IEEE x ATEC

IEEE x ATEC科技思享會(huì)是由專業(yè)技術(shù)學(xué)會(huì)IEEE與前沿科技探索社區(qū)ATEC聯(lián)合主辦的技術(shù)沙龍。邀請(qǐng)行業(yè)專家學(xué)者分享前沿探索和技術(shù)實(shí)踐，助力數(shù)字化發(fā)展。

在社會(huì)數(shù)字化進(jìn)程中，隨著網(wǎng)絡(luò)化、智能化服務(wù)的不斷深入，伴隨服務(wù)衍生出的各類風(fēng)險(xiǎn)不容忽視。本期分享會(huì)的主題是《網(wǎng)絡(luò)欺詐的風(fēng)險(xiǎn)與對(duì)抗》。五位嘉賓將從不同的技術(shù)領(lǐng)域和觀察視角，圍繞網(wǎng)絡(luò)欺詐場(chǎng)景下的風(fēng)險(xiǎn)及對(duì)抗技術(shù)展開(kāi)分享。

以下是張曼老師的演講。

演講嘉賓 | 張  曼

IEEE WIE北京分會(huì)主席

北京郵電大學(xué)人工智能學(xué)院研究員、博士生導(dǎo)師

《核身技術(shù)在反詐領(lǐng)域的研究》

大家好，主持人好，各位嘉賓好。很榮幸在科技思享會(huì)上給大家做一個(gè)簡(jiǎn)單的分享。在網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的各種應(yīng)用中，大家都不可避免地需要確認(rèn)身份。我們今天介紹的內(nèi)容就是人工智能用于這個(gè)身份識(shí)別，也就是生物特征識(shí)別技術(shù)，以及這項(xiàng)技術(shù)在這個(gè)時(shí)代遇到的新的機(jī)遇、挑戰(zhàn)和新的安全問(wèn)題。

 生物特征識(shí)別簡(jiǎn)介 

相信大家在生活中，聽(tīng)說(shuō)過(guò)、甚至可能遇到過(guò)身份失竊，或者會(huì)被別人假冒。比如假冒某人身份，給其家人打電話說(shuō)住院了急需用錢、需要匯款，以及新聞中我們會(huì)看到一些恐怖分子冒用身份實(shí)施恐怖行為。這種身份的失竊和假冒，會(huì)給個(gè)人造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，也威脅著國(guó)家安全，我們需要尋找更加安全、可靠、簡(jiǎn)單、便捷的身份認(rèn)證方式。

隨著智能化的發(fā)展，人與人在網(wǎng)絡(luò)上的接觸日益增加，網(wǎng)絡(luò)身份認(rèn)證也更加頻繁，在網(wǎng)頁(yè)上、智能家居、智能汽車等各個(gè)方面都有這種互聯(lián)網(wǎng)身份認(rèn)證需求。

在智能化網(wǎng)絡(luò)時(shí)代的身份認(rèn)證，我們就需要用到生物特征識(shí)別技術(shù)，如指紋、人臉、虹膜……為智能設(shè)備、智能網(wǎng)絡(luò)、智能服務(wù)、智能安防等提供自動(dòng)精準(zhǔn)的身份標(biāo)識(shí)。

生物特征是人體天然的密碼，這張圖上的綠色框線圈出的是生理特征，即身體的一部分（如指紋、人臉、靜脈、虹膜、靜脈等），紅色框線圈出的是行為特征（如步態(tài)、簽名、語(yǔ)音等），它是我們習(xí)慣性的動(dòng)作。我們利用人體固有的生理特征、行為特征，來(lái)識(shí)別人的身份，叫做生物特征識(shí)別。生物特征應(yīng)該是長(zhǎng)時(shí)間之內(nèi)是不變的，并且隨身攜帶，比如“出門忘了帶手”是不可能發(fā)生的。它比起傳統(tǒng)的密碼、鑰匙，會(huì)更加方便安全和可靠。

    我們列出的這些用于身份識(shí)別的生物特征，是比較常見(jiàn)的。它主要有以下特點(diǎn)。第一是普遍性，大部分人都應(yīng)該有這個(gè)生物特征。第二是唯一性，每一個(gè)人都是不一樣的，才能用來(lái)認(rèn)證身份。第三是穩(wěn)定性，他在很長(zhǎng)一段時(shí)間，甚至人的整個(gè)生命周期內(nèi)都是不變的。第四是可采集性，這不得不提到大家熟知的DNA，DNA做身份識(shí)別確實(shí)很準(zhǔn)確，但如果我回家開(kāi)個(gè)門還需要拔根頭發(fā)或者抽管血來(lái)驗(yàn)一下DNA，這樣的身份認(rèn)證方式是非常不方便的。那么DNA，就不適用于我們?nèi)粘５纳矸葑R(shí)別。另外，就是安全性和用戶的可接受性，用于身份識(shí)別的生物特征應(yīng)該不能夠被篡改，而且用戶操作方便，能夠接受才可以。 

生物特征識(shí)別技術(shù)和我們公眾的個(gè)人利益是息息相關(guān)的，它也是我們國(guó)家信息化建設(shè)重大戰(zhàn)略需求的具體體現(xiàn)。我們國(guó)家近些年來(lái)就已經(jīng)發(fā)布了很多的政策來(lái)支持生物特征識(shí)別技術(shù)的發(fā)展，比如十三五規(guī)劃、“互聯(lián)網(wǎng)+”人工智能三年行動(dòng)實(shí)施方案。在2017年的《新一代人工智能發(fā)展規(guī)劃》中，也提到了我們國(guó)家要大力地發(fā)展生物特征識(shí)別技術(shù)。

近幾年，工信部也發(fā)布了一系列文件來(lái)支持生物特征識(shí)別的發(fā)展。當(dāng)然他們會(huì)更加側(cè)重于生物特征識(shí)別技術(shù)的產(chǎn)業(yè)和應(yīng)用。比如提到了拓展生物特征識(shí)別技術(shù)在安防、金融一些重點(diǎn)領(lǐng)域的應(yīng)用；支持構(gòu)建基于商用密碼、指紋識(shí)別、人臉識(shí)別等技術(shù)的網(wǎng)絡(luò)身份認(rèn)證體系，這也就將生物識(shí)別技術(shù)和網(wǎng)絡(luò)安全有機(jī)地結(jié)合到一起。

整個(gè)生物特征識(shí)別的產(chǎn)業(yè)發(fā)展正在以一個(gè)非常快的速度在增長(zhǎng)，大約每年27%的增幅，預(yù)計(jì)到2023年全球的生物特征識(shí)別市場(chǎng)將超過(guò)400億的美元。

我們?cè)谏町?dāng)中會(huì)看到非常多的生物特征識(shí)別的應(yīng)用。比如手機(jī)、門鎖用指紋、人臉來(lái)解鎖；智能汽車駕駛座有人臉識(shí)別的模塊，可以識(shí)別出你的身份，并將汽車自動(dòng)調(diào)整成自己所喜歡的參數(shù)，從而有非常舒適的駕駛體驗(yàn)。除此之外，在一些國(guó)家的管理，如出入境管理、社會(huì)福利、生產(chǎn)管理、金融安全等等，幾乎每一個(gè)領(lǐng)域都能看到生物識(shí)別的應(yīng)用場(chǎng)景。

 新時(shí)代的新機(jī)遇和新挑戰(zhàn) 

第二部分來(lái)談一談生物特征識(shí)別在新的時(shí)代所遇到的新的機(jī)遇和新的挑戰(zhàn)。剛才我們說(shuō)到，現(xiàn)在是一個(gè)智能化時(shí)代，也是一個(gè)網(wǎng)絡(luò)的時(shí)代，很多事情都需要在網(wǎng)絡(luò)上完成。在看不見(jiàn)摸不著的時(shí)候，我們對(duì)身份認(rèn)證的要求更加高了。這個(gè)時(shí)代為生物特征識(shí)別技術(shù)提供了新的機(jī)遇，同時(shí)也提出了非常多的挑戰(zhàn)。比如，原來(lái)我們進(jìn)行生物特征識(shí)別，是需要人來(lái)配合機(jī)器，擺一個(gè)非常板正的姿勢(shì)來(lái)拍一張圖像，對(duì)用戶來(lái)講非常不方便。如何使用戶舒適且快捷地進(jìn)行生物特征識(shí)別認(rèn)證。是一個(gè)我們目前面臨的新的挑戰(zhàn)。

第二個(gè)是魯棒性問(wèn)題，現(xiàn)在有非常多的身份認(rèn)證需求、非常多的傳感器，就拿攝像頭來(lái)說(shuō)，不同的廠家有很多的不同的型號(hào)，不同的參數(shù)等等。那么它們拍攝的圖像一定會(huì)有非常大的差異。再加上一些外部的影響，比如光照、噪聲等，也會(huì)影響到認(rèn)證結(jié)果。怎樣在多元化的數(shù)據(jù)中快速準(zhǔn)確地進(jìn)行身份認(rèn)證，也是一個(gè)新的挑戰(zhàn)。

最后是泛在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下，怎么樣來(lái)保證生物識(shí)別系統(tǒng)的安全性，下面來(lái)一一進(jìn)行講解。

    首先是便捷性。在生物特征識(shí)別技術(shù)發(fā)展初期，我們是用一個(gè)非常笨重的機(jī)器來(lái)讀取，但現(xiàn)在正逐步往便攜式、移動(dòng)式的方向發(fā)展。比如在手表上、眼鏡上嵌入非常小的生物識(shí)別模塊等，這種小巧精致，經(jīng)濟(jì)時(shí)尚的設(shè)備，能夠讓用戶在整個(gè)穿戴過(guò)程中的認(rèn)證體驗(yàn)非常好。同時(shí)，對(duì)圖像的質(zhì)量，以及輕量級(jí)計(jì)算提出了非常高的要求。

第二個(gè)難點(diǎn)是在復(fù)雜場(chǎng)景中的生物特征識(shí)別，這也是行業(yè)公認(rèn)的一個(gè)難題。2013年，IEEE TPAMI（人工智能領(lǐng)域頂級(jí)期刊）前主編Anil K.Jain寫了一篇生物特征識(shí)別綜述，里面描述了這個(gè)生物特征識(shí)別技術(shù)已經(jīng)解決的問(wèn)題、沒(méi)有解決的問(wèn)題，以及未來(lái)發(fā)展中可能遇到的一些問(wèn)題等等。但是實(shí)際上他所提到的一些解決的問(wèn)題，并非完全解決。在這種受控場(chǎng)景中，人臉識(shí)別、指紋識(shí)別能夠達(dá)到將近100%的準(zhǔn)確率。但是一旦到了這種復(fù)雜場(chǎng)景、非受控場(chǎng)景，圖像會(huì)有一些背景的變化、姿態(tài)的變化，有形變、有噪聲等等影響。那么就會(huì)對(duì)識(shí)別系統(tǒng)的魯棒性提出非常大的挑戰(zhàn)。

在生物特征識(shí)別的過(guò)程中，傳統(tǒng)的視覺(jué)感知處理流程是先對(duì)輸入的圖像對(duì)做一個(gè)定位和分割，提取其中的特征，通過(guò)特征的表達(dá)、分類，最終得到識(shí)別結(jié)果。這種傳統(tǒng)的處理方式，需要有經(jīng)驗(yàn)的人手工來(lái)設(shè)置一些生物特征提取算法，它缺少了和環(huán)境信息的交互以及一些知識(shí)庫(kù)的決策支持?，F(xiàn)在，我們用到的是基于深度網(wǎng)絡(luò)的生物特征識(shí)別方法，這是一種端到端的模式識(shí)別方法，我們輸入一個(gè)圖像，系統(tǒng)自動(dòng)輸出結(jié)果，可以是有效區(qū)域標(biāo)注，也可以是識(shí)別的結(jié)果等等。把特征提取和模式分類的兩個(gè)小階段，集合到一個(gè)非線性影射的深度模型里去，從而對(duì)大數(shù)據(jù)的語(yǔ)義理解產(chǎn)生了變革性的思路，即從大數(shù)據(jù)中來(lái)直接挖掘其中包含的語(yǔ)義信息。

再舉一個(gè)例子，就是我們這種復(fù)雜背景下的人形分割。原來(lái)我們訓(xùn)練進(jìn)行檢測(cè)和分割的小模塊，可能會(huì)受噪聲、光照、姿態(tài)影響。而我們基于深度學(xué)習(xí)的方法可以設(shè)定不同模塊的大小，它可以由粗到精，輸入到不同的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。最后再來(lái)對(duì)它的分割結(jié)果進(jìn)行一個(gè)融合，能夠得到精度比較高的人形分割結(jié)果。

     我們提出了泛在網(wǎng)絡(luò)采集的虹膜圖像數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的方式。原來(lái)我們需要對(duì)虹膜有效的紋理區(qū)域，先進(jìn)行一個(gè)定位和分割，把虹膜紋理區(qū)域的光斑、眼睫毛區(qū)域去掉，最后得到它有效的紋理區(qū)域，然后再在它的紋理區(qū)域上，進(jìn)行特征提取、進(jìn)而比對(duì)等等。而使用數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)學(xué)習(xí)方法，當(dāng)輸入一張虹膜圖像，系統(tǒng)可自動(dòng)地把它的概念要素等，直接從網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中輸出。我們既可以輸出有效的虹膜紋理區(qū)域，也可以輸出人員身份和相關(guān)標(biāo)簽。 這種數(shù)據(jù)驅(qū)動(dòng)的自動(dòng)學(xué)習(xí)方法，比傳統(tǒng)的紋理分析，精度能夠得到有效的提升。

在步態(tài)識(shí)別領(lǐng)域當(dāng)中，最近也有非常多深度學(xué)習(xí)的應(yīng)用。步態(tài)就是利用人走路的姿勢(shì)進(jìn)行身份的識(shí)別。左邊這張圖是一個(gè)人走路的步態(tài)序列圖的示意。下面是他在不同狀態(tài)下的走路姿態(tài)。原來(lái)我們是用步態(tài)能量圖進(jìn)行分類來(lái)進(jìn)行步態(tài)識(shí)別，外界干擾會(huì)影響識(shí)別精度，導(dǎo)致無(wú)法進(jìn)行大規(guī)模實(shí)戰(zhàn)應(yīng)用?，F(xiàn)在用了基于深度學(xué)習(xí)的方法，我們可以首先對(duì)步態(tài)特征進(jìn)行能量圖的提取，再將它投入到我們的深度神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)當(dāng)中，最后得到一個(gè)比對(duì)的數(shù)值。然后，經(jīng)過(guò)基于深度學(xué)習(xí)研發(fā)之后，我們的步態(tài)識(shí)別的算法得到了非常大的提升，現(xiàn)在已經(jīng)在安防領(lǐng)域得到了應(yīng)用。

 生物特征識(shí)別常見(jiàn)的安全問(wèn)題 

第三部分就是這個(gè)生物特征識(shí)別領(lǐng)域常見(jiàn)的一些安全問(wèn)題。不同模態(tài)的生物特征識(shí)別，它的流程都是相似的。它在這個(gè)生物特征識(shí)別系統(tǒng)的每一個(gè)環(huán)節(jié)都有可能遭受到安全的攻擊。

首先第一個(gè)就是假體攻擊，之前就有人用這個(gè)小熊軟糖或者透明膠帶獲取到別人的指紋信息，騙過(guò)了指紋的讀取器。還有人用靜態(tài)的人臉照片，通過(guò)了人臉識(shí)別系統(tǒng)。

為了應(yīng)對(duì)這樣的風(fēng)險(xiǎn)，我們的方案主要是在生物特征識(shí)別系統(tǒng)當(dāng)中加一些活體檢測(cè)的模塊，比如說(shuō)虹膜識(shí)別當(dāng)中，虹膜中間瞳孔的特性是對(duì)光照的敏感性，光照暗的時(shí)候瞳孔就會(huì)張大，光照弱的時(shí)候瞳孔就會(huì)縮小，我們通過(guò)環(huán)境光的變化、瞳孔縮放，來(lái)驗(yàn)證該虹膜是不是來(lái)自真實(shí)的人體。

第二個(gè)就是人臉的活體檢測(cè)。相信大家都遇到過(guò)，比如在健康寶、支付寶登錄注冊(cè)的時(shí)候，讓用戶眨眨眼、張張嘴，或者念一段話，這種系統(tǒng)來(lái)引導(dǎo)用戶做出一些特定的動(dòng)作，其實(shí)就是在對(duì)這個(gè)用戶進(jìn)行一個(gè)活體檢測(cè)，確定用戶是不是來(lái)自于一個(gè)活的人體。除此之外，還可以使用多模態(tài)融合的方式，比如說(shuō)想要仿造生物特征數(shù)據(jù)，仿造一個(gè)相對(duì)容易，如果需要仿造一個(gè)人所有的生物特征數(shù)據(jù)，基本上是不可能的。這種多模態(tài)的融合認(rèn)證就可以在很大程度上來(lái)保障安全性。

第二個(gè)安全問(wèn)題是數(shù)據(jù)泄露的問(wèn)題，大家可能也都看過(guò)一些新聞，人臉圖像、生物特征圖像遭到了泄露，引起非常大的恐慌。

除了一些比較常用的信息安全、網(wǎng)絡(luò)安全的方法，比如在可信執(zhí)行環(huán)境中進(jìn)行數(shù)據(jù)加密、本地存儲(chǔ)方案之外，目前在生物特征識(shí)別領(lǐng)域，提到比較多的是聯(lián)邦學(xué)習(xí)。聯(lián)邦學(xué)習(xí)有一個(gè)非常有意思的解釋：這個(gè)圖上，羊相當(dāng)于我們要訓(xùn)練的模型，草相當(dāng)于訓(xùn)練模型需要的數(shù)據(jù)，原來(lái)我們的訓(xùn)練需要把數(shù)據(jù)聚集到一起訓(xùn)練模型，相當(dāng)于把草聚到一起給羊吃飽。把所有數(shù)據(jù)聚集到一起，勢(shì)必會(huì)有一定的數(shù)據(jù)泄露風(fēng)險(xiǎn)。聯(lián)邦學(xué)習(xí)讓草還呆在原來(lái)的地方，羊去不同的地方吃草。相當(dāng)于模型在不同的數(shù)據(jù)庫(kù)訓(xùn)練，羊在這里吃點(diǎn)、那里吃點(diǎn)，最終還給主人一個(gè)吃飽的羊，主人不去關(guān)心吃了什么草，只要吃飽就行。同理，在生物識(shí)別當(dāng)中，我們只需要最終得到一個(gè)訓(xùn)練好的模型，至于他用到什么樣的數(shù)據(jù)進(jìn)行訓(xùn)練，我們不去過(guò)多關(guān)注，也不會(huì)隱含數(shù)據(jù)泄漏風(fēng)險(xiǎn)，這個(gè)是生物特征識(shí)別領(lǐng)域中比較火的話題。

最后就是“偽造”的問(wèn)題。大家可能看過(guò)，視頻、圖像的篡改、偽造、自動(dòng)生成等等技術(shù)，這些技術(shù)如果僅僅用于娛樂(lè)還是挺好玩的。但是一旦被濫用，它一定會(huì)威脅到個(gè)人和企業(yè)的合法權(quán)益，甚至危害到公共安全和國(guó)家安全。比如惡意地偽造一些國(guó)家領(lǐng)導(dǎo)人，或者惡意入侵用戶系統(tǒng)等等，都是非常危險(xiǎn)的事情。

現(xiàn)在我們也在研究面向開(kāi)放環(huán)境的人臉鑒別。我們通過(guò)人臉的局部特征和全局特征的多流感知特征融合的方法來(lái)區(qū)分當(dāng)前圖像到底是真實(shí)的圖像還是偽造的圖像。

國(guó)家出臺(tái)了很多的法律來(lái)保障我們的這項(xiàng)技術(shù)安全健康地發(fā)展。如前幾年頒布的《網(wǎng)絡(luò)安全法》，《個(gè)人信息保護(hù)法》等等。在法律的要求下，相關(guān)機(jī)構(gòu)也制定了很多的國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)。比如像《信息安全技術(shù)》，《個(gè)人信息安全規(guī)范》。在《個(gè)人信息安全規(guī)范》的大框架下，對(duì)人臉、步態(tài)、聲紋、基因等又做了細(xì)化的要求，現(xiàn)在已經(jīng)到了報(bào)批的階段，預(yù)計(jì)會(huì)很快實(shí)行。

 總  結(jié) 

最后，再做一個(gè)小結(jié)，今天的分享當(dāng)中提到的生物特征識(shí)別技術(shù)，為我們保障社會(huì)穩(wěn)定和公共安全，以及為網(wǎng)絡(luò)上方便快捷的認(rèn)證，提供了一種便捷可靠的身份認(rèn)證方式。我們?cè)诠ぷ?、生活等很多?chǎng)合都能夠見(jiàn)到生物特征識(shí)別技術(shù)的身影。

當(dāng)然，不同的生物特征模態(tài)，一定是有不同的特點(diǎn)和不同的適用場(chǎng)景。比如指紋識(shí)別就適用于近距離的場(chǎng)所進(jìn)行接觸式的識(shí)別。步態(tài)識(shí)別適用于遠(yuǎn)距離的識(shí)別，我們可以采用多模態(tài)的方式，使應(yīng)用場(chǎng)景更加豐富。這就好比一個(gè)人在成長(zhǎng)過(guò)程中，如果只攝入一種食物，身體上攝入的維生素就比較單一，我們需要攝取多樣的蔬菜和水果來(lái)獲取全面的維生素，生物特征識(shí)別系統(tǒng)也是需要用多種模態(tài)進(jìn)行融合，最終能提升精度，拓展應(yīng)用場(chǎng)景。

右上方這張圖就是一個(gè)人臉、手形、指紋多模態(tài)融合的一個(gè)系統(tǒng)。或者用一種模態(tài)的不同信息也可以進(jìn)行融合，比如每個(gè)人有10個(gè)指頭，我把10個(gè)指頭的指紋來(lái)進(jìn)行一個(gè)融合，這樣子也能夠有效地提升識(shí)別精度和安全性。

生物特征識(shí)別技術(shù)，在我們的實(shí)際應(yīng)用當(dāng)中，目前還是面臨著非常多的挑戰(zhàn)。便捷性、魯棒性、安全性等等，也都是未來(lái)重要的發(fā)展方向。生物識(shí)別安全和隱私問(wèn)題，得到了高度的關(guān)注，也需要我們從技術(shù)、法律層面提供多方面、綜合的解決方案。

以上就是我的分享，謝謝大家。

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