備和信用卡差不多大大小，它通過檢驗用戶的指紋來判定是否準(zhǔn)許用戶進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)，計算機(jī)或者是其他獨(dú)立的應(yīng)用程序。這個附加的設(shè)備是通過USB端口連接到計算機(jī)上的，同時它還可以在Windows 98或者是Windows 2000界面下工作。其設(shè)計主要著眼于一些需要高級保護(hù)的部門，包括在電子商務(wù)，醫(yī)療保健，法律公司以及防務(wù)部門中使用；并且，還將擴(kuò)大到更多的應(yīng)用中，特別是在電子商務(wù)，互聯(lián)網(wǎng)和保險等領(lǐng)域。2.1.2虹膜識別系統(tǒng)自動收款機(jī)：美國NCR公司制造的“明星”終端機(jī)利用了先進(jìn)的虹膜生物識別技術(shù)，它還能夠通過紅外信號同筆記

31、本電腦和移動電話進(jìn)行通訊，并可以向你的電腦實時傳送所需的數(shù)據(jù)。要啟動這個系統(tǒng)，只要進(jìn)入工作間，把雙腳放到帶有壓力傳感器的腳踏板上，讓系統(tǒng)仔細(xì)觀察好自己的眼睛。一旦發(fā)現(xiàn)你的虹膜與所存儲的虹膜相符，“明星”就會呼叫你的名字，開始自動啟動你經(jīng)常要求的操作，這是因為在巨大的檔案庫里存儲了每位客戶提出過的種種要求。這種新型自動提款機(jī)已經(jīng)在加拿大的皇家銀行試用了。日本沖電氣工業(yè)公司開發(fā)研制了虹膜識別產(chǎn)品。在1998年2月長野冬奧會滑雪射擊比賽項目的槍支管理室上進(jìn)行了試用，通過對600多名選手的進(jìn)出進(jìn)行識別，取得了圓滿成功。以消費(fèi)者為主要服務(wù)對象的金融公司武富士，1999年3月開始在東京神田店的現(xiàn)金自動存取

32、機(jī)上使用虹膜認(rèn)證系統(tǒng)。在該店簽約者中有近半數(shù)的人進(jìn)行了虹膜登記，試用結(jié)果未出現(xiàn)特別故障。武富士今年夏天又把這一技術(shù)推廣到大阪、名古屋的6個店鋪。據(jù)說，登記時間只需1分鐘，使用時只要2秒鐘。這種方法可防止第三者的盜用、偽造，同時也省卻了忘記密碼的煩惱。2.1.3手形識別系統(tǒng)先進(jìn)生物測定學(xué)有限公司（ABI）是專門從事LiveGrip技術(shù)開發(fā)的生物識別技術(shù)公司， 該技術(shù)專門用以鑒別個人身份取保安全。LiveGrip使用紅外線掃描人手的基本結(jié)構(gòu)， 并妥善保存用于個人身份鑒別。2.1.4面部識別系統(tǒng)美國南加州大學(xué)和德國寶深大學(xué)開發(fā)了一套稱為“Mugshot”的電腦軟件，它把要找的人的面貌先掃描并儲存在電

33、腦里，然后通過電腦的“眼睛”攝像機(jī)在流動的人群中，自動尋找并分析影像，從而辨認(rèn)出那些已經(jīng)儲存在電腦中的人的臉孔。澳大利亞科學(xué)及工業(yè)研究組織（CSIRO）的科學(xué)家研制出一套自動化臉孔辨認(rèn)系統(tǒng)，可以從儲存的智能卡或者電腦資料庫中調(diào)出事先儲存的人臉圖像，和真人的臉孔進(jìn)行比較，在半秒之內(nèi)，辨認(rèn)出這個人的身份。這套系統(tǒng)采用的只是普通的個人電腦和一個普通攝像機(jī)作為硬件?？茖W(xué)家指出，這套系統(tǒng)的精確度達(dá)95，假如再加上一套聲音辨認(rèn)系統(tǒng)，可以把精確度提高至更高的水平。一種新的面部識別技術(shù)正在英國倫敦的幾家大型商場進(jìn)行試用。這種面部識別技術(shù)通過攝像機(jī)掃描繁忙購物中心的人流，所有路過者的面部同時還被轉(zhuǎn)換成數(shù)字代碼，

34、并由電腦進(jìn)行處理。如果收集到的面部代碼和電腦中事先存儲的幾十個當(dāng)?shù)刈锓赶辔呛?，警報聲就會在控制中心響起，管理人員將復(fù)查電腦的發(fā)現(xiàn)并通知警方。面部識別可以用在辦公室大門和電梯中，它是企業(yè)級的解決方案。美國的佩羅爾先生牌支票兌付機(jī)裝有面部識別系統(tǒng)，使用方便，臺灣星創(chuàng)科技推出的“FACE ON 2000”面部識別系統(tǒng)，使用者可以結(jié)合個人電腦、攝影儀，自行制作專屬的身份檔案，而由于采用的是獨(dú)特的特征識別技術(shù)，即使未來變胖、變瘦，換了發(fā)型，甚至可以戴上眼鏡偽裝，仍然能夠被識別出來。 2.1.5聲音識別系統(tǒng)美國Veritel公司的聲音鑒定(VoiceCheck)軟件既包括客戶端軟件，又包括服務(wù)器端軟件。客

35、戶可在此基礎(chǔ)上自己組建系統(tǒng)。它目前在Windows 2000高級服務(wù)器上運(yùn)行的服務(wù)器軟件，正在被移植到Linux和Unix操作系統(tǒng)，價格是4，995美元另加1美元/1000個用戶的注冊費(fèi)。該服務(wù)器軟件可以通過電話、個人數(shù)字助理（PDA）和互聯(lián)網(wǎng)進(jìn)行聲音鑒定，已經(jīng)被BP Amoco和電子數(shù)據(jù)系統(tǒng)(EDS)等公司采用。2.1.6復(fù)合生物識別系統(tǒng)在德國漢諾威舉辦的異國計算機(jī)博覽會上，一種通過掃描人體臉部特征、嘴唇運(yùn)動和分辨聲音的準(zhǔn)許進(jìn)入系統(tǒng)引起了觀眾的極大興趣。這一系統(tǒng)是有柏林一家名為“對話交流系統(tǒng)”的公司設(shè)計的，它很像科幻片中出現(xiàn)的情形，用戶在一個攝像機(jī)鏡頭前亮相并自報家門，幾秒種之內(nèi)，計算機(jī)將掃

36、描進(jìn)去的人的面部特征、嘴唇運(yùn)動和聲音進(jìn)行處理，如果所有數(shù)據(jù)與預(yù)先存入的數(shù)據(jù)相吻合，計算機(jī)則放行，否則用戶不能進(jìn)入網(wǎng)絡(luò)操作。2.2市場據(jù)統(tǒng)計，1999年生產(chǎn)指紋識別系統(tǒng)的商業(yè)公司有80家、掌紋2家、眼睛3家、面部12家、簽名15家、聲音32家、擊鍵節(jié)奏1家。近幾年來，生物識別產(chǎn)業(yè)的交易量飛速增長（見下圖）。根據(jù)紐約的調(diào)研咨詢公司International Biometric Group的市場報告統(tǒng)計分析，1999年依靠生物識別技術(shù)所取得的利稅中，指紋識別占34，掌紋識別占26，面部識別占15，聲音識別和眼睛識別各占11，簽名識別占3。1999年非全自動指紋識別生物識別技術(shù)行業(yè)的利稅總共為5.84

37、億美元。2000年生物識別市場的硬件和軟件的總收入為11億美元，比上年增長接近50。預(yù)計到2003年年度利稅將達(dá)到59.4億美元。在英國， National Physical Laboratory（國家物理實驗室）對個人身份確認(rèn)儀器市場作了如下統(tǒng)計和預(yù)測：歐洲市場英國市場時間(年)199119942001199119942001個人身份確認(rèn)設(shè)備1,1001,8005,8001963291,160生物測定設(shè)備1.211.7133.50.22.219 歐洲自動身份確認(rèn)設(shè)備市場份額圖(單位：百萬美元)3 生物識別的發(fā)展前景社會生活的各個領(lǐng)域都需要身份認(rèn)證，隨著全球信息產(chǎn)業(yè)的迅猛發(fā)展，生物識別技術(shù)在技

38、術(shù)發(fā)展和市場需求上日趨成熟。其產(chǎn)業(yè)化發(fā)展的步伐將進(jìn)一步加快。1999年華爾街預(yù)測：在安全和身份驗證市場上的費(fèi)用每年將以超過60的復(fù)合增長率增長；生物識別裝置產(chǎn)業(yè)市場在今后五年中，估計每年將增長3035。雷曼兄弟投資銀行預(yù)測，未來5年生物識別系統(tǒng)的市場，將自現(xiàn)在每年1億美元起，以400的速度快速成長。Forest &Sullivan最新的一份市場調(diào)研也表明，2006年的美國身份認(rèn)證設(shè)備市場銷售額將達(dá)到26億美元。整個生物識別產(chǎn)業(yè)發(fā)展趨勢是：3.1 國際大公司加盟近年來，包括微軟、英特爾及摩托羅拉等國際大公司，紛紛投入經(jīng)費(fèi)，試圖整合生物識別技術(shù)。2000年5月，微軟公司宣布將把生物認(rèn)證技術(shù)

39、微型化，并添加到自己的視窗操作系統(tǒng)中，這對這項新技術(shù)的發(fā)展無疑將起到促進(jìn)作用。產(chǎn)業(yè)分析專家認(rèn)為，微軟的介入將推動生物鑒定技術(shù)產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，作為業(yè)界的巨頭，微軟的加盟自有它的意義。它以自己的行動引起IT界人士對這種技術(shù)的關(guān)注，從而使一些原本已與生物鑒定技術(shù)擦身而過的專業(yè)人士再回過頭來重新審視它的價值。3.2 價格迅速下滑Gartner集團(tuán)2000年的市場分析認(rèn)為：生物識別市場會在 2-3 年里達(dá)到一個新的增長水平，主要有 4 個內(nèi)部和外部因素來促使這種新的增長。這些因素之一是價格的降低。價格降低的例子在生物識別技術(shù)技術(shù)市場中是十分明顯的：以手指掃描設(shè)備為例，2年前需花費(fèi) $500 才能購買到的外部

40、設(shè)備現(xiàn)在只需花費(fèi) $100 左右即可得到，多數(shù)外部設(shè)備的價格都在 $200 以下。屬于外部設(shè)備的生物識別專用照相機(jī)的價格也降到了$50-$75，這就使面部掃描技術(shù)進(jìn)入家庭成為了可能。最昂貴的虹膜掃描識別技術(shù)，以前一套的價格在$7000左右，現(xiàn)在價格只有 $4000-5000虹膜掃描識別設(shè)備也已經(jīng)由 LG公司生產(chǎn)出來了。IriScan計劃研制出價格低于$1000的虹膜掃描識別設(shè)備，并將進(jìn)軍價格低于$500的門禁市場。3.3 網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用加快隨著計算機(jī)技術(shù)的飛速發(fā)展，網(wǎng)絡(luò)應(yīng)用也隨之得到了普及，整個社會生活發(fā)生了巨大的變化，網(wǎng)絡(luò)改變了人們的生活方式和理念，電子商務(wù)、網(wǎng)上購物等新興產(chǎn)業(yè)層出不窮。與此同時，

41、各種安全也隨著不同經(jīng)濟(jì)模式的誕生而產(chǎn)生，人們越來越多地依賴口令和密碼，而口令和密碼易泄密的缺陷正隨著不同場合的頻繁應(yīng)用而顯得越來越明顯。據(jù)Motorola公司的一份資料顯示：每年因安全口令方面造成的損失增長率在60以上，而對生物認(rèn)證系統(tǒng)需求的年增長率也在60以上。3.4 其他應(yīng)用擴(kuò)大生物識別技術(shù)在以下 4個領(lǐng)域：門禁，電子設(shè)備訪問權(quán)限，支票信用卡驗證，ATM使用認(rèn)證將得到更加廣泛的應(yīng)用。此外，在電話通訊方面、汽車防盜、社會福利保障等都是應(yīng)用生物識別技術(shù)的理想場合，美國在手機(jī)電話、汽車失竊方面由于身份驗證引起的損失達(dá)到了30萬美元/天和7.6億美元/年，此外，還造成了10%的社會保障金的損失。4

42、 我國生物識別的發(fā)展現(xiàn)狀與挑戰(zhàn)國內(nèi)對于生物識別技術(shù)的開發(fā)和應(yīng)用相對起步較晚，但近幾年來卻發(fā)展迅速，特別是在指紋識別研究開發(fā)方面已經(jīng)取得了累累碩果。除了研制用于公安刑偵方面的指紋識別系統(tǒng)以外，在民用產(chǎn)品的研制開發(fā)和應(yīng)用推廣上也有了很大的發(fā)展。出現(xiàn)了許多專業(yè)研制開發(fā)指紋識別系統(tǒng)及其產(chǎn)品的專業(yè)公司。此外，一些公司也開始涉及其他生物識別技術(shù)的研究，如虹膜、靜脈和骨骼等。4.1 國內(nèi)生物識別產(chǎn)品由北京大學(xué)信息科學(xué)中心石青云院士主持研究，北京大學(xué)指紋公司生產(chǎn)的“大容量指紋自動識別系統(tǒng)”是國家“八五”科技攻關(guān)項目，包括適用于保安應(yīng)用的全自動指紋識別系統(tǒng)PU-ID和適于公安偵破的指紋自動識別系統(tǒng)PU-AFIS

43、。該項目于1996年1月通過鑒定，得到了鑒定委員會專家的高度評價。深圳皇崗邊檢站的“出入境車輛自動檢查系統(tǒng)”，使用了北大方正指紋自動識別技術(shù)，對卡車司機(jī)身份進(jìn)行鑒別，使得驗關(guān)準(zhǔn)確可靠，同時，將大大提高通關(guān)速度，節(jié)省邊檢的警力。同期，深圳市社保局也將采用北大方正的指紋自動識別技術(shù)，實現(xiàn)退休人員養(yǎng)老金發(fā)放中的身份驗證。清華現(xiàn)代電子科技有限公司開發(fā)研制完成的計算機(jī)指紋識別系統(tǒng)可以有效地防止金融行業(yè)舞弊及外部“黑客”對金融網(wǎng)絡(luò)的侵入。它利用指紋識別技術(shù)有效地管理計算機(jī)系統(tǒng)，其性能準(zhǔn)確安全，并在此系統(tǒng)基礎(chǔ)上，開發(fā)了網(wǎng)絡(luò)指紋驗證系統(tǒng)、指紋IC卡驗證系統(tǒng)、指紋證券柜員機(jī)、指紋金庫安全及門禁管理系統(tǒng)、指紋考勤機(jī)系列等產(chǎn)品。深圳市創(chuàng)虹信息技術(shù)有限公司推出的虹膜身份識別產(chǎn)品，在奔騰計算機(jī)上不到一秒鐘即可完成虹膜的識別過程。 深圳市特中科實業(yè)發(fā)展有限公司在國內(nèi)率先推出了成熟可靠的生物識別系統(tǒng)人體靜脈識別系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過靜脈識別儀取得個人靜脈分布圖，從靜脈分布圖依據(jù)專用比對算法提取特征值，將特征值存儲。靜脈比對時，實時采取靜脈圖，提取特征值，同存儲在主