生物识别技术

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1、 Bill Gates 曾做过这样的断言，生物识别技术将成为今后几年IT 产业的重要革新。 吉奥指形机 (GEOKEY)是焦点科技开发有限公司推出的新一代基于生物识别技术的身份识别产品，采用最先进的三维指形扫描技术，可以准确快速识别用户身份，错误率 (FAR/FRR)小于 0.01%。使用简便，功能强大，价格合理，可广泛应用于出入口控制（门禁控制）、员工考勤等领域。 安全性是许多系统和场所要考虑的问题，如机场、银行、监狱、各政府部门、军事机构、企业计算机信息系统等，安全、方便的身份认证技术非常重要。现行计算机系统多采用“用户 ID+密码”的方法进行用户的身份认证和授权访问控制，这种方案存在密码

2、容易被忘记、被窃取、被破解等安全隐患，从而导致机密数据被窃取，公司网络系统被破坏、银行存款被非法盗用等。传统的需要进行身份验证的场合或场所，也存在着类似的安全性问题危险，如证件的伪造和盗用、不正当的转借，伪造签证和护照非法入境或移民，考勤机的代别人打卡问题；使用钥匙的系统存在遗失、被盗取、被非法配制等问题。这说明现行的系统安全技术已经遭遇严峻的挑战 ! 所有这些问题归根结底是由于这些 传统的身份认证技术并不是真正的对人本身的认证，而只是对密码或某种物品的认证 。 由于人体的身体特征具有不可复制的特点， 人们把目光转向了生物识别技术，希望可以籍此技术来应付现行系统安全所面临的挑战。 生物识别技术

3、 生物识别技术 (Biometric Identification Technology)是利用人 体生物特征进行身份认证的一种技术。生物特征是唯一的（与他人不同），可测量或自动识别和验证的生理特性或行为方式，分为生理特征和行为特征。 生物识别系统对生物特征进行取样，提取其唯一的特征并且转化成数字代码，并进一步将这些代码组成特征模板，人们同识别系统交互进行身份认证时， 识别系统获取其特征并与数据库中的特征模板进行比对，以确定是否匹配，从而决定接受或拒绝该人。 用于识 别的 生理特 征有 手形、 指纹 、脸形 、虹 膜、视 网膜 、脉搏、耳廓等， 行为特征有签字、 声音、 按 键力度等。 基于这

4、些特征， 人们已经发展了手形识别、 指纹识别、面部识别、发音识别、虹膜识别、签名识别等多种生物识别技术。 目前人体特征识别技术市场上占有率最高的是指纹机和手形机，这两种识别方式也是目前技术发展中最成熟的。 IBG(International Biometric Group)在 2000 年生物识别技术市场 的分析报告中得出 1999 年度各种 生物识别技术产品利润的市场占有率如下图所示，指纹机和手形机的市场占有率为 34%和 26%。 1 指纹的发现至今已有二百余年，其技术发展亦最久，故指纹识别设备是目前大家最耳熟能详的产品；指纹识别设备体积小，不占空间，但就技术而言，因为采用平面取像，过干、

5、过湿、较脏的手指都不易被识别出来， 也存在有些人指纹无法采集的问题。 且指纹取像时必须按压适度， 否则易被拒绝，这对很多人造成使用不便。此外，由于多年来指纹一直被当成辨识罪犯的工具，有人会因为指纹被采集而在心理上产生抵触情绪。 手形识别技术是最早引入商业应用的生物识别技术， 手形识别系统采集手指的三维立体形状，特征稳定性高，不易随外在环境或生理变化而改变，使用方便，所以目前广泛应用于门禁、考勤和身份认证领域。 1991 年美国著名的安全权威Sandia 国际 实验室对几种优秀生物识别产品应用程度的接受水平 （接受人数 /拒绝人数） 作了一个用户调查，证明所测试的设备中，手形识别技术具有较高安全

6、级别和易使用的特点，且无危险，也因而具有最高的接受率。 声音 视网膜 指纹 签 名 手形0246810121416生 物 识 别产 品接 受 率接受率生物 识别 产品生物识别技术是目前最为方便与安全的识别技术，无需记住复杂的密码，也不需随身携带钥匙、智能卡之类的东西。生物识别技术认定的是人本身，没有什么能比这种认证方式更安全、更方便了。由于每个人的生物特征具有与其他人不同的唯一性和在一定时期内不变的稳定性，不易伪造和假冒，所以利用生物识别技术进行身份认定，安全、可靠、准确。此外，生物识别技术产品均借助于现代计算机技术实现，很容易配合电脑和安全、监控、管理系统整合，实现自动化管理。 手形识别与指

7、形识别 手形识别技术基于每个人的手指的立体形状和尺寸均是唯一的，与他人不同且在一定时期内相对稳定的原理发展而来。手形识别系统（手形仪）采集手指的三维立体形状进行身份识别。 手形识 别技 术根据 用于 获取指 形特 征所扫 描的 手指数 量的 多少发 展了 三种技 术， 一种是 扫描 整 个手的手形的技术，第二种是仅扫描单个手指的技术，还有一种是结合这两种技术的扫描食指和中指两个手指的技术（ 指形识别技术 ）。通常我们称扫描整个手形的手形仪为掌形机或掌形仪，扫描两个手指的手形仪称为 指形机 。 指形识别是先进的手形识别技术，可以达到比较高的识别精度和识别速度。与掌形仪相比，只需左手或右手的两个手

8、指，对于习惯左手或右手的人均适用，而使用掌形仪时必须将整个手掌放在其定位装置上，定位需要五个定位柱；从生产和制造成本上讲，指形机体积可以减小，成本降低。 2 指形机的工作原理 指形机主要控制部分位于系统主板上，通过其固化在 EPROM 中的程序对整个系统进行控制，指形机用户的资料和使用日志也存放于主板的内存中。 指形机辨识模块用以获取用户指形信息，由红外光源、反光镜、摄像头和反光板等组成。将手放在反光板上，手指顺着用以导向和定位的小立柱定位各个手指的位置，辨识模块通过红外扫描装置获取手指的三维立体图像， 从中抽取约近百个特征值， 生成一个 20 字节的 二进制序列， 是手指形状的特征描述，称为

9、 指形特征 。 当新用户在 指形机上注 册建档时， 三次将手指摆放在定位装置上，指形机扫描其三维指形，指形机将三次读取的指形特征取均值，为之建立一个代表该用户的 指形模板 （ Template），连 同他的 个人 身份代码 （ PIN） 一同存入指 形机的内存 中 。当使用指形机进行身份认证时，通过键盘或各式卡片输入其 PIN 号码， 将待识别人的手指摆放在定位反光板上，指形机获取其指形特征并与系统预存的指形模板进行比对，根据其相似程度判断是否匹配以决定是否接受该人。其比较的差距如果在某规定的误差之内，则视为该人，并授权通过，否则拒绝接受该人。 系统 主板 LCD 显示 键盘输 入指形 扫描

10、辨识 模块 指示灯(二极管 )外部接口端子手指 定位 装 置 指形模 板 使用日 志 处理 器 扬声器;拆机 控制 图 1 指形机的逻辑结构图 指形机的显示屏、 键盘、 LED 指示灯、 扬声器等用以与用户进行交互时接受用户的输入及反馈给用户提示信息。 指形机可以接受外部的输入信号（如拆机等），通过输出端口为其它接受设备提供各种信号。指形机通过外部接口与其它设备进行有机的衔接，构成各种应用系统。验证和辨识 指形机 的应 用可以 分为 两类， 即 验证 (Verificat场采集到的指形特征与一个己经注册的指形模板进行一对一的比对，来确认身份的过程。作为验证的前提条件， 他或她的指形模板必须存在

11、于数据库中，先验证身份代码，然后，利用系统数据库中的模板与现场采集到的特征比对。验证其实是回答这样一个问题：“他是他自称的这个人吗？” 辨识则是把现场采集到的指形特征同数据库中的模板逐一对比，从中找出与现场指形相匹配的指形特征。这也叫“一对多匹配”。辨识回答了这样一个问题：“他是谁吉奥指形机通常工作在验证模式，也可以工作在辨识模式。3 ion)和 辨识 (Identification)， 验证就 是通 过把一 个现并与其身份代码 (PIN)联系起来。 随后在比对现场，?” 识别率与拒绝分 生物识别系统在对生物特征进行处理时，只涉及有限的信息，而且比对算法并不是精确匹配，因此其识别结 果不能保证

12、 100%准 确 。 生物识别系 统准确性的 衡量标志是 识别率，识 别率主要由 两部分描述， 拒真率 和 认假率 。 用户注册的指形模板是判断是否该用户的一个标准，当某用户输入其个人代码并要求比对时，指形机读取其 指形并与该 指形模板进 行匹配比较 ，根据它们 之间的差异 ，得出一个 得分 (Score)，得分 越小，说明用户的实际指形与其指形模板越接近，可以认定是该用户，而如果得分较大时，说明这一用户不一定是其宣称的用户，将被拒绝。指形机接受或者拒绝该用户的临界分值即 拒绝分 。所以拒绝分实质上是一个拒绝阈值 (Threshold)， 是用户指形比对时， 指形机将实际读取到的指形与指形机存

13、储器中对应的该用户的指形模板相比较，判定是否比对符合的一个临界值。 在某一拒绝分下，指形机将仿冒者判定为其声明的合法用户而接受的概率即认假率 (FAR， Fault Acceptance Rate)；将合法 用户判定为仿冒者而拒绝的概率则称为拒真率 (FRR， Fault Rejection Rate)。 拒绝分较小时， 指形机错误接受仿冒用户的概率小， FAR 降低， 系统的安全性提高； 拒绝分较大时， 系统错误拒绝合法用户的概率较小， FRR 降低， 用户使用起来比较方便， 手指摆放不要求非常严格。 由于 FRR 和 FAR 是相互 矛盾的，这就使得在应用系统的设计中，可根据实际需要，调整

14、拒绝分的大小，以权衡方便性和安全性。如图 2 所示为 FAR 和 FRR 与拒绝分的关系。 0 100 200 300 400 500 600 700 800 900 100010203040506070FAR/FRR 与拒绝分 的关系错 误 率(%)拒 绝 分FARFRR100 120 140 160 1800.00.51.01.52.0拒绝分错误率(%)图 2 FAR 和 FRR 与拒绝分的关系 如图 2 所示， FAR 与 FRR 两条曲线相交点的错误率称 相同错误率 。它表征了生物识别系统识别总体误判率的大小。权威机构认为，生物识别系统在应用中 1%的误判率就可以满足需要。 吉奥指形机

15、的相同错误率为 0.18%。 4 吉奥指形机的产品特点 识别人体三维指形特征 吉奥指形机通过红外扫描器获取人手指的三维立体指形图像， 从中抽取特征， 组成 20 个字节的指形模板，完成对人本身的认证。 中文显示界面，操作方便 吉奥指形机的显示界面支持中文， 符合中国人使用习惯； 具有菜单提示管理界面， 功能结构清晰，操作方便；只使用两个手指，定位点少，使用简便。 左手右手均可建立指形 用户可以随意使用任一只手建立指形，注册用户，吉奥指形机均可准确识别。 稳定可靠，自动学习 三维指形特征组成的指形模板，在一定时期内比较稳定，而且不受手指是否潮湿或干燥的影响，在手指受伤有少量包扎或佩戴戒指时仍能准

16、确识别，因而受客观因素影响较小。另外，吉奥指形机具有 自动学习 的功能，可以自动记录手指由于生长、胖瘦变化等因素带来的指形变化，做到真正意义上的对人本身的识别。 无侵犯隐私顾虑 吉奥指形机不记录手指图像， 更不记录用户指纹， 仅用 20 个字节记录手指长度、 宽度、 厚度、 指节区域面积等特征，因而不会记录个人隐私，更不会泄漏其隐私。 具有网络连接能力 吉奥指形机的可以组成网络，统一管理。用户只需要注册一次，管理员可以将用户的指形模板传递到任一台或多台指形机内，以控制用户从指定指形机获得授权。 计算机管理 将吉奥指形机与计算机相连， 通过联机管理程序 GKManager 对指形机控制和设定， 管理指形模板，统计和分析使用日志，可以实现管理自动化。 联机方式与远程管理 吉奥指形机串联使用时，可通过主控机使用控制指令对远程机的指形模板进行管理；也可以使用PC 机通过直接连线、 电话线、 以太网连接模块等联机方式连接远程主