膠帶、橘子皮就能解鎖，手機指紋密碼這麼不安全？
手機指紋密碼被曝存在重大安全漏洞，網曝膠帶、橘子皮就能解鎖你的手機。到底哪種加密方式能讓你的手機更安全？
文/記者 何從 圖文編輯/陳永傑
新媒體編輯/陳炫之
採訪專家：
侯安山（中國法醫學會科普部主任、公安部刑偵專家）
李揚淵（蘇州邁瑞微電子有限公司董事長、首席技術官）
太長先看版
1. 手機指紋解鎖只需相似在一定百分比以上就能解鎖，並非要與晶元中指紋百分百一樣；
2. 智能手機指紋晶元有學習功能，會識別並存儲機主指紋加上一些錯誤的圖案到晶元中；
3.人的一生中指紋具有穩定不變性，除非是經過特意破壞或者磨損，否則指紋不會發生變化；
4.虹膜具有複雜、防偽性強特點，是安全性較高識別方式之一，但需對準感測器，用戶體驗不好；
科學「答」人隨堂測
人類眼睛虹膜的作用是什麼？
A.調節進入光線
B.接受光學信號
C.折射光鞋
D.防塵
（答案見文末）
手指輕輕一按手機就解鎖，不需要每次都輸入密碼。有了指紋識別功能後，手機用戶再也不會為忘記密碼而擔心了。靠指紋解鎖、支付也早已經成為日常生活中的一部分。
不過近日，一段名為「手機指紋驚天漏洞貼一層膜就能解鎖」的視頻在網路上熱傳。
▲經過一些操作橘子皮也可以解鎖手機（圖片來源網路）
在視頻中，操作人員先準備一小截透明膠帶，並在膠帶上用導電筆塗上導電塗層，然後把這截膠帶貼在手機指紋解鎖按鍵上，機主先用自己的手指解鎖幾次後，其他任何人的手指，甚至橘子皮都可以解鎖這台手機，甚至用於支付了。
自從蘋果iPhone 5s引入指紋識別後，輕輕一觸，便能解鎖、登錄App、完成支付的指紋識別功能廣受市場歡迎。然而這段視頻展示出來的是，指紋鎖安全如同一層紙，輕輕一捅便破了。
01
晶元把指紋和膠帶圖都存儲
也許就在你不知不覺之中，你的手機里已經潛伏進了這樣一個「間諜」，當你還以為自己的手機因為指紋而固若金湯時，它已經成了一個誰都能開的鎖。用導電筆，事先在指紋貼上畫上幾筆就行，只要貼了這層膜，手機都可以解鎖？這是怎麼回事呢？
披露本次漏洞的蘇州邁瑞微電子有限公司董事長、首席技術官李揚淵告訴北京科技報｜科學加客戶端記者：「目前市面上大多數手機使用的都是電容式指紋晶元，使用的是半導體基材，通過一定工藝加工出來晶元，並通過模組製程將晶元包裝成一個指紋模塊，最終安裝固定在手機正面或者背面。」
對於手機指紋解鎖的原理，李揚淵解釋說道：「大家將手機設置成為指紋解鎖的模式，是通過在手機上首次錄入手機指紋時，在手機本地晶元資料庫里保存下一個指紋圖案。大家解鎖手機時按下手指後，就與事先在手機本地資料庫里的圖案進行多次對比，機器確認兩者圖案大致相同後就會成功解鎖。」
▲膠帶上的圖案與部分指紋一起被存儲到手機晶元中（圖片來源網路）
現在大部分智能手機指紋感測器都有自學習功能，把貼了導電圖案的膠帶黏在手機上，這樣在手指解鎖中，感測器識別了小部分機主指紋成功開機。膠帶上的圖案雖不是指紋，但手機同樣會把它輸入資料庫晶元，又形成一個新的圖案加機主指紋的解鎖圖像。當其他人使用時，只要識別到那個有機主指紋部分等圖案就可以解鎖。
究其根本，這個致命問題在於指紋識別只要保證部分紋路正確就開鎖。而至於製造商為什麼要降低手機指紋的識別度，這在李揚淵看來，可能是考慮客戶的舒適度。「識別度低，解起鎖來成功率高，客戶用起來也更方便。而且這個問題不僅僅存在手機領域。在安防上，很多指紋門鎖只要貼上一層膜，同樣可以輕鬆被開啟。」
李揚淵表示，「其實現在的手機指紋解鎖方式，只是一種圖像識別對比的解鎖方式。它所依據是平面圖像比對都存在一個概率問題，並不是百分百對比一致才驗證通過解鎖。因此只要通過一些方式讓手機在識別指紋的同時，記住某些固定圖案，就可以順利通過該圖案解鎖這部手機。」
02
手機指紋系統有自學習功能
據李揚淵介紹，手機行業的指紋晶元普遍應用的是全圖像比對演算法，它的一大特點是擁有自學習功能。由於指紋圖像根據按壓的力度、手指的乾濕度等情況不同會導致按壓時圖像有所差異，所以指紋晶元要不斷學習新的特質、更新圖像以保證識別通過率。
自學習功能的存在，雖然提高了各種情況下指紋通過率，提升用戶體驗，但同時也有巨大隱患。只要識別出圖像一致的部分即可通過，而不會去分辨不一樣部分是否為人為干擾圖像。所以問題就出在機器判斷這一環。
▲手機指紋晶元廠商普遍採用全圖像的指紋演算法（圖片來源網路）
近年來，因為手機要求便攜超薄指紋晶元普遍較小，全圖像識別演算法解鎖速度快、通過率高、用戶體驗好，所以手機指紋晶元廠商普遍採用全圖像演算法。據李揚淵估計，至少上億部手機都受這個「漏洞」影響，這可能是信息安全領域，全球範圍涉及終端數量最大的一次安全事故。且並不是某一家指紋晶元廠商的問題，而是手機指紋晶元的行業性問題。
但同時李揚淵提醒大家不必過度驚慌。「晶元本身設計並不存在漏洞，其功能僅僅是為了採集圖像，存在漏洞的是指紋識別演算法。通過變更演算法是可以去克服這個問題，但是演算法變更是一個浩大的工程，需要一個團隊甚至多個團隊，通過不停的迭代研發才能有一個穩定的演算法。」
轉念想一想，這個「漏洞」看起來嚇人，但要操作起來卻不容易。因為必須事先在你的手機上貼一層膜，你還沒發現的情況下解鎖幾次後，然後再把你的手機拿走，做到這個還是挺難的。
「雖然手機等產品幾乎和用戶寸步不離，被盜動手腳的概率低。但是其他設備，長期處於無人看守狀態。一旦用了不安全的技術，後果還是很嚴重的。比如智能指紋門鎖。所以我們在做產品設計時候，要密切關注其安全性，避免給消費者帶來人身損失。」李揚淵強調說。
03
指紋方式存在在天生缺陷
其實早在1998年，手機廠商西門子就展示了自家的指紋識別手機，識別方式為刮擦式，它可以說是現在背部指紋識別手機的鼻祖，雖然只是一部沒有量產的原型機，但是它向世界證明，手機搭載指紋識別的可能性。緊接著又有很多手機公司在指紋識別上進行研發應用，但是都沒有將其發展壯大。
▲1998年西門子聯合bromba發布的世界首款帶指紋識別的手機（原型機非量產）（圖片來源網路）
直到2013年9月蘋果公司的旗艦機型iPhone 5S問世。這款機型添加了名為Touch ID指紋識別技術，在手機home鍵設置指紋識別感測器，不僅可以解鎖屏幕，還可以在蘋果公司旗下的應用商店進行APP下載和在線支付驗證等等。這一項新奇的技術引起了社會上極大的關注，此後手機廠商們紛紛效仿，越來越多的智能手機添加了指紋識別技術。
▲大部分手機指紋識別採用的圖像對比的方式（圖片來源網路）
在眾多的生物識別方式中，人臉、指紋、虹膜等是手機上已經量產使用的識別方式，技術相對成熟，應用場景也比較豐富。我們每個人的手指肚和掌麵皮膚上，都長著凹凸不平的花紋。粗粗一看，好像各人的指紋長得一樣。
「大家如果仔細觀察一下，就會發現各人的指紋是有區別的，世界上還找不出指紋完全相同的人！指紋識別作為物證之王，本身的安全性非常高，要不然也不能作為公安機關的相關證據使用。」李揚淵說。
人的皮膚一般有表皮、真皮和皮下組織共三部分組成，而常說的指紋就是表皮上凸起的紋路。大致可以分為的紋形、細節點、紋線上汗孔形態疤痕等三級指紋特徵。由於人類基因遺傳特性，所以每個人的指紋完全不相同，即使孿生雙胞胎的外貌再相像，也可以通過驗證指紋來對兩人進行相互區分。人的指紋具有穩定不變性，一個人從出生到死亡，除非是經過特意破壞，否則他的指紋不會發生變化。
指紋識別技術相對成熟。在當前應用也較為廣泛，但中國法醫學會科普部主任、公安部刑偵專家侯安山告訴北京科技報｜科學加客戶端記者，儘管指紋作為「密碼」具有諸多優勢，但也存在一些缺陷。「因為指紋是附著在柔軟的且有一定弧度的手指腹上，在指紋採集器上捺按時，指腹變成了一個平面，因按壓的力度或角度不同，指紋圖像均會發生變形。另外，手指皮膚不同的磨損程度、傷痕或者手指泡水後的腫脹或皺縮變形以及有色液體的浸洇等因素，都會影響指紋識別的準確率。」
04
所有識別方式都非絕對安全
在眾多的生物識別方式中，人臉、指紋、虹膜等等是手機上運用較成熟且常用的識別方式，技術相對成熟，應用場景也比較豐富。除此以外，人類身體上的很多生物信息和行為習慣，都可以用來識別，通過技術、感測器等等方法，識別方式可能有成千上萬種。
▲生物識別手段有非常多種類（圖片來源網路）
侯安山表示，「目前已有的個人識別技術中，安全性最高的應該是虹膜識別。由於虹膜在人類胎兒階段發育形成後，在人的整個生命歷程中基本保持不變，所以虹膜識別的準確度高、唯一性強。但虹膜識別要求用戶必須摘除眼鏡，睜大眼睛，近距離對準感測器，會讓人覺得有些麻煩，不夠方便快捷。」
人類眼睛的虹膜屬於眼球中層組織，即我們所稱的黑眼球部分（其真實的顏色為深褐色和藍色的混合色），它位於眼球前段中央，血管膜的最前部，在睫狀體前方，中央的圓形開口為可調節大小的瞳孔，起到調節進入眼內光線多少的作用。虹膜包含了豐富的紋理信息，很多相互交錯的紋線、斑點、細絲、隱窩等細節圖像特徵，這些元素構成了個體生物識別的物質基礎。
▲人類眼睛虹膜的位置示意圖（圖片來源網路）
虹膜複雜的細節特性讓偽造也變得幾乎不太可能，可以說虹膜識別是目前最穩定、最準確、安全係數最高的生物識別技術。近年來虹膜識別在手機等業界領域受到關注。但據了解，當前一些廠商提供的虹膜識別技術，其實是很基礎的圖像識別技術，並沒有專業領域的活體檢測流程，只利用計算機對圖像特徵進行數據處理、分析。這樣就可以使用高清的眼部特寫紅外照片，加上模擬眼球的隱形眼鏡等手段進行破解。
此外蘋果2017年的新旗艦手機iPhone X上採用了名為faceid的人臉識別方式。人臉識別技術指的是通過比較人臉的視覺特徵信息，從而進行身份鑒別的技術。其也是人工智慧領域一項典型的細分技術應用。相比指紋和虹膜識別，人臉識別的優勢在於便捷性比較好，不用被採集對象的配合，可以自主採集，採集場合也比較方面。
「人臉解鎖的主體是人臉，而人臉不如指紋是一層不變的，睫毛、眼鏡、口罩、髮型以及外部光線都容易影響人臉特徵，從而影響人臉的識別體驗。單從體驗來看，指紋解鎖肯定是比人臉解鎖來的方便一些的。」李揚淵說道。
05
生物識別讓人機交互和鏈接
包括指紋解鎖在、人臉解鎖在內的一系列介紹方式都屬於生物特徵識別。生物識別就是通過計算機與光學、聲學、生物感測器等高科技手段密切結合，利用人體固有的生理特性和行為特徵來進行個人身份的鑒定。其有生理特徵和行為特徵兩大類，生理特徵是與生俱來的，比如指紋、虹膜。行為特徵是後天習慣使然，比如寫字簽名的筆跡等等。
目前指紋識別已在智能手機上普及，隨著手機全面屏的興起，及三星、蘋果等廠商的帶動，新的屏內指紋識別、人臉識別、語音識別等技術也將成為智能手機新的生物識別方式。與此同時，生物識別技術也在智能家居、無人超市等新興領域得到了廣泛應用。
▲目前國內廠商已量產帶屏幕下指紋識別技術的手機（圖片來源網路）
比如包括人臉識別、指紋識別、語音識別在內的生物識別技術的成熟，正是推動近年段時間大熱的「無人超市」、無人零售快速爆發的幕後「黑科技」。此外，隨著亞馬遜Echo智能音箱的火爆，今年蘋果、阿里巴巴、小米等眾多廠商也紛紛入局。而智能音箱產業的火爆，同樣也離不開語音識別、聲紋識別等生物識別技術的助力。
研髮指紋晶元多年的李揚淵表示，指紋識別發展這麼多年，前面也未出現類似這樣的安全性事件，這種事件的爆發，只能歸結於部分廠商對指紋識別技術理解不夠到位。「有時為了極端參數，犧牲整體安全性為代價。只有把安全作為第一位同時對效果做極致優化，滿足物聯網的底層安全需求的基礎上，才能為用戶帶來優異的使用體驗。」
回顧人類文明的發展史，科技創新永遠都是人類文明進步的根本動力。人類經歷了農業社會、工業社會後進入信息社會。信息社會進一步發展，必然到智能化社會。生物識別、物聯網、人工智慧將為未來的三大風口，生物識別技術將讓物聯網、人工智慧與人類高效的、安全無縫的連接和交互。
科學「答」人隨堂測
答案：A
解析：人類眼睛的虹膜屬於眼球中層組織，即我們所稱的黑眼球部分。它位於眼球前段中央，血管膜的最前部，在睫狀體前方，中央的圓形開口為可調節大小的瞳孔，起到調節進入眼內光線多少的作用。虹膜包含了豐富的紋理信息，很多相互交錯的紋線、斑點、細絲、隱窩等細節圖像特徵，這些元素構成了個體生物識別的物質基礎。
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