《科学画报》
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走出来的密码
2022-08-12 17:12:00每个人身上都有一些独一无二的特征，它们可以是身体的一部分，例如指纹、眼睛里的虹膜；也可以伴随着一种行为，例如签名或走路的姿势。这些特征都可以用作密码，许多人的手机的开机密码就是自己的指纹。
如果走路的姿势——或者叫步态——也能成为密码，会怎么样呢？那意味着，我们只要一走近手机，它就能自动解锁；房门只有当它“认识”的人走近时才会打开……哇，这真是一种私密又安全的密码！
走路是很简单的动作，无非是两只脚交替地向前迈出。但是在做这个简单的动作时，每个人都会有一些细微的差别，这些差别可以识别并证明我们的身份。
独一无二的特征
试着这样做——书包里装满书本，手上再捧一摞厚厚的书，然后走下楼梯。这时，你的脚步是不是跟平时不太一样？
你的脚步会更慢，腿抬得更低。每一步的步长变短了，步速也变慢了。而且，你的脚踝、膝盖、臀部的移动都不太一样了。这说明身体大部分关节的移动角度发生了改变。正是关节在走路时的移动角度不同，才构成了每个人步态的差异。
走路时身体各个关节的移动角度因人而异，但差别并不大。科学家已经证实，尽管这些差别很小，大脑还是能辨别出来。所以步态分析的一个问题是，我们能否将手机、安保摄像头或其他电子设备里的内置计算机做得足够智能，能像我们的大脑一样识别出这些差别？
动作捕捉技术
科学家使用动作捕捉技术来进行最尖端的步态分析。这项技术常用于电影的特效制作。如果你见过演员穿着黑色的紧身衣，衣服上面覆盖着发光的小球，你就会知道这是什么技术了!没错，科学家和电影特效公司使用的是同一套动作捕捉系统。
衣服上面的那些小球有很强的反射光线的本领。专用的特制摄像机只会记录下这些小球反射的光，而不会记下周围的区域、仪器，或者其他人。摄像机每秒会拍摄几百张照片，意味着每秒会记录下几百个身体轮廓的图像，从而获取大量运动位置、姿态等数据。
随后，计算机程序根据这些数据建立数学模型，由此计算出每一个关节的移动角度，以及步速、步长等有用的信息，从而得出走路时身体是怎样移动的。
测量数据
日常生活中不可能随时随地配备这种特殊的摄像机，我们也不可能一直穿着布满小球的紧身衣。在没有专用设备的情况下，怎样进行步态分析呢?
好在，手机和许多智能设备都配有传感器，可以获取必要的数据。
加速度计是智能手机的标准配置，它可以检测速度的变化。举个例子，我们拍照时将手机从横屏转换为竖屏，这个旋转的动作就会被加速度计检测到。许多手机APP都会用到加速度计，像我们常用的虚拟现实游戏和步数统计，等等。步态分析也要用到加速度计。
测量速度变化是步态分析的基本方法之一。每走一步，脚的速度都会在触碰到地面的瞬间变为零。一旦加速度计检测到脚的这一速度变化，它就知道现在走了一步，会记下这个时间。通过测量两次触地的时间间隔，就可以计算出步速。根据这些数据还可以进一步计算出两步之间的距离，也就是步长。
步速和步长只是步态分析需要识别的两个最简单的参数。每个人在不同情况下的步速和步长都会变，所以，仅仅测量这两个参数是不够的。要想让步态成为独一无二的身份密码，还需要模式识别软件。当步速、步长发生变化的时候，模式识别软件可以通过智能算法找到隐藏在这些变化中的识别块。
还记得当你搬书时你的步长、步速、关节移动角度都变了的例子吗？变了之后，模式识别软件还能辨别出那是你吗？
答案是令人惊讶的——能！
会被攻击吗
如果用步态作密码，会被黑客攻击吗？
这并不容易。要想攻击一个步态识别系统，黑客必须成功模仿另一个人的走路姿势，从步速、步长，到每一个关节的移动都必须一模一样。这恐怕得动用一台跑步机来控制步速，还需要专门的设备来告诉自己步子迈得太大还是太小，实在是太难了。
一个识别系统涉及的信息越多，被黑客攻击的难度就越大，所以一个更安全的步态识别系统需要测量更多参数。除了用手机等智能设备测量步长、步速以外，还可以使用可穿戴传感器检测身体特定部位的动作，这些附加的信息能显著提高步态识别系统的安全性。
如果步态密码能大规模应用，我们就再也不用担心忘记密码了，因为，我们走路的样子就是自己的专属密码！
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