浅析虹膜识别技术能否取代指纹

如今移动上网、购物、支付已经趋于常态，为了确保上述操作的安全，针对手机加密的安全技术也是不断革新。随着三星Galaxy Note 7的上市，一项名为“虹膜识别”的概念喧嚣尘上。那么，这种新兴的安全技术能否取代我们熟悉的指纹呢？

愈加重要的移动安全

如果手机不幸丢失，或是遭遇病毒木马，我们所遭受的不仅仅是手机硬件成本的损失，凡是与其（内置SIM卡）绑定的支付类APP也将面临严重威胁。于是，手势密码就成为了第一道安全锁，网上流传的各种复杂手势密码方案更是让人看得眼花缭乱（图1）。

虽然通过复杂的手势密码可以最大限度避免被破解的风险，但对我们使用者的智商和记忆力也是一种考验……随着指纹识别技术的加盟，复杂的手势密码终于有了更为便捷的替代方案。时至今日，哪怕是千元手机也纷纷将指纹识别列入了标配功能模块，手指轻按就能进行解锁、支付的体验（图2），让传统的数字和手势密码彻底“下岗”。

作为比指纹识别更新的安全技术，虹膜识别的出现是否意味着指纹将退出历史舞台呢？下面我们就来一起探讨一下这个话题。

挖掘眼睛里隐藏的密码

作为人体复杂的器官之一，眼球里面隐藏的密码比指纹更为丰富和复杂，这就给了它用于识别加密技术的机会。

经常关注手机领域的读者可能还有印象，vivo X5 Pro、TCL么么哒3S、中兴天机3等手机都支持类似所谓的“眼纹解锁”和“眼球解锁”（图3），难道被三星引以为傲的虹膜识别技术早就被国内的手机品牌尝了鲜？

答案当然是否定的。如果将眼睛按照识别区域来划分，那么就可以分为眼球（即除掉中间黑色瞳孔的环状部分）和白眼仁（去除眼球的眼白部分）。其中，前者就是所谓的“虹膜”，而后者则被称为“巩膜”（图4）。

刚才提到的“眼纹解锁”和“眼球解锁”，其原理只是识别眼睛的“巩膜”部分，它们的技术大都是来自一个名为EyeVerify公司的“EyePrint ID技术”，号称通过一枚200万像素的普通摄像头就可以完成巩膜识别过程。

简单来说，EyePrint ID技术利用了巩膜上血管纹理分布的唯一性，哪怕人的眼球会因为过敏、红眼或者熬夜宿醉等情况发生充血的状况，但这些并不会影响虹膜上的血管排布，所以这种“眼纹”的稳定性也是足够的（图5）。但是，从实际的体验来看，这种基于“巩膜”的识别技术基本都存在识别速度偏慢、在光线昏暗的环境下识别率偏低等缺陷。

因此，巩膜识别只能算是一种入门级别的“眼睛密码”，我们在科技类电影中看到的扫描眼球的技术都是虹膜识别。可见，虹膜识别技术才是眼睛密码中最为可靠的部分。

虹膜识别究竟有多可靠

作为黑色瞳孔和白色巩膜之间的圆环状部分，虹膜里包含了大量相互交错的斑点、细丝、冠状、条纹等等细节（图6）。

最关键的是，虹膜在胎儿发育阶段形成后就将保持不变，常见的眼科疾病也不会对虹膜造成破坏，这些直接决定了虹膜特征的唯一性。根据研究数据表明，虹膜识别的准确性分别是指纹识别和面部识别的1万倍和10万倍！

要知道，其他生物识别技术都存在安全上的隐患。比如，指纹可以通过指纹膜复制；面部识别可以借助3D打印或动态识别来破解；声纹可以通过录音和模拟发音来复制。而独一无二的虹膜识别就没有这些顾虑了。此外，支付宝最新的安全架构方案已经加入了对虹膜识别功能的支持，可以预见这项技术绝不会像眼纹和眼球这种“巩膜识别”默默无闻，而是成为业内的一种标准安全识别和支付方案。

那么，虹膜识别技术又是如何工作的呢？

虹膜识别背后的原理

以三星Galaxy Note 7为例，这款手机屏幕上方除了前置摄像头以外还有2个“窟窿”，里面分别嵌入了一枚红外IR LED和虹膜摄像头（图7）。IR LED就不用说了，它的用途是让“夜晚变成白天”（和摄像机的夜间模式类似），晚上不开灯也不影响识别效率。

而虹膜摄像头可就厉害了，它内置CMOS图像传感器、微型光学镜头、红外滤光片等部件，其中图像传感器提高了对红外部分的感光能力，可以在25cm～60cm的距离内采集到清晰的虹膜图像。

当手机启动虹膜识别功能后，IR LED和虹膜摄像头就将同时启动，并经历虹膜图像获取、图像预处理、特征提取和特征匹配四个步骤。

虹膜图像获取：虹膜摄像头对当前用户的整个眼部进行拍摄；

图像预处理：对采集的眼部图片进行全局分析，去除眼睑、睫毛、瞳孔等无效信息，只保留完整清晰的虹膜图像部分（图8）；

特征提取：通过特殊算法，将虹膜部分的特征提取出来，并将其编译为特殊的编码（咱们可以理解为唯一的二维码）（图9）；

特征匹配：对当前的虹膜编码与数据库保存的编码进行比对，如果一致就通过验证（图10）。

说起来很复杂，但虹膜识别的实际体验却是非常迅速，至少在Galaxy Note 7身上，用眼睛解锁的速度不会落后按下Home键（指纹解锁）太多。

虹膜识别早已有之

虽然三星Galaxy Note 7主打虹膜识别功能，但它却并不是第一款支持该技术的智能手机。早在2015年，富士通就推出了一款名为ARROWS NX F-04G的手机（图11），通过前置镜头来扫描虹膜特征，可用于购买APP的账号输入或具备登录网页的密码功能。

随后，微软Lumia 950/950 XL也引入了虹膜识别技术（图12），并与系统自身的Windows Hello功能结合，同样实现了解锁用眼不用手的能力。可惜，无论ARROWS NX F-04G还是Lumia 950/950 XL，它们的虹膜识别体验都谈不上理想，主要表现就是识别速度不快（需要2秒左右），再加上两款手机都属于“非主流”的阵营，所以并没能掀起太大的波澜就淡出了市场。

此次Galaxy Note 7在虹膜识别的速度和效率上已经相当成熟了，而三星也在解锁之外，为虹膜识别引入了诸如文件夹加密、支付、登录应用商店等扩展功能。为了进一步挖掘虹膜识别的潜力，三星还开放了Samsung Pass功能，这意味着软件开发者可以将Note 7的虹膜识别技术和自家开发的APP进行整合。

虹膜是否会取代指纹

这个问题的答案当然是否定的，这就好比有了高铁，普通的火车就没有存在价值了吗？

我们可以想象一下，如果使用指纹解锁，当我们从包里或口袋里掏出手机的瞬间（只要将手指按在了指纹识别模块上）就能亮屏；休息时突然接到一条短信或微信提醒，睡眼惺忪的你肯定懒得对着手机睁大眼睛吧？此时指纹解锁显然用着更为舒服。

当然，虹膜解锁也有着它的不可替代性。就安全系数而言，能超过虹膜的生物识别特征只剩下DNA了，它有着比指纹识别更为低的“认假率”，几乎无法被破解攻克（图13）。所以，在涉及到关键隐私和大额度的在线支付验证方面，使用虹膜的设定显然要比指纹来得安全。

总之，在未来的很长一段时间内，虹膜识别和指纹识别将处于并行发展的阶段。如今指纹识别能实现的功能（如解锁、登录、支付、启动指定APP）也会慢慢地被虹膜识别所掌握。相信继三星Galaxy Note 7之后，国产手机也会将该技术作为旗舰手机的标准功能来对待，用一个眼神就能解锁手机的时代即将到来。

小提示

手机搭载的近红外光源照射到眼睛的光线强度只有IEC 62471生物安全检测标准规定的光强的1/10，所以我们无需担心虹膜识别过程的光源会损伤视力。