发展数字化经济需要更加安全的人体生物特征识别技术

在当今智能化热潮席卷全球重塑各行各业的当下，如何通过人体个体拥有的唯一特征实现简单、快速、准确和安全的个体鉴别与身份确定，防止非授权人员进入要害部门、关键位置及专属系统、确保个人隐私信息，单位保密资料以及重要金融数据的信息安全，已成为一个难以回避且必须解决的国家、社会、单位和个人的关键问题。传统的人体生物特征身份认证加载到信息工具的方式如密码，智能卡和钥匙等，由于极易丢失，伪造和被盗用，越来越难以满足现代社会对身份认证的要求，而人体生物特征识别技术则适时而生，成为解决当前信息化发展中个体鉴别和身份确定问题的首选方案。人体生物特征识别技术是利用人类的一种或多种生物特征(如指纹、人脸、虹膜、静脉、指静脉等)或行为特征(如步态、签名，声音等)并借助计算机视觉，图像处理，模式识别，机器学习等技术手段进行个人身份鉴定的技术，它简便快速，而且安全、可靠、准确，在2018年被著名杂志“MIT Technology Review”誉为公共部门创新领域最具影响力的十大顶级科技之一(Future Perfect 10)。

作为智慧社会的核心技术，指纹识别和人脸识别蓬勃发展和广泛应用的同时，其应用安全问题也越发受到关注。对于指纹识别系统而言，早期的研究显示普通软糖就可以攻破而最近的研究实验中发现，拍照时摆出V字手势，也会有很高的几率被盗取指纹。对于人脸识别而言，尽管得到广泛的应用，但在人们越来越注重隐私的今天，其用户友好性正在逐渐降低，并且由于人脸在无遮挡可见光范围内可以轻易采集到，这也给人脸识别的安全性带来了极大的影响。在2017年我国的“3·15”晚会上，主持人在现场技术人员的支持下，仅凭一张观众的自拍照，就成功“换脸”破解了“刷脸登录”认证系统。从上面事实反映出生物特征识别潜伏着的各类安全隐患不容小觑，针对生物特征识别应用中的防欺骗攻击成为了政府及安全机构关注的重点。

随着计算机和网络的快速发展，数字化生存中的身份问题，逐渐突现。作为娱乐的数字化生活，虚拟的身份未偿不可甚至可以保护个人。但作为承载经济生活的数字化网络，身份问题却容不得半点虚假。因为网络使面对面的交易变成非面对面的，面对面的安全感顿然消失。网络还使得面向连接的交易变成非面向连接的交易，双方的在线安全感完全消失。所以说身份问题，在信息化的今天，比过去更加重要。

信息化中，身份的表示方式也经历了几次发展变化。从最初的帐号方式，到出现帐号+密码的方式，以及现有的数字证书。无论哪种方式，都因为它自身的可泄漏可复制可传播的特点，导致其不能满足识别的唯一性安全性需要。更为关键的是，传统的身份不是人与生俱来的特征，而是系统分配的信物符号。所以传统的身份识别系统只认令牌(符号)不认人。正因为生物特征的独一无二性、不可抵赖性，以及自身的防伪性，使得采用生物特征作为身份标识将成为主流选择。在身份识别方面的技术焦点亦将要转变为以生物特征为身份确认信息的生物识别技术。因此有了生物识别技术，数字化生存中的身份问题将得到彻底解决。

在众多的生物特征识别方法中，指静脉识别由于独特的成像模式使得其独树一帜，成为一种非常具有应用前景的生物特征识别模态，其独特的成像原理在于：如图4所示，通过一定波长的近红外光线充分照射手指，光线会通过手指表皮后在手指内部散射，并再从手指表面投射出来，在光线的传递过程中，手指皮下浅表血管内的活体红血球蛋白会吸收近红外光，从而采用近红外摄像头可以采集获得手指静脉暗影图像，即手指静脉影像。

图1 三种指静脉成像方式

这种成像方式使得获取的手指静脉图像不受皮肤表面的褶皱、纹理、粗糙度、干湿度等任何缺陷和瑕疵的影响。由于这种独特的成像方式，使得指静脉识别具有以下特点：

1，活体检测：指静脉特殊的成像方式使得只有存在正常血液流动的活体的手指才能够获取到静脉图像，而非活体的手指无法成像，比如断指、打印手指模型都无法正常成像。

2，高度安全：静脉血管是隐藏在手指内部，处于皮下组织中，且需要通过近红外光照射后才能清晰成像，因此极难被复制和盗取，具有天然的防盗性和高安全性。

3，特征稳定：静脉纹理的形成有DNA决定，尽管静脉粗细会变化，但其纹理结构特征在成年后即不再变化，是人体最稳定的生物特征之一。

4，特征唯一：在个体发育过程中，血管网络的形成整个过程是在基因约束下发生的。因此，血管网络在不同个体之间具有很大的差异性，即使是同卵双胞胎的手指静脉形态也不相同，是作为身份认证是很有效的一种方式。

5，模板可替换：每人十个手指的静脉纹理也不同，即使是每个手指的指背和指肚的静脉纹理也都不相同，因此有良好的模板可替换性。

6，非接触采集：采用非接触式采集方式，无需像指纹一样直接接触采集设备，在公共场合会比较卫生，具有很高的亲和性。

从上面分析看出，相对于人脸识别、指纹识别等一些相对成熟的生物特征识别技术而言，指静脉识别除了具有其他生物特征所共同拥有的唯一性和稳定性，指静脉还具有特征的非显性，即位于皮下无法通过肉眼直接观测到，只能通过特殊光照对流动的血液进行动态成像才能获取到，因此相对而言更难被模仿和复制。同时，指静脉不能在可见光下被盗取，只能在认证时通过特殊装置采集，因此指静脉识别的用户友好性正在不断增加。

此外，指静脉具有活体检测能力，即只有活体手指流动血液中的血红蛋白才具有对特定近红外波长光线的高吸收性，从而形成清晰的静脉图像，这种独特的近红外成像方式使得脱离人体的断指或假手指模型难以获取到清晰的指静脉图像，无法实施仿冒攻击，因此这种活体检测能力，使其成为高安全场合的一种有效选择。此外，由于人体的生物特征模态具有不可更改性和不可再生性，一旦生物特征模板被盗取，就难以挽回，但是如果该模态具有模板可替换下，则可以及时更改模板从而能够在很大程度上降低模板被盗带来的损失。

大到国家工业、能源互联网、金融;小到个人PC、手机、家用门锁;数据安全无处不在。建议城市发展智慧交通、智慧校园、智慧政务等提前布局、规划，利用一流的指静脉识别为数字经济安全保驾护航!(汤振华)。

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