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“如果我是一名情報特工，我絕不會打開任何生物識別功能。” —安全分析師 Rich Mogull

北京時間 2017 年 9 月 13 日凌晨 1 點，一年一度的“蘋果春晚”——蘋果手機發布會如期而至。發布會之后的幾個小時里，各種關于蘋果新品 iPhone8/8 Plus 以及 iPhone X 的評論、吐槽如潮水一般覆蓋了整個互聯網。

雖然外界目前對蘋果今年的新手機褒貶不一，但是，iPhone 此次主打的兩個人工智能的賣點：FaceID 與智能芯片 A11，在用戶當中確實引起了不小的討論。當然，關于蘋果的智能語音助手 Siri 的升級我們在之前也做過相關報道，感興趣的讀者可以點擊這里進行回顧，在此不做過多贅述。

在整理收集了大量一手信息和資料后，我們為大家帶來了目前為止最全面的 FaceID 與蘋果智能芯片的解讀。

FaceID 的工作原理剖析

蘋果公司今年的 iPhone 發布活動在規模上可謂遠超以往，并成功吸引到全世界的高度關注。上次蘋果拿出的重量級成果還要追溯到 TouchID。當時生物識別技術在智能手機領域的應用還非常罕見，Android 陣營也用了很長時間才逐漸追及這一差距。但與技術世界中的其它事物一樣，這種優勢同樣顯得轉瞬即逝。

這一次，蘋果公司再次發布了新的生物識別技術——這亦是蘋果公司在 iPhone 發展放緩的幾年之后再次亮出的一張王牌。而對于這張新王牌，即面部識別技術，我們顯然有必要對其工作原理一探究竟。

蘋果 iPhone X 上的 FaceID 由四種獨立組件構成;同時顯示黑屏以將其在視圖中隱藏起來

去年，三星公司憑借出色的 Galaxy Note 7 令人們驚艷不已。事實上，這款智能手機成為第一款采用虹膜識別功能的主流移動設備。然而，由于 Note 7 出現的爆炸丑聞，這項功能并未真正得到大眾的使用與認可。今年，韓國科技巨頭再次將其引入 Galaxy S8/S8+，但到目前為止，市場對于虹膜識別功能并沒有表現出巨大的反響。

FaceID 面部識別功能需要四種獨立組件，其彼此合作以共同實現識別效果。Secure Enclave 技術為其提供安全保護，且 FaceID 會在用戶面部投射總計 3 萬個紅外點。

這四種組件分別為 點陣投影器(結構化光線發射器)、紅外攝像頭(結構化光線接收器)、泛光照明器(環境傳感器) 以及 距離傳感器。

最后，iPhone X 的前置攝像頭會收集與用戶面部相關的 2D 數據。其中點陣投影器通過產生紅外線開始運行循環流程。紅外線攝像頭捕捉這些光線，而后將結果傳輸至智能手機的處理器處。泛光照明器則確保色彩還原與色溫效果同周邊光線環境相匹配。

由于這些組件只能在短距離范圍內運作，因此距離傳感器會在用戶位置過遠時發出提醒。這四種組件的協作不僅令面部識別成為可能，同時還增添了另一項非?？犰诺哪芰Γ寒斢脩舳⒅謾C屏幕時，iPhone X 將不會鎖屏或者調低屏幕亮度。另外，新一代 iPhone 還將支持手勢識別。最后，蘋果公司宣稱面部識別技術將利用機器學習技術實現識別效果。這意味著用戶面部的任何變化都會被自動收集并更新至判斷流程當中，確保該識別系統能夠隨時適應這種差異。我們也將繼續關注與此技術相關的動態，并第一時間向大家匯報最新消息。

FaceID：面部識別真的安全嗎?

FaceID 這項功能的消息剛放出不久，就有網友畫出了下面的漫畫來調侃 FaceID 的安全性：

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在追求打造完美硬件的過程當中，蘋果公司一直在努力于易行性與安全性之間尋求平衡點。誠然，六位數密碼使得竊賊幾乎不可能在設備鎖定之前試出正確組合，但每一次使用給用戶本身帶來的 1 秒操作同樣很難令人接受。即使是 TouchID 要求的按下 Home 鍵對蘋果而言都太過累贅——作為進一步升級方案，蘋果決定在新一代旗艦 iPhone X 設備上將 TouchID 替換為 FaceID。這套系統將采取一種尚未經過充分證實的生物識別安全技術，即根據面部決定是否解鎖。

在理論上，您只需要看著自己的手機，FaceID 就能夠在一秒之內認出機主并完成解鎖。除此之外，FaceID 亦被集成于更多其它應用當中，包括各類第三方應用以及 Apple Pay 付款等等。

蘋果公司高管 Phil Schiller 在本次發布會的主題演講中指出，“隨著 iPhone X 的出現，您的 iPhone 將持續鎖定，直到您面對它、它認出您，這是一種前所未有的簡單、自然與輕松解鎖方式。這是我們未來解鎖手機的新途徑，同時亦能夠為敏感信息提供嚴格保護。”

如果事實真是如此，那么蘋果的版本必須有能力克服以往面部識別安全方案中的種種缺陷。而就目前來看，盡管 FaceID 似乎確實有所改進，但單純依靠面部進行設備內容保護仍然存在著大量亟待克服的難題。

面部識別的窘境

面部識別技術長久以來一直因成功率低下而臭名昭著。早在 2009 年，就有安全研究人員表示其能夠利用打印出來的照片騙過大部分筆記本上的面部識別登錄系統。到 2015 年，人氣科學作家 Dan Moren 更是僅僅利用一段包含其眨眼的視頻就騙過了阿里巴巴的面部識別系統。

然而，對抗 FaceID 可就沒這么容易了。新一代 iPhone 利用一套被稱為 TrueDepth 的紅外線系統將 3 萬個不可見光點以網格形式投向至用戶臉上。隨著用戶旋轉其頭部以映射面部 3D 開關，紅外攝像頭將捕捉到網格的扭曲——這種技術類似于目前用于捕捉演員面部表情并將其轉化為動畫及數字增強符號的方案。

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對于任何人來說，3D 圖形都無疑要比原本的簡單平面臉部圖像識別方案更為強大。然而，騙過 FaceID 也并非不可能——Cloudflare 公司安全研究員 Marc Rogers 正是第一位偽造指紋以騙過 TouchID 的嘗試者之一。Rogers 指出，他毫不懷疑他自己——或者是其他人——早晚能夠突破 FaceID。在 FaceID 發布會的采訪當中，Rogers 建議稱，對目標頭部進行 3D 打印并展示給手機即可完成設備解鎖。Rogers 解釋稱：“如果有人能夠以計算機媒體播放的形式重現你的臉，那么你就遇上大麻煩了。我就很想給自己打印出一套 3D 版面部模型，看看它是否能夠解鎖 FaceID。”

他的觀點并非毫無依據，此前 3D 面部識別系統就曾經遭遇突破：兩年之前，柏林 SR 實驗室就利用石膏模具成功騙過了微軟的 Hello 面部識別系統。該欺騙方案能夠在多種品牌的筆記本電腦中起效，且這些設備使用與 iPhone X 相同的紅外深度感應攝像頭。該實驗室并沒有公布實驗當中使用的具體材料，但 SR 實驗室創始人 Karsten Nohl 指出，他們使用的模型不僅能夠模擬目標的面部形狀，同時也能夠模擬皮膚的光反射我。Nohl 表示，“這絕對要比偽造指紋更為困難。”

在主題演講當中，蘋果公司的 Schiller 提到，即使是這類欺騙行為也同樣無法愚弄 FaceID。他還展示了一份由好萊塢特效顧問親手設計的精細面具照片，表示蘋果公司已經利用其對 FaceID 進行過測試。而 Schiller 同時強調，目前還沒有任何面具能夠騙過 FaceID 的火眼金睛。

不過關于 FaceID 的最大疑問仍然沒有得到解決，事實上只有外部攻擊者(例如 Rogers 或 Nohl)才有機會公開測試結果，并說明該系統的安全水平究竟如何。舉例來說，蘋果公司的面部識別技術可能在檢測方案當中使用到基于顏色的圖像識別機制，這意味著欺騙系統在模擬面部圖像時必須對其進行精心著色。但在這方面，Rogers 認為 FaceID 可能根本不會實際檢測顏色，因為這項因素可能受到室內照明情況、健康狀況以及近期是否被曬傷或進行過戶外活動等條件的影響。Rogers 認為：“將顏色納入考量并沒有什么實際價值，反而會帶來極大的變數。”

更為廣泛的關注

無論蘋果具體采用了怎樣的技術方案，利用用戶面部作為數字化保護屏障的思路本身也存在一些爭議。與密碼不同，我們的面部無法被輕易改變。如果有人找到一種欺騙方式——例如 SR 實驗室的方法或者 Rogers 提出的 3D 打印機制，那么這種欺騙能力將和期有效。Schiller 本人在其主題演講當中也承認，多胞胎們在使用 FaceID 之前應當考慮到自己秘密被兄弟姐妹窺探的風險。

其次，如果他人打算以強迫的方式進行設備解鎖(就像上面漫畫里畫的那樣)，我們也很難將自己的面部隱藏起來——這類情況包括面對歹徒、海關人員以及執法中的警員等等。在某些情況下，美國的犯罪嫌疑人可以援引“第五修正案”中的保護條款避免自證有罪——包括拒絕提供手機密碼。但這類保護條款顯然不適用于面部解鎖機制。蘋果公司表示，您需要直視自己的屏幕才會解鎖 FaceID，因此其并不太可能被意外觸發。但警察會以藐視法庭等理由施以手段，直到您的眼睛乖乖盯到手機身上。

這兩類問題也同樣適用于 TouchID。但除此之外，FaceID 還帶來了 TouchID 從未面臨過的新挑戰：我們的面部圖像會開放展示并以圖片的形式大量存在于社交媒體當中。這就像是把鎖定設備的 PIN 碼寫在額頭上并到處閑逛。事實上，單是 Instagram 以及 Facebook 上的照片可能就足以讓攻擊者獲得能夠騙過面部登錄機制的資料。去年，北卡羅來納大學的研究人員們表示，他們可以單純利用 Facebook 上的照片重構目標面部的三維虛擬模型，并以 55% 到 85% 的成功率騙過多達五種不同的面部識別應用。

當然，這一切都不足以抹殺 FaceID 的意義——遠遠不能。對于普通 iPhone 用戶而言，欺騙 FaceID 的難度以及對設備進行物理訪問這兩項要求已經足以幫助其遠離任何常見攻擊。蘋果公司安全分析師 Rich Mogull 解釋稱，“如果需要利用 3D 打印模型才能騙過 FaceID，那么這樣的風險水平已經達到了絕大多數用戶的可接受范圍。而考慮到如此可觀的設備入侵成本，我們的工作成果已經相當令人滿意。”

換言之，他補充稱對于安全敏感性更高的用戶可以將這項功能關閉——正如對待 TouchID 一樣。Mogull 表示，“如果我是一名情報特工，我絕不會打開任何生物識別功能。”

而且這一警告絕不是非黑即白的二選一建議。事實上，大家可以針對特定應用啟用或禁用 FaceID，Rogers 因此建議普通用戶可以利用其進行設備解鎖，但不利用其進行支付確認。另外，蘋果公司似乎也承認其生物識別技術并不算是絕對可行的解決方案。Schiller 在本周二的演講當中強調稱，“并不存在完美的系統。”也許存在著百萬分之一的機率，會出現另外一張并非經過精心設計但卻能夠恰巧解開您 FaceID 的臉。

更為具體的證據表明，蘋果公司在 iOS 11 中設置有另外兩項新功能，這直接證明其已經意識到 FaceID 的局限性。其一要求用戶輸入手機密碼方可信任與設備連接的新計算機，這是為了進一步提高從未解鎖手機內提取數據的難度。其二為“SOS 模式”，允許用戶按下 HOME 或者電源鍵五次以禁用 TouchID 或 FaceID——具體取決于手機型號。

這些功能的存在證明，蘋果公司亦不能肯定 FaceID 在安全層面的實際保護能力。而 Rogers 則提醒稱，普通 iPhone 用戶應當信任自己的手機，將其視為一種可靠的解決方案——而非犧牲安全以換取方便的雞肋產物。Rogers 解釋稱，“蘋果公司一直致力于給用戶帶來更為愉悅的使用體驗。在安全領域當中，這意味著我們不得不接受某些局限。但如果這樣的局限可能導致自己發布在 Facebook 上的素材成為他人窺探秘密的素材，那么大家或許應該考慮使用老式密碼。”

關于蘋果 AI 芯片，你想要了解的一切

說完了安全性備受爭議的 FaceID，咱們來談談蘋果智能芯片。

人工智能已然成為智能手機市場上的一大顯著特征與賣點，并持續為個性化設計、虛擬助手甚至是電池壽命等層面的水平提升帶來動力。

不過 AI 本身往往需要大量計算資源。為了彌補這一不足，蘋果與華為等巨頭級廠商都在為智能手機添加額外芯片以專門處理此類任務。這些芯片作為手機中現有 CPU 與 GPU 機制的補充，且在配置方面能夠更為高效地完成 AI 這類特定任務——即犧牲掉處理其它任務的能力。另外，各廠商還在想方設法防止電池電量被 AI 負載所迅速吞噬。蘋果公司在其 A11 Bionic 芯片當中配備了 Neural Engine(即神經引擎)，而華為則推出了自家方案麒麟 970。

蘋果公司的 Neural Engine 能夠處理包括其全新 FaceID 面部識別功能在內的各類處理任務，同時實現 Siri 語音指令理解以及圖像處理等效果。

這一趨勢的影響范疇絕不限于智能手機領域。谷歌公司開發出一款名為張量處理單元(簡稱 TPU)的 AI 芯片，其將很快通過谷歌云業務與廣大用戶見面。微軟亦在開發類似的云技術，并在其 HoloLens 中采用定制化芯片。去年秋季，芯片巨頭英特爾公司收購了一家名為 Movidius 的廠商，其專門開發圖像處理類 AI 芯片。

當然，也有很多人對于 AI 專用芯片的未來發展前景不太認同。圖形處理單元制造商英偉達公司在 2005 年左右發現其 GPU 能夠大大加快深度學習算法，而這類算法在 AI 研究當中占據重要地位。該公司持續投入以支持在 GPU 之上運行此類算法，并自 2012 年 AI 浪潮掀起以來借此迎來可觀的營收提升。盡管在功耗效率層面不及專用型芯片(這一點對于數據中心及手機而言非常重要)，但 GPU 擁有著自己的獨特優勢，即能夠同時處理復雜的圖形計算任務，這一點直接體現在虛擬現實、增強現實以及游戲等層面。(需要強調的是，英偉達公司在移動 GPU 方面存在感并不強，這一領域目前由高通公司所統治，其移動 GPU 方案被廣泛應用于三星 S8、HTC U11、LG V30 以及谷歌 Pixel 等旗艦級手機當中。)

與谷歌公司類似，蘋果也開始投入大量資源以提升其移動設備的智能化水平。盡管蘋果公司早在 2011 年就推出了第一款主流個人虛擬助手 Siri，但就目前來看其 AI 研發水平仍然相對落后。

但蘋果公司著力就這一結論作出反駁。其近期不斷發布高知名度人工智能研究與實現方案，并于去年從卡耐基梅隆大學聘請到經驗豐富的 AI 研究員 Ruslan Salakhudinov 以推動相關研究工作。該公司還開始發表研究論文(這一點與其此前采取的內部低調研發截然不同)，并開始建立專門的博客以宣傳工作進度。

在今年 6 月的 WWDC 開發者大會上，蘋果公司推出了 Core ML，一套專門將人工智能算法應用于蘋果產品的應用程序框架。在此之后，谷歌與 Amazon 也推出轉換工具以確保其 AI 方案能夠與蘋果的新格式相兼容。另外，蘋果公司還持續將 AI 因素引入其手機、平板電腦與計算機設備，同時進一步增強 Siri 的實際功能。

結語

每一年的蘋果新品發布會都被看作是一場科技的盛宴，而本屆蘋果手機發布會上能夠明顯看出：蘋果在人工智能領域的布局已經越來越廣，如何能夠制作出一臺真正的智能手機，這不僅是蘋果一家的強烈愿望。當華為推出智能芯片麒麟 970 后，蘋果是否還能繼續保持在智能手機領域發展的領先地位?誰會是下一個做出人工智能手機的廠商?而誰又能夠引領手機端的 AI 技術潮流?我們將持續觀察，并熱烈期待著。