鄭小艷 于 彬

(中國(guó)刑事警察學(xué)院，遼寧·沈陽(yáng) 110035)

引言

電子簽名筆跡是一種新的筆跡類型，是由書(shū)寫(xiě)人通過(guò)電子觸控筆在電子設(shè)備上書(shū)寫(xiě)形成，它是書(shū)寫(xiě)活動(dòng)的一種數(shù)字化表現(xiàn)形式。(1)朱裴.電子簽名鑒定研究[D].華東政法大學(xué),2018.根據(jù)電子簽名筆跡的數(shù)據(jù)信息結(jié)構(gòu)可知，電子簽名筆跡是由電子數(shù)據(jù)信息和電子圖像信息兩部分組成。(2)涂舜.電子簽名筆跡中電子數(shù)據(jù)的Excel表格分析法[J].中國(guó)刑警學(xué)院學(xué)報(bào),2018，(05).電子數(shù)據(jù)信息是指電子設(shè)備所記錄的、與整個(gè)書(shū)寫(xiě)過(guò)程有關(guān)的、由一系列數(shù)字組成的數(shù)據(jù)組；電子圖像信息是指通過(guò)保存截圖或者導(dǎo)出pdf、jpg、png等方式，將電子簽名筆跡的輪廓形態(tài)記錄下來(lái)，從而體現(xiàn)電子簽名筆跡形態(tài)特征的圖像信息。

電子數(shù)據(jù)信息(如圖1所示)與圖像信息不同(如圖2所示)，不能直觀的、形象化的展示出來(lái)，只是以數(shù)據(jù)列表的形式顯現(xiàn)出來(lái)，不利于檢驗(yàn)鑒定人員對(duì)筆跡特征的分析與認(rèn)識(shí)。因此本文利用WPS軟件對(duì)電子簽名筆跡的電子數(shù)據(jù)信息進(jìn)行還原、圖譜生成與顯示、特征分析。

圖1 電子簽名筆跡的電子數(shù)據(jù)

圖2 電子簽名筆跡的電子圖像

一、電子簽名筆跡的數(shù)據(jù)信息

目前主流的電子簽名書(shū)寫(xiě)設(shè)備主要有電磁屏和電容屏，兩者都有后臺(tái)的電子簽名筆跡數(shù)據(jù)信息，但由于最為普及的IPAD、華為等電容屏?xí)鴮?xiě)設(shè)備的筆跡數(shù)據(jù)信息是封閉的，數(shù)據(jù)信息提取比較困難，不利于電子簽名數(shù)據(jù)信息的研究。而以磐度為代表的電磁屏?xí)鴮?xiě)設(shè)備的筆跡數(shù)據(jù)信息容易提取，便于進(jìn)行電子簽名數(shù)據(jù)信息的研究。

(一)電磁屏?xí)鴮?xiě)筆跡信息產(chǎn)生的原理

電磁式數(shù)位屏?xí)鴮?xiě)筆跡產(chǎn)生信息的技術(shù)原理，書(shū)寫(xiě)是靠電磁筆操作過(guò)程中面板下的感應(yīng)器產(chǎn)生磁場(chǎng)變化來(lái)判別。(3)陳維娜.電子簽名筆跡量化檢驗(yàn)的可行性探究[J].刑事技術(shù),2018,(04).依據(jù)電磁式感應(yīng)原理，其硬件主要是由一塊有橫豎均衡排列的電路板構(gòu)成，通電后，板面上方能產(chǎn)生均衡的縱橫交錯(cuò)的磁場(chǎng)，電磁筆為訊號(hào)發(fā)射端，天線板為訊號(hào)接收端。當(dāng)電磁筆接近觸摸屏?xí)r,觸摸屏背后的電磁感應(yīng)板會(huì)感應(yīng)到筆的電磁信號(hào)，筆尖在數(shù)位板上移動(dòng)的時(shí)候，切割磁場(chǎng)，從而產(chǎn)生電信號(hào)。通過(guò)多點(diǎn)定位，芯片就可以精確的確定筆尖的坐標(biāo)位置。

(二)電磁屏電子簽名數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)

書(shū)寫(xiě)設(shè)備不同，可記錄的電子簽名數(shù)據(jù)信息存在差異。以電磁屏為例，當(dāng)電子觸控筆接觸數(shù)位板時(shí)，數(shù)位板會(huì)以固定的頻率采集電子觸控筆在數(shù)位板上的位置坐標(biāo)點(diǎn)，并將采集的每一個(gè)點(diǎn)以X、Y坐標(biāo)的形式表示出來(lái)。與此同時(shí)，數(shù)位板中的壓力傳感器會(huì)測(cè)得每一個(gè)坐標(biāo)點(diǎn)的壓力值。以上數(shù)據(jù)會(huì)以直觀的WPS表格形式展現(xiàn)出來(lái)，還有一部分?jǐn)?shù)據(jù)需要經(jīng)過(guò)簡(jiǎn)單的分析計(jì)算得出。電子簽名筆跡書(shū)寫(xiě)過(guò)程中，從起筆到收筆經(jīng)歷的時(shí)間，即電子簽名筆跡總時(shí)長(zhǎng)，可根據(jù)每個(gè)采集點(diǎn)對(duì)應(yīng)的采集時(shí)間計(jì)算得出；書(shū)寫(xiě)完成上一個(gè)筆畫(huà)的收筆至開(kāi)始下一筆畫(huà)的起筆，電子觸控筆筆尖會(huì)短暫離開(kāi)數(shù)位板，即書(shū)寫(xiě)人經(jīng)過(guò)了一次抬筆，這個(gè)過(guò)程中每個(gè)采集點(diǎn)的壓力值為0，通過(guò)查找壓力值0的組數(shù)，即可判斷電子簽名筆跡的抬筆次數(shù)；電子簽名筆跡中，每個(gè)字都有一個(gè)重心，重心的連線構(gòu)成了電子簽名筆跡的趨勢(shì)線。綜上，電子簽名筆跡的電子數(shù)據(jù)，記錄了書(shū)寫(xiě)軌跡的位置坐標(biāo)及書(shū)寫(xiě)力度，據(jù)此可判斷速度、加速度、簽名總時(shí)長(zhǎng)、抬筆次數(shù)、趨勢(shì)線等要素，為電子簽名筆跡的檢驗(yàn)提供了重要依據(jù)。

二、實(shí)驗(yàn)

(一)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/h3>

利用WPS軟件對(duì)電子簽名筆跡數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，對(duì)電子簽名筆跡特征進(jìn)行分析，總結(jié)歸納電子簽名筆跡特征數(shù)據(jù)的相關(guān)規(guī)律。

(二)實(shí)驗(yàn)器材

PendoTeach(磐度)智能書(shū)寫(xiě)本PH-1820-A；PendoTeach(磐度)電子觸控筆；戴爾臺(tái)式機(jī)。

PendoTeach具有手寫(xiě)輸入功能和電子輸出功能的電磁屏?xí)鴮?xiě)設(shè)備(如圖3所示)。該設(shè)備采用無(wú)源無(wú)線電磁壓感技術(shù)，無(wú)須特殊紙張，使用專用出墨電磁筆書(shū)寫(xiě)。該設(shè)備的書(shū)寫(xiě)區(qū)域?yàn)?10×297mm，讀取速度為 200點(diǎn)/秒，壓感級(jí)別為2048級(jí)。

圖3 PendoTeach(磐度)PH-1820-A

(三)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

以30名中國(guó)刑事警察學(xué)院研究生作為實(shí)驗(yàn)對(duì)象,年齡在20至28歲之間。書(shū)寫(xiě)人在正常坐姿書(shū)寫(xiě)條件下使用PendoTeach(磐度)電子觸控筆書(shū)寫(xiě)本人簽名六次，共收集180份電子簽名筆跡作為實(shí)驗(yàn)樣本。

為了保證實(shí)驗(yàn)樣本的真實(shí)性，保證書(shū)寫(xiě)人的筆跡特征在采集樣本時(shí)能夠穩(wěn)定的重復(fù)出現(xiàn)，避免實(shí)驗(yàn)人因?qū)﹄娮雍灻麜?shū)寫(xiě)工具不熟悉而導(dǎo)致的書(shū)寫(xiě)誤差，在進(jìn)行書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)之前，讓實(shí)驗(yàn)人使用電子簽名書(shū)寫(xiě)工具進(jìn)行書(shū)寫(xiě)練習(xí)，在其充分掌握適應(yīng)之后再進(jìn)行書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)。

三、利用WPS分析電子簽名筆跡數(shù)據(jù)信息

(一)電子簽名筆跡數(shù)據(jù)的二維還原

首先，把采用PendoTeach(磐度)智能書(shū)寫(xiě)本A4書(shū)寫(xiě)的“沈琳”正常坐姿數(shù)據(jù)用WPS表格打開(kāi)，復(fù)制X、Y、Z軸的數(shù)據(jù)。在其上新建一個(gè)空白表格，導(dǎo)入X、Y、Z軸，如圖4所示。

圖4 數(shù)據(jù)導(dǎo)入圖

其次，在篩選中取消壓力為0的數(shù)據(jù)，鼠標(biāo)橫向選中X、Y軸數(shù)據(jù)插入散點(diǎn)圖，在Y軸坐標(biāo)軸選項(xiàng)中選中逆序刻度值。因?yàn)楣P跡軌跡是倒向的，逆序刻度值有利于還原成正向的筆跡，如圖5、圖6所示。

圖5 未選中逆序刻度值圖6 選中逆序刻度值

最后，圖三生成的圖片由于未做細(xì)化處理所以導(dǎo)致X、Y軸坐標(biāo)最小值偏大，沈琳二維簽名還原圖不夠直觀。調(diào)整X軸坐標(biāo)最小值為3000，調(diào)整Y軸坐標(biāo)最小值為1500。數(shù)據(jù)標(biāo)記選項(xiàng)內(nèi)置類型為圓形，大小為2，如圖7所示。數(shù)據(jù)0代表了PendoTeach(磐度)電子觸控筆離開(kāi)PendoTeach(磐度)智能書(shū)寫(xiě)本A4的過(guò)程，當(dāng)書(shū)寫(xiě)人提筆或書(shū)寫(xiě)意連筆畫(huà)時(shí), 采集點(diǎn)壓力值就顯示為0。通過(guò)查找一組0的出現(xiàn)次數(shù), 則可計(jì)算書(shū)寫(xiě)人在書(shū)寫(xiě)該簽名時(shí), 經(jīng)過(guò)了幾次提筆, 也就明確了整個(gè)簽名有多少“筆畫(huà)”。0代表書(shū)寫(xiě)筆畫(huà)之間的間斷，不刪除0不利于書(shū)寫(xiě)軌跡的觀察，如圖8所示。

圖7 X軸Y軸數(shù)據(jù)(刪除0數(shù)據(jù))圖8 X軸Y軸數(shù)據(jù)(未刪除0數(shù)據(jù))

(二)電子簽名筆跡數(shù)據(jù)圖譜的生成

1.速度圖譜顯示

書(shū)寫(xiě)速度是指書(shū)寫(xiě)人書(shū)寫(xiě)筆畫(huà)的快慢, 利用WPS表格的圖表功能，插入速度折線圖，其中橫坐標(biāo)代表的是時(shí)間，縱坐標(biāo)代表的是速度值，從速度圖譜中我們可以清晰地看出速度隨時(shí)間的變化，利用圖表的數(shù)據(jù)跟隨功能，我們可以得出最大速度值、最小速度值以及所對(duì)應(yīng)的具體點(diǎn)的位置，如圖9所示。

圖9 速度圖譜

2.加速度圖譜顯示

加速度就是指書(shū)寫(xiě)速度變化的快慢, 利用WPS表格的圖表功能，插入加速度折線圖，其中橫坐標(biāo)代表的是時(shí)間，縱坐標(biāo)代表的是加速度值，從加速度圖譜中我們可以清晰地看出加速度隨時(shí)間的變化，也可以間接反映出速度變化的快慢，利用圖表的數(shù)據(jù)跟隨功能，我們可以得到最大加速度值、最小加速度值以及所對(duì)應(yīng)的具體點(diǎn)的位置，如圖10所示。

圖10 加速度圖譜

3.壓力圖譜顯示

壓力是指書(shū)寫(xiě)人在書(shū)寫(xiě)時(shí)的執(zhí)筆力度。當(dāng)壓感筆接觸到書(shū)寫(xiě)本的一瞬間，書(shū)寫(xiě)人對(duì)筆尖施加一定的壓力開(kāi)始書(shū)寫(xiě)，直到完成書(shū)寫(xiě)而收筆。書(shū)寫(xiě)人在起筆、行筆、收筆、連筆過(guò)程都在發(fā)生壓力的變化。利用WPS表格的圖表功能，插入壓力折線圖，其中橫坐標(biāo)代表的是時(shí)間，縱坐標(biāo)代表的是壓力值，從壓力圖譜中我們可以清晰地看出壓力隨時(shí)間的變化，利用圖表的數(shù)據(jù)跟隨功能，我們可以得出最大壓力值、最小壓力值以及所對(duì)應(yīng)的具體點(diǎn)的位置，如圖11所示。

圖11 壓力圖譜

四、利用WPS對(duì)電子簽名筆跡特征的分析

1.簽名筆跡總時(shí)長(zhǎng)特征

簽名總時(shí)長(zhǎng)特征是指一個(gè)人在簽名時(shí)用的時(shí)間長(zhǎng)度。通過(guò)PendoTeach(磐度)智能書(shū)寫(xiě)本簽名的過(guò)程中, 采集系統(tǒng)一般等時(shí)間間隔采點(diǎn), 并將這些點(diǎn)位以序號(hào)的形式記錄下來(lái)。采集頻率是可知的，在壓力列不取消0值點(diǎn)時(shí)，書(shū)寫(xiě)總時(shí)長(zhǎng)就等于時(shí)間最后一個(gè)數(shù)減第一個(gè)數(shù)。時(shí)間列采集點(diǎn)的序號(hào)越多說(shuō)明采集簽名耗用的時(shí)長(zhǎng)越久。我們對(duì)“沈琳”進(jìn)行簽名總時(shí)長(zhǎng)的計(jì)算，得出簽名總時(shí)長(zhǎng)為3675ms，如圖12所示。出于示范目的，選擇了部分實(shí)驗(yàn)人簽名總時(shí)長(zhǎng)樣本供參考，如表1所示。

圖12 “沈琳”簽名總時(shí)長(zhǎng)

表1 部分實(shí)驗(yàn)人簽名總時(shí)長(zhǎng)匯總表(單位：ms)

2.簽名筆跡抬筆次數(shù)特征

抬筆次數(shù)是書(shū)寫(xiě)電子簽名從起筆到收筆整個(gè)過(guò)程中PendoTeach(磐度)電子觸控筆筆尖離開(kāi)PendoTeach(磐度)智能書(shū)寫(xiě)本的次數(shù)，我們可以用WPS中壓力一列的數(shù)值來(lái)計(jì)算抬筆次數(shù)。如果一個(gè)點(diǎn)處的壓力值不為0說(shuō)明該點(diǎn)存在壓力，如果一個(gè)點(diǎn)處的壓力值為0該點(diǎn)不存在壓力。具體計(jì)算方法如下：假設(shè)壓力值在WPS表格中的G列，在一空白列插入函數(shù)“=IF(G2=0,0,1)”將壓力值不為0的各點(diǎn)重新賦值使其壓力為1，壓力值為0的各點(diǎn)不變保存于O列，數(shù)據(jù)經(jīng)過(guò)以上處理之后，數(shù)值為1的數(shù)據(jù)段代表完成一次書(shū)寫(xiě)，數(shù)值為0的數(shù)據(jù)段代表電子觸控筆抬筆懸空。為了統(tǒng)計(jì)壓力值為0數(shù)據(jù)段的個(gè)數(shù)(抬筆次數(shù))，另起一空白列插入公式“=O3-O2”，將重新賦值后相連兩點(diǎn)的壓力值相減，將相減的結(jié)果-1、0、1三個(gè)數(shù)值保存于P列，其中數(shù)值1的個(gè)數(shù)即為抬筆次數(shù)。另起一空白列插入統(tǒng)計(jì)函數(shù)“=COUNTIF(Px1:Px2,1)”來(lái)統(tǒng)計(jì)P列中數(shù)值為1的個(gè)數(shù)并將數(shù)值保存于Q列，其中Px1代表起始單元格，Px2代表末尾單元格，Q列中的數(shù)值即為抬筆次數(shù)。使用以上方法對(duì)“沈琳”進(jìn)行抬筆次數(shù)的計(jì)算，得出抬筆次數(shù)為11，如圖13所示。為了驗(yàn)證以上方法的可行性，選取三十人進(jìn)行抬筆次數(shù)的計(jì)算，準(zhǔn)確率達(dá)100%，部分實(shí)驗(yàn)人抬筆次數(shù)計(jì)算如表2所示。

圖13 “沈琳”抬筆次數(shù)

表2 部分實(shí)驗(yàn)人抬筆次數(shù)匯總(單位：次)

3.簽名筆跡速度特征

4.簽名筆跡加速度特征

5.簽名筆跡壓力特征

與傳統(tǒng)筆跡不同，電子簽名筆跡是書(shū)寫(xiě)人用電子觸控筆在電子數(shù)位板上書(shū)寫(xiě)形成，電子數(shù)位板中帶有壓力傳感器，當(dāng)筆尖與數(shù)位板表面接觸時(shí)會(huì)產(chǎn)生壓力，電子數(shù)位板后臺(tái)自動(dòng)采集每個(gè)點(diǎn)的壓力值以此形成電子簽名筆跡的整體壓力特征。

6.簽名筆跡趨勢(shì)線特征

趨勢(shì)線方向與字行方向有所區(qū)別，字行方向是指整行字的走向，而趨勢(shì)線是指整行字重心的走向。書(shū)寫(xiě)人在PendoTeach(磐度)智能書(shū)寫(xiě)本A4書(shū)寫(xiě)本上書(shū)寫(xiě)時(shí)上面的襯墊物是一張沒(méi)有格線的白色A4紙，在WPS中我們引入趨勢(shì)線特征來(lái)表示簽名筆跡字行重心的走向。為了區(qū)別趨勢(shì)線特征與字行走向特征，對(duì)“甲申由”分別進(jìn)行標(biāo)注，趨勢(shì)線特征如圖14所示，字行走向特征如圖15所示。

圖14 趨勢(shì)線特征圖15 字行走向特征

五、結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)實(shí)驗(yàn)對(duì)電子簽名筆跡的數(shù)據(jù)信息與特征有了全面的認(rèn)識(shí)，不僅介紹了電子簽名筆跡的數(shù)據(jù)組成，還利用WPS表格進(jìn)行了電子數(shù)據(jù)與圖譜的轉(zhuǎn)換，最后對(duì)電子簽名筆跡的特有特征進(jìn)行了分析與計(jì)算。

通過(guò)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果，對(duì)電子簽名筆跡的數(shù)據(jù)處理與特征分析得出以下結(jié)論：