生物识别技术

定义

生物识别技术是指以人体生理特征或行为特征为依据，借助计算机对个体身份进行自动确认或验证的技术^[1]。国际标准化组织在术语标准中给出的表述是：基于个人的生物和行为特征进行的自动识别^[3]。可用的生理特征包括人脸、指纹、掌纹、血管、虹膜和视网膜，行为特征则包括声纹、步态和签名^[1]。

它与传统的身份核验方式构成互补：密码和证件属于当事人所知晓或所持有的凭据，可能被遗忘、丢失或转借；生物特征附着于人体本身，因而被看作另一类凭据^[2]。按照功能划分，生物识别可分为一对一的验证和一对多的辨识两类，前者判断当前样本是否与所声明的身份吻合，后者在库中检索样本对应哪一条记录^[3]。

原理

典型的生物识别系统由采集、特征提取、比对和决策几个环节组成。传感器先取得原始图像或信号，经预处理和特征提取生成数字模板，再与登记阶段存留的基准数据比对，按分数高低作出接受或拒绝的判断^[4]。以指纹为例，可比对的特征包括纹型以及终结点、分叉点、孤立点、环路等细节^[4]。

由于同一人的两次采集也存在差异，比对分数呈分布状态，需要设定阈值把样本判为同一人或不同人。错误接受率(FAR)指把非本人样本误判为匹配的比例，错误拒绝率(FRR)指本人样本被误判为不匹配的比例，两者随阈值此消彼长^[5]。在两条分布曲线的交叉点上，错误接受率与错误拒绝率相等，该值称为等错误率，常用来衡量系统的整体精度^[6]。

单一特征可能因损伤、病变或采集条件不佳而失效，因此出现融合多种特征的多模态方案，利用互补信息提升识别效果^[7]。此外，系统通常还要加入活体检测，通过温度、背景一致性或眨眼张嘴等动作，判断采集对象是否为本人活体^[4]。

发展历程

以指纹辨认身份的实践起源很早，古代中国与巴比伦曾将指印按于文书、印章之上^[8]。1823 年，捷克生理学家浦金野提出按纹型对指纹分类的构想；1858 年起，威廉·赫歇尔在印度任职期间系统采集手印用于识别^[8]。1892 年，阿根廷的胡安·武切蒂奇开始用油墨滚印方式建档，1901 年伦敦警察厅采用基于高尔顿与亨利方法的指纹分类体系^[9]。

计算机的出现把指纹识别推向自动化。1963 年，特劳林在《自然》上发表自动指纹匹配的首篇论文，此后声纹、人脸、签名、手形、虹膜的自动识别研究相继展开^[10]。20 世纪 70 年代，美国联邦调查局启动自动指纹识别系统建设；1993 年出现首个商用自动指纹识别系统；1995 年虹膜识别作为商用产品面世^[11]。2003 年，国际民航组织采纳将生物特征写入机读旅行证件的方案，并选定人脸作为全球互通的比对特征^[11]。

21 世纪以来，智能手机、可穿戴设备与云平台使生物识别从专用场合进入日常场景，同时围绕模板保护、演示攻击防范和隐私合规的标准体系逐步建立^[1]。中国在虹膜识别等方向的自主研发也在这一时期起步，1999 年前后中国科学院自动化研究所开始建设相关成像与算法能力^[12]。

应用

公共安全与司法领域是较早的应用方向。执法机构利用人脸、指纹和声纹比对协助查明身份，自动指纹识别系统则提高了大规模档案检索的效率^[13]。出入境与航空运输是另一个集中场景，旅客可在机场主要检查站凭生物特征通行，无需重复出示护照和登机证^[14]。

金融、门禁和移动设备也广泛采用此类技术，用于账户登录、支付确认与物理通行控制^[15]。在公共文化服务中，部分图书馆已启用人脸识别借还书与入馆功能^[1]。按技术类型划分，指纹识别与人脸识别的部署规模较大，虹膜、声纹、静脉等方案多用于对可靠性要求更高的场合^[15]。

行为特征方面，动态笔迹识别在触控设备上记录笔压、笔序、笔速等多项参数，用于电子签署场景的身份与意愿确认^[16]。

局限

生物特征并不能保证百分之百正确。采集质量、环境光照、用户配合程度都会影响比对结果，错误接受与错误拒绝无法同时消除，系统只能在安全性与便利性之间选择工作点^[5]。部分人群的某些特征可能因损伤、缺失或病变而难以使用，单一特征系统的适用面因此受限^[7]。

生物特征是难以更改的凭据，一旦泄露无法像密码那样更换，这使模板存储与传输成为安全设计的重点^[17]。演示攻击是另一类威胁，即以照片、仿制品等伪造特征欺骗传感器，故需要专门的安全评估方法^[1]。国际标准化组织于 2020 年发布 ISO/IEC 19989 系列标准，为生物识别系统的安全性评估提供框架^[1]。

在制度层面，中国《信息安全技术 个人信息安全规范》把个人生物识别信息列为敏感个人信息，要求收集前单独告知并取得明示同意，原则上不存储原始样本，且应与身份信息分开存储^[18]。《中华人民共和国个人信息保护法》将生物识别信息列入敏感个人信息，适用更严格的处理规则^[17]。

参见

• 指纹识别 —— 发展最早、应用最广的生物识别方式之一，以指纹纹型与细节特征为比对依据。

• 人脸识别 —— 基于面部特征信息进行身份识别的技术，常用于通行与远程核验。

• 虹膜识别 —— 利用虹膜纹理的唯一性与稳定性进行识别，误识率较低。

• 声纹识别 —— 以说话人的声音特征为依据的行为类生物识别技术。

• 活体检测 —— 判断采集对象是否为真人活体的防伪环节，用于抵御演示攻击。

• 个人信息保护法 —— 将生物识别信息列为敏感个人信息的法律，规范相关处理活动。