基于生物識別技術的校園

高宇昊

摘 要：校園一卡通是智慧校園建設中不可缺少的一環，最近兩年，基于NFC技術的虛擬校園卡被開發和廣泛應用。然而，在部分情況下虛擬校園卡的使用受到了限制，本文提出了一種基于人體生物識別技術的身份認證方式，可以使校園一卡通系統更加便捷，同時也能提升系統的安全性。

關鍵詞：虛擬校園卡;人體生物識別技術;系統設計

中圖分類號：TP391.41 文獻標識碼：A 文章編號：1671-2064（2019）03-0037-02

0 引言

校園一卡通在我國高校已有了近20年的發展歷史，傳統的實體卡在發展中暴露出了許多問題，比如卡片容易損傷、丟失，而補辦校園卡需要一個掛失——重辦的周期，在這段時間內，學生無法借書，無法在校進餐，可謂是“寸步難行”。而虛擬校園卡幾乎完美的解決了這一問題，而且相較于實體卡，虛擬卡的成本大大降低，卡片信息也能即時更新。然而，基于NFC技術的虛擬校園卡仍然存在一些問題，比如在像浴室這樣的地方，手機無法使用，在一些證明身份的場合，虛擬卡也不如實體卡容易被接受。生物識別技術，則可以有效規避“用卡難”的問題，為校園卡虛擬化提供了一條新的方向。

1 校園卡發展歷程及相關技術介紹

1.1 校園卡的發展歷程

電子校園卡在我國高校校園已有二十余年的發展歷程，大致可以分為三個階段。第一階段：食堂卡、借書卡、學生卡多卡并立，系統相互獨立，以接觸式ID卡為載體。第二階段：校園一卡通系統出現，校園卡的管理效率大大提升，卡片成本和人工成本也大幅減少，這一階段的校園卡大多基于非接觸式的M1卡，IC卡。但是此時的一卡通仍處在開發階段，功能僅限于身份認證和校內消費。第三階段：校園一卡通的功能逐步增多，業務相互整合，基本實現了“一卡在手，走遍校園”。同時，校園卡的載體變得更加多元化，CPU卡，銀行卡，基于NFC功能的手機都成為可行的對象，這些變革推動了智慧校園建設進程。

1.2 RFID及NFC技術

RFID技術，即射頻識別技術，是一種非接觸式的自動識別技術，原理是通過無線電產生的電磁場相互識別。NFC技術，即近場通信技術，是由RFID技術發展而來的一項技術，通過發送和接收短距離、高頻率的無線電，實現電子設備間的信息交換。相較于RFID技術幾十米的通信距離，NFC允許的通信距離較短，但是其能耗低、傳送速率快。再者，NFC也是一種協議，安全性高于RFID。[1]

目前，RFID和NFC技術已運用在生活的各個方面，RFID在倉儲物流，銷售，圖書管理等方面已經顯示了巨大的潛力;而NFC技術在金融支付、交通、通信等多方面也嶄露頭角，值得一說的是，NFC技術幾乎成為手機“必備技能”，市場上超過8成的手機，均已擁有NFC功能。[2]

1.3 生物識別技術

生物識別技術，即光學、聲學錄入生理特征，再通過統計學分析比對特征，運用計算機技術進行個人身份的鑒定的一種技術。本文中采取人臉識別技術、虹膜識別技術、靜脈識別技術三種技術作簡要介紹。

人臉識別技術，目前有兩種主流方法。其一，特征向量法。此方法是通過識別臉部幾個固定點（如眉梢、嘴角）的位置、特征，再與數據庫中的數據進行比對，從而“識別人臉”。其二，面紋識別法。此方法是先在數據庫中存儲面部模板，識別人臉時，將人臉所有像素與數據庫中的模板進行匹配。

虹膜識別技術是通過識別人眼中鞏膜、虹膜、瞳孔晶狀體、視網膜等結構，比對斑點、細絲、冠狀、條紋、隱窩等的細節特征而進行的一種識別技術。

靜脈識別技術，原理是人身體內的經脈分布基本沒有變化，所以通過識別經脈分布而進行身份識別。[3]

2 校園一卡通系統的概要設計

2.1 基于生物識別技術的校園一卡通系統的功能

基于生物識別技術的校園一卡通系統具有校內管理，金融消費，自助查詢的功能。[4]

其中校園管理有校內身份認證和校內消費兩部分。校內身份認證用于圖書館借書，上課簽到以及宿舍門禁。校內消費包括食堂，超市，醫院等處的消費。通過生物識別設計，可以實現無卡認證，無卡消費。

金融消費指的是校園卡與銀行卡綁定，一卡兩用，只需在銀行卡中存錢就可以在校內消費。當然，必須得在和學校合作的銀行中才能使用此項功能。

自助查詢功能可以在網上實現，通過與互聯網的連接，消費信息及時更新到互聯網上。學生可以在移動終端上用學生卡號登陸，并查詢身份信息，消費記錄。

2.2 校園一卡通系統的身份認證功能的實現

系統采用以下結構。（如圖1）“持卡人”通過互聯網上傳身份信息，并儲存在校園網中，消費終端通過讀取校園網中信息完成身份認證功能。

2.3 校園一卡通系統的結算方式

校園一卡通系統的結算方式如圖2所示，下面具體介紹各方功能。（1）學生（“持卡人”）：可以在校方指定銀行存錢，銀行與校園卡綁定，所以可以直接用銀行卡中的存款進行校內消費。（2）商戶：可以在銀行扣除學生消費所用款項，并需要每日向學校提交消費報表。（3）銀行：需要每日向學校提供學生消費總表。（4）結算中心：分析商戶和銀行提交的報表，改進校內消費項目。

基于生物識別技術的一卡通系統優化了結算模塊，減少了人力物力，同時避免了諸如人工充值校園卡排隊等問題。

2.4 校園一卡通系統的支付流程

相較于傳統的刷卡支付，運用生物識別技術的支付方式具有更高的安全性。學生先從給定的三種生物識別方法中選一種進行識別，如若失敗，則重新進行身份認證。成功則繼續，消費金額如果小于X（上個月消費額的1/3）則直接完成，如若大于，學生需進行第二項認證，再成功即可完成支付。（如圖3）

3 基于生物識別技術的校園一卡通的局限及優勢

3.1 生物技術帶來的一些問題

隨著生物技術發展，人們將越來越多的期望加于生物識別技術上。但生物識別技術尚未發展成熟，仍然有不少缺點。

其一，生物識別設備較為昂貴，在所有終端都裝配生物識別設備對于高校來說將是一筆巨大的開銷，設備維護也需要人力和物力的投入。

其二，將整個高校的身份信息全部錄入一個系統，在身份識別時對于系統的計算能力提出了更高要求，如若計算能力跟不上，難么校園消費的速度將會大大降低，這樣的直接后果就是，食堂排隊隊伍大大增加。

3.2 基于生物識別技術的校園一卡通給校方帶來的問題

首先，傳統的校園一卡通系統將資金先存放于學校的賬戶之中，消費都通過學校賬戶，所以在“存款”這一環節。學校有了一部分沉淀資金，而虛擬校園一卡通系統不會產生這一部分資金，而是直接將錢存入銀行之中。

其次，校方與校外公司合作開發一卡通系統，可能造成信息泄露，而且無法直接掌握學生的消費信息。對學生可能造成身份信息泄露的危險，而對學校，則無法及時更新消費對象。[5]

3.3 基于生物識別技術的校園一卡通系統的優勢

（1）更高的普遍性：當校園一卡通系統不需要辦實體卡時，注冊一張虛擬卡就和網上注冊一個QQ號一般簡單。所以從學生到校內職工，再到外來人員都可以使更高的穩定性：生物識別技術最大優點就在于其穩定，部分生物形狀，如虹膜、靜脈終生都不發生變化，穩定性高。（2）更高的接用校園一卡通系統進行校內消費。（3）收程度：這三種技術運用非接觸生物成像技術，更容易被大眾接受。（4）更容易管理：相較于傳統的檔案管理，電腦管理，運用互聯網可以更加省時高效的管理身份信息，學生也能輕松查詢消費記錄。[6]

4 結語

鑒于NFC技術在校園一卡通系統上的廣泛應用，基于生物識別技術的校園一卡通系統似有累贅之疑。然而基于生物識別技術的校園一卡通系統更深刻地貫徹了“去卡化”的思想。NFC技術尚需要基于手機中的NFC功能，而運用此系統后，人們可以什么都不帶，暢行校園無阻。現在的校園，正逐漸走向更高的智能化，生物識別技術在校園一卡通系統中的應用無疑會是一次重大變革。

參考文獻

[1] 侯艷琪.NFC與RFID的聯系與區別[A].天津市電子學會、天津市儀器儀表學會.第三十二屆中國（天津）2018IT、網絡、信息技術、電子、儀器儀表創新學術會議論文集[C].天津市電子學會、天津市儀器儀表學會：天津市電子學會，2018：3.

[2] 韓露，桑亞樓.NFC技術及其應用[J].移動通信，2008（06）：25-28.

[3] 張坤.說話人識別系統的硬件設計及相關軟件實現[D].吉林大學，2004.

[4] 王永明.校園一卡通系統的基礎平臺建設和應用功能分析[J].智能建筑與城市信息，2009（01）：101-105.

[5] 牟楊.高校虛擬校園卡取代校園一卡通的趨勢分析與展望[J].網絡安全技術與應用，2017（03）：121+123.

[6] 李鵬飛，淡美俊，姚宇顫.生物識別技術綜述[J].電子制作，2018（10）：89-90.