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、處理和比較儲存的數據。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 安全地儲存了這些數據，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。

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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。