身体就是密码 —— 生物辨识技术｜星岛教室
2024-11-07 12:03 
密码的形成，源于人类对秘密的渴望。从前人们为了保护私隐，便创造出各种符号和代码去把讯息隐藏。时移世易，这种「隐藏艺术」演变得更复杂。从古埃及的象形文字到现代的数位加密算法，密码的演变彷佛就是连场硬仗。进入数位时代，密码使用更是无处不在，我们必须透过一串神秘符号才能解锁属于你的数位世界。然而，随着解秘技术进步，人们意识到不能再依赖仅仅由文字或数字组成的密码。因此，以「身体作为密码」的概念逐渐浮现。生物辨识技术正是这一理念的具体实践，这提高了安全性及使用更便捷。
何谓「生物辨识技术」？
生物辨识技术主要可分为「生理特徵」和「行为特徵」。「生理特徵」是指与身体结构和生理功能有关的特徵，例如指纹、脸部、声纹等。「行为特徵」是指个人在特定活动中的独特行为，例如书写时的笔划及笔压，说话时的音调及声音强度等。生理特徵通常难以模仿，也不受个人情绪影响，因此可信度较高。
指纹辨识
每个人的指纹都是独一无二的，即使双胞胎也拥有不同指纹。因此，指纹在身份验证领域具有相当高的准确性和可靠性。指纹由一系列独特的纹路组成，包括称为「脊线」的隆起部分和称为「谷线」的凹陷部分。系统通过光学、电容式或超声波传感器来扫描人们的指纹，并将其转换为数据。光学指纹辨识通过拍摄指纹图像后进行比对；电容式辨识则利用电场感应来捕捉指纹的细节；超声波辨识则是利用声波穿透皮肤来捕捉指纹的三维结构，大大提升辨识在细节上的精确度。
指纹辨识的优点在于高准确性和快速反应时间，在日常生活应用十分普及，如许多国家的机场出入境检查。iPhone在2013年新增Touch ID功能，让指纹辨识进入大众生活。
人脸辨识
每个人都有独特的脸部特徵，因此人脸辨识技术能提供更高的身份验证准确度。系统通过摄像镜头获取人面图像，再使用人脸检测算法，如深度学习模型来识别图像中的人脸位置，再提取特徵，包括面部轮廓（如眼睛、鼻子、嘴巴的位置和形状）、面部特徵点（使用标记点来描述面部的几何结构、深度特徵）及其他更复杂的特徵。当有人使用系统时，系统会与数据库的资料进行比对，包括欧氏距离（计算特徵之间的距离）及馀弦相似度（评估两个特徵的相似性），最后交出识别后的结果。系统亦会透过机器学习算法，不断进行训练和优化，提高识别的准确性和稳定性。iPhone X引入的Face ID系统，亦是透过深度感测技术（TrueDepth摄像系统），再通过红外线发射器和点阵投影器去捕捉个人脸部的三维影像，更令单纯使用的照片无法欺骗系统。人脸辨识技术在生活中更可取代拍卡或密码作为进出重要场所的门禁系统，本校亦在2020年开始以人脸辨识技术为学生点名，大大减省因为遗失学生证带来的种种不便。
随着科技的进步，生物辨识已扩展到更多领域，例如虹膜辨识、视网膜扫描、声纹辨识和静脉识别等。虹膜辨识和视网膜扫描是利用它们的独特纹理进行身份确认；声纹辨识则是根据人的声音特徵来进行身份验证，在语音助手和客服系统中能广泛应用；静脉识别则是通过识别手指或手掌中的血管分布来确认身份，具有极高的安全性。
特别生物辨识
耳道辨识
透过反射的声音来确定耳道具体形状。当使用者佩戴耳机，耳机便会发出声波，自动扫描及记录使用者耳道形状。其原理是利用简单物理学理论——「空气柱共振」，即一般管乐器产生特定声音的原因。人类耳道长度约2至3公分，戴上耳机后，耳道便成为封闭式空气管，共振发生的频率会因耳道的长度而异，强度和衰减也因耳道形状和面板硬度有所差异。因此，透过声波反射结果可分辨及获悉个人身份。
心电图辨识
通过分析心脏的电活动模式来识别个体。直觉上，心电图会随着生理状态不同而产生变化，但是研究发现，其实每个人的心电图都有独特的波形和特徵，即使在不同情况下（如情绪或健康状况变化），这些特徵仍然具有一定的稳定性。
未来发展
各国正研究不同生理特徵作为生物识别的一部分。日本有公司利用人独一无二的坐姿来辨识身份，并会调整座椅位置、高度及角度，方便使用者驾驶汽车；西班牙亦有一间大学正研究利用人的特殊体味来辨识身份。
无感辨识
生物辨识技术另一发展方向，就是「无感辨识技术」。我们可以透过使用者难以模仿的行为特徵作为一种补充的身份验证，例如步态识别及打字模式识别等，特别是在移动环境或远端操作中发挥的作用更显著。随着穿戴式设备的普及化，生物辨识不仅用来验证身份，还可提供健康监测和个性化服务，例如智慧手表可以通过心率及血压等数据来识别用户，并提供相应的建议或提醒。
多模态生物辨识
此外，单一生物辨识技术仍有不足的地方，因此「多模态生物辨识技术」成为新趋势，这意味着系统能同时运用多种生物特徵进行身份验证，例如结合指纹、脸部和声纹来提高准确性。
总括来说，生物辨识技术正以独特的优势去改变我们与数位世界的互动方式。随着技术不断进步，「身体就是密码」的理念将更容易实现。未来，生物辨识技术将成为我们生活中不可或缺的一部分，更是现代科技的象徵，我们将会迈向更智慧、便捷、安全的数位生活。
小思考，大智慧
- 你还想到有哪些可发展的生物辨识技术吗？
- 生物辨识技术虽然便利，但亦有不少潜在危机。试举出一些存在风险。
参考答案
1.自由作答。例如皮肤识别（利用皮肤的颜色、纹理进行识别）、滑鼠使用模式识别（滑鼠指标的移动速度和加速度、点击的频率、位置和持续时间）、面部表情识别（表情的变化模式和持续时间、眼睛的运动和注视的方向）。
2.生物辨识技术的潜在风险，例如私隐问题。生物辨识技术须收集大量个人资料（如指纹及面部特徵），如果数据使用不当，会导致个人私隐面临严重风险；另外，亦有安全问题，因为当生物辨识数据被盗取或滥用，将难以像传统密码般轻易更改。所以我们要加强对生物数据的保护，以确保个人私隐不会被侵犯。
本栏逢周四刊登，由教育评议会邀请资深中小学老师、校长及大学讲师撰稿，旨在为学生提供多元化的STEAM学习材料，引发学生探求知识的兴趣，将学习融入生活，培养学生的世界观、敏锐的触觉、积极学习的态度。
文：中华基督教会协和小学（长沙湾）副校长郑俊杰、中华基督教会协和小学（长沙湾）老师王溢濠
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