文件检验视域下我国电子签名研究进展及趋势

欧阳国亮，梁恩豪，祁维超

（中国刑事警察学院，沈阳 110854）

近年来，电子签名已经在多个领域推广开来，由此也出现了一些与电子签名真伪有关的案件。由于电子签名与纸笔签名在形成过程上既有联系又有本质区别，传统形态学检验方法能否对其进行检验，思路和方法如何，文检同行们围绕这一系列问题进行了深入的研究。

1 对电子签名的内涵与本质的认知

1.1 电子签名的内涵

电子签名有广义和狭义之分，广义上是指《中华人民共和国电子签名法》中所指的以电子形式所含、所附用于识别签名人身份并表明签名人认可其中内容的数据，它包括各类用于识别个人身份的数据，如电子密码、电子指纹、电子字迹等[1]。由此可见，法律概念上的“电子签名”囊括的范围非常广。而文件检验领域所指的“电子签名”是狭义的，即书写者借助手写笔或手指在触屏电子设备上写出来的姓名文字符号形象，是传统签名在电子领域的延伸[2]。

1.2 电子签名的本质属性

电子签名表面上有传统签名的形象，但实际上它是一种电子数据，我们所看到的笔迹只是这些数据的物化影像[3]，它在形成过程、呈现形式等各方面都与传统签名不同。但它也是通过人的书写活动形成的，也能反映书写者的书写特点，因此电子签名笔迹并未脱离笔迹学上“笔迹”的内涵。从证据学角度看，通过电子签名设备书写出来的签名字迹是一种特殊的电子痕迹，符合“电子物证”的基本特征，原则上来说它是电子物证的一种[4-5]。由此，可以将电子签名的属性概括为两个层面：一方面，电子签名是在个人书写活动支配下借助电子设备书写出来的可视化的签名动作轨迹，有传统签名的轮廓形象，能反映个人的书写水平、书写技能和书写习惯；另一方面，电子签名是一种电子数据信息，其字迹特点能以电子数据的形式呈现，且这些数据因人而异。

2 电子签名的种类及与传统签名的特点比较

2.1 电子签名的种类

依据电子签名设备工作原理的不同，可以将其分为电阻式电子签名、电容式电子签名、电磁式电子签名三大类（图1），其中电容式电子签名和电磁式电子签名在特点上较为接近，而电阻式电子签名则差别较大[6]。

2.1.1 电阻式电子签名

电阻式电子签名设备是利用压力感应进行触点检测控制，当手指或者书写工具接触屏幕时，外导电层与内层导电层之间出现接触点从而形成可视笔画影像。电阻式电子签名的字迹特点主要有：笔画生硬无粗细变化，笔画之间缺乏照应关系（图1a），偶现“抖动”现象，无驻笔痕迹和笔痕特征[7]。电阻式电子签名技术是一种较老的技术，书写效果和体验较差，目前已经逐步退出市场，仅一些便携式设备如pos机尚在使用。

2.1.2 电容式电子签名

电容式电子签名设备利用人体感应进行触点检测控制，当手指触碰到触摸屏表面的金属膜时，电场和触摸屏表面形成一个耦合电容并导电，控制器通过对电流的测算聚集成触摸痕迹呈现出字迹形象。这种书写设备可以感应压力大小及接触面变化，因此笔画会有粗细变化，且笔画较为圆润，但偶尔笔画边缘会有锯齿状（图1b），起收笔回锋动作也不明显[8]。研究发现，同一人用不同品牌型号电容式电子签名设备书写的电子签名在特征上趋于一致，不会受设备太大影响[9]。

2.1.3 电磁式电子签名

电磁式电子签名设备通过改变和安装有激励线圈及感应线圈的触摸屏之间的空间距离，使电磁场发生变化，触摸检测部分则通过磁场变化来检测触摸点位置。在书写时需要借助专门的书写工具方能书写。它也能感应书写工具的压力变化，呈现出类似于纸笔字迹的特点，但笔画形态更圆润，棱角不甚分明，笔画随书写压力大小发生的粗细变化更明显（图1c），起笔动作较粗，收笔动作能呈现出笔锋，书写效果流畅自然[10]。

2.2 电子签名与传统签名特点比较

对电子签名与传统签名的特点进行比较研究，是近年来关注的一个热点问题。一般认为，不管哪种设备书写的电子签名都不会出现传统签名中的笔痕特征，这是因为电子签名是数据处理软件根据书写压力和接触的变化来呈现笔画轨迹形态的，设备感知的对象是书写时的压力变化、摩擦系数变化、接触点变化及书写速度变化[11]，而非书写工具的特点。又如，在书写水平上，传统签名相对要高于电子签名，这是因为书写者在用电子签名设备书写时，容易受到书写工具、书写条件等外在因素的影响，比如用纸笔书写时书写者可以看着笔尖进行书写，从而把字的搭配比例和运笔状态控制得相对稳定，而用手指在电容屏上书写时手指会阻挡视线，造成控“笔”困难，从而对书写出来的字的结构、搭配和运笔造成影响[12]。

不同类型的电子签名与传统签名比较起来也会有不同的联系和区别。其中，电容式电子签名和电阻式电子签名在连笔、布局、运笔等方面变化明显，但在字形、搭配、比例、风貌、字体、写法、笔顺等方面较稳定[13]。而电磁式电子签名最接近传统签名，因为它能呈现传统签名的一系列细节表观特征（图2）：压力变化时的笔画粗细变化、侧起笔时的露锋、快速书写时的笔画实连与虚连、起收笔变化等[6]。

现有研究普遍认为，从传统笔迹检验视角看，电阻式电子签名由于缺乏笔画形态变化，与传统签名的特征差异大，二者很难进行特征比较。而电容式电子签名和电磁式电子签名都能够反映书写力度变化特征，与传统签名有一定相似性，可以进行部分特征比较，但不足以进行同一认定。

3 电子签名的动态特征及其量化分析

3.1 电子签名的动态特征

电子签名特征可以分为静态和动态两大类。静态特征是可视化的形象，属于传统笔迹学范畴，包括风貌、布局、字体、字形、结构、笔顺等。动态特征主要是指利用电子签名设备进行书写时的书写时长、压力、速度、像素感应等一系列动态变化特征。早在2003年，信息技术界就有学者指出电子签名动态特征包括角速度、加速度、角加速度、像素点、书写时长等[14]。近年来，一些文检学者把动态特征划分为五大类：书写时长、平均速度、平均压力、速度变化曲线、书写压力分布[15]。这些特征可以用软件进行捕获从而表达为具体数值。

3.2 电子签名动态特征的量化分析

从理论上来说，同一人用电子签名设备书写的动态特征趋于一致。黄飞腾利用电子签名解析软件，对电子签名的五个动态特征的数据进行了提取，发现在相同条件下电子签名字迹的各个动态特征有稳定性，不同书写姿势和书写模式下则存在较为明显的差异，尤其是摹仿时这种差异最为明显[16]。郑小艳等对电子签名字迹的书写压力特征和书写时长特征进行了实验分析，通过数据化和图谱化分析论证，认为这两个特征具有很强的个体差异，可以作为量化检验的重要依据[9]。

对电子签名动态特征数据的处理主要有如下几种方法：表格处理法，利用WPS或者EXCEL表格的图表处理功能将电子签名笔迹的电子数据转换成速度、加速度、压力等图谱，然后进行相应的分析[17]；计算机算法建模，例如黄飞腾等通过对九千多个签名动态特征的提取，利用K近邻、随机森林等算法构建了电子签名笔迹分类模型，实现对电子签名笔迹的分类识别[15]；SPSS统计分析法，例如王政华等对电子签名动态特征数据提取后，利用SPSS统计法给出预测组成员和非预测组成员概率，最后结合形态特征分析出具综合鉴定意见[18]。基于上述方法，业内通过对电子签名动态特征有关实验数据的量化分析，发现同一人用同一电子设备书写的签名字迹在书写时长、平均速度、平均压力、速度变化曲线、书写压力分布等方面基本相同，而他人用同一电子设备伪造签名时，在上述诸方面都会出现很大差异[15-17]。基于这种认识，业内普遍认为应重视动态特征的量化和建模。

4 电子签名检验鉴定的基本思路

业内关于电子签名鉴定的研究思路主要有以下三条：

4.1 传统形态学检验

传统形态学检验方法强调在特定的条件下电子签名可以从传统笔迹鉴定的视角进行检验鉴定，因为电子签名也是通过人的书写活动创造的，它和纸笔签名在书写水平、搭配比例、文字组合及部分运笔特征上存在相同的反映[19]。有人从这一视角解决了一些实际案例，其中不乏将电子签名同纸笔签名进行比较的实例。但他们在鉴定时也强调了一些关键要素：一是有其他证据（如视频资料）作为佐证，并进行实验验证[20]；二是要有可利用的本质特征，例如电子签名中的运笔特征和纸笔签名中的运笔特征有高度的相似性[21]，等等。

4.2 特征量化检验

特征量化检验强调对电子签名的检验鉴定要摆脱传统形态学检验的思维，避免将传统笔迹检验范式套用到电子签名之中，主张对电子签名动态特征数据进行提取和量化分析，建立相应的书写数据模型，然后根据特征数据符合度及模型匹配度进行分析检验。这种方法适用于检材和样本都是电子设备书写出来的电子签名，如果检材样本之一是纸笔签名，那么就缺乏同类动态特征数据的比较，因此无法进行比对检验。而且这种量化检验方法更适用于同类设备写出的电子签名，因为不同类型设备书写的电子签名，在动态特征数据上往往会有明显的差异，例如电阻式电子签名和电容式电子签名形成的动态数据就差别较大，因为二者数据处理和感应能力不一样。所以在鉴定实务中必须注意区分书写载体种类和书写工具种类，做到有的放矢，方能提高电子签名笔迹鉴定意见的准确性[22]。

4.3 形态学检验与量化检验相结合

越来越多的人意识到对电子签名进行鉴定既不能排斥传统形态学知识的应用，也不能单独依赖于特征量化分析方法，而是应该把二者结合起来进行系统鉴定。思路是：运用传统笔迹鉴定理论和方法，对电子签名的静态特征如搭配比例、书写水平、写法、字间组合、整体布局等进行分析研判，同时运用数据提取软件对电子签名的动态特征信息进行采集，通过数据的分析构建个人电子签名的特有模式，全面分析签名的形貌、书写时长、书写力度和书写速度，通过综合比较分析做出检验鉴定结论，强调以系统思维法为依托，以实证分析法为推手，对电子签名笔迹的系统结构进行分析[23]。

除了文检领域外，信息安全界也针对电子签名的真伪鉴别问题提出了自动识别思路，即利用动态影像对电子签名的形成过程进行记录，锁定影像中的关键帧作为静态信息（签名的笔画形象），并建立书写动态过程数据模型，将其作为电子签名的密钥。然后让书写者利用同类设备书写签名，软件系统可以自动将书写的签名信息与检材密钥进行静态信息和动态信息两方面的匹配识别[24]。这种思路与文件检验领域形态学与量化分析相结合的方法如出一辙，客观上反映了不同领域的互学互鉴。

5 电子签名研究存在的问题与研究趋势

5.1 存在的问题

尽管我国文检人对电子签名进行了大量的研究，并且在这一领域持续保持着高度的关注，但同时也存在一些问题，这值得业内进一步思考。

5.1.1 侧重静态特征的研究，缺乏动态特征的探索

我们在中国知网和万方数据上检索发现，从文件检验角度对电子签名进行研究是2015年以后开始的。其中2015—2018年的相关研究都是从传统形态学视角审视电子签名的笔迹特点比较，2019年出现了电子签名动态特征量化分析方面的研究。综观2015年以来的60多篇论著（截至2021年12月），从传统形态学视角切入的论文有45篇，占总数的72%，从量化分析视角切入的研究论文13篇，占总数的20%，综合类论文占比8%。可见目前关于电子签名的研究侧重于从传统形态学视角切入对电子签名的静态特征进行分析，关于动态特征数据分析及应用的论文偏少。这反映了目前业内更为重视运用传统笔迹学范式去审视电子签名问题。

5.1.2 缺乏不同设备书写的电子签名横向比较探索

现阶段市面上的电子签名设备分为电阻式、电容式、电磁式三大类，每一类设备写出的电子签名在字迹形态上会有一定的差异，在动态数据上也会有一定的差异。根据现有的研究，同类书写设备不同型号书写出来的电子签名在笔迹的静态和动态层面没有太大差别，但不同类型设备（如电容式和电磁式）书写的电子签名，往往在静态和动态层面都会有差别。今后笔迹鉴定领域可能会面临一个问题，即不同设备写出的电子签名如何进行同一认定。而目前业内对不同类型设备形成的电子签名的对应规律和变化规律的研究相对缺乏，这就在一定程度上制约了上述问题的解决。

5.1.3 电子签名鉴定规程制定及实践尚没有实际进展

从现有的研究看，目前关于电子签名的研究多数是从理论和实验层面进行的，对电子签名检验鉴定的具体规程、操作方法及实践应用的讨论尚没有实质性的进展。当然，这有其客观原因：电子签名作为新兴事物，出现的时间较短，成功检验的案件实例也不太多，笔迹鉴定领域有关行业标准或国家标准对电子签名鉴定的操作规范尚处于探索阶段，其中的一系列问题不但需要文件检验界加以讨论，甚至还需要法学界乃至信息技术界综合权衡，从中寻求最优方案。

5.2 研究趋势

综观现阶段电子签名研究方面存在的上述问题，结合近年来这一领域出现的一些研究新成果，我们可以预测今后关于电子签名的研究将呈现出两个基本趋势：

1）电子签名的量化分析检验。电子签名本质上是一种电子数据，有电子物证的基本属性，根据我国法律的有关规定，对电子数据进行检验鉴定必须包含电子物证检验的手段，例如数据的提取、分析与判断[25]，这也就决定了文检人今后对电子签名的鉴定必须包含动态特征数据的提取分析，而且在制定电子签名检验鉴定规程时也需把电子数据分析手段列入其中。近年来从数据量化分析角度思考电子签名鉴定问题的研究成果逐年增多，这也从客观上表明这将是今后的一个重要发展趋势。

2）传统形态学检验方法与量化检验方法的综合运用。由于电子签名也能够反映传统笔迹学上的书写水平、文字组合、写法变化、整体布局甚至运笔方面的特征，因此用传统形态学检验方法来审视这类笔迹也应该是科学可行的。传统笔迹鉴定的基本范式同电子数据动态变化规律结合起来，用数据来说明形态上的变化，或者用形态上的变化来印证电子数据变化规律，这将是电子签名研究领域的又一重要趋势。这种趋势将促使文件检验行业出台相关技术规程，真正让电子签名鉴定从理论探索走向现实应用。