淺談生物特征識別智能鎖具的現(xiàn)狀和前景

王 君，柯明爽，宋澤生，王俊賢，曹永榮，岑梓華，林愷發(fā)，廖 君

（1.廣州南方學(xué)院，廣東 廣州 510970；2.南昌大學(xué)，江西 南昌 330027；3.廣州恒通智聯(lián)科技有限公司，廣東 廣州 510630）

隨著人工智能、生物特征識別技術(shù)、信息處理技術(shù)等技術(shù)的飛速發(fā)展以及人們安全意識的提高，生物特征識別智能鎖具在21 世紀(jì)初便開始發(fā)展[1]。直到2009 年，第一代智能門鎖研發(fā)成功，之后生物特征識別智能鎖具便開始進(jìn)入高速發(fā)展時(shí)期[2]，生物特征識別智能鎖具每隔一段時(shí)間便有所突破。也是從2009 年開始，具有生物特征識別功能的新興智能鎖具開始走進(jìn)鎖具市場并廣泛應(yīng)用于世界各地[3-5]。

1 生物特征識別智能鎖具的概念

生物特征識別智能鎖具的原理是通過計(jì)算機(jī)與各種傳感器、生物統(tǒng)計(jì)學(xué)原理等高手段密切結(jié)合，利用人體固有的生理特性和行為特征來進(jìn)行個人身份的鑒定，從而完成開鎖動作。目前普遍應(yīng)用的人體生物特征主要有指紋、人臉、聲音等。這些生物特征具有唯一性和便捷性。

2 主要的幾種生物特征識別智能鎖具

2.1 指紋識別智能鎖具

指紋是手指末端正面皮膚上凸凹不平產(chǎn)生的紋路，它蘊(yùn)涵著大量的信息，具有獨(dú)一無二的特性，通過指紋識別智能鎖具可以實(shí)現(xiàn)鑒別人員身份的功能。指紋特征可分為兩類：總體特征和局部特征?？傮w特征指用人眼直接就可以觀察到的特征，包括基本紋路圖案、模式區(qū)、核心點(diǎn)、三角點(diǎn)、式樣線和紋線等。局部特征即指紋上節(jié)點(diǎn)的特征，這些具有某種特征的節(jié)點(diǎn)稱為特征點(diǎn)。兩枚指紋經(jīng)常會有相同的總體特征，但它們的局部特征卻不同。

指紋識別技術(shù)通常使用指紋的總體特征如紋形、三角點(diǎn)等來進(jìn)行分類，再用局部特征如位置和方向等來進(jìn)行用戶身份識別。指紋識別智能鎖具就是通過這些指紋特征信息的對比識別人員身份。

2.2 人臉識別智能鎖具

人臉目前可以準(zhǔn)確識別的特征點(diǎn)大概有127 個[6]，因此人臉識別技術(shù)中廣泛采用區(qū)域特征分析算法，它將計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)與生物統(tǒng)計(jì)學(xué)原理融合于一體，利用計(jì)算機(jī)圖像處理技術(shù)提取人臉特征點(diǎn)，利用生物統(tǒng)計(jì)學(xué)的原理進(jìn)行分析建立數(shù)學(xué)模型，也就是人臉特征模板。利用建成的人臉特征模板與被測者的面像進(jìn)行特征分析，根據(jù)分析的結(jié)果來給出一個相似值。通過這個值即可確定是否為同一人。

人臉識別智能鎖具是一款較為先進(jìn)的智能鎖具。它基于面部識別的生物識別技術(shù)，通過對人的面部特征進(jìn)行掃描識別，從而控制智能鎖具的開關(guān)。

2.3 聲音識別智能鎖具

聲紋是用電聲學(xué)儀器顯示的攜帶言語信息的聲波頻譜。人類語言的產(chǎn)生是人體語言中樞與發(fā)音器官之間一個復(fù)雜的生理物理過程，人在講話時(shí)使用的發(fā)聲器官——舌、牙齒、喉頭、肺、鼻腔在尺寸和形態(tài)方面每個人的差異很大，所以任何兩個人的聲紋圖譜都有差異。因此每個人的聲紋與指紋一樣，都是獨(dú)一無二的，所以聲音識別智能鎖具可以通過對比人的聲音特征來鑒定人員身份[7]。

3 生物特征識別智能鎖具的發(fā)展優(yōu)勢

3.1 安全性

生物特征識別智能鎖具相比于傳統(tǒng)的機(jī)械鎖具安全性更高[8]。傳統(tǒng)的機(jī)械鎖具主要是靠配對的鑰匙來實(shí)現(xiàn)開關(guān)功能，鑰匙有被復(fù)制或被盜的風(fēng)險(xiǎn)，安全性極低，而生物特征識別智能鎖具主要是應(yīng)用一些幾乎不可重復(fù)的生物特征通過生物特征識別技術(shù)和人工智能技術(shù)來識別人員身份，從而達(dá)到開關(guān)鎖的目的，這種識別普遍采用具有獨(dú)一無二的特質(zhì)作為開關(guān)鎖媒介，其安全性極高，可以更好地保障使用者的人身安全和財(cái)產(chǎn)安全。

3.2 便利性

生物特征識別智能鎖具便利于傳統(tǒng)的機(jī)械鎖具。它能夠通過識別指紋、聲音、人臉等生物特征來開啟鎖具，其開鎖方式十分快捷方便。生物特征識別智能鎖具可以讓用戶不必隨身攜帶鑰匙或記住繁雜的密碼。此外，它還可以在系統(tǒng)后臺進(jìn)行人員權(quán)限管理，對家人、朋友、家政等人員設(shè)置不同的權(quán)限，方便多人使用，統(tǒng)一管理。

3.3 交互性

生物特征識別智能鎖具內(nèi)置嵌入式處理器和智慧監(jiān)控系統(tǒng)，因此其擁有與用戶之間隨時(shí)隨地互通互動的能力。借助互聯(lián)網(wǎng)可以隨時(shí)隨地向用戶匯報(bào)各種突發(fā)事件。此外，生物特征識別智能鎖具還能夠通過其中的智慧監(jiān)控系統(tǒng)，結(jié)合互聯(lián)網(wǎng)、物聯(lián)網(wǎng)來遠(yuǎn)程控制智能鎖具。

4 生物特征識別智能鎖具發(fā)展過程中面臨的難題

4.1 部分性能的落實(shí)有待技術(shù)開發(fā)與完善

在技術(shù)方面，生物識別技術(shù)仍存在一些需要克服的技術(shù)難題，比如，相對成熟的指紋識別技術(shù)應(yīng)用比較廣泛，但指紋卻容易被復(fù)制，部分產(chǎn)品受到假手指復(fù)制的威脅。與此同時(shí)，在不同的皮膚情況、濕度情況下，指紋識別的認(rèn)證效果也存在著很大不同，因此適應(yīng)性較差。其拒真率、認(rèn)假率仍有著較大的提升空間；人臉特征并不是一成不變的，而且采集圖像的過程中容易受到光線等因素的影響，并且其算法、場景應(yīng)用等方面，依然無法做到100%的識別準(zhǔn)確率。能否解決現(xiàn)有技術(shù)瓶頸成為生物識別行業(yè)未來發(fā)展的關(guān)鍵所在。

4.2 安全性措施構(gòu)建不足

IT 行業(yè)中有段至理名言：凡是網(wǎng)絡(luò)所能達(dá)到的地方，都存在著網(wǎng)絡(luò)安全問題。在Wi-Fi、Zigbee 協(xié)議下內(nèi)網(wǎng)非常安全，但與外網(wǎng)通訊連接方面還不夠完善，具有受到黑客攻擊的風(fēng)險(xiǎn)。目前從芯片到程序設(shè)計(jì)，再到網(wǎng)絡(luò)傳輸?shù)闹悄苕i，大多數(shù)品牌都進(jìn)行了嚴(yán)格的數(shù)據(jù)加密技術(shù)，但許多智能鎖系統(tǒng)密鑰、敏感信息只采用軟件加密算法，只有少數(shù)廠商在智能鎖中配置硬加密芯片。

部分廠家將智能鎖中所存儲的密鑰、指紋特征值、其他敏感信息等均保存在軟件固件中，一旦被黑客攻擊，用戶不僅失去對自己智能鎖的控制權(quán)，還會泄露自身的身份信息，這是對用戶的財(cái)產(chǎn)和人身安全的雙重風(fēng)險(xiǎn)。

4.3 產(chǎn)品價(jià)格過高

大部分的生物特征識別智能鎖具產(chǎn)品的市場價(jià)格過高，對于諸多的消費(fèi)者來說，過高的市場價(jià)格會降低他們的購買欲望，不利于生物特征識別智能鎖具未來的發(fā)展。但想要降低價(jià)格，成本是一個避不開的問題，這個問題困擾著生物識別技術(shù)的普及，比如指紋識別技術(shù)，已經(jīng)由原來的大面積指紋識別傳感器，改為采用小面積的傳感器來降低成本，也因此需要在算法上尋求進(jìn)一步突破。

5 生物特征識別智能鎖具的前景趨勢

5.1 多種生物特征復(fù)合的識別方式

單一的生物特征識別技術(shù)都具有自己獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，但單一的生物特征識別技術(shù)的識別準(zhǔn)確性較低，會導(dǎo)致安全性降低，在應(yīng)用上難免會出現(xiàn)一些問題[7]。所以，在一些安全等級要求較高的應(yīng)用場景當(dāng)中，往往會采用兩種甚至兩種以上的生物識別技術(shù)進(jìn)行驗(yàn)證，通過多種生物特征復(fù)合識別來提高安全性。此外，使用多種生物特征復(fù)合識別方式的相關(guān)算法比使用單一生物特征識別方式的相關(guān)算法更加穩(wěn)定可靠。

5.2 融合5G 技術(shù)

在5G 技術(shù)建設(shè)得如火如荼的當(dāng)代，生物特征識別智能鎖具與5G 技術(shù)融合是一個具有前景的發(fā)展方向。生物特征識別智能鎖具與5G 技術(shù)融合后，其性能方面將會有極大的突破，比如降低延遲，4G 的響應(yīng)時(shí)間是30～70 ms，而5G的響應(yīng)時(shí)間小于1 ms。融合5G 技術(shù)后，生物特征識別智能鎖具的響應(yīng)能力將會有更大的提升，能夠更好地服務(wù)社會。

5.3 相關(guān)技術(shù)綜合化、復(fù)雜化

為了使生物特征識別智能鎖具的功能更加多樣化[1，10]，提高生物特征識別智能鎖具的安全性，未來的生物特征識別智能鎖具將會更加綜合深入移動互聯(lián)網(wǎng)、智能手機(jī)技術(shù)、人工智能技術(shù)、生物識別技術(shù)、電子信息的加解密及認(rèn)證技術(shù)等領(lǐng)域。隨著更多的相關(guān)技術(shù)的綜合化、復(fù)雜化，未來的生物特征識別智能鎖具的功能將更加多樣化，安全性也將會更高。

6 結(jié)語

隨著現(xiàn)代人對安全性和私密性的要求越來越高，生物特征識別技術(shù)的應(yīng)用愈來愈顯現(xiàn)出其智能化、人性化的強(qiáng)大優(yōu)勢，毫無疑問，生物特征識別智能鎖具的未來具有無限發(fā)展的可能。并且由于其強(qiáng)大的可融合性，未來的生物特征識別智能鎖具的發(fā)展方向?qū)⑹嵌囝I(lǐng)域的。在不久的將來，更加先進(jìn)、成熟、智能的生物特征識別智能鎖具將會更加廣泛地被使用在世界各地。