剥下了智能锁神秘的外壳 指纹算法安全又如何衡量呢

当前智能锁所采用的的生物识别技术中,指纹识别(光学+半导体)应用占市场97%。从智能门锁硬件层面来看,指纹模组主要包括传感器芯片、算法IC、存储等。在软件层面,指纹识别算法则为重点。从智能锁市场情况来看,很多锁企对于指纹算法缺乏认知,无法选择适合自身产品的算法,滥用指纹方案,为锁具成品的安全埋下了隐患。

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图像算法与特征点算法的区别

从宏观来看,指纹识别过程分为两个步骤:定位和打分。常用的图像算法和特征点算法都属于定位算法。

ⅰ. 图像算法

原理:基于图形结构本身,对图形局部或全局进行信息提取和数字化描述。因需要描述的信息量大,所以产生的图形模板数据量也较大,需要较高的运算资源来支持其完成图像采集、分析、存储、比对等工作。

识别过程:指纹图像识别算法采取全局比对的方式,包括指纹图像获取、图像处理、模板生成和图像比对等四个过程。

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a、指纹图像获取:通过指纹传感器采集指纹图像。目前,指纹传感器主要有光学式、电容式、超声波方式等。图像算法支持小面积的指纹传感器。

b、图像处理:包括指纹区域检测、图像质量判断、频域滤波、频谱分析、图像增强等过程。

c、模板生成:图像拼接获得手指的整体图像,形成指纹图像模板。

d、图像比对:将输入指纹的图像与已有的指纹图像模板进行匹配,给出两枚指纹的相似度得分,从而给出判决结果。

优缺点:图像算法可利用极小范围内的指纹信息识别异同。但这类算法在指纹图像获取时需多次采集,其中典型的应用就是手机上普遍采用的指纹方案,手机在录入一个手指指纹时往往会要求用户变换角度、按压多次。

此算法对于运算资源需求较高,即硬件成本相对较高。另外,在较大数量的指纹比对时,在比对速度和误识率方面都会遇到挑战。

适用场景:适合指纹容量小、安全级别不高、体验要求不高的产品上。

ⅱ. 特征点算法

原理:基于图像纹理结构,提取出指纹特征点,及其位置、相互关系、曲率等相关信息,并以此做指纹比对。指纹特征点一般有以下6大类:

1. 终结点:一条纹路在此终结 ;

2. 分叉点: 一条纹路在此分开成为两条或更多的纹路;

3. 分歧点: 两条平行的纹路在此分开;

4. 孤立点: 一条特别短的纹路,以至于成为一点 ;

5. 环点: 一条纹路分开成为两条之后,立即又合并成为一条,形成一个小环 ;

6. 短纹:一端较短但不至于成为一点的纹路 。

识别过程:特征点算法采取局部比对的方式,主要包括指纹采集、图像处理、特征点提取、指纹比对等过程。

a、指纹采集:通过指纹传感器采集指纹图像。

b、图像处理:包括指纹区域检测、图像质量判断、方向图和频率估计、图像增强、指纹图像二值化和细化等。

c、特征点提取:从指纹图像中提取出6种特征点的相关信息数据。

d、指纹比对:将两枚指纹的特征点进行匹配,给出两枚指纹的相似性得分,给出是否为同一手指的判断结果。

优缺点:特征点算法的优势是高速、有效、准确。但其依赖于特征点的多少,如果图像太小,则获取的特征点太少,识别效果会出现较大变化。

适用场景:适合大容量指纹比对、安全级别高、体验要求高的产品上。

如何选择合适的指纹方案?

市面上智能锁采用的指纹方案主要以光学、半导体两种为主。一般来说,因为光学传感器的图像采集不稳定,不适合搭配图像算法,如果搭配则需要经过预处理。算法的选取与传感器的硬件特性有关,传感器越好,能够配合的算法也就越多。

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指纹算法主要由产品安全性等级、所需存储的指纹数量、指纹图像大小、指纹识别体验效果、成本要求等因素决定。图像算法可以配合面积较小的传感器,但对计算资源要求较高;特征点算法需要较大面积的传感器,但对计算资源要求较低。

但是,从指纹方案的安全性来讲,传感器面积越大,所采集到的有效信息会越多。相对小面积传感器,安全性、识别率也更高。当传感器面积足够采集到一个完整的全指纹图像时,此时的指纹信息最为完整,安全性能达到最佳。

当前业界鱼龙混杂,又缺乏统一标准,出现一定的传感器面积的小型化倾向。从指纹识别安全性的角度来说,这并不是一个完全正确的做法。

如何判断指纹方案的安全性?

从技术的角度,指纹识别包括了定位和打分两大过程,指纹方案的安全性更主要是与打分机制相关,即对于两个比对指纹之间的相似度判定,及通过阈值的设置规则等。

目前有部分厂商为了降低成本、寻求指纹锁识别的高通过率,以致弱化或简化了指纹识别里的打分机制,使得指纹方案存在着安全隐患。这样的指纹方案无法排除与真指纹有局部相似或相同的假指纹。

那么,如何分辨指纹方案中是否含有安全隐患呢?

可以采用如下实验检测:选取两个膜,第一份膜为真指纹,第二份膜为假指纹,另外将真指纹和假指纹各选取一半组成第三份膜,然后用这三份膜分别开锁。如果只有第一份膜能开,其余两份都不能,那么说明此指纹方案含有较为强化的打分机制;如果第一、三份膜都能开锁,说明这个指纹方案不含有打分机制或者弱化了打分机制,并且可以在第三份膜上调整真假指纹的比例,来判断打分机制的弱化程度。

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指纹膜

随着指纹在软硬件技术上的发展,以往因成本偏高只有政府、金融、公安等专业市场应用,而现在除手机、指纹锁、挂锁等产品外,还不断涌现出更多采用指纹识别的创新产品。两种算法,都具有自身技术特点,相互借鉴、融合或将会成为指纹算法发展方向。

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