編者按：以下文章經許可轉載自The Conversation，這是一個涵蓋最新研究的線上出版物。
每當發生幼兒意外槍擊朋友或家人，青少年開槍自殺，或槍手實施大規模暴力事件時，公眾討論都會回到“智慧槍”技術上。這個概念源於 1995年國家司法研究所（NIJ）的一項研究，該研究建議採用基於技術的方法來減少警察在與襲擊者搏鬥中被奪槍後遇害的事件。最近，奧巴馬總統關於槍支暴力的講話包括了 關於旨在促進電子槍支安全系統開發和商業化的聯邦行動的具體建議。
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“智慧槍”一詞已被大眾媒體廣泛採用，作為所有形式的電子個性化安全技術的統稱。其想法是確保只有其授權使用者才能開槍。但是，槍支可能被不當使用的不同情況需要根本不同的安全系統。
用普通的門鎖來類比，是一種思考各種技術方法的有用方式。鑰匙作為個人識別符號。鎖內識別鑰匙的鎖銷充當驗證器。而門閂則充當阻礙。所有電子槍支安全系統都必須完成這三個基本功能——識別授權射擊者，驗證他們的憑證，然後釋放對發射機構的阻礙。
如何滿足這些需求取決於應用環境的效能限制和武器本身的物理限制。這些差異在個性化武器技術家族樹上建立了不同的分支。
接近感測器——你能聽到我說話嗎？
一組解決方案的起源可以追溯到 NIJ 的一項研究，該研究的重點是在近距離搏鬥中保護警察的武器不被奪走。它建議使用基於射頻識別（RFID）的令牌型接近感測器。已經展示了許多可工作的 RFID 原型槍，從柯爾特 1996 年的 手槍開始，包括 Triggersmart、iGun M-2000 和 Armatix iP1。
在徽章、腕帶或戒指中，使用者佩戴被動 RFID 標籤，就像那些嵌入產品中以防止盜竊的標籤一樣。它是“令牌”，在門鎖類比中充當鑰匙。就像實體鑰匙一樣，它可以被複制或共享。重要的是擁有令牌，而不是令牌持有者的身份。
無線 RFID 閱讀器內建在槍支中，並充當驗證器的角色。它生成一個訊號，啟用 RFID 標籤以響應嵌入式程式碼。如果匹配，則機電元件會解除武器發射系統的阻礙，槍支正常工作。這些系統的響應時間通常取決於阻礙系統中使用的機電元件的選擇（例如，伺服電機、螺線管、形狀記憶金屬），但通常小於半秒。按照設計，只要存在訊號連線，或者在某些配置中只要壓力感測器檢測到正在握槍，槍支就可以保持啟用狀態。
如果標籤離發射器太遠而無法自我啟用和響應，那麼就好像丟失了前門的鑰匙一樣——槍支仍然被鎖定。例如，Armatix iP1 指定的範圍為 15 英寸。如果您嘗試使用不包含單獨程式碼的訊號來欺騙轉發器，那麼就像使用錯誤的鑰匙一樣——它可能適合插槽，但由於與鎖銷不匹配而無法轉動——並且槍支仍然被鎖定。
各種設計都會干擾機械發射機構的不同部位——從扳機杆到撞針。還有不同的技術，包括螺線管致動器、基於形狀記憶合金的元件，甚至電子發射系統，這些系統充當接收到驗證系統時釋放的門閂。這些細節是市場上各個產品的專有資訊，反映了在功耗、容納元件的可用空間和響應時間方面的設計權衡。
槍支與令牌的接近程度並非在近距離搏鬥中合法擁有的絕對決定因素。但該技術確實提供了操作簡單、允許使用者（即合作伙伴）之間的武器輕鬆交換，並且如果警官被制服且執勤武器被奪走，則可以可靠地停用武器。
生物識別技術——我認識你嗎？
基於令牌的系統在街頭遭遇中的優勢在家庭中會變成劣勢。該方法的可行性完全取決於所有者將令牌放在不允許的使用者無法訪問的地方。但是，用於家庭保護的槍支更可能將令牌和武器放在一起存放，以防止在入侵事件中出現任何延遲。並且任何擁有令牌和武器的人都可以開槍。
第二組技術是為了響應 新澤西州 和 馬里蘭州 在 2000 年代初透過的兒童安全手槍法案而發展起來的，旨在防止在家中存放的個人槍支被未經授權使用。生物識別身份驗證系統消除了物理令牌。相反，任何授權使用者的可測量的物理特徵都成為鑰匙。它不能在未經許可的情況下被拿走、偽造或以其他方式轉移。
迄今為止，指紋一直是生物識別系統中使用的主要屬性。Kodiak Arms 的 Intelligun 和 Safe Gun Technology 的步槍 改裝 將指紋檢測用作主要安全模式。如果指紋是鑰匙，那麼感測器和模式匹配軟體就是這些槍支中執行身份驗證功能的鎖銷。
最廣泛使用的感測器技術依賴於指紋的電容成像。手指的脊和溝槽與感測器板之間的距離變化會在 感測器 中的導體板陣列中產生可測量的電荷儲存（電容）分佈。其他指紋感測器依賴於紅外（熱）成像，一些感測器使用壓力檢測來建立數字模式，該模式是指紋的唯一表示。
感測器軟體需要經過訓練來儲存可能代表單個使用者的不同手指或來自多個授權使用者的各種手指的可接受模式。之後，將拒絕任何在指定公差範圍內不匹配的模式。身份驗證過程的可靠性受感測器的解析度、暴露的手指的範圍和方向以及可能干擾對映的物理因素的影響。例如，手指上的水分會使電容檢測器失效，冰冷的手指會降低熱成像的可靠性，而汙垢、油漆或手套會使指紋模糊到無法識別。
還有其他型別的生物識別安全技術正在探索中。NIJ 贊助的一個原型採用了 血管生物識別技術，該技術可以檢測皮膚表面下的血管結構。一種新興的生物識別技術是動態的或 行為 的，它結合了透過學習的行為模式放大的個性化身體的某些元素。例如，語音識別結合了聲帶的結構和嬰兒時期學到的語音呼吸模式。電子簽名驗證捕獲簽名者在生命早期形成的模式中執行手寫時，筆在 LCD 面板上的速度和壓力（而不是簽名的影像）。
在過去的 15 年中，我們在 NJIT 的研究團隊開發了一種基於 新型行為生物識別技術 的槍支安全系統，稱為動態握把識別™ (DGR)。該團隊 證明 了，當一個人反向支撐扳機拉力的力時，手槍握把上產生的壓力模式隨時間的變化對使用者是唯一的、可重現和可測量的。
我們的原型會在扳機拉動的前 1/10 秒內檢測到握把模式，並且在射擊者沒有明顯延遲的情況下解鎖武器。由於 DGR 在正確握持武器的扳機拉動期間工作，因此該方法還可以減少在錯誤操作上膛武器期間的意外發射。
可靠性——我能相信你嗎？
在討論電子槍支安全系統時，可靠性始終是一個令人關注的問題。
發射武器的內部對電子產品來說並非友好環境，但是現在已經有足夠多的加固電路的歷史，基礎電子硬體的故障率比機械武器的預測故障率低幾個數量級（大約在 1/1000 到 1/10000 之間，具體取決於武器的精度和質量）。
電力顯然也是一個需要關注的問題。但是，智慧手機和行動式電子產品推動的微處理器技術和電池儲存方面的進步消除了這個問題，不再是障礙。運動檢測和喚醒軟體可以減少儲存期間的電池消耗。將電源整合到彈藥夾中，甚至透過機械迴圈充電都是解決電源損耗作為故障模式的方法。
在生物識別系統中，還有另一個要素需要考慮：識別演算法的失敗。這些是錯誤的否定，即不識別合法的使用者，或錯誤的肯定，即錯誤地驗證了冒名頂替者。據稱指紋檢測器的識別率高達 99.99%（1/10000 的失敗率）。
隨著感測器技術陣列的增長，人們可能會期望多感測器或多光譜方法成為基於生物識別的系統的最終選擇。當使用獨立測量時，這些方法具有提高可靠性率的優勢。例如，具有 1/10000 失敗率的指紋感測器，加上具有 1/1000 失敗率的動態握把識別，將產生 1/10000 x 1000 或 1/10000000 的組合可靠性。
我們能買到一把嗎？
在長達 20 年的“智慧槍”討論中，這個話題一直是支援和反對槍支遊說團體之間辯論的焦點。但通常情況下，人們對基礎技術、它們的適當使用和它們的設計侷限性缺乏實質性的瞭解。
個性化武器技術可以為減少因意外或未經授權的武器使用而導致的傷亡做出貢獻。但這並非萬能之策——這項技術無法阻止像弗吉尼亞理工大學、奧羅拉或桑迪胡克那樣使用合法購買的武器進行的槍擊事件。但它可以為購槍者提供一種選擇，以確保他們的武器永遠不會落入不法之徒手中。
現有的平臺表明，智慧槍並非科幻小說，而且很可能比預期更早成為商業現實。美國國家司法研究所（NIJ）的一項最新調查確定了 13 種不同的個性化武器系統，其中至少有 3 種被認為處於商業預生產階段。奧巴馬的倡議可能是加速發展和促進私人部門投資的重要一步，這對於使這些技術成熟到足以可靠和負擔得起，從而刺激消費者採用至關重要。
唐納德·塞巴斯蒂安是新澤西創新研究所的總裁兼執行長，該研究所是新澤西理工學院的公司，將該州科技大學的知識和技術資源應用於行業合作伙伴確定的挑戰。新澤西理工學院擁有本文中描述的DGR技術的專利。過去，新澤西理工學院曾獲得國家司法研究所管理的聯邦撥款以及新澤西州的撥款，用於進行生物識別控制手槍原型機的研發。
本文最初發表在The Conversation網站上。閱讀原文。