人工智能助力生物識別精準化

“你是誰？”在當(dāng)今社會，無處不在的身份識別場景在無聲發(fā)問。進小區(qū)門，要問你是業(yè)主本人嗎？進家門，要扭動匹配的鑰匙或按下指紋；開電腦工作，彈出密碼輸入彈窗。每個人都是獨立的個體，我們能否使用唯一特性與外界建立聯(lián)系？唯一意味著安全，也意味著核實更方便準確，就像我們的身份證，上面有唯一的數(shù)字編碼。

與此同時，數(shù)字化時代，我們與機器的互動，從敲鍵盤一步跨向手指點擊滑動、開口對話、抬起頭、眨眨眼，遠隔千里的人們能便捷地溝通交流、能跨省跨國網(wǎng)上辦事，但客觀上無法實現(xiàn)“親眼所見”，也給建立“信任”關(guān)系帶來新的挑戰(zhàn)。

人工智能技術(shù)的發(fā)展，針對數(shù)字社會人與人之間、人與機器之間如何建立“信任”關(guān)系，提供了一個很好的技術(shù)解決手段，即生物識別技術(shù)。你用什么方式證明自己？怎樣才能定義這世界獨一無二的你？設(shè)備的進化中，誰在保證個人使用的安全性？無接觸生活的背后都是技術(shù)在化解復(fù)雜，生物識別技術(shù)的研究，正是希望解決這些問題。

1.生物識別是數(shù)字社會的重要基礎(chǔ)

無論處于哪個社會經(jīng)濟發(fā)展階段，“人”始終是最重要的核心要素。人類作為群居動物，在地球上有人類的時刻，“信任”的需求就應(yīng)運而生，通過視覺“親眼所見”、聽覺“親耳所聞”等辨別同伴建立信任關(guān)系，這種最原始的通過“親眼所見”等手段建立“信任”的方式也將伴隨人類一直延續(xù)下去。

數(shù)字化世界，需要迭代新的信任交互，生物識別技術(shù)是技術(shù)發(fā)展演進到一定階段的必然產(chǎn)物，也是一種新型數(shù)字身份的基礎(chǔ)設(shè)施。它基于個體生物特征進行自動識別的一種技術(shù)，結(jié)合計算機與光學(xué)、聲學(xué)、生物傳感器和生物統(tǒng)計學(xué)原理等，依靠人體的生理特征或者行為特征來進行身份驗證的識別，是當(dāng)前人工智能技術(shù)和信息安全技術(shù)在工業(yè)界落地應(yīng)用最顯著的代表性成果之一。

所謂生物特征包括人臉、指紋、聲紋、虹膜、指靜脈、體溫等，行為特征則記錄簽名筆跡、行走步態(tài)、坐姿等。這些生物特征各有特點，比如每個人的靜脈血管都不是一樣的，血管也足夠多，因此它的信息唯一、豐富，幾乎不能被復(fù)制；而一個人隨著年齡增長和一些突發(fā)情況，行為特征比如走路姿態(tài)可能會發(fā)生變化，可以理解為特征信息穩(wěn)定性不那么強。

唯一的、穩(wěn)定的生物特征就具備理論上的安全基礎(chǔ)，我們將它們進一步結(jié)合形成有效技術(shù)手段，同時采用多種方式來確保它準確、高效就像使用身份證確認“你就是你”。

作為一種身份認證方式，目前生物識別技術(shù)已經(jīng)在金融、教育、司法、醫(yī)療、社會治理等行業(yè)都有了廣泛應(yīng)用，它需要滿足不同場景、行業(yè)要求和不斷變化演進的業(yè)務(wù)需求。它將迅速成為數(shù)字經(jīng)濟社會的重要信息基礎(chǔ)設(shè)施之一。

2.生物識別開始出現(xiàn)大規(guī)模技術(shù)創(chuàng)新

從技術(shù)上來說，傳統(tǒng)生物識別技術(shù)在魯棒性、準確性以及抗攻擊能力等方面，近年來都有大幅提升。比如突破2D人臉存在景深數(shù)據(jù)丟失的局限性，3D人臉識別技術(shù)因其具有更強的描述能力開始在高準確性應(yīng)用中逐漸增多；在3D識別的基礎(chǔ)上人臉活體檢測的新技術(shù)也進一步被采用；防止人臉數(shù)據(jù)庫被盜庫的識別技術(shù)也已被提出；指紋識別則開始引入基于手指皮膚顏色和的脈搏心率信號的活體檢驗，用于防止被仿生導(dǎo)電材料做成的假手指攻擊；聲紋識別可結(jié)合使用電磁場檢測，來判斷聲源為真人還是揚聲器等。

另一方面，考慮到應(yīng)用場景的不同需求：持續(xù)認證、移動設(shè)備上識別、個人隱私保護等，新型生物識別技術(shù)也是應(yīng)需而生。比如，浙江大學(xué)網(wǎng)絡(luò)空間安全團隊針對持續(xù)認證，開發(fā)了“心臟密碼”系統(tǒng)通過不間斷用生物雷達的無線信號來感知心臟運動，實現(xiàn)了易用性高的非接觸式可持續(xù)認證；針對移動設(shè)備上的生物識別，利用設(shè)備內(nèi)置攝像頭捕捉到的眼球運動，智能手環(huán)上測量到的心電圖，以及虛擬現(xiàn)實頭罩測量到的眼電圖和腦電波都相應(yīng)的實現(xiàn)了可靠的生物識別；針對生物識別中的個人隱私保護，采用無線信號成像來代替攝像頭，既避免了攝像頭受視角和阻擋等條件的限制，更消除了直接獲取圖像的隱私泄露風(fēng)險。

另外，正如每種生物特征各有特點，在充分考慮各種攻擊場景下，任何單一生物識別技術(shù)往往都呈現(xiàn)出特定的優(yōu)勢和局限。每個模態(tài)都具有不同的數(shù)據(jù)安全程度、采集適應(yīng)場景、隱私敏感度等，因此解決方案并不能通過單一技術(shù)完全達成。

多模態(tài)多因子生物識別技術(shù)融合因此非常重要。比如夜晚光照不理想，人像識別率低，結(jié)合紅外成像和熱成像的跨模態(tài)互補就能增強人像識別的準確度。像是螞蟻金服多模態(tài)融合人臉識別技術(shù)實現(xiàn)用戶的精準識別，滿足金融級誤識率（低至千萬分之一誤識率）下，大大超出了單模態(tài)人臉識別技術(shù)能達到的性能瓶頸，并提升了人臉識別的安全性。同時，還充分利用移動設(shè)備的芯片級安全能力，經(jīng)過與產(chǎn)業(yè)鏈多方的合作，構(gòu)造了基于TEE（可信執(zhí)行環(huán)境）的全鏈路安全協(xié)議，為生物支付提供了強有力的安全保障。此外，通過風(fēng)險感知模塊檢測黑產(chǎn)攻擊，風(fēng)控引擎自動更新風(fēng)險模型，風(fēng)險攔截效率大幅提升，充分保證了交易安全。

未來生物識別技術(shù)的趨勢便是如此，將會從傳統(tǒng)的只提取人體生理特征，向人、物理世界、數(shù)字世界融合的認證方向發(fā)展。生物識別技術(shù)將在和環(huán)境特征、數(shù)字憑證相結(jié)合，滿足時空關(guān)聯(lián)、多模態(tài)多因子融合的基礎(chǔ)上完全實現(xiàn)可信認證。

3.“生物識別”“多模態(tài)融合”作為主流研究方向形成標準化的應(yīng)用共識

從實驗室走向產(chǎn)業(yè)商用，從模型走向安全產(chǎn)品，靠的是持續(xù)生物識別技術(shù)迭代和多重技術(shù)算法的保障，尤其引起我們關(guān)注的是“安全和隱私保護”。

基于這一點，去年，浙江大學(xué)和螞蟻金服聯(lián)合成立了數(shù)據(jù)安全與隱私保護實驗室，匯集了雙方創(chuàng)新力量和優(yōu)勢資源，產(chǎn)學(xué)研聯(lián)合推進前沿科技研究，提升國內(nèi)生物識別行業(yè)安全技術(shù)水平。

目前針對人臉數(shù)據(jù)脫敏、不可逆、可更新、加密等做了大量研究，給生物識別信息保護提供可行的安全技術(shù)解決方案。部分安全技術(shù)已經(jīng)轉(zhuǎn)化應(yīng)用到螞蟻金服人臉識別技術(shù)上，支撐大量金融級安全應(yīng)用。

在生物識別技術(shù)突破最多的是人臉識別，即在圖像特征抽取和人臉比對環(huán)節(jié)中取得了很大進展。但從實驗室之外的實際場景應(yīng)用模擬發(fā)現(xiàn)，其影響因素很多。從全鏈路的角度來看，活體檢測、人臉交互、關(guān)鍵點定位、人臉跟蹤等在真實的場景下，特別是不同的手機、環(huán)境、用戶背景等條件下，想做到非常好并且穩(wěn)定的用戶體驗是很難的。我們對此進行了很多特殊的優(yōu)化，如使算法在不同的手機上達到比較一致的運算速度、響應(yīng)時間，通過文案設(shè)計提高用戶對刷臉的感知和理解，適應(yīng)用戶背景（如光線、角度等），分析基于其他傳感器數(shù)據(jù)的反饋等。同時企業(yè)根據(jù)自身業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，向?qū)W術(shù)界持續(xù)反饋新的需求，也反過來促進了聯(lián)合實驗室在新技術(shù)前沿開拓的方向感和緊迫感，產(chǎn)學(xué)研聯(lián)動形成良性閉環(huán)發(fā)展。

基于我們共同進行的大量研究、實踐積累，近期企業(yè)已在IEEE成立“移動設(shè)備生物特征識別”標準工作組，并立項“生物特征識別多模態(tài)融合”IEEE國際標準。這也是中國企業(yè)首次在國際標準中，提出移動設(shè)備多模態(tài)融合技術(shù)的實現(xiàn)框架、功能要求、性能要求、安全要求等。這意味著，“生物識別”、“多模態(tài)融合”作為主流研究方向?qū)⑿纬蓸藴驶膽?yīng)用共識。這也是一項技術(shù)脫離實驗室踏上商用之路的重要一步，有利于推動行業(yè)平均技術(shù)發(fā)展水平。而國際標準是國際規(guī)則和共識重要通用載體，對整個行業(yè)良性發(fā)展至關(guān)重要，也是具備技術(shù)實力的中國企業(yè)必須具備發(fā)言權(quán)之處。毫無疑問，高校和企業(yè)在生物識別這類國際前沿技術(shù)及標準上的探索，是中國科技布局眼光、研究能力、科學(xué)嚴謹性的綜合體現(xiàn)。它同樣預(yù)示著，中國企業(yè)在人工智能技術(shù)領(lǐng)域的國際競爭進入新階段——從產(chǎn)品出海到技術(shù)走出去，如今又向輸出全球標準邁進。