浅谈生物特征识别智能锁具的现状和前景

王 君，柯明爽，宋泽生，王俊贤，曹永荣，岑梓华，林恺发，廖 君

（1.广州南方学院，广东 广州 510970；2.南昌大学，江西 南昌 330027；3.广州恒通智联科技有限公司，广东 广州 510630）

随着人工智能、生物特征识别技术、信息处理技术等技术的飞速发展以及人们安全意识的提高，生物特征识别智能锁具在21 世纪初便开始发展[1]。直到2009 年，第一代智能门锁研发成功，之后生物特征识别智能锁具便开始进入高速发展时期[2]，生物特征识别智能锁具每隔一段时间便有所突破。也是从2009 年开始，具有生物特征识别功能的新兴智能锁具开始走进锁具市场并广泛应用于世界各地[3-5]。

1 生物特征识别智能锁具的概念

生物特征识别智能锁具的原理是通过计算机与各种传感器、生物统计学原理等高手段密切结合，利用人体固有的生理特性和行为特征来进行个人身份的鉴定，从而完成开锁动作。目前普遍应用的人体生物特征主要有指纹、人脸、声音等。这些生物特征具有唯一性和便捷性。

2 主要的几种生物特征识别智能锁具

2.1 指纹识别智能锁具

指纹是手指末端正面皮肤上凸凹不平产生的纹路，它蕴涵着大量的信息，具有独一无二的特性，通过指纹识别智能锁具可以实现鉴别人员身份的功能。指纹特征可分为两类：总体特征和局部特征。总体特征指用人眼直接就可以观察到的特征，包括基本纹路图案、模式区、核心点、三角点、式样线和纹线等。局部特征即指纹上节点的特征，这些具有某种特征的节点称为特征点。两枚指纹经常会有相同的总体特征，但它们的局部特征却不同。

指纹识别技术通常使用指纹的总体特征如纹形、三角点等来进行分类，再用局部特征如位置和方向等来进行用户身份识别。指纹识别智能锁具就是通过这些指纹特征信息的对比识别人员身份。

2.2 人脸识别智能锁具

人脸目前可以准确识别的特征点大概有127 个[6]，因此人脸识别技术中广泛采用区域特征分析算法，它将计算机图像处理技术与生物统计学原理融合于一体，利用计算机图像处理技术提取人脸特征点，利用生物统计学的原理进行分析建立数学模型，也就是人脸特征模板。利用建成的人脸特征模板与被测者的面像进行特征分析，根据分析的结果来给出一个相似值。通过这个值即可确定是否为同一人。

人脸识别智能锁具是一款较为先进的智能锁具。它基于面部识别的生物识别技术，通过对人的面部特征进行扫描识别，从而控制智能锁具的开关。

2.3 声音识别智能锁具

声纹是用电声学仪器显示的携带言语信息的声波频谱。人类语言的产生是人体语言中枢与发音器官之间一个复杂的生理物理过程，人在讲话时使用的发声器官——舌、牙齿、喉头、肺、鼻腔在尺寸和形态方面每个人的差异很大，所以任何两个人的声纹图谱都有差异。因此每个人的声纹与指纹一样，都是独一无二的，所以声音识别智能锁具可以通过对比人的声音特征来鉴定人员身份[7]。

3 生物特征识别智能锁具的发展优势

3.1 安全性

生物特征识别智能锁具相比于传统的机械锁具安全性更高[8]。传统的机械锁具主要是靠配对的钥匙来实现开关功能，钥匙有被复制或被盗的风险，安全性极低，而生物特征识别智能锁具主要是应用一些几乎不可重复的生物特征通过生物特征识别技术和人工智能技术来识别人员身份，从而达到开关锁的目的，这种识别普遍采用具有独一无二的特质作为开关锁媒介，其安全性极高，可以更好地保障使用者的人身安全和财产安全。

3.2 便利性

生物特征识别智能锁具便利于传统的机械锁具。它能够通过识别指纹、声音、人脸等生物特征来开启锁具，其开锁方式十分快捷方便。生物特征识别智能锁具可以让用户不必随身携带钥匙或记住繁杂的密码。此外，它还可以在系统后台进行人员权限管理，对家人、朋友、家政等人员设置不同的权限，方便多人使用，统一管理。

3.3 交互性

生物特征识别智能锁具内置嵌入式处理器和智慧监控系统，因此其拥有与用户之间随时随地互通互动的能力。借助互联网可以随时随地向用户汇报各种突发事件。此外，生物特征识别智能锁具还能够通过其中的智慧监控系统，结合互联网、物联网来远程控制智能锁具。

4 生物特征识别智能锁具发展过程中面临的难题

4.1 部分性能的落实有待技术开发与完善

在技术方面，生物识别技术仍存在一些需要克服的技术难题，比如，相对成熟的指纹识别技术应用比较广泛，但指纹却容易被复制，部分产品受到假手指复制的威胁。与此同时，在不同的皮肤情况、湿度情况下，指纹识别的认证效果也存在着很大不同，因此适应性较差。其拒真率、认假率仍有着较大的提升空间；人脸特征并不是一成不变的，而且采集图像的过程中容易受到光线等因素的影响，并且其算法、场景应用等方面，依然无法做到100%的识别准确率。能否解决现有技术瓶颈成为生物识别行业未来发展的关键所在。

4.2 安全性措施构建不足

IT 行业中有段至理名言：凡是网络所能达到的地方，都存在着网络安全问题。在Wi-Fi、Zigbee 协议下内网非常安全，但与外网通讯连接方面还不够完善，具有受到黑客攻击的风险。目前从芯片到程序设计，再到网络传输的智能锁，大多数品牌都进行了严格的数据加密技术，但许多智能锁系统密钥、敏感信息只采用软件加密算法，只有少数厂商在智能锁中配置硬加密芯片。

部分厂家将智能锁中所存储的密钥、指纹特征值、其他敏感信息等均保存在软件固件中，一旦被黑客攻击，用户不仅失去对自己智能锁的控制权，还会泄露自身的身份信息，这是对用户的财产和人身安全的双重风险。

4.3 产品价格过高

大部分的生物特征识别智能锁具产品的市场价格过高，对于诸多的消费者来说，过高的市场价格会降低他们的购买欲望，不利于生物特征识别智能锁具未来的发展。但想要降低价格，成本是一个避不开的问题，这个问题困扰着生物识别技术的普及，比如指纹识别技术，已经由原来的大面积指纹识别传感器，改为采用小面积的传感器来降低成本，也因此需要在算法上寻求进一步突破。

5 生物特征识别智能锁具的前景趋势

5.1 多种生物特征复合的识别方式

单一的生物特征识别技术都具有自己独特的优点，但单一的生物特征识别技术的识别准确性较低，会导致安全性降低，在应用上难免会出现一些问题[7]。所以，在一些安全等级要求较高的应用场景当中，往往会采用两种甚至两种以上的生物识别技术进行验证，通过多种生物特征复合识别来提高安全性。此外，使用多种生物特征复合识别方式的相关算法比使用单一生物特征识别方式的相关算法更加稳定可靠。

5.2 融合5G 技术

在5G 技术建设得如火如荼的当代，生物特征识别智能锁具与5G 技术融合是一个具有前景的发展方向。生物特征识别智能锁具与5G 技术融合后，其性能方面将会有极大的突破，比如降低延迟，4G 的响应时间是30～70 ms，而5G的响应时间小于1 ms。融合5G 技术后，生物特征识别智能锁具的响应能力将会有更大的提升，能够更好地服务社会。

5.3 相关技术综合化、复杂化

为了使生物特征识别智能锁具的功能更加多样化[1，10]，提高生物特征识别智能锁具的安全性，未来的生物特征识别智能锁具将会更加综合深入移动互联网、智能手机技术、人工智能技术、生物识别技术、电子信息的加解密及认证技术等领域。随着更多的相关技术的综合化、复杂化，未来的生物特征识别智能锁具的功能将更加多样化，安全性也将会更高。

6 结语

随着现代人对安全性和私密性的要求越来越高，生物特征识别技术的应用愈来愈显现出其智能化、人性化的强大优势，毫无疑问，生物特征识别智能锁具的未来具有无限发展的可能。并且由于其强大的可融合性，未来的生物特征识别智能锁具的发展方向将是多领域的。在不久的将来，更加先进、成熟、智能的生物特征识别智能锁具将会更加广泛地被使用在世界各地。