生物識(shí)別技術(shù)在門禁控制系統(tǒng)中的應(yīng)用

　　生物識(shí)別產(chǎn)品可以通過(guò)人的身體特征來(lái)進(jìn)行個(gè)體識(shí)別。手的大小和形狀、指紋、聲音和虹膜及視網(wǎng)膜都有其特有的屬性?，F(xiàn)在在全球很多商用樓宇的門禁系統(tǒng)都在使用這種設(shè)備。1970年，現(xiàn)代的生物識(shí)別技術(shù)就已經(jīng)在門禁系統(tǒng)應(yīng)用了。但由于生物識(shí)別產(chǎn)品在當(dāng)時(shí)屬于高成本投入，因此最早的應(yīng)用僅限于高保安環(huán)境。最近幾年，隨著微處理器價(jià)格的下降和先進(jìn)的電子影像元件的出現(xiàn)，降低了成本而且提高了生物識(shí)別產(chǎn)品的準(zhǔn)確率，因此，越來(lái)越多的生物識(shí)別產(chǎn)品應(yīng)用到部分商業(yè)門禁系統(tǒng)中。生物識(shí)別技術(shù)不再只是為核設(shè)施提供的技術(shù)。

　　本文闡述的是生物識(shí)別產(chǎn)品在門禁控制系統(tǒng)中的應(yīng)用以及在實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中應(yīng)注意的問(wèn)題。

　　使用門禁系統(tǒng)的目的是為了允許經(jīng)授權(quán)的人進(jìn)入特定的地點(diǎn)。而只有使用生物識(shí)別技術(shù)才能達(dá)到這個(gè)目的。智能卡系統(tǒng)只能監(jiān)控授權(quán)卡片的使用而不能控制使用智能卡的人。密碼系統(tǒng)也只能識(shí)別特定的一組數(shù)字而不能識(shí)別使用這組數(shù)字的人。而生物識(shí)別設(shè)備則可以通過(guò)手掌、眼睛、指紋或聲音識(shí)別此人是否經(jīng)過(guò)授權(quán)。

　　生物識(shí)別設(shè)備同樣可以替代智能卡。雖然近幾年智能卡的成本有所卞降，但要真正取代智能卡還是要降低管理成本。因?yàn)橹悄芸ǖ目ㄆ瑏G失后必須更換補(bǔ)發(fā)，造成時(shí)間成本增加。而人的眼睛和手掌基本上不會(huì)丟失、被盜或遺忘，當(dāng)然也不會(huì)更換。

　　1 系統(tǒng)集成

　　任何一個(gè)生物識(shí)別產(chǎn)品的最主要功能是識(shí)別和認(rèn)證個(gè)體。而門禁系統(tǒng)不但需要識(shí)別個(gè)體，同時(shí)也要求開(kāi)鎖或根據(jù)時(shí)間要求允許及拒絕進(jìn)入，或者監(jiān)控門鈴及警系統(tǒng)。生物認(rèn)別產(chǎn)品則可以通過(guò)多種途徑來(lái)完成這些任務(wù)。

　　1.1 單機(jī)系統(tǒng)(見(jiàn)圖1)

單機(jī)配置示意圖

　　很多生物識(shí)別產(chǎn)品都有單機(jī)系統(tǒng)配置。這種設(shè)備不僅是一個(gè)生物識(shí)別產(chǎn)品，同樣也是一個(gè)單個(gè)門禁控制系統(tǒng)。使用者可在設(shè)備上注冊(cè)并將生物特征模板存貯于內(nèi)存中以便日后對(duì)比認(rèn)證。認(rèn)證過(guò)程是由設(shè)備自己完成并且可連接電子門鎖。輸入端子可以監(jiān)控門的開(kāi)關(guān)時(shí)間長(zhǎng)短以及是否為正常開(kāi)關(guān)門等信號(hào)。輸出端子既連接報(bào)警門鈴也可以連接打印機(jī)。通過(guò)鍵盤可以定義每個(gè)用戶的時(shí)間限制。內(nèi)存的大小決定用戶的數(shù)量。

　　1.2 網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)(見(jiàn)圖2)

網(wǎng)絡(luò)配置示意圖

　　有些門禁系統(tǒng)要求多門控制。當(dāng)使用多個(gè)單機(jī)設(shè)備時(shí)，就有了對(duì)生物識(shí)別產(chǎn)品的需求。最終用戶都要求通過(guò)網(wǎng)絡(luò)將每臺(tái)設(shè)備連接至電腦。最明顯的優(yōu)勢(shì)就是可以集中監(jiān)控整個(gè)系統(tǒng)，而所有系統(tǒng)中的門鈴報(bào)警和門的開(kāi)啟狀態(tài)都會(huì)反饋給電腦，所有的交換信息會(huì)存貯在硬盤中并且可以隨時(shí)調(diào)用，還可以管理信息模板。該功能可以讓用戶在一臺(tái)設(shè)備上注冊(cè)并且將模板分發(fā)至在其他設(shè)備上。刪除用戶和定義門禁可通過(guò)電腦得以實(shí)現(xiàn)。聲音識(shí)別技術(shù)是將所有信息存儲(chǔ)于電腦中并且在電腦中進(jìn)行模板對(duì)比;還有一些生物識(shí)別技術(shù)是將模板分發(fā)至每個(gè)單機(jī)。這兩種方式都是通過(guò)網(wǎng)絡(luò)來(lái)實(shí)現(xiàn)。而通常每個(gè)設(shè)備之間是通過(guò)RS485方式或調(diào)制解調(diào)器連接，聲音識(shí)別產(chǎn)品則通過(guò)電話線連接。

　　1.3 第三方集成系統(tǒng)(見(jiàn)圖3)

第三方集成系統(tǒng)示意圖

　　生物識(shí)別產(chǎn)品生產(chǎn)商可以提供多種方式將產(chǎn)品連接到傳統(tǒng)的門禁系統(tǒng)中。通常的做法是采用讀卡器方式。采用這種方式的生物識(shí)別產(chǎn)品像讀卡器一樣和門禁控制界面連接，其輸出端子連接控制界面的讀卡器端子。這種方式可以有效的將生物識(shí)別產(chǎn)品整合至現(xiàn)有的讀卡器系統(tǒng)中，連接方式也完全一樣。當(dāng)用戶使用生物識(shí)別產(chǎn)品時(shí)，只有客戶的信息得到認(rèn)證，設(shè)備才會(huì)輸出個(gè)人識(shí)別碼，輸出格式和門禁控制系統(tǒng)中應(yīng)用的讀卡器完全一致。一旦控制界面收到識(shí)別碼，就會(huì)發(fā)出門禁控制指令。所有的門控和監(jiān)視都是由門禁控制系統(tǒng)來(lái)執(zhí)行。作為一種備選的指令鍵盤，某些生物識(shí)別產(chǎn)品也具備讀卡器輸入端子。用戶出示存儲(chǔ)個(gè)人認(rèn)證信息的智能卡，如果通過(guò)認(rèn)證，智能卡上的數(shù)字會(huì)上傳至控制界面等待指令。生物識(shí)別產(chǎn)品可支持多種智能卡技術(shù)，例如SMART卡，維根格式，磁條卡和條碼卡。最常用的兩種格式是帶8位編碼的26位維根格式和ANSI Track 2標(biāo)準(zhǔn)的磁條格式。具有維根格式輸出方式的感應(yīng)卡也經(jīng)常用于輸入控制。

　　在具有讀卡功能的系統(tǒng)中，模板不是由門禁控制界面管理。但在系統(tǒng)中，如果連接多臺(tái)生物識(shí)別設(shè)備，那么根據(jù)用戶數(shù)量的多少，模板管理的問(wèn)題就必須要考慮進(jìn)去，而人數(shù)越多，模板管理的問(wèn)題也就越大。某些生物識(shí)別系統(tǒng)可以將多個(gè)設(shè)備連接且自行管理模板。這種網(wǎng)絡(luò)連接方式與門控系統(tǒng)分開(kāi)，但允許用戶在一臺(tái)設(shè)備上注冊(cè)然后將模板分發(fā)至其他終端。

　　有些門禁控制系統(tǒng)生產(chǎn)商可以將生物識(shí)別系統(tǒng)全部集成在自己的門禁系統(tǒng)中。例如，英格索蘭公司的ID3D掌型儀就被集成在Monitor Dynamics，Sensormatic/Software House和西屋電氣公司的系統(tǒng)中。在這種類型的系統(tǒng)中，門禁控制軟件可以管理模板并和系統(tǒng)中的其他生物識(shí)別終端進(jìn)行通訊。

　　2 需要考慮的問(wèn)題

　　2.1 接受程度

　　用戶選擇生物識(shí)別系統(tǒng)的最主要因素是使用者對(duì)生物識(shí)別設(shè)備的接受程度。包括幾大要素。第一，該設(shè)備不會(huì)讓使用者感到不舒服。因?yàn)槿绻藗儗?duì)使用這種設(shè)備存在恐懼心理的話，那么就會(huì)造成客戶不能正確使用該設(shè)備進(jìn)行注冊(cè)而導(dǎo)致不被設(shè)備識(shí)別無(wú)法進(jìn)入的情況出現(xiàn);第二，該設(shè)備要容易使用，人們喜歡使用簡(jiǎn)單直觀的東西;第三，設(shè)備的穩(wěn)定性，到目前為止，包括生物識(shí)別設(shè)備，沒(méi)有一種解決方案可以做到完美無(wú)缺，而且經(jīng)常會(huì)有兩種情況發(fā)生，就是讓壞人進(jìn)入和不讓好人進(jìn)入，也就是我們所說(shuō)的認(rèn)假率和拒真率。

　　2.2 認(rèn)假率

　　認(rèn)假率就是讓未經(jīng)授權(quán)的人進(jìn)入。而在實(shí)際應(yīng)用中認(rèn)假率必須很低。認(rèn)假率在現(xiàn)在的生物識(shí)別系統(tǒng)中的范圍是0.0001%～0.1%。認(rèn)假率只會(huì)在非授權(quán)人(壞人)嘗試進(jìn)入的時(shí)候才有可能產(chǎn)生。因此，認(rèn)假率的高低只與非授權(quán)人的嘗試次數(shù)有關(guān)。英格索蘭掌型儀在95%的美國(guó)核電站實(shí)際應(yīng)用過(guò)程中的認(rèn)假率為0.1%。

　　拒真率在安防的應(yīng)用中同樣是一個(gè)重要的問(wèn)題。拒真率指的是系統(tǒng)不能識(shí)別授權(quán)人從而拒絕讓其進(jìn)入，影響拒真率的是得到授權(quán)的人(好人)。目前拒真率在實(shí)際的系統(tǒng)應(yīng)用中的范圍是0.00066%～1.0%。在日常應(yīng)用的生物識(shí)別產(chǎn)品中，低拒真率也是非常重要的。例如一個(gè)100人的公司，平均每天每人通過(guò)掌型儀進(jìn)入4次，即每天有授權(quán)人的交易記錄400個(gè)。如果拒真率是1.0%，每天就有4個(gè)授權(quán)人被拒絕進(jìn)入，那么5天就會(huì)有20人次遭到拒絕。如果拒真率是0.1%，那么5天被拒絕的次數(shù)就會(huì)降低至2人次。低認(rèn)假率或拒真率是根據(jù)實(shí)際應(yīng)用來(lái)認(rèn)定的。用戶接受程度的高低是由拒真率的高低決定的。如果一個(gè)授權(quán)人通過(guò)掌型儀登錄并且被認(rèn)證，那么用戶會(huì)認(rèn)為設(shè)備的狀態(tài)是穩(wěn)定的。反之，一個(gè)授權(quán)人經(jīng)常被拒絕從而需要系統(tǒng)管理人員的幫助才能進(jìn)入，那么就會(huì)大大打擊用戶使用產(chǎn)品的信心。

　　2.4 對(duì)等錯(cuò)誤率

　　一個(gè)生物識(shí)別產(chǎn)品，可以通過(guò)調(diào)整其靈敏值來(lái)影響拒真率或認(rèn)假率。就像汽車的防盜器，如果將其靈敏度提高，汽車被盜的可能性就降低了(認(rèn)假率降低，拒真率上升);如果將防盜器關(guān)閉，那么汽車被盜的幾率就會(huì)大大增加(認(rèn)假率上升，拒真率降低)。一個(gè)設(shè)備如果能夠提供極低的認(rèn)假率，那么相應(yīng)的拒真率就會(huì)變得無(wú)法接受。兩種錯(cuò)誤率的平衡是一個(gè)生物識(shí)別系統(tǒng)成功與否的重要因素。如圖4所示，認(rèn)假率和拒真率的交點(diǎn)就是所謂的對(duì)等錯(cuò)誤率。對(duì)等錯(cuò)誤率是生物識(shí)別設(shè)備應(yīng)用成功與否的重要參數(shù)。而設(shè)備如果有越小的對(duì)等錯(cuò)誤率說(shuō)明設(shè)備的實(shí)際表現(xiàn)就越出色。

對(duì)等錯(cuò)誤率示意圖

　　2.5 注冊(cè)失敗率

　　另一個(gè)錯(cuò)誤率是注冊(cè)失敗率。它指的是用戶不能在生物識(shí)物設(shè)備(系統(tǒng))中正確注冊(cè)。通常不能被注冊(cè)的原因是需要掃描的生物特征遭到損傷，例如一個(gè)建筑工人無(wú)法在指紋儀中注冊(cè)，那么他的手指可能是因?yàn)榘岽u指紋遭到破壞而影響其注冊(cè)。

　　運(yùn)用不同的生物識(shí)別技術(shù)，產(chǎn)品的注冊(cè)失敗率也不同。通常指紋儀的注冊(cè)失敗率是2%～4%;面型產(chǎn)品中雖然不能注冊(cè)的很少，但是有時(shí)候成功注冊(cè)并不意味者一個(gè)人可以被成功認(rèn)證。

　　2.6 真實(shí)的測(cè)試數(shù)據(jù)

　　因?yàn)橄到y(tǒng)總是有一些細(xì)微的錯(cuò)誤發(fā)生，所以對(duì)生物識(shí)別產(chǎn)品的測(cè)試也是非常困難的。為了得到真實(shí)有效的結(jié)果，必須記錄成千上萬(wàn)次的交易記錄。我們所提供的錯(cuò)誤率有些是理論數(shù)據(jù)，而有些是這些現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的交易記錄的統(tǒng)計(jì)結(jié)果。由于實(shí)際的交易記錄是現(xiàn)場(chǎng)使用的結(jié)果，所以這些數(shù)據(jù)是很有說(shuō)服力的。例如拒真率(FRR)，因?yàn)樯镒R(shí)別產(chǎn)品需要的是人機(jī)對(duì)話并且依賴人體的特征來(lái)進(jìn)行識(shí)別，所以只有現(xiàn)場(chǎng)實(shí)際使用的結(jié)果才是準(zhǔn)確的。如果生物識(shí)別產(chǎn)品不好用，拒真率就可能上升;而用來(lái)識(shí)別驗(yàn)證的特征是多種多樣的，因此拒真的情況就有可能發(fā)生。另一方面，如果綜合使用多種生物識(shí)別技術(shù)存儲(chǔ)的大型模板，理論上說(shuō)拒真率是可以計(jì)算的。

　　另外，測(cè)試的參數(shù)也是很有講究的。在FVC 2002(Fingerprint Verification Competition)指紋儀的測(cè)試中，一些指紋產(chǎn)品的EER是0.1%。而用戶并不了解測(cè)試的過(guò)程。用戶每次使用后，掃描感應(yīng)表面都要擦干凈以便下一次使用。在FVC 2004的測(cè)試中，取消了清理感應(yīng)表面的步驟，而測(cè)試的EER結(jié)果則上升為3.0%。

　　目前，大多數(shù)的生物識(shí)別設(shè)備的錯(cuò)誤率數(shù)據(jù)是根據(jù)最終用戶的實(shí)際使用結(jié)果得到的。最重要的一點(diǎn)是所有的數(shù)據(jù)都是要在自然使用的情況下產(chǎn)生，越多的用戶注冊(cè)和使用記錄就能得到越精確的結(jié)果。假如錯(cuò)誤率為0.001%且只有100個(gè)使用記錄，那么該數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性就會(huì)很低;而如果錯(cuò)誤率為0.001%而有一百萬(wàn)個(gè)使用記錄，那么該數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性就會(huì)大大的提高了。

　　2.7 使用效率

　　對(duì)于生物識(shí)別產(chǎn)品的使用效率也是需要仔細(xì)考慮的問(wèn)題。使用效率是指用戶使用該設(shè)備時(shí)所需的完整時(shí)間。對(duì)于制造商而言，由于實(shí)際應(yīng)用的多樣性，很難詳細(xì)說(shuō)明使用一次設(shè)備所需的時(shí)間，多數(shù)制造商可以標(biāo)注識(shí)別認(rèn)證的時(shí)間。通常的使用過(guò)程是用戶提供鍵盤輸入ID，然后按照指令放置手掌、手指或?qū)⒚娌砍驕?zhǔn)確位置以便設(shè)備可以掃描物體的特征。制造商通常標(biāo)注其產(chǎn)品的認(rèn)證時(shí)間都是小于2秒，但是在門禁控制應(yīng)用中，我們不但要考慮認(rèn)證時(shí)間，而且還要考慮使用設(shè)備認(rèn)證整個(gè)過(guò)程所需要的時(shí)間。

　　3 結(jié)束語(yǔ)

　　隨著對(duì)生物識(shí)別產(chǎn)品使用用戶的增多，用戶對(duì)于使用生物識(shí)別產(chǎn)品的接受程度也越來(lái)越高。不同的產(chǎn)品應(yīng)用會(huì)造成用戶對(duì)生物識(shí)別技術(shù)不同的接受程度，而造成這種情況的最直接的因素就是錯(cuò)誤率。

　　門禁系統(tǒng)的目的是控制人是否能進(jìn)入。只有生物識(shí)別技術(shù)才真正具備這種能力。經(jīng)過(guò)很多機(jī)構(gòu)的長(zhǎng)時(shí)間使用證明，生物識(shí)別技術(shù)不再是虛構(gòu)的，而是非常經(jīng)濟(jì)的。因此生物設(shè)備產(chǎn)品的前景也會(huì)越來(lái)越寬廣。