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2017年12月4日 星期一


OnePass. User-friendly touchless biometric authentication service







來源: 硅谷网




毫無疑問,提及目前世界上最先進的高端手機之爭,無疑就是就是蘋果與三星了,這兩家公司的產品都有著自己的鮮明特點,也因此受到了自己粉絲們的支持與喜愛。

而在最近蘋果發佈的產品中,最受外界關注的,無疑就是十週年的旗艦機 iPhone X,除了破天荒的使用了異形全面螢幕外,蘋果還十分有魄力的將 iPhone ,最近幾年使用成熟的 Touch ID 替換成 Face ID,這樣的做法自然引起了不少人的爭議。

我們知道 Face ID 的臉部辨識,並不是十分新穎的科技,三星在之前的產品也有配備過,只是效果一直不怎麼理想,安全性能也未得到外界的贊同。

為此三星選擇了一台設備多種生物辨識技術的方案,除了有臉部辨識之外,還配備了指紋與虹膜辨識供用戶選擇。

在蘋果的 Face ID 推出之後,三星與蘋果的粉絲就一直在爭論,到底是蘋果全新研發的臉部辨識更安全,還是三星的虹膜辨識方案更佳?最近國外一位喜歡研究各種電子設備的電氣工程師,就對此發表了自己的看法,看下他分析的結果是怎麼樣的。


使用臉部作為密碼,只是讓人有點小興奮
在 9 月的蘋果發佈會上,iPhone X 被曝光。可以看出,蘋果在其「十週年紀念」旗艦上全力以赴,而其中一個新功能就是 Face ID。

用你的臉解鎖手機,並不是什麼新鮮事。Android 已經使用有一段時間了,之後三星在 Galaxy Note 7 上,使用了一個特殊的虹膜掃描儀。但蘋果的做法與以往不同,這是慣常的做法。蘋果沒有使用一種單一模式來創建解鎖令牌,而是使用了你的臉型。而且它還有一些非常專業的硬體,可以協助它做到這一點。

我還沒有使用過 iPhone X,但這是一個我有豐富經驗的領域。對空間圖形的調制獲取,然後將獲得的數據,轉換成某種軟體可以作為唯一標識符的東西,已經存在一段時間了,現在你的房子裡的產品,不少都是用這個技術,來製造、包裝或品質檢查的。

我參與了一些系統的設計和佈署,這些系統使用深度圖像採集來對產品(蘋果、桃子、李子等)進行分類,區分形狀和大小,並據此來理解人臉辨識技術是如何工作的。

讓我們來比較一下。


安卓的臉部辨識
2012 年,「臉部辨識」首次亮相 Galaxy Nexus。

自 4.0 版以來,用臉解鎖手機一直是 Android 系統的一部分。這是我們比較的三件事中,最不複雜和最不安全的。

使用前置攝影機,你的 Android 手機可以抓取一張你的臉,然後谷歌的人臉辨識軟體就會對它進行處理,以建立一組基於圖像的數據。當你拿著手機貼近你的臉去解鎖時,辨識系統會收集、處理和比較的數據。如果軟體能匹配這兩種軟體,就會將一個令牌傳遞給系統,這樣你的手機就會解鎖。

在那時候,安卓各大手機廠商開始跟風推出「臉部辨識」,而三星在最新款手機上的表現則要好得多。

這些數據不會被發送到任何地方,而是透過手機本身收集和處理。它被安全地儲存並加密,沒有其他進程能夠讀取原始數據。安卓手機的解鎖功能,也不需要任何特殊的燈光、傳感器或攝影機——它使用的是你用來自拍的前置攝影機。

三星改進了 Galaxy S8 和 Note 8 手機的體驗,在螢幕被觸碰後就開始掃描,而且由於攝影機和 CPU 的性能更好,處理速度更快、更準確。Galaxy S8 的臉部解鎖速度很快,而且一旦用戶在使用手機,進行臉部解鎖的時候握穩手機,它的效果通常都會很好。

臉部解鎖最大的問題是它不安全。沒有一家安卓廠商會宣傳這項功能是非常安全的,即便是谷歌或三星。這是一個方便的功能,用來展示(並優化)谷歌的臉部辨識算法,一張臉部的打印照片都可能會擊敗安卓陣營的臉部辨識。

值得慶幸的是,三星還提供了另一種辨識人臉的方式。



三星的虹膜掃描
三星首次將虹膜掃描技術引入,是在 Galaxy Note 7。它是讓電腦掃描用戶的眼球來驗證身份,這是我們在電影經常中看到的東西,它被用於在真實的政府設施中保障安全出入。三星在其虹膜掃描系統中,也採用了同樣的理念,只是縮小了範圍,這樣它就能更快地工作,並能利用智慧手機有限的資源。這對你的手機來說已經足夠安全了,即使不是 100% 的萬無一失。

每隻眼睛都有不同的虹膜圖案結構,即使是同一個人的右眼和左眼都有很大的不同。

虹膜圖案實際上比指紋更獨特和清晰。因為每一隻眼睛都是獨一無二的,所以三星可以用你的眼睛來辨識你,並把它當作你的身份憑證。這些憑證可以用於任何指紋,甚至密碼都可以。用戶只需要拿著手機對準相關位置,這樣特殊的攝影機就能看到你的眼睛,你的手機也能解鎖。

為了做到這一點,三星在手機上使用了專門的硬體。二極管發出近紅外光,照亮你的眼睛。這是一種人類無法看到的光的波長,但它是相當強烈和「明亮」的。使用近紅外光有兩個原因:你的瞳孔不會收縮,你的視覺也不會改變,而且它能比我們所看到的其他波長,更好地照亮任何有顏色圖案的物體。

如果你仔細觀察你的虹膜,你會發現有幾百種不同的顏色,不同的圖案。在近紅外線下,有成千上萬種顏色,它們之間的對比非常好。這會更好地抓取你的虹膜圖像,因為即使你沒有看到任何這樣的圖像,你的手機也可以用它來建立一個數據集。

三星使用近紅外光和一個特殊攝影機,來收集和處理你眼睛的數據。

一旦虹膜被照亮,一架經過特殊調諧的窄焦鏡頭,就能捕捉到一張圖像。你的 Galaxy S8 上的普通前置攝影機可以在紅外線照明下註冊顏色資訊,但是一般的相機,無法辨識虹膜,這就是為什麼需要第二個攝影機的原因。

設備分析了這張圖片後,會在你的手機上建立了一組清晰的數據。所有的數據處理、分析和儲存都是在本地完成的,而且是經過加密的,因此只有辨識用戶本人的虹膜,才有機會訪問它。這些數據被用來創建一個令牌,如果虹膜掃描的過程,提供了正確的標記——安全檢查通過——就是檢測用戶註冊的的虹膜資訊,接下來任何需要身份的軟體,就都可以繼續進行操作。

當然,三星也會使用普通的前置攝影機,收集用戶的臉部數據。最可能的是,臉部數據被用來幫助建構用戶的臉部位置,這樣虹膜掃描儀就有了清晰的視野。

你的眼睛需要在正確的位置設置和使用虹膜掃描儀。

這其中存在一些固有的缺陷。因為用戶使用虹膜掃描來解鎖手機,往往希望非常快的速度,而不是等眼睛裡收集的數據完全匹配無誤。

三星必須在安全性和便利性之間,找到正確的平衡點,因為沒有人願意為每一次掃描等待5到10秒,因此虹膜辨識可能會被彩色高解析度雷射列印照片,和普通隱形眼鏡模擬而誤導。但是老實說,基本上沒有人會有一張你的眼睛的照片,清晰到足以解鎖你的 Galaxy S8 或 Note 8。如果他們能做到獲取照片,那這種情況下,手機安全或許不會是你面對最大的問題。

只要你的眼睛處於「最佳位置」,三星的虹膜掃描就能很好地工作。

更大的問題是準確性。你的虹膜需要經過分析,才能透過軟體檢查,因為相機捕捉到的圖像是非常有限的,所以你的眼睛需要有一個「最佳平衡點」。你需要在那個點度過,足夠長的時間來通過驗證。如果沒有收集到足夠的數據,來阻止別人隨意破解進入你的手機,這個系統就沒有用處了,所以這就是它的工作原理。

這是一個很好的系統,就生物辨識安全而言。而對很多使用者來說,這會有效的增加他們的設備安全。只有你的眼睛數據才能讓其工作,而且速度相當快。你只需要學會正確地使用它——是的,通常這項功能不起作用,是由於很多時候你的眼睛睜得太大不自然導致的。


蘋果的人臉辨識系統
蘋果在手機上的生物辨識安全問題研究上,已經進入了新的領域。從發佈會上蘋果對其的說明就可以看到,要實現 Face ID 需要專門的環境及臉部感應器,以及各種投影掃描模組、並配備特殊的深度感應鏡頭,以及一個非常昂貴的圖像處理計算經片,以便收集足夠的臉部形狀數據,獲得每個用戶獨特的臉部辨識。現在,蘋果的新一代 A11 經片和搭配的神經引擎來處理這些數據。

臉部辨識系統會投射出,強烈的紅外線來照亮你的臉。就像三星的虹膜掃描儀所使用的光一樣,它是一個人眼無法看到的波長,但它非常「亮」。這就像一盞大燈——在一個寬闊的區域,會有等量的光照射到你的臉上,並且會在你的頭部邊緣迅速消失。

蘋果正在嘗試一種與傳統人臉辨識完全不同的東西,以及它是如何收集臉部資訊的。

當用戶的臉被照亮的時候,一個由紅外 LED 雷射器組成的矩陣會投射到你的臉上。這些 LED 燈使用的是紅外線的波長,與用於照明的光線形成對比。成千上萬的光點會覆蓋你的臉。當你移動的時候(我們永遠不能完全靜止),光點就會反映出這些變化。

當你的臉被紅外線燈照亮,並投射出一個光矩陣,深度感應相機就會自動收集相關圖像數據。每一處的光點都被標記出來,當你移動的時候,這些變化也會被系統記錄下來。這就是所謂的深度圖像採集,利用調制的模式投影。

這是一種收集數據的好方法,可以在任何類型的光照條件下,甚至在物體運動時顯示形狀變化、辨識邊緣檢測和深度。透過收集大量的數據,就可以獲得用於 3D 臉部重建的各種形狀。

然後,數據被傳遞到蘋果的 A11 仿生神經引擎上。它是一個獨立的子系統,有自己的處理器,可以即時分析數據,甚至可在收集數據同時進行同步分析。

這些數據被用來重塑用戶的臉,就像動態模擬表情 Animoji 演示的那樣,使用臉部辨識傳感器來檢測用戶臉部表情變化,同時用麥克風記錄您的聲音,並最終生成可愛的 3D 動畫表情符號。當你的臉移動時,動畫表情也會跟著移動。這是一款近乎完美的模仿產品,蘋果也據此在 iOS 11 中推出了新的 iMessage 動畫表情符號,表現出色。

Face ID 使用的技術與 Android 手機上的 Tango 技術類似。

為了進行身份驗證,數據集還用於計算一個惟一標識符。就像三星的虹膜掃描儀一樣,Face ID 安全地了這些數據,並可以將其與特殊攝影機所收集的相比較,如果數據集與攝影機看到的內容相匹配,那麼設備就會通過安全檢查,而驗證「你真的是你」的標記,會被發送給任何需要它的進程。

儘管蘋果也做出了一些讓步,以確保 Face ID 的快速和便捷,但從用戶的角度來看,它也有一些明顯的優勢。Face ID 實際上更安全,它可以收集移動數據(意味更多的數據被分析)。因為是與整個臉部進行匹配,所以相機可以使用更廣闊的視野,沒有「最佳平衡點」的要求。

投射在你臉上的矩陣,只會集中採集人臉部區域的數據,True Depth 深度感應相機和後台系統會驗證是否正確。

Face ID 比虹膜掃描更有價值的一點在於,你的臉部表情數據可以用於其他用途。使用蘋果的 TrueDepth 深感攝影機系統。我們可以看到蘋果已經開發出不少有趣的東西,包括自拍的新肖像模式、動畫表情符號和 Snapchat 面罩。蘋果已經建立了仿生神經引擎,它可以與第三方軟體共享簡單的形狀數據,同時又不暴露用於建構安全標識令牌的數據。

開發者iPhoneX自拍新玩法,動態臉部建模以後動畫師不用畫圖了 ...

哪一個功能更好?
在我們嘗試之前,我們不能輕易就下達結論。

更好的說法是主觀的,尤其是在現實世界中,我們還沒有使用過 Face ID 或 iPhone X。在身份驗證方面,用戶看重的是這個過程要準確和迅速。

三星的虹膜掃描儀在用戶點亮手機的時候,對準相應的位置就可以解鎖設備。但從文字說明介紹中,Face ID 似乎更容易使用,因為它不需要鎖定任何特定的位置才能工作。但對於大多人數來說,或許這兩種情況都不太好,人們更希望使用指紋傳感器,而 Galaxy S8 和 Note 8 都有指紋傳感器。

無論你喜歡哪個,毫無疑問,蘋果在這臉部辨識方面已經超越了別的競爭對手。搭配的一系列硬體協同工作,可以建立和收集臉部形狀和特徵的數據,再結合自己的處理系統,來分析處理它,而且建構的是 3D 成像的臉部辨識。

我很高興看到這一水平的技術,出現在移動設備上,並且迫不及待地想看看這款具有未來意味的產品 iPhone X ,在實際情況當中表現得如何。


                                                                                                                                                                                                                 

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