指紋辨識(shí)為消費(fèi)者帶來安全便利

　　在蘋果(Apple)率先導(dǎo)入智慧型手機(jī)應(yīng)用的激勵(lì)下，指紋辨識(shí)發(fā)展近來再度掀起熱潮，并促使光學(xué)式與電容式感測(cè)技術(shù)相繼出現(xiàn)重大突破，可望加速指紋辨識(shí)滲透消費(fèi)性電子市場(chǎng)，為使用者帶來比密碼更安全且便利的認(rèn)證機(jī)制。

　　所謂指紋辨識(shí)，顧名思義就是利用人體手指上獨(dú)有指紋資訊進(jìn)行辨識(shí)。常見的指紋辨識(shí)方法有兩種，一為Verify(1：1)，此種辨識(shí)通常會(huì)搭配一組密碼或是ID，系統(tǒng)比對(duì)時(shí)會(huì)將此密碼與ID輸入資料庫，再與對(duì)應(yīng)此密碼或ID的指紋資訊進(jìn)行一對(duì)一比對(duì)。另一種為Identify(1：N)，此種辨識(shí)稱為一對(duì)多比對(duì)，也就是輸入的指紋會(huì)與資料庫內(nèi)成千上萬的指紋資訊進(jìn)行比對(duì)。做為眾多生物辨識(shí)技術(shù)的一種，指紋辨識(shí)為何會(huì)受到世界各國的青睞，成為身分認(rèn)證的唯一工具?主要是指紋辨識(shí)擁有以下特性。

　　指紋辨識(shí)優(yōu)勢(shì)多

　　做為生物辨識(shí)技術(shù)，最關(guān)鍵的問題是此生物特征的唯一性與永久不變性。包括人臉、虹膜、靜脈等生物特征辨識(shí)技術(shù)，都是許多專家學(xué)者研究出來的理論，但是要能佐證生物辨識(shí)的可靠度與安全性，則需要龐大生物特征資料庫以證明任何一人的生物特征均不相同。

　　18世紀(jì)以前，有些學(xué)者認(rèn)為地球上幾十億的人口，總會(huì)找到有指紋相同的人。有人曾以電腦來計(jì)算，結(jié)論是要到四十二位數(shù)時(shí)，才可能出現(xiàn)指紋相同的人;所以說，就算真的有指紋相同的人，他們也不太可能生存在同一個(gè)世紀(jì)。

　　目前全世界已有許多國家發(fā)行指紋身分證，如印度、馬來西亞、韓國等;而中國自2013年起民眾的二代身分證須要采集指紋，因此中國將成為全世界指紋資料庫最多的國家，這將有助于指紋辨識(shí)技術(shù)的發(fā)展，并使指紋辨識(shí)相關(guān)應(yīng)用產(chǎn)業(yè)蓬勃起飛。

　　另一方面，這幾年由于半導(dǎo)體制程進(jìn)步與光學(xué)元件的普及，帶動(dòng)指紋感測(cè)器的價(jià)格下滑，讓此一技術(shù)能走入民生消費(fèi)品中。

　　指紋辨識(shí)的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)，則是指紋模板(Template)是所有生物特征里面最小的。一般而言，一枚指紋需要的模板資訊量大約是120?180位元組，這可讓指紋資訊易儲(chǔ)存于有限容量的終端裝置內(nèi)，例如晶片信用卡、電子護(hù)照、晶片身分證等。這樣的優(yōu)勢(shì)可讓消費(fèi)者將個(gè)人資料帶著走，如須驗(yàn)證身分時(shí)，可利用終端設(shè)備將晶片上的指紋資訊讀出，再搭配設(shè)備上的指紋讀取器采集本人活體指紋，進(jìn)行身分認(rèn)證，此舉有助于降低指紋資料被竊取的風(fēng)險(xiǎn)。

　　事實(shí)上，臺(tái)灣目前所采用的指紋制度和世界各國統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)一致，使用的是英國學(xué)者E.R.Henry的現(xiàn)代指紋法，即HenrySystem分類整理法，將指紋分為二部八類，Henry并確認(rèn)了若指紋上有十三個(gè)特征點(diǎn)重合，即可確認(rèn)為本人。

　　感測(cè)器/演算法為核心要素

　　常見的指紋辨識(shí)裝置可由兩種元素組成。其一為指紋感測(cè)器(FingerprintSensor)，主要目的是采集一枚完整的指紋影像。常見的指紋感測(cè)器有電容式(Capacity)與光學(xué)式(Optical)兩種(圖1)。

　　另一個(gè)元素則為指紋辨識(shí)演算法(FingerprintAlgorithm)。當(dāng)前端的指紋感測(cè)器采集指紋影像后，后續(xù)則是交由演算法進(jìn)行指紋影像處理與指紋特征點(diǎn)抽取，生成指紋模板后將原始指紋圖像丟棄，最后再進(jìn)行指紋比對(duì)。一個(gè)好的指紋辨識(shí)演算法，除了比對(duì)精準(zhǔn)與迅速外，最重要的是能根據(jù)應(yīng)用場(chǎng)合與硬體架構(gòu)調(diào)整其錯(cuò)誤接受率(FalseAcceptanceRate,FAR)和錯(cuò)誤拒絕率(FalseRejectionRate,FRR);其中，F(xiàn)RR代表便利程度，數(shù)值愈低表示愈方便使用，F(xiàn)AR代表安全程度，數(shù)值愈低表示愈安全。

　　電容式感測(cè)器

　　指紋辨識(shí)感測(cè)器目前可依制程方式區(qū)分成半導(dǎo)體式與光學(xué)式。半導(dǎo)體晶片式感測(cè)器(SemiconductorSensor)泛指利用IC設(shè)計(jì)與半導(dǎo)體制程方式來進(jìn)行制造的指紋感測(cè)器，半導(dǎo)體式指紋感測(cè)器常見的應(yīng)用原理有RF電容感測(cè)、壓力感測(cè)、熱感測(cè)等。其原理系將高密度的電容感測(cè)器，或是壓力感測(cè)器等微型化感測(cè)器，整合于一晶片中，待指紋按壓晶片表面時(shí)，內(nèi)部微型電容感測(cè)器會(huì)根據(jù)指紋波峰與波谷聚集而產(chǎn)生的不同電荷量(或是溫差)，形成指紋影像。蘋果(Apple)的iPhone5s采用的就是電容式的原理。

　　電容式的優(yōu)點(diǎn)為薄型化與小型化，可被大量運(yùn)用在手持裝置上，不過其缺點(diǎn)為成本高及耐用性備受考驗(yàn);事實(shí)上，電容式感測(cè)器為了維持一定的按壓面積須切割整片晶圓，因此每一晶片產(chǎn)出的成本高;再者，由于其本身就是裸露的半導(dǎo)體晶片，因此其設(shè)計(jì)挑戰(zhàn)在于如何抵抗手指本身汗水與酸鹼對(duì)晶片表面的侵蝕以及靜電防護(hù)。蘋果在iPhone5s指紋感測(cè)器表面增貼一層藍(lán)寶石基板以進(jìn)行防護(hù)是相當(dāng)聰明的舉動(dòng)，此舉解決過去電容式感測(cè)器耐用性不佳的問題。

　　光學(xué)式感測(cè)器

　　光學(xué)式指紋感測(cè)器為最早的指紋采集設(shè)備，始于1970年代，系利用光源、三菱鏡、電荷耦合元件(CCD)的照相機(jī)組成一套指紋采集設(shè)備。利用手指按壓三菱鏡后，指紋的波峰與波谷對(duì)于全反射的吸收與破壞，得到一枚指紋影像，再經(jīng)由照像機(jī)模組將影像擷取與輸出。這也是現(xiàn)今所有光學(xué)式指紋感測(cè)器所仿造的架構(gòu)與原理。由于光學(xué)式的采集方式是非接觸晶片本身，也就是指紋按壓處是由壓克力或是玻璃等光學(xué)元件所構(gòu)成，故光學(xué)式最大的優(yōu)勢(shì)就是價(jià)格低廉且耐用。這也可以從中正機(jī)場(chǎng)的快速通關(guān)或是美國、日本海關(guān)這些需要一天數(shù)十萬人次使用指紋驗(yàn)證的場(chǎng)所，其使用的指紋采集設(shè)備均為光學(xué)式可得到驗(yàn)證。不過，它的缺點(diǎn)是體積較大，難以運(yùn)用于手持裝置內(nèi)。

　　另一方面，若依照采集行為來區(qū)分，則指紋辨識(shí)裝置的使用方式又可再細(xì)分為面采集(或稱按壓采集)與滑動(dòng)采集兩種，這兩種采集方式各有廠商力拱。

　　以iPhone5s為例，即是采用按壓采集，亦即將手指按壓在指紋感測(cè)器的表面，此一行為模式是最符合人類對(duì)于指紋使用的行為模式。

　　通常按壓采集指紋感測(cè)器在第一次采集指紋時(shí)，均會(huì)要求用戶端以重覆按壓感測(cè)器表面數(shù)次以采得指紋影像;以蘋果iPhone5s為例，使用者第一次使用時(shí)，須按壓十到十五次，此舉主要是因?yàn)樘O果所使用的電容式感測(cè)器感應(yīng)面積太小，約為8毫米(mm)×8毫米，故須利用多次建檔以拼圖的方式完成一枚指紋資訊的建立;相反地，較大的采集面積則擁有較佳便利性，如金佶科技所生產(chǎn)的指紋感測(cè)器面積為12.5毫米×14.5毫米，故第一次采集指紋時(shí)，只須按壓兩到三次即可完成指紋采集。

　　按壓采集感測(cè)器在建檔完成后，均可支援手指360度按壓，無方向性限制，便利性極高。不過須注意的是，開發(fā)商若是采用半導(dǎo)體式加按壓采集式的感測(cè)器，其成本則較高。

　　至于HTCOnemax則是采滑動(dòng)采集技術(shù)。早期為解決半導(dǎo)體按壓式指紋感測(cè)器的成本問題，于是乎就有人想到利用IC封裝小型化的概念，將原本面型的半導(dǎo)體式切割成一條狀式感測(cè)器，把原本消費(fèi)者的按壓使用習(xí)慣改為如同在掃描器上運(yùn)行的原理，須將手指緊貼感測(cè)器進(jìn)行滑動(dòng)，然后在后臺(tái)將指紋用軟體組成一幅指完整指紋影像。此種滑條式指紋感測(cè)器(SweepSenor)，也被命名為線性采集式指紋感測(cè)器(LinearSensor)。

　　事實(shí)上，滑條式的指紋感測(cè)器在2004年左右曾經(jīng)變成筆記型電腦上的標(biāo)準(zhǔn)配備，并且也沖上指紋應(yīng)用熱潮的高峰。但是到了消費(fèi)者用戶端，許多消費(fèi)者向品牌廠反應(yīng)不知如何正常使用;使用者發(fā)現(xiàn)，若是滑動(dòng)的速度過快，或是滑的方向偏移均無法正常識(shí)別，故最后，許多消費(fèi)者均將此裝置關(guān)閉。

　　除此之外，當(dāng)時(shí)為了因應(yīng)筆電廠成本逐季下降的壓力，所有的線性采集感測(cè)器廠商均將滑條的面積長寬再縮小，以降低模組成本，此舉讓原本感測(cè)模組約為256×8Pixel的規(guī)格再下降至128×4Pixel。這樣的結(jié)果，讓原本已經(jīng)不友善的滑條式指紋感測(cè)用戶操作介面更加雪上加霜。各類型指紋辨識(shí)感測(cè)器比較詳見表1。

　　指紋辨識(shí)應(yīng)用熱潮再起

　　這兩年來電容式指紋感測(cè)器廠商先后被購并，首先AuthenTec在2012年突然被蘋果以3.82億美元購并。這家公司在被蘋果收購之前，就是電容式指紋感測(cè)器第一大廠，自1997年成立以來，中間購并幾家大型指紋公司如UPEK等，因而取得目前最多電容式指紋專利。完整的專利布局是蘋果公司選擇購并的主因。

　　另一家電容式大廠Validity于2004年成立，于2013年被觸控方案大廠新思國際(Synaptics)購并。這表示指紋辨識(shí)感測(cè)器供應(yīng)商將會(huì)出現(xiàn)壟斷的局面，后續(xù)如有從事電容式設(shè)計(jì)的廠商恐會(huì)面臨一條艱辛的專利路。

　　iPhone5s指紋辨識(shí)系統(tǒng)，應(yīng)該為蘋果試水溫的第一步，先測(cè)試大眾對(duì)指紋辨識(shí)應(yīng)用的接受度，接著針對(duì)消費(fèi)者的反饋問題不斷進(jìn)行改善，并且慢慢增加新功能于TouchID上面。最終是要所有消費(fèi)者能享受指紋辨識(shí)的便利性與安全性。

　　目前蘋果與宏達(dá)電所提供的功能包括以下三種;首先是密碼管理，如利用手機(jī)在線上購買商品時(shí)毋須再輸入密碼;其次為指紋開機(jī)與螢?zāi)唤怄i;最后則是指紋快捷鍵，亦即利用不同指紋可開啟不同功能快捷鍵。

　　值得注意的是，手機(jī)結(jié)合信用卡也是指紋辨識(shí)業(yè)者可布局的方向。事實(shí)上，Google近年來強(qiáng)推GoogleWallet的功能，即是企圖將手機(jī)與近距離無線通訊(NFC)功能進(jìn)行結(jié)合，形成手機(jī)支付的方案;而蘋果近年的專利布局也是朝向手機(jī)支付的功能前進(jìn)。

　　手機(jī)與支付要能普及于應(yīng)用端，筆者認(rèn)為，有兩大因素要考慮。首先為手機(jī)本身的安全性考量，萬一手機(jī)遺失的時(shí)候如何保護(hù)個(gè)資?再者，手機(jī)本身的PIN碼安全性容易被側(cè)錄如何保護(hù)?電信商很難提出一套安全的方案給銀行業(yè)者信服。第二是電信商與銀行端的拆帳分配尚未有一套令雙方可信服的標(biāo)準(zhǔn)模式。用戶利用手機(jī)刷卡，是屬于電信業(yè)者的業(yè)務(wù)還是發(fā)卡銀行的業(yè)務(wù)，如何分拆手續(xù)費(fèi)，萬一手機(jī)被盜如何賠償?這都是目前存在于手機(jī)支付應(yīng)用上的最大障礙，而生物辨識(shí)之一的指紋辨識(shí)技術(shù)或可成解方，來加強(qiáng)手機(jī)支付的安全性。

　　事實(shí)上，指紋辨識(shí)早年發(fā)展受限于兩大因素以至于無法普及，讓應(yīng)用僅存在于軍方與警政系統(tǒng)中。首先為指紋辨識(shí)用的主晶片處理速度慢與價(jià)格高。由于指紋辨識(shí)軟體是須要用到大量運(yùn)算的技術(shù)，非常占晶片運(yùn)算資源且耗電，早期只能運(yùn)行于x86的系統(tǒng)晶片或是數(shù)位訊號(hào)處理器(DSP)等高價(jià)與高運(yùn)算的晶片。近年由于半導(dǎo)體制程進(jìn)步，加上標(biāo)榜高性價(jià)比與省電的安謀國際(ARM)處理器興起，讓此一產(chǎn)品真正可以走入消費(fèi)性市場(chǎng)。

　　其次則是目前尚未有一款指紋辨識(shí)感測(cè)器能夠真正做到完美。不過經(jīng)過蘋果的努力，在iPhone5s的指紋辨識(shí)系統(tǒng)，可讓終端用戶體驗(yàn)到指紋辨識(shí)取代輸入密碼的便利性，藉由藍(lán)寶石基板的貼合也解決長久以來電容式指紋感測(cè)器在耐用性上的疑慮，這就是指紋辨識(shí)所追求的目標(biāo)。

　　密碼是長久以來被普遍利用的一種安全認(rèn)證措施。但是「安全性」與「便利性」是兩個(gè)相沖突的概念，越安全的防護(hù)往往伴隨的是不便利;以目前網(wǎng)路上常用的帳戶與密碼為例，通常用戶在選擇密碼時(shí)都希望愈長愈好，并且最好由英文字母與數(shù)字混合而成，所以忘記密碼是大家都有的共同經(jīng)驗(yàn)。

　　指紋辨識(shí)就是平衡安全性與便利性的最佳途徑。經(jīng)過蘋果的帶動(dòng)，指紋辨識(shí)的觀念與相關(guān)應(yīng)用產(chǎn)品會(huì)走入更多人的生活，例如指紋鎖讓你省去帶鑰匙的麻煩，汽車指紋遙控器也讓使用者不用擔(dān)心遙控器、汽車被盜，從此跟鑰匙與密碼告別。