生物识别技术在门禁控制系统中的应用

　　生物识别产品可以通过人的身体特征来进行个体识别。手的大小和形状、指纹、声音和虹膜及视网膜都有其特有的属性。现在在全球很多商用楼宇的门禁系统都在使用这种设备。1970年，现代的生物识别技术就已经在门禁系统应用了。但由于生物识别产品在当时属于高成本投入，因此最早的应用仅限于高保安环境。最近几年，随着微处理器价格的下降和先进的电子影像元件的出现，降低了成本而且提高了生物识别产品的准确率，因此，越来越多的生物识别产品应用到部分商业门禁系统中。生物识别技术不再只是为核设施提供的技术。

　　本文阐述的是生物识别产品在门禁控制系统中的应用以及在实际应用过程中应注意的问题。

　　使用门禁系统的目的是为了允许经授权的人进入特定的地点。而只有使用生物识别技术才能达到这个目的。智能卡系统只能监控授权卡片的使用而不能控制使用智能卡的人。密码系统也只能识别特定的一组数字而不能识别使用这组数字的人。而生物识别设备则可以通过手掌、眼睛、指纹或声音识别此人是否经过授权。

　　生物识别设备同样可以替代智能卡。虽然近几年智能卡的成本有所卞降，但要真正取代智能卡还是要降低管理成本。因为智能卡的卡片丢失后必须更换补发，造成时间成本增加。而人的眼睛和手掌基本上不会丢失、被盗或遗忘，当然也不会更换。

　　1 系统集成

　　任何一个生物识别产品的最主要功能是识别和认证个体。而门禁系统不但需要识别个体，同时也要求开锁或根据时间要求允许及拒绝进入，或者监控门铃及警系统。生物认别产品则可以通过多种途径来完成这些任务。

　　1.1 单机系统(见图1)

单机配置示意图

　　很多生物识别产品都有单机系统配置。这种设备不仅是一个生物识别产品，同样也是一个单个门禁控制系统。使用者可在设备上注册并将生物特征模板存贮于内存中以便日后对比认证。认证过程是由设备自己完成并且可连接电子门锁。输入端子可以监控门的开关时间长短以及是否为正常开关门等信号。输出端子既连接报警门铃也可以连接打印机。通过键盘可以定义每个用户的时间限制。内存的大小决定用户的数量。

　　1.2 网络系统(见图2)

网络配置示意图

　　有些门禁系统要求多门控制。当使用多个单机设备时，就有了对生物识别产品的需求。最终用户都要求通过网络将每台设备连接至电脑。最明显的优势就是可以集中监控整个系统，而所有系统中的门铃报警和门的开启状态都会反馈给电脑，所有的交换信息会存贮在硬盘中并且可以随时调用，还可以管理信息模板。该功能可以让用户在一台设备上注册并且将模板分发至在其他设备上。删除用户和定义门禁可通过电脑得以实现。声音识别技术是将所有信息存储于电脑中并且在电脑中进行模板对比;还有一些生物识别技术是将模板分发至每个单机。这两种方式都是通过网络来实现。而通常每个设备之间是通过RS485方式或调制解调器连接，声音识别产品则通过电话线连接。

　　1.3 第三方集成系统(见图3)

第三方集成系统示意图

　　生物识别产品生产商可以提供多种方式将产品连接到传统的门禁系统中。通常的做法是采用读卡器方式。采用这种方式的生物识别产品像读卡器一样和门禁控制界面连接，其输出端子连接控制界面的读卡器端子。这种方式可以有效的将生物识别产品整合至现有的读卡器系统中，连接方式也完全一样。当用户使用生物识别产品时，只有客户的信息得到认证，设备才会输出个人识别码，输出格式和门禁控制系统中应用的读卡器完全一致。一旦控制界面收到识别码，就会发出门禁控制指令。所有的门控和监视都是由门禁控制系统来执行。作为一种备选的指令键盘，某些生物识别产品也具备读卡器输入端子。用户出示存储个人认证信息的智能卡，如果通过认证，智能卡上的数字会上传至控制界面等待指令。生物识别产品可支持多种智能卡技术，例如SMART卡，维根格式，磁条卡和条码卡。最常用的两种格式是带8位编码的26位维根格式和ANSI Track 2标准的磁条格式。具有维根格式输出方式的感应卡也经常用于输入控制。

　　在具有读卡功能的系统中，模板不是由门禁控制界面管理。但在系统中，如果连接多台生物识别设备，那么根据用户数量的多少，模板管理的问题就必须要考虑进去，而人数越多，模板管理的问题也就越大。某些生物识别系统可以将多个设备连接且自行管理模板。这种网络连接方式与门控系统分开，但允许用户在一台设备上注册然后将模板分发至其他终端。

　　有些门禁控制系统生产商可以将生物识别系统全部集成在自己的门禁系统中。例如，英格索兰公司的ID3D掌型仪就被集成在Monitor Dynamics，Sensormatic/Software House和西屋电气公司的系统中。在这种类型的系统中，门禁控制软件可以管理模板并和系统中的其他生物识别终端进行通讯。

　　2 需要考虑的问题

　　2.1 接受程度

　　用户选择生物识别系统的最主要因素是使用者对生物识别设备的接受程度。包括几大要素。第一，该设备不会让使用者感到不舒服。因为如果人们对使用这种设备存在恐惧心理的话，那么就会造成客户不能正确使用该设备进行注册而导致不被设备识别无法进入的情况出现;第二，该设备要容易使用，人们喜欢使用简单直观的东西;第三，设备的稳定性，到目前为止，包括生物识别设备，没有一种解决方案可以做到完美无缺，而且经常会有两种情况发生，就是让坏人进入和不让好人进入，也就是我们所说的认假率和拒真率。

　　2.2 认假率

　　认假率就是让未经授权的人进入。而在实际应用中认假率必须很低。认假率在现在的生物识别系统中的范围是0.0001%～0.1%。认假率只会在非授权人(坏人)尝试进入的时候才有可能产生。因此，认假率的高低只与非授权人的尝试次数有关。英格索兰掌型仪在95%的美国核电站实际应用过程中的认假率为0.1%。

　　拒真率在安防的应用中同样是一个重要的问题。拒真率指的是系统不能识别授权人从而拒绝让其进入，影响拒真率的是得到授权的人(好人)。目前拒真率在实际的系统应用中的范围是0.00066%～1.0%。在日常应用的生物识别产品中，低拒真率也是非常重要的。例如一个100人的公司，平均每天每人通过掌型仪进入4次，即每天有授权人的交易记录400个。如果拒真率是1.0%，每天就有4个授权人被拒绝进入，那么5天就会有20人次遭到拒绝。如果拒真率是0.1%，那么5天被拒绝的次数就会降低至2人次。低认假率或拒真率是根据实际应用来认定的。用户接受程度的高低是由拒真率的高低决定的。如果一个授权人通过掌型仪登录并且被认证，那么用户会认为设备的状态是稳定的。反之，一个授权人经常被拒绝从而需要系统管理人员的帮助才能进入，那么就会大大打击用户使用产品的信心。

　　2.4 对等错误率

　　一个生物识别产品，可以通过调整其灵敏值来影响拒真率或认假率。就像汽车的防盗器，如果将其灵敏度提高，汽车被盗的可能性就降低了(认假率降低，拒真率上升);如果将防盗器关闭，那么汽车被盗的几率就会大大增加(认假率上升，拒真率降低)。一个设备如果能够提供极低的认假率，那么相应的拒真率就会变得无法接受。两种错误率的平衡是一个生物识别系统成功与否的重要因素。如图4所示，认假率和拒真率的交点就是所谓的对等错误率。对等错误率是生物识别设备应用成功与否的重要参数。而设备如果有越小的对等错误率说明设备的实际表现就越出色。

对等错误率示意图

　　2.5 注册失败率

　　另一个错误率是注册失败率。它指的是用户不能在生物识物设备(系统)中正确注册。通常不能被注册的原因是需要扫描的生物特征遭到损伤，例如一个建筑工人无法在指纹仪中注册，那么他的手指可能是因为搬砖指纹遭到破坏而影响其注册。

　　运用不同的生物识别技术，产品的注册失败率也不同。通常指纹仪的注册失败率是2%～4%;面型产品中虽然不能注册的很少，但是有时候成功注册并不意味者一个人可以被成功认证。

　　2.6 真实的测试数据

　　因为系统总是有一些细微的错误发生，所以对生物识别产品的测试也是非常困难的。为了得到真实有效的结果，必须记录成千上万次的交易记录。我们所提供的错误率有些是理论数据，而有些是这些现场实际使用的交易记录的统计结果。由于实际的交易记录是现场使用的结果，所以这些数据是很有说服力的。例如拒真率(FRR)，因为生物识别产品需要的是人机对话并且依赖人体的特征来进行识别，所以只有现场实际使用的结果才是准确的。如果生物识别产品不好用，拒真率就可能上升;而用来识别验证的特征是多种多样的，因此拒真的情况就有可能发生。另一方面，如果综合使用多种生物识别技术存储的大型模板，理论上说拒真率是可以计算的。

　　另外，测试的参数也是很有讲究的。在FVC 2002(Fingerprint Verification Competition)指纹仪的测试中，一些指纹产品的EER是0.1%。而用户并不了解测试的过程。用户每次使用后，扫描感应表面都要擦干净以便下一次使用。在FVC 2004的测试中，取消了清理感应表面的步骤，而测试的EER结果则上升为3.0%。

　　目前，大多数的生物识别设备的错误率数据是根据最终用户的实际使用结果得到的。最重要的一点是所有的数据都是要在自然使用的情况下产生，越多的用户注册和使用记录就能得到越精确的结果。假如错误率为0.001%且只有100个使用记录，那么该数据的准确性就会很低;而如果错误率为0.001%而有一百万个使用记录，那么该数据的准确性就会大大的提高了。

　　2.7 使用效率

　　对于生物识别产品的使用效率也是需要仔细考虑的问题。使用效率是指用户使用该设备时所需的完整时间。对于制造商而言，由于实际应用的多样性，很难详细说明使用一次设备所需的时间，多数制造商可以标注识别认证的时间。通常的使用过程是用户提供键盘输入ID，然后按照指令放置手掌、手指或将面部朝向准确位置以便设备可以扫描物体的特征。制造商通常标注其产品的认证时间都是小于2秒，但是在门禁控制应用中，我们不但要考虑认证时间，而且还要考虑使用设备认证整个过程所需要的时间。

　　3 结束语

　　随着对生物识别产品使用用户的增多，用户对于使用生物识别产品的接受程度也越来越高。不同的产品应用会造成用户对生物识别技术不同的接受程度，而造成这种情况的最直接的因素就是错误率。

　　门禁系统的目的是控制人是否能进入。只有生物识别技术才真正具备这种能力。经过很多机构的长时间使用证明，生物识别技术不再是虚构的，而是非常经济的。因此生物设备产品的前景也会越来越宽广。