数字手写笔迹基础理论探讨<br/>——兼与电子签名比较分析

数字手写笔迹基础理论探讨
——兼与电子签名比较分析

2016-02-12涂舜

铁道警察学院学报 2016年5期

关键词：电子签名数字签名笔迹

涂舜

（华东政法大学刑事司法学院，上海 200042）

数字手写笔迹基础理论探讨
——兼与电子签名比较分析

涂舜

（华东政法大学刑事司法学院，上海 200042）

数字手写笔迹是新的笔迹类型，目前已应用于银行、保险、医疗、公共服务等领域。数字手写笔迹与电子签名、数字签名等概念存在一定的相似之处。数字手写笔迹形成时，触控屏可记录书写的相对位置、笔画间的时间间隔，以及笔画的笔力变化，具有更高的安全性，是电子签名的一种新选择。

数字手写笔迹；电子签名；数字签名

数字手写笔迹是基于原笔迹数字书写技术而形成的新的笔迹类型，是书写人以电磁（容）笔或其他物体如指尖为书写工具，在数字触控屏或数字手写板上书写形成的笔迹。该类笔迹因其便捷性、易储存性的特点，目前在银行、保险、医疗、公共服务等方面得到了广泛应用，特别是银行POS机刷卡后签名确认时，越来越多的特约商户将纸质的签购单改为了电子设备，持卡人只需在电子屏幕上书写签名即可，不仅可方便、快捷地完成交易，还节约了自然资源。目前国内外对于数字手写笔迹的研究甚少，但可以明确的是，数字手写笔迹虽是一个新兴事物，但与传统手写笔迹、数字签名存在诸多相似点。一方面，数字手写笔迹与传统手写笔迹的形成机理一致，都是书写人运用书写工具，在书写载体上书写而成的字迹，都反映了书写人的书写习惯，只是书写工具和书写载体发生了变化。另一方面，数字手写笔迹与电子签名、数字签名的称谓相似，极易导致混淆误用。虽然二者的目的都是为了识别人的身份、保证电子文件的安全性，都是为了弥补传统手写笔迹网络传输功能的不足，但二者本质上是完全不同的。因此笔者认为有必要在明确数字手写笔迹、数字签名相关概念及原理的基础上，将二者与传统笔迹的区别与联系进行全面的梳理，以对数字手写笔迹有一个初步的认识。

一、数字手写笔迹

（一）数字手写笔迹的产生

在信息科技不断发展的今天，人机交互都在向简单化、智能化的方式迈进。为了实现随时随地与人交流、沟通的愿望，人们致力于寻找一种更加简单、人性化的交互方式，数字手写笔迹技术应运而生。数字手写笔迹技术是随着高新科技的发展和电子设备的普及而产生的，其产生得益于数字书写技术的发明。根据目前的研究情况来看，可实现数字书写的技术有两种，分别是原笔迹数字书写技术（MindMark）和数字墨水技术（Digital Ink）。

原笔迹数字书写技术是由壹人壹本公司自主研发的，该公司具有独立的知识产权。2001年北京京东方移动科技有限公司独立开发了第一台便携式手写平板电脑，宣称用户无需学习任何中文输入法，在触摸屏上轻松手写输入即可在电脑上保留书写时的原笔迹［1］。该产品的开发完全适合中国人的书写习惯，在屏幕上书写或者画图如同在纸上写字的感觉［2］。2010年北京壹人壹本公司推出E人E本平板电脑，首次将wacom电磁压感（Electromagnetic PressureSensitive Technology）技术引入民用的平板电脑产品中［3］，其独创的“原笔迹数字书写技术（MindMark）”可以快速通过原笔迹呈现和识别两种方式输入中英文、数字和标点符号等内容，符合国人手写输入的习惯［4］。之后三星、苹果、微软、原道均推出了原笔迹手写设备，使数字手写笔迹越来越普遍。

数字墨水技术是由微软亚洲研究院研发的。2002年，随着Tablet PC的问世，数字墨水技术首次登陆中国。这种新的人机界面技术是在原有“手写识别”技术的基础上改进而来，该技术克服了“手写识别”技术识别、处理功能上的不足，将手写的笔迹识别为原始字迹并以墨水的形式保存。Tablet PC为数字墨水最主要的承载设备，该设备最初运行的是Windows XP Tablet PC版操作系统，而数字墨水技术能应用于微软的各类Office XP及各种支持该技术的软件中，其中以2003年上市的OneNote最为典型。该应用能迅速捕捉、记录、组织、手写和重复利用收集的信息，并将其收集在一处，充分发挥了数字墨水技术的优势［5］。以后数字墨水技术将陆续应用到台式电脑、智能手机等更多技术装置中，使随时随地与人沟通成为可能。

（二）数字手写笔迹的概念

目前，这种依托数字书写技术，运用电磁笔或电容笔在数字触控屏上书写而成的字迹，并没有一个确定的、有说服力的称谓，我们暂且将该类型的笔迹称为“数字手写笔迹”。数字手写笔迹有广义和狭义之分。广义的数字手写笔迹指以电磁（容）笔或其他物体如指尖为书写工具，在数字触控屏或数字手写板上形成的笔迹。而狭义的数字手写笔迹仅指电磁（容）笔或手指在数字触控屏上写字形成的笔迹［6］。本文探讨的仅限于狭义的数字手写笔迹范畴。当使用这种方式在电子文件或电子票据上进行签名时，其与电子签名、数字签名的区别、联系在哪些方面，是一个值得研究的重要问题。

（三）数字手写笔迹的原理

数字手写笔迹的形成依托于数字书写技术，电子移动设备中使用的技术不同，数字手写字迹的形成原理就不相同。原笔迹数字书写技术的原理是利用电磁压感技术或电流感应技术，将笔尖在数字屏幕上的运动轨迹记录下来，以实现原笔迹的输入、呈现、转换或分享。以电磁压感技术为例，该技术主要提取笔画位置和粗细两方面信息。一方面，当电磁式数位压感笔笔尖与电容触控屏接触时，触控屏后面的电磁板会感到笔的电磁信号，从而得到电磁笔所在的X、Y坐标位置，由此可获得笔画的位置。另一方面，电磁笔内的压力感应器会根据压力的大小定义出笔画的粗细，由此可将笔迹呈现出来［7］。William J.Flynn 2012年曾在Conducting a ForensicExaminationofElectronicallyCaptured Signatures一文中阐明：“该技术的原理是当笔尖在屏幕表面移动时，通过笛卡儿坐标来确定笔尖的位置，并在很短的时间内用拍照技术记录该位置。”①See：William J.Flynn，B.S.D-ABFDE，Conducting a Forensic Examination of Electronically Captured Signatures，Journal of the American Society of Questioned Document Examiners，2012，P3:“They do this by looking at the location of the stylus within the Cartesian coordinates as it is moved over the surface.A snapshot of the stylus locations is recorded in regular small increments of time.”而数字墨水技术的原理是将数字笔迹拆分成单个的笔画，笔画由若干个采样点组成，采样点一般有X坐标值、Y坐标值、压力值、时间值等属性［8］，由此识别并显示为数字手写笔迹。

二、电子签名

（一）电子签名的产生

电子签名是为了适应电子商务的发展而产生的。随着网络技术的发展，合同或文件都是以电子文件的形式表现和传递的，而在电子文件上，传统的手写签名和盖章是无法实现的，这就需要依靠技术手段来替代［9］。电子签名能够证实交易双方的真实身份，保证安全、真实地完成交易，起到与手写签名或盖章同等的作用。电子签名并不是对传统手写签名的电子化，即不是将手写签名扫描后形成电子文件粘贴在需签署的电子文件上［10］，只是其目的和功能与手写签名相同而已。

（二）电子签名的概念

随着国际贸易及电子商务的发展，为了交易的便捷，多数国家（地区）②这些国家和地区包括俄罗斯（1995年）、德国（1997年）、意大利（1997年）、澳大利亚（1999年）、法国（2000年）、中国香港（2000年）、日本（2000年）、英国（2000年）、美国（2000年）及其各州等。（援引自吴亮《电子签名概念的法律问题研究》，中国政法大学硕士学位论文2005年，第2页）及组织③这些组织包括联合国国家贸易法委员会（UNCITRAL）、欧洲联盟（EU）、经济合作与发展组织（OECD）、亚太经济合作与发展组织（APEC）和国际商会（ICC）等国际组织。（参见吴亮《电子签名概念的法律问题研究》，中国政法大学硕士学位论文2005年，第2页）都对电子签名的运用制定了法律规则与制度。在国家和地区层面，美国制定的《统一电子交易法》中电子签名的概念为：“是指由意图签署一项记录的人实施的或采用的，附属于或逻辑上与该电子记录相联系的电子声音、符号或过程。”［11］联合国国家贸易法委员会制定的《电子签名示范法》中电子签名的概念为：“指在数据电文中以电子形式所含、所附或在逻辑上与数据电文有联系的数据，它可用于鉴别与数据电文相关的签名人和表明签名人认可数据电文中所含信息。”［12］而我国则于2005年开始施行《中华人民共和国电子签名法》，该法第一章第二条规定的电子签名的概念为：“本法所称电子签名，是指数据电文中以电子形式所含、所附用于识别签名人身份并表明签名人认可其中内容的数据。”

由此可见，电子签名的概念包含三个方面的含义：一是电子签名是电子形式的数据，可以是声音、符号或过程；二是电子签名是一种依附于或逻辑上与数据电文有联系的数据；三是电子签名的功能是鉴别签名人的身份，并表明签名人认可数据电文中所含的信息。

（三）电子签名的技术方案

电子签名的技术方案是指实现电子签名的技术手段，即对签署人的确切身份进行认证后，可用多种不同的方法签署一份电子文件，而这种方法可使接收文件方以此认定签署人的身份以及签署人对于文件内容的认可。这些技术手段多种多样，主要包括以下几种［13］。

1.手写签名或印章的模式识别技术

该技术是利用手写签名或印章来进行身份识别的一种方法，认为个人的手写签名或印章具有识别身份的特性。其原理是将手写签名或印章经扫描后，以图像的形式储存于数据库中，当需要进行个人验证时，也将其现在的手写签名或印章扫描成图像，并与原数据库里的图像用模式识别的数字计算方法进行比对，以确定该签名或印章的真伪，由此可验证个人的身份。该种识别方法曾在银行会计柜台使用过，但由于签名笔迹具有变化性，而印章盖印条件的不同也会造成图文的差异，这就导致该方法准确性不高，而且储存图像的数据库容量需求较大，传输也不方便，因此实用性不强。

2.生物识别技术

该技术是利用人体的生物特征来进行身份识别的一种方法，认为人体的生物特征具有唯一性，可进行身份识别。其原理是将人体的某唯一性生物特征进行取样，进行数字化处理后转换成数字代码并存储于数据库中，需要进行身份认证时，将现在获取的生物特征与数据库中的特征进行比对，以确定是否相符，由此来验证个人身份。由于人体的诸多特征均有唯一性，故生物识别技术包括但不限于以下几类：一是指纹识别技术，由于指纹具有各人各指不同且终身不变的特性，故可将此用于身份识别；二是视网膜识别技术，由于视网膜是人体一种极其稳定的生物特征，将此用于身份识别精确度较高；三是声音识别技术，各人说话的音色、音调等参数是相对稳定的，通过对声音进行频谱分析，可对此进行量化，由此来进行身份识别。生物识别技术在身份认证方面具有一定的优越性，但其较适宜于面对面的认证，而在对于远程网络认证及大规模的认证上实用性不强。

3.密码、密码代号或个人识别码技术

该技术是利用传统的对称密钥加/解密进行身份识别的方法。其原理是认证方传输一个随机码给被认证方，被认证方利用对称密匙加密该随机码和电子文件后，传输给认证方。认证方解密后得到随机码和电子文件，若随机码一致，则认为该电子文件来自被认证方，由此来进行身份认证。实践中常采用ID+PIN（身份唯一标识+口令）的方式来进行对称密钥加/解密认证，该种技术在远程网络传输上具有一定优势，但对称密钥管理相对困难，不适宜于电子签名。

4.基于量子力学的计算机技术

该技术是基于量子力学原理直接进行计算的计算机，利用光子的相位特性编码这种新的量子密码编码方法来进行身份认证的。量子力学的随机性较为特殊，破译密码者在窃听或者破译密码时，编码都会自动改变从而留下痕迹。这种密码相较于传统的密码来说，具有较大的优势，可以说是目前最安全的密码认证和签名方法。但该种技术目前还处于理论研究阶段，离实际应用还相距甚远。

5.基于PKI①PKI是Public Key Infrastructure的缩写，中文翻译为公钥基础设施，是一种利用公钥加密技术为电子商务的开展提供一套安全基础平台的技术和规范。（参见好搜百科关于PKI的介绍，载http://baike.haosou.com/doc/2865132-3023522.html，2016年2月24日访问）的电子签名技术

从广义上讲，所有提供公钥加密和数字签名服务的系统都可以叫做PKI系统。基于PKI的电子签名被称为“数字签名”，因此该技术也称为数字签名技术。数字签名技术是利用公钥密码技术和其他密码算法生成一系列符号及代码组成电子密码，以电子密码的方式对电子文件签名并进行身份验证的技术。其原理是利用证书公钥和与之对应的私钥进行加/解密，来对数字电文进行签名及身份验证。PKI的核心执行机构是CA（Certificate Authority），它是电子认证服务的提供者，CA签发数字证书，来为PKI提供认证、数据完整性、数据保密性和不可否认性的服务。提及电子签名，多数人会想到数字签名，有人甚至认为“电子签名”就是“数字签名”，其实不然，数字签名只是电子签名的一种特定形式，是基于PKI的电子签名。不过，目前电子签名法中所涉及的签名，一般指的就是“数字签名”［14］。数字签名是国内外普遍使用的一种电子签名方式，其优越性在于具有较高的安全性、数据的完整性，同时也易于网络传输，并能验证出原文件是否改动，可用于大规模的认证活动。

（四）电子签名的应用

电子签名的形式虽不同于传统的手写签名，但却与后者有相同的目的和功能，即可以确定一个人的身份，肯定是该人自己的签名，是该人与文件内容发生关系［15］。随着电子信息技术的发展，电子签名的应用范围越来越广，为了保障信息安全，凡涉及网络和信息安全的领域，都会使用电子签名。我国《电子签名法》对电子签名的应用范围进行了规定，同时对几种特殊的文书进行了限制①我国《电子签名法》第三条规定：“民事活动中的合同或者其他文件、单证等文书，当事人可以约定使用或者不使用电子签名、数据电文。当事人约定使用电子签名、数据电文的文书，不得仅因为其采用电子签名、数据电文的形式而否定其法律效力。前款规定不适用下列文书：（一）涉及婚姻、收养、继承等人身关系的；（二）涉及土地、房屋等不动产权益转让的；（三）涉及停止供水、供热、供气、供电等公用事业服务的；（四）法律、行政法规规定的不适用电子文书的其他情形。”。就目前而言，电子签名主要应用于电子商务、电子政务和电子病历等方面，具体如下。

1.电子商务方面

电子商务领域的发展是产生电子签名技术的最根本原因。也就是说，电子签名技术是为了适应电子商务的发展而产生的。随着网络和信息技术的发展，商务交易的形式也在发生变化，电子商务的兴起使信息的安全性问题引起了人们的关注，为了真实、安全地完成交易，交易者们普遍使用电子签名来代替传统的手写签名，以确保交易双方的真实身份，防止虚假合同、诈骗合同的产生。

2.电子政务方面

电子政务是网络信息技术在公共事务管理与公共服务领域的应用。在电子政务环境下，网络和信息安全尤为重要，它不仅关系到电子政务信息本身的安全问题，还关系到国家主权、国家安全问题［16］。因此需要一定的安全防范措施来保证电子政务系统中的信息传输和信息内容本身的安全，以及鉴别发送者的真实身份。数字签名技术可解决这一问题。其原理是在政务公文传输前，先将其加密压缩形成文件摘要，对摘要进行数字签名，以此保障政务信息传输的机密性和完整性。

3.电子病历方面

电子病历是电子信息技术在病历管理中的应用，是电子化的病历，它包括了传统纸质病历的所有内容。其相较于传统病历而言具有较大的优越性，可实现电子储存、查询、统计、电子数据交换和互相操作等功能。为避免个人病历资料的泄露，保障个人病历资料的安全，使用电子签名进行加密成为电子病历的通常做法。我国在此领域尚未有全国性的立法活动，但某些省市已进行了一些尝试，如上海市②上海市已制定《上海市电子病历管理办法》。、广东省等。就国外而言，美国、法国、日本、新加坡等都在推广电子病历，并进行了相关立法。美国联邦政府推行的是EMR（Electronic Medical Record，电子化的病历纪录）系统［17］，我国应用的是HIS（Hospital information System）系统［18］。这些系统均可储存患者的全部医疗保健信息，可反映患者的医疗过程，明确病史及各种检验结果，便于医生诊断病情，同时对于信息的安全有很好的保障作用。

三、数字手写笔迹、数字签名与传统手写笔迹的区别与联系

数字手写笔迹与数字签名是两个极为接近，且极易混淆的概念。数字手写笔迹是书写人使用电磁（容）笔或其他物体在数字记录设备上书写而成的字迹，其保持了书写人的原始笔迹，是区别于传统键盘输入的一种新的输入、记录方式。而数字签名是由电子签名延伸而来，它是电子签名的一种方式，是指基于PKI技术形成的特殊电子密码，由此来进行身份验证的一种方式。两者看似毫无关联，但当数字手写的笔迹为某人的签名字迹时，则会面临如何与“数字签名”来进行区分的问题，若直接称其为“数字手写签名笔迹”，就存在是否与一般意义上的数字签名命名重叠，且是否会导致概念的混淆等问题。因此有必要将数字手写笔迹、数字签名与传统手写笔迹加以区分和梳理。

其实，数字手写笔迹与数字签名间并非毫无联系，两者均是由传统的手写笔迹一步步演化而来的，而且其目的与功能存在一致性。当传统的手写笔迹无法满足某些要求时，它就会以其他方式来替代。其演化的路径是：在网络和信息技术的影响下，电子商务逐渐发展，传统的签名无法适应网络交易的需要，于是出现了电子签名或数字签名来实现传统签名的功能。然而电子技术的发展存在安全隐患和技术盲区，一旦攻克该技术，则会大大降低电子签名的保护作用，若是使用保留原笔迹的数字手写笔迹来进行签批或签署合同，则会产生与传统的手写笔迹一样的效果。

（一）传统手写笔迹与数字签名

传统手写笔迹是指书写人使用笔等书写工具在书写纸上书写而成的字迹，是指通常意义上的笔迹。在传统的商务交易中，交易双方通常在交易文书上签署自己的名字以表示对文书内容的确认，然而随着电子化交易的兴起，传统的签名方式难以满足网络交易的需要。如果将传统的签名笔迹经扫描后进行传递，则无法与文件内容结合形成原始文件，也就无法发挥其应有的功能。如果把签名字迹或文件通过邮寄的方式来传递，则无法体现电子交易的便捷性。因此，适宜于电子交易、与传统手写签名功能相同的电子签名应运而生。电子签名不是纯粹意义上的签名，是基于“功能等同原则”，将一切具有手写签名功能的电子技术也叫作签名［19］，由此形成电子签名。数字签名作为电子签名的一种形式，由于其易于传输的特性，得到了交易者的广泛使用。

传统手写笔迹之所以不能适应于电子交易的需要，原因在于其局限性十分明显：第一，传统签名必须以纸张为载体，无法与电子文件合为一体；第二，传统签名需要本人亲笔书写，受到地域及个人状况的限制，不适合大规模、高频率的交易；第三，传统签名仿冒的技术成本低，且需要专门的鉴定专家对其真实性进行鉴定，而结论不一定是准确的。基于此交易双方选择了具有较高安全性、便捷性的数字签名来进行交易确认。数字签名的优越性在于：第一，数字签名是以电子介质为储存载体的电子数据，是一种电子化的保存方式，在保存的持久性及可靠程度上要优于纸质文件；第二，数字签名不需本人亲自操作，不受地域的限制，方便网络传输及身份验证，适合大规模的交易活动；第三，数字签名仅凭肉眼无法鉴别，需借助一定的系统和程序来完成，鉴别程序速度快、准确度高；第四，数字签名不具有唯一性，方式多样，每个信息系统的电子签名都不同。

综上所述，在电子商务时代，传统手写笔迹因其明显的局限性，无法满足网络交易的需求，交易双方转而运用适宜于网络交易的电子签名来代替传统的手写笔迹，以发挥相应的功能。而数字签名作为电子签名的一种，因其适宜于网络传输的性质得到了交易者的普遍采用。

（二）数字签名与数字手写（签名）笔迹

数字签名是指基于PKI技术形成的特殊电子密码，其并非一般意义上的签名，只是在“功能等同原则”下的一种指称方式，因其高安全性、数据的完整性、易于网络传输而被电子交易双方普遍使用。数字签名只是电子签名众多技术方案中的一种。其实在最初选择电子签名技术方案时，也有过权衡与协调，电子商务法律专家本杰明·怀特就曾反对将公开密钥加密技术（数字签名技术）特定化，主张采用生物笔迹鉴别法来进行电子签名，但由于笔迹辨别技术的应用成本过高而未被采纳。但数字手写笔迹则不存在这一问题，因为当电磁（容）笔或手指在数字触控屏上书写时，使用该技术可以记录下书写的相对位置、笔画间的时间间隔，以及笔画间的笔力变化，由此可较容易地对笔迹真伪进行鉴别。因此数字手写笔迹也不失为一种电子签名方式的新选择。

数字签名的应用也非毫无后顾之忧，其存在的安全隐患是：其一，科学技术的制约。科学技术正处于不断的发展之中，任何技术都有被攻克的可能，特别是计算机黑客技术的发展十分迅速，一旦数字签名技术出现漏洞，则会直接影响交易的安全性。其二，安全保障技术的制约。任何技术的发展都有其固有的局限性或短板，数字签名也在不断地更新升级中。若未及时进行更新，则会影响数字签名的安全性。其三，网络的安全性制约。数字签名具有网络依附性，而目前中国网民的电脑使用环境普遍偏差，安装正版操作软件及杀毒软件的电脑比例明显偏低［20］，一旦网络出现任何问题，则会对数字签名的作用造成影响，从而影响交易的正常进行。而数字手写笔迹则不会出现数字签名的潜在问题，因为其依靠传统的笔迹鉴别方法来识别，同时还通过触控板对提取到的相关数据进行综合分析，增强了鉴别的可靠性，从而提升了安全性。

综上所述，数字手写笔迹虽然在使用的安全性上与数字签名存在一定差距，但从长远来看，数字签名存在一定的风险，数字手写笔迹则会因其实用性而进行广泛应用，将数字手写笔迹作为电子签名的一种形式，不失为一种新选择。

（三）传统手写笔迹与数字手写笔迹

传统手写笔迹因书写载体的局限性而不适宜于网络交易，因此在选择电子签名的通用形式时，被排除在外。作为电子科技的发展成果，数字手写笔迹克服了传统手写笔迹的障碍，应用范围越来越广，目前涉及的领域涵盖银行、保险、医疗、公共服务等方面，对我们的日常生活也影响颇深。数字手写笔迹的优越性具体表现在以下方面：第一，数字手写笔迹不以纸张为载体，可以说完全脱离了传统纸张，是通过电磁压感技术，将书写在数字触控屏上的笔迹记录并储存于电子设备中，可与电子文件合为一体，也可单独以电子文件形式储存，其书写工具、书写载体和存储方式都与传统手写笔迹不同；第二，数字手写笔迹虽然需本人亲自书写，但不受个人地域的限制，书写人可在任何地方书写，并不需要当面或者在某个特定地点进行，只需在电子设备上完成后上传至网络即可，适宜于网络传输及大规模的交易；第三，数字手写笔迹在形成时，触控屏即可记录书写的相对位置、笔画间的时间间隔，以及笔画的笔力变化，书写人在自然、流利状态下书写的字迹与他人模仿或代签状态下书写的字迹，在上述特征点上形成的图谱是不一致的，因此可对鉴定专家分析鉴别笔迹特征时起到较好的参考作用，从而增加鉴别的可靠性。

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