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活用身体密码 - 生物辨识技术概观
 

【作者: 巫姿惠】2004年03月25日 星期四

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在进入生物辨识的主题之前,我们可以先回想一下自己拥有几个密码。


「密码?」此时脑海中浮现的是一串英文数字交错的符号、一个别具意义的单字,或是几组从小背到大,但其实没什么特别意义的数字。生活中有太多地方需要用到一组密码,有些密码非常重要,有些也许是忘了再申请就行。


但是有一组密码是不需要特别设定的,它存在我们的眼睛、脸蛋、双手、声音,自出生下来就决定,也不会与他人重复,其「独一无二」的特质,正是推动生物辨识技术发展的开始。


生物辨识的种类

一般常用的生物特征包括染色体(DNA)、指纹(fingerprint)、掌形(hand or palmprint)、颜面(face)、语音(voice)、虹膜或虹彩(iris)、视网膜(retina)、笔迹(signature)等。


上述的生物辨识系统特征可分为生理上(physiological)及行为上(behavioral)两大类,生理上的特征较不易随着时间而改变,而行为上的特征则有可能受到压力、疲劳、感冒等因素影响,且也会随着时间改变,所以需要时常更新数据。而下列这几种生物特征则已发展出不同程度的辨识技术。


指纹

指纹辨识可说是目前应用最广的身份辨识方式。指纹从出生到死亡几乎不会改变,且两个人拥有相同指纹的机率很低,但也较易因为皮肤弹性、压印的角度或伤口而造成影像差异。指纹辨识系统的成本较其他辨识方式低廉,并可结合指纹数据库,目前如台北市户政单位已经推动指纹IC卡的建置,让民众可以多一道认证加密的手续。


指纹辨识在信息金融体系有独特的贡献,例如在金融卡提款作业上可取代传统的记忆密码,一般密码的四位数字安全度为万分之一,也就是一万个提领者发生错误的机率只有一个,而指纹辨识可达到十万分之一的安全度。


在美国,ATM提款机已开始加装指纹辨识功能,虽然提供指纹辨识会让银行增加些微成本,但可减低金融卡被冒领的危险,包括金融转账业务及电子银行转账作业也可应用指纹辨识技术。


美国的Atrua Technologies 则推出了手机用的指纹传感器“Atrua Wing”,它是一款2D输入的触摸板,手指可以在尺寸13.49mm*0.55mm的传感器上刮擦(sweep),即产生静电读取指纹,最多可使用200万次,目前Atrua Technologies已经和法国的Purple Labs合作开发出GSM手机用的模块,并在今年法国3GSM技术展上展出。


掌形及手指静脉

和指纹辨识一样是以手来作为辨识工具,掌形的扫描是以手掌的三维外型作为辨识依据,从扫描到产生结果只需花费1.2秒,掌形数据文件也只需要9 bytes的储存空间,非常适合加在一般的磁条卡。


此外,手指的静脉和指纹一样,每个人都不相同,手部静脉扫描以红外线照射手指、用相机拍摄血管图案,这种辨识技术的优点是不易受到皮肤表面情况影响,也可以预防人造手指的冒充。目前日本的日立工程公司已发表手指静脉认证产品,如图一,预计今年10月将开始设置于各金融机构营业点。


《图一 手指静脉扫描的传感器》
《图一 手指静脉扫描的传感器》

颜面

颜面辨识就是人脸辨识,以人脸长相的五官特征作为辨识依据,因为人脸会随着时间改变,因此较不具不变性与唯一性,如果遇到双胞胎或是长相很相像的两个人,系统就有可能误判。


「红外线脸部辨识」是利用红外线感测出脸部热量的分布,将脸部的「热影像(thermal image)」作为辨识依据。另外也可以利用脸部血管的分布状况,萃取出细部特征,将脸部血管的分布作为特征码。


日本已经有一些建筑业者将脸部辨识导入公寓使用,以日本东急不动产为例,其QUALIA系列公寓的居民因大多数为单身女性,所以非常重视防盗性,QUALIA导入的脸部识别系统(如图三)可以登记一百个脸部模块,不输入ID仍可照样核对,也不需以手指接触读取装置,如果为了防止误认的情况发生,仍可设定输入的密码来开锁。


《图二 QUALIA的公寓脸部辨识系统》
《图二 QUALIA的公寓脸部辨识系统》

语音

声音频号辨识用于身份辨识时称为「语者辨识(speaker recognition)」,计算机分析语音的频谱及波形,利用其声学特征参数和时间上的变化,得出发音腔道模型,可以准确指出说话人的发音腔道特征,进而辨识出说话人的身分。


声音辨识的应用可分为说话人识别(speaker identification)及说话人确认(speaker verification),前者是从一群人中找出谁是说话者,例如嫌疑犯的查证。后者则是确认说话者的身分,通常用于门禁管理。


虹膜

经眼科学家及解剖学家的研究发现,虹膜具有独特的结构,即使是同一个人的左眼和右眼虹膜区别也是十分明显,虹膜在童年的发育之后,一生当中发生的变化十分微小。


虹膜辨识系统利用实时的视讯影像拍摄人眼,使用2D Gabor wavelet转换出256 bytes的虹膜码,作为影像的特征码。截至目前为止,虹膜识别的错误率是各种生物辨识技术中最低。


视网膜

视网膜在正常情况下会黏贴在一层称为脉络膜的组织上,脉络膜上有丰富的血管组织,视网膜辨识就是藉由这层脉络膜上的血管纹路确定受测者的身分,但因为辨识时使用的眼底镜很容易造成视网膜受伤,且侦测的光线也会造成受测者不舒服的感觉,因此已渐渐被虹膜辨识技术所取代。


生物辨识应用范围无限延伸

生物辨识逐渐被应用在保障国家安全的用途上,例如机场管制、海关进出口、旅游签证、信用卡、及身分证的查验等等,也即将有更大范围的应用出现在各国中央及地方政府的管理。不仅止于人身保全,生物辨识也在其他领域发挥,包括企业的网络安全控管、电子银行的股票证券交易、零售商买卖、执法机关、医疗及社会服务等等,可说是相当广泛。


可以预见的是,未来我们在很多场所都可以看到生物辨识系统,比方说公园、银行、信用卡中心,及金融机构,企业与政府网站平台的登入密码也可能加入生物认证这道手续,此外用以证明个人资格的驾照、进出学校的证件也都可以加上生物特征码信息。


以生物辨识为基础的认证系统将可以被建置在工作站、工作网络、数据保护(如文件版权保护)、资源的远程遥控、运输业的系统管理等。由于生物辨识提供了更好的保护机制,长远来看应有助于全球经济获得良性的成长。


对个人来说,生物辨识的方法比起其他传统的认证方式更方便也更精确,不仅免去记背密码及携带识别卡的不便,也可以省去被人盗用的风险,在认证的同时也不担心留下密码信息在网络上流通。


结合智能卡为生物辨识的趋势

自从美国911事件发生以来,人员出入的管制在某些层面受到高度重视,而生物辨识正巧在这个关键上扮演了重要的角色,例如脸部辨识、虹膜扫描及指纹的读取等技术有助提升出入管制的安全性。


生物辨识的系统可以与一般出入口的小型键盘、读取机及磁卡机做结合,让通过的人可以在使用通行密码以外,再取得第二关卡的批准,如此,一旦紧急事件发生,犯罪份子将无法以胁迫的方式取得密码,警方也能透过这套系统建立更强的防护网。


与智能卡结合会是将来生物辨识技术的趋势,将个人的生物特征码存在卡片中,每当需要认证时,只需将卡片置入机器读取范围,个人提供受测部位进行辨识,系统即可核对该受测人的身分。


因为所有个人信息皆存在卡片之中,辨识系统所读取的生物特征在与卡片核对之后,即自行消除该笔记录,所以辨识系统的数据库也就不需要储存着数以千、万计的个人特征码样本,便可保障大众个人资料的隐私,无数据外流之虞。


生物辨识的市场前景

根据International Biometrics Group所做的研究报告显示,未来几年全球生物辨识的市场将快速成长,估计至2007年,市场规模将达到40亿美元,参考(图四)。


《图三 2007年以前的生物辨识市场规模(单位:百万美元)》
《图三 2007年以前的生物辨识市场规模(单位:百万美元)》

报告并预估2005年的生物辨识市场将以脸部辨识为新兴主流,占2亿美元、中间件技术也有2.15亿美元的市场;至2007年市场则将以虹膜辨识技术成长最多,达到2.1亿美元,同时,生物辨识的市场也将带动ID芯片、PC、扫描机、监测系统等周边市场。(图五)则是2003年全球生物辨识应用领域各占的比例。


《图四 2003年各生物辨识技术在市场的占有率》
《图四 2003年各生物辨识技术在市场的占有率》

根据产业信息服务电子报的报导,世界民用航空组织已经建议其188个成员国将生物特征放入护照中,例如脸相、指纹及虹膜等,其中美国、欧盟、日本、澳大利亚、韩国将于2004年底以前开始初步应用。美国政府在现阶段推动通过许多联邦法案立法,提供诱因让生物辨识技术得以整合并逐步设置。


目前生物辨识因为价格因素还没有办法在大众市场普及,市场分析师估计生物辨识科技具有每年50%成长率的实力,但要真正受到市场欢迎应该是几年后的事。


隐私问题

不过未来在生物辨识技术的应用逐渐成形之后,个人隐私将成为第一个受到挑战的议题。指纹将是首当其冲的辨识技术,以指纹来进出各个管制辨识的出入口,可能是相当平常的一道手续,但在无形中亦让个人的行踪展露无疑。源于一般人对指纹数据的印象常跟警政单位的犯罪查缉相结合,因此大众在心理上可能产生排拒感,也会担心自己的隐私受到有心人士的监看。


不只是指纹辨识,其他的辨识技术也将对个人隐私产生若干影响,如何保有生物辨识原有的价值 - 对人产生保护、提供加密功能,并克服民众对隐私权的疑虑,将会是生物辨识技术在力求精确与便利性之余的重要课题。


延 伸 阅 读

我能知道你是谁—身份识别与生物测量学
物识别则具有"人人不同,随身携带,相对稳定,检测迅速"的特点。在人们对安全和效率的要求越来越高的情况下,这项技术受到人们的青睐。

生物认证系统走近生活
由日经 BP社举办的数字综合展览会"WPC EXPO 2002"展出了多项结合生物认证技术的数字商品,由本文所介绍的商品可看出生物认证技术走向生活化用途的趋势。
相关组织网站
findBIOMETRICS
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