古代指纹技术的应用

  “指纹”技术能得到长足发展，和一个极其关键的哲学问题有关：怎么证明我是我？

  古老而神秘的东方巨龙，是公认的“指纹”发源地。早在秦汉时期，中国就开始盛行一种名为“封泥”的土法子：官员们为了防止文书被私拆，会将写有文书的木牍用绳子捆住，封以粘土，再按上自己的印章或指纹，接收的官员只要看到粘土上的指纹完好无损，就知道中途无人拆过。当人们每天照常拆开封上泥的文书时，并没有意识到，指纹身上的历史车轮，已经悄然转动。

  唐代时期，指纹被官员和百姓们广泛用于文书、契约的落款上，开始初步具备“证明我是我”的作用；时至宋代，已经出现乡村豪强通过伪造指纹来霸占良家田地的“高智商犯罪”。而这起恶性案件，最终也因为“指纹”这一关键证据而被侦破。这意味着，当时的指纹识别技术（人眼），已经足以分辨出“是谁按的”以及“是不是当时按的”这两个关键维度的差异。

  在中国将指纹利用得越来越广泛的同时，外国人也没闲着。1892 年，远在大西洋沿岸的阿根廷，警方也根据留在门上的血污拇指印作为证据成功抓获了凶手，并将“指纹”作为定罪的重要凭据。很遗憾，在这方面，他们比中国整整晚了 800 年。

  在“指纹识别”乘上现代技术的高铁之前，还被中国人开发出一个非常有趣的“土用法”。

  1936 年，宁夏省在省内推行居民证制度。但当时的相机技术还未进入民用领域，给每个居民都拍张照片实在是太烧钱，怎么办呢？机智的官员想出一个妙招：办理证件时，让居民把双手交给工作人员查看，工作人员按顺序记下每只手指的特征。手指肚的纹路是同心圆的，记为 “O”，纹路不是同心圆的，记为 “X”；将这样得到的一组 XXXOOXOOXO 数据记录在身份证上，作为居民的身份识别工具。在这里，指纹仅仅通过数量的累计，就让“差异性”达到了指数级的暴增，得以成为居民们最早期的“身份证号”。

  然而，和很多古代技术一样，指纹的广泛应用虽然是从中国开始，但相关现代技术的积累和爆发，全都是拜西方人的功劳。19 世纪，英国人收集了大量中国和日本的陶器文书，对上面的手指印产生兴趣并展开了研究。在 19 世纪末，英国人首次提出了“指纹具有唯一性”这一重磅观点。在此之外，他们还顺手证实了另一位学者在二十年前提出的一个理论：指纹终身不会变。

  如果说，日后指纹技术的发展速度如火箭一般迅速的话，那么在这一刻，它的燃料已经装填完毕了。

  现代指纹技术的飞速发展

  果然没过多久，标志着现代指纹学诞生的《指纹学》正式出版了；次年，另一个英国人以《指纹学》为依据建立了“指纹分类规则”，并在短短十几年间被英德美法多个国家纳为规范，不久后 FBI（美国联邦调查局）也参与进来，主导将美国公民的指纹印上卡片并建立指纹库。到了 1969 年，仅 FBI 收集的指纹就覆盖了 1600 万人。而经验丰富的 FBI 也开始意识到人工搜集指纹太过繁琐，于是申请与美国国家标准局共同研发指纹识别技术，目前许多大型的自动指纹识别系统（AFIS）的公司也在此时创立和发展起来。20 世纪 90 年代初，我国也成功研制出了指纹识别系统。

  在当时的世界范围内，指纹识别暂时只应用于刑侦领域，并没有人意识到，这项新技术将如后来的智能手机一样席卷全球。

  进入 21 世纪，指纹渐渐进入民用领域。2003 年，富士通推出了第一款带有指纹识别的手机，但由于传感器限制，只能采用刮擦式的识别方式，意义大于实际，没有在市场引起波澜。不过值得注意的是，富士通采用的技术正是来自之后你我熟知的 AuthenTec 。

  2012 年，苹果收购 AuthenTec 公司，业界震动；一年后 iPhone 5s 正式发布，将真正“好用”的指纹识别带到了大众面前 —— 这一次，指纹识别终于回到了最初的样子，像“在文书上按手印”一样方便、自然，无需任何学习成本。

  两年后，华为 Mate 7 作为第一款 Android 指纹识别手机正式发布，这一次的方案来自瑞士公司 FPC，但由于指纹模块被放在了背面，受到不少吐槽。

  2014 年 12 月，魅族发布了第一款国内带有正面按压式指纹的 Android 手机 MX4 Pro ，这一次，指纹识别技术来自国内的汇顶科技。

  其实 MX4 Pro 的指纹识别在实现过程上与 iPhone 并不相同；然而在实现结果上却和 iPhone 相差无几，MX4 Pro 上优秀的表现一时间为两家公司带来空前关注。至此，指纹识别技术已成 AuthenTec 、FPC、汇顶三足鼎立之势，搭载指纹识别的智能手机也如春笋相继冒出。

  2016 年 6 月，魅蓝3s 通过 699 的售价把指纹识别带进了百元机时代，为指纹识别“从土办法的广泛应用，到化为并再次被广泛应用，最终走进千家万户、成为一项人人都能用上的技术”的历程画上了圆满的句号。

  指纹识别的未来

  前面说到，20 世纪时，FBI 不堪统计之重负，敦促大家一起研发自动指纹识别技术，一路刹不住车地从刑侦领域飙到了民用领域，进入民用领域之后，指纹识别技术在硬件方面主要经历了四个阶段。

  光学识别

  光学是最早期的指纹识别技术，只需要简单地将传感器的光线照射到手指表面获取纹路，作为识别的数据。公司打卡和门禁系统大都采用这种技术。在使用这种技术的机器面前，你可以看到一个绿色或红色的小底灯照射在采集区域。

  由于光学识别只能止步于皮肤的表皮层，受手指是否干净的影响比较大。更严重的是，光学传感器可以接受伪造的指纹。目前，缺陷缠身的光学识别开始逐渐被淘汰。

  半导体识别

  半导体识别是目前最主流和成熟的识别技术，分为“电容识别”和“射频识别”。前者利用电容检测指纹的凹凸，虽然还是对手指的干净程度有较高要求，但好在已经具备了分辨 活体/伪造 指纹的能力，是目前指纹识别手机普遍采用的方案；后者使用微量的射频信号穿透手指的表皮层获取里层的纹路，是各家手机厂商下一步进化的方向。

  超声波识别

  超声波识别是去年由高通发起的方案，通过超声波对手指纹路采样，带来了两个令人振奋的新特性：

  1. 直接渗透到皮肤之下识别 3D 特征和血液流动情况。这意味着识别过程中不需要再保持手指干净，顺便大幅度提升了伪造指纹的门槛（血液流动）。

  2. 不需要手指直接接触。这意味着可以将识别模块沉到玻璃之下，不需要实体按键就足以完成识别。

  基于这两点我们有理由认为，在可见的未来里，高通的超声波识别最有可能成为指纹识别的终极方案。

  而在软件上，人类现在对指纹的利用也还远远不够 —— 甚至可以说，还处在早期开拓的蛮荒时代。

  因为每个人都明白，指纹的唯一性并不是以“个人”为单位，而是以“单个指纹”为单位。

  这意味着，对于一个人来说，指纹并不是一把钥匙。

  而是十把。

  顺着这条思路，指纹识别的应用便无形中增加了无数的想象空间。

  当陌生人来借用手机时，你可以使用中指解锁，手机直接调出访客模式供他使用；当你需要给亲爱的发送消息时，用无名指解锁，一秒钟进入聊天页面；当家里熊孩子要玩游戏的时候，用小拇指解锁，自动进入游戏模式，只能访问游戏文件夹里的 App 内容；甚至可以给孩子买一个 iPad，平时他自己的手指只能解锁学习内容，唯有你才可以解锁游戏和上网功能……

  这些想象空间，很大程度上正囿于“电容式识别”的技术瓶颈的限制，当未来超声波识别成为主流，当识别深入到手指内部的 3D 特征，当个体识别准确率无限接近于 100% 的指纹技术再一次像今天这样被普及到百元机，更多充满想象力的指纹应用，将再一次近在你我眼前。