一種基于移動(dòng)平臺(tái)的多重身份識(shí)別方案及其實(shí)現(xiàn)

林平榮，施曉權(quán)，周諺辯，蘇思維，蕭國(guó)鏗,紀(jì)其順

（1.廣州大學(xué)華軟軟件學(xué)院軟件研究所，漳州 363000；2.廣州大學(xué)華軟軟件學(xué)院軟件工程系，陸豐 516500；3.廣州大學(xué)華軟軟件學(xué)院軟件工程系，海豐 516400；4.廣州大學(xué)華軟軟件學(xué)院網(wǎng)絡(luò)系，陸豐 516500；5.廣州大學(xué)華軟軟件學(xué)院軟件工程系，廣州 510990）

0 引言

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)和移動(dòng)設(shè)備如智能手機(jī)的日益普及和發(fā)展，手機(jī)在國(guó)民日常生活中已占重要地位，越來越多的人使用手機(jī)來管理和安排自己的工作和生活，如網(wǎng)上購(gòu)物、網(wǎng)上轉(zhuǎn)賬、公文審核、電子簽名、上班簽到等。但是手機(jī)容易丟失或被竊取，一旦遺失，將會(huì)對(duì)用戶造成巨大的損失。因此，移動(dòng)設(shè)備的安全性越來越受到重視。而保證系統(tǒng)安全的一個(gè)重要措施就是對(duì)手機(jī)用戶進(jìn)行身份的識(shí)別，在移動(dòng)銀行、移動(dòng)電子商務(wù)、移動(dòng)辦公、電子政務(wù)等應(yīng)用領(lǐng)域，都需要對(duì)使用者的身份進(jìn)行準(zhǔn)確的鑒定。

1 身份識(shí)別技術(shù)分析

目前，在移動(dòng)平臺(tái)的身份識(shí)別領(lǐng)域中，被廣泛使用的仍然是簡(jiǎn)單的用戶名和密碼或圖案解鎖的認(rèn)證方式，在某一些高端的移動(dòng)設(shè)備采用指紋、人臉識(shí)別等生物特征認(rèn)證方式。傳統(tǒng)的單一認(rèn)證方式存在著安全性和可靠性的問題。據(jù)調(diào)查，當(dāng)前基于移動(dòng)平臺(tái)的身份識(shí)別大多基于生物認(rèn)證技術(shù)或設(shè)備認(rèn)證技術(shù)。

（1）生物認(rèn)證技術(shù)是利用人體固有的生理特征，如人臉、指紋、視網(wǎng)膜、掌紋、虹膜及行為特征（簽名、聲音、步態(tài)）等，對(duì)個(gè)體進(jìn)行身份識(shí)別的認(rèn)證技術(shù)[1-2]。

（2）設(shè)備認(rèn)證技術(shù)主要利用設(shè)備固有的唯一屬性進(jìn)行驗(yàn)證，如IMEI（國(guó)際移動(dòng)裝備辨識(shí)碼）驗(yàn)證及網(wǎng)絡(luò)屬性（MAC、IP、UUID）、短信驗(yàn)證等。

這兩種認(rèn)證方式都存在優(yōu)缺點(diǎn)：生物認(rèn)證具備安全性高、特征穩(wěn)定等特點(diǎn)，但是在實(shí)際應(yīng)用中也面臨著諸多挑戰(zhàn)，較為突出的是安全問題和識(shí)別準(zhǔn)確率問題，例如指紋識(shí)別就存在著指紋被套取或用假手指騙過識(shí)別系統(tǒng)的可能[3]；相比較指紋識(shí)別，人臉識(shí)別精準(zhǔn)度更高，且識(shí)別速度快，非接觸式識(shí)別更衛(wèi)生,但是對(duì)移動(dòng)設(shè)備及使用者的面部位置、周圍的光環(huán)境都有比較高的要求，否則可能影響識(shí)別的精確性，此外，人臉識(shí)別也存在偽造臉型通過識(shí)別認(rèn)證的可能；音紋識(shí)別利用的是說話人語(yǔ)音中特有的音紋信號(hào)，可以不考慮音紋中的字詞意思[4]，使用方便，可以很好地滿足身份認(rèn)證要求，但聲音變化范圍大，音量、速度和音質(zhì)等方面都會(huì)影響識(shí)別精確度[5]，如一個(gè)患上感冒的人有可能無法通過身份識(shí)別；設(shè)備認(rèn)證簡(jiǎn)單易操作，但是容易被他人采取偽造信息的手段完成身份識(shí)別，如在網(wǎng)上購(gòu)物時(shí)，由于使用的是軟驗(yàn)證，當(dāng)手機(jī)丟失時(shí)，盜竊者可通過軟件等技術(shù)手段破解支付密碼和圖文密碼。

2 多重身份識(shí)別方案

針對(duì)移動(dòng)平臺(tái)身份識(shí)別中存在的問題，提出一種基于移動(dòng)平臺(tái)的多重身份識(shí)別系統(tǒng)方案。該方案在深入分析各種身份識(shí)別方法優(yōu)缺點(diǎn)的基礎(chǔ)上，將生物認(rèn)證技術(shù)、地理位置識(shí)別技術(shù)和設(shè)備認(rèn)證技術(shù)相結(jié)合，并可以根據(jù)業(yè)務(wù)場(chǎng)景需求提供不同等級(jí)的安全服務(wù)，形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)機(jī)制和識(shí)別評(píng)判機(jī)制，提高身份識(shí)別的安全性和實(shí)用性。整體方案設(shè)定及說明如表1所示。

表1 多重識(shí)別方案設(shè)定及說明

設(shè)備認(rèn)證主要通過設(shè)備綁定、短信認(rèn)證、密碼及圖紋解鎖等手段來進(jìn)行身份識(shí)別。生物識(shí)別主要通過人臉識(shí)別、聲紋識(shí)別等手段進(jìn)行身份驗(yàn)證。人臉識(shí)別技術(shù)近幾年已取得了驚人的進(jìn)步，目前人臉識(shí)別技術(shù)已經(jīng)滲透到人們的日常生活中，以往的人臉識(shí)別需要借助特殊的檢測(cè)設(shè)備,這類設(shè)備昂貴且笨重,隨著智能手機(jī)和發(fā)展,現(xiàn)在的智能手機(jī)基本上都可以充當(dāng)此類設(shè)備,讓人臉識(shí)別成為了可能[6];地理位置識(shí)別技術(shù)主要通過GPS接收器、移動(dòng)基站、IP地址以及Wi-Fi資料庫(kù)來獲取定位信息，與驗(yàn)證設(shè)定的地理位置進(jìn)行對(duì)比。只要用戶在一定區(qū)域內(nèi)，即可驗(yàn)證成功。

根據(jù)各識(shí)別方法存在的局限性，研究業(yè)務(wù)場(chǎng)景的安全等級(jí)及對(duì)應(yīng)的識(shí)別方法，形成優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)機(jī)制的多重身份識(shí)別方案。如：使用綁定IMEI/MAC地址認(rèn)證法和GPS+時(shí)間戳認(rèn)證法只能識(shí)別出用戶所在地點(diǎn)和用戶是否使用已綁定的設(shè)備，但無法識(shí)別出用戶是否本人在操作，一旦出現(xiàn)設(shè)備被盜竊或盜用的情況，不能保證身份認(rèn)證的結(jié)果可靠，因此可以加入人臉識(shí)別技術(shù)進(jìn)行輔助識(shí)別，這樣可以保證用戶是本人進(jìn)行操作。場(chǎng)景不同，對(duì)身份識(shí)別的可靠性也存在著不同的要求，如上班簽到，該場(chǎng)景只需要知道員工本人在指定地點(diǎn)指定時(shí)間進(jìn)行的身份認(rèn)證即可，在這種場(chǎng)景下，考慮到指紋識(shí)別的可復(fù)制性，我們排除指紋識(shí)別方法，由于辦公環(huán)境聲音的不可控性把聲紋識(shí)別排除，因此該場(chǎng)景下可使用人臉識(shí)別來認(rèn)證員工本人，利用GPS+時(shí)間戳技術(shù)可獲得員工當(dāng)前地點(diǎn)和當(dāng)前時(shí)間。

基于以上方案，我們選取了其中的一個(gè)場(chǎng)景（電子簽到，以下簡(jiǎn)稱EII）進(jìn)行系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)，設(shè)定該場(chǎng)景對(duì)應(yīng)表一理的L5等級(jí)，用到“設(shè)備認(rèn)證+生物識(shí)別+位置識(shí)別”的多重識(shí)別方法，生物認(rèn)證采用人臉識(shí)別認(rèn)證和音紋識(shí)別認(rèn)證。

3 EII系統(tǒng)主要業(yè)務(wù)流程

基于以上需求，EII主要功能模塊如圖1所示：

圖1 EII系統(tǒng)功能模塊圖

用戶登錄后，通過調(diào)用GPS定位確認(rèn)自己的地理位置，通過定位后即時(shí)調(diào)用攝像頭進(jìn)行人臉識(shí)別，根據(jù)用戶上傳的數(shù)據(jù)系統(tǒng)進(jìn)行信息匹配，信息一致時(shí)簽到成功。企業(yè)管理員可以通過后臺(tái)管理,查看、修改員工的簽到狀態(tài)以及簽到方式。

4 關(guān)鍵技術(shù)

4.1 Android技術(shù)

本系統(tǒng)主要用到 Android的 Glide、OkHttp3、和EventBus技術(shù)。Android Glide可以很好地提高圖片加載和處理速度，其自身內(nèi)部已經(jīng)實(shí)現(xiàn)了緩存策略，因此開發(fā)者可以不用處理Android圖片加載的瑣碎事務(wù)，只需要專注邏輯業(yè)務(wù)的開發(fā)，而且Android Glide只需要很少的代碼，即可完成大部分圖片加載、顯示的功能需求；OkHttp3是一個(gè)精巧的網(wǎng)絡(luò)請(qǐng)求庫(kù)，支持HTTP2，對(duì)一臺(tái)機(jī)器的所有請(qǐng)求共享同一個(gè)Socket內(nèi)置連接池，支持連接復(fù)用，減少延遲支持透明gzip壓縮響應(yīng)體通過緩存避免重復(fù)的請(qǐng)求，請(qǐng)求失敗時(shí)自動(dòng)重試主機(jī)的其他IP，自動(dòng)重定向；EventBus是一款針對(duì)Android優(yōu)化的發(fā)布/訂閱事件總線。簡(jiǎn)化了應(yīng)用程序內(nèi)各組件間、組件與后臺(tái)線程間的通信。優(yōu)點(diǎn)是開銷小，代碼更優(yōu)雅，以及將發(fā)送者和接收者解耦。

圖2 員工簽到流程圖

圖3 管理簽到流程圖

4.2 人臉識(shí)別

人臉識(shí)別是系統(tǒng)的核心功能之一,為了提高識(shí)別的效率和精確度,我們采用Face++提供的API,系統(tǒng)會(huì)要求用戶上傳一張自拍照到服務(wù)器中，當(dāng)需要進(jìn)行人臉識(shí)別時(shí)，系統(tǒng)會(huì)調(diào)出自拍照和用戶即時(shí)提供的照片進(jìn)行對(duì)比，從而識(shí)別是否是本人操作。

圖4 人臉識(shí)別調(diào)用流程

4.3 音紋識(shí)別

音紋識(shí)別是系統(tǒng)的核心功能之一，為了提高識(shí)別的效率和精確度，我們采用訊飛語(yǔ)音提供的API。系統(tǒng)會(huì)要求用戶朗讀一段文字并將音頻存入到訊飛語(yǔ)音的服務(wù)器中，當(dāng)需要進(jìn)行音紋識(shí)別時(shí)，系統(tǒng)會(huì)調(diào)出音頻和用戶即時(shí)朗讀的音頻進(jìn)行對(duì)比，從而識(shí)別是否是本人操作。

圖5 音紋識(shí)別調(diào)用流程

4.4 加密算法

文件加密是系統(tǒng)的核心功能之一，為了提高識(shí)別的效率和安全性，我們采用Android自帶的ASE算法包。系統(tǒng)將用戶要求加密的文件轉(zhuǎn)換成字節(jié)數(shù)組，并通過調(diào)用算法包中的函數(shù)對(duì)字節(jié)數(shù)組進(jìn)行加密。

4.5 短信驗(yàn)證

短信驗(yàn)證是平臺(tái)給用戶的一個(gè)憑證，通過短信內(nèi)容的碼來驗(yàn)證身份。系統(tǒng)通過Mob提供的驗(yàn)證服務(wù)進(jìn)行驗(yàn)證，讓用戶發(fā)送短信驗(yàn)證請(qǐng)求到Mob服務(wù)器，Mob服務(wù)器再請(qǐng)求短信服務(wù)商下發(fā)短信，然后系統(tǒng)根據(jù)用戶輸入的驗(yàn)證碼和Mob提供的驗(yàn)證接口進(jìn)行驗(yàn)證，具體流程如圖6所示。

圖6 短信驗(yàn)證流程

5 系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)

圖7 音紋識(shí)別界面

圖8 人臉識(shí)別界面

圖9 人臉即時(shí)采集

圖10 識(shí)別通過界面

EII系統(tǒng)采用Android語(yǔ)言的MVC框架構(gòu)建的移動(dòng)應(yīng)用系統(tǒng)，使用MySQL 5.6作為后臺(tái)數(shù)據(jù)庫(kù)，使用Android Stduio作為代碼開發(fā)工具。系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用模塊化的設(shè)計(jì)方式，分為普通用戶模塊，企業(yè)模塊與管理員模塊。音紋識(shí)別引擎由訊飛公司提供，音紋識(shí)別界面如圖7所示，人臉識(shí)別引擎由曠視科技Megvii Face++提供，人臉識(shí)別的界面如圖8和圖9所示，通過識(shí)別的界面如圖10所示。

6 結(jié)語(yǔ)

本文提出了一種基于移動(dòng)平臺(tái)的多重身份識(shí)別方案并給出最終實(shí)現(xiàn)效果。該方案安全機(jī)制靈活、富有彈性，可以很好地實(shí)現(xiàn)安全性和適用性之間的平衡，一定程度解決目前安全認(rèn)證的難題，可以廣泛的應(yīng)用于移動(dòng)辦公、電子政務(wù)、移動(dòng)支付、移動(dòng)電子商務(wù)、安防等領(lǐng)域。

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