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生物识别技术的入门

 

生物识别技术,英语是Biometric,日语是バイオメトリクス或生体認証。简单来说就是利用人类的身体特征,或行动特征来进行认证的技术。听上去很高端,实际上生活中早就到处都是,比如人见人爱的指纹考勤。

 

从分类上来说的话,一般比较常见的是利用身体特征,比如指纹,掌纹,视网膜,虹膜,脸部,血管,声音,耳形,DNA等等。而行动特征就有点特别,比如笔迹,键盘的输入模式,说话时嘴唇的变动模式,眨眼的模式等等。由于自己的研究方向并不是这一块,所以说实话行动特征方面具体是以什么样的原理为基础的,或者有些什么样的应用例子不是很清楚,有兴趣的可以自行Google。关于身体特征类的生物识别技术,一般比较简单的认证方法就是将获取到的信息和存储在数据库里的信息进行比对,比如将采集到的指纹图像和正确的指纹图像进行比对,看是否符合。基本上来说就是基于图像的一种比较。一般被实用化比较多的是指纹,除去上面提到的指纹考勤,其他比如ATM之类的也有。其余的静脉,虹膜,声纹,脸型,笔迹也比较多。

 

 

 

 

既然有这么多种选择,人们自然会根据一些标准来对不同特征的整体效果进行评价,接下来就是介绍这些标准,想必看了这些标准的具体内容和理由之后,应该会多生物识别技术有更深层次的了解~

 

标准1,随机性。或者说是复杂性,也就是说这个特征到底有多独特,有多大的概率会和别人的一样。因为越是独特的生理特征,以其为基础制作出来的认证系统的安全度也就越高。这里有个误区需要指出的是不管是怎样的双胞胎,都不可能在这方面是一模一样的。

 

标准2和3,两个方面的不变性。首先来说第一个方面,时间变化,人体身上的组织自然都会随着时间变化而变化,最常见的就是老化,儿童或青少年的成长变化虽然也比较显著,但目前一般的生物识别技术并不以这个年龄群体作为对象,所以在这里,主要指的就是老化。第二个方面是环境变化,也就是说不同的场合不同的环境下,变化的幅度。一般比较容易想到的是温度,健康状况等。不同的温度条件下,一些身体特征会有微小的变化,温度也容易影响到行动特征,比如40度高温天气下和-10度的低温天气下的签名特征差别就容易比较大。还有一种变化既可以属于时间变化,也能算环境变化,就是受伤。毕竟利用的很多特征都是靠身体的外表,脸可能并不是那么容易受伤,但手的话,还是并不少见的。其关系到的身体部位是否容易受伤,和受伤后的影响程度大小,也考虑在内。比如在皮肤下面的静脉,就相对来说不太容易受伤。

 

标准4是对样本进行采取的难易度或者说是复杂性。像签名,声纹这种就相对比较难;而仅需要拍照就可以完成的静脉,脸部和虹彩就相对不是那么困难。

 

标准5是采取的时候,作为采取对象的人的抵抗感。这个其实比较泛,因为因人而异的差别性比较大,自己觉得完全无所谓的,有人就可能会觉得特别有所谓,参考下即可。

 

 

 

 

经过上面的介绍我们可以看到,生物识别技术有很多种,其中有些比如虹彩和静脉识别,在全方面都有比较好的表现。而有些比如签名,声纹等的效果并不是那么尽如人意。那为何还要不集中使用那些效果好的,而放弃那些效果差强人意的呢?或者说为何要开发如此多种的生物识别技术呢,有其中几个好用的不就行了么?这就要从生物识别技术的应用角度来说了。

 

在这之前,先介绍一下评价一个生物识别系统的常用标准之一:FRR和FAR。FRR(false rejection rate),本人拒否率,即提供样本进行验证识别的对象明明是一个合法的用户或者说是本人,但系统却无法正确识别出来,当作非法用户而拒绝通过验证的概率。FAR(false acceptance rate),他人受入率,即提供样本进行识别的对象明明是一个非法的用户,或者说并不是本人,但系统却识别成了一个合法的用户,或者说误识别成了本人而给与通过验证的概率。

 

不管是FRR还是FAR,这两个标准都很重要,但却又很矛盾的是,一旦降低其中一个,另一个则会随而升高。要说为什么的话,那就是如果重视降低FAR,优先保证不是认证人员就肯定无法通过的话,那识别认证的标准就会大幅度提高,变得非常严格,其结果就是造成FRR的上升。因为生物识别技术不是输入密码那种a就是a,2就是2那么死的核对。不同的处理和分析手法,设定不同的阈值就会导致不同的识别结果。

 

同样是指纹识别认证,打卡考勤系统的严格度必然会低于银行ATM所使用的指纹识别验证。因为前者讲究的是FRR和FAR两者的平衡性和快速性,而后者则重视安全性,应用的需求不同导致了标准的不同。再比如同样是进出入管理,高级公寓的进出入管理系统的严格程度和大公司的企业机密区域的进出入管理系统自然就不一样。

 

识别验证的应用范围很广,不同的情况和需求就导致了不同的生物识别技术的产生。一些生物特征可能整体表现不错,但在实际进行算法研究和验证识别的应用方面,或者是现场的可操作性方面都各不相同。像指纹识别,虽然看上去没有虹彩那么美好,但由于其简便性,应用范围却远大于虹彩。同时由于上面提到的FRR和FAR,为了能够有效地解决无法同时降低的矛盾,使用多个生物信息作为识别标准是手段之一。比如在严格程度非常高的应用需求下,同时使用2~4个或者更多生物信息作为识别标准,然后通过一定的算法来判断认证结果,这样就能在保证FAR的情况下,同时也控制了FRR。其他也有很多方法手段,这里就不一一阐述了。

 

 

最后提一下关于生物识别技术的常见优缺点问题。优点还是比较容易想得到的,比如独特性,这样一个“密匙”只有你才有,重复的概率极其低。还有比如便捷性,你不需要记什么密码了,也不用带什么钥匙了,你的脸和手反正总是随身带的吧。于是针对这些优点的问题也出现了,比如独特性,带来的问题就是,一旦个人的生物信息被盗,就没法改了。由于触屏装置的普及,现在要泄露指纹信息那是比泄露自己的密码还要简单(你操作是要用手指的吧?然后现在还有个中指纹解锁,或者是更那啥一点的指纹算命啊之类的),一般的密码大不了去改一个,但你总不能把手砍了重新长一个。还有就是尤其是女性,化妆是个问题,不仅很大程度上改变了脸的外观,还增加了表面厚度,使得比如获取静脉图像所需要的红外光线的穿透深度也受到了挑战。还有就是比如个人隐私问题,毕竟这是自己的身体特征的资料,保存在各个机关的数据库里面有人多少会觉得不太放心。

 

当然科学技术是一直在发展的,针对这些问题也有很多的方法被开发出来了。比如识别的时候不是单单识别生物信息本身,而是将生物信息加上一个特定的算法或者其他一些手段进行特定的变换,然后识别这个变换后的结果。可能这么说有些人还不太理解,举例子来说的话,就比如取得了一张指纹的图像,然后把这个图像进行9等分,把原来的1~9这9个部分进行一定规律的调整和互换,然后把互换后的图像作为判断识别的材料。这样万一你的指纹信息泄露了,那么只要改变互换的规则,也就是说改变算法,就又能换成一个新的密匙了,而这个密匙同样也是以你的指纹为基础生成的。这里只是一个非常简单的例子,实际的各种提案手法是更加复杂的,而且也是复杂到转换后的图像根本看不出来原图是什么样的,这样在解决了变更性的问题的同时,也解决了个人隐私的问题。

 

相关的技术其实还有很多很多,不过这次就先介绍最基本的这些了嗯。希望看完这篇文章后大家能对生物识别技术有个更加正确的认识或概念。

 

 

 

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