周桂雪， 潘自勤， 段海惠， 艾攀楓

(1.南京森林警察學院，國家林業(yè)局森林公安司法鑒定中心，野生動植物物證技術國家林業(yè)局重點實驗室， 江蘇南京 210023；2.西南政法大學刑事偵查學院，西南政法大學司法鑒定中心， 重慶 401120；3.朔州市公安局， 山西朔州 036800； 4.崇陽縣公安局， 湖北咸寧 437500)

0 引言

盡管我國電子簽名立法對電子簽名概念的界定采取了折中立法模式，指出了可靠電子簽名的條件，給用戶選擇電子簽名技術和法庭證據裁判提供指引和依據[1]，但在用戶對電子簽名技術的選擇和應用中，我們充分看到市場導向彰顯出強大作用。“可靠的電子簽名”之外，各種標稱可以實現手寫電子簽名的軟硬件設備如雨后春筍般出現在市場上，也有用戶將之運用到不同場景的簽名確認。而對于這些簽名設備是否能完成可靠的電子簽名，真正實現簽名的功能，當前尚缺乏技術標準的規(guī)制和明示；若是等待市場選擇加以凈化，則需要一個漫長的過程，且在此過程中必然有消費者為技術凈化的實現做出犧牲[2]。因此研究當前市場上的數字手寫設備對于實現簽名功能的作用迫切必要。從法庭科學視角審視，電子簽名功能的實現主要依賴其關聯、真實、合法、安全的屬性；從筆跡鑒定視角出發(fā)，將通過簽名筆跡人身認定實現對其關聯性與真實性的確認。因此，從筆跡鑒定角度，對于各類數字手寫設備，我們需要關注商家所標稱的“原筆跡輸出”是否能真正反映書寫者的書寫動作習慣。當前市場上的數字手寫設備主要包括電阻式、電磁式、電容式3種。其中電阻式數字手寫設備起源時間最早，目前在市場上仍然占有一定比例，并且基本上都標識了“簽名”功能。本文將從筆跡實現人身同一認定的角度出發(fā)，通過實證研究的方式，對電阻式手寫板采集簽名筆跡反映書寫者書寫習慣以及實時書寫動作的情況進行研究，以期為筆跡鑒定者對該類簽名的認識提供依據，為手寫板技術的研發(fā)與改進、行業(yè)技術標準的建立與完善以及電子簽名用戶對數字手寫設備的選用提供參考。

1 電阻式手寫板成字原理

電阻式手寫板是由一層可變形的電阻薄膜和一層固定的電阻薄膜構成，兩者中間由空氣相隔離。當書寫者在使用書寫筆書寫時會產生一定的壓力，這種壓力會使上層電阻薄膜變形，使之接觸到下層電阻薄膜，下層電阻薄膜從而感應到筆的位置；但如果書寫時壓力不夠則不能感應到筆的位置[3]。目前，在原始電阻式手寫板技術原理的基礎上，市場上又發(fā)展出技術優(yōu)化的電阻式觸摸屏，并獲得廣泛應用。電阻式觸摸屏一般附著在液晶屏的表面，與液晶屏相配合使用，如果能測量出觸摸點在屏幕上的坐標位置，就可根據顯示屏上對應坐標點的顯示內容或圖符獲知觸摸者的意圖；電阻式觸摸屏通?？梢暂^好地采集到接觸點x、y坐標位置、壓力值等信息[4]?？梢?，研究電阻式手寫板采集靜態(tài)簽名筆跡特點具有廣泛的參考意義。

2 實證研究的物質基礎

2.1 人員基礎

本次樣本采集對象共64人，文化水平為大學本科及以上，年齡在18～28歲之間，健康狀況良好，均為右利手書寫，書寫水平中等。

2.2 設備基礎

(1)手寫板：本次研究選用在國內手寫板市場占有較大份額比例、技術較為成熟的兩款蒙恬手寫板作為采集簽名樣本的數字手寫設備，分別為：蒙恬PDK電阻式手寫板(配有手寫筆)，其硬體尺寸為136 mm×125 mm×16.7 mm，書寫區(qū)域為113 mm×64 mm，壓感等級為512M，書寫字跡可實時顯現在手寫板上(因稱“所見即所得手寫板”)；蒙恬PDL電阻式手寫板(配有手寫筆)，其硬體尺寸為136 mm×125 mm×16.7 mm，書寫區(qū)域為113 mm×64 mm，壓感等級為256 M，書寫字跡不能顯現在手寫板上(因稱“盲寫手寫板”)，只能通過筆跡本電腦等其他導入設備查看。

(2)手寫板簽名導入設備：惠普筆記本電腦。

(3)其他器材：圓珠筆、A5大小書寫紙。

2.3 比較分析材料來源

此次研究的材料主要來源于兩方面。

(1)不同載體上呈現的同源個體書寫筆跡。觀察、比較、分析64名書寫者以正常書寫坐姿在不同載體上書寫和呈現的簽名筆跡，包括：紙張上簽名筆跡、兩款手寫板導出簽名筆跡、所見即所得手寫板上實時呈現的物理留痕筆跡。

(2)同源個體在不同載體上的書寫動作。觀察、比較、分析64名書寫者以正常書寫坐姿在兩款手寫板和紙張上簽名時的書寫動作。

3 電阻式手寫板采集靜態(tài)簽名的規(guī)律特點

研究傳統(tǒng)紙張上的簽名筆跡，我們通常只需關注書寫習慣反映為書寫動作的情況；而研究手寫板采集簽名筆跡需同時關注書寫動作對書寫習慣的反映情況和手寫板對實時書寫動作的反映情況，而且后者的研究尤為重要。在此，我們將分別探討手寫板書寫簽名對書寫習慣正常表達的影響和手寫板對實時書寫動作的記錄情況。

3.1 手寫板對簽名書寫動作習慣表達的影響

3.1.1 懸腕書寫

樣本書寫者在正常書寫坐姿條件下，采用紙筆簽名為枕腕書寫，腕部支撐在書寫物面或襯墊物面。當利用電阻式手寫板進行簽名書寫時，皆為懸腕書寫，腕部無襯托。書寫者采取這種書寫動作由兩方面原因決定：一是手寫板面積有限，沒有為腕部支撐留下足夠的空間，又由于手寫板本身有一定厚度，致使書寫者無法在書寫時以襯墊物面作為腕部支撐；二是手寫板的大部分面積皆為書寫屏幕，而電阻式手寫板的工作原理為壓力感應成字，同時又不支持多點觸碰，一旦在書寫文字時腕部接觸手寫板就會造成輸出信號混亂，無法成字(圖1)，書寫者因而會被提示重新書寫。依據生物動力學原理，懸腕書寫相對于書寫者熟悉的枕腕書寫，可能影響書寫動作的速度、精確性、穩(wěn)定性[5]，由此可能給筆跡特征帶來的影響是書寫水平下降，連筆增多，書體變化、搭配位置不準，行筆不穩(wěn)定、易出現抖動彎曲、字跡變大。實際通過對64位書寫者不同載體上簽名筆跡的對比發(fā)現，簽名筆跡作為書寫者使用頻次較高的字跡組合，懸腕書寫并未對書寫水平、書體、搭配位置、連筆數量產生明顯影響；但相對于紙張表面書寫筆跡，樣本書寫者字跡普遍變大；同時存在行筆不穩(wěn)定、字跡筆畫彎曲、抖動現象，由此可能影響書寫水平，但總體不影響對書寫水平種屬的評斷。

圖1 腕部觸碰手寫板書寫造成導出字跡失真情況

3.1.2 行筆不穩(wěn)

手寫板書寫簽名筆跡的重要特點是行筆不穩(wěn)，表現為筆畫僵硬、易出現抖動彎曲現象，欠缺美感。而前述的懸腕書寫并非行筆不穩(wěn)的唯一原因。經對書寫條件的實證分析，還存在以下原因導致行筆不穩(wěn)定：一是相對于紙張物面，手寫板為堅硬書寫載體，在其上書寫字跡具有硬物表面書寫筆跡的普遍特征，容易出現行筆不穩(wěn)、彎曲抖動現象；二是手寫板及配套書寫筆尖之間接觸摩擦力小于傳統(tǒng)紙筆接觸摩擦力，在懸腕書寫及硬物表面書寫的情況下，加劇了筆尖“打滑”的幾率?；谶@兩點因素，書寫者運筆的抑、揚動作受到影響，筆力的變化無法充分發(fā)揮；在書寫速度較慢或垂直壓力較大的字跡筆畫中，出現彎曲、抖動的幾率高，在行筆速度較快的字跡筆畫中，筆畫線條表現更為流暢、自然。

3.1.3 字跡變大

樣本書寫者在手寫板上的簽名字跡相對于紙筆簽名字跡普遍呈增大趨勢。該現象除與懸腕書寫有關外，還與筆尖粗細和書寫情境有關。首先，兩款手寫板配用書寫筆筆尖較粗，為了筆畫間相互區(qū)分和字跡結構的空間美感，已具備書寫技能的書寫者會根據筆畫寬度自然地對所寫字跡大小進行調整。第二，在空白紙張上簽名，作為經常重復的書寫情境，書寫者習慣按照正常字跡大小書寫；手寫板屏幕區(qū)域是為書寫者一次性完成本人簽名所設計，面對書寫任務，書寫者傾向于將整個屏幕或將屏幕的大部分作為簽名的書寫區(qū)域，使簽名按比例分布在整個屏幕上，本次研究采取手寫板的書寫屏幕皆為5英寸(與市場上多數電阻式手寫板書寫區(qū)域范圍相近)，因此書寫者傾向于將5英寸作為簽名字跡分布范圍。但書寫者間相對字跡大小特征保持穩(wěn)定，喜好寫大字的在手寫板上書寫字跡仍然相對較大，慣常寫小字的在手寫板上書寫字跡仍然相對較小。

3.1.4 盲寫狀態(tài)對書寫動作的影響

市場上一部分電阻式手寫板上能夠實時顯現書寫字跡，而還有一部分電阻式手寫板上書寫的字跡只能通過導入設備查看，后者通常被稱為盲寫手寫板，其所對應的書寫視覺狀態(tài)此處稱為盲寫狀態(tài)。很明顯，盲寫視覺狀態(tài)并非普通紙張上簽名所具有，相比于正常視覺監(jiān)督狀態(tài)，其視覺參與程度下降，更多地憑借動覺作用協調完成書寫動作。經實證樣本比對分析，發(fā)現相對于正常視覺監(jiān)督狀態(tài)，盲寫狀態(tài)易導致空間位置特征和精細動作的改變，具體表現為：運筆自然流利程度下降，單字結構的嚴謹工整程度下降，因此書寫水平呈下降趨勢；部分書寫者在盲寫狀態(tài)下書寫速度加快，書體由行楷向行草轉變；部分書寫者在盲寫狀態(tài)下簽名筆跡出現搭配位置不準確或結構搭配失稱現象；較多書寫者在盲寫狀態(tài)下運筆滯澀感增強，筆畫偏離規(guī)范程度大，更加容易出現筆畫簡化或缺失、彎曲抖動現象；連筆數量增多，連筆紊亂現象增多(見表1)；以上特征變化出現幾率與書寫者書寫熟練程度和字跡結構的繁簡成反比。

表1 盲寫視覺狀態(tài)下書寫簽名筆跡變化特征統(tǒng)計表

注：1.變化特征的出現率=(變化特征的出現份數/同類樣本總份數)×100%。2.特征變化程度：+：變化輕微；++：變化較明顯；+++：變化明顯。

3.2 電阻式手寫板對實時書寫動作的反映情況

將64位樣本書寫者在不同載體上書寫和呈現的同源簽名進行對比，發(fā)現可觀測的文字布局特征字行方向與形態(tài)、字間間隔反映穩(wěn)定，其他布局特征未在簽名樣本中體現；單字書寫動作的一般特征方面，電阻式手寫板導出簽名字跡在書寫水平、字形、字體、字的大小、筆壓特征方面存在特征反映缺失或扭曲情況，字的傾斜程度特征反映穩(wěn)定準確；單字書寫動作的細節(jié)特征方面，電阻式手寫板導出簽名筆跡的筆順、搭配比例、運筆特征存在反映失真情況，由于一部分電阻式手寫板導出簽名筆跡存在筆畫缺失的情況，也會導致錯字出現；文字寫法特征未受到影響。

3.2.1 字的大小、字形及字體特征

字的大小變化源于兩款手寫板導出簽名字跡并非按原始輸入字跡大小導出，根據觀察兩款手寫板縮放比例不同，廠家未給出縮放比例的明確參數；以圖片形式導出的字跡可以在文檔上放大或縮小。字形特征方面，蒙恬PDK電阻式手寫板導出簽名筆跡字形特征未發(fā)生變化；蒙恬PDL電阻式手寫板導出簽名筆跡字形普遍變窄、拉長，原因在于其導出字跡寬高比相對于原始書寫字跡發(fā)生變化，經測試，其導出字跡寬高比相當于原始書寫字跡的0.76(見圖2)。字體特征方面，相對于手寫板原始書寫字跡，筆觸較輕的連筆特征未被采集，部分書寫者書寫字跡字體由“行草”向“行楷”轉變。

圖2 字形特征反映失真示意圖

3.2.2 筆壓特征

實證樣本表明，兩款電阻式手寫板對簽名筆跡筆壓特征反映程度極低。這一方面由數字墨水本身屬性決定，另一方面由手寫板的壓感等級決定；兩款電阻式手寫板導出字跡皆為二維圖像，無法通過立體特征反映筆壓信息；墨色均勻一致，不能通過墨色深淺和墨水滲散現象間接反映壓力大?。辉诠P畫粗細上，可以一定程度上對筆壓特征進行辨別，但能力極其有限。壓感等級為512 M的電阻式手寫板只對部分筆壓很重的簽名筆跡與其他筆壓相對較輕的簽名筆跡進行區(qū)分；壓感等級為256 M的電阻式手寫板則很難對不同書寫者的筆壓特征做出區(qū)分。經市場調查發(fā)現，目前壓感等級為256 M、512 M的電阻是手寫板占有較高的比例，還存在手寫板無壓感等級。可見，電阻式手寫板對筆壓信息反映能力與手寫板壓感等級密切相關，壓感等級在512 M以下的手寫板對筆壓信息的反映能力極其有限；且由于每一款手寫板的技術參數差異，以筆畫粗細來推測筆壓大小需要進行實驗驗證，無統(tǒng)一的參數標準可供參照。

3.2.3 運筆特征

將所見即所得電阻式手寫板的物理留痕筆跡與導出的數字墨水筆跡進行對比，發(fā)現電阻式手寫板導出字跡運筆特征失真嚴重(見圖3)。首先，起收筆特征多出現缺失和變異情況。相對于物理留痕筆跡，手寫板導出簽名字跡樣本在筆畫起未端處出現局部的增加或缺失，進而造成起收筆方式、位置、筆力等特征反映失真，起收筆方式上由其他起收筆方式變成直起筆、直收筆的情況多。第二，行筆特征方面，手寫板上物理留痕平滑穩(wěn)定的筆畫，在導出字跡中可能出現彎曲抖動或筆畫缺失；而行筆過程中自然、微小的轉筆細節(jié)難以得到體現，表現出明顯的“鈍化”現象；一些自然的轉折動作可能在手寫板導出字跡筆畫中變得生硬；筆畫存在局部反映缺失或增加情況，導致筆畫幅度反映失真；部分幅度較小或轉折筆畫也存在筆畫方向改變的現象。第三，連筆特征的失真主要表現在連筆數量減少和連筆筆力的失真。連筆數量的減少主要由于一部分連筆筆畫力度較輕，手寫板未能感應到筆觸位置并將其轉化為電信號，這與手寫板的書寫門限值設定有關，門限值過大則輕力筆畫很難顯現出來[6]；另一方面連筆特征缺失還可能與手寫板的讀取速度有關，部分連筆筆畫不光力度較輕，且速度很快，致使手寫板未能及時讀取和顯示筆畫。連筆筆力失真主要由于采用電阻式手寫板壓感等級有限，未能通過筆畫粗細變化有效反映力的輕重分布。第四，筆力特征信息反映微弱。如前所述，電阻式手寫板導出筆跡的筆力信息只能通過判斷筆畫粗細讀取。通過觀察比對樣本發(fā)現：筆力輕重未能通過筆畫粗細得到明顯區(qū)分，而且有時出現筆畫粗細變化與筆力輕重變化相矛盾的現象，即壓力重處筆畫細、壓力輕處筆畫粗，未能準確反映筆力特征。

圖3 運筆特征反映失真示意圖

3.2.4 搭配比例特征

通過對蒙恬PDK電阻式手寫板導出簽名字跡的觀察，搭配、比例特征易發(fā)生改變，主要源于筆畫幅度上的增加或減少，使筆畫起收筆的高、低、遠、近和筆畫交叉位置與真實書寫動作存在差異，筆畫的比例關系也因筆畫的長短變化發(fā)生改變(見圖4)。蒙恬PDL電阻式手寫板為盲寫手寫板，無法對比其物理成痕字跡與導出字跡異同。但根據前述測試，由于其導出字跡長寬比例發(fā)生變化，筆畫和結構的比例也隨之改變。

圖4 搭配比例特征失真示意圖

3.2.5 筆順特征

從書寫者書寫習慣表達看，其書寫順序不會因為在手寫板上進行書寫而改變。但從手寫板導出筆跡的特征反映情況看，與紙張上簽名字跡相比，電阻式手寫板導出簽名筆跡在表征筆順的信息上存在缺失。首先，電阻式手寫板導出字跡為二維圖像，無筆畫壓痕和墨水滲散現象，無法通過筆畫交叉部位判別筆畫先后順序；第二，由于部分連筆筆畫未在手寫板導出字跡中得到反映，因此依據連筆特征推斷筆畫順序的信息存在缺失；第三，由于起收筆特征缺失和扭曲嚴重，故根據起收筆動向特征推斷筆順的表征信息少且可能不準確。

3.2.6 書寫水平特征

簽名筆跡的書寫水平通常依據運筆情況以及單字內部和單字間組合的情況來判斷。如前所述，在運筆方面，電阻式手寫板導出字跡筆畫易出現抖動、彎曲，對微小的運筆曲度未能反映或反映生硬；起收筆修飾動作較少得到反映；筆力特征不能得到充分、明顯地反映并且存在反映失真的情況；行筆幅度失真，筆畫存在局部延長、缺失，甚至出現單個筆畫完全缺失的情況以致錯字的發(fā)生。從單字內部及字間的組合情況看，由于部分起收筆、連筆特征的缺失可能造成單字內部及單字間照應關系缺失；由于行筆幅度的失真可能帶來搭配比例關系的變化；由于輸出的數字手寫簽名筆跡的寬高比的變化同樣會導致筆畫及結構的比例改變。上述失真情況都將影響書寫者書寫水平的真實反映，使得書寫者數字手寫簽名的書寫水平低于其采用普通紙筆簽名的書寫水平。

3.3 特征反映變化對筆跡鑒定的影響

綜上，電阻式手寫板采集靜態(tài)手寫簽名筆跡在書寫習慣的正常反映和實時書寫動作的真實反映方面均受到影響；且后者變化多，對筆跡特征的影響大。這些特征變化將對該類簽名筆跡鑒定產生三方面影響：第一，檢材或樣本簽名筆跡形成條件判斷問題。前述部分筆跡特征變化在其他特殊條件下同樣可能形成，如書寫字跡的大小可能受到光線影響，字形的變化可能受到書寫姿勢和書寫空間的影響，行筆抖動、彎曲可能由于生理、病理、心理原因或特殊的書寫條件造成，等等。如何正確判別檢材簽名筆跡的形成條件并找到與之條件匹配的樣本，或在已知檢材形成條件的情況下，如何確認案前自然樣本形成條件與檢材相匹配？僅僅憑借筆跡本身的表現，筆跡鑒定人員將難以判斷；至于多種形成因素競合的情況下如何對具體筆跡特征的形成原因進行甄別，也是進入鑒定環(huán)節(jié)后要面對的難題。第二，若不借助原書寫設備進行實驗驗證或對設備技術參數進行了解，檢材簽名筆跡的一些特征將無法利用或得到合理解釋。市場上電阻式手寫板的品牌、型號眾多，在欠缺與筆跡特征反映相關的技術標準規(guī)制的情況下，各類手寫板技術參數不一，采集筆跡特征的質量不一，失真情況表現多樣；若不對一些技術參數進行了解、測試以及通過采集檢材字跡的手寫板制作實驗樣本進行比對，一些特征將會因為失去參照而對鑒定無用，而一些特征變化將難以得到解釋，如前述的字跡大小特征、字形特征、運筆特征等。第三，相似度高的筆跡甄別困難。筆跡鑒定的最終目的要實現確認書寫人是否同一，這要求鑒定所依據的筆跡特征總和具有高度排他性。而本次研究中的電阻式手寫板采集的靜態(tài)簽名筆跡樣本在運筆、筆順、搭配比例等個體標識性極強的特征方面存在特征反映缺失或扭曲情況，使得簽名筆跡在鑒定中排他性大大減弱；又由于簽名筆跡字數往往較少，構形要素有限，特征質量上的不足難以在特征數量上得到補全。上述情況給高相似度的筆跡甄別帶來困難，如鑒定實踐中遇到的在相同或相近字跡學仿環(huán)境中成長的書寫者筆跡、摹仿筆跡。由此可知，在常規(guī)鑒定條件下，沒有案內特別的簽名筆跡形成條件信息和極其特殊的特征表現，將很難對具備前述反映特性的簽名筆跡進行認定同一；但做出否定同一結論的條件是可能具備的。

4 結語

實證數據表明，市場上標稱具有“簽名”功能的電阻式手寫板采集的靜態(tài)手寫簽名筆跡，在書寫習慣和實時書寫動作反映上存在特征反映缺失或失真情況，這種特征反映缺陷在不同手寫板間的程度大小或表現方面會由于技術參數差異而有所差別；因此，在實時書寫動作的記錄方面，電阻式手寫板難以做到所宣稱的“原筆跡輸出”。采集簽名筆跡特征反映的信息缺失或失真會給筆跡鑒定帶來難度，若不對所用手寫板技術參數進行掌握及對其采集簽名實驗樣本進行實證分析，將很難通過采集的靜態(tài)筆跡追蹤還原書寫者真實的書寫動作和習慣。

誠然，本次實證研究中采用的手寫板不能涵蓋、也不足以代表該品牌其他型號的同類手寫板和市場上其他電阻式數字手寫設備采集簽名筆跡的特征反映情況。但是研究數據可以揭示當前市場上電阻式手寫板采集靜態(tài)簽名筆跡可能存在的問題；手寫板采集字跡的特征反映缺陷和手寫板商品有限的技術參數標示，說明手寫板研發(fā)領域尚未從筆跡鑒定的角度對手寫板的技術參數問題給予足夠關注。即使將數字手寫簽名筆跡納入筆跡鑒定實踐，市場上紛繁的數字手寫采集設備采集的簽名筆跡仍可能因鑒定條件不足而無法實現人身同一認定。