浅谈生物识别技术 计算机安全技术.docx

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浅谈生物识别技术计算机安全技术

浅谈生物识别技术

前言

在老师课堂上所讲授的信息安全技术第五章：

“身份认证与访问控制”中，生物识别技术引起了我的兴趣，相信我们都不会陌生，因为我们经常会在电视电影尤其是谍战片中看到这项技术的身影。

比如，要进入某个存放资料的机密房间，如果是将手掌按上去，就是指纹技术，如果需要将眼睛对准一个扫描器，就是所谓的视网膜技术，还有DNA鉴别等等。

这些都包含在生物识别技术的范畴内，即是指通过电脑与光学、声学、生物传感器、扫描器和生物统计学原理等高科技手段的应用与密切结合，利用人体固有的生理特性：

如指纹、脸象、红膜、体温等和行为特征：

如笔迹、声音、步态等习惯动作来进行身份的鉴定。

通过课上的学习，我们知道了生物识别技术具有通用性，唯一性，持久性，可采集性，性能，接受度，防欺骗能力等特点，在这里也就不再赘述了，下面让我们更细致深入的了解一下生物识别技术及其现状和发展前景等。

应用现状

生物识别技术可广泛用于政府、军队、银行、社会福利保障、电子商务、安全防务等各个方面。

例如，一位储户走进了银行，他既没带银行卡，也没有回忆密码就径直提款，当他在提款机上提款时，一台摄像机对该用户的眼睛扫描，然后迅速而准确地完成了用户身份鉴定，办理完业务，这是美国德克萨斯洲联合银行的一个营业部中发生的一个真实的镜头。

而该营业部所使用的正是现代生物识别技术中的“虹膜识别系统”。

美国9.11事件后，反恐怖活动已成为各国政府的共识，加强机场的安全防务十分重要。

美国维萨格公司的脸象识别技术在美国的两家机场大显神通，它能在拥挤的人群中挑出某一张面孔，判断他是不是通缉犯。

由于人体特征具有人体所固有的不可复制的唯一性，利用生物识别技术进行身份认定，安全、可靠、准确。

不存在丢失、遗忘、复制及被盗用诸多不利因素。

而且借助于现代计算机技术实现，很容易配合电脑和安全、监控、管理系统整合，实现自动化管理。

生物特征识别技术通常按照，扫描、数字化处理、分析、特征提取、存储、匹配分类几个步骤处理。

目前扫描数字化处理已经相对成熟，主要的研究集中在分析和特征提取方面。

作为一门计算机学科中的一个分支，存储、匹配和检索的高速化处理近年也有相当数量和质量的研究论文发表。

目前比较成熟并大规模使用的生物特征识别技术，方式主要为，指纹、虹膜、脸、耳、掌纹、手掌静脉等，此外近年，语音识别、脑电波识别、唾液提取DNA等研究也有突破，有望进入商用阶段。

但其中一部分技术含量高的生物识别手段还处于实验阶段。

我们相信随着科学技术的飞速进步，将有越来越多的生物识别技术应用到实际生活中。

主要技术

指纹识别

即指通过比较不同指纹的细节特征点来进行鉴别。

由于每个人的指纹不同，就是同一人的十指之间，指纹也有明显区别，因此指纹可用于身份鉴定。

其实，我国古代早就利用指纹（手印）来签押。

1684年，植物形态学家Grew发表了第一篇研究指纹的科学论文。

1809年Bewick把自己的指纹作为商标。

1823年解剖学家Purkije将指纹分为九类。

1880年，Faulds在《自然》杂志提倡将指纹用于识别罪犯。

1891年

Galton提出著名的高尔顿分类系统。

之后，英国、美国、德国等的警察部门先后采用指纹鉴别法作为身份鉴定的主要方法。

随着计算机和信息技术的发展，FBI和法国巴黎警察局于六十年代开始研究开发指纹自动识别系统用于刑事案件侦破。

目前，世界各地的警察局已经广泛采用了指纹自动识别系统。

九十年代，用于个人身份鉴定的自动指纹识别系统得到开发和应用。

由于每次捺印的方位不完全一样，着力点不同会带来不同程度的变形，又存在大量模糊指纹，如何正确提取特征和实现正确匹配，是指纹识别技术的关键。

指纹识别技术涉及图像处理、模式识别、计算机视觉、数学形态学、小波分析等众多学科。

虹膜识别

虹膜识别是与眼睛有关的生物识别中对人产生较少干扰的技术。

它使用相当普通的照相机元件，而且不需要用户与机器发生接触。

另外，它有能力实现更高的模板匹配性能。

因此，它吸引了各种人的注意。

在所有生物识别技术中，虹膜识别是当前应用最为方便和精确的一种。

虹膜识别的发展历程可以追溯至19世纪80年代。

1885年，ALPHONSEBERTILLON将利用生物特征识别个体的思路应用在巴黎的刑事监狱中，当时所用的生物特征包括：

耳朵的大小、脚的长度、虹膜等。

　　1987年，眼科专家ARANSAFIR和LEONARDFLOM首次提出利用虹膜图像进行自动虹膜识别的概念，到1991年，美国洛斯阿拉莫斯国家实验室的JOHNSON实现了一个自动虹膜识别系统。

　　1993年，JOHNDAUGMAN实现了一个高性能的自动虹膜识别原型系统。

　　1997年，中国第一个虹膜识别专利得到批准，申请人，王介生。

2005年，中科院自动化所模式识别国家重点实验室，因为在“虹膜图像获取以及识别技术”方面取得的突出成绩，获得“国家技术发明二等奖”，代表国内虹膜识别技术发展的最高水平。

面部识别

面部识别又称人脸识别、面像识别、面容识别等等，面部识别特指利用分析比较人脸视觉特征信息进行身份鉴别的计算机技术。

目前生物识别技术已广泛用于政府、军队、银行、社会福利保障、电子商务、安全防务等领域。

例如，一位储户走进了银行，他既没带银行卡，也没有回忆密码就径直提款，当他在提款机上提款时，一台摄像机对该用户的眼睛扫描，然后迅速而准确地完成了用户身份鉴定，办理完业务。

这是美国德克萨斯州联合银行的一个营业部中发生的一个真实的镜头。

而该营业部所使用的正是现代生物识别技术中的“虹膜识别系统”。

此外，美国“9.11”事件后，反恐怖活动已成为各国政府的共识，加强机场的安全防务十分重要。

美国维萨格公司的脸像识别技术在美国的两家机场大显神通，它能在拥挤的人群中挑出某一张面孔，判断他是不是通缉犯。

随着技术的进一步成熟和社会认同度的提高，人脸识别技术将应用在更多的领域。

静脉识别

静脉识别，使用近红外线读取静脉模式，与存储的静脉模式进行比较，进行本人识别的识别技术。

富士通的PalmSecure™，利用该技术，由离开识别装置的位置，使用近红外线拍摄，与预先存储的静脉模式进行比较从而进行本人识别。

静脉识别系统就是首先通过静脉识别仪取得个人静脉分布图，从静脉分布图依据专用比对算法提取特征值，通过红外线CCD摄像头获取手指、手掌、手背静脉的图像，将静脉的数字图像存贮在计算机系统中，将特征值存储。

静脉比对时，实时采取静脉图，提取特征值，运用先进的滤波、图像二值化、细化手段对数字图像提取特征，同存储在主机中静脉特征值比对,对身份进行验证。

基因识别

随着人类基因组计划的开展，人们对基因的结构和功能的认识不断深化，并将其应用到个人身份识别中。

因为在全世界60亿人中，与你同时出生或姓名一致、长相酷似、声音相同的人都可能存在，指纹也有可能消失，但只有基因才是代表你本人遗传特性的、独一无二、永不改变的指征。

据报道，采用智能卡的形式，储存着个人基因信息的基因身份证已经在我国四川、湖北和香港出现。

制作这种基因身份证，首先是取得有关的基因，并进行化验，选取特征位点（DNA指纹），然后载入中心的电脑储存库内，这样，基因身份证就制作出来了。

如果人们喜欢加上个人病历并进行基因化验的话，也是可以的。

发出基因身份证后，医生及有关的医疗机构等，可利用智能卡阅读器，阅读有关人的病历。

基因识别是一种高级的生物识别技术，但由于技术上的原因，还不能做到实时取样和迅速鉴定，这在某种程度上限制了它的广泛应用。

其他

除了上面提到的生物识别技术以外，还有通过气味、耳垂和其他特征进行识别的技术。

但它们目前还不能走进日常生活。

发展与展望

指纹霸主地位稳固，人脸渐成新贵

近年来生物识别技术一直是备受关注的焦点，即便遭遇经济危机的寒流，行业对生物识别技术的前景也一直持乐观态度。

生物识别技术近年来一直保持着高增长率，据IMS发布的一项安防市场调研报告显示，仅应用于门禁行业的生物识别技术，就保持近25%的年复合增长率。

随着经济的复苏，世界政治经济形式和新技术、新商业模式的兴起，生物识别技术的应用也越来越多的延伸到安防行业以外的市场，如金融、小额支付和物联网等领域。

理论上，任何人体生物特征和固有行为模式都可以用于生物识别，生物识别技术发展的瓶颈主要集中在提取难度、比对精度和使用方式上。

市场上已经成熟或趋于成熟的技术大致有：

指纹、掌形、虹膜、面部、静脉、掌纹和声音等。

一些其他的生物识别特征如步态识别、DNA识别等也曾被提及并进行过研究，但由于提取难度或不稳定等原因，都较难进行大规模推广。

在以上所述的各种技术中，指纹以其成熟的技术、低廉的价格以及广阔的市场应用占据绝对主流地位。

由于目前指纹识别产品是所有生物识别技术中最小巧的，易于推广到安防以外的市场，所以在未来较长的时间内需求依然强劲，保持着15%左右的年复合增长率。

人脸识别因其具有主动性的特点，随着技术的逐渐成熟和价格的下降，将会出现快速的增长，据市场调查显示，在未来五年内人脸识别将会出现34%的年复合增长率。

高端市场需求技术：

高、精、尖

　　虹膜识别技术在现有的生物识别中，人体特征最为稳定且唯一性最强，在高端市场中仍然占有不可或缺的地位；但是在高昂的价格和使用习惯等问题未解决之前，其应用将保持平稳增长，应用量上较难有爆发式增长。

掌型识别发展相对稳定和成熟，处于中间位置的价格和稳定成熟的产品、良好的可用性和用户界面使其拥有了良好的市场基础。

在其之前的用户基础上，深入拓展垂直市场，以定制化和行业化方案配合不同用户的需求将会是其值得关注的方向。

静脉识别是近几年来异军突起的一支力量，目前有手指静脉和手掌静脉两个方向。

技术提供商以核心模块方式的商业模式进行推广，使得广大的中间商，可以利用自己的技术优势和客户基础进行二次开发满足市场需求；可以快速响应用户需求，借助中间商的力量迅速进入各个行业，这是值得广大生物识别厂商借鉴的。

在生物识别的发展史上，曾经出现过DNA识别技术，但在实际应用推广时却存在很大困难。

由于人体染色体相似度概率只有不到千万分之一，实际应用上如果可以应用到生物识别领域将会具有极低的误识别率。

但是DNA样本提取容易受到污染，而且在实际现场使用时比对困难，难以保证有效性，在无人监管时，也容易冒用他人样本。

使得当时DNA识别技术，实际是采用提取样本后转化为数字模式存储在卡片中，现场仅以卡片内数据与数据库进行比对，实际上脱离了人体现场采样识别，反而不具备生物识别的优势。

如果DNA技术能解决现场采样、识别速度、防冒用和隐私保障等难题，或许在将来DNA可以成为另一种高端且可靠的识别技术。

生物识别技术另一个被用户热衷于提起的话题是活体验证或活体识别，常规认为配合脉搏或体温可实现活体验证。

笔者认为不可一概而论，活体识别亦可通过识别技术本身的读取流程和工作方式来实现。

比如掌型识别采用一对一的比对方式，用户在输入ID号后才启动读取过程；而在读取用户掌型时，用户的手指必须贴住托盘上的定位柱红外摄像头才能启动，仅这种读取方式，就使伪造掌型模型的难度几可等同于伪造脉搏。