基于生物特征身份認(rèn)證技術(shù)

第三小組基于生物特征的身份認(rèn)證技術(shù)1.研究背景隨著網(wǎng)絡(luò)與通信技術(shù)的飛速發(fā)展，全球范圍內(nèi)的電子商務(wù)、電子政務(wù)迅速興起，使得網(wǎng)絡(luò)上存在著大量敏感的商業(yè)、政府、軍隊(duì)的信息，這些信息只有的到授權(quán)的人才能進(jìn)行訪問，因此信息安全成為當(dāng)今信息社會發(fā)展的一個關(guān)鍵問題，身份鑒別作為信息安全的一種重要手段越來越受到人們的重視。實(shí)際上，身份的鑒別已經(jīng)應(yīng)用到人們?nèi)粘Ｉ畹脑S多方面，例如，對于某些數(shù)據(jù)及設(shè)備的訪問權(quán)限控制，重要場所的出入控制、自動提款機(jī)、計(jì)時/出勤記錄等。然而傳統(tǒng)的身份鑒別方法是基于標(biāo)識物如證件或鑰匙，或者知識如密碼來完成，存在著明顯的問題:個人持有物易丟失或被偽造，密碼易被忘記或猜到，更嚴(yán)重的是這些系統(tǒng)"只識物不識人"，無法識別出是真實(shí)的用戶還是取得身份標(biāo)識物的假冒者，一旦非法用戶獲得了這些身份標(biāo)識物，就可以擁有與用戶同樣的權(quán)利。尤其是隨著貨幣的電子化、交易的電子化，傳統(tǒng)身份鑒別的漏洞帶來損失的金額也越來越大，成為社會信息化發(fā)展的重要瓶頸。因此人們力圖尋求更為安全可靠，大眾化的身份鑒別方法，而我們?nèi)梭w自身所固有的生物特征為此提供了最便捷的途徑。包括人臉、指紋、虹膜、掌紋等在內(nèi)的生物特征具有"人人擁有，人各不同，長期不變"的特點(diǎn)，與個人的身份一一對應(yīng)，可以隨時用來區(qū)別不同個體，從而可以輔助甚至完全代替?zhèn)鹘y(tǒng)的身份識別方式。利用人體本身所擁有的生物特征來進(jìn)行身份識別的技術(shù)稱為人體生物特征識別技術(shù)，簡稱為生物識別技術(shù)。在過去幾年里，生物識別技術(shù)的市場份額大幅度持續(xù)增長，社會各界對安全性越來越重視，安全要求也越來越高，因而對生物識別技術(shù)的需求量也越來越大。到目前為止，各國研究人員已分別開展了基于指紋、聲音、人臉、虹膜、角膜和簽名等人體生物特征的身份認(rèn)證技術(shù)的研究，并取得了豐碩的成果。2.生物特征識別技術(shù)概述

生物特征是自動識別和認(rèn)證人的身份的一種獨(dú)特的、可測量的特征。生物特征識別技術(shù)是利用人體的一些生物特征來進(jìn)行身份識別的技術(shù)。人體有很多的生物特征，但并不是每一種生物特征都可以用于身份識別。可用于身份識別的人體生物特征必須滿足以下幾個基本條件:普遍性(指每個人都必須具有該特征)、唯一性(指每個人的該特征都不相同，任何兩個人都可以用該特征區(qū)分開來)、永久性(指這個特征應(yīng)該具有足夠的穩(wěn)定性)、可采集性(指該特征應(yīng)該可以較為方便的被采集和量化)、可接受性(指用戶可以普遍接受基于該特征的識別系統(tǒng))、性能要求(指用該特征可獲得足夠的識別精度，并且對資源、環(huán)境的要求都必須在一個合理的范圍內(nèi))、安全性(指該特征不容易被偽造和模仿)。

總的來說，人體生物特征分為兩大類:生理特征和行為特征。2.1生理特征DNA:即脫氧核糖核酸，是人體內(nèi)的遺傳物質(zhì)，主要存在于人體細(xì)胞核的染色體上，控制著人體的生長、發(fā)育過程。DNA具有個體特異性，從而可將其用于身份識別中。耳廓:人的耳廓是個體形態(tài)的組成部分，耳廓上的耳輪、耳屏、耳垂等多個部分的寬度、弧度、位置、形態(tài)、形狀及其相互關(guān)系，構(gòu)成了個體耳廓所固有的、相對穩(wěn)定的特征，可以有效的進(jìn)行身份識別。體味:即人體氣味。指人體不間斷地向環(huán)境散發(fā)出的能使鼻子和大腦皮層產(chǎn)生某種嗅覺的揮發(fā)性物質(zhì)。體味是人體固有的、相對穩(wěn)定的內(nèi)源性氣味。每個人的體味的化學(xué)成分各不相同，因而可以用來進(jìn)行身份識別。人臉:用的最多的人臉特征有兩類:一是面部基本結(jié)構(gòu)(如眼、眉、鼻、嘴等)的位置、形狀和它們的空間拓?fù)潢P(guān)系，二是將每個人臉用一系列標(biāo)準(zhǔn)人臉的加權(quán)和來表示，從而獲得人臉的全局特征。熱輻射:人體發(fā)散出來的熱輻射能反映一個人的特征信息，并且可以很方便地用紅外相機(jī)采集到，因而可以用來進(jìn)行身份識別。虹膜:虹膜上豐富而穩(wěn)定的紋理特征具有很強(qiáng)的區(qū)分能力，從而使之成為最可靠的人體特征之一。視網(wǎng)膜:視網(wǎng)膜上有豐富的脈管，這些脈管具有很復(fù)雜并且穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)信息可用來實(shí)現(xiàn)高精度的身份識別。指紋:指紋識別中最常用的特征是乳突紋的細(xì)節(jié)點(diǎn)，可以實(shí)現(xiàn)較高精度的識別系統(tǒng)。掌紋:手掌上也布滿了和指紋一樣的乳突紋，同時還具有一些掌紋特征。手形:手形特征主要是手的幾何特征如手掌寬度，手指長度和寬度等。手上的靜脈血管:主要用靜脈血管的結(jié)構(gòu)信息來實(shí)現(xiàn)身份識別。2.2行為特征行為特征是對個人習(xí)慣性動作的度量，是對人體特征的間接性測量。手寫簽名:個人手寫簽名時都有自己特有的方式，因而可以用簽名來識別。擊鍵打字:每個人擊鍵打字有自己的習(xí)慣，從而可以在一定程度上反映一個人的身份信息。聲紋:即是行為特征，也是生理特征。聲音是通過人的聲帶、嘴、鼻腔、嘴唇等部件形成的，通過聲音可以估算這些部件的位置、形狀、大小等特征，從而實(shí)現(xiàn)對身份的識別。步態(tài):是指每個人走路時特有的姿態(tài)，可實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離身份識別。人體生物特征是最安全又方便的身份識別工具不會被盜取或遺忘。由于具有普遍、唯一和穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，人體的生物特征成為利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行自動身份識別技術(shù)的理想研究對象。3.基于生理特征的識別技術(shù)1.指紋識別指紋識別技術(shù)是通過取像設(shè)備讀取指紋圖像，然后用計(jì)算機(jī)識別軟件分析指紋的全局特征和指紋的局部特征，從指紋中抽取特征值，可以非?？煽康赝ㄟ^指紋來確認(rèn)一個人的身份。2.虹膜識別虹膜識別技術(shù)是利用虹膜終身不變性和差異性的特點(diǎn)來識別身份的,。虹膜是一種在眼睛中瞳孔內(nèi)的織物狀的各色環(huán)狀物，每個虹膜都包含一個獨(dú)一無二的基于水晶體、細(xì)絲、斑點(diǎn)、凹點(diǎn)、皺紋和條紋等特征的結(jié)構(gòu)。虹膜在眼睛的內(nèi)部，用外科手術(shù)很難改變其結(jié)構(gòu)；由于瞳孔隨光線的強(qiáng)弱變化，想用偽造的虹膜代替活的虹膜是不可能的。目前世界上還沒有發(fā)現(xiàn)虹膜特征重復(fù)的案例，就是同一個人的左右眼虹膜也有很大區(qū)別。統(tǒng)計(jì)表明，到目前為止，虹膜識別的錯誤率是各種生物特征識別中最低的，13.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)膜上面血管的圖樣可以利用光學(xué)方法透過人眼晶體來測定。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)膜特征的唯一性。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，這需要進(jìn)一步的研究4.面部識別

面部識別技術(shù)通過對面部特征和它們之間的關(guān)系（眼睛，鼻子和嘴的位置以及它們之間的相對位置）來進(jìn)行識別，用于捕捉面部圖像的兩項(xiàng)技術(shù)為標(biāo)準(zhǔn)視頻和熱成像技術(shù)。

另外，面部識別也是最容易被欺騙的。對于因人體面部的如頭發(fā)，飾物，變老以及其他的變化可能需要通過人工智能技術(shù)來得到補(bǔ)償；對于采集圖像的設(shè)備會比其他技術(shù)昂貴得多。15.掌紋識別

掌紋與指紋一樣也具有穩(wěn)定性和唯一性，利用掌紋的線特征、點(diǎn)特征、紋理特征、幾何特征等完全可以確定一個人的身份，因此掌紋識別是基于生物特征身份認(rèn)證技術(shù)的重要內(nèi)容。目前采用的掌紋圖象主要分脫機(jī)掌紋和在線掌紋兩大類。掌紋識別一般用作整體分離后的同一認(rèn)定。有將其用做批量商品的防偽，以防止成箱的商品內(nèi)有部分被“調(diào)包”，以部分贗品充真。也有將其用于通道口安全防范系統(tǒng)。6.手形識別

手形指的是手的外部輪廓所構(gòu)成的幾何圖形．手形識別技術(shù)中，可利用的手形幾何信息包括手指不同部位的寬度、手掌寬度和厚度、手指的長度等。經(jīng)過生物學(xué)家大量實(shí)驗(yàn)證明，人的手形在一段時期具有穩(wěn)定性，且兩個不同人手形是不同的，即手形作為人的生物特征具有唯一性，手形作為生物特征也具有穩(wěn)定性，且手形也比較容易采集，故可以利用手形對人的身份進(jìn)行識別和認(rèn)證．手形識別是速度最快的一種生物特征識別技術(shù)，它對設(shè)備的要求較低，圖像處理簡單，且可接受程度較高。由于手形特征不像指紋和掌紋特征那樣具有高度的唯一性，因此，手形特征只用于認(rèn)證，滿足中/低級的安全要求。17.臉像識別

人臉識別的實(shí)現(xiàn)包括面部識別和面部認(rèn)證兩方面，基本實(shí)現(xiàn)了快速而高精度的身份認(rèn)證。由于其屬于是非接觸型認(rèn)證，僅僅要看到臉部就可以實(shí)現(xiàn)很多應(yīng)用，因而可被應(yīng)用在：證件中的身份認(rèn)證；重要場所中的安全檢測和監(jiān)控；智能卡中的身份認(rèn)證；計(jì)算機(jī)登錄等網(wǎng)絡(luò)安全控制等多種不同的安全領(lǐng)域。目前國內(nèi)該項(xiàng)識別技術(shù)在警用等安全領(lǐng)域用得比較多。這項(xiàng)技術(shù)亦被用在現(xiàn)在的一些中高檔相機(jī)的輔助拍攝方面（如人臉識別拍攝）8.DNA識別人體內(nèi)的DNA在整個人類范圍內(nèi)具有唯一性（除了同卵雙胞胎可能具有同樣結(jié)構(gòu)的DNA外）和永久性。因此，除了對同卵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(shí)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。19.聲音和簽字識別

聲音和簽字識別屬于行為識別的范疇。聲音識別主要是利用人的聲音特點(diǎn)進(jìn)行身份識別。聲音識別的優(yōu)點(diǎn)在于它是一種非接觸識別技術(shù)，容易為公眾所接受。但聲音會隨音量、音速和音質(zhì)的變化而影響。比如，一個人感冒時說話和平時說話就會有明顯差異。再者，一個人也可有意識地對自己的聲音進(jìn)行偽裝和控制，從而給鑒別帶來一定困難。簽字是一種傳統(tǒng)身份認(rèn)證手段?，F(xiàn)代簽字識別技術(shù)，主要是透過測量簽字者的字形及不同筆劃間的速度、順序和壓力特征，對簽字者的身份進(jìn)行鑒別。簽字與聲音識別一樣，也是一種行為測定，因此，同樣會受人為因素的影響。10.紅外溫譜圖人的身體各個部位都在向外散發(fā)熱量，而這種散發(fā)熱量的模式就