移動(dòng)智能終端生物識(shí)別發(fā)展與挑戰(zhàn)*

傅山，潘娟

（中國信息通信研究院，北京 100191）

1 引言

生物識(shí)別技術(shù)被認(rèn)為是21世紀(jì)最具潛力的科技之一，近年來該技術(shù)的應(yīng)用受到了廣泛關(guān)注，使用該技術(shù)的各類產(chǎn)品已經(jīng)深入到人們的生活當(dāng)中，在個(gè)人身份識(shí)別、社會(huì)安全和國家安全維護(hù)方面起到了重要作用。2013年以來，多家終端廠商推出搭載指紋認(rèn)證功能的手機(jī)，進(jìn)一步推動(dòng)了生物識(shí)別技術(shù)在移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)領(lǐng)域中的應(yīng)用。研究機(jī)構(gòu)IHS預(yù)測(cè)，到2020年指紋識(shí)別技術(shù)的市場(chǎng)規(guī)模將達(dá)到近17億美元，而且大部分的增長動(dòng)力來自于亞洲，尤其是中國。與此同時(shí)，涉及生物識(shí)別的安全隱患日漸凸顯：一旦發(fā)生信息泄露，將導(dǎo)致仿冒身份等惡意事件的發(fā)生，這將帶來一系列嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)和社會(huì)影響，甚至威脅國家安全。

2 生物識(shí)別的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀

生物識(shí)別是通過計(jì)算機(jī)與生物傳感器和生物測(cè)量學(xué)原理等高科技手段密切結(jié)合，利用人體固有的生物特征來進(jìn)行用戶個(gè)人身份的鑒定。身份鑒定的過程分為：生物信息采集、生物信息處理、生物特征提取、生物數(shù)據(jù)保存和特征模板比對(duì)。使用到的生物信息包括指紋信息、虹膜信息、面部信息、聲紋信息、掌紋信息等。

生物識(shí)別技術(shù)具有不易遺忘或丟失、防偽效果好、使用靈活方便的特點(diǎn)，近30年來廣泛用于商業(yè)、司法、公共與社會(huì)領(lǐng)域，主要應(yīng)用于門禁、考勤、指紋取證、社會(huì)醫(yī)療、教育衛(wèi)生及治安管理等方面。而將生物識(shí)別技術(shù)如此大規(guī)模地應(yīng)用于移動(dòng)智能終端，則是近年來一項(xiàng)新的嘗試，蘋果、三星、華為等紛紛推出搭載指紋識(shí)別功能的終端。

由于移動(dòng)智能終端設(shè)備體積和性能的局限性，終端中可能使用的生物識(shí)別技術(shù)主要為指紋識(shí)別、人臉識(shí)別和聲紋識(shí)別。

（1）指紋識(shí)別是通過指紋傳感器采集指紋信息，比較不同指紋細(xì)節(jié)的特征點(diǎn)進(jìn)行身份鑒別。指紋識(shí)別技術(shù)發(fā)展較早，識(shí)別算法較為成熟，目前絕大多數(shù)移動(dòng)智能終端中采用的生物識(shí)別技術(shù)均為指紋識(shí)別。從全球范圍來看，指紋識(shí)別占整個(gè)生物識(shí)別市場(chǎng)近60%的市場(chǎng)份額，有超過幾千家的指紋識(shí)別廠商生產(chǎn)數(shù)百種以上的指紋識(shí)別產(chǎn)品，而其他生物識(shí)別技術(shù)廠商不足其十分之一。早在2011年，就有搭載指紋識(shí)別功能的智能終端問世，但由于用戶體驗(yàn)、精確度等原因并沒有引起足夠重視。隨著終端性能的提升、指紋識(shí)別解決方案的成熟以及識(shí)別算法的不斷優(yōu)化，具有指紋識(shí)別的智能終端愈發(fā)普及，目前支持指紋識(shí)別功能的移動(dòng)智能終端出貨量有近億臺(tái)。

2013年9月，蘋果公司推出的iPhone 5s手機(jī)中使用了Touch ID指紋識(shí)別技術(shù)，具體如圖1所示，Touch ID指紋傳感器采用電容式技術(shù)原理，檢測(cè)指紋谷和脊的距離差導(dǎo)致的陣列中不同電容的差異，將指紋信息通過特殊計(jì)算方式轉(zhuǎn)換為指紋模板，以方便存儲(chǔ)和比對(duì)。

圖1 iPhone 5s指紋傳感器結(jié)構(gòu)

（2）面部識(shí)別是根據(jù)人的面部特征來進(jìn)行身份識(shí)別的技術(shù)，目前主要采用的是標(biāo)準(zhǔn)視頻識(shí)別技術(shù)，通過普通攝像頭記錄下被拍攝者的面部特征，將其轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)進(jìn)行身份識(shí)別。

安卓4.0系統(tǒng)已增加了面部識(shí)別解鎖功能，具體如圖2所示，在錄入面部圖像時(shí)提示用戶需選擇亮度適中的室內(nèi)場(chǎng)所，并將手機(jī)放在與視線平齊的高度。但正如安卓系統(tǒng)所提示的：“人臉解鎖的安全性比不上圖案、PIN或密碼，與您面容相似的人也能解鎖您的手機(jī)”。因此面部識(shí)別的精確度并不太高。

圖2 安卓面部識(shí)別設(shè)置界面

（3）聲紋識(shí)別是近年來廠商追逐的焦點(diǎn)之一，與其他生物識(shí)別技術(shù)相比，聲紋識(shí)別的應(yīng)用有一些特殊的優(yōu)勢(shì)：聲紋特征獲取簡單方便，應(yīng)用場(chǎng)景廣泛；獲取聲音的識(shí)別成本較低，麥克風(fēng)進(jìn)行采集即可；聲紋辨識(shí)和確認(rèn)的算法復(fù)雜度較低等。將該技術(shù)配備到移動(dòng)智能終端指日可待。

生物識(shí)別作為一種身份識(shí)別的技術(shù)，在移動(dòng)智能終端中主要被用于以下4種場(chǎng)景：

（1）屏幕解鎖：屏幕解鎖是指紋識(shí)別在智能終端中最主要的應(yīng)用，當(dāng)指紋驗(yàn)證失敗后，通常可選擇另一種身份驗(yàn)證方式解鎖，如密碼、手勢(shì)等。

（2）多用戶訪問控制：終端支持訪客模式和主人模式，機(jī)主可預(yù)先錄入多個(gè)指紋并設(shè)定相應(yīng)手指所對(duì)應(yīng)的模式，當(dāng)使用不同的手指打開手機(jī)時(shí)，手機(jī)會(huì)自動(dòng)匹配指紋對(duì)應(yīng)的模式，若使用訪客模式對(duì)應(yīng)的手指進(jìn)行解鎖時(shí)，手機(jī)可以呈現(xiàn)出用戶預(yù)置的訪客界面，適當(dāng)隱藏機(jī)主的某些信息如通訊錄、短信記錄、郵件等，保護(hù)用戶個(gè)人隱私。

（3）賬戶登錄及支付：以蘋果手機(jī)為例，用戶在iTunes Store和App Store中可以啟用指紋識(shí)別，啟用后在蘋果商店購買音樂或游戲時(shí)可選擇掃描指紋或賬戶密碼的方式進(jìn)行支付。應(yīng)用廠商支付寶也在終端實(shí)現(xiàn)了指紋支付功能。

（4）加密文件夾：手機(jī)具有“私密模式”，有隱藏照片、信息、聯(lián)系記錄等功能，當(dāng)有人訪問這些內(nèi)容時(shí)則被要求輸入指紋或密碼，在屏幕已解鎖狀態(tài)下也能保護(hù)用戶隱私不被泄露。

3 移動(dòng)智能終端面臨的風(fēng)險(xiǎn)與挑戰(zhàn)

移動(dòng)智能終端在使用生物識(shí)別技術(shù)的同時(shí)，涉及到的生物信息的安全隱患也備受關(guān)注，智能終端可能面臨著以下3個(gè)方面的安全問題：

（1）增加了設(shè)備被入侵的可能性：黑客可以通過偽造生物特征（如指紋膜等）入侵手機(jī)，也可以通過竊取生物信息模板、鏡像還原生物信息甚至通過生物信息模板替換等方式冒用合法用戶身份，達(dá)到入侵手機(jī)的目的。

位于柏林的安全實(shí)驗(yàn)室SRLabs曾演示移動(dòng)智能終端指紋識(shí)別安全功能的漏洞，利用用戶留在屏幕的指紋制作指紋模具成功解鎖了手機(jī)，并展示了使用照片開發(fā)指紋模具的過程。可以通過指紋模具成功控制設(shè)備，甚至獲取存儲(chǔ)在這臺(tái)設(shè)備的賬號(hào)信息。

（2）用戶生物信息泄露：黑客可能會(huì)還原手機(jī)中存儲(chǔ)或網(wǎng)絡(luò)中傳輸?shù)纳镄畔⒛０澹玫皆嫉纳镄畔ⅲ锩艽a一旦被竊取將終身無法更改，從而面臨身份冒用的風(fēng)險(xiǎn)。

（3）惡意軟件調(diào)用：移動(dòng)智能終端作為生物信息新的載體，與傳統(tǒng)生物識(shí)別設(shè)備相比具有復(fù)雜的使用環(huán)境，面臨惡意軟件調(diào)用的風(fēng)險(xiǎn)，惡意軟件可能冒用用戶身份進(jìn)行惡意操作，如竊取資費(fèi)、惡意下載收費(fèi)軟件等，這將會(huì)給用戶帶來經(jīng)濟(jì)損失。

為減少或避免由這類安全問題所引發(fā)的損失，廠商應(yīng)將可能出現(xiàn)的風(fēng)險(xiǎn)及時(shí)告知用戶，并采用一定的技術(shù)或管理手段對(duì)關(guān)鍵環(huán)節(jié)進(jìn)行把控，如生物密碼防暴力破解、安全存儲(chǔ)和安全運(yùn)行環(huán)境等。

目前國際上對(duì)于移動(dòng)智能終端中生物識(shí)別技術(shù)的研究尚處在開始階段，2012年在美國成立的“在線快速身份驗(yàn)證聯(lián)盟（FIDO Alliance）”在這個(gè)領(lǐng)域的研究起步較早。FIDO的目標(biāo)是創(chuàng)建一組新的協(xié)議，支持對(duì)web應(yīng)用持續(xù)的、安全的、無需密碼的訪問（即所謂的非密碼強(qiáng)認(rèn)證），對(duì)于互聯(lián)網(wǎng)公司來說，隨著重大數(shù)據(jù)泄露事故的頻發(fā)，過去基于密碼的在線身份驗(yàn)證技術(shù)已經(jīng)難以維持互聯(lián)網(wǎng)經(jīng)濟(jì)的穩(wěn)定發(fā)展。FIDO聯(lián)盟正是在這個(gè)背景下應(yīng)運(yùn)而生的一個(gè)推動(dòng)“去密碼化”的強(qiáng)認(rèn)證協(xié)議標(biāo)準(zhǔn)組織。

FIDO通過2個(gè)子協(xié)議實(shí)現(xiàn)安全登錄（驗(yàn)證）：U2F（Universal 2nd Factor）標(biāo)準(zhǔn)是關(guān)于使用PIN和USB棒或者支持NFC的手機(jī)，通過利用設(shè)備中的安全芯片，以雙重身份認(rèn)證的方式保證用戶帳號(hào)、信息安全，個(gè)人用戶也可以購買采取相應(yīng)技術(shù)的硬件設(shè)備達(dá)到此功能，比如說指紋識(shí)別器；第二個(gè)相關(guān)協(xié)議UAF（Universal Authentication Framework）使用生物密碼代替簡單密碼，支持指紋、語音、虹膜掃描等生物識(shí)別技術(shù)。FIDO協(xié)議由用戶注冊(cè)及用戶登錄這2部分實(shí)現(xiàn)：當(dāng)用戶登錄服務(wù)器注冊(cè)信息時(shí)，用戶的加密設(shè)備產(chǎn)生1對(duì)非對(duì)稱密鑰對(duì)，私鑰在加密設(shè)備中保留，黑客無法讀取，公鑰傳給服務(wù)器，服務(wù)器將此公鑰和用戶對(duì)應(yīng)的賬戶相關(guān)聯(lián)；當(dāng)用戶登錄服務(wù)器驗(yàn)證信息時(shí)，用戶使用設(shè)備中的私鑰對(duì)服務(wù)器的數(shù)據(jù)做簽名，服務(wù)器使用對(duì)應(yīng)的公鑰做驗(yàn)證。用戶設(shè)備中的私鑰必須經(jīng)過用戶解鎖（如按鍵，按下指紋等）才能被用來做簽名操作。這樣就把用戶身份憑證由指紋等信息轉(zhuǎn)化為公私鑰機(jī)制，將原先的風(fēng)險(xiǎn)集中于服務(wù)端改進(jìn)為風(fēng)險(xiǎn)分散到服務(wù)端和設(shè)備端，有效地分割了風(fēng)險(xiǎn)，降低了整體系統(tǒng)的風(fēng)險(xiǎn)。FIDO聯(lián)盟的一個(gè)目標(biāo)就是更好地利用終端硬件中已經(jīng)內(nèi)置的安全設(shè)備來保護(hù)終端的安全。貝寶、谷歌、微軟、高通、恩智浦等均是FIDO聯(lián)盟的會(huì)員。

4 結(jié)束語

隨著移動(dòng)互聯(lián)網(wǎng)的快速發(fā)展，基于移動(dòng)智能終端的各類應(yīng)用層出不窮，生物識(shí)別的多種應(yīng)用場(chǎng)景在為用戶帶來便利的同時(shí)也存在一定的安全隱患，為生物識(shí)別在智能終端的發(fā)展帶來了一定的挑戰(zhàn)。目前，終端基數(shù)不斷擴(kuò)大，需要加快制訂保障用戶生物信息安全的法規(guī)，建立移動(dòng)智能終端生物識(shí)別安全要求的相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)，與國際標(biāo)準(zhǔn)組織和產(chǎn)業(yè)聯(lián)盟溝通技術(shù)要求，強(qiáng)化技術(shù)實(shí)力，保障移動(dòng)智能終端生物識(shí)別安全，促進(jìn)行業(yè)健康有序發(fā)展。

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