聚焦生物識別

邱元陽 劉宗凡 金琦

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

生物識別技術在安全認證領域的地位越來越重要，素有安全領域的“諾亞方舟”之稱。生物識別的特異性、豐富度和穩定性等特點，使其安全性能遠遠超過了傳統的密碼認證，甚至有可能會在高端安全領域終結密碼認證。但是，任何認證方式都不可能是萬無一失、沒有漏洞的，即使是生物識別技術，也一樣可能被攻破。

金琦：閾值的秘密

人臉識別系統是有可能被人“蒙混過關”的，這在面部識別方式的考勤系統中經常出現。考勤和打卡系統在采集完人的臉部特征后，往往還需要進行驗證，也就是讓本人“刷臉”，看系統是否能正確識別。發型、眼鏡、飾品甚至光線的改變，都會對識別的準確性產生影響。為了實現正常識別，讓員工在一般情況下能夠通過考勤系統，常常需要對識別的閾值進行調整。一般降低閾值可提高識別率，但是誤識別率也增加了，面部相近的人可能被識別為同一人；而提高閾值則增加了識別的嚴格程度，過高的閾值雖然提高了安全性，但有時連本人都不能通過。

一個領域或系統的界限稱為閾，其數值稱為閾值，也稱為臨界值。在生物識別技術中，閾值就是指對采樣的數據特征可以識別的程度。不僅僅是人臉識別系統，在指紋識別中，也存在閾值。閾值的設置是必需的，它是用來平衡準確性和識別率的，但也留下了一個可被利用的識別漏洞，因此閾值過高或過低都不可取。

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

生物識別需要兼顧我們的社會性與唯一性，而唯一性就意味著安全性。在描述某一種特定的識別方式時，有三個指標可以評定：特異性、豐富度和穩定性。

以虹膜識別為例，它要求你的視網膜內的血液細胞和別人是不一樣的（特異性），而且有斑點、細絲、條紋、隱窩、凹點、射線、皺紋等特征（豐富度），另外，你的虹膜特征不會變化（穩定性），符合這三點，才能被用來進行生物識別。

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

斯坦福大學的學生開發出了一套可以人為控制視頻中人物表情的軟件。只要能獲得目標人物15秒鐘的說話視頻片段，就可以捕捉到目標人物的整個面部表情，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，來控制目標人物在視頻中的表情和說話了！

更多的時候，不是閾值造成了生物識別的安全漏洞，而是相關聯的其他方面被利用。電影《碟中諜4》中，伊森就是通過虹膜識別解鎖一項“幽靈行動”——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、穩定性、防偽性，虹膜識別通常用于安防以及需要高度保密的場所。伊森的虹膜圖像已經被加工、編譯儲存在數據庫中，這里是儲存虹膜信息的數據庫被篡改，而不是虹膜識別本身的技術漏洞。修改后的數據庫中已經有了伊森的虹膜數據，虹膜識別之后自然就能夠確認他的身份，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的門禁放在眼里，但當他得知必須穿越一套“步態分析系統”時，班吉徹底絕望了，最后只能靠伊森·亨特屏息3分鐘，通過自由式潛水強行入侵后臺數據才得以攻破步態分析系統（如圖4）。

步態分析的理論假設是：如同每個人擁有一副獨特的面孔，每個人也擁有一種與眾不同的步態。這種觀點也得到了醫學研究的認同，即“每個人的步態都是唯一的”。從解剖學的角度分析，步態唯一性的物理基礎是每個人生理結構的差異性，不一樣的腿骨長度、不一樣的肌肉強度、不一樣的重心高度、不一樣的運動神經靈敏度，共同決定了步態的唯一性。

當生物個體通過識別走廊的時候，所有參與步態監測的攝像頭對其進行全方位掃描，并及時對步態特征做出識別和分析，其安全程度幾乎達到了無可破解的程度。但是百密一疏，生物識別所依賴的計算機技術，還是為生物識別技術的安全留下了隱患。