ISOIEC 30107-12023 信息技术.生物特征表示攻击检测.第1部分框架标准立项发展报告

信息技术生物特征表示攻击检测第1部分：框架标准立项发展报告StandardizationDevelopmentReport:InformationTechnology-BiometricPresentationAttackDetection-Part1:Framework摘要随着生物特征识别技术在国家安全、公共安全、金融支付、边境管控及个人设备解锁等领域的广泛应用，针对生物特征识别系统的表示攻击（PresentationAttack）已成为威胁其安全性的关键风险因素。为应对这一挑战，国际标准化组织与国际电工委员会联合制定了ISO/IEC30107系列标准，其中第1部分（ISO/IEC30107-1:2023）确立了生物特征表示攻击检测的统一框架。本报告系统梳理了该标准的立项背景、制定历程、核心技术框架、术语体系及与相关标准的协同关系，深入分析了其在全球产业链中的应用价值与实施路径。报告指出，该标准通过定义表示攻击类别、攻击潜在性（AttackPotential）评估要素及检测方法分类体系，为生物特征系统的安全性评估提供了国际公认的基准，对于推动多模态融合检测技术发展、完善数据安全治理体系具有重要的指导意义。展望未来，随着深度伪造（Deepfake）等新型攻击手段的演进，该框架的持续迭代将与生成式AI检测技术深度融合，为构建更加可靠的生物特征身份认证生态奠定基础。关键词：生物特征识别；表示攻击检测；ISO/IEC30107；信息安全；标准化框架；攻击潜在性Keywords:BiometricRecognition;PresentationAttackDetection;ISO/IEC30107;InformationSecurity;StandardizationFramework;AttackPotential1.引言1.1研究背景1.2标准制定需求在此背景下，建立统一的表示攻击检测（PresentationAttackDetection,PAD）评估框架成为国际标准化组织的迫切任务。不同厂商的PAD算法在检测能力、评估方法、性能指标等方面缺乏可比性，用户难以客观评价系统的安全等级。ISO/IECJTC1/SC37（生物特征识别分技术委员会）自2012年起启动ISO/IEC30107系列标准的研制工作，旨在为PAD技术的研发、评估、部署提供系统性规范。2.标准概述2.1标准基本信息ISO/IEC30107-1:2023《信息技术生物特征表示攻击检测第1部分：框架》由ISO/IECJTC1/SC37制定，2023年8月10日正式发布，取代了2016年发布的ISO/IEC30107-1:2016版本。该标准是ISO/IEC30107系列标准的基础性文件，为后续各部分（如第2部分：数据格式；第3部分：测试与报告；第4部分：配置文件）提供了概念基础和术语框架。2.2标准定位与适用范围本标准的定位是为生物特征表示攻击检测提供通用性、概念性框架，适用于所有类型的生物特征模态（包括但不限于人脸、指纹、虹膜、声纹、掌纹、静脉等），覆盖从算法研发、系统集成到安全评估的全生命周期。标准规定的框架适用于以下场景：-生物特征识别系统的开发者和生产商，用于指导PAD功能的设计与实现；-安全评估机构和实验室，用于建立统一的测试与评估基准；-最终用户和监管机构，用于理解PAD技术的安全等级和残余风险；-科研机构，用于规范PAD领域的术语体系和分类方法。3.标准核心内容框架3.1术语体系的建立与完善ISO/IEC30107-1:2023定义了PAD领域的核心术语，构建了权威的概念体系。关键术语包括：（1）表示攻击（PresentationAttack）：指攻击者向生物特征采集设备提交伪造、假冒或篡改的生物特征样本，以干扰系统正常识别过程的行为。该定义涵盖了物理伪造物（如打印照片、硅胶手指）和数字重建样本（如3D人脸模型）两大类别。（2）表示攻击检测（PresentationAttackDetection,PAD）：通过自动化的手段识别和判定表示攻击行为的技术过程。标准明确区分了PAD与活体检测（LivenessDetection）的概念边界——活体检测是PAD的一种实现方式，但PAD还包括对非活体但合法的生物特征样本的分类处理。（3）攻击潜在性（AttackPotential）：标准引入了CC（CommonCriteria，通用评估准则）体系中的攻击潜在性概念，用以量化表示攻击的难度和可行性。攻击潜在性由攻击者的专业知识、资源投入、作案时机等因素综合决定，分为基本、增强、高度增强等多个等级。（4）生物特征呈现（BiometricPresentation）：用户或攻击者向生物特征采集传感器提交生物特征样本的完整过程。（5）假冒来源（SpoofSource）：用于制作表示攻击工具的原材料或数据来源，如真人的照片、录制的语音、窃取的指纹图像等。2016年首次发布的标准主要关注传统物理攻击手段，而2023年版本在术语体系上进行了重要扩展，新增了对数字注入攻击（DigitalInjectionAttack）的相关定义，该攻击形式指攻击者绕过物理传感器，直接将伪造的生物特征数据注入系统处理链路，这一更新反映了近年来攻击手段向数字化方向演进的趋势。3.2表示攻击的分类体系标准建立了系统的表示攻击分类框架（见表1），从攻击载体和攻击方式两个维度对攻击类型进行划分。表1：表示攻击分类体系|分类维度|攻击类型|典型实例||---------|---------|---------||物理攻击|仿造品（Artificial）|硅胶指纹膜、3D打印人脸面具||物理攻击|人形工具（Human-like）|真人人脸照片、玩偶模型||物理攻击|人体部位（BodyPart）|截取的真实手指、手术改变指纹||物理攻击|其他物理载体|打印照片、视频回放（屏幕）||数字攻击|注入攻击（Injection）|篡改图像文件、重放数字信号||数字攻击|合成攻击（Synthetic）|GAN生成人脸、深度伪造视频||数字攻击|对抗样本（Adversarial）|添加微小扰动的对抗图像|该分类体系采用"攻击类型-攻击载体-攻击方法"的三级结构，为后续的检测方法设计、测试数据集构建和安全性评估提供了清晰的映射关系。2023年版本较旧版本显著加强了对数字攻击类别的表述，以回应深度伪造技术和对抗机器学习快速发展的现实威胁。3.3PAD方法分类与检测框架标准将PAD检测方法划分为三大类，并明确了各类方法的适用条件和局限性：（1）基于传感器的检测方法（Sensor-based）：通过分析采集硬件获取的物理信号来识别攻击行为。此类方法利用传感器层面的额外信息，包括但不限于：-多光谱分析：利用不同波段光谱反射特性区分活体组织与伪造材料；-皮肤变形分析：通过捕捉按压过程中指纹脊线的弹性形变特征；-热红外成像：检测人体组织特有的热辐射分布模式；-光学特征分析：对指纹汗孔位置、虹膜纹理深度等三维结构特征进行验证。（2）基于算法的检测方法（Algorithm-based）：对采集到的生物特征样本进行信号处理和模式识别，提取攻击痕迹特征。常用技术包括：-纹理分析：利用局部二值模式（LBP）、小波变换等方法分析图像的高频细节特征；-频域分析：检测伪造样本在傅里叶谱、DCT系数上的统计偏差；-深度学习方法：使用卷积神经网络（CNN）自动学习活体与伪造样本的判别特征；-质量评估指标：通过图像清晰度、光照一致性等质量度量辅助判定。（3）基于用户协作的检测方法（User-cooperative）：要求用户执行特定动作或提供额外验证信息，例如：-随机动作指令：要求用户完成张嘴、眨眼、转头等规定动作；-挑战-响应协议：显示随机验证码要求用户朗读或输入；-多模态融合验证：结合指纹与人脸、人脸与声纹等多模态信息进行交叉验证。标准强调上述三类方法并非互斥，实际系统中的PAD方案往往采用多种方法的融合策略，以平衡安全性、用户体验和计算成本。3.4攻击潜在性评估框架ISO/IEC30107-1:2023借鉴ISO/IEC15408（CommonCriteria）中关于攻击潜在性的评估方法，建立了面向生物特征表示攻击的风险评估框架。攻击潜在性的判定依据主要包括：-攻击时间（ElapsedTime）：准备和实施攻击所需的时间投入；-攻击者专业知识（SpecialistExpertise）：所需的技术能力和领域知识水平；-对系统的了解程度（KnowledgeoftheTOE）：攻击者对目标系统内部结构和弱点的掌握程度；-攻击窗口（WindowofOpportunity）：实施攻击所需的访问权限和时机条件；-所需设备/材料（Equipment/Hardware）：制作攻击工具所需的技术装备和物质投入。通过综合评估上述要素，可对PAD系统的防护能力进行等级划分，为安全评估和风险决策提供量化依据。例如，一个仅需较低技术门槛和廉价材料即可实施的简单照片打印攻击，其攻击潜在性较低，对应系统所需达到的PAD防护等级也应适度。4.标准的主要修订内容4.1修订背景与工作进程ISO/IEC30107-1:2023是对2016年版本的全面修订。随着全球生物特征识别产业格局的变化和人工智能技术的迅猛发展，PAD领域出现了大量新技术、新方法、新应用，同时学术界和产业界对原有术语的理解产生了分歧，迫切需要通过对术语的精准定义实现更广泛的产业共识。SC37于2019年成立专项修订工作组（WG3），经过多轮国际研讨会和草案征集，最终形成国际标准草案（DIS），并于2023年通过最终国际标准草案（FDIS）投票。4.2主要技术变化与ISO/IEC30107-1:2016相比，2023年版本的主要变化包括：1.新增数字注入攻击的术语和分类：将注入攻击正式纳入表示攻击的范畴，明确了其技术特征和检测挑战；2.完善了"生物特征呈现攻击检测"的定义范围：澄清了PAD与活体检测、欺诈检测等相关概念的关系；3.扩充了攻击潜在性的考量因素：增加了对深度学习工具可获取性、自动化攻击工具包等因素的考虑；4.引入了与ISO/IEC19989系列标准的协调机制：确保框架标准与评估方法标准的无缝衔接；5.更新了参考文献和标准引用：与ISO/IEC30107-3（测试与报告）、ISO/IEC30107-4（配置文件）的最新版本保持一致性。5.标准实施与应用5.1国际标准协同ISO/IEC30107-1:2023在ISO/IEC30107系列标准中处于纲领性地位，是其他各部分标准的概念基础：-ISO/IEC30107-2：规定PAD测试数据（生物特征呈现攻击数据集）的格式要求，为标准第3部分的测试工作提供标准化数据支撑；-ISO/IEC30107-3：定义PAD安全性评估的测试方法、流程和报告格式，是各检测机构执行标准化评估的操作性依据；-ISO/IEC30107-4：针对特定应用场景（如移动设备解锁）制定配置文件，规定不同场景下的PAD功能要求和测试等级。上述标准构成了从概念框架、数据规范、测试方法到应用配置的完整标准族谱系。此外，该标准与以下国际标准及法规存在紧密关联：-ISO/IEC15408（CommonCriteria）：PAD框架中的攻击潜在性概念直接来源于此标准体系；-ISO/IEC24745（生物特征信息保护）：规定了生物特征模板的保护要求，与PAD共同构成生物特征系统的双重安全屏障；-欧盟《通用数据保护条例》（GDPR）及《人工智能法案》（AIAct）中针对生物特征数据处理的合规性要求，是PAD标准实施的重要法规环境；-美国国家标准与技术研究院（NIST）发布的《人脸识别供应商测试（FRVT）》中有关PAD性能评估的协议，与ISO/IEC30107系列标准在方法论上保持协调。5.2产业应用与实施自发布以来，ISO/IEC30107-1:2023已广泛应用于以下领域：-金融支付：银行卡、ATM机、移动支付终端中的人脸/指纹PAD功能合规评估；-边境管控：ePassport自动通关系统中的人脸活体检测和攻击防御；-公共安全：视频监控、身份核查系统中对深度伪造人脸的识别与阻断；-移动设备：智能手机、平板电脑中生物特征解锁功能的PAD能力认证；-数字身份：电子政务、远程开户场景中的人脸/声纹PAD要求满足。全球主要生物特征识别技术供应商（如NEC、Idemia、Face++等）均宣称其PAD解决方案符合ISO/IEC30107系列标准要求，并将标准合规性作为产品进入国际市场的必要条件。依据国家标准GB/T37036.1-2018《信息技术移动设备生物特征识别第1部分：通用要求》等文件要求，我国在生物特征识别相关技术产品的测试与评估中也积极与国际标准化体系接轨，推动ISO/IEC30107系列标准在我国的转化应用与本土化实施工作。6.主要参与单位介绍6.1国际电工委员会（IEC）国际电工委员会（InternationalElectrotechnicalCommission,IEC）成立于1906年，总部位于瑞士日内瓦，是世界上成立最早的国际性电工标准化机构，负责有关电气工程和电子工程领域的国际标准化工作。IEC与ISO（国际标准化组织）共同运行联合技术委员会ISO/IECJTC1，专门负责信息技术领域的国际标准制定，其下设的SC37分技术委员会具体承担生物特征识别标准的研制工作。IEC的组织架构和标准制定流程为该标准的科学性和权威性提供了坚实保障。IEC成员包括全球170多个国家的国家委员会，其标准制定遵循透明度、公开性、协商一致和技术先进性等原则，各成员国通过国家委员会参与标准提案、草案审议和正式投票等全流程工作。在ISO/IECJTC1/SC37的组织框架下，来自各成员国的生物特征识别领域专家共同参与ISO/IEC30107-1的起草、讨论和修订工作，确保标准内容反映全球技术发展的最新水平。IEC长期致力于推动生物特征识别领域的国际标准化合作。20世纪90年代末期，随着全球对身份认证技术安全性的关注度日益提升，IEC联合ISO组建了JTC1/SC37分技术委员会，专门负责人脸、指纹、虹膜等生物特征识别技术的标准化工作。经过二十余年的发展，SC37已发布数十项国际标准，构建了覆盖术语、数据格式、接口协议、测试评估等环节的完备标准体系，ISO/IEC30107系列即为该体系中的重要组成部分。此外，IEC通过与中国国家标准化管理委员会（SAC）的密切合作，持续推动国际标准向中国国家标准（GB/T）的转化工作，支持中国在生物特征识别领域的技术创新和标准实施。7.结论与展望ISO/IEC30107-1:2023的发布标志着生物特征表示攻击检测领域标准化工作进入了一个新阶段。该标准通过建立统一的概念框架、完善的攻击分类体系和科学的评估方法论，为全球生物特征识别系统的安全性保障提供了权威基准，对促进产业链各方在PAD技术研发、产品测试和安全认证方面的协同合作具有重要意义。展望未来，生物特征表示攻击检测标准化工作将面临新的挑战与机遇。在技术层面，生成式人工智能的快速发展使得合成人脸的真实性达到前所未有的高度，传统PAD算法的有效性面临严峻考验；在应用层面，远程身份认证、无感通行等新场景对PAD的实时性和鲁棒性提出了更高要求。ISO/IEC30107系列的后续修订将进一步纳入针对深度伪造、对抗攻击等新型威胁的检测框架，并与人工智能治理、数据安全等领域的标准体系深度融合。同时，随着全球主要经济体对生物特征数据保护立法的持续完善，PAD标准有望在合规性评估和认证认可体系中发挥更加关键的作用。我国应积极参与ISO/IEC30107系列标准的持续修订工作，同步推进国家标准转化和应用示范，缩小国内外在PAD标准验证数据建设、第三方检测机构能力建设、核心算法自主研发等方面的差距。加强产学研用协同，推动PAD技术在我国金融反欺