电子签名笔迹特征变化的原因探析
王少仿; 王杰
【期刊名称】《《铁道警官高等专科学校学报》》
【年(卷),期】2019(029)004
【总页数】7页(P97-103)
【关键词】电子签名; 笔迹特征; 特征变化; 变化原因
【作 者】王少仿; 王杰
【作者单位】湖北警官学院 湖北武汉430034; 襄阳市公安局 湖北襄阳441104
【正文语种】中 文
【中图分类】D918
近几年，随着计算机技术、电子技术、信息技术等迅猛发展，数字手写技术已广泛出现于日常学习、生活、工作中，正悄然改变人们的书写方式。银行、电信、商店、餐饮等企业的工作业务中纷纷摒弃传统的笔纸书写工具，配置各式各样的电子签名器，电子签名逐渐取代传统的笔纸签名。电子签名书写活动所需要的书写工具和承受物与传统笔迹书写活动差异显著，两种书写方式形成笔迹的特征之间存在很大差异，笔迹检验难度骤增，给文检员带来严峻挑战。文检员必须从原理上探究电子签名笔迹特征变化的原因，出笔迹特征变化的规律，才能有效避免电子签名笔迹鉴定出现偏差。
笔者以电子签名笔迹中使用较广泛的数字手写笔迹为研究对象，着重对相同书写条件下运用不同品牌、不同性能的电子书写设备所书写电子签名笔迹的特征表现进行实验性研究，通过制作充足的实验样本，观察不同品牌、相同品牌不同型号设备之间的笔迹特征异同，归纳特征变化规律，分析电子书写设备自身性能对笔迹特征表现的影响，探究笔迹特征发生变化的原因，为电子签名笔迹的准确鉴定提供理论支撑和参照依据。
一、电子签名笔迹概述
数字手写技术与普通书写运动的最大差别在于以屏幕为“纸”、以电磁信号为“墨”。按照书写
载体不同，可以将手写电子笔迹分为电阻屏笔迹、电容屏笔迹和红外声波屏笔迹等；按照书写工具不同，手写电子笔迹可分为电磁笔书写笔迹、电容笔书写笔迹。一般而言，电磁笔感应更为精准，笔迹特征反映相对稳定，常见于汉王系列、友基系列及日本Wacom 系列产品，电容笔书写笔迹常见于苹果公司iPhone、iPad 系列及安卓各品牌系列产品。除电容笔和电磁笔作为手写工具外，手指直接触控电容屏幕书写笔迹也较为常见。
目前，手写输入方法主要有两种：将原字迹逐个转化为汉字内码的输入法和保留原笔迹的手写输入法，我们把后者称为数字手写技术。简言之，“数字手写技术”就是以电子屏幕为书写承载物、以触控笔为书写工具、部分保留书写者书写习惯，用于传递图文信息的电子技术，应用比较广泛的是电磁压感书写技术和电容触控式书写技术［1］。在鉴定实务中，必须注意区分书写载体种类和书写工具种类，做到有的放矢，进而提高电子签名笔迹鉴定意见的准确性。
二、实验设计与步骤
实验中，邀请10 名实验人员（5 男5 女）于同一时期、正常坐姿状态下，先在A4 纸上运用黑签字笔分别以快、常、种速度书写，然后以常速分别使用7 台电子签名设备（配
有触控笔）书写，再对电子签名实验样本与普通A4 纸面签名样本进行特征比对，计算特征变化概率，结合笔迹形成机理、不同书写设备的参数设置，依据控制变量法，对手写电子签名笔迹特征变化与电子签名设备参数间的关系进行分析归纳，探究电子签名笔迹特征变化的原因。
（一）实验器材与人员
本实验选用5 种不同品牌的电子签名设备共7台，设备编号、品牌型号及性能参数见表1 所示；其它设备有：笔记本电脑（DELLVostro 5460）1 台，扫描仪（惠普ScanJetG2410）1 台，晨光黑0.5mm 中性笔（AGPA3901）2 支，电容笔1支，A4 打印纸若干。
表1 书写设备及其性能参数
由于成年人书写习惯具有较强的相对稳定性，便于对实验样本的分析，故而邀请10 名在校大学生（5 男5 女）作为实验签名笔迹的提取对象，10名实验人员书写水平各有差异，可以较充分地反映出不同笔迹特征。
（二）实验步骤
第一，将10 名实验人员依次编号为1、2、3……10。为避免实验人员因不适应手写电子书写方式而无法获取稳定的书写字迹，特请每位实验人员拿到书写板和触控笔后，先行按照自己的书写习惯自由签名，以便熟悉设备的构造及书写条件，然后再让每位实验人员在设备上签名进行样本采集。
第二，每位实验人员采取正常坐姿，使用晨光0.5mm 黑中性笔在A4 纸上分别以快速、常速、慢速各签名两次。将第一位实验人员所书写样本分别编号为Z-1-1、Z-1-2，将第二位实验人员所书写样本分别编号为Z-2-1、Z-2-2，以此类推，共收集到60 份纸面签名实验样本。然后将这60 份实验样本用扫描仪分别扫描为JPG 格式图片保存，如图1 所示。
图1 A4纸面签名笔迹
第三，每位实验人员采取正常坐姿，用电子触控笔以正常书写速度，在与桌面呈0°放置的编号分别为A、B、C、D、E、F 的六台电子签名设备各签名两次。将第一位实验人员在设备A 上所书写的样本分别编号为A-1-1、A-1-2，在设备B 上所书写的样本分别编号为B-1-1、B-1-2，将第二位实验人员在设备A 上所书写样本分别编号为A-2-1、A-2-2，在设备B 上所书写的样本分别编号为B-2-1、B-2-2，以此类推，共收集到120 份电磁式签名板实验
样本。然后使用Adobe Photoshop 软件将样本截取为JPG 格式图片保存，如图2 所示。
第四，每位实验人员采取正常坐姿，分别使用右手食指和电容笔以正常书写速度，在与桌面呈0°放置的编号为G 的电容式电子签名设备上各签名两次。将第一位实验人员使用右手食指在设备G 上所书写的样本分别编号为GZ-1-1、GZ-1-2，使用电容笔在设备G 上所书写的样本分别编号为GD-1-1、GD-1-2，将第二位实验人员使用右手食指在设备G 上所书写的样本分别编号为GZ-2-1、GZ-2-2，使用电容笔在设备G 上所书写的样本分别编号为GD-2-1、GD-2-2，以此类推，共收集到40 份电容式签名板实验样本。然后将这些样本传输至电脑中，使用Adobe Photoshop 软件将样本截取为JPG 格式图片保存，如图3 所示。
第五，将每份电子签名样本与A4 纸面签名样本进行笔迹特征比对，分析10 名实验人员的13 种笔迹特征表现，包括各种概貌特征（书写水平、书写速度、字形特征、字体特征、字倾斜程度特征、字符大小特征等）和细节特征（搭配比例特征、起笔特征、行笔特征、收笔特征、连笔特征、笔顺特征及笔画形态特征等）。
第六，统计电子签名笔迹特征变化的概率，制作一览式对比表。
图2 电磁式手写板签名笔迹
图3 电容式手写板签名笔迹
三、实验结果分析
（一）电子签名笔迹特征变化的统计
通过观察、比对各式电子签名笔迹与普通手写签名笔迹的特征表现，采用统计法计算出各项特征在实验样本中的出现率，见表2 所示，该统计的电子签名笔迹特征变化均以同一名实验对象在A4 纸面上正常书写签名笔迹作为比对标准。
表2 电子签名笔迹特征变化的概率
（二）电子签名笔迹特征变化的原因分析
1.概貌特征变化
对表格数据进行分析后发现，与纸面书写笔迹相比，在概貌特征方面，电子签名笔迹的常速书写与快速书写方式占大多数，快速书写方式所占比例小幅度增加。字符普遍增大，字形趋于圆润，棱角过渡较为平滑，单字左倾比例略有增加，书写水平显著下降。
安卓软件签名工具使用不同电子签名设备所书写的签名笔迹之间相互比较，不同品牌、不同性能的电子签名设备所书写的签名笔迹在概貌特征方面的变化比例并无太大差异。
（1）书写速度变化的原因
在各类电子签名笔迹里，常速书写与快速书写者占大多数，慢速书写显著减少，其原因是电子屏幕相比纸张摩擦系数较小，且电磁（容）笔或手指与电子屏幕之间感应较灵敏，稍有压力或接触便会形成笔迹［2］。
其中，运用设备G（华为M3）电容笔书写所产生的电子签名笔迹，其书写速度最慢，主要因为目前市面所用电容笔笔尖多为导电橡胶，摩擦系数相对较大。而运用该设备采取手指书写所产生的电子签名笔迹书写速度最快，主要原因是该设备平板电脑的类玻璃平面较之其他电子数位板的磨砂质感书写平面摩擦系数更小，手指书写比电磁（容）笔更加灵活、易于操纵，故书写速度较快［3］，如图4 所示。
图4 不同书写速度的签名笔迹对比
（2）单字大小变化的原因
与纸面签名笔迹相比，电子签名笔迹字符普遍增大，其原因在于，当实验人员在纸面上签名时，潜意识中会按照日常纸面书写习惯书写，书写范围为A4 纸张的上部，所书写的单字较小，而当实验人员在电子签名设备上签名时，书写范围为整个电子签名设备平面，故所书写的单字较大。

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