潜力无限的生物识别技术

生物特征认证技术作为20世纪末期蓬勃发展的高新技术，在社会生活中占据着越来越重要的位置，将深刻改变人类的生活方式。虹膜、指纹、DNA这些人体本身的特点，将逐步取代现有的密码、钥匙，成为人们新的、习惯的生活方式，同时，生物特征认证技术将最大限度地保证个人资料的安全，防止各种类型的刑事、经济犯罪活动的发生。

国际生物集团的统计表明：到2005年底为止，全球生物特征认证技术的市场将达到22亿美元。同时，该市场每年将以超过80%的速度增长。随着生物特征认证技术的越来越成熟、应用面的逐步扩大，在未来的时间里，这个数字将扩大到以千亿计，这将是一个令无数国际国内的大公司、投资者们关注的庞大市场。

什么是生物特征认证技术

网络信息化时代的一大特征就是身份的数字化和隐性化，如何准确鉴定一个人的身份，保护信息安全是当今信息化时代必须解决的一个关键社会问题。信用卡号、银行账号、身份证号、网络登录号，人们可能被生活中越来越多的、需要记忆的密码搅得心烦意乱。如何不用记忆这些密码而又不必担心自己的身份无法认定呢？正在悄然兴起的生物识别技术正好可以解决上述问题。

所谓生物特征认证技术，是指通过计算机利用人体所固有的生理特征或行为特征来进行个人身份鉴定。生理特征与生俱来，多为先天性的；行为特征则是习惯使然，多为后天性的，人们将生理和行为特征统称为生物特征。目前常用的生物特征包括：面相、虹膜、指纹、掌纹、声音、笔迹等。

鉴别人的身份是一个非常困难的问题，传统的身份鉴别方法把这个问题转化为鉴别一些标识个人身份的事物，这包括两个方面，一是身份标识物品，比如钥匙、证件、ATM卡等；二是身份标识知识，比如用户名和密码。在一些安全性要求严格的系统中，可以将这两者结合起来，比如ATM机要求用户同时提供ATM卡和密码。这些传统的身份鉴别方法存在明显的缺点：个人拥有的物品容易丢失或被伪造，个人的密码容易遗忘或记错。更为严重的是这些系统无法区分真正的拥有者和取得身份标识物的冒充者，一旦他人获得了这些身份标识事物，就可以拥有相同的权力。

与传统的身份鉴定手段相比，基于生物特征识别的身份鉴定技术具有以下优点：

一是不易遗忘或丢失，二是防伪性能好，不易伪造或被盗，三是“随身携带”，随时随地可用。

随着数字时代的到来，生物特征的身份鉴定技术愈加显示出它的价值。以美国为例，基于这项技术的产业规模已经达到数10亿美元。在美国，每年约有上亿美元的福利款被人以假冒的身份领取；据万事达公司估计，每年约有价值4.5亿美元的信用卡诈骗案发生，其中就包括利用丢失和被盗的信用卡的犯罪，如果销售场所可以准确地鉴别持卡人的身份就会大大减少这种诈骗案的发生；由于使用盗窃来的身份识别码(PIN)，造成移动电话通讯的损失高达10亿美元。

据估计，利用可靠的方法鉴别ATM持卡人的身份可以使全美国每年ATM诈骗案造成的损失减少3亿美元；可靠地鉴别支票领款人可以减少上亿美元的冒领金额；随着网络的发展，非法登录计算机的案件呈上升趋势，有效的身份鉴定技术可以防止这类案件的发生；据美国移民局统计，如果在美国至墨西哥边境采用快速准确的身份鉴别系统，可以在不影响正常入境人员的情况下，每天查出3000件非法入境案件。这些数据表明，有效地鉴定个人的身份有着重大的社会和经济意义，它可以有效地防止犯罪和诈骗、提高办公效率并节约资源。

逐渐普及的生物特征认证技术

在国外，经过30多年的发展，生物特征认证技术的软硬件相对比较成熟，已经产生了技术成熟、有实力并有一定规模的厂商。生物识别技术的产品在主流社会中开始了大规模的实际应用，在很多国家，政府采用法律规定的方式来保证生物识别技术的应用。如美国在“9·11”以后，3个相关的法案（爱国者法案、边境签证法案、航空安全法案）都要求必须采用生物识别技术作为法律实施保证。总体上来说，国外的生物特征认证技术已经进入了以政府应用为主的阶段，主要的应用领域包括以下几个方面：

机场、旅客控制

政府部门

个人使用（门禁、考勤）

法律执行

消费者管理系统

金融管理服务系统

计算机登录管理

医疗保健系统

而在我国，经过10多年的发展，生物识别核心算法有了比较大的发展，但是距离国外优秀的算法仍旧有一定差距。因此，很多厂商采用集成国外算法的方式开发自己的产品。而硬件采集设备与国外的差距更大，国内还没有形成能提供比较完善、成熟的外围硬件核心产品的设备供应商，国际市场上主要的采集设备的供应都由国外的几大设备供应商把持。

同时，国内的应用还处于发展初期，实际应用主要集中在比较分散、自发性的企业级应用上。2002年，在我国约为2.5亿的市场中（终端市场总量），超过40%的产品都用于低端的考勤、门禁上。在行业应用上，警用系统的市场超过了40%，其他的应用分布在金融单位、社保系统、政府部门等应用领域。在地区应用上，总体来说，北京、上海、广东既是经济发达的地区，也是生物识别技术应用的主体。生物识别技术在这3个地区的应用量占了中国60%以上的市场容量。

“9·11”后高速增长的市场容量

“9·11”是生物特征认证技术在全球发展的一个转折点。“9·11”以后，生物识别技术的重要性被全球各国政府更加重视。传统的身份鉴别技术在面临反恐任务时所表现出来的缺陷，使得各国政府在研究与应用上对生物特征识别技术开始了大规模的投资。同时，普通公众对生物识别技术的了解也随着“9·11”的影响而大幅度提高，这些因素，促成了“9·11”以后全球生物特征认证市场的快速增长。在最新的市场预测报告中，即使考虑到全球经济发展的不景气，调低了2005年的市场预测值，但到2007年，生物特征识别技术整体市场容量仍旧被调高到了40亿美元，这充分说明了业界对生物特征识别技术发展的信心。

蓬勃发展的各种生物识别技术

从2003年全球各种生物识别技术的市场份额可以看出，指纹识别技术占有整个国际市场的50%左右的份额，其余接近50%的份额由其他各种识别方式组成。据统计，虹膜识别技术由于其高精度、无法伪造的特性，使得其应用范围随着硬件的发展、硬件成本的下降而获得了更高的增长率，其市场增长率大致为其他识别方式增长率的两倍左右，达到了接近120%的年增长率，预计到2007年，虹膜识别的市场份额可以达到12%左右，与面相识别占有相当的份额，成为生物特征识别技术发展的一大亮点。

而在我国，由于生物特征识别技术的不成熟，2002年，在该技术的整体市场中，指纹识别产品占有超过98%的市场份额，其他识别技术的市场基本没有启动。这也充分说明，与国际上正在高速增长的市场相比，中国的市场是一个潜力更大、具有更高增长率的市场。同时，中国13亿人口的规模，这也决定了中国是未来全球最大的生物特征认证技术市场。

一直以来，生物识别技术从核心算法到外围硬件采集设备都在不断的演进、升级，原有的一些技术、算法、硬件随着相关技术的不断进步，从而突破了原有的技术框架，提出了新的解决方案，显示出生物识别技术发展的趋势。

以指纹识别算法为例，预处理算法从使用Gabor滤波器到使用小波进行增强与滤波，匹配算法从严格的刚性变换到现在的以弹性变化为主流，算法技术本身随着基础数学理论工具的不断发展而演进。

从技术种类来说，指纹识别研究是最早也是应用最多的生物识别技术；虹膜识别技术精度高，几乎无法伪造，因而成为近期国际研究以及应用中一个受到特别关注的焦点。随着虹膜采集硬件的不断发展，采集虹膜越来越容易，成本越来越低，虹膜识别技术的应用也必然会在更大的范围内普及。

面相识别技术是近期研究的一个重点与热点，特别是在国际民航组织发布了关于在护照中应用面相、指纹、虹膜技术的规划后，全球各大研究机构、各大跨国公司将面相识别（部分将面相识别与虹膜识别相结合）作为下一代的战略制高点加以重点投资、研究。微软亚洲研究院2002年加大了人力、物力、财力的投入，开始对面相识别进行重点研究。国内的IT业龙头联想集团也与中科院自动化所合作，开始在三维成像的面相识别上进行前期研究。

除了指纹、虹膜、面相的研究高速发展以外，国际国内的研究机构对其他一些生物特征识别技术的研究也从来没有停止过。

声纹识别因为其容易采集，具有非侵犯性、可以用于公用通信线路监听的特点而受到国家安全部门的重视。签字体识别因可以与现在的金融体系在一定程度上结合，使其在一定的程度内有其生命力。业界对诸如掌纹、掌型、耳型、视网膜、DNA、步态、中间件等识别技术的研究也在继续向前推进。也有部分研究人员从事诸如指型、静脉、体味、打字习惯等其他生理特征的研究。

最近，国际上出现了一种新的识别技术：颅骨识别。这可以说是一项全新的识别技术，与传统基于二维图像的识别技术不同，颅骨识别需要在三维的空间上对识别对象进行处理。因此，许多在二维识别对象处理上很有效的数理工具无法应用在这个新的识别技术上。在这方面，中科院自动化所生物特征认证与测评中心的研究走在了世界的前沿。

在应用技术层面上，生物特征识别技术与IC卡技术的结合是目前的发展趋势，现有的数据库技术无法解决在极大尺度下的生物特征识别技术应用。于是，人们采取一种稍加变通的方法实现特定的用途。

总体上来说，生物识别技术目前处于蓬勃发展的时期，新的算法、新的工具、新的硬件、新的识别技术层出不穷。在以中科院自动化所生物特征认证与测评中心的推动下，中国的生物识别核心技术处于世界的领先地位，但技术的应用与国际上的整体发展相比，还存在比较大的差距。

生物特征认证技术何去何从

从生物识别技术诞生伊始，各方面对这项技术的前途意见不一。有人很看好生物认证技术的发展前景，认为它是一个潜力无限的新兴技术，将来其应用前景非常广阔，但是也有无数悲观的、不同的声音，有人提出了以下的疑问：

一是应用技术难 与传统的密码、钥匙、证卡技术相比，生物识别技术的本质原理不是一个100%的识别技术，它是通过概率匹配实现的识别技术，而一般的数据库查找是确定内容搜索的技术。这种确定内容查找的数据库技术经过近百年的发展，已经有了各种各样优秀、有效的算法，从而能实现大数据库上的迅速查找。而以概率匹配为特点的生物识别要在传统的数据库技术上实现快速查找，它所要求的计算量比传统的数据库匹配技术的计算量要高出2～3个数量级（100～1000倍）。同时，随着数据库的线性增大，其1：N算法的计算量也线性增大，而生物识别技术最有效的应用是在全尺寸数据库上的应用。比如，全球的人口都有统一的生物特征数据库，而目前的数据库技术要实现在如此大尺寸的数据库上的查找，这还基本上不可能，也是生物特征识别技术发展的一个技术瓶颈。

二是先天缺陷在另一方面，生物特征识别技术的惟一性既是这个技术的优点，也是这个技术的缺陷，一旦这个特征被伪造，系统就将在所有层面上失去效力，同时，这种失效是无法弥补的失效。如果是密码技术的话，一旦一个密码被伪造，就可以重新设定一个新的密码，整个系统可以在新的密码体系下良好运行。所以，惟一性是生物特征识别技术先天的优点，也是它先天的缺陷。

以指纹识别技术为例，从2000年开始，在德国、日本、美国、英国等国家都有人宣布，他们成功地发明了新型的材料以及工艺过程，这样可以很方便地采集到人们留在任何地方的指纹，并使用伪造的指纹成功地使原有的系统失效，这就让人们对生物特征识别这个系统的安全性产生了本质的疑问。

解决方法为了既避免生物识别技术的缺点，又利用生物识别技术的优点，通过外围方法提高识别系统的防伪性能是一条可行的途径。

对指纹识别系统来说，可以通过同时测量指纹的温度、湿度、压力、弹性等进行伪造特征的鉴别，虹膜可以通过眼皮识别、虹膜动态识别等技术鉴别造假的虹膜，而面相识别则可以通过三维面部特征的处理提高面相识别的防伪性。

另外一条途径是通过探索新的技术方向实现防伪。比如前面所提到的颅骨识别，与虹膜一样，由于颅骨属于人体内部结构，伪造的成本很高，难度很大，作假的可能性几乎不存在。但开发新的识别方法的推广、应用产品的成型、用户普遍接受需要经历一个很长的时间段，其前景更加难以预测。

生物认证市场发展需多方推动

生物认证技术的发展证明，只有通过政府、学术界、产业界、投资界、应用单位各方面的努力、相互协调配合，这样才能共同推进生物特征认证技术的应用及发展。

政府的推动是这项技术发展最有效、最强大的推动力。通过制订相关的政策，在重要的国家部门、重点行业内大规模的应用生物特征认证技术，从而快速推动生物特征认证技术的发展。国外一些国家已在法律中规定：在身份证、护照、国家基础数据库里应用生物特征认证技术，这些规定促进了西方国家生物特征认证技术与产业的蓬勃发展。而在我国，政府力量还没有正式介入生物特征认证技术的发展，整个市场处于比较混乱的自然增长阶段。

在美国，生物特征认证技术的发展得到了从联邦政府到各州州政府的大力支持。2001年10月，布什签署的“美利坚合众国爱国者法案”（the USA Patriot Act）规定：为了获得犯罪嫌疑人的完整资料，州政府部门必须提供犯罪嫌疑人的指纹。同时，各州政府必须预先建立相应人员的生物特征数据库。同时规定：联邦以及各州政府必须支持、实施利用生物特征识别系统建立的国家警用系统。正是这一系列法律上的保证，促成美国生物特征识别技术以及产业在2002年、2003年取得了跳跃性的发展。在美国整体经济疲软的情况下，其市场整体增长速度是 “9·11”以前的两倍。

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