當你看到指紋手機又被破解的視頻，你是否感到恐慌或是認為只是危言聳聽？當你假期旅行、周遊列國的時候，是否考慮過海關系統指紋驗證的必要性？被列入黑名單的嫌疑人，破壞自己的指紋就可以通過系統檢測嗎？你聽說過「指紋丟失」嗎……你的指紋還好嗎？中國科學院自動化研究所副研究員臧亞麗帶來演講《嘿！你的指紋還好嗎？》。
臧亞麗演講視頻：
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以下為臧亞麗演講實錄：
我是臧亞麗，來自中國科學院自動化研究所。
大家都比較關注指紋的安全性，所以我的分享主要圍繞安全性展開。
我本科畢業於西安交通大學，然後中國科學院大學碩博連讀，後來在中科院自動化所做副研究員。
在我整個學習和工作的過程中，一共涉及到以下幾個指紋的課題——
形變指紋的匹配。在採集的時候，手指可能會變形，比如會不自覺地擰一下，會影響識別的效率。
現場指紋識別。它主要應用在公安上，是關於怎樣能將指紋有效地從背景裡找出來，然後跟正常的指紋做匹配。
假指紋甄別。主要研究各種材料的假手指跟真正的皮膚採集的圖像有什麼區別。
小面積的指紋識別。我們有一個橫向的項目，跟公司合作來做指紋識別的晶片。
更安全：密碼，還是指紋？
大家覺得，指紋和密碼，哪一個更安全？指紋現在應用得這麼廣泛，是因為密碼不安全嗎？
一個八位數字組成的隨機密碼，一共會有10^8（1億）種方案。也就是說，隨便生成一個八位數字的密碼，另外一個人隨機猜到的可能性是一億分之一。如果夾雜大小寫字母和符號，就會有94^8（6千萬億）種。
這就是說，當選擇的範圍越寬時，密碼的不確定性就越高，相對安全性也就會越高。
信息學和密碼學的領域裡有一個「熵」的概念，用來評測密碼的安全性。密碼熵裡邊有兩個關鍵變量L和N，表示在N個符號的範圍內，去隨機選擇長度為L的密碼，得到的值是52.7。
而指紋只要採集的位置、面積、形變角度等存在不一致，收到的信息就會不一樣。正因如此，很難定量判斷指紋的唯一性和不確定性有多高。全世界六十億個人，每個人十個手指，一共有六百億個手指。而指紋又是唯一的，算下來是六百億分之一——這樣說起來好像是絕對安全的，但其實不是這樣的。
很難定量判斷指紋的唯一性和不確定性有多高｜Pixabay
目前商用的指紋算法（比如手機解鎖），在誤識率為五萬分之一的情況下，拒識率小於百分之三。也就是說，在別人的手指試五萬次，會有一次能夠非法通過認證的前提下，自己的手指每試一百次，有三次會被拒絕掉。
這是一個博弈的過程：誤識率和拒識率，一個高，另外一個就會低。目前的數值，是從用戶反饋中得出的。
這個性能，對小面積而言是1：小N——系統裡可能會註冊不止一兩個手指；對大面積而言（刑偵公安或者大資料庫）而言是1：大N。所以，指紋系統的安全性（指紋識別出錯的概率）大致是五萬分之一，大面積的可能會達到十萬分之一或者二十萬分之一，但目前的技術也就到此為止了。
指紋系統和密碼系統的安全性完全不是一個量級的，但是也不能就此認為後者就是安全的。
為什麼？
大家想想：我們設置的密碼，真的是隨機的嗎？即便是隨機的密碼（而且要所有的系統都不一樣），記得住嗎？
所以有兩個概念，一個叫「預測熵」，一個叫「最小熵」，它們是用來衡量考慮了各種實際情況以後可能達到的安全性的測度。
預測熵，就是任意的一個8位字符。在有組合要求（有大小寫、有符號、不能是一個英文單詞、不能是連續的數字等等）的情況下，數值可以達到30，也就十億分之一的概率會被猜中。
十億分之一，聽起來還可以；但是，我的密碼絕對是自己慣用的幾個組合，因此也存在較壞情況下的判斷，而這就與最小熵（即認為他人達到最優狀態，如對主體密碼設置習慣有一定了解）有關。
一般來說，一個密碼系統的最小熵達到是10（即在隨機一千分之一的概率被猜中），我們才能認為它是安全的。在系統本身不做限制或者安全增強技術的情況下，密碼要有15位才能保證一千分之一。15位的密碼，大家有嗎？反正我沒設過這麼長的密碼。所以密碼的安全性其實並不高的，容易被人破解。
通過上述討論，我們可以得到一個大概的結論：指紋系統的安全性往往是由它系統本身（硬體、算法）決定的，而密碼系統幾乎完全依賴於用戶的使用習慣。因此，對於特別認真謹慎而且記憶力特別好的人，密碼可能更安全；但對於比較馬虎的一般人，設置密碼有點隨便，可能還是指紋更安全。
指紋的優勢有哪些？
所以，就安全性而言，指紋並沒有比密碼有本質上、顛覆性的突破。不是說用了指紋之後，密碼所有不安全的問題都解決了。
那麼，為什麼指紋應用如此廣泛？
因為方便。
指紋到底有什麼優勢呢？
首先是方便、快捷。我不用像鑰匙一樣帶在身上，也不用特意記住，甚至都不用每次輸入——一摸就開了。
還有固有特徵。固有特徵的意思是，指紋是長在我身上的，所以認證通過了我的指紋就代表認證通過了我這個人，而不是密碼、卡或者證件。因此，也就減少了盜用密碼以及盜刷卡或者證件的可能性，所以這是它比密碼要好一些的地方。當然也不是絕對的，比如還有假指紋可以偽造。
另外還有穩定性。指紋終生不變，但不代表完全不變。已經有很多人做過研究，隔5年、10年再去採同一個人的同一根手指，相似度會有一些下降。此外，體型胖瘦、手的乾濕程度以及磨損程度（如受傷、劃痕、脫皮）也會造成影響，但都是在量變的水平，沒有到質變。
電影《烈日灼心》裡，主人公每次抽完煙都碾搓菸頭燒自己的手指，希望能把指紋燒得無法辨認。那麼，這種方法有用嗎？在結局中他被捕了，所以我們可以一步到位地得出結論說沒用。
為什麼沒用？
儘管破壞了指紋，必然會影響到識別，但是能不能匹配成功，取決於多個因素。
首先取決於破壞的程度。在這張圖中，指尖部分可能破壞得不能用於識別了，但是指腹只要採集得夠多，還是能夠識別出。
但是，如果破壞的程度真的很高呢？比如整個表層皮膚都破壞掉，甚至連底下都沒有了。那可能就識別不出來了。但是在公安刑偵領域，並不會把指紋作為嫌疑人唯一的特徵，還會有別的識別方法。電影中，鄧超飾演的辛小豐之所以會被關注，就是因為他搓菸頭的動作被看到了。
不同場景下的規則有什麼區別？
在正常的指紋應用環境裡，指紋識別根據不同的運用環境也會有不同的規則。
我簡單歸納為「非你不可，偏你不行」——這不是專業用詞，是我自己編的。
什麼叫「非你不可」？這是我的手機，就只有我能通過，其他人一律都不行，所以它只關注我固定的一根手指。只要不吻合，就不讓通過。
「偏你不行」指的是，不允許海關刑偵黑名單上的人通過，而其他人都可以。
具體該怎麼實現呢？
首先，會設置閾值來判斷是不是同一個人，或者同一根手指。閾值的取值在不同的應用場景下可能不一樣，在「非你不可」這邊可以高一點，哪怕多拒絕真的用戶幾次，也不能讓假的用戶過去。但是在「偏你不行」這邊，閾值就可以取得低，可以相似用戶留下來再看一看。
還會關注是否存在異常現象。如果犯罪分子想通過破壞指紋來逃脫，就反而會受到關注。
「指紋丟失」有哪些情況？
「指紋丟失」也不是一個專業的概念，但是我在很多地方都見到過這種說法。
什麼叫指紋丟失？
主動破壞自己的指紋，肯定是丟失的一種，因為如果破壞程度大就會永久性失去指紋（不可能再恢復到原來的紋理）。
疾病和外傷和磨損所致的表面紋路受損更為常見的，但這種情況下，經過一段時間就可以恢復到和原來一致。
還有一種叫指紋副本丟失。是指得到的指紋圖像，或者製作出來的假指紋丟失。
還有指紋模板丟失。指紋特徵存在系統裡，就有可能會被可能黑客獲取。
我重點對後面兩種稍微闡述一下。
01
指紋副本丟失
首先是關於假指紋。
左邊兩幅圖片是我在網上找的例子，是通過矽膠或者導電材料製作假指紋。自己做自己的假手指，沒什麼難度，因為配合度非常高；甚至可以做多做兩個，找其中最清楚的那個識別。
那麼，假指紋涉及到哪些技術呢？它分軟體和硬體兩個層面。
軟體層面（算法）包括動態特徵和靜態特徵。首先，手指摁下去的過程就是一個逐漸形變的過程，這就跟材料的彈性和質地有關；而且要考慮出汗。其實在軟體層面，可能紋理更有效，因為它是一個靜態的特徵，不需要不停地採很多幀。但是不同的材料摁下去以後形成紋路，雖然可能肉眼看不出來，但計算機能識別出明顯的區別。
硬體層面（設備）會集成一個小模塊。儘管現在測生理信號的模塊都很成熟了，但考慮到體積和成本，應用場景十分有限。
為什麼我們手機裡面沒有假指紋的甄別技術呢？一方面，就是因為增加相關硬體就要增加體積——手機再厚一層估計你也不願意。另一方面，在自己不願意、不知情的情況下，別人拿我的手指去做假指紋，還要能打開手機，需要挺高的技術含量，而且是非常專業的領域才能實現的。所以大家也不用特別擔心。
02
指紋模板丟失
接下來是關於穩定性。
指紋終身不變，到底是優勢還是缺陷？這個問題其實是所有的生物特徵可能都會面對的。剛剛說過，指紋會丟失，不管是副本丟失還是模板丟失，別人有了我的指紋，但是我的指紋永遠不會變，不能像密碼一樣更改重置。因此，一旦指紋被別人知道，我其它的系統都不能再用這個指紋了，因為它不安全了。
其實現在也有指紋模板保護技術，而且這個工作已經做了很多年了。但是因為它會有一點問題，就是會損失指紋的有效信息——因為它相當於對指紋做了一次加密，然後用加密後的信息再去做認證，所以必然會造成一定的信息損失，進而導致精度上的下降。雖然這項技術目前還沒有成熟到可以隨便應用的程度，但在不斷進步。
保護指紋：勢在必行，還是危言聳聽？
我簡單總結一下前文：指紋相比密碼其實沒有更安全，但確實更方便。但同時，它帶來兩個問題，一個是假指紋，一個是指紋丟失。也許大家特別關注指紋丟失，但我認為不需要在上面太費心思，因為別人拿著你指紋來攻破系統，不是一般人能做到的。
曾有新聞報導說，一段膠帶就能破解手機的指紋解鎖：把透明膠帶貼在手機指紋識別鍵上，只要試三次就能解鎖。其實，這在理論上是可行的。但是。你真的不會發現自己的手指或者手機上貼了一個膠帶嗎？所以，其實它不是隨便就可以發生的。
還有人說，不要隨便拍照比Y，不然指紋會丟失。我想說，雖然現在通過遠距離拍照實現手機指紋的採集和識別可以做到，但需要在非常苛刻的條件下：人要有一定配合度，相機的解析度要高，圖像成像的角度要合適，周圍的環境光線要好……有很多的要求。所以不是說上去拍一下，你的指紋信息我就有了。
所以，對於像我這樣的普通人，享受簡單生活的簡單快樂就可以了。謝謝大家！
演講嘉賓臧亞麗：《嘿！你的指紋還好嗎？》
作者：臧亞麗
編輯：麥芽楊、凝音
來源：我是科學家iScientist
編輯：金魚J