聚焦生物識(shí)別

邱元陽(yáng) 劉宗凡 金琦

編者按：在剛剛過去的3.15晚會(huì)上，我們見證了公共免費(fèi)WIFI帶來的隱患。同樣，近期媒體報(bào)道的“閃付”芯片的安全性也令人擔(dān)心。這樣的例子，在現(xiàn)實(shí)生活中不勝枚舉。隨著科技的發(fā)展，我們的生活越來越便利，智能化越來越高，如何更安全地識(shí)別成為每個(gè)人都可能會(huì)思考的問題，就目前而言，生物識(shí)別更令人安心。在此，主持人和嘉賓將分兩期對(duì)這一話題進(jìn)行探討。

生物識(shí)別技術(shù)在安全認(rèn)證領(lǐng)域的地位越來越重要，素有安全領(lǐng)域的“諾亞方舟”之稱。生物識(shí)別的特異性、豐富度和穩(wěn)定性等特點(diǎn)，使其安全性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)的密碼認(rèn)證，甚至有可能會(huì)在高端安全領(lǐng)域終結(jié)密碼認(rèn)證。但是，任何認(rèn)證方式都不可能是萬(wàn)無一失、沒有漏洞的，即使是生物識(shí)別技術(shù)，也一樣可能被攻破。

金琦：閾值的秘密

人臉識(shí)別系統(tǒng)是有可能被人“蒙混過關(guān)”的，這在面部識(shí)別方式的考勤系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)。考勤和打卡系統(tǒng)在采集完人的臉部特征后，往往還需要進(jìn)行驗(yàn)證，也就是讓本人“刷臉”，看系統(tǒng)是否能正確識(shí)別。發(fā)型、眼鏡、飾品甚至光線的改變，都會(huì)對(duì)識(shí)別的準(zhǔn)確性產(chǎn)生影響。為了實(shí)現(xiàn)正常識(shí)別，讓員工在一般情況下能夠通過考勤系統(tǒng)，常常需要對(duì)識(shí)別的閾值進(jìn)行調(diào)整。一般降低閾值可提高識(shí)別率，但是誤識(shí)別率也增加了，面部相近的人可能被識(shí)別為同一人；而提高閾值則增加了識(shí)別的嚴(yán)格程度，過高的閾值雖然提高了安全性，但有時(shí)連本人都不能通過。

一個(gè)領(lǐng)域或系統(tǒng)的界限稱為閾，其數(shù)值稱為閾值，也稱為臨界值。在生物識(shí)別技術(shù)中，閾值就是指對(duì)采樣的數(shù)據(jù)特征可以識(shí)別的程度。不僅僅是人臉識(shí)別系統(tǒng)，在指紋識(shí)別中，也存在閾值。閾值的設(shè)置是必需的，它是用來平衡準(zhǔn)確性和識(shí)別率的，但也留下了一個(gè)可被利用的識(shí)別漏洞，因此閾值過高或過低都不可取。

但是在一般的應(yīng)用中，基于一定閾值的生物識(shí)別技術(shù)還是可靠的。微軟在Windows 10中也采用了生物特征授權(quán)方式，稱之為Windows Hello（如圖1），支持人臉識(shí)別、指紋識(shí)別和虹膜識(shí)別，但是需要通過額外的紅外線傳感器等配套設(shè)備才能使用。這種生物特征授權(quán)方式比輸入密碼更方便，也更安全。

生物識(shí)別需要兼顧我們的社會(huì)性與唯一性，而唯一性就意味著安全性。在描述某一種特定的識(shí)別方式時(shí)，有三個(gè)指標(biāo)可以評(píng)定：特異性、豐富度和穩(wěn)定性。

以虹膜識(shí)別為例，它要求你的視網(wǎng)膜內(nèi)的血液細(xì)胞和別人是不一樣的（特異性），而且有斑點(diǎn)、細(xì)絲、條紋、隱窩、凹點(diǎn)、射線、皺紋等特征（豐富度），另外，你的虹膜特征不會(huì)變化（穩(wěn)定性），符合這三點(diǎn)，才能被用來進(jìn)行生物識(shí)別。

理論上說，生物識(shí)別方式的特異性、豐富度、穩(wěn)定性越高，其安全性就越高。但是也不是絕對(duì)的。基因識(shí)別在過去一度被認(rèn)為是最穩(wěn)定、最安全的認(rèn)證方式，但是同卵雙胞胎的基因相似度極高，很難進(jìn)行確切的判斷。聲音和人臉可以被模仿，最近甚至都出現(xiàn)了偽造視頻的技術(shù)。

斯坦福大學(xué)的學(xué)生開發(fā)出了一套可以人為控制視頻中人物表情的軟件。只要能獲得目標(biāo)人物15秒鐘的說話視頻片段，就可以捕捉到目標(biāo)人物的整個(gè)面部表情，用來生成一張3D的臉，而操控者的面部表情可以用來生成另一張3D的臉（如圖2），之后，就可以通過操控者的表情或說話，來控制目標(biāo)人物在視頻中的表情和說話了！

更多的時(shí)候，不是閾值造成了生物識(shí)別的安全漏洞，而是相關(guān)聯(lián)的其他方面被利用。電影《碟中諜4》中，伊森就是通過虹膜識(shí)別解鎖一項(xiàng)“幽靈行動(dòng)”——潛入克里姆林宮，盜取核軍事密碼（如圖3）。由于虹膜的唯一性、穩(wěn)定性、防偽性，虹膜識(shí)別通常用于安防以及需要高度保密的場(chǎng)所。伊森的虹膜圖像已經(jīng)被加工、編譯儲(chǔ)存在數(shù)據(jù)庫(kù)中，這里是儲(chǔ)存虹膜信息的數(shù)據(jù)庫(kù)被篡改，而不是虹膜識(shí)別本身的技術(shù)漏洞。修改后的數(shù)據(jù)庫(kù)中已經(jīng)有了伊森的虹膜數(shù)據(jù)，虹膜識(shí)別之后自然就能夠確認(rèn)他的身份，讓他正常通過。

類似的情況，在電影《碟中諜5》中，班吉起初并沒把三重保險(xiǎn)的門禁放在眼里，但當(dāng)他得知必須穿越一套“步態(tài)分析系統(tǒng)”時(shí)，班吉徹底絕望了，最后只能靠伊森·亨特屏息3分鐘，通過自由式潛水強(qiáng)行入侵后臺(tái)數(shù)據(jù)才得以攻破步態(tài)分析系統(tǒng)（如圖4）。

步態(tài)分析的理論假設(shè)是：如同每個(gè)人擁有一副獨(dú)特的面孔，每個(gè)人也擁有一種與眾不同的步態(tài)。這種觀點(diǎn)也得到了醫(yī)學(xué)研究的認(rèn)同，即“每個(gè)人的步態(tài)都是唯一的”。從解剖學(xué)的角度分析，步態(tài)唯一性的物理基礎(chǔ)是每個(gè)人生理結(jié)構(gòu)的差異性，不一樣的腿骨長(zhǎng)度、不一樣的肌肉強(qiáng)度、不一樣的重心高度、不一樣的運(yùn)動(dòng)神經(jīng)靈敏度，共同決定了步態(tài)的唯一性。

當(dāng)生物個(gè)體通過識(shí)別走廊的時(shí)候，所有參與步態(tài)監(jiān)測(cè)的攝像頭對(duì)其進(jìn)行全方位掃描，并及時(shí)對(duì)步態(tài)特征做出識(shí)別和分析，其安全程度幾乎達(dá)到了無可破解的程度。但是百密一疏，生物識(shí)別所依賴的計(jì)算機(jī)技術(shù)，還是為生物識(shí)別技術(shù)的安全留下了隱患。