基于生物特征身份认证技术

第三小组基于生物特征的身份认证技术1.研究背景随着网络与通信技术的飞速发展，全球范围内的电子商务、电子政务迅速兴起，使得网络上存在着大量敏感的商业、政府、军队的信息，这些信息只有的到授权的人才能进行访问，因此信息安全成为当今信息社会发展的一个关键问题，身份鉴别作为信息安全的一种重要手段越来越受到人们的重视。实际上，身份的鉴别已经应用到人们日常生活的许多方面，例如，对于某些数据及设备的访问权限控制，重要场所的出入控制、自动提款机、计时/出勤记录等。然而传统的身份鉴别方法是基于标识物如证件或钥匙，或者知识如密码来完成，存在着明显的问题:个人持有物易丢失或被伪造，密码易被忘记或猜到，更严重的是这些系统"只识物不识人"，无法识别出是真实的用户还是取得身份标识物的假冒者，一旦非法用户获得了这些身份标识物，就可以拥有与用户同样的权利。尤其是随着货币的电子化、交易的电子化，传统身份鉴别的漏洞带来损失的金额也越来越大，成为社会信息化发展的重要瓶颈。因此人们力图寻求更为安全可靠，大众化的身份鉴别方法，而我们人体自身所固有的生物特征为此提供了最便捷的途径。包括人脸、指纹、虹膜、掌纹等在内的生物特征具有"人人拥有，人各不同，长期不变"的特点，与个人的身份一一对应，可以随时用来区别不同个体，从而可以辅助甚至完全代替传统的身份识别方式。利用人体本身所拥有的生物特征来进行身份识别的技术称为人体生物特征识别技术，简称为生物识别技术。在过去几年里，生物识别技术的市场份额大幅度持续增长，社会各界对安全性越来越重视，安全要求也越来越高，因而对生物识别技术的需求量也越来越大。到目前为止，各国研究人员已分别开展了基于指纹、声音、人脸、虹膜、角膜和签名等人体生物特征的身份认证技术的研究，并取得了丰硕的成果。2.生物特征识别技术概述

生物特征是自动识别和认证人的身份的一种独特的、可测量的特征。生物特征识别技术是利用人体的一些生物特征来进行身份识别的技术。人体有很多的生物特征，但并不是每一种生物特征都可以用于身份识别。可用于身份识别的人体生物特征必须满足以下几个基本条件:普遍性(指每个人都必须具有该特征)、唯一性(指每个人的该特征都不相同，任何两个人都可以用该特征区分开来)、永久性(指这个特征应该具有足够的稳定性)、可采集性(指该特征应该可以较为方便的被采集和量化)、可接受性(指用户可以普遍接受基于该特征的识别系统)、性能要求(指用该特征可获得足够的识别精度，并且对资源、环境的要求都必须在一个合理的范围内)、安全性(指该特征不容易被伪造和模仿)。

总的来说，人体生物特征分为两大类:生理特征和行为特征。2.1生理特征DNA:即脱氧核糖核酸，是人体内的遗传物质，主要存在于人体细胞核的染色体上，控制着人体的生长、发育过程。DNA具有个体特异性，从而可将其用于身份识别中。耳廓:人的耳廓是个体形态的组成部分，耳廓上的耳轮、耳屏、耳垂等多个部分的宽度、弧度、位置、形态、形状及其相互关系，构成了个体耳廓所固有的、相对稳定的特征，可以有效的进行身份识别。体味:即人体气味。指人体不间断地向环境散发出的能使鼻子和大脑皮层产生某种嗅觉的挥发性物质。体味是人体固有的、相对稳定的内源性气味。每个人的体味的化学成分各不相同，因而可以用来进行身份识别。人脸:用的最多的人脸特征有两类:一是面部基本结构(如眼、眉、鼻、嘴等)的位置、形状和它们的空间拓扑关系，二是将每个人脸用一系列标准人脸的加权和来表示，从而获得人脸的全局特征。热辐射:人体发散出来的热辐射能反映一个人的特征信息，并且可以很方便地用红外相机采集到，因而可以用来进行身份识别。虹膜:虹膜上丰富而稳定的纹理特征具有很强的区分能力，从而使之成为最可靠的人体特征之一。视网膜:视网膜上有丰富的脉管，这些脉管具有很复杂并且稳定的结构，这些结构信息可用来实现高精度的身份识别。指纹:指纹识别中最常用的特征是乳突纹的细节点，可以实现较高精度的识别系统。掌纹:手掌上也布满了和指纹一样的乳突纹，同时还具有一些掌纹特征。手形:手形特征主要是手的几何特征如手掌宽度，手指长度和宽度等。手上的静脉血管:主要用静脉血管的结构信息来实现身份识别。2.2行为特征行为特征是对个人习惯性动作的度量，是对人体特征的间接性测量。手写签名:个人手写签名时都有自己特有的方式，因而可以用签名来识别。击键打字:每个人击键打字有自己的习惯，从而可以在一定程度上反映一个人的身份信息。声纹:即是行为特征，也是生理特征。声音是通过人的声带、嘴、鼻腔、嘴唇等部件形成的，通过声音可以估算这些部件的位置、形状、大小等特征，从而实现对身份的识别。步态:是指每个人走路时特有的姿态，可实现远距离身份识别。人体生物特征是最安全又方便的身份识别工具不会被盗取或遗忘。由于具有普遍、唯一和稳定性等优点，人体的生物特征成为利用计算机进行自动身份识别技术的理想研究对象。3.基于生理特征的识别技术1.指纹识别指纹识别技术是通过取像设备读取指纹图像，然后用计算机识别软件分析指纹的全局特征和指纹的局部特征，从指纹中抽取特征值，可以非常可靠地通过指纹来确认一个人的身份。2.虹膜识别虹膜识别技术是利用虹膜终身不变性和差异性的特点来识别身份的,。虹膜是一种在眼睛中瞳孔内的织物状的各色环状物，每个虹膜都包含一个独一无二的基于水晶体、细丝、斑点、凹点、皱纹和条纹等特征的结构。虹膜在眼睛的内部，用外科手术很难改变其结构；由于瞳孔随光线的强弱变化，想用伪造的虹膜代替活的虹膜是不可能的。目前世界上还没有发现虹膜特征重复的案例，就是同一个人的左右眼虹膜也有很大区别。统计表明，到目前为止，虹膜识别的错误率是各种生物特征识别中最低的，13.视网膜识别

人体的血管纹路也是具有独特性的，人的视网膜上面血管的图样可以利用光学方法透过人眼晶体来测定。视网膜识别技术要求激光照射眼球的背面以获得视网膜特征的唯一性。视网膜技术未经过任何测试，可能会给使用者带来健康的损坏，这需要进一步的研究4.面部识别

面部识别技术通过对面部特征和它们之间的关系（眼睛，鼻子和嘴的位置以及它们之间的相对位置）来进行识别，用于捕捉面部图像的两项技术为标准视频和热成像技术。

另外，面部识别也是最容易被欺骗的。对于因人体面部的如头发，饰物，变老以及其他的变化可能需要通过人工智能技术来得到补偿；对于采集图像的设备会比其他技术昂贵得多。15.掌纹识别

掌纹与指纹一样也具有稳定性和唯一性，利用掌纹的线特征、点特征、纹理特征、几何特征等完全可以确定一个人的身份，因此掌纹识别是基于生物特征身份认证技术的重要内容。目前采用的掌纹图象主要分脱机掌纹和在线掌纹两大类。掌纹识别一般用作整体分离后的同一认定。有将其用做批量商品的防伪，以防止成箱的商品内有部分被“调包”，以部分赝品充真。也有将其用于通道口安全防范系统。6.手形识别

手形指的是手的外部轮廓所构成的几何图形．手形识别技术中，可利用的手形几何信息包括手指不同部位的宽度、手掌宽度和厚度、手指的长度等。经过生物学家大量实验证明，人的手形在一段时期具有稳定性，且两个不同人手形是不同的，即手形作为人的生物特征具有唯一性，手形作为生物特征也具有稳定性，且手形也比较容易采集，故可以利用手形对人的身份进行识别和认证．手形识别是速度最快的一种生物特征识别技术，它对设备的要求较低，图像处理简单，且可接受程度较高。由于手形特征不像指纹和掌纹特征那样具有高度的唯一性，因此，手形特征只用于认证，满足中/低级的安全要求。17.脸像识别

人脸识别的实现包括面部识别和面部认证两方面，基本实现了快速而高精度的身份认证。由于其属于是非接触型认证，仅仅要看到脸部就可以实现很多应用，因而可被应用在：证件中的身份认证；重要场所中的安全检测和监控；智能卡中的身份认证；计算机登录等网络安全控制等多种不同的安全领域。目前国内该项识别技术在警用等安全领域用得比较多。这项技术亦被用在现在的一些中高档相机的辅助拍摄方面（如人脸识别拍摄）8.DNA识别人体内的DNA在整个人类范围内具有唯一性（除了同卵双胞胎可能具有同样结构的DNA外）和永久性。因此，除了对同卵双胞胎个体的鉴别可能失去它应有的功能外，这种方法具有绝对的权威性和准确性。DNA鉴别方法主要根据人体细胞中DNA分子的结构因人而异的特点进行身份鉴别。这种方法的准确性优于其它任何身份鉴别方法，同时有较好的防伪性。然而，DNA的获取和鉴别方法（DNA鉴别必须在一定的化学环境下进行）限制了DNA鉴别技术的实时性；另外，某些特殊疾病可能改变人体DNA的结构组成，系统无法正确的对这类人群进行鉴别。19.声音和签字识别

声音和签字识别属于行为识别的范畴。声音识别主要是利用人的声音特点进行身份识别。声音识别的优点在于它是一种非接触识别技术，容易为公众所接受。但声音会随音量、音速和音质的变化而影响。比如，一个人感冒时说话和平时说话就会有明显差异。再者，一个人也可有意识地对自己的声音进行伪装和控制，从而给鉴别带来一定困难。签字是一种传统身份认证手段。现代签字识别技术，主要是透过测量签字者的字形及不同笔划间的速度、顺序和压力特征，对签字者的身份进行鉴别。签字与声音识别一样，也是一种行为测定，因此，同样会受人为因素的影响。10.红外温谱图人的身体各个部位都在向外散发热量，而这种散发热量的模式就