圖一：每個人身上的指紋都不一樣
圖片來源：http://www-tc.pbs.org/.../fingerprint-1024x575.jpg

每個人活在世上總會遇到這些問題：「我是誰？」、「什麼能代表我？」、「如何證明我是我？」；古人說：「文如其人」，看一個人寫的文章就知道作者的性格，或許這說法並非毫無根據，但在茫茫人海中，要如何輕易分辨「王小明」是王小明，而「李大同」真的是李大同呢？

舉例來說，在國外銀行提款，你需要在提款單上簽名，行員將你開戶時的簽名與提款單上的簽名作比對，來驗證你的身份；在台灣，一般用蓋印章及比對印鑑為主。但簽名的筆跡隨時可能改變，也容易被仿造，印章更容易被盜用，所以嚴格來說，這些都不是十分嚴謹的方法。

事實上，每個人身上本來就具備一些獨有的特徵。我們的相貌、聲音，甚至小動作等細微的差異，是平時旁人用來指認我們的依據。另外，指腹上的細紋(指紋)、眼球虹膜上的紋路等，這些每個人都不一樣的特殊細部結構，皆可以當成身份的證明，我們稱這些與生俱來可供辨識的特徵為「生物特徵」(Biometrics)，其中，指紋是歷史最悠久也最常見的辨識方法。

圖二：不同的辨識系統
(由左而右分別為簽名、虹膜、人臉、聲紋辨識)
圖片來源：http://www.mobbeel.com/products/mobbid/overview/

指紋應用歷史悠久

人類很早就發現，每個人的手上有不同的紋路，並且將這些紋路當成是一種記號。考古學家在陶器、泥板，以及埃及墳墓的牆面上都發現過古人的指紋。在這些指紋中，有些是不小心留下來的，有些很可能是刻意印上去的。例如，在出土的陶器上曾發現非常明顯的指紋印記，似乎是製作者為了辨識作品而刻意印上去的。根據記載，公元前200年左右，巴比倫人就開始使用指紋當成個人憑證。我們經常在古裝劇裡看到蓋手印的劇情，中國人對於指紋也並不陌生。已知中國最早提到「指紋」的文獻，是1975年12月在中國湖北省雲夢縣所挖掘出來戰國時代秦國的竹簡，稱為「雲夢竹簡」。這批竹簡中詳細紀錄了一宗罪犯行為：有幾個小偷挖洞潛入某戶人家中竊取財物，並在現場留下了明顯「手跡」。這段記載告訴我們，當時已經知道指紋可當成犯罪的證據，並將其作為犯罪現場勘查的重點項目。唐朝以後，指紋廣泛的被應用在民間文書契約上；宋朝開始，指紋正式成為刑事訴訟的物證，從此，利用指紋破案的例子便在史書上屢見不鮮。

圖三：雲夢竹簡部分內容，現藏於南通中國審計博物館
圖片來源：維基百科 http://commons.wikimedia.org/wiki/...2013-01.JPG

為什麼人類手上會有這些凹凸不平的紋路？根據推斷，指紋原本的功能是增加手拿東西時所需的摩擦力。除了人類，其他的靈長類，如大猩猩及狒狒等，都有指紋。可愛的無尾熊成天依附在樹上，掌上也有與人類相仿的指紋，提升抓力以免不小心從樹上滑下來。人類的胎兒在媽媽腹中成長到約10~15周左右時，手上就會開始出現紋路。紋路開始發育的時間點，會決定日後指紋的類型；較早開始發育紋路的人，指紋是螺旋狀(Whorl)的，而較晚發育紋路的，紋型偏向弧形紋(Arch)，至於落在早晚兩者中間發育紋路的人，則發展成箕形紋(Loop)的紋路。胎兒發育時程與遺傳有關，因此指紋的紋型與遺傳有密切關係。但指紋除了基本的紋型，還有許多細部特徵，例如凹凸的間隙、高低，分岔等，這些細部特徵受到發育時隨機環境因素的影響，因此，即使是同卵雙胞胎，也具有可辨識的不同指紋。隨著成長，人類指紋在青春期後就固定不變，即使是割破手指皮膚，只要不是割得太深，傷口復原後的皮膚表面還是會有相同的紋路。

由於指紋的獨特性與容易取得的特性，從19世紀開始，西方國家便開始有系統的將指紋分類，建立指紋資料庫，並發展出有效的辨識方法。然而長久以來，指紋辨識的應用多侷限於犯罪偵查、遺體辨識等警政與軍方系統，一般人對指紋的印象，也侷限於罪犯或刑事案件相關。

圖四：指紋類型
（由右至左分別為箕型Loop、螺旋型Whorl、弧形Arch）
圖片來源：http://news.bbcimg.co.uk/...types.jpg

2001年9月美國紐約發生911恐怖攻擊事件，美國國土安全局開始要求外國人進入美國時，必須留下指紋印記以供日後查證，許多國家的海關也開始將指紋當成出入境管制方式之一。對人員進出控管嚴格性需求逐漸升高的情況下，指紋辨識應用在民間各類門禁系統上的情況越來越普遍。同一時間，由於半導體技術與偵測設備的進步，更帶動指紋辨識技術開始進入民生消費領域中。

筆記型電腦與指紋辨識

2004年，許多高階筆記型電腦開始搭載指紋辨識登入系統。無需在鍵盤上輸入密碼，使用者透過指紋認證即可直接登入作業系統。然而，隨著個人電腦市場的衰退，當時的指紋辨識系統並沒有獲得太多的青睞。為了節省成本，筆記型電腦廠商將指紋感測器設計成滑動式，與傳統按壓以採集指紋的方法不同，使用者將手指緊貼條狀感測器進行滑動後，軟體將蒐集到的線性指紋資料組成完整的指紋影像。這種採集方式下，滑動的速度與方向對於辨識的結果有直接影響，造成使用上的不便，許多消費者即使購買了搭載指紋辨識系統的筆記型電腦，也多半關閉這項裝置忽略不用。

圖五：筆記型電腦搭配滑動式指紋辨識系統
圖片來源：http://img.wonderhowto.com/.../634824545397105884.jpg

蘋果Touch ID引領風潮

2013年蘋果在iPhone5S手機上引進Touch ID系統，這可算是近年來指紋辨識應用的引爆點。蘋果的指紋辨識方案採取與傳統採集指紋方法類似的按壓式，用戶將手指按壓在方形感測器上以偵測指紋，使用起來非常方便，因此大受歡迎。以蘋果在行動裝置上無可撼動的指標性地位來看，當蘋果開始進入指紋辨識應用領域時，各家行動設備大廠亦不得不考慮將指紋辨識系統列為主要配備之一。2014年蘋果iPhone6將指紋辨識與行動支付結合，更將這股熱潮推向高峰。2015年各家手機廠商推出的高階手機幾乎都將指紋辨識列為標準配備之一。這股熱潮方興未艾，而且蔓延速度正在加快中。

圖六：蘋果iPhone6手機搭配TouchID系統
圖片來源：蘋果公司http://www.apple.com/iphone-6/touch-id/

傳統指紋辨識系統難道真的萬無一失嗎？其實不然。作為犯罪證據的情況下，只要採集足夠完整的指紋資料，辨識結果並沒有太大的爭議。然而作為身份認證應用，僅是純粹比對指紋圖像是不夠的。冒用他人身份者可以很輕易地取得並複製他人指紋圖像，並以此來矇騙辨識系統。即使是蘋果所採用的「電容式」觸控面板，以利用活體手指碰觸並造成螢幕電容改變的偵測方式，也不是100%沒有漏洞，網路上曾經有許多人發表如何破解蘋果Touch ID系統的文章。消費者不禁要問，還有沒有更好的方法呢？

高通Sense ID強勢登場

美國通訊晶片大廠高通(Qualcomm Inc.)在今年(2015)的全球行動通訊大會(MWC)上，發表最新的指紋辨識系統Snapdragon Sense ID，這個系統的特點是利用超音波偵測，而非以往電容式觸控偵測。利用超音波技術不僅可以避免指紋偵測受到汗水或護手霜的影響，還可以透入皮膚表層，偵測到表層下的微血管、汗孔等更細微的立體特徵，使得模仿或仿造指紋的難度更高。

圖七：高通關於超音波指紋辨識得到的專利首頁與示意圖
圖片來源：UPSTO 美國專利與商標局

高通這兩年積極地佈局指紋辨識技術，2013年3月買下專門研究超音波辨識系統的Ultra-Scan公司後，成功地將此技術整合到高通現有的通訊晶片上。未來超音波是否會取代電容觸控成為指紋偵測的主流，仍待觀察，但指紋辨識代替密碼等傳統的安全控管機制已成為重要趨勢。

作者： 徐文芝 現任： 北美智權 教育訓練處 研發創新顧問 經歷: 美國Marvell公司 資深工程師 美國普渡大學電機工程碩士 專精技術領域：數位ＩＣ設計、影像處理、記憶體控制、系統晶片設計

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