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“我思故我在”是個(gè)有趣的命題，此話出自法國(guó)哲學(xué)家笛卡爾。有個(gè)通俗簡(jiǎn)單的解釋就是“我思考，所以我存在”，也有一種更貼切的解讀：“我無(wú)法否認(rèn)自己的存在，因?yàn)楫?dāng)我否認(rèn)、懷疑時(shí)，我就已經(jīng)存在?！?/p>
在證明“我存在”這個(gè)問(wèn)題上，哲學(xué)家有哲學(xué)家的說(shuō)法，然而放到現(xiàn)實(shí)生活中，哲學(xué)理論還沒(méi)有一張身份證來(lái)得更有說(shuō)服力。我們通過(guò)身份證上的照片來(lái)識(shí)別“他是他、我是我”，隨著科技的進(jìn)步，對(duì)比照片這原始的招數(shù)已經(jīng)不能滿足日益快捷的生活節(jié)奏。那要快速證明人的身份，就必須引進(jìn)生物識(shí)別技術(shù)。
生物識(shí)別（biometrics）是指為了進(jìn)行身份識(shí)別而采用自動(dòng)技術(shù)對(duì)個(gè)體生理特征或個(gè)人行為特點(diǎn)進(jìn)行提取，并將這些特征或特點(diǎn)同數(shù)據(jù)庫(kù)中已有的模板數(shù)據(jù)進(jìn)行比對(duì)，從而完成身份認(rèn)證識(shí)別的過(guò)程。
通用生物特征識(shí)別系統(tǒng)概念圖
生物特征識(shí)別技術(shù)涉及內(nèi)容廣泛，包括指紋、人臉、虹膜、靜脈、聲紋、姿態(tài)等多種識(shí)別方式（各類生物識(shí)別方式，可以參考本話題下的《我們?nèi)砩舷露际恰懊艽a”》一文），其識(shí)別過(guò)程涉及到數(shù)據(jù)采集、數(shù)據(jù)處理、圖形圖像識(shí)別、比對(duì)算法、軟件設(shè)計(jì)等多項(xiàng)技術(shù)。目前各種基于生物特征識(shí)別技術(shù)的軟硬件產(chǎn)品和行業(yè)應(yīng)用解決方案在金融、人社、公共安全、教育等領(lǐng)域得到了廣泛應(yīng)用。
可見(jiàn)技術(shù)花樣繁多和應(yīng)用領(lǐng)域廣泛成了生物識(shí)別的特點(diǎn)，尤其是指紋識(shí)別，在 2013 年蘋果 iPhone 5S 的發(fā)布掀起了指紋識(shí)別的熱潮，目前它已是中高端手機(jī)標(biāo)配，并逐漸向低端手機(jī)滲透。根據(jù)相關(guān)數(shù)據(jù)做推測(cè)，2015 年安卓市場(chǎng)中指紋手機(jī)出貨量為 2.09 億臺(tái)，滲透率為 19.6%，而國(guó)內(nèi)品牌指紋手機(jī)出貨量估計(jì)大約在 8000 萬(wàn)臺(tái)，滲透率為 16.4%。
但隨著諸如人臉識(shí)別和虹膜識(shí)別等多種生物特征識(shí)別技術(shù)的快速發(fā)展，目前指紋識(shí)別技術(shù)所占市場(chǎng)份額已大幅下降至 56.7%（如下圖所示）；人臉、虹膜等識(shí)別技術(shù)占市場(chǎng)份額分別上升為 16.4%和 5.1%，成為當(dāng)今國(guó)際市場(chǎng)的熱點(diǎn)技術(shù)類型。技術(shù)多元化的發(fā)展必將會(huì)帶來(lái)產(chǎn)品的多元化，并有利于市場(chǎng)的多元化。
關(guān)于生物識(shí)別的故事，我們將從目前最熱門的最接地氣的問(wèn)題開(kāi)始討論。
全面屏和指紋識(shí)別怎么共存？
顏值是任何消費(fèi)電子都逃不開(kāi)的話題，在 2016 年 10 月 25 日，小米秋季新品發(fā)布會(huì)上，雷軍突如其來(lái)的帶來(lái)了小米概念手機(jī)小米 MIX。發(fā)布會(huì)上雷軍表示“這是一部不計(jì)成本”而研發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品。顯然全面屏的概念是小米首次提出并推進(jìn)，不過(guò)在 2013 年，夏普就推出了一款“全面屏”手機(jī)，但當(dāng)時(shí)卻被稱為“另類”。
顏值這件事仁者見(jiàn)仁智者見(jiàn)智，但全面屏概念就這么帶著視覺(jué)沖擊的屬性來(lái)到你的面前，還帶來(lái)了很多技術(shù)上的難點(diǎn)，大家最關(guān)心的應(yīng)該就是“無(wú)處安放的指紋識(shí)別”。
然而指紋識(shí)別在手機(jī)上的放置位置無(wú)非就是這幾種：后置和前置，還有側(cè)邊等。目前看來(lái)，正面指紋識(shí)別則是一種相對(duì)受歡迎的方案。從觀感來(lái)說(shuō)，正面位置更符合傳統(tǒng)的交互審美，而且在操作上更加直觀，用戶不必拿起手機(jī)就可以通過(guò)指紋識(shí)別進(jìn)行解鎖。在追求極致屏占比的當(dāng)下，正面識(shí)別處于一個(gè)非常尷尬的境地。
這時(shí)候屏下指紋技術(shù)順勢(shì)而起，目前，蘋果、三星、vivo、華為等眾多廠商都在跟進(jìn)屏下指紋識(shí)別技術(shù)，而業(yè)界主流的指紋識(shí)別解決方案提供者主要有美國(guó)公司 AuthenTec 和 Synaptics、瑞典廠商 Fingerprint Cards（FPC）和中國(guó)的匯頂科技。
事實(shí)上，今年 2 月，匯頂科技就發(fā)布了顯示屏內(nèi)指紋識(shí)別技術(shù)。其創(chuàng)始人也指出，全面屏指紋識(shí)別放在正面手機(jī)將顯得更加一體化，并聲稱光學(xué)指紋已經(jīng)做了兩年多，拿出來(lái)秀是因?yàn)樗x量產(chǎn)很接近了。
目前屏幕內(nèi)指紋識(shí)別技術(shù)主要有兩大類：超聲波指紋識(shí)別和光學(xué)指紋識(shí)別。
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1，超聲波指紋識(shí)別
超聲波指紋實(shí)際上就是通過(guò)超聲波原理把指紋的形態(tài)構(gòu)建出一個(gè) 3D 圖形，跟已經(jīng)存在終端上的信息做一個(gè)比對(duì)。它的優(yōu)點(diǎn)在于可以穿透各種材料，其防水、防油、穿透性各方面較電容式表現(xiàn)更優(yōu)異。這也使得手機(jī)整機(jī)防水更有意義，解決了僅能防水而不能在水環(huán)境下使用的難點(diǎn)；同時(shí)也支持終端用戶在極端濕手指條件下解鎖，點(diǎn)按，手勢(shì)等功能操作。此外，超聲波指紋識(shí)別還支持活體檢測(cè)。不過(guò)其也存在著缺點(diǎn)，比如無(wú)法穿透空氣層，這也限制了該方案在屏下指紋的應(yīng)用范圍。
由于超聲波具有很好的穿透性，所以做指紋識(shí)別，可以得到三層數(shù)據(jù)：第一層指紋皺子直接接觸最外層的皮膚；第二層指紋的紋路結(jié)束和分杈的點(diǎn)（節(jié)點(diǎn)）；第三層汗孔和皺子起始的地方，活體檢測(cè)靠心血管、心跳檢測(cè)判斷是否為活體。
目前主流的超聲波指紋傳感器廠商主要有高通、Sonavation、Invensense，不過(guò)目前只有高通的產(chǎn)品有在智能手機(jī)上商用。在不久前的 MWC 上海展上，高通發(fā)布了其新一代超聲波指紋識(shí)別技術(shù)，并且 vivo 也率先展示了基于此技術(shù)的屏幕內(nèi)指紋識(shí)別樣機(jī)，引起了業(yè)內(nèi)的極大關(guān)注。
2，光學(xué)指紋識(shí)別
?光學(xué)識(shí)別是應(yīng)用比較早的一種指紋識(shí)別技術(shù)，比如之前很多的考勤機(jī)、門禁都采用的就是光學(xué)指紋識(shí)別技術(shù)。
主要是利用光的折攝和反射原理，將手指放在光學(xué)鏡片上，手指在內(nèi)置光源照射下，光從底部射向三棱鏡，并經(jīng)棱鏡射出，射出的光線在手指表面指紋凹凸不平的線紋上折射的角度及反射回去的光線明暗就會(huì)不一樣。用棱鏡將其投射在電荷耦合器件上 CMOS 或者 CCD 上，進(jìn)而形成脊線（指紋圖像中具有一定寬度和走向的紋線）呈黑色、谷線（紋線之間的凹陷部分）呈白色的數(shù)字化的、可被指紋設(shè)備算法處理的多灰度指紋圖像。然后對(duì)比資料庫(kù)看是否一致。
在今年 2 月底的世界移動(dòng)大會(huì)（MWC2017）上，匯頂科技也曾借助三星 Galaxy S7 Edge 展示了用手指直接按壓屏幕就可以實(shí)現(xiàn)解鎖的光學(xué)指紋解鎖技術(shù)。
目前眾多指紋芯片企業(yè)正在研發(fā)布局光學(xué)指紋市場(chǎng)，包括上?；j箕、新思、匯頂?shù)?，而在去年下半年，新思更是投資了上?；j箕。雖然目前很多指紋芯片市場(chǎng)都在布局，但是整體看來(lái)，距離市場(chǎng)量產(chǎn)仍有很長(zhǎng)的一段距離。
著名“蘋果分析師”郭明池認(rèn)為，光學(xué)式屏幕指紋識(shí)別現(xiàn)在的單價(jià)大約為目前主流電容式的 3 倍到 5 倍，預(yù)計(jì)在 2018 年下半年量產(chǎn)。不過(guò)，他也提到了這項(xiàng)技術(shù)現(xiàn)在穿透性不佳，很容易被光源和屏幕顏色所影響，出現(xiàn)識(shí)別錯(cuò)誤的問(wèn)題。并表示消費(fèi)級(jí)光學(xué)式屏幕指紋識(shí)別將在明年下半年量產(chǎn)。
不管怎么說(shuō)，現(xiàn)在有一個(gè)更直接的問(wèn)題擺在面前，光學(xué)式和超聲波誰(shuí)更有優(yōu)勢(shì)？
在前不久舉行的 2017 生物識(shí)別技術(shù)與應(yīng)用高峰論壇上，歐菲光指紋識(shí)別研發(fā)總監(jiān)駱劍鋒表示：從技術(shù)進(jìn)度方面來(lái)看，目前似乎光學(xué)式的進(jìn)展更快。從成本來(lái)看，光學(xué)式如果要做大尺寸的話成本會(huì)更高（雖然光學(xué)初期的成本可能要比超聲波高，但是從事光學(xué)指紋的廠商也更多，多家量產(chǎn)之后，成本可能可能會(huì)下來(lái)）；在適用范圍方面，超聲波目前要實(shí)現(xiàn)屏下指紋，只能用于 OLED 柔性屏，OLED 硬屏厚度更厚用不了，光學(xué)指紋則沒(méi)有這個(gè)問(wèn)題。不過(guò)，柔性 OLED 是大勢(shì)所趨，以后這應(yīng)該不是問(wèn)題。
從工藝方面來(lái)看，超聲波要實(shí)現(xiàn)屏下指紋識(shí)別，就必須貼到 OLED 屏下，一個(gè)不良，就等于是廢了一個(gè) OLED 屏。雖然光學(xué)的傳感器也需要貼到 OLED 屏下，但是光學(xué)膠更容易貼，因?yàn)槟z密度有差別不會(huì)導(dǎo)致光學(xué)效應(yīng)變化，但是對(duì)于聲學(xué)效應(yīng)影響就很大。一個(gè)沒(méi)貼好，就需要拆下來(lái)重新貼，而這就會(huì)很容易損壞 OLED。
不過(guò)任何事物都有兩面性，超聲波 / 光學(xué)指紋解鎖在給我們帶來(lái)便捷解鎖的同時(shí)，這種技術(shù)帶來(lái)的安全隱患也不容小視。因?yàn)槊總€(gè)人只有一套指紋，不像密碼那樣可以隨時(shí)換，這也意味著采用了指紋識(shí)別技術(shù)的設(shè)備的任何一個(gè)指紋數(shù)據(jù)泄露就等于全盤泄露，可能給我們帶來(lái)不可估量的損失。
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安全這件事
生物識(shí)別很安全？顯然不是，有句話說(shuō)得好“道高一尺魔高一尺五”，很多關(guān)于生物識(shí)別破解的典型案例這里就不贅述，感興趣的小伙伴可以點(diǎn)擊《人臉識(shí)別、指紋識(shí)別安全性討論，為啥破解這么容易？》。當(dāng)然，各種偽造指紋還有人臉的案例只能算作安全問(wèn)題里的一種，畢竟一個(gè)完整的生物特征識(shí)別系統(tǒng)至少由兩個(gè)部分組成，即生物特征注冊(cè)部分和身份認(rèn)證部分。
這兩個(gè)過(guò)程中，生物特征識(shí)別系統(tǒng)處于與外界交互的狀態(tài)，系統(tǒng)此時(shí)非常容易受到外界攻擊。在生物特征注冊(cè)過(guò)程中，系統(tǒng)的安全性容易受到以下威脅：
a）偽造身份： 攻擊者使用偽造的身份（如假的身份證件或身份證明材料）向系統(tǒng)申請(qǐng)注冊(cè)，并且通過(guò)了身份審核，在生物特征模板數(shù)據(jù)庫(kù)中形成了生物特征和身份之間偽造的對(duì)應(yīng)關(guān)系；
b）偽造特征： 攻擊者在系統(tǒng)采集生物特征樣本時(shí)，提供虛假生物特征；
c） 篡改特征處理器： 攻擊者在系統(tǒng)提取、處理生物特征時(shí)進(jìn)行攻擊， 在生物特征模板數(shù)據(jù)庫(kù)中注冊(cè)形成虛假樣例；
d）傳送攻擊： 攻擊者在生物特征采集子系統(tǒng)向生物特征模板數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行數(shù)據(jù)傳送時(shí)進(jìn)行攻擊，一方面可以獲取注冊(cè)用戶的生物特征信息，另一方面也可以將篡改和偽造的生物特征信息在生物特征模板數(shù)據(jù)庫(kù)中注冊(cè)；
e） 侵庫(kù)攻擊： 攻擊者通過(guò)黑客手段侵入系統(tǒng)的生物特征模板數(shù)據(jù)庫(kù)，對(duì)已注冊(cè)的生物特征信息進(jìn)行篡改和偽造。
當(dāng)然在身份認(rèn)證的時(shí)候也會(huì)遭受以上這五種攻擊方式。
然而在防御措施這件事上，Synaptics 的 Natural ID 系列電容和光學(xué)指紋識(shí)別傳感器解決方案，采用 Synaptics SentryPoint 軟件 / 固件技術(shù)來(lái)確保其安全性。Synaptics 生物識(shí)別產(chǎn)品部營(yíng)銷副總裁 Anthony Gioeli 表示：“SentryPoint 技術(shù)包括獨(dú)有的 Match-in-Sensor（傳感器匹配）技術(shù)、Quantum Matcher 指紋模板匹配認(rèn)證技術(shù)、PurePrint 防欺騙算法，以及支持 TLS 1.2 加密協(xié)議的 SecureLink 256 位高級(jí)加密標(biāo)準(zhǔn) （AES）。PurePrint 利用特有人工智能技術(shù)檢測(cè)指紋圖像，從而區(qū)分真假手指。該單一芯片解決方案不需要外部微控制器來(lái)處理加密功能?！?/p>
Xperi 的大中華區(qū)業(yè)務(wù)發(fā)展高級(jí)總監(jiān) Gary Huang 表示：“我們的產(chǎn)品在可見(jiàn)光和近紅外光譜下也可運(yùn)行，并提供最好的活體檢測(cè) / 反電子欺詐?！?/p>
據(jù)筆者觀察，安全性對(duì)策可以分為：1，多種生物識(shí)別融合，比如指紋識(shí)別+人臉識(shí)別組合；2，在傳感技術(shù)層面，由于生物特征識(shí)別技術(shù)中應(yīng)用最多的是光學(xué) CMOS 芯片。CMOS 是大多數(shù)指紋采集器、人臉圖像采集器、靜脈采集器中應(yīng)用最為廣泛的傳感器芯片。目前，該芯片基本已經(jīng)實(shí)現(xiàn)國(guó)產(chǎn)化，但部分高端芯片仍然需要進(jìn)口，此外半導(dǎo)體類型的指紋傳感器，目前仍然依賴進(jìn)口。在硬件層面提高國(guó)產(chǎn)的實(shí)力有助于提高安全性；3，算法層面，開(kāi)發(fā)防欺騙算法，利用人工智能技術(shù)來(lái)區(qū)分真假，達(dá)到加密效果。
目前， 我國(guó)生物特征識(shí)別領(lǐng)域以大量的中小型企業(yè)為主，這些企業(yè)也是近年來(lái)推動(dòng)我國(guó)生物特征識(shí)別行業(yè)快速發(fā)展的重要力量。由于我國(guó)生物特征識(shí)別行業(yè)市場(chǎng)需求旺盛，一些該行業(yè)的世界巨頭如美國(guó)的 AUTHENTEC 和 SYMWAVE、瑞典的 FINGERPRINTCARD 等公司正計(jì)劃以并購(gòu)方式進(jìn)入中國(guó)市場(chǎng)。在可預(yù)見(jiàn)的未來(lái)，我國(guó)生物特征識(shí)別產(chǎn)業(yè)的兼并重組進(jìn)程將加快，其對(duì)相關(guān)企業(yè)乃至整個(gè)行業(yè)將產(chǎn)生深遠(yuǎn)影響。
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