摘  要： 計算機網絡安全問題已經越來越備受人們的關注，網絡身份認證是網絡安全的首要門檻，且網絡安全體系是以有效的身份認證為基礎的。對網絡身份認證的過程進行研究，首先簡要介紹網絡身份認證的概念和技術，分析傳統身份認證技術的缺陷，結合網絡安全的傳輸加密體制，研究基于人臉特征的網絡身份認證技術，并給出該認證系統的體系結構和步驟。

　　關鍵詞： 網絡身份認證；人臉特征；認證技術；加密

0 引言

　　隨著信息技術的普及與發展，網絡安全成為目前信息系統應用的重要研究領域，這其中涉及一個重要問題：如何確定用戶身份以控制其對信息資源的訪問，即網絡身份認證。無論是數據加密、入侵檢測系統、虛擬專用網（VPN）、訪問控制或其他網絡安全技術，都需以有效的身份認證為基礎。網絡身份認證（Network Identity Authentication），全稱虛擬身份電子標識，它是用于在互聯網信息世界中標志用戶身份的工具，主要用于在網絡通信中對通信雙方進行身份識別和表明自己身份或某種資格。

　　身份認證解決的是“我是誰”的問題，通常對系統的要求是“寧錯勿漏”，有效鑒別用戶身份，防止非法用戶訪問網絡資源，是網絡安全體系中的第一道屏障[1]。當待認證主機向網絡認證服務器發出認證請求，待服務器查詢身份信息的真偽后，對主機做出相應的反饋信息，若通過則允許其訪問相應的應用系統服務器，否則拒絕，從而實現對不同網絡身份用戶的訪問控制。

1 傳統身份認證的分類與問題

　　假設通信的雙方分別是用戶A和用戶B，當A與B進行網絡通信時，用戶A在向用戶B證明自己的身份的同時，A也必需能夠確認B的身份，即一個安全的身份認證方案至少需滿足以下兩個條件：

　　（1）A向B證明自己的確是A。當A向B證明了自己的身份之后，B得不到任何用于模仿A的信息，且B無法向第三方聲稱自己是A。

　　（2）B向A證明自己的確是B。A得不到任何用于模仿B的信息，且A無法向第三方聲稱自己是B[2]。

　　實現網絡身份認證的途徑多種多樣，主流的有以下三類，可采用其中的一種，亦或組合使用，實現有效的網絡身份認證系統：

　　（1）采用用戶所知道（掌握）的事物進行認證。如口令或PIN，目前大多數的身份認證都采用該方法。

　　（2）采用用戶所具有的物品進行認證。如鑰匙、駕駛證、身份證、信用卡或護照等。

　　（3）利用本身的特征（或動作）進行認證。即生物認證，一般適用于保密程度較高的場合。

　　基于口令或PIN的認證方式僅僅只是依賴于用戶口令的保密性，但由于用戶口令一般較短，較容易猜測，且其在傳輸過程中容易被竊取，因此這種方式不能抵御字典攻擊；基于物品的認證由于系統只認物品不認人，則存在物品丟失、被盜或被復制的危險，系統的安全性無法保障。當前，在一些安全性要求較為嚴格的系統中，往往將這兩種方法結合起來，例如使用自助取款機時，銀行要求需同時提供銀行卡和密碼，不過這一方案仍舊存在缺陷：標志物品丟失、遺忘密碼或者出現取得身份標識的冒充者。為此本文對第三種方式進行研究，利用人臉這一生物特征進行網絡身份認證。

2 關鍵技術的分析

　　人臉識別技術是一種基于人的面部特征（如眼睛、鼻子、嘴巴和眉毛等重要器官的幾何特征），能夠自動進行身份識別的一種生物識別技術，與其他人體生物特征識別方式相比，人臉與其他的人體生物特征一樣是與生俱來的，它的唯一性和不易復制性為身份鑒別提供了必要的前提，并且，人臉識別是一種非接觸式的、友好的生物特征識別方式。

　　2.1 生物認證的分析與對比

　　基于生物特征識別的網絡身份認證研究是以生物特征識別技術的研究為基礎的，它受到現有生物特征識別技術成熟度的影響。生物特征是人類的內在屬性，具有較高的穩定性，同時也具有個體差異性，因此將生物特征用于網絡安全和身份認證是不錯的選擇[3]。

　　生物特征由生理特征和行為特征兩大部分組成，鑒于生物特征的多樣性，涉及的研究內容包括：人臉、指紋、掌紋、虹膜、視網膜、手勢、筆跡等。從進行網絡身份認證的實用性與方便性出發，在所有生物特征中，指紋特征是相對最為穩定的識別方式，但錄取指紋具有侵犯性，而人臉特征則具有較多的優點（如非侵犯性、友好性等）。

　　如圖1所示，通用的生物認證系統包括注冊階段和識別階段。在注冊階段，用戶需利用傳感器將其相應的生物特征識別出來，利用中間件轉換為數字化描述，生成相應的模板，接著通過相應的應用程序將其存入數據庫（磁卡或者個人智能卡）；在識別階段，用戶需再次利用傳感器進行生物特征的識別，轉換為數字格式，將此信息與數據庫中的模板進行特征匹配，最終對結果進行處理、反饋給用戶。例如采用人臉作為生物特征進行認證時，傳感器處理的就是用戶的人臉特征圖像，經處理生成的數據庫為人臉模板[4]。

　　2.2 基于人臉的網絡身份認證系統

　　在網絡環境下，選擇認證方式時，應考慮在認證過程中對系統性能的影響，滿足系統的可靠性和實用性。

　　本文考慮的是在網絡環境下（客戶機/服務器結構，C/S結構），用戶（即客戶端）若需要訪問遠程服務器所管理的信息資源，可在此請求過程中加設人臉身份認證系統，通過對其身份的認證使其獲得對網絡資源的訪問權限；并且，在此過程中，由人臉認證系統（即服務器）對所有信息的資源訪問權限進行全權管理控制，未能通過該身份認證的用戶則不能對此進行訪問。在用戶與認證系統之間的一切傳輸數據，包括人臉圖像模板、用戶的請求以及服務器所反饋的信息資源都需進行嚴格的加密處理，保證系統的安全性；同時，還要注意本地數據庫的安全性，確保不能造成信息泄露，有關用戶的注冊信息（包括請求認證信息）都應當保存在一個安全的數據庫中，只允許本地進程訪問。系統的結構圖如圖2所示。

　　客戶端身份認證模塊：（1）人臉傳感器作為本系統的輸入模塊，負責對用戶的人臉圖像進行采集，用戶在注冊和認證階段都需要采集人臉圖像。在注冊階段，該模塊所采集的人臉圖像連同用戶注冊信息全部打包封裝在一起，存入本地數據庫中；在認證階段則需采集相關圖像與數據庫中的模板進行特征匹配。（2）特征提取模塊[5]，介于傳感器所采集的人臉圖像，在對其進行特征提取時，該模塊的實現需借助相關的硬件設備，并結合若干進程和函數共同完成。在進行特征提取時，對人臉圖像的特征要求需保證圖像的質量以及特征矩陣的選擇，可采用主成分分析法（PCA）[6]去除特征圖像中的部分無關相關性，結合支持向量機（SVM）[7]中的相關封裝函數包，進行特征矩陣的提取工作。

　　服務器端身份認證模塊：（1）人臉管理模塊主要負責對采集的人臉模板進行存儲、匹配、刪除以及更新，并對數據進行相關的查詢處理，其中最關鍵的是人臉模板的匹配算法與函數。（2）本地數據庫需采用大型數據庫，如Sybase、Oracle等[8]。從保證數據的安全性出發，對該數據庫的訪問只能是本地進程，否則不予處理。此外，還需具備較快的存取速度，以縮短認證時間，提高效率。

　　2.3 認證流程圖

　　根據網絡身份認證的原理，用戶在登錄服務器時，同時進行相關的信息的采集工作，網絡認證系統根據用戶名判別是否存在該用戶，若存在，則將剛采集的圖像與本地數據庫中的特征圖像進行匹配，匹配成功后允許訪問應用系統服務器；否則拒絕訪問。所設計網絡身份認證流程如圖3所示。

3 結論

　　通過對傳統網絡身份認證的分析，提出對基于生物特征的認證系統的研究，關鍵在于生物特征的個體差異性，且其具有較高的穩定性，人臉識別的非侵略性和友好性使其更加優越于其他生物特征方式，在保持認證系統的時效性和穩定性的基礎上，克服傳統身份認證的缺陷，進一步提高網絡信息的安全性。對網絡身份認證的進一步研究，有助于推動網絡信息的良性循環，促進信息技術的向前發展，具有廣闊的應用前景。

　　參考文獻

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　　[2] ALI M， AL-KHOURI. Identity and mobility in a digital world[J]. Technology and Investment， 2013，4（1）：7-12.

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　　[4] 朱建新，楊小虎.基于指紋的網絡身份認證[J].計算機應用研究，2001（12）：14-17.

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