簡介
我們手掌及其手指、腳、腳趾內側表面的皮膚凸凹不平產生的紋路會形成各種各樣的圖案。這些紋路的存在增加了皮膚表面的摩擦力，使得我們能夠用手來抓起重物。人們也注意到，包括指紋在內的這些皮膚的紋路在圖案、斷點和交叉點上各不相同，也就是說，是唯一的。依靠這種唯一性，我們就可以把一個人同他的指紋對應起來，通過比較他的指紋和預先保存的指紋進行比較，就可以驗證他的真實身份。這種依靠人體的身體特徵來進行身份驗證的技術稱為生物識別技術，指紋識別是生物識別技術的一種。1、現行的系統受到的挑戰
安全性是許多系統要首先考慮的問題，儘管使用者一向都相當討厭安全檢查機制介入他們的工作中，但管理者仍然需要這樣的一種檢查訪問與使用情形的手續與方法。如果沒有辦法清楚明確的辨認使用者身分的話，那么你也將無法確認是那位使用者，以及他究竟操作了什麼行動。所以使用者會被強迫去進行一些密碼機制或硬體標誌以幫助我們去追蹤究竟是誰做了些什麼？
現行的許多計算機系統中，包括許多非常機密的系統，都是使用“用戶ID+密碼”的方法來進行用戶的身份認證和訪問控制的。實際上，這種方案隱含著一些問題。例如，密碼容易被忘記，也容易被別人竊取。而且，如果用戶忘記了他的密碼，他就不能進入系統，當然可以通過系統管理員重新設定密碼來重新開始工作，但是一旦系統管理員忘記了自己的密碼，整個系統也許只有重新安裝後才能工作。有關機構的調查表明，因為忘記密碼而產生的問題已經成為IT廠商售後服務的最常見問題之一；密碼被別人盜取則更是一件可怕的事情，因為用心不良的人可能會進一步竊取公司機密數據、可能會盜用別人的名義做不正當的事情、甚至從鍬行、ATM終端上提取別人的巨額存款。實際上，密碼的盜取比較容易，別人只要留意你在計算機終端前輸入口令時的擊鍵動作就可以知道你的密碼，甚至可以通過你的生日、年齡、姓名或者其他一些信息猜出你的密碼--許多人使用自己的生日作為密碼，密碼還可以被解破--眾所周知，高度機密的美國一些軍事機構計算機網路曾不止一次被黑客侵入，黑客們實際上就是解破了這些計算機網路的某一合法用戶的密碼來開始的。儘管現行系統通過要求用戶及時改變他們的口今來防止盜用口令行為，但這種方法不但增加了用戶的記憶負擔，也不能從根本上解決問題。
隨著科技的進步，指紋識別技術已經開始走入了我們的日常生活之中。目前在世界上許多公司和研究機構都在指紋識別技術的研究中取得一些突破性技術，從而推出了許多新產品，指紋安防領創者和智慧型家居品牌德施曼，推出的指紋防盜鎖就備受推崇。。BAC公司推出的業界領先的SecureTouch指紋識別機產品，就是非常具有套用價值和前景的。
除了計算機網路及其套用系統外，一些傳統的需要進行身份驗證的場合，也存在著類似的安全性問題。例如證件的偽造和盜用、不正當的轉借等。一些犯罪通過偽造證件進入機密場所以竊取機密信息，有的犯罪偽造簽證和護照非法入境或移民，這是因為傳統的證件使用了易於偽造、未經加密的紙制證件。另一個例子是考勤機，它的使用方便了企業進行職工的考勤管理，但使領導頭疼的是經常有人弄虛作假，代別人打卡。
丟了鑰匙不僅打不開門，還要當心壞人拾到你的鑰匙盜取你的家財，其他使用鑰匙的場契約樣也有如此的問題……
這些問題都說明，現行的系統安全性技術己經遭遇嚴峻的挑戰!
2、指紋識別是成熟的生物識別(Biometric)技術
由於人體的身體特徵具有不可複製的特點，人們把目光轉向了生物識別技術，希望可以籍此技術來應付現行系統安全所面臨的的挑戰。要把人體的特證用於身份識別，這些特徵必須具有唯一性和穩定性。研究和經驗表明，人的指紋、掌紋、面孔、發音、虹膜、視網膜、骨架等都具有唯一性和穩定性的特徵，即每個人的這些特徵都與別人不同、且終生不變，因此就可以據此識別出人的身份。基於這些特徵，人們發展了指紋識別、面部識別、發音識別等多種生物識別技術，目前許多技術都己經成熟並得以套用，其中的指紋識別技術更是生物識別技術的熱點。
指紋識別技術的發展得益於現代電子集成製造技術和快速可靠的算法的研究。儘管指紋只是人體皮膚的一小部分，但用於識別的數據量相當大，對這些數據進行比對也不是簡單的相等與不相等的問題，而是使用需要進行大量運算的模糊匹配算法。現代電子集成製造技術使得我們可以製造相當小的指紋圖象讀取設備，同時飛速發展的個人計算機運算速度提供了在微機甚至單片機上可以進行兩個指紋的比對運算的可能。另外，匹配算法可靠性也不斷提高，指紋識別技術己經非常實用。
驗證和辨識
套用系統利用指紋識別技術可以分為兩類，即驗證(Verification)和辨識(Identification)。 驗證就是通過把一個現場採集到的指紋與一個己經登記的指紋進行一對一的比對（one-to-one matching），來確認身份的過程。作為驗證的前提條件，他或她的指紋必須在指紋庫中已經註冊。指紋以一定的壓縮格式存貯，並與其姓名或其標識（ID，PIN）聯繫起來。隨後在比對現場，先驗證其標識，然後，利用系統的指紋與現場採集的指紋比對來證明其標識是合法的。驗證其實是回答了這樣一個問題："他是他自稱的這個人嗎？"這是套用系統中使用得較多的方法。辨識則是把現場採集到的指紋同指紋數據厙中的指紋逐一對比，從中找出與現場指紋相匹配的指紋。這也叫“一對多匹配（one-to-many matching）”。驗證其實是回答了這樣一個問題：“他是誰？”辨識主要套用於犯罪指紋匹配的傳統領域中。一個不明身份的人的指紋與指紋庫中有犯罪記錄的人指紋進行比對，來確定此人是否曾經有過犯罪記錄。
驗證和辨識在比對算法和系統設計上各具技術特點。例如驗證系統一般只考慮對完整的指紋進行比對，而辨識系統要考慮殘紋的比對；驗證系統對比對算法的速度要求不如辨識系統高，但更強調易用性；另外在辨識系統中，一般要使用分類技術來加快查詢的速度。
除了驗證的一對一和辨識的一對多比對方法，在實際套用中還有“一對幾個匹配（one-to-few matching）”。一對幾個匹配主要套用於只有“幾個(few)”用戶的系統中，比如一個家庭的成員要進入他們的房子。 “幾個”所包含的數目一般為5～20人。一對幾個匹配一般使用與一對一匹配相同的方法。
可靠性問題
由於計算機處理指紋時，只是涉及了指紋的一些有限的信息，而且比對算法並不是精確匹配，其結果也不能保證100%準確。指紋識別系統的特定套用的重要衡量標誌是識別率。主要由兩部分組成，拒判率(FRR)和誤判率(FAR)。我們可以根據不同的用途來調整這兩個值。FRR和FAR是成反比的。用0-1.0或百分比來表達這個數。ROC(Receiver Operating Curve)-曲線給出FAR和FRR之間的關係。儘管指紋識別系統存在著可靠性問題，但其安全性也比相同可靠性級別的“用戶ID+密碼”方案的安全性高得多。例如採用四位數字密碼的系統，不安全機率為0.01%，如果同採用誤判率為0.01%指紋識別系統相比，由於不誠實的人可以在一段時間內試用所有可能的密碼，因此四位密碼並不安全，但是他絕對不可能找到一千個人去為他把所有的手指（十個手指）都試一遍。正因為如此，權威機構認為，在套用中1%的誤判率就可以接受。
FRR實際上也是系統易用性的重要指標。由於FRR和FAR是相互矛盾的，這就使得在套用系統的設計中，要權衡易用性和安全性。一個有效的辦法是比對兩個或更多的指紋，從而在不損失易用性的同時，極大地提高了系統安全性。
四、 嵌入式系統(Embedded System)與連線PC的桌面套用
利用指紋識別技術的套用系統常見有兩種方法，即嵌入式系統和連線PC的桌面套用系統。嵌入式系統是一個相對獨立的完整系統，它不需要連線其他設備或計算機就可以獨立完成其設計的功能，象指紋門鎖、指紋考勤終端就是嵌入式系統。其功能較為單一，套用於完成特定的功能。而連線PC的桌面套用系統具有靈活的系統結構，並且可以多個系統共享指紋識別設備，可以建立大型的資料庫套用。當然，由於需要連線計算機才能完成指紋識別的功能，限制了這種系統在許多方面的套用。
當今市場上的指紋識別系統廠商，除了提供完整的指紋識別套用系統及其解決方案外，可以提供從指紋取像設備的OEM產品到完整的指紋識別軟體開發包，從而使得無論是系統集成商還是套用系統開發商都可以自行開發自己的增值產品，包括嵌入式的系統和其他套用指紋驗證的計算機軟體。
五、 指紋識別技術套用實例
指紋識別技術可以通過幾種方法套用到許多方面。本文在上面已經介紹的通過使用指紋驗證來取代各個計算機應用程式的密碼就是最為典型的實例。可以想像如果計算機上的所有系統和應用程式都可以使用指紋驗證的話，人們使用計算機就會非常方便和安全，用戶不再討厭必要的安全性檢查，而IT開發商的售後服務工作也會減輕許多。IBM公司已經開發成功並廣泛套用的Global Sign On軟體通過定義唯一的口令，或者使用指紋，就可以在公司整個網路上暢行無阻。 把指紋識別技術同IC卡結合起來，是目前最有前景的一個方向之一。該技術把卡的主人的指紋（加密後）存儲在IC卡上，並在IC卡的讀卡機上加裝指紋識別系統，當讀卡機閱讀卡上的信息時，一併讀入持卡者的指紋，通過比對卡上的指紋與持卡者的指紋就可以確認持卡者的是否卡的真正主人，從而進行下一步的交易。在更加嚴格的場合，還可以進一步同後端主機系統資料庫上的指紋作比較。指紋IC卡可以廣泛地運用於許多行業中，例如取代現行的ATM卡、製造防偽證件（簽證或護照、公費醫療卡、會員卡、借書卡等）。目前ATM提款機加裝指紋識別功能在美國已經開始使用。持卡人可以取消密碼 (避免老人和孩子記憶密碼的困難)或者仍舊保留密碼，在操作上按指紋與密碼的時間差不多。
近年來，自動傳送信息的網際網路，帶給人們的方便與利益，正在快速增長之中，但也因此產生了很多的問題，尤其在信息安全方面。無論是團體或者個人的信息，都害怕在四通八達的網路上傳送而發生有損權益的事情。由於指紋特徵數據可以通過電子郵件或其他傳輸方法在計算機網路上進行傳輸和驗證，通過指紋識別技術，限定只有指定的人才能訪問相關信息，可以極大地提高網上信息的安全性，這樣，包括網上銀行、網上貿易、電子商務的一系列網路商業行為，就有了安全性保障。在SFNB(Security First Network Bank安全第一網路銀行)，就是通過網際網路來進行資金划算的，他們目前正在實施以指紋識別技術為基礎的保障安全性的項目，以增強交易的安全性。
在醫院裡，指紋識別技術可以驗證病人身份，例如輸血管理。指紋識別技術也有助於證實尋求公共救援、醫療及其他政府福利或者保險金的人的身份確認。在這些套用中，指紋識別系統將會取代或者補充許多大量使用照片和ID的系統。
總之，隨著許多指紋識別產品已經開發和生產，指紋識別技術的套用已經開始進入民用市場，並且發展迅猛，相信這一技術的普及套用已經指日可待。一個典型的指紋識別系統應該包括：指紋識別Sensor+特徵提取/匹配模組+特徵模板庫+套用軟體。
市場
指紋Sensor錄入指紋圖像，主要通過光學成像或電容/電感感應實現，當前先進的電容/電感式指紋感測器通常不足0.5cm2，解析度能達到500像素/英寸以上；特徵提取/匹配模組通過特殊的算法提取指紋圖像中的總體/局部特徵得到完善的指紋信息，並生成相應的指紋模板並存儲在特徵模板庫中；
指紋的匹配可分為兩步，首先是提取待驗證的指紋的特徵，然後將其和指紋模板庫中的模板指紋進行相似度比較，從而判斷兩個指紋圖像是否來自同一手指，主要由DSP晶片實現；
征模板庫用於存儲指紋模板，一般是晶片的ROM；套用軟體則幫助指紋識別系統實現特定功能，滿足移動支付、安防等套用需求。
目前iPhone5S用的指紋識別模組價格在15美元左右，iPhone5S首先引入指紋識別技術，三星、HTC和國內等品牌未來必然跟進，指紋識別將成為智慧型手機和平板電腦的標配。
2013年全球指紋識別市場規模約30億美元，假設未來三年50%的智慧型手機和平板電腦配備指紋識別模組，指紋識別市場將達到131億美元，市場空間將增長330%。
