51、形状描述与动态签名验证技术研究

形状描述与动态签名验证技术研究

形状描述方法

在形状描述领域，提出了一种旋转和尺度不变的形状描述方法。该方法定义了重叠的轮廓段，其长度与整个轮廓长度成比例。轮廓段曲率（CSC）可根据段的单位长度描述局部或全局形状特征。为了实现这一点，使用了多个单位长度的段来计算CSC。

实验结果表明，该方法在聚类能力方面优于NCCH和TRP方法。此外，经过优化的CSC特征在检索结果上有更好的表现。目前的研究主要集中在形状描述方法本身，采用了简单的相似度度量和最近邻分类器。未来的工作将着重于优化CSC特征并开发合适的分类器。

动态签名验证系统

动态签名验证技术在安全领域具有重要意义。从人类历史开始，识别他人的能力就是家庭单位安全的基础。如今，生物识别技术相较于徽章、读卡器或密码系统，提供了更高的认证可靠性。动态签名验证技术通过计算签名者的书写方式、速度、角度、笔画数量、顺序以及笔的上下移动等信息来验证签名者的身份。

动态签名验证系统（DSVS）与其他生物识别验证系统一样，包括注册和验证两种处理模式。注册模式又分为训练、测试和保存三个阶段：
- 训练 ：用户提供签名样本，用于构建代表其签名独特特征的模板（或原型特征向量）。
- 测试 ：用户提供新的签名，以判断样本的真实性，并选择自己的安全阈值。
- 保存 ：将签名特征向量等信息保存到数据库。

验证系统的性能通常用等错误率（EER）来评估，验证错误可分为两类：
|错误类型|描述|
| ---- | ---- |
|错误拒绝率（FRR）|真正签名被拒绝的比率，即评估被分类为真实签名的虚假签名数量|
|错误接受率（FAR）|接受伪造签名的比率，即衡量被分类为伪造签名的真实签名数量|

等错误率（EER）对应于FAR等于FRR时的错误值，这些比率决定了认证系统的质量，但可接受的值取决于特定应用所需的安全级别。

特征提取

在在线签名验证系统中，有许多有用的特征点：
- 速度、速度、加速度、压力信息
- 坐标形状、两点之间的方向和斜率
- 笔的上下点数量
- 笔的上下移动信息
- 签名总时间
- 笔画之间的笔上下时间
- 笔画数量
- 坐标总数

系统主要使用笔上下笔画中两点之间的方向和绝对距离，因为这些特征包含了签名的许多信息，如形状、速度、笔画信息和经过时间等。笔向下移动的特征向量值为1到36个方向，笔向上移动的特征向量值为91到126个方向，所有距离定义小于128，这些方向和距离可以作为字节串存储在小内存中。

比较方法

在线签名认证中，选择合适的比较方法是一个重要难题。由于同一人的两个签名不可能完全相同，需要一种考虑到这种可变性的度量方法。动态时间规整（DTW）是一个有趣的工具，它实现了点与点之间的对应关系，对时间上的小差异不敏感。

给定两个序列A = (a1, a2, …, an)和B = (b1, b2, …, bm)，DTW距离G(A,B)的计算步骤如下：
1. 构建一个n×m的矩阵。
2. 找到矩阵中从单元格(1, 1)到单元格(n,m)的路径，使路径上的平均累积成本最小化。
3. 如果路径经过单元格(i, j)，则该单元格对累积成本贡献cost(ai, bj)。成本函数可以根据应用灵活定义，例如cost(ai, bj) = |ai - bj| * weight。
4. 该路径可以使用动态规划确定，递归方程为：G(i, j) = [cost(ai, bj) + min{G(i - 1, j)+w1,G(i - 1, j - 1)+w2,G(i, j - 1)+w1}]*max(i,j)/min(,j)/(i+j)。

路径可能会沿A水平或沿B垂直经过多个单元格，这使得两个序列之间的匹配不是严格的一对一，而是一对多和多对一，这就是DTW在对齐序列时提供的鲁棒性。同时，w1和w2是DTW中衡量相似度的重要权重值。

Java实现

动态签名验证系统提供了两个窗口：
- 签名注册窗口 ：用户在白色矩形区域书写签名，点击“注册”按钮；再次书写相同签名，点击“测试&验证”按钮，查看推荐的安全级别和两个签名之间的相似度。根据多次试验结果，用户可以选择自己的安全级别。最后点击“保存”按钮，将签名的特征向量、安全级别、居民ID和密码保存到远程签名数据库。
- 签名验证窗口 ：用于验证签名者的身份，“SignView”复选框可显示或隐藏书写的签名。

这些界面窗口使用Java实现，以支持各种操作系统平台，任何人都可以在网站（http://www.mmigroup.net/en/mmi_products_signq.php）上测试DSVS。

应用领域

动态签名验证技术适用于各种领域，作为一种比现有方法（如PIN码、密码、简单钥匙和门禁卡钥匙）更强大的用户认证安全系统。具体应用领域如下：
- 互联网（有线/无线/移动） ：VPN、网上银行、互联网HTS、虚拟大学登录、电子商务、客户端/服务器、电子审批
- 电子货币交易 ：ATM、电子货币、信用卡读卡器
- 计算机（PC、PDA、智能手机、网络平板电脑、平板电脑、面板PC） ：数据、程序、文件访问、登录
- 商业 ：更安全的保障、建筑物入口准入
- 医疗保健 ：电子处方
- 与其他安全技术结合 ：密码、签名、语音、指纹、虹膜、手掌、静脉、DNA、脑电波等

随着技术的不断发展和市场对生物识别安全的广泛接受，生物识别解决方案将变得更加便宜和普及，动态签名验证技术已成为全球安全领域中一项非常有价值、有用且高效的技术。政府有责任保护人们在互联网上的安全交易，同时也需要关注为青少年采用验证审批系统，以保护他们免受众多不道德成人网站的侵害。

形状描述与动态签名验证技术研究

动态签名验证技术的优势与特点

动态签名验证技术相较于传统的身份验证方式，如PIN码、密码等，具有显著的优势。首先，从社会接受度来看，签名在银行和信用卡交易中已经是一种广泛使用的身份识别方法，人们对其熟悉且信任。其次，随着科技的发展，新一代的便携式计算机、个人数字助理（PDAs）和智能手机大多采用手写作为主要输入渠道，这为动态签名验证技术的应用提供了便利的硬件基础。再者，签名具有可变性，用户可以像更改密码一样更改自己的签名，而指纹、虹膜等生理特征是固定不变的。最后，对于团体用户而言，他们可以通过简单的签名模式共享签名密钥，这是生理生物识别技术所不具备的特点。

此外，动态签名验证技术基于行为生物识别技术，与指纹、面部、虹膜或视网膜等生理生物识别技术相比，具有更高的安全性。由于动态签名包含了多维特征信息，如笔画速度、签名大小、压力、可变形状、笔的上下移动信息等，一个对真实签名信息了解不足的伪造者很难欺骗验证算法，从而降低了接受熟练伪造签名的风险。

动态签名验证系统的工作流程

动态签名验证系统（DSVS）的工作流程主要包含注册和验证两个处理模式，下面通过mermaid流程图来展示其详细过程：

graph LR
    classDef startend fill:#F5EBFF,stroke:#BE8FED,stroke-width:2px;
    classDef process fill:#E5F6FF,stroke:#73A6FF,stroke-width:2px;
    classDef decision fill:#FFF6CC,stroke:#FFBC52,stroke-width:2px;

    A([开始]):::startend --> B(注册模式):::process
    B --> C(训练阶段):::process
    C --> D(提供签名样本):::process
    D --> E(构建模板):::process
    B --> F(测试阶段):::process
    F --> G(提供新签名):::process
    G --> H(判断真实性):::process
    H --> I(选择安全阈值):::process
    B --> J(保存阶段):::process
    J --> K(保存签名特征向量等信息):::process
    A --> L(验证模式):::process
    L --> M(输入签名):::process
    M --> N(与模板比较):::process
    N --> O{是否匹配}:::decision
    O -->|是| P(验证通过):::process
    O -->|否| Q(验证失败):::process
    P --> R([结束]):::startend
    Q --> R

从流程图可以看出，在注册模式中，用户首先在训练阶段提供签名样本以构建模板，接着在测试阶段提供新签名来判断真实性并选择安全阈值，最后将相关信息保存。在验证模式中，用户输入签名，系统将其与模板进行比较，根据匹配结果判断验证是否通过。

未来发展展望

虽然动态签名验证技术已经取得了显著的成果，但仍有一些方面需要进一步研究和改进。未来的工作可以从以下几个方面展开：
1. 特征优化 ：继续深入研究签名的特征，提取更具代表性和区分性的特征，以提高验证的准确性和安全性。例如，可以结合更多的行为特征，如签名时的手部抖动、停顿时间等。
2. 分类器开发 ：开发更合适的分类器，以更好地处理签名的可变性和复杂性。目前使用的简单相似度度量和最近邻分类器可能无法满足复杂场景的需求，可以探索使用深度学习等先进技术来构建分类器。
3. 多模态融合 ：将动态签名验证技术与其他生物识别技术，如指纹、面部识别等进行融合，实现多模态身份验证，进一步提高安全性和可靠性。
4. 应用拓展 ：随着物联网、人工智能等技术的发展，动态签名验证技术可以在更多领域得到应用，如智能家居、智能交通等。需要进一步研究如何将该技术与这些领域的需求相结合，开发出更具创新性的应用。

总之，动态签名验证技术在安全领域具有广阔的应用前景，通过不断的研究和改进，它将为人们的生活和工作提供更加安全、便捷的身份验证解决方案。同时，政府和社会也应加强对该技术的推广和应用，以保护人们在数字化时代的隐私和安全。