吳賢平

（溫州大學(xué)，溫州 325035）

0 引言

當(dāng)前，網(wǎng)絡(luò)信息技術(shù)的發(fā)展，在高校教學(xué)、科研和學(xué)生管理過(guò)程中，身份管理及考勤是一項(xiàng)非常重要的管理內(nèi)容。現(xiàn)在高校對(duì)行政人員和教師對(duì)學(xué)生上課考勤主要采用的是人工的考勤登記辦法?？记诮y(tǒng)計(jì)工作量大，而且信息時(shí)效性不強(qiáng)，目前各高校都已建成校園網(wǎng)，建設(shè)基于校園網(wǎng)的身份管理的指紋考勤系統(tǒng)變的迫切。

根據(jù)現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，目前還沒(méi)有發(fā)現(xiàn)兩個(gè)指紋完全相同的人。指紋在胎兒第三四個(gè)月便開(kāi)始產(chǎn)生，到六個(gè)月左右就形成了。當(dāng)嬰兒長(zhǎng)大成人，指紋也只不過(guò)放大增粗，它的紋樣不變。因而指紋具有唯一性、遺傳性和不變性的特點(diǎn)[1]。指紋識(shí)別主要根據(jù)人體指紋的紋路、細(xì)節(jié)特征等信息對(duì)操作或被操作者進(jìn)行身份鑒定，得益于現(xiàn)代電子集成制造技術(shù)和快速而可靠的算法研究，已經(jīng)開(kāi)始走入我們的日常生活，成為目前生物檢測(cè)學(xué)中研究最深入，應(yīng)用最廣泛，發(fā)展最成熟的技術(shù)，如考勤、門禁、身份認(rèn)證等。

市場(chǎng)上目前指紋識(shí)別終端主要有簡(jiǎn)單網(wǎng)絡(luò)版和單機(jī)版[2]。識(shí)別功能簡(jiǎn)單，沒(méi)有進(jìn)行統(tǒng)一的集群管理，也沒(méi)有統(tǒng)一的查詢接口平臺(tái)。而現(xiàn)在網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的發(fā)展，TCP/IP協(xié)議的架構(gòu)技術(shù)的成熟，數(shù)據(jù)庫(kù)的集群等等促使指紋識(shí)別可分布式統(tǒng)一部署和管理。

1 系統(tǒng)概述

1.1 系統(tǒng)開(kāi)發(fā)背景

筆者單位目前正在調(diào)研和討論基于校園網(wǎng)身份管理系統(tǒng)基礎(chǔ)上的單點(diǎn)登錄系統(tǒng)的課題研究與實(shí)現(xiàn)，研究確定了幾個(gè)技術(shù)整合模式，而基于指紋識(shí)別的校園網(wǎng)身份認(rèn)證單點(diǎn)登錄系統(tǒng)這個(gè)方向得到了課題組老師的一致認(rèn)同，建議繼續(xù)深入研究和測(cè)試。并且校園網(wǎng)目前處于蓬勃發(fā)展的格局，為該課題提供了強(qiáng)有力的資源和技術(shù)支撐。

由于個(gè)人數(shù)據(jù)、信息、資金等安全性的需求日益升高，以及指紋識(shí)別傳感器在尺寸、成本、準(zhǔn)確度等各技術(shù)方面的進(jìn)步，手機(jī)、臺(tái)式/筆記本電腦、PC外設(shè)等也開(kāi)始采用指紋識(shí)別技術(shù)。基于這樣的市場(chǎng)需求也是本課題需求迫切解決的一個(gè)問(wèn)題，而且對(duì)本課題起重要推動(dòng)作用。

1）指紋識(shí)別概況：指紋識(shí)別即指通過(guò)比較不同指紋的細(xì)節(jié)特征點(diǎn)來(lái)進(jìn)行鑒別。由于每個(gè)人的指紋不同，就是同一人的十指之間，指紋也有明顯區(qū)別，因此指紋可用于身份鑒定。其實(shí)，我國(guó)古代早就利用指紋（手?。﹣?lái)簽押。1684年，植物形態(tài)學(xué)家Grew發(fā)表了第一篇研究指紋的科學(xué)論文。

由于每次捺印的方位不完全一樣，著力點(diǎn)不同會(huì)帶來(lái)不同程度的變形，又存在大量模糊指紋，如何正確提取特征和實(shí)現(xiàn)正確匹配，是指紋識(shí)別技術(shù)的關(guān)鍵。指紋識(shí)別技術(shù)涉及圖像處理、模式識(shí)別、機(jī)器學(xué)習(xí)、計(jì)算機(jī)視覺(jué)、數(shù)學(xué)形態(tài)學(xué)、小波分析等眾多學(xué)科。

2）生物射頻指紋識(shí)別技術(shù)：發(fā)展到今天，出現(xiàn)第三代生物射頻指紋識(shí)別技術(shù)（射頻原理真皮指紋核心技術(shù)（線型采集器）），射頻傳感器技術(shù)是通過(guò)傳感器本身發(fā)射出微量射頻信號(hào)，穿透手指的表皮層去控測(cè)里層的紋路，來(lái)獲得最佳的指紋圖像。因此對(duì)干手指、汗手指等困難手指通過(guò)可高達(dá)99%，防偽指紋能力強(qiáng)，指紋敏感器的識(shí)別原理只對(duì)人的真皮皮膚有反應(yīng)，從根本上杜絕了人造指紋的問(wèn)題，寬溫區(qū)：適合特別寒冷或特別酷熱的地區(qū)。因?yàn)樯漕l傳感器產(chǎn)生高質(zhì)量的圖像，因此射頻技術(shù)是最可靠，最有力的解決方案。

1.2 系統(tǒng)環(huán)境特點(diǎn)

基于系統(tǒng)的開(kāi)源、穩(wěn)定性和擴(kuò)展性的要求考慮，擬采用如下技術(shù)解決方案：

1）J2EE框架，JavaServer Faces（JSF）是一種用于構(gòu)建 Web 應(yīng)用程序的新標(biāo)準(zhǔn) Java 框架。它提供了一種以組件為中心來(lái)開(kāi)發(fā) Java Web 用戶界面的方法，從而簡(jiǎn)化了開(kāi)發(fā)。JSF 開(kāi)發(fā)可以簡(jiǎn)單到只需將用戶界面（UI）組件拖放到頁(yè)面上。JSF 還通過(guò)將良好構(gòu)建的模型-視圖-控制器（MVC）設(shè)計(jì)模式集成到它的體系結(jié)構(gòu)中，確保了應(yīng)用程序具有更高的可維護(hù)性。

2）MySQL數(shù)據(jù)庫(kù)，MySQL正成為Sun開(kāi)源戰(zhàn)略體系中的重要一員，新增的企業(yè)級(jí)特性使MySQL變得更加強(qiáng)大和高效，在Sun全球強(qiáng)大的技術(shù)背景和服務(wù)體系中MySQL正在茁壯成長(zhǎng)。

3）指紋識(shí)別設(shè)備采用目前流行的網(wǎng)絡(luò)可控式指紋識(shí)別終端，既指紋識(shí)別終端要提供API接口供其它系統(tǒng)調(diào)用。

在系統(tǒng)整體結(jié)構(gòu)方面，考慮采用分布式的B/S結(jié)構(gòu)模型。以JSF框架技術(shù)和數(shù)據(jù)庫(kù)技術(shù)為基礎(chǔ)，無(wú)需安裝任何專用的客戶端軟件，僅需安裝有標(biāo)準(zhǔn)的WEB瀏覽器，代碼在服務(wù)器端運(yùn)行，結(jié)果在客戶端顯示，占用瀏覽器端很少的資源，具有速度快，執(zhí)行效率高等優(yōu)點(diǎn)。

2 系統(tǒng)組成及功能模塊

2.1 系統(tǒng)組成

該系統(tǒng)主要由指紋管理系統(tǒng)和指紋識(shí)別終端組成?？记谧R(shí)別終端采用可控式指紋識(shí)別終端成型機(jī)。系統(tǒng)總體拓?fù)鋱D如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)總體拓?fù)鋱D

該系統(tǒng)前端由指紋終端機(jī)，然后通過(guò)校園以太網(wǎng)訪問(wèn)WEB服務(wù)器。后端設(shè)備由管理PC機(jī)、WEB服務(wù)器和數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器組成。為了網(wǎng)絡(luò)安全考慮，數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器位于WEB服務(wù)器后，單獨(dú)供WEB服務(wù)器調(diào)用信息數(shù)據(jù)。

1）指紋采集：?jiǎn)蝹€(gè)用戶首先進(jìn)行指紋采集，分別采集三枚指紋，然后指紋終端按整體與局部相關(guān)的算法進(jìn)行采集，用戶指紋采集的過(guò)程中的信息包括指紋信息、用戶信息和初始密碼等。指紋注冊(cè)又叫指紋登記[3]，是從指紋圖像中提取指紋特征值，形成指紋特征值模板，并與人的身份信息結(jié)合起來(lái)，存儲(chǔ)在指紋識(shí)別系統(tǒng)中的過(guò)程。它相當(dāng)于為指紋報(bào)戶口。所以指紋注冊(cè)的時(shí)候，需要保證指紋與身份信息之間的正確對(duì)應(yīng)。尤其對(duì)于身份進(jìn)行指紋注冊(cè)時(shí)，防止冒名頂替，避免指紋與身份信息關(guān)聯(lián)錯(cuò)誤，是非常重要的。因此在這類指紋應(yīng)用中，指紋登記的過(guò)程，需要現(xiàn)場(chǎng)督導(dǎo)人員參與。甚至把督導(dǎo)人的指紋采集到系統(tǒng)中，作為注冊(cè)者指紋特征值模板的組成部分，以示職責(zé)之重要，并為后續(xù)責(zé)任審計(jì)提供依據(jù)。然后指紋識(shí)別系統(tǒng)通過(guò)前臺(tái)WEB服務(wù)器寫(xiě)入指紋信息庫(kù)既數(shù)據(jù)庫(kù)服務(wù)器。指紋的特征如圖2所示。

2）指紋識(shí)別：識(shí)別與驗(yàn)證并不是指紋識(shí)別算法領(lǐng)域的問(wèn)題，而是指紋識(shí)別系統(tǒng)的問(wèn)題。指紋識(shí)別是指在1∶N模式下匹配指紋特征值。它是從多個(gè)指紋模板中識(shí)別出一個(gè)特定指紋的過(guò)程。其結(jié)果是“有”或者“沒(méi)有”。有時(shí)會(huì)給出“是誰(shuí)”的信息。

指紋驗(yàn)證是指在1∶1模式下匹配指紋特征值。它是拿待比對(duì)的指紋特征模板與事先存在的另一個(gè)指紋特征模板進(jìn)行一次匹配的過(guò)程。其結(jié)果是“是不是”。在一個(gè)系統(tǒng)中既可以采用1∶1模式也可以采用1∶N模式，這是取決于應(yīng)用系統(tǒng)的特點(diǎn)和要求。有時(shí)候還可以業(yè)務(wù)模式的需要，把1∶N模式轉(zhuǎn)化為1∶1模式以提高系統(tǒng)安全性和比對(duì)速度。本系統(tǒng)中采用1∶1的模式進(jìn)行識(shí)別。

圖2 指紋特征圖

3）指紋登記后，識(shí)別的過(guò)程是：用戶通過(guò)指紋終端進(jìn)行識(shí)別，指紋終端調(diào)用數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行模糊比對(duì)，比對(duì)成功，識(shí)別系統(tǒng)記錄用戶信息、時(shí)間并提供授權(quán)權(quán)限如訪問(wèn)何種信息資源等，然后語(yǔ)音提示成功。反之提示不成功，請(qǐng)重按手指。本系統(tǒng)根據(jù)學(xué)校特點(diǎn)不考慮指紋終端密碼進(jìn)行登錄認(rèn)證，只考慮指紋識(shí)別認(rèn)證，密碼認(rèn)證用于WEB查詢和管理。

2.2 模塊組成

該系統(tǒng)模塊主要有：指紋登記模塊、指紋識(shí)別模塊、查詢模塊、用戶管理模塊、系統(tǒng)管理模塊、公共信息模塊以及API接口模塊等。指紋考勤系統(tǒng)主用模塊功能如圖3所示。

2.2.1 查詢模塊的應(yīng)用場(chǎng)景

1）教師或?qū)W生用戶根據(jù)條件查詢指紋日?？记谇闆r。

2）管理員查詢統(tǒng)計(jì)考勤數(shù)據(jù)，并導(dǎo)出報(bào)表作日常考核依據(jù)。

圖3 指紋考勤系統(tǒng)主用模塊功能圖

3）系統(tǒng)管理員查詢系統(tǒng)狀態(tài)、統(tǒng)計(jì)指紋驗(yàn)證情況并作系統(tǒng)日志維護(hù)。

2.2.2 用戶管理模塊

該系統(tǒng)用戶分三類：系統(tǒng)管理員、部門管理員、用戶，用戶類型分兩類：教師用戶和學(xué)生用戶。用戶管理界面如圖4所示。

系統(tǒng)管理員具有最高權(quán)限，系統(tǒng)管理員登錄系統(tǒng)后，設(shè)置系統(tǒng)詳細(xì)參數(shù)，權(quán)限分配，查詢操作日志及用戶登錄退出情況。

部門管理員具有管理、查詢和統(tǒng)計(jì)本部門用戶指紋登記考勤情況。

2.2.3 公共信息模塊

該模塊主要用于系統(tǒng)使用說(shuō)明指導(dǎo)。比如系統(tǒng)考勤規(guī)章制度、注意事項(xiàng)以及常見(jiàn)問(wèn)題的解決方法等。

2.2.4 API接口模塊

該模塊是本次2012年浙江省教育科學(xué)規(guī)劃資助項(xiàng)目課題的主要技術(shù)突破口，主要提供指紋庫(kù)對(duì)比信息結(jié)果給校園網(wǎng)單點(diǎn)登錄系統(tǒng)，觸發(fā)相關(guān)的鍵值進(jìn)行聯(lián)動(dòng)。

本系統(tǒng)除了具有日常校園網(wǎng)考勤用途外，還可以與機(jī)房門禁關(guān)聯(lián)進(jìn)行指紋門禁，實(shí)現(xiàn)統(tǒng)一管理，可應(yīng)用于無(wú)人機(jī)房或網(wǎng)絡(luò)中心等重要實(shí)驗(yàn)室的身份認(rèn)證授權(quán)。

3 關(guān)鍵技術(shù)

3.1 權(quán)限管理

指紋考勤系統(tǒng)存儲(chǔ)了大量數(shù)據(jù)，一旦數(shù)據(jù)被破壞，整個(gè)系統(tǒng)將癱瘓，為此系統(tǒng)采用不同的權(quán)限層次和授權(quán)管理，來(lái)進(jìn)行層次化管理，增強(qiáng)安全，減少損失。

3.2 IP綁定技術(shù)

1）從安全性和技術(shù)需要考慮采用IP綁定技術(shù)，比如限定教師或?qū)W生在那個(gè)區(qū)域考勤認(rèn)證功能，那么可根據(jù)該區(qū)域的IP地址范圍來(lái)綁定，其它區(qū)域限制使用。

2）WEB系統(tǒng)限定功能，如果非校園網(wǎng)用戶訪問(wèn)系統(tǒng)模塊，將顯示“您未授權(quán)，系統(tǒng)無(wú)權(quán)讓您登錄”。

3.3 API接口技術(shù)

通過(guò) API 接口實(shí)現(xiàn)計(jì)算機(jī)軟件之間的相互通信，通過(guò)使用 API 函數(shù)開(kāi)發(fā)應(yīng)用程序，從而可以避免編寫(xiě)無(wú)用程序，以減輕編程任務(wù)。 API 同時(shí)也是一種中間件，為各種不同平臺(tái)提供數(shù)據(jù)共享。使該系統(tǒng)的拓展功能增強(qiáng)，供單點(diǎn)登錄和門禁等系統(tǒng)調(diào)用。

圖4 用戶管理界面圖

其他技術(shù)在此不再詳述。

4 結(jié)論

近幾年來(lái)，我國(guó)在指紋識(shí)別技術(shù)方面得到較大發(fā)展，除了引進(jìn)技術(shù)外，還有國(guó)內(nèi)公司獨(dú)立研究開(kāi)發(fā)出的自主知識(shí)產(chǎn)權(quán)的多項(xiàng)指紋識(shí)別類產(chǎn)品。目前國(guó)內(nèi)產(chǎn)品多以指紋門禁作為主導(dǎo)產(chǎn)品，并開(kāi)發(fā)出適合考勤、證券、保管箱、計(jì)算機(jī)開(kāi)啟等應(yīng)用產(chǎn)品。

有的產(chǎn)品還不太成熟，特別是應(yīng)用到網(wǎng)絡(luò)的產(chǎn)品[4]。本文針對(duì)校園網(wǎng)身份認(rèn)證系統(tǒng)中指紋考勤的實(shí)際需要，以校園網(wǎng)絡(luò)為基礎(chǔ)，探討了建立一個(gè)基于校園身份管理中指紋考勤系統(tǒng)的功能和技術(shù)需求。

相信通過(guò)這一系統(tǒng)的開(kāi)發(fā)，能夠促進(jìn)校園網(wǎng)身份管理系統(tǒng)中單點(diǎn)登錄系統(tǒng)的研究，并能改變傳統(tǒng)的考勤方式。該系統(tǒng)利用高?，F(xiàn)有的校園網(wǎng)進(jìn)行信息傳輸和數(shù)據(jù)共享,師生可方便登錄系統(tǒng)查詢部門和個(gè)人考勤情況,給學(xué)校教學(xué)、科研和學(xué)生管理工作帶來(lái)很大便利。同時(shí),該系統(tǒng)還可擴(kuò)展到銀行、停車場(chǎng)、公司、小區(qū)等其他領(lǐng)域,應(yīng)用前景廣闊。

[1] 劉記. 無(wú)線指紋考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)[D]. 河北工程大學(xué), 2007.

[2] 宋宇. 基于FPGA的指紋采集卡的研究[D]. 遼寧工程技術(shù)大學(xué), 2007.

[3] 楊文忠, 章兢. 基于串口服務(wù)器的指紋網(wǎng)絡(luò)考勤系統(tǒng)[J].嵌入式網(wǎng)絡(luò)技術(shù)與應(yīng)用, 2006, (5): 12-16.

[4] 奚建榮. 基于局域網(wǎng)的指紋考勤系統(tǒng)的設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)[J]. 自動(dòng)化技術(shù), 2006, (6): 45-49.