7月15日,，在清華大學(xué)智能產(chǎn)業(yè)研究院（AIR）舉辦的“數(shù)據(jù)安全與可信AI”主題學(xué)術(shù)工作坊上,，墨奇科技 CEO 及聯(lián)合創(chuàng)始人邰騁受邀做了主題為“高性能、保護(hù)隱私的生物識(shí)別技術(shù)”的報(bào)告,。在報(bào)告中,，邰騁闡釋了如何將指紋識(shí)別問(wèn)題轉(zhuǎn)化為高精度圖像搜索問(wèn)題,，業(yè)內(nèi)首次達(dá)到 20 億量級(jí)上的秒級(jí)、高精度,、自動(dòng)化比對(duì),，并介紹了保護(hù)隱私的生物識(shí)別技術(shù)特性和實(shí)現(xiàn)途徑。

突破大庫(kù)衰減的天花板,，高性能生物識(shí)別的探索成為當(dāng)務(wù)之急

隨著以指紋識(shí)別為代表的生物識(shí)別技術(shù)在各類場(chǎng)景的廣泛應(yīng)用,，如何在保證生物識(shí)別的性能同時(shí)保護(hù)用戶的隱私成為一個(gè)亟待解決的時(shí)代命題。

生物識(shí)別技術(shù)一般來(lái)說(shuō)有兩種類型任務(wù)：第一種是驗(yàn)證,，也稱之為 1：1 的比對(duì),；第二種是識(shí)別，也稱之為 1：N 的比對(duì),。1：N 的問(wèn)題比 1：1 的問(wèn)題要困難約N 倍,，而且隨著庫(kù)容增大到20億級(jí)別，這一問(wèn)題會(huì)變得更加困難,。

除了在億級(jí)大庫(kù)指紋識(shí)別任務(wù)中的技術(shù)挑戰(zhàn),，傳統(tǒng)指紋識(shí)別流程存在四方面問(wèn)題：

• 一是很難自動(dòng)化處理低質(zhì)量的指紋圖像，仍依賴于指紋專家對(duì)細(xì)節(jié)特征進(jìn)行人工標(biāo)注,，技術(shù)門檻很高,，效率卻很低。

• 二是由于傳統(tǒng)方法都是基于細(xì)節(jié)特征,，而細(xì)節(jié)特征本身的精度就有限,，只覆蓋了指紋信息中的一小部分，曲率和幾何信息都丟失了,。隨著數(shù)據(jù)庫(kù)大小的增加,，準(zhǔn)確率會(huì)迅速下降，即“大庫(kù)衰減”現(xiàn)象,。

• 三是基于深度學(xué)習(xí)的方法需要大量的訓(xùn)練數(shù)據(jù),，但是這些數(shù)據(jù)并不易于獲得。

• 四是在大型數(shù)據(jù)庫(kù)比對(duì)上花費(fèi)的時(shí)間過(guò)長(zhǎng),。

  
  

墨奇科技一直致力于探尋新的技術(shù)路徑來(lái)解決這些問(wèn)題,，并發(fā)現(xiàn)了一種可行的方式：將指紋比對(duì)問(wèn)題轉(zhuǎn)化為高精度圖像搜索問(wèn)題，并自主研發(fā)出了高精度圖像搜索引擎技術(shù),，它包含三個(gè)部分：圖像的自適應(yīng)多尺度表示和索引系統(tǒng),、無(wú)標(biāo)注或極少標(biāo)注的自學(xué)習(xí)框架，以及高速異構(gòu)的搜索系統(tǒng),。

圖：多尺度特征

• 首先通過(guò)一個(gè)更有效的數(shù)學(xué)框架為指紋圖像構(gòu)建最佳的多尺度表示,，讓高精度、高性能的圖像搜索成為可能,。例如,，在從像素到整體圖像的每一個(gè)中間尺度上,，都提取了標(biāo)簽（label）、向量（vector）和圖（graph）等不同的特征,，極大地?cái)U(kuò)充了指紋信息,。

• 其次，只需要極少樣本的AI自學(xué)習(xí)框架,，讓系統(tǒng)可以自學(xué)習(xí),，且需要的標(biāo)注數(shù)據(jù)減少了幾千至上萬(wàn)倍。

• 另外,，超高性能的異構(gòu)系統(tǒng)和架構(gòu),，讓準(zhǔn)確性和速度提升。專門用于視覺(jué)搜索的異構(gòu)多層分布式系統(tǒng),，針對(duì)多尺度特征進(jìn)行了優(yōu)化,。對(duì)于量大且不需要高精度的圖像，可以使用GPU來(lái)進(jìn)行運(yùn)算,；而對(duì)精度要求較高的圖像則調(diào)用CPU來(lái)進(jìn)行運(yùn)算,，從而實(shí)現(xiàn)指紋圖像的高速比對(duì)。

上圖：需要人工標(biāo)注細(xì)節(jié)特征

下圖：無(wú)標(biāo)注比對(duì)自動(dòng)搜索指紋圖像相似的區(qū)域 

憑借這些思路以及底層的技術(shù)創(chuàng)新,，墨奇科技的新一代指紋識(shí)別系統(tǒng)徹底改變了傳統(tǒng)系統(tǒng)的工作流程，突破性地實(shí)現(xiàn)了 20 億量級(jí)大庫(kù)的秒級(jí),、高精度,、自動(dòng)化比對(duì)。這一技術(shù)目前已運(yùn)用到了指紋以外的更多圖像,，如掌紋識(shí)別上,，未來(lái)將推廣到更廣泛的圖像搜索應(yīng)用中。

保護(hù)隱私是未來(lái)生物識(shí)別技術(shù)發(fā)展的關(guān)鍵和難點(diǎn)

生物識(shí)別技術(shù)在許多應(yīng)用中帶來(lái)了便利,，但由此引發(fā)的數(shù)據(jù)和隱私保護(hù)問(wèn)題也日益凸顯,。生物識(shí)別技術(shù)的隱私問(wèn)題不僅包括數(shù)據(jù)庫(kù)泄露所帶來(lái)的隱私泄露，也會(huì)面臨著多種外部攻擊：模仿攻擊,，設(shè)備替換,，重放攻擊，暴力破解等,。因此,，生物特征識(shí)別技術(shù)需要一種更有效的隱私保護(hù)機(jī)制。

墨奇科技認(rèn)為,，一個(gè)真正保護(hù)隱私的生物識(shí)別系統(tǒng)需要具備如下三點(diǎn)：

• 第一,，不可逆。在給定比對(duì)特征的情況下,，恢復(fù)原始的特征模板非常困難,。這一特性防止了濫用存儲(chǔ)的生物特征數(shù)據(jù)進(jìn)行欺騙或重放攻擊,，提高了生物識(shí)別認(rèn)證系統(tǒng)的安全性。

• 第二,，可撤銷,。一旦某一個(gè)模板泄露或被認(rèn)為不安全，就可以安全注銷,，然后簽發(fā)一個(gè)新模板,，這樣就使得使用生物識(shí)別的方式和使用密碼的方式一樣可撤銷。

• 第三,，非關(guān)聯(lián)性,。這意味著想要確定一個(gè)或者多個(gè)變換后的模板是源于同一個(gè)原始特征，在計(jì)算上應(yīng)該是困難的,。也就是說(shuō),，用戶有不同的生物識(shí)別應(yīng)用，但彼此之間并不關(guān)聯(lián),。

只有滿足上述三點(diǎn)的方案才可被稱為可撤銷的生物識(shí)別技術(shù),，其中有三種方案最具代表性：Biohashing 、Fuzzy Commitment 和 Fuzzy Vault,。

• 第一種方案,，Biohashing。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是由于需要同時(shí)借助原始生物特征模板和外部密鑰兩個(gè)因素驗(yàn)證,，實(shí)際上提高了準(zhǔn)確性,。然而，該方案的缺點(diǎn)是仍需要記住密鑰,，且一旦密鑰暴露,，原始生物特征數(shù)據(jù)也不安全。

• 第二種方案,，F(xiàn)uzzy Commitment,，使用糾錯(cuò)碼技術(shù)，優(yōu)點(diǎn)是可以看到用戶不需要記住任何密鑰,，而缺點(diǎn)在于取決于糾錯(cuò)碼的構(gòu)造,，可撤銷性或者非關(guān)聯(lián)性可能無(wú)法完全滿足。

• 第三種方案,，F(xiàn)uzzy Vault,，實(shí)際上假設(shè)原始生物特征模板包含圖像的許多特征點(diǎn)，使用一組網(wǎng)格點(diǎn)對(duì)圖像進(jìn)行分區(qū),，并將這些特征點(diǎn)量化到網(wǎng)格,，如果足夠多的特征點(diǎn)是正確的，那多項(xiàng)式可以用Generalized Reed Solomon解碼技術(shù)來(lái)恢復(fù),，否則,，有很多錯(cuò)誤點(diǎn)的多項(xiàng)式重建問(wèn)題,，實(shí)際上是 NP-hard 問(wèn)題。這種方法的優(yōu)點(diǎn)是多項(xiàng)式重建問(wèn)題的難度保證了一定的安全屬性,，缺點(diǎn)是比對(duì)速度很慢,。

圖：Biohashing 、Fuzzy Commitment 和 Fuzzy Vault

總的來(lái)說(shuō),，這三種方案各有優(yōu)缺點(diǎn),，在準(zhǔn)確性、安全性,、比對(duì)速度等方面不能兼得,。由此可見(jiàn)，研發(fā)保護(hù)隱私的生物識(shí)別相當(dāng)困難,，目前業(yè)內(nèi)正在積極探索,。

盡管保護(hù)隱私的生物識(shí)別技術(shù)尚未被廣泛采用，但潛力巨大,。這也正是墨奇科技持續(xù)努力的領(lǐng)域,，墨奇科技也將繼續(xù)致力于為數(shù)十億人提供保護(hù)隱私、安全可靠的下一代身份認(rèn)證和識(shí)別服務(wù),，引領(lǐng)高性能,、保護(hù)隱私的生物識(shí)別，為生物識(shí)別行業(yè)演進(jìn)出新的技術(shù)高度,。