移動(dòng)計(jì)算環(huán)境下統(tǒng)一身份認(rèn)證的智慧化重構(gòu)

陳王盛

摘要：從智慧校園特征及移動(dòng)計(jì)算快速發(fā)展視角出發(fā)，簡(jiǎn)要分析了當(dāng)前校園門戶應(yīng)用中統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)存在的一些問題，進(jìn)而對(duì)其進(jìn)行智慧化升級(jí)改造.首先借助智能手機(jī)的指紋識(shí)別來升級(jí)系統(tǒng)的身份識(shí)別技術(shù)，其次圍繞智能手機(jī)對(duì)系統(tǒng)的身份認(rèn)證機(jī)制進(jìn)行重新設(shè)計(jì)，從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的智慧化提升.

關(guān)鍵詞：智慧校園;移動(dòng)計(jì)算;身份識(shí)別;統(tǒng)一身份認(rèn)證;重構(gòu)

中圖分類號(hào)：TP393.08? 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A? 文章編號(hào)：1673-260X（2019）09-0062-04

當(dāng)前，信息化校園正逐步向智慧校園邁進(jìn).智慧校園的特征是綜合運(yùn)用云計(jì)算、物聯(lián)網(wǎng)、大數(shù)據(jù)、移動(dòng)互聯(lián)等多種新興信息技術(shù)，改變師生與學(xué)校資源、環(huán)境的交互方式，從而實(shí)現(xiàn)以人為本的個(gè)性化創(chuàng)新服務(wù)[1，2，3].作為信息化校園整體應(yīng)用服務(wù)的入口——信息門戶系統(tǒng)的智慧化程度是衡量校園信息化水平的一個(gè)重要指標(biāo)，但從當(dāng)前門戶系統(tǒng)的支撐應(yīng)用——統(tǒng)一身份認(rèn)證來看（以我校為例），其身份識(shí)別技術(shù)和認(rèn)證機(jī)制自系統(tǒng)投入應(yīng)用以來長(zhǎng)期沒有更新，與信息技術(shù)的快速發(fā)展現(xiàn)狀嚴(yán)重不匹配，難以滿足校園用戶對(duì)智慧化服務(wù)的迫切需求.

另一方面，近幾年以智能手機(jī)為代表的移動(dòng)計(jì)算的快速發(fā)展正不斷改變校園用戶原有的以PC端為核心的行為習(xí)慣，信息化校園的應(yīng)用與服務(wù)也在不斷拓展或遷移到移動(dòng)智能終端上.在這樣的背景下，對(duì)統(tǒng)一身份認(rèn)證進(jìn)行智慧化改造可以說是勢(shì)在必行.

1 身份識(shí)別技術(shù)的升級(jí)

身份識(shí)別技術(shù)是以特定信息來鑒別特定用戶實(shí)體的技術(shù)，可分為兩大類，一類是基于非生物特征信息（基于物品或私密知識(shí)）的識(shí)別技術(shù)，包括物理密鑰和數(shù)字密鑰.物理密鑰包括智能卡[4，5]、USBKEY[6，7]和身份證等，數(shù)字密鑰則包括字符密碼（包括字符口令、短信驗(yàn)證碼等）與圖形密碼（包括條形碼、二維碼等）等.物理密鑰的優(yōu)點(diǎn)是無需記憶、攜帶方便，缺點(diǎn)是制作設(shè)備復(fù)雜、容易丟失或損壞，數(shù)字密鑰的優(yōu)缺點(diǎn)則正好與之相反，但是，二者有個(gè)共同的缺點(diǎn)是容易被仿冒，安全性不高.另一類是基于用戶生物特征信息的識(shí)別技術(shù)[8，9]，既有靜態(tài)的也有動(dòng)態(tài)的，靜態(tài)信息可以采集自人的指紋[10，11]、臉[12，13]、虹膜[14，15]等，動(dòng)態(tài)信息可以采集人的語音[16，17]和手勢(shì)[18，19]等.生物特征信息如指紋、人臉、虹膜這三種的優(yōu)點(diǎn)是方便易得、仿冒困難，相應(yīng)的身份識(shí)別技術(shù)安全性較高，而語音和手勢(shì)這兩種動(dòng)態(tài)信息由于自身的外顯特性很難被安全利用.另外，一般來說生物特征身份識(shí)別技術(shù)相對(duì)于非生物特征技術(shù)對(duì)計(jì)算資源的需求通常會(huì)更多一些.

衡量一種身份識(shí)別技術(shù)的優(yōu)劣既要看其識(shí)別率高低，還要考慮其實(shí)施的難易程度以及安全性如何.根據(jù)文獻(xiàn)[4-7，10-19]相關(guān)數(shù)據(jù)及實(shí)際應(yīng)用情況，可以總結(jié)出幾種身份識(shí)別技術(shù)的主要特點(diǎn)，列于表1.

目前統(tǒng)一身份認(rèn)證的身份識(shí)別技術(shù)（以我校為例）采用的是以用戶非生物特征信息為主的識(shí)別技術(shù)，主要有用戶賬號(hào)和密碼、手機(jī)號(hào)和短信驗(yàn)證碼兩種.雖然這類技術(shù)識(shí)別準(zhǔn)確、容易實(shí)現(xiàn)，但是缺點(diǎn)不少.首先，從用戶的角度來看，賬號(hào)密碼需要用戶主動(dòng)記憶和輸入，非常容易記錯(cuò)、輸錯(cuò);從運(yùn)維人員的角度來看，賬號(hào)密碼遺忘等簡(jiǎn)單問題也要耗費(fèi)人力物力來處理，資源并沒有得到高效利用.其次，短信驗(yàn)證碼方式雖不用記憶，但仍然需要用戶輸入，而且增加了一筆額外的通信費(fèi)用，長(zhǎng)期來看并不經(jīng)濟(jì).還有，這兩種身份識(shí)別技術(shù)的安全性也不高，很容易被竊取和利用.這些問題非常容易給廣大校園用戶帶來不良體驗(yàn).

為了解決統(tǒng)一身份認(rèn)證現(xiàn)有身份識(shí)別技術(shù)的諸多不足，有必要對(duì)其進(jìn)行升級(jí)更新，以構(gòu)建更為人性化的身份認(rèn)證服務(wù).根據(jù)表1可以為統(tǒng)一身份認(rèn)證選擇出更為適用的身份識(shí)別技術(shù)，容易看出，能夠兼顧效率和安全的是基于生物特征的身份識(shí)別技術(shù)，這其中又以指紋識(shí)別技術(shù)為最優(yōu).與其他生物識(shí)別技術(shù)相比，指紋識(shí)別所產(chǎn)生的數(shù)據(jù)量更小，其所需的存儲(chǔ)空間和計(jì)算資源占用都很小，所以時(shí)延小、效率高.其應(yīng)用特點(diǎn)是完全不會(huì)給用戶增加記憶和輸入負(fù)擔(dān)，方便快捷，且出錯(cuò)的可能性極小，唯一的缺點(diǎn)就是需要配備專門的指紋識(shí)別裝置.

顯然，單獨(dú)為一個(gè)身份認(rèn)證應(yīng)用而給所有用戶購置指紋識(shí)別裝備并不可行，而智能手機(jī)的出現(xiàn)逐漸打破了設(shè)備方面的僵局.不過智能手機(jī)在多大程度上能滿足身份認(rèn)證對(duì)指紋識(shí)別的需求呢？這可以通過調(diào)查分析來加以確認(rèn).

利用“手機(jī)高級(jí)搜索-ZOL中關(guān)村在線”搜索工具，勾選相應(yīng)條件，可以統(tǒng)計(jì)出從2014年起已上市的具備指紋識(shí)別功能的智能手機(jī)數(shù)量，統(tǒng)計(jì)結(jié)果如表2所列（因4G通信牌照是在2013年12月份才發(fā)放，故將統(tǒng)計(jì)的起始時(shí)間定在2014年，而表中的價(jià)格是搜索工具提供的參考報(bào)價(jià)）.

從表2的統(tǒng)計(jì)結(jié)果容易看出，2015年以來，具備指紋識(shí)別功能的智能手機(jī)不僅數(shù)量龐大，價(jià)格也越來越親民.按照國內(nèi)居民2～3年的換機(jī)周期來推論，目前在用的智能手機(jī)幾乎均具備指紋識(shí)別功能，完全能夠滿足系統(tǒng)的使用需求.這樣的解決方案既不用給建設(shè)者及用戶增加額外的成本負(fù)擔(dān)，又非常契合當(dāng)今用戶大量使用移動(dòng)端的行為習(xí)慣.

因此，選擇指紋識(shí)別技術(shù)對(duì)統(tǒng)一身份認(rèn)證應(yīng)用進(jìn)行重構(gòu)升級(jí)在技術(shù)和設(shè)備上都有較大優(yōu)勢(shì).

2 身份認(rèn)證機(jī)制的重構(gòu)

當(dāng)前信息化校園的門戶應(yīng)用因終端的多樣化產(chǎn)生了以智能手機(jī)為代表的多樣化的移動(dòng)計(jì)算客戶端應(yīng)用，但總體的身份認(rèn)證機(jī)制并沒有什么變化.根據(jù)文獻(xiàn)[20，21，22，23]描述及實(shí)際應(yīng)用情況，現(xiàn)有以用戶名和密碼為主的身份認(rèn)證機(jī)制主要包括以下三個(gè)信息交互過程（參看圖1）：

（1）發(fā)送身份認(rèn)證請(qǐng)求：在能夠正常使用門戶集成的各項(xiàng)應(yīng)用之前，用戶要先通過PC、手機(jī)等各終端的門戶應(yīng)用客戶端統(tǒng)一身份認(rèn)證界面手工輸入并提交相應(yīng)的非生物特征身份信息（如用戶名和密碼、手機(jī)號(hào)和短信驗(yàn)證碼等）至Web服務(wù)器，由此發(fā)出身份認(rèn)證請(qǐng)求;

（2）身份信息驗(yàn)證及響應(yīng)：Web服務(wù)器接收到客戶端發(fā)來的請(qǐng)求信息后，立即將認(rèn)證消息轉(zhuǎn)發(fā)給應(yīng)用服務(wù)器，通過應(yīng)用服務(wù)器將用戶提交的身份信息與數(shù)據(jù)庫服務(wù)器中存放的相應(yīng)身份信息進(jìn)行比對(duì)，得出用戶身份合法與否的結(jié)果，再由應(yīng)用服務(wù)器和Web服務(wù)器生成響應(yīng)頁面返回給相應(yīng)的門戶應(yīng)用客戶端;

（3）客戶端顯示用戶身份認(rèn)證結(jié)果頁面：進(jìn)入門戶或者提示錯(cuò)誤信息.

身份認(rèn)證機(jī)制的交互過程描述起來并不復(fù)雜，然而對(duì)用戶來說，同一個(gè)身份在不同終端應(yīng)用中需要重復(fù)輸入并提交相同的身份信息，也就是說，現(xiàn)有的身份認(rèn)證機(jī)制無法處理多終端用戶登錄門戶應(yīng)用時(shí)的協(xié)同認(rèn)證問題，效率低下.

前文已經(jīng)論證身份識(shí)別升級(jí)利用的是智能手機(jī)的指紋識(shí)別技術(shù)，那么身份認(rèn)證機(jī)制就應(yīng)該緊密圍繞智能手機(jī)終端來重新設(shè)計(jì).

以智能手機(jī)端為核心的多終端協(xié)同身份認(rèn)證機(jī)制可以這樣來設(shè)計(jì)：

（1）首先由手機(jī)客戶端發(fā)起身份認(rèn)證，即引導(dǎo)用戶在登錄門戶應(yīng)用時(shí)優(yōu)先采用手機(jī)端的指紋識(shí)別方式進(jìn)行身份驗(yàn)證，認(rèn)證響應(yīng)頁面由服務(wù)端返回手機(jī)客戶端進(jìn)行顯示;

（2）其次，應(yīng)遵循高效和安全的原則，采用某種方式來取代用戶名和密碼對(duì)使用其它終端登錄門戶應(yīng)用的用戶進(jìn)行快速身份認(rèn)證，各終端的認(rèn)證響應(yīng)頁面由服務(wù)端返回各認(rèn)證客戶端以便顯示.

要將這樣的設(shè)計(jì)變?yōu)楝F(xiàn)實(shí)需要解決兩個(gè)關(guān)鍵問題，一是如何將用戶由傳統(tǒng)的PC端登錄引導(dǎo)到手機(jī)端優(yōu)先，二是采用什么認(rèn)證方式來實(shí)現(xiàn)多終端協(xié)同的機(jī)制.

解決第一個(gè)問題需要重新設(shè)計(jì)各終端的門戶應(yīng)用身份認(rèn)證組件及頁面.首先，在移動(dòng)端的身份認(rèn)證頁面增加一個(gè)指紋識(shí)別身份認(rèn)證組件，該組件布局在所有認(rèn)證組件的最前方，這樣，登錄用戶最先面對(duì)的就是指紋認(rèn)證方式，以實(shí)現(xiàn)自然引導(dǎo)，保留其他的身份認(rèn)證方式可選可用，但布局靠后.其次，在其他終端的身份認(rèn)證頁面以非常顯眼的方式提示用戶應(yīng)優(yōu)先從手機(jī)端登錄認(rèn)證，但不做強(qiáng)制要求，這些終端仍然保留其他的身份認(rèn)證方式可選可用.這些調(diào)整對(duì)用戶來說只是使用形式上的區(qū)別，所以不會(huì)讓用戶產(chǎn)生抵觸情緒.

第二個(gè)問題的解決方法可以參考時(shí)下十分流行的移動(dòng)端掃描二維碼（以下簡(jiǎn)稱掃碼）方式.眾所周知，配置了攝像頭的智能手機(jī)已經(jīng)通過掃碼方式實(shí)現(xiàn)了很多功能應(yīng)用，無論是打開網(wǎng)頁、下載軟件還是移動(dòng)支付等，均極為方便快捷，掃碼方式也在很大程度上取代了傳統(tǒng)的手工輸入的信息獲取方式.具體實(shí)現(xiàn)方式是：首先，在智能手機(jī)的門戶應(yīng)用客戶端中增加二維碼識(shí)別功能組件;其次，在其他終端客戶端身份認(rèn)證頁面中增加二維碼展示功能組件;再次，在統(tǒng)一身份認(rèn)證應(yīng)用服務(wù)端增加身份認(rèn)證二維碼生成的功能組件.

增加了相應(yīng)的功能組件后，所實(shí)現(xiàn)的多終端協(xié)同身份認(rèn)證機(jī)制的交互過程為（參看圖2）：

（1）手機(jī)客戶端應(yīng)用顯示指紋優(yōu)先的身份認(rèn)證頁面，其他終端客戶端則展示由服務(wù)端生成的二維碼身份認(rèn)證頁面，用戶首先被引導(dǎo)至手機(jī)端提交指紋;

（2）手機(jī)客戶端提交指紋身份認(rèn)證請(qǐng)求;

（3）身份認(rèn)證服務(wù)端對(duì)接收到的指紋身份信息進(jìn)行驗(yàn)證;

（4）認(rèn)證結(jié)果響應(yīng)頁面由服務(wù)端返回對(duì)應(yīng)的手機(jī)客戶端以便顯示;

（5）手機(jī)客戶端身份認(rèn)證成功后（指紋等任何身份認(rèn)證方式），通過它掃描其他終端身份認(rèn)證應(yīng)用所展示的二維碼;

（6）手機(jī)客戶端代替其他終端向服務(wù)端提交二維碼身份認(rèn)證請(qǐng)求;

（7）身份認(rèn)證服務(wù)端對(duì)接收到的二維碼身份認(rèn)證信息進(jìn)行驗(yàn)證;

（8）認(rèn)證結(jié)果響應(yīng)頁面由服務(wù)端返回相應(yīng)的其他終端以便顯示;

（9、10）當(dāng)指紋身份認(rèn)證失效時(shí)，用戶可通過其他方式進(jìn)行身份認(rèn)證.

從上述的交互機(jī)制可以看出，在新的身份認(rèn)證機(jī)制下，包括手機(jī)端的指紋輸入，用戶的所有操作都非常簡(jiǎn)單且不容易出錯(cuò)，真正實(shí)現(xiàn)了一次輸入、多終端協(xié)同的最優(yōu)效果.重構(gòu)后的身份認(rèn)證充分借助了移動(dòng)智能終端的先進(jìn)計(jì)算能力，應(yīng)用指紋識(shí)別及掃碼技術(shù)，能夠在多終端環(huán)境下實(shí)現(xiàn)安全高效的協(xié)同身份認(rèn)證，使認(rèn)證服務(wù)更為人性化、智慧化.

但是應(yīng)該看到，二維碼身份認(rèn)證需要智能手機(jī)終端配備攝像頭，可行性如何同樣需要進(jìn)行調(diào)查確認(rèn).再次利用“手機(jī)高級(jí)搜索-ZOL中關(guān)村在線”搜索工具進(jìn)行篩選，將同時(shí)具備指紋識(shí)別功能和攝像頭的智能手機(jī)數(shù)量做一個(gè)調(diào)查統(tǒng)計(jì)，可以得到表3的結(jié)果（表中的價(jià)格是搜索工具提供的參考報(bào)價(jià)）.

根據(jù)表3的統(tǒng)計(jì)結(jié)果，再將表2和表3做個(gè)比較，分析后容易得出結(jié)論，具備相應(yīng)功能配置的智能手機(jī)是一種非常成熟普及的移動(dòng)計(jì)算產(chǎn)品，完全能夠滿足新的身份認(rèn)證機(jī)制的應(yīng)用需求.

3 用戶指紋數(shù)據(jù)的處理

新的統(tǒng)一身份認(rèn)證采用的是指紋識(shí)別身份驗(yàn)證方式，但是原有系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中并沒有留存用戶這方面的信息，故必須要在工程實(shí)施中同步做好收集用戶指紋信息的基礎(chǔ)工作，并構(gòu)建高效安全的用戶指紋數(shù)據(jù)庫.

項(xiàng)目建設(shè)過程中可以這樣來做：

（1）首先在原有的身份認(rèn)證系統(tǒng)中增加采集用戶指紋數(shù)據(jù)的組件，布局上可以放置在認(rèn)證系統(tǒng)界面更不顯眼的地方;

（2）其次，無論新老用戶，在其成功登錄門戶應(yīng)用時(shí)，認(rèn)證系統(tǒng)立即自動(dòng)彈出指紋采集組件界面（采集組件可手動(dòng)關(guān)閉并可設(shè)置不再自動(dòng)彈出，并進(jìn)行二次身份確認(rèn)，比如可以通過短信驗(yàn)證碼方式），提示需要采集用戶指紋信息以便進(jìn)行后續(xù)的身份認(rèn)證，從而引導(dǎo)用戶積極配合進(jìn)行指紋信息的采集和留存工作;

（3）最后，統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)對(duì)用戶提交的指紋數(shù)據(jù)經(jīng)過標(biāo)準(zhǔn)化和加密處理后再保存到系統(tǒng)數(shù)據(jù)庫中.

4 結(jié)論

綜上，本文對(duì)在移動(dòng)計(jì)算環(huán)境下如何實(shí)現(xiàn)信息化校園門戶應(yīng)用——統(tǒng)一身份認(rèn)證系統(tǒng)的智慧化提升進(jìn)行了充分的分析、設(shè)計(jì)和討論，證明系統(tǒng)利用智能手機(jī)不僅可以實(shí)現(xiàn)身份識(shí)別技術(shù)的升級(jí)，還可以實(shí)現(xiàn)身份認(rèn)證的多終端協(xié)同，使重構(gòu)后的系統(tǒng)可以提供更為人性化的服務(wù)，更為符合智慧校園的特征要求.

5 討論

根據(jù)有關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，智能手機(jī)的指紋識(shí)別若使用不當(dāng)仍然存在一定的安全隱患的[24，25，26]，原因在于用戶的智能手機(jī)和指紋可能被其他人所掌握和非法利用.不過在一般情況下，由于用戶都會(huì)將智能手機(jī)隨身攜帶，被非法利用的機(jī)會(huì)非常少，所以在這方面不會(huì)產(chǎn)生太大的問題.盡管如此，智慧校園的建設(shè)者和使用者仍然要遵循相關(guān)的安全規(guī)范利用.

另外，在收集處理用戶的指紋信息時(shí)需遵照相應(yīng)的標(biāo)準(zhǔn)，比如公安部的指紋數(shù)據(jù)標(biāo)準(zhǔn)[27]，以滿足智慧校園的標(biāo)準(zhǔn)化要求.還可以向公安部門遞交認(rèn)證申請(qǐng)[28]，以便充分利用公安部門已有的標(biāo)準(zhǔn)化公民指紋數(shù)據(jù)庫，系統(tǒng)更為精簡(jiǎn).

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