電子簽名動靜態(tài)特征綜合檢驗研究方法初探

王 凡 徐 猛 黃娟娟

1.湖南警察學(xué)院刑事技術(shù)系，湖南 長沙 410138；2.湖南省公安廳刑偵總隊刑事情報偵查支隊，湖南 長沙 410006

2004年頒布的《中華人民共和國電子簽名法》第二條規(guī)定：電子簽名，是指數(shù)據(jù)電文中以電子形式所含、所附用于識別簽名人身份并表明簽名人認(rèn)可其中內(nèi)容的數(shù)據(jù)。

在筆跡檢驗領(lǐng)域，筆跡的靜態(tài)特征主要是指筆跡在書寫載體上所反映出的幾何結(jié)構(gòu)與形態(tài)特征。而筆跡的動態(tài)特征則是指筆跡書寫過程中產(chǎn)生的一系列有順序、連續(xù)的運動變化狀態(tài)的現(xiàn)象，包括書寫時長、速度、壓力等物理量的大小和變化?？梢越柚鄳?yīng)的工具對這些特征加以測量，并以數(shù)據(jù)的形式反映動態(tài)特征的大小與變化。

目前國內(nèi)學(xué)者主要利用傳統(tǒng)筆跡學(xué)的檢驗方法來鑒定電子簽名筆跡，而常常忽略了動態(tài)特征對于電子簽名鑒定的重要性。由于電子簽名的快速普及與發(fā)展，這種傳統(tǒng)的檢驗方法已經(jīng)難以滿足公安工作中日益復(fù)雜的電子簽名鑒別需求，而將動態(tài)特征與靜態(tài)特征綜合運用于電子簽名的鑒定分析上，能有效提高電子簽名鑒定的程序性、準(zhǔn)確性和客觀性。

一、實驗設(shè)計

根據(jù)工作原理的不同，市面上常見的手寫板可以分為電磁壓力式、電容觸控式與電阻壓力式三種類型，其中電阻式手寫板與電磁壓力式手寫板使用電子筆書寫，電容觸控式手寫板多用于手指直接書寫，書寫特征與電子筆、簽字筆存在較大差異，故不進行相關(guān)特征分析。

（一）實驗器材

黑色簽字筆、書寫紙、通用型智能筆、高漫1060PRO 數(shù)位板（電磁式手寫板）、蒙恬電阻式手寫板

（二）樣本制作

邀請18 歲至24 歲之間的200 名在校大學(xué)生，每人分別正常書寫紙質(zhì)簽名（使用黑色中性筆）一份作為樣本，電磁式手寫板電子簽名樣本、電阻式手寫板電子簽名樣本各30 份。紙質(zhì)樣本作為參照樣本使用，電磁式手寫板、電阻式手寫板書寫的電子簽名樣本作為實驗對象，分別與參照樣本進行比對分析。

（三）不同電子書寫設(shè)備上的特點

1.電磁式手寫板

將同一人書寫的電磁式手寫板電子簽名與紙筆簽名筆跡樣本進行特征比對：在電磁式手寫板上書寫的電子簽名筆跡在字形、字體、文字寫法與搭配比例等特征方面未見明顯變化，筆跡的特征反映較穩(wěn)定；而筆壓、運筆、筆痕等特征反映方面則存在缺漏或反映失真情況（見圖1）。相比紙質(zhì)簽名，電磁式手寫板上書寫的電子簽名筆跡在空間位置、形態(tài)特征等宏觀層面上趨于穩(wěn)定，而在立體、運筆特征及微觀層面特征的反映上存在特征缺失、反映失真現(xiàn)象。

圖1 電磁式手寫板特征缺失現(xiàn)象

2.電阻式手寫板

將電阻式手寫板電子簽名的筆跡樣本與同一人書寫的紙質(zhì)簽名筆跡樣本進行特征比對：電阻式手寫板電子簽名的筆跡與紙質(zhì)簽名筆跡樣本在單字的一般和細節(jié)特征方面表現(xiàn)出差異（見圖2）；書寫者在電阻式手寫板上的書寫動作與紙筆簽名書寫動作存在差異，字的傾斜方向、連筆特征明顯不同。比對結(jié)論為：在電阻式手寫板上進行書寫時，對書寫者的書寫動作習(xí)慣和實時書寫動作的反映均造成影響，存在特征反映缺失或失真情況，難以僅通過靜態(tài)筆跡特征追蹤還原書寫者真實的書寫動作和習(xí)慣。［1］

圖2 電阻式手寫板特征缺失、字體傾斜方向不同現(xiàn)象

（四）實驗方法

1.樣本數(shù)據(jù)采集

準(zhǔn)備款式相同教學(xué)用課桌椅3 套，并排放置于同一間教室下，于桌上同一相對位置分別固定擺放A4 紙、電磁式手寫板及電阻式手寫板并依次命名為1 號桌、2 號桌、3 號桌進行樣本采集，在200 名參與實驗的學(xué)生中隨機抽取一名學(xué)生姓名作為樣本內(nèi)容，本次實驗抽取結(jié)果為“王禹鑫”。

1 號桌作為參照桌，以1 號桌的結(jié)果作為書寫水平高低的衡量維度，2 號桌與3 號桌分別就同正常速度不同壓力（重壓力、正常壓力、輕壓力）、同正常壓力不同速度（快速、正常速度、慢速）做6 次實驗，每次實驗書寫樣本內(nèi)容5 份，其中壓力維度的粒度單位以書寫時手寫板記錄的平均壓力大小為標(biāo)準(zhǔn)，分別為4N、3N、2N；速度維度的粒度單位以完成書寫過程時長為衡量標(biāo)準(zhǔn)，分別為3至4 秒、5 至7 秒、8 至10 秒。

記錄單次書寫的最終樣式為靜態(tài)分析樣本；書寫過程的速度、壓力等參數(shù)為動態(tài)分析樣本。

2.數(shù)據(jù)分析

因簽名檢驗過程尤其是靜態(tài)分析過程存在極大的個性，故檢驗過程采取判斷書寫人在書寫過程中是否存在停駐筆、書寫時長延長等現(xiàn)象，搭配靜態(tài)比例特征、筆順特征、運筆特征及動態(tài)書寫時長、書寫速度與平均壓力等因素，以此綜合判斷兩份筆跡是否為同一人書寫，具體操作如下：

動態(tài)特征檢驗采用將2 號桌與3 號桌樣本書寫時長、書寫速度與平均壓力等三個基本特征利用Matlab 編制形成的識別程序軟件，轉(zhuǎn)化為數(shù)據(jù)信息的形式，進行圖譜化分析，判斷同一書寫人在書寫過程中的運筆力度、書寫速度在圖譜中的峰值是否基本一致，100 次實驗后計算相關(guān)準(zhǔn)確率；靜態(tài)特征檢驗分析采用對2 號桌及3 號桌樣本分別進行隨機抽取并通過助手給出1 號桌參照樣本進行分析，搭配比例特征、筆順特征、運筆特征判斷是否為同一人所寫，100 次實驗后計算相關(guān)準(zhǔn)確率；動靜態(tài)特征結(jié)合檢驗綜合圖譜化分析及靜態(tài)穩(wěn)定特征進行綜合研判，結(jié)合比對100 次后計算相關(guān)準(zhǔn)確率。［2］

二、結(jié)果與討論

（一）動態(tài)特征與靜態(tài)特征的關(guān)聯(lián)性

實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，同一人在不同電子書寫設(shè)備上書寫時，其靜態(tài)特征部分缺失或反映失真，而動態(tài)特征較為穩(wěn)定，沒有明顯變化。筆跡的靜態(tài)特征與動態(tài)特征有著緊密的內(nèi)在聯(lián)系，動態(tài)特征直接決定著靜態(tài)特征的表現(xiàn)，而靜態(tài)特征是動態(tài)特征的直觀表達。

（二）準(zhǔn)確率

通過動、靜態(tài)特征檢驗與動靜態(tài)綜合檢驗三種方式分別對收集到的樣本進行檢驗，并對三者的準(zhǔn)確率進行比對，發(fā)現(xiàn)使用動靜態(tài)綜合檢驗鑒定筆跡的準(zhǔn)確率明顯高于僅使用動、靜態(tài)特征進行檢驗鑒定（見表1）：

表1 樣本數(shù)動、靜態(tài)特征檢驗與動靜態(tài)特征綜合檢驗準(zhǔn)確率的影響統(tǒng)計表

由表1 可得，隨著樣本數(shù)的增多，動靜態(tài)結(jié)合檢驗準(zhǔn)確率也隨之提高，與單獨動、靜態(tài)檢驗準(zhǔn)確率拉開的差距也越大。

（三）采集設(shè)備種類的影響

書寫時手寫板作為書寫載體摩擦力變小，進而影響手寫筆作為書寫工具的質(zhì)量，書寫者在書寫時感到不適應(yīng)，因此造成了其書寫水平下降、書寫速度降低、書寫力度增大。其主要體現(xiàn)在筆力特征不穩(wěn)定，連筆特征反映缺失。但隨著書寫次數(shù)的增加，書寫者的書寫水平有著顯著回升，所以電磁式手寫板作為電子簽名筆跡采集設(shè)備對筆跡鑒定結(jié)果的影響較小。

電阻式手寫板上面的電阻薄膜在受到一定的壓力后才會出現(xiàn)變形接觸到底部固定的電阻薄膜，但書寫人對書寫載體和書寫工具的不適應(yīng)使得控制壓力變得更難，書寫時每一次書寫所產(chǎn)生的壓力不同，手寫板不能準(zhǔn)確捕捉書寫細節(jié)，其主要體現(xiàn)在筆畫多為連筆，通常不能很好地反映書寫人的書寫水平狀況，對筆跡鑒定結(jié)果的影響較大。結(jié)論：電阻式手寫板對電子簽名鑒定準(zhǔn)確率的影響明顯大于電磁式手寫板，具體數(shù)據(jù)見表2。

表2 不同采集設(shè)備種類對檢驗準(zhǔn)確率的影響統(tǒng)計表

（四）書寫水平對鑒定準(zhǔn)確率的影響

將所有參與實驗的學(xué)生分為高書寫水平及低書寫水平兩組各100 人，一般而言，高書寫水平人的簽名筆跡細節(jié)特征變化率較低，特征較穩(wěn)定，而低書寫水平人的簽名筆跡特征穩(wěn)定性較弱，簽名整體組合特征易變且不穩(wěn)定。但不同于紙質(zhì)簽名，電子簽名中的字符普遍增大，字形趨于圓潤，棱角過渡較為平滑，單字左傾比例略有增加，所有書寫者的書寫水平都出現(xiàn)了顯著下降，但隨書寫次數(shù)與書寫樣本的增多，高水平書寫者的電子簽名特征開始趨于穩(wěn)定，具體數(shù)據(jù)見表3。

表3 不同書寫水平對檢驗準(zhǔn)確率的影響統(tǒng)計表

（五）書寫力度對鑒定準(zhǔn)確率的影響

書寫模式改變對書寫壓力分布的影響較大，紙筆簽名與電子簽名的書寫力度對筆跡鑒定的影響不同（見圖3、4），原因是電子屏幕相比紙張摩擦系數(shù)較小，稍有壓力或接觸便會形成筆跡，當(dāng)書寫力度小于設(shè)備所能感知到的最小壓力時，會直接出現(xiàn)筆畫缺失、字體殘缺等問題，而紙筆簽名則會造成墨跡濃淡的明顯變化，基本上都會留下墨點、墨線劃痕等筆痕特征，具體數(shù)據(jù)見表4。

表4 不同書寫力度對檢驗準(zhǔn)確率的影響統(tǒng)計表

圖3 壓力不同造成電子簽名不同筆痕特征

圖4 壓力不同造成紙筆簽名不同筆痕特征

（六）書寫速度對鑒定準(zhǔn)確率的影響

與紙筆簽名筆跡相比，電子簽名筆跡中常速書寫占大多數(shù)，快速書寫方式所占比例小幅度增加，慢速書寫顯著減少，因為手寫板相比紙張摩擦系數(shù)較小，稍有壓力接觸便會形成筆跡，因而相比于紙筆筆跡，電子簽名筆跡的連筆特征變化較明顯（見圖5），書寫速度對鑒定準(zhǔn)確率的影響較大，具體數(shù)據(jù)見表5。

表5 不同書寫速度對檢驗準(zhǔn)確率的影響統(tǒng)計表

圖5 速度不同造成不同筆痕特征

（七）動靜態(tài)特征綜合檢驗要點

經(jīng)過上述的實驗，對動、靜態(tài)特征檢驗與動靜態(tài)綜合檢驗的準(zhǔn)確率進行比對后可以發(fā)現(xiàn)以下幾點：

第一，動靜態(tài)綜合檢驗筆跡的結(jié)果準(zhǔn)確率高于僅使用動、靜態(tài)特征檢驗的準(zhǔn)確率，即使用動靜態(tài)綜合檢驗鑒定筆跡相較于僅使用動態(tài)特征進行檢驗鑒定更高效準(zhǔn)確；第二，同一人使用不同書寫設(shè)備時的鑒定準(zhǔn)確率變化較小，且顯然相比于電阻式手寫板，電磁式手寫板電子簽名更接近于傳統(tǒng)紙筆簽名；第三，同一人在手寫板上書寫電子簽名時，不同的書寫水平、書寫力度、書寫速度都會對鑒定的準(zhǔn)確率造成一定影響；第四，在相同條件下進行多次書寫后，其筆跡特征間的差異在相同或不同字的相同部位都具有重復(fù)再現(xiàn)的穩(wěn)定性，在分析電子簽名的筆跡特征時不能忽略書寫次數(shù)對于筆跡特征與鑒定準(zhǔn)確率的影響，這同時也驗證了實驗的理論可行性。

但是由于客觀條件限制，我們所采集到的檢驗鑒定準(zhǔn)確率必然與實際操作存在誤差，所以對于如何將動靜態(tài)特征綜合檢驗法應(yīng)用于電子簽名鑒定方向還需要更多的研究。

三、結(jié)論

本文主要通過探討靜態(tài)特征、動態(tài)特征在電子簽名筆跡鑒定中的作用分析，并比對綜合運用動靜態(tài)特征分析的結(jié)果準(zhǔn)確率，來驗證“在電子簽名的真?zhèn)舞b定中，綜合運用動靜態(tài)特征能有效提高電子簽名鑒定的程序性、準(zhǔn)確性和客觀性”這一猜想。而研究證明，將電子簽名的動靜態(tài)特征綜合用于簽名鑒定，其準(zhǔn)確率的確普遍高于僅使用傳統(tǒng)的靜態(tài)特征或僅用動態(tài)特征進行分析鑒定，有效提高電子簽名鑒定的程序性、準(zhǔn)確性和客觀性。

由于客觀條件限制，本實驗中還存在有樣本采集不夠豐富、變量控制不夠精確等問題，針對以上不足，我們將在今后的實驗過程中不斷改善，進一步驗證實驗結(jié)果的有效性與科學(xué)性。當(dāng)今時代科技飛速發(fā)展，檢測工具不斷迭代更新，要成為合格執(zhí)法者，我們不僅要堅持政治建警與全面從嚴(yán)治警，也要不斷改進升級技術(shù)手段，通過改革強警、科技興警以適應(yīng)新時代背景下的公安工作。