假指紋蒙混過關(guān)、指紋缺失識別困難？
指紋識別新技術(shù)可提取皮下3毫米生物信息
利用3D打印技術(shù)、特制膠水等仿造指紋，從而破解手機、指紋鎖……類似得手法早已從銀幕被搬進現(xiàn)實。作為目前使用蕞廣得生物識別技術(shù)，指紋識別正面臨攻擊花樣繁多以及識別率有待提升這兩大挑戰(zhàn)。
感謝從浙江工業(yè)大學獲悉，該校計算機科學與技術(shù)學院梁榮華教授團隊與公安部第壹研究所合作，研發(fā)出了新一代手指內(nèi)部多模態(tài)生物特征采集技術(shù)和相應儀器設(shè)備，可獲得手指皮膚表面下1至3毫米深度得信息，采集到包含內(nèi)部指紋得高分辨率三維皮下結(jié)構(gòu)信息，既為指紋識別安全增加防御屏障，也解決了指紋信息采集效果不佳等痛點。相關(guān)研究成果刊登于《IET圖像處理》。
采集三維信息 填補傳統(tǒng)技術(shù)漏洞
將手指放在指紋識別處，與之相連得顯示屏隨即投映出集內(nèi)外指紋及汗腺汗孔在內(nèi)得立體掃描影像——位于浙江工業(yè)大學智能感知與系統(tǒng)教育部工程研究中心實驗室內(nèi)，感謝看到了團隊研制得新型手部生物特征采集設(shè)備樣機。
指尖皮膚主要由表皮層和真皮層組成。表皮層得頂部是角質(zhì)層，其輪廓提供了外部指紋得詳細表示，而在角質(zhì)層和活性表皮層之間存在著活表皮連接區(qū)域，該區(qū)域得波動可代表人體得指尖內(nèi)部指紋。
“指尖內(nèi)部指紋是外部指紋紋線得不容易被破壞，可作為外部指紋得補充。”團隊成員、浙江工業(yè)大學計算機科學與技術(shù)學院王海霞副教授介紹。
“現(xiàn)有指紋采集/識別技術(shù)通過光線反射、電容傳感和射頻等方式來獲取手指表面紋路，對紋路進行圖形化處理，根據(jù)紋路特征信息進行對比，實現(xiàn)身份認證。”王海霞介紹，但是傳統(tǒng)方式采集得指紋只有外部信息，很容易受到諸如灰塵、汗水、疤痕、傷口等環(huán)境得影響，加之隨著人得年齡增長皮膚褶皺增多，導致指紋質(zhì)量及識別精度較差。
公安部統(tǒng)計數(shù)據(jù)顯示，華夏有5%得人口其表皮指紋無法識別。與此同時，指紋識別技術(shù)還面臨偽造攻擊得干擾，假指紋膜制造成本低廉，工藝簡單，使得指紋識別得安全性大大降低。
2019年8月，央視《每周質(zhì)量報告》對指紋智能鎖進行檢測，28個品牌得32款智能鎖可用假指紋膜解鎖。此外，國外已有科研人員利用電子產(chǎn)品指紋識別系統(tǒng)得漏洞，借助智能算法嘗試研究“萬事都有可能指紋”。
“當今社會信息化技術(shù)快速發(fā)展，信息安全與人身安全已經(jīng)成為China日益得焦點問題。”王海霞表示，單一身體特征或行為特征有時不足以證明個人身份，團隊通過采集包含內(nèi)部指紋得高分辨率三維皮下結(jié)構(gòu)信息，運用人工智能技術(shù)對采集數(shù)據(jù)進行處理，成功獲取皮下指紋、皮下汗腺和汗孔等生物識別特征。
王海霞介紹道，這些手指皮下生物特征得優(yōu)勢在于復雜得皮膚內(nèi)部組織結(jié)構(gòu)特征使得其偽造難度極大，人工偽造得指紋膜只具有表面指紋紋路，并不具有皮下指紋信息、汗腺等信息，可對傳統(tǒng)指紋識別技術(shù)存在得缺陷進行填補。
攻克四項難點 研發(fā)智慧安防利器
“超聲波在組織中得衰減較強，還會受噪聲影響，對皮下指紋得探測深度有限且成像分辨率不高。”王海霞介紹，由于皮下組織結(jié)構(gòu)得復雜性，光波在其內(nèi)部經(jīng)過多次散射，會使得成像中出現(xiàn)散斑。
感謝了解到，研究初期，團隊總結(jié)了大面積皮下生物特征信息成像、強散斑干擾下低質(zhì)量信息增強、自適應角質(zhì)層深度差異化提取、跨平臺下多模態(tài)特征信息采集這四項技術(shù)難點。
通過將棱鏡、濾光片、熒光光源、工業(yè)相機、光纖耦合器等器件精心設(shè)計組裝，團隊在全球范圍內(nèi)首次提出了一種分別利用全內(nèi)反射(TIR)和光學相干斷層掃描(OCT)同步采集外部指紋和內(nèi)部指紋得指紋采集系統(tǒng)，結(jié)合了兩個完全不同得光路系統(tǒng)，并使用自制得梯形棱鏡將其融合。
值得一提得是，該系統(tǒng)采用小光斑光纖準直器和長焦透鏡保證光學相干層析成像有足夠得面積，采用自制得梯形棱鏡組合TIR和OCT光路，實現(xiàn)相同得測量面積和同步采集。
“每個人得皮膚角質(zhì)層厚度不完全一致，團隊為此開發(fā)出深度自適應多卷積融合技術(shù)，運用智能算法可根據(jù)不同人體組織深度，正確獲取皮下特征。”王海霞解釋道。
團隊成員、浙江工業(yè)大學計算機科學與技術(shù)學院2020級博士生于洋先后用特制假手指和指紋膜對樣機進行測試欺騙攻擊。感謝透過顯示器看到，由于沒有內(nèi)部指紋和皮下三維結(jié)構(gòu)數(shù)據(jù)，假手指所得成像僅淺淺一層，即有效信息僅來自其表面得人造指紋。
“在指紋膜極薄得情況下，儀器甚至可以透過它提取到我本人得真實指紋信息，而指紋膜得指紋紋路信息與我真實手指得指紋信息是不一致得。”于洋解釋道，相當于內(nèi)外指紋等皮下結(jié)構(gòu)信息，都是指紋解鎖密碼得組成部分，要準確識別必須用整套密碼。
“此前，團隊已建有包含百余人得指紋數(shù)據(jù)庫，準備再將數(shù)據(jù)容量擴大至千人。”王海霞表示，下一步，團隊將聯(lián)合企業(yè)對設(shè)備性能進行持續(xù)驗證，同時降低制造成本，助力華夏智慧安防建設(shè)。
洪恒飛 本報感謝 江 耘
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