門禁系統(tǒng)的生物識別信息安全技術(shù)分析*

方建康，譚雅熙

（1.四川賽闖檢測股份有限公司，四川 成都 610041；2.四川賽闖檢測股份有限公司，重慶 404700）

0 引 言

隨著信息技術(shù)的快速發(fā)展，生物識別成為門禁系統(tǒng)中的重要識別技術(shù)，得到了大量的推廣與運(yùn)用。門禁系統(tǒng)中的生物識別方式主要包括指紋識別、虹膜識別、面部識別、靜脈識別等[1]。指紋識別是目前適合于大規(guī)模人員門禁系統(tǒng)應(yīng)用的生物識別方式；虹膜識別的誤識率最低，但由于設(shè)備體積和價(jià)格的原因限制了應(yīng)用；面部識別的準(zhǔn)確度會受燈光、天氣、戴口罩等因素的影響；靜脈識別速度快，且不受周圍環(huán)境的影響，安全系數(shù)高。在門禁系統(tǒng)的應(yīng)用中，個人生物信息屬于個人隱私信息，經(jīng)常作為開啟門禁的基礎(chǔ)數(shù)據(jù)存儲在門禁系統(tǒng)中，而門禁系統(tǒng)如果遭受網(wǎng)絡(luò)攻擊將產(chǎn)生信息泄露、濫用等相關(guān)安全問題。

近年來，我國相繼出臺并實(shí)施了《中華人民共和國網(wǎng)絡(luò)安全法》《中華人民共和國數(shù)據(jù)安全法》《中華人民共和國個人信息保護(hù)法》等，為保障公民個人信息、生命財(cái)產(chǎn)安全提供了執(zhí)法依據(jù)。個人信息的泄露會嚴(yán)重影響社會穩(wěn)定，因此對門禁系統(tǒng)的生物識別信息進(jìn)行安全技術(shù)分析的研究是非常必要的。通過對門禁系統(tǒng)中生物識別信息的安全威脅與風(fēng)險(xiǎn)的分析，研究相應(yīng)的安全保護(hù)措施，可以提高門禁系統(tǒng)的安全性，降低個人生物識別信息泄露和被竊取的可能性，從而保障公民的生命財(cái)產(chǎn)安全。

本文主要對生物識別門禁系統(tǒng)進(jìn)行了全面的概述，詳細(xì)介紹了其特點(diǎn)與功能。對生物識別門禁系統(tǒng)的安全性進(jìn)行了深入的分析。針對門禁系統(tǒng)中生物信息可能存在的安全風(fēng)險(xiǎn)與隱私泄露威脅進(jìn)行了全面的探討。從存儲和管理角度出發(fā)，深入討論了門禁系統(tǒng)中的生物認(rèn)證安全。最后，關(guān)于保護(hù)個人信息安全提出了技術(shù)實(shí)現(xiàn)方法，為實(shí)際應(yīng)用中的信息安全提供了理論支持和實(shí)踐指導(dǎo)。

1 門禁系統(tǒng)概述

門禁系統(tǒng)作為高新技術(shù)安全保障設(shè)備，可以對進(jìn)入特定區(qū)域的人、物、車等進(jìn)行控制，以保證相應(yīng)區(qū)域內(nèi)部的安全。門禁系統(tǒng)包括門禁機(jī)、數(shù)據(jù)傳輸網(wǎng)絡(luò)、數(shù)據(jù)中心、門禁系統(tǒng)軟件等部分。其中，設(shè)備包括門禁控制器、電源、信息識別裝置、計(jì)算機(jī)、網(wǎng)絡(luò)交換器、緊急按鈕、電插鎖等。門禁控制器通過接收并處理信息識別器發(fā)送的信息來控制門的開關(guān)，以實(shí)現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制。門禁控制器的功能如下文所述。

（1）輸入輸出：輸入各種傳感器信號，包括讀卡器、指紋識別器、人臉識別器、虹膜識別器等，輸出開關(guān)門等控制命令。

（2）數(shù)據(jù)處理：完成對接收到的讀卡器信息或生物識別信息的加密、解碼、編碼、識別等處理，保證信息的安全性和完整性。

（3）數(shù)據(jù)通信：通過雙絞線、RS485、總線、以太網(wǎng)、傳輸控制協(xié)議/網(wǎng)際協(xié)議（Transmission Control Protocol/Internet Protocol，TCP/IP）等在系統(tǒng)中傳輸數(shù)據(jù)，完成對整個系統(tǒng)的控制和管理[2]。

如圖1 所示，主要功能包括用戶的分類和管理，如個人信息的采集、存儲和維護(hù)，根據(jù)設(shè)定的用戶個人生物信息對門禁設(shè)備進(jìn)行訪問和控制，提供實(shí)時(shí)監(jiān)控門禁設(shè)備的狀態(tài)和訪問記錄，并且根據(jù)預(yù)設(shè)條件進(jìn)行報(bào)警和處理。

圖1 基于TCP/IP 的門禁系統(tǒng)操作

2 門禁系統(tǒng)自主安全性分析

生物識別門禁系統(tǒng)是利用計(jì)算機(jī)算法來對人臉、指紋、虹膜等生物信息進(jìn)行自動識別，算法的結(jié)果用來對門禁系統(tǒng)的物理設(shè)備進(jìn)行監(jiān)控，整個系統(tǒng)是集個人信息采集、存儲、傳輸、處理和門禁安全管理措施于一體的管理系統(tǒng)，涉及計(jì)算機(jī)中數(shù)據(jù)庫、機(jī)械部分的門開關(guān)、生物信息處理的光學(xué)成像、通信技術(shù)的數(shù)據(jù)傳輸、生物技術(shù)的信息特征等多個領(lǐng)域的技術(shù)處理。門禁系統(tǒng)安全是一個綜合的工程問題，包括門禁識別系統(tǒng)的安全性、整個門禁硬件設(shè)施的安全性和可靠性，以及門禁軟件系統(tǒng)中的數(shù)據(jù)安全、網(wǎng)絡(luò)安全和存儲安全等內(nèi)容[3]。

2.1 門禁識別系統(tǒng)的工作原理

通過相關(guān)設(shè)備采集指紋、人臉、虹膜等生物識別信息，傳輸并存儲到控制系統(tǒng)中?？刂葡到y(tǒng)采用相關(guān)的識別算法對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，待識別通過后，對門禁進(jìn)行開關(guān)控制。

自動生成數(shù)據(jù)的采集、存儲、處理結(jié)果以及門禁控制日志并存儲到數(shù)據(jù)庫中。

2.2 門禁識別系統(tǒng)的安全性要求

如何保證門禁識別系統(tǒng)自身的安全性，關(guān)系到門禁是否能有效控制人、物、車的訪問。門禁識別訪問控制系統(tǒng)是一種通過計(jì)算機(jī)系統(tǒng)識別各種通行特征（身份信息、生物特征、物理卡片、IC 卡等），并根據(jù)算法結(jié)果自適應(yīng)完成門禁各項(xiàng)功能的控制系統(tǒng)，它利用計(jì)算機(jī)強(qiáng)大的處理功能實(shí)現(xiàn)了各種識別算法的魯棒性，提高了識別率。同時(shí)設(shè)計(jì)不同的應(yīng)急策略來防止非法入侵，從而確保系統(tǒng)的正常運(yùn)行。

2.3 門禁識別系統(tǒng)硬件的可靠性要求

門禁識別系統(tǒng)須滿足7×24 小時(shí)的可靠性要求，系統(tǒng)中的電控鎖、生物信息采集和識別傳感器、控制模塊、存儲設(shè)備應(yīng)能適應(yīng)環(huán)境因素（溫度、濕度、電磁干擾等）的變化。

2.4 門禁識別系統(tǒng)軟件的安全性要求

門禁識別系統(tǒng)軟件采用標(biāo)準(zhǔn)的通信協(xié)議，維護(hù)各種通行狀態(tài)信息。為了防止通信中可能出現(xiàn)的錯誤，應(yīng)采用具備自動重發(fā)糾錯機(jī)制的TCP 協(xié)議，確保各模塊之間的通信準(zhǔn)確性。門禁識別系統(tǒng)管理員可為不同區(qū)域和用戶設(shè)置對應(yīng)的識別方式。用戶通過相應(yīng)的識別方式進(jìn)入相關(guān)區(qū)域。

3 門禁系統(tǒng)生物認(rèn)證信息安全性分析

門禁系統(tǒng)認(rèn)證是指對使用者進(jìn)行身份驗(yàn)證，以確定其是否具有權(quán)限進(jìn)入特定區(qū)域或進(jìn)行特定操作的過程。門禁系統(tǒng)常用的生物認(rèn)證方式包括指紋認(rèn)證、人臉認(rèn)證、雙因素認(rèn)證等。

指紋認(rèn)證是使用者通過指紋識別設(shè)備獲取個人指紋信息，并通過不同的算法將指紋與數(shù)據(jù)中心系統(tǒng)中存儲的指紋信息進(jìn)行匹配，以此來驗(yàn)證身份，每個人具有唯一的指紋特征，因此該認(rèn)證方式具有較高的安全性和準(zhǔn)確性。指紋傳感器會采集使用者的指紋圖像，并與系統(tǒng)中存儲的指紋信息進(jìn)行比對。指紋識別算法通常涉及特征匹配、模式識別等技術(shù)。常用的指紋識別算法：基于細(xì)節(jié)點(diǎn)的算法，即通過指紋圖像中細(xì)小的特征點(diǎn)（如分叉點(diǎn)、岔路點(diǎn)和端點(diǎn)）信息，采用特征提取和匹配的方式完成指紋的識別；基于相關(guān)性的算法，即通過計(jì)算指紋圖像之間的相關(guān)性來實(shí)現(xiàn)指紋識別，相關(guān)性衡量了兩個指紋圖像之間的相似程度；基于脊線的算法，即通過提取指紋圖像中的脊線來實(shí)現(xiàn)指紋識別，脊線是指指紋圖像中的明暗變化區(qū)域，通過分析和比較這些脊線的形態(tài)特征完成指紋的識別；基于神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的算法，即利用神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型進(jìn)行指紋識別，通過學(xué)習(xí)大量的指紋樣本，自動提取和學(xué)習(xí)指紋圖像中的特征，并利用這些特征進(jìn)行識別。

人臉識別認(rèn)證通過攝像機(jī)采集人臉信息，利用識別算法提取人臉特征信息，將臉部特征與系統(tǒng)中存儲的人臉信息進(jìn)行匹配來驗(yàn)證身份。人臉識別利用攝像頭和算法來識別人臉特征，具有較高的便捷性和準(zhǔn)確性。人臉識別算法通常涉及特征提取、特征匹配和模式識別等技術(shù)。常用的人臉識別算法：特征臉?biāo)惴ㄍㄟ^人臉圖像的投影變換操作得到低維特征空間人臉特征信息，利用主成分分析提取和表示人臉的主要特征，通過比較投影后的特征向量進(jìn)行識別；判別臉（Fisherfaces）算法基于線性判別分析，算法通過人臉圖像的投影變換操作得到低維空間人臉特征信息，優(yōu)化的目標(biāo)是最大化不同類別之間的差異，并最小化同一類別內(nèi)的差異；局部二進(jìn)制特征算法關(guān)注的方向是圖像中的局部紋理特征，將人臉圖像中的每個像素與其周圍像素進(jìn)行比較生成二進(jìn)制編碼，通過統(tǒng)計(jì)和分析這些二進(jìn)制編碼的模式，完成人臉識別；基于深度學(xué)習(xí)的算法把人臉圖像作為深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)的輸入，根據(jù)不同的算法選擇各自的多個卷積層和全連接層，自動提取和學(xué)習(xí)人臉圖像中的復(fù)雜特征，并在訓(xùn)練過程中優(yōu)化模型參數(shù)。

雙因素認(rèn)證是指為了增加認(rèn)證的安全性，門禁系統(tǒng)可以使用兩種或多種認(rèn)證方式的組合，例如密碼+指紋、指紋+刷卡、人臉+刷卡等。使用者需要通過兩種或多種認(rèn)證方式，才能獲得授權(quán)進(jìn)入。這種方式增加了認(rèn)證系統(tǒng)的安全性，確保只有授權(quán)的個人才能進(jìn)入特定區(qū)域或進(jìn)行特定操作。

除了上述常用的認(rèn)證方式，門禁系統(tǒng)還可以結(jié)合其他技術(shù)，如聲紋識別、虹膜識別、手勢識別等，以滿足不同場景和需求的認(rèn)證要求。

4 門禁系統(tǒng)個人生物識別信息合規(guī)性分析

生物識別門禁系統(tǒng)通過從輸入端、設(shè)備端和網(wǎng)絡(luò)端與互聯(lián)網(wǎng)+相結(jié)合，催生了聯(lián)網(wǎng)型生物識別智能鎖的硬件開發(fā)，通過網(wǎng)絡(luò)（包括各種無線網(wǎng)）協(xié)議連接云端與用戶App 進(jìn)行互動，實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)程開鎖和訪問狀態(tài)監(jiān)控等功能。應(yīng)用對聯(lián)網(wǎng)鎖的安全性要求越來越高，對生物認(rèn)證個人信息來說存在的安全隱患包括：用戶與聯(lián)網(wǎng)鎖的相互認(rèn)證、防入侵功能、數(shù)據(jù)的安全性（包括數(shù)據(jù)傳輸安全、數(shù)據(jù)存儲安全等）。

生物認(rèn)證門禁系統(tǒng)中指紋、人臉、虹膜等生物信息的采集、傳輸、存儲、管理等多個環(huán)節(jié)應(yīng)按照《中華人民共和國個人信息保護(hù)法》的要求，保護(hù)個人信息安全。

現(xiàn)以小區(qū)使用的生物識別門禁系統(tǒng)為例，個人信息存儲環(huán)節(jié)面臨的主要安全風(fēng)險(xiǎn)為：采用了不同的存儲方式，存儲在物業(yè)公司、門禁系統(tǒng)運(yùn)營公司的系統(tǒng)中。建議采取以下幾點(diǎn)措施降低該風(fēng)險(xiǎn)：

（1）在采集個人和生物信息時(shí)，應(yīng)對其是否滿足《中華人民共和國個人信息保護(hù)法》中處理敏感個人信息的條件做出合法性判斷。

（2）對門禁系統(tǒng)中的個人信息（含生物信息）等敏感信息的處理要在門禁系統(tǒng)實(shí)施之前進(jìn)行，對采集到的個人信息需要的保護(hù)影響進(jìn)行評估，包括門禁系統(tǒng)中個人信息處理目的、門禁系統(tǒng)中個人信息處理方式。例如，在信息采集、存儲、傳輸、處理等全過程中可能存在的安全風(fēng)險(xiǎn)，可能對個人權(quán)益的影響，關(guān)聯(lián)到個人信息的泄露與濫用的安全風(fēng)險(xiǎn)，門禁系統(tǒng)中需要采取的安全保護(hù)措施等。

（3）針對被采集信息的個人單獨(dú)開展告知－同意程序，規(guī)范信息管理，保障合法收集后的合法利用，防止信息泄露和信息濫用事件發(fā)生。加強(qiáng)門禁系統(tǒng)與個人信息處理相關(guān)的信息系統(tǒng)的技術(shù)安全防護(hù)，防范系統(tǒng)入侵和信息泄露，加強(qiáng)管理規(guī)范的制定，防范內(nèi)部人員泄露相關(guān)信息，防止未經(jīng)授權(quán)的訪問以及個人信息泄露、篡改、丟失。

（4）部分生物識別門禁系統(tǒng)是通過第三方門禁設(shè)備和信息處理軟件進(jìn)行操控的，需要與第三方受托人約定委托生物信息的處理目的、期限、方式、信息的種類、保護(hù)措施以及雙方的責(zé)任權(quán)利等并進(jìn)行監(jiān)督；將個人信息處理工作進(jìn)行合規(guī)審計(jì)，并進(jìn)行檔案管理，保證生物信息在門禁系統(tǒng)的采集、傳輸、存儲、使用、銷毀全過程的信息安全，防范可能出現(xiàn)的個人信息泄露、篡改、丟失等風(fēng)險(xiǎn)。

5 門禁系統(tǒng)生物認(rèn)證信息安全防護(hù)技術(shù)

在門禁系統(tǒng)中，對個人信息存儲的檢測是一項(xiàng)重要的安全措施。門禁系統(tǒng)中個人信息存儲的檢測涉及數(shù)據(jù)加密、備份與恢復(fù)、訪問控制、審計(jì)日志、數(shù)據(jù)保留期限、合規(guī)性考慮以及安全審查與漏洞修復(fù)等多個方面。這些方面從技術(shù)上確保個人信息在門禁系統(tǒng)運(yùn)行過程中的安全性以及隱私保護(hù)的實(shí)現(xiàn)。

5.1 數(shù)據(jù)加密

對數(shù)據(jù)庫中的數(shù)據(jù)進(jìn)行分級分類，對涉及個人的基本信息和生物信息等敏感數(shù)據(jù)進(jìn)行加密，只有具有權(quán)限訪問的人才能解密使用這些數(shù)據(jù)。根據(jù)需要采用SM1（對稱加密）、SM2（基于橢圓曲線密碼理論的非對稱加密，也稱公鑰加密）、SM3（消息摘要，采用密碼雜湊算法）、SM4（對稱加密，采用分組結(jié)構(gòu)密碼）等一系列密碼算法來保護(hù)個人信息安全[4]。

5.2 數(shù)據(jù)備份與恢復(fù)

應(yīng)對門禁系統(tǒng)的生物信息進(jìn)行定期數(shù)據(jù)備份，并確保備份數(shù)據(jù)的安全性。在發(fā)生系統(tǒng)故障或數(shù)據(jù)丟失時(shí)，利用備份可以快速恢復(fù)個人信息。建議將個人信息進(jìn)行異地備份，防止因自然災(zāi)害、硬件故障或其他意外事件導(dǎo)致的數(shù)據(jù)丟失。備份技術(shù)可以采用門禁系統(tǒng)自有平臺提供的軟件進(jìn)行，也可以自行開發(fā)針對個人隱私的信息備份。

5.3 訪問控制

門禁系統(tǒng)中存儲的個人信息，應(yīng)該分類設(shè)置其對應(yīng)的訪問權(quán)限。常用訪問控制的3 種模式包括自主訪問控制、強(qiáng)制訪問控制和基于角色訪問控制[5]。

5.4 審計(jì)日志

門禁系統(tǒng)應(yīng)記錄對個人信息進(jìn)行訪問和修改的所有操作并生成審計(jì)日志，用于監(jiān)測系統(tǒng)的安全性和發(fā)現(xiàn)異常行為或未經(jīng)授權(quán)的訪問。這些日志和監(jiān)控可以及時(shí)發(fā)現(xiàn)未經(jīng)授權(quán)的訪問、數(shù)據(jù)泄露或?yàn)E用行為，并采取相應(yīng)的措施進(jìn)行應(yīng)對和調(diào)查。

5.5 數(shù)據(jù)保留期限

門禁系統(tǒng)需要明確規(guī)定個人信息的存儲期限，并在達(dá)到規(guī)定期限后及時(shí)刪除或匿名化這些信息。這有助于避免不必要的數(shù)據(jù)積累和信息泄露風(fēng)險(xiǎn)。

5.6 合規(guī)性考慮

門禁系統(tǒng)在個人信息存儲的過程中，應(yīng)遵守相關(guān)法規(guī)和隱私政策，如通用數(shù)據(jù)保護(hù)條例等。

5.7 安全審查與漏洞修復(fù)

門禁系統(tǒng)應(yīng)定期進(jìn)行安全審查，并及時(shí)修復(fù)發(fā)現(xiàn)的安全漏洞。在門禁系統(tǒng)投入運(yùn)行之前，要對門禁系統(tǒng)的軟硬件進(jìn)行系統(tǒng)的功能測試和安全測試與評估，以確保門禁系統(tǒng)的個人信息存儲符合最新的安全標(biāo)準(zhǔn)。門禁系統(tǒng)應(yīng)及時(shí)更新和維護(hù)其軟件和硬件組件，以修復(fù)已知的漏洞和安全問題。

除了技術(shù)上的保證措施，管理上也要制定符合國家網(wǎng)絡(luò)安全法和個人信息保護(hù)法的相關(guān)規(guī)章制度，保證門禁系統(tǒng)中的個人隱私信息的安全和有效使用。

6 結(jié) 語

本文在給出門禁系統(tǒng)的框架、特點(diǎn)和功能的基礎(chǔ)上，分析生物信息門禁系統(tǒng)的技術(shù)要求，提出門禁系統(tǒng)中個人信息（含生物信息）的安全風(fēng)險(xiǎn)與隱私泄露威脅，并從存儲和管理角度討論了門禁系統(tǒng)中的生物認(rèn)證個人信息安全。針對生物識別門禁系統(tǒng)中個人隱私保護(hù)的問題，提出確保個人信息安全和隱私保護(hù)的技術(shù)實(shí)現(xiàn)，有效地提高了生物識別門禁系統(tǒng)個人信息使用的安全性，降低了個人生物識別信息泄露和被竊取的可能性，可有效保障公民的生命財(cái)產(chǎn)安全。