在信息安全不斷挑戰企業信息管理之時，密碼、指紋、虹膜和聲紋等各種身份識別技術越演越烈的今天，一種通過認證大腦思維的識別技術浮出水面。

　　

　　作者簡介

　　易濤，中國計算機報博士撰稿團成員，現為北京大學物理學院博士，主要研究方向光信息處理，數據存儲和加密技術。

　　

　　圖1 基于BCI的認證系統原理圖

　　 圖 2 可用于BCI驗證的字符點陣

　　腦—機接口技術(Brain-Computer Interface，BCI) 通過實時記錄人腦的腦電波，在一定程度上解讀人的思維信號，并將其“翻譯”成控制命令，實現對計算機、家用電器等設備的控制。

　　這項研究最初目的是為了幫助那些由于疾病或者生理缺陷而喪失了運動能力但大腦功能正常的殘疾人。殘疾人可利用此技術用自己的思維來操控輪椅、假肢，以及使用計算機和通訊設備。

　　近年來，腦—機接口技術日益引起許多研究機構和高科技公司們關注，一方面他們致力于將這項技術進行商業化的推廣，另一方面一些機構和大學開始了研究項目來為腦-機接口技術探索新的應用領域。

　　基于BCI的身份認證

　　最近加拿大Carleton大學的數字安全研究組的專家們就提出了一種以腦—機接口技術為基礎進行身份認證識別的方法，這項技術有望代替傳統的指紋認證方法。BCI技術是基于這樣一個原理，當受試主體的大腦產生某種動作意識之后或者受到外界刺激后，其神經系統的活動會發生相應的改變。這種變化可以通過一定的手段檢測出來，并作為意識發生的特征信號。

　　BCI信號的獲取可通過的腦電信號(EEG)檢測技術，這是一項發展比較成熟的技術，在醫學研究和醫療系統上已經有很廣泛的應用。人們可以通過計算機對這些特征信號進行分類識別，從而能夠實現在一定深度范圍內解讀大腦的思維意圖。最吸引人的地方在于，試驗表明即使對于同一個外部刺激或者主體在思考同一個事件的時候，不同人的大腦所產生的認知腦電信號是不同的。也就是說這些思維的信號攜帶有主體的獨一無二的特性，因此人們可以通過探測被試者的腦部的響應變化來進行身份認證。

　　一個典型的基于BCI的認證系統的結構如圖1所示。用戶在進行身份認證的時候會被要求觀看一段文字或者一幅圖片，聽取一段錄音等。用戶接受到這些事件的刺激后，腦部開始發出特定的腦電波信號。這時信號檢測系統開始在后臺跟蹤記錄用戶的腦電波信號，通過信號處理技術可以將這些腦信號“翻譯成”特定模式，與預先設定的值進行比較，進行身份的確認。最后系統的將最后認證結果傳送給外部程序供它們使用。

　　由于對于同一個刺激源不同的個人所產生的腦信號是不相同的，這種獨一無二的特性能夠有效地抵御各種攻擊和入侵，因為即便攻擊者知道了原始的密碼也難以通過驗證。

　　目前來說，有兩種可行性較強的身份認證系統的實現方案：

　　● 基于字符方式的BCI身份認證系統

　　這種BCI認證系統采用類似“思維翻譯器”的方式來實現。在進行身份驗證時讓用戶面對一個屏幕，計算機在屏幕上顯示出一個字符點陣如圖2所示。

　　用戶被要求從點陣中按特定的次序選出一串字符串作為驗證口令，選擇的方法是通過用自己目光注視心中選定的字符來完成的，在這個過程當中他們的腦部會產生特定的P300腦電位峰值脈沖。這些信號將由設備記錄下來進行分析翻譯為“用戶輸入的密碼”。P300電位是一種事件相關的認知電位，是目前應用最廣泛與認知活動密切相關的電生理檢測指標之一。由于其峰值大約在相關事件發生后的300ms，因而得名P300電位。

　　實現這種基于字符方式的BCI身份認證系統的關鍵在于能夠對人腦思考的字符進行準確翻譯。美國紐約州的州衛生部門所屬的伍德斯沃斯研究中心(Wadsworth)就一直致力于這方面的研究工作。該中心的Jonathan博士領導的BCI技術項目組成功的研制了一個通過思維輸入字符的BCI系統。該系統可以讓使用者通過思維來進行文字編輯工作，包括字符輸入、修改和刪除等等。

　　● 基于接觸感知的認證方式

　　除了采用字符方式的認證模式，BCI認證系統還可采用基于接觸感知的方法。在這種認證方式中用戶需要將手放置在一個接觸表面上，這個表面能夠按照計算機的控制命令在特定的位置伸出小突起讓用戶感受到，小突起非常微小不容易被肉眼觀察到。用戶根據感受來辨別突起的模式，當特定的突起模式被用戶認可的時候，用戶會響應“yes”，不過這個響應過程是無聲的，通過大腦思考產生。外部儀器則捕獲這些響應來進行確認。這種方式比上面提到的字符式的認證方式更具有隱蔽性，其安全性更高。

　　思考式驗證 重構安全

　　思考式的驗證方法最大的優點在于隱蔽性，能夠有效抵御來自社會工程的攻擊。近年來社會工程學(Social Engineering)攻擊日益成為信息安全領域關注的課題，社會工程學利用人的弱點如好奇心、信任、貪心等進行欺騙以獲取重要的信息資料。

　　信息安全廠商不斷開發出先進的安全產品，使得攻擊者利用技術上的漏洞變得越來越困難。于是更多的人轉向利用社會工程學來進行安全攻擊。通過社會工程學就能夠輕松繞過所有安全技術上的保護。所以人為因素被認為是整個安全鏈條中最薄弱的一環。正如上所述，思考式的驗證方法使對社會工程的攻擊變得無效。即使非法者通過偷窺，騙取信任的方式獲得了系統的口令，他卻不能夠模擬合法用戶的特征思維信號，因此無法通過驗證系統。

　　思維認證 需三重改進

　　目前BCI思維認證方法還需要在下面幾個方面進行改進和提高。

　　● 硬件接口系統的改進

　　硬件接口系統是獲取思維信號的裝置，據其獲取信號的方式分為無創傷式和有創傷式兩種。

　　有創傷式是通過在人體內移植電子儀器來探測信號的，這種方式需要外科手術，實用性很差。而無創傷式則直接通過外部設備來進行信號探測，具有更大的實用性優勢。

　　目前幾乎所有BCI系統都屬于無創傷式。伍德斯沃斯研究中心采用的硬件接口是一個帽子形狀的裝置，帽子內部安裝有電子傳感器，使用的時候需要將它佩戴在頭部。從實用化的角度看，今后BCI硬件接口系統需要向小型化和輕型化發展，以方便用戶使用，譬如圖3所示一種類似麥克的裝置，使用者只需要輕松的戴上裝置就可以進行驗證。

　　● 腦電波信號的精確提取和分析

　　另一個重要的研究方面是對腦電波信號的分析提取，涉及到如何挑選最具有代表特征的信號。人的思考是一個復雜的過程，其產生的腦信號非常豐富的。在這些腦電波中只有一部分信號才是思考某件特定事件產生的特定信號，是BCI系統需要分揀出來的信號，其他的信號則應該被認定為噪聲。在輸入思維密碼的時候個人的情緒和精神狀態同樣會影響到腦部的產生信號，另外外部因素的干擾也會引入一定的影響，比如用戶在進行認證的時候受到來自外部的聲音干擾。

　　對干擾信號的消除可以從軟、硬兩個方向來解決，硬件方面來說可以通過多次試驗比較來尋找最優化的信號提取部位，這部分需要硬件接口的設計相互結合，通過在這些最優化的部位收集信號，可以將其他的干擾因素降低到最小的程度；從軟件方面來說可以提高分析算法的復雜度，在程序設計中考慮多種情況對腦電波的干擾。

　　● 建立規范化的認知事件分類

　　對一個認知事件合理地分類有助于用戶更好的使用驗證系統。同時用戶也可以根據自身需要挑選認證時需要思考的事件類型。有了規范化的分類，我們還可對用戶進行一些系統的培訓活動，讓用戶能更有效地使用認證系統。另外上面提到過外部的因素會給認證過程帶入一些干擾信號，但是通過合理引導我們就可削弱甚至消除這種干擾。比如系統可以通過提示來引導用戶向某個事件類型進行思考，由于思維驗證具有獨一無二的屬性，它引導并不會影響到身份驗證安全性。

　　作為一種全新的身份認證方法，思維認證技術還處在不斷發展階段，各項研究工作還在深入進行。