书写设备客观条件对电子签名笔迹的影响研究——以书写面摩擦力为视角

涂 舜 张 典

(1.西南政法大学，重庆 401120)

引 言

近年来，电子信息技术的发展十分迅速，在电子触控设备上书写电子签名的现象越来越多，电子签名笔迹在电子商务、电子政务领域已有所运用，其中，重庆市人民政府推出全市一体化在线政务服务平台“渝快办”，建设全市统一电子签名印章系统，提供标准化电子签名和电子印章服务，推动了政务服务事项的电子化，提升了群众办事的便捷度。随着电子签名笔迹的广泛应用，为适应社会发展要求，最高法、最高检、公安部于2019年出台了《关于刑事诉讼中应用电子签名和电子指纹捺印有关问题的意见》，就电子签名笔迹在刑事诉讼方面的有关问题作出规定，确立了电子签名笔迹的法律效力。基于此，在新冠疫情防控期间，重庆市南岸区检察院运用远程提讯手写电子签名捺印系统，实现签名捺印“零接触”，解决了办案难题，提高了办案效率。综合实际来看，电子签名笔迹在飞速发展的同时，有关电子签名笔迹的规定和要求将越来越严格，由此引发的法律问题也频频出现，保障电子签名笔迹的真实性、合法性已成为十分重要的环节，对电子签名笔迹进行鉴定的现实要求十分迫切。

当前，我国对电子签名笔迹的研究主要集中于电子签名笔迹检验方法的研究。通过检索CNKI中国学术个刊数据库发现，收载近十年(2012年-2022年)电子签名笔迹主题的相关文献共26篇，其中，有关电子签名笔迹特征检验研究的文献16篇，包括对电子签名笔迹特征的分析研究，如电子签名笔迹的量化检验(1)陈维娜.电子签名笔迹量化检验的可行性探究[J].刑事技术，2018，(04).、笔迹特征电子数据的Excel表格分析等(2)涂舜.电子签名笔迹中电子数据的Excel表格分析法[J].中国刑警学院报,2018,(05).；以及分析其他客观因素对电子签名笔迹特征的影响，如不同视觉状态(3)涂舜.不同视觉状态的书写设备对电子签名笔迹的影响研究[J].中国人民公安大学学报(自然科学版),2019,25(04).、书写人书写姿势(4)刘新磊,韩丹岩,纪舒怀,肖强.站姿对电磁式触屏电子签名影响的实验研究[J].中国人民公安大学学报(自然科学版),2021,27(03).、不同感应方式的书写设备(5)涂舜.不同感应方式的书写设备对电子签名笔迹的影响研究[J].中国人民公安大学学报(自然科学版),2020,26(03).等。然而，在电子签名笔迹领域内对于书写设备自身的客观条件对电子签名笔迹特征的影响研究还不够深入，基于此，本文以书写面摩擦力为视角，对书写人在不同摩擦力大小的电子设备上书写形成的电子签名笔迹特征进行分析比较，以明确摩擦力对电子签名笔迹特征的影响，从而为实务中电子签名笔迹的检验提供思路和依据。

一、实验设计与过程

(一)实验对象

实验邀请51人为实验样本收集对象，其中第一组实验者为25位大学本科学历的学生，年龄在20～23岁之间，在日常生活和学习中已形成较稳定的书写习惯，对本次实验使用的电子设备较为熟悉，多数学生在平日经常在电子设备上书写，能够很好地适应并使用此次实验所用电子设备。第二组实验者为26位已有稳定工作的成年人，年龄在35～50岁之间，书写习惯稳定，书写水平普遍较高，对本次实验设备的使用普遍不熟练，在日常生活中很少接触电子设备书写。

(二)实验设备及选择原因

实验采用“iPad 7”平板电脑、“Apple pencilⅠ”主动式电容笔(见图1)为书写器材，选择钢化玻璃膜、类纸膜两种平板电脑保护膜。该书写设备为当前人们在日常生活中使用普遍、适用领域广泛的一类设备，配有专用的电子书写笔，其电子书写技术相对较为成熟；而上述电子屏幕保护膜是目前平板电脑用户应用较多的两种类型。钢化玻璃膜的表面光滑、硬度高、韧性低，当书写人在贴有钢化玻璃膜的电子屏幕上书写时，笔尖与屏幕之间的摩擦较小；类纸膜是一种摩擦系数与纸张相似的保护膜，增加了笔尖与屏幕之间的摩擦力，以再现纸张书写的触感。如图2所示为在同一处光源的照射下的钢化玻璃膜与类纸膜屏幕形态。

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(三)实验过程

1.实验内容

在实验准备过程中，为实验营造一个良好的书写环境，在光线充足的室内，采用坐姿，在样本收集前先让实验者熟悉书写设备的使用，尽量减少因不适应书写设备造成的笔迹特征变化。(6)黄李彦,詹康辉,周广存.触屏电子签名与纸笔签名的笔迹特征比较研究[J].刑事技术,2020,45(06).实验正式开始后，让实验者依次在贴有钢化玻璃膜和类纸膜的平板电脑上分别书写三次签名，书写时按照日常书写习惯进行书写。样本书写完毕后，提取签名的电子图像并保存为JPEG格式，以便于对笔迹特征进行分析和比较。

2.分析笔迹特征

在检验前，分别对同一实验者在同一保护膜下的签名笔迹进行检验比较，若出现较大笔迹特征变化，考虑是否是其他因素导致的结果，在得出实验结论时应将其排除在外，如笔画线条出现显著的弯曲抖动等异常特征，考虑是否为书写过程中书写设备挪动、书写人受到外力碰撞等因素的影响。在检验过程中，首先分别对实验者在钢化玻璃膜和类纸膜上书写的电子签名笔迹进行检验，以明确其笔迹特征；其次对二者的笔迹特征进行比较分析，并及时记录特征的变化情况。

3.得出实验分析结果

基于对样本笔迹的特征比对分析，总结归纳同一书写人在不同摩擦力大小的同一电子设备上，书写形成的电子签名笔迹特征的相同点和不同点，分别计算各笔迹特征的变化率，分析出容易变化的特征、变化较小的特征、不易变化的特征；设计笔迹特征变化的Excel表格，使用SPSS统计分析软件进行分层卡方检验，进一步科学判定摩擦力大小的不同与各笔迹特征的变化之间有无相关性，从而确定摩擦力大小对电子签名笔迹特征的影响，以便在实践中能够考虑到笔迹部分特征异常变化的原因，为电子笔迹检验提供思路和依据。

二、检验与分析

(一)书写风貌特征

通过比较检验，发现在两种摩擦力下书写的电子签名笔迹在书写风貌特征上无明显变化，字迹形态与字迹结构上的差异较小，二者在书写水平、书写熟练程度、字的倾斜程度等方面相似度较高，且部分书写人因其自身书写习惯反映出来的特殊笔迹特征的稳定性较高，具有较高的鉴定价值，如图3所示。

图3 不同摩擦力下的电子签名笔迹(a:钢化玻璃膜;b:类纸膜)

(二)布局特征

检验发现，在不同摩擦力下书写的电子签名笔迹在布局特征方面存在一定差异，主要表现在各单字之间的距离远近、字体倾斜程度、组合形态等方面。如图4所示，签名中的各单字之间的距离远近存在明显变化，图4b距离相对图4a距离较宽；同时图4a签名的整体形态即单字倾斜程度较为平直，图4b签名表现为整体向右上方倾斜，各单字的倾斜程度也较为明显。

图4 不同摩擦力下的电子签名笔迹(a:钢化玻璃膜;b:类纸膜)

(三)字体特征

通过比较检验发现，在短时间内书写的电子签名笔迹二者在字体特征上基本无明显差异，大多数签名在细节特征上虽存在一定的差异，但书写的字体未发生改变，且书写水平较高的书写者的笔迹特征会更加稳定；少数签名在书写时因受到钢化玻璃膜表面光滑的影响，书写速度加快，对部分笔画进行了简略，形成偶然连笔和强行连笔，笔画线条较为僵硬，如图5所示。此现象在平日较少接触电子屏幕书写的书写者中的出现率较高。

图5 不同摩擦力下的电子签名笔迹(a:钢化玻璃膜;b:类纸膜)

(四)字形特征

检验发现在不同摩擦力下书写的电子签名笔迹的字形特征无明显差异，多数笔迹二者的整体轮廓形态相似度较高，但存在少数笔迹在单字字形上出现差异。如图6所示，“李”字、“杰”字在形态、比例上有较明显差异，而“芬”字的变化相对较小。经总结检验发现，相较于类纸膜，在钢化玻璃膜下书写的笔画线条在横纵方向会明显拉长，主要反映于起笔、收笔，从而导致笔迹形态比例变化。

图6 不同摩擦力下的电子签名笔迹(a:钢化玻璃膜;b:类纸膜)

(五)字的大小特征

签名笔迹的字的大小特征主要指签名组合中的各单字相对大小关系、整体签名的大小特征。对两种电子签名笔迹的原始图像进行比较检验发现，各单字在签名组合中的大小比例特征基本无差异，稳定性较高。经上文分析发现：虽然在钢化玻璃膜下书写的笔画线条于横纵方向会明显拉长，但签名的组合整体大小并无较大差异，即除起笔、收笔以外的其他笔画长短比例相对稳定；然而，从字体整体上来看，相较于钢化玻璃膜，部分签名在类纸膜下书写的整体轮廓更大，表现为以汉字结构中心为圆心向四周均匀扩大，而非部分横画、纵画线条的拉长，如图7所示。

图7 不同摩擦力下的电子签名笔迹(a:钢化玻璃膜;b:类纸膜)

(六)字的结构、搭配比例特征

通过比较检验发现，两类笔迹在字的结构上无明显变化，但在搭配比例特征方面存在差异，主要体现在单字部件大小、位置、比例关系以及笔画交叉、搭配、连接等特征。如图8所示，“李”字的“子”部与“晓”字的“日”部之间的连接关系、“晓”字各部件的搭配比例有所改变。部分笔画的长短比例也有一定变化，如“刚”字左右部件的长短比例。

图8 不同摩擦力下的电子签名笔迹(a:钢化玻璃膜;b:类纸膜)

(七)运笔特征

运笔特征主要表现为书写时的动作习惯反映，包括起笔、行笔、收笔、笔力、笔形等特征。由于电子签名笔迹保存为电子图像形式，仅表现出笔迹的平面静态特征，运笔过程中体现的笔力、笔痕等特征缺失，故只能根据笔画形态判断其运笔特征。经检验，两类笔迹的运笔特征存在一定差异，相较于钢化玻璃膜下书写的电子签名笔迹，类纸膜下书写的签名笔迹签名的部分起、收笔特征更加明显；而在钢化玻璃膜下书写的电子签名笔迹笔画更加流畅、圆滑，无明显的弯曲抖动现象，笔画粘连的现象出现率较高，此类变化在平日较少接触电子设备书写的实验者中表现更突出。如图9所示，“杨”字、“芳”字在类纸膜下书写的起、收笔特征明显，在钢化玻璃膜下书写的连笔增多，笔画线条更加流畅圆滑。

图9 不同摩擦力下的电子签名笔迹(a:钢化玻璃膜;b:类纸膜)

(八)连笔特征

经检验，在钢化玻璃膜下书写的电子签名笔迹的笔画粘连现象较为明显，在运笔过程中形成较多的连笔笔画，主要表现在起笔、收笔阶段；而在类纸膜下书写的电子签名笔迹易表现出起收笔形态，形成意连笔画。受钢化玻璃膜表面光滑的影响，书写人在书写时提笔较低，容易加快书写速度，造成连笔的增多，且部分笔画出现因控笔不稳定而造成长短比例的变化，在接触电子设备书写较少的书写者的笔迹样本中更加明显。如图10所示，“汪”字、“娟”字在钢化玻璃膜下连笔较多，部分笔画长度增长。

图10 不同摩擦力下的电子签名笔迹(a:钢化玻璃膜;b:类纸膜)

(九)笔顺特征

经检验，两类笔迹的笔顺特征基本一致，无明显差异，可以通过起笔、收笔、连笔等特征，结合汉字的标准笔画书写顺序进行判断，因此连笔较多的笔迹的笔顺特征体现较为明显。部分笔画可能在搭配比例等方面存在一定差异，但笔顺特征保持有较高的稳定性。如图11所示，二者的笔顺特征基本一致。

图11 不同摩擦力下的电子签名笔迹(a:钢化玻璃膜;b:类纸膜)

(十)写法特征

经检验，二者的写法特征基本未发生改变，同一人在同一天书写的签名字迹的写法稳定性较高，大多数签名笔迹无明显变化。书写者个人的书写习惯具有较高的稳定性。但仍有个别签名存在例外，如图12所示，“晓”字右边部件连笔形态存在一定差异。

图12 不同摩擦力下的电子签名笔迹(a:钢化玻璃膜;b:类纸膜)

三、实验结果与分析

对同一电子设备在不同摩擦力大小下书写的电子签名笔迹进行提取，经过逐一检验与比较检验后发现：电子书写设备的书写面摩擦力大小对笔迹特征的变化有一定影响，主要表现在以下几个方面：

(一)布局特征改变

在传统笔迹中，布局特征的稳定性较高，不易发生明显变化。但在电子签名笔迹中，单字之间的距离、组合形态易产生一定的差异，其发生变化的原因可能在于：相对于表面光滑的钢化玻璃膜，在摩擦力较大的类纸膜下，书写人控笔能力会相对增强，从而在书写各单字时书写速度相对较慢，常出现停顿、手腕挪动等动作，造成单字之间距离增大的现象；书写者可能因避免接触电子屏幕而进行悬腕书写，从而导致布局特征发生一定的变化。

(二)字形改变

不同摩擦力下书写的电子签名笔迹在字形方面存在一定的差异，部分签名组合中的单字形态的改变较为明显。但是由于影响字形改变的因素繁杂，无法排除其他因素造成的对字形变化的影响，依据现有样本无法推出仅因摩擦力大小的不同而导致的字形改变的规律，总体上来看，字形的变化存在偶然性。

(三)字的大小改变

在不同摩擦力下书写的电子签名笔迹各单字的相对大小关系较为稳定，无明显变化。先前有研究表明，相对于纸张而言，由于电子触控屏表面较为平滑，摩擦系数较小，导致字体结构松散，字体变大。(7)闫龙飞,王立梅.数字手写签名笔迹检验实验研究[J].中国司法鉴定,2016,(04).但出现部分签名在类纸膜下相较于光滑钢化玻璃膜书写的字的大小更大，原因可能在于在摩擦力相对较大的书写条件下，书写人整体书写速度较慢，手腕挪动幅度变大，其中也存在少数签名受到书写屏幕边框大小限制的影响而发生改变。

(四)笔画搭配及比例改变

在两类电子签名笔迹中，笔画之间的搭配位置及比例存在一定的变化，主要表现在单字之间的笔画连接的差异、各笔画的长短比例变化等。在光滑的钢化玻璃膜下书写的电子签名笔迹更易出现单字之间的连笔笔画增多、收笔处笔画拖拉等情形。分析其特征变化的原因主要为：因书写笔笔尖与电子屏幕之间的摩擦力较小，书写表面光滑，书写速度加快，(8)于彬，杜英杰，班智慧.电子触控笔签名与正常签名笔迹特征比较的实验研究[J].中国刑警学院学报，2017,(04).控笔不稳定，从而导致笔画长短变化以及搭配比例的改变。

(五)运笔特征改变

电子签名笔迹的运笔特征的差异主要表现在起笔、行笔、收笔等方面。第一，相较于类纸膜，在钢化玻璃膜上书写的电子签名笔迹容易缺少起、收笔等书写动作的反映。第二，在光滑表面上书写时，运笔更加流畅，笔画更加圆滑；在类纸膜上书写时，易出现笔画实连变意连，少数笔画出现弯曲抖动现象，整体上不如光滑表面上书写的笔画连贯，且此变化特征主要出现于平日很少接触电子屏幕书写的实验者之中。其原因可能为钢化玻璃膜的表面光滑，摩擦力较小，书写人为避免笔尖蹭滑等控笔失误的情形，提笔动作较低，因此书写速度相对会加快，书写更加流畅，笔画之间的粘连现象增多；类纸膜的摩擦力相对较大，当书写人在书写过程中受一定心理因素影响，为保证书写的工整，自行偶然连笔的数量减少，或者因书写力度较轻，其书写轨迹难以被电子设备所感应，从而造成笔画断连，且书写时的书写速度相对较慢，从而容易导致笔画的弯曲抖动。

(六)连笔特征改变

相较于钢化玻璃膜，在类纸膜下书写的连笔笔画明显减少，主要表现为各单字的组成笔画之间以及单字与单字之间的连笔笔画。书写水平较为成熟的书写者，其签名样式通常极具个人特色风格，此类连笔特征的稳定性较高，无明显变化。然而，在类纸膜下书写的电子签名笔迹的连笔笔画明显减少，多表现为实连变意连，在钢化玻璃膜下书写的部分笔画之间会出现偶然性的连笔，如因表面光滑导致笔尖侧滑等，从而导致运笔紊乱的现象。

在本次实验中，根据所得的51组实验样本，以柱形图的形式直观显示摩擦力对电子签名笔迹特征的影响情况，具体结果见图13。

图13 钢化玻璃膜与类纸膜下书写的电子签名笔迹的特征比较

如图中数据所示，在不同书写面摩擦力大小下书写的两类电子签名笔迹在字间距、整体字体大小、搭配比例、起收笔形态、运笔连贯情况、连笔形态特征方面变化的数量差异较大，但由于各变化特征的数量占样本总数的比例较少，因此，为进一步提高实验结论的科学性和真实性、避免偶然性，设计笔迹特征Excel表格，使用SPSS统计分析软件进行分层卡方检验，判定摩擦力的不同与各笔迹特征的变化之间有无相关性。以分析字间距增大与摩擦力大小是否有相关性为例，统计分析的过程如下：

1)使用SPSS软件进行数据录入(见图14)和数据加权(见图15)；

2)进行交叉表格分层卡方检验分析(见图16)；

3)得出检验结果(见图17)。

图14 数据录入

图15 数据加权

图16 进行分层卡方检验

图17 卡方检验结果

如图17卡方检验结果显示，sig值为0.021(即sig值<0.05),因此字体间距的增大与摩擦力大小具有相关性。同理检验其他笔迹特征的变化与摩擦力之间的相关性，检验结果如表1所示：字间距增大、整体大小、搭配比例、起收笔增多、运笔不连贯、连笔减少与摩擦力之间具有相关性(即sig值<0.05)；其中，搭配比例、起收笔形态、运笔连贯情况、连笔形态与摩擦力的相关性十分显著。

表1 摩擦力与笔迹特征之间的相关性分析

综合上述实验分析，摩擦力对电子签名笔迹的影响主要体现在字体间距、整体大小、搭配比例、起收笔形态、运笔连贯情况以及连笔形态方面。具体表现为：相较于钢化玻璃膜，在类纸膜下书写的字间距普遍增大、整体大小变大、起收笔增多、运笔不连贯、连笔减少，且在搭配比例、起收笔、运笔以及连笔特征上的变化十分显著。在分析笔迹特征时应注意：第一，在收集实验样本时书写者分别在钢化玻璃膜、类纸膜上进行书写，可能会因书写者首先适应了在钢化膜表面书写的力度，从而在类纸膜下书写时，部分笔画会因书写力度不够，设备无法感应，造成笔画中断、缺失等；第二，考虑到书写者在实验环境下可能因不熟悉书写设备，采用悬腕书写，以及受到紧张的心理状态的影响，从而导致笔画弯曲抖动等特征的变化。另外，通过对两组实验者书写的电子签名笔迹特征进行比较后发现，较少接触电子设备书写的实验者的笔迹特征变化更加明显，以及尚未形成个人稳定签名形态的书写者在书写时可能出现偶然连笔、强行连笔等不稳定特征，二者均会放大摩擦力对电子笔迹特征变化产生的影响。由于影响特征变化的因素多种多样，在对笔迹特征进行分析时应尽量避免因其他主客观因素导致的特征变化。

结语

通过上述分析，根据现有样本发现：不同摩擦力大小的钢化玻璃膜和类纸膜会对电子签名笔迹特征产生影响，易变特征为字体间距、整体大小、搭配比例、起收笔形态、运笔连贯情况、连笔形态；不易变特征为书写风貌、字体书体、笔顺、组合形态、单字形态等，且书写人对于书写设备的熟练程度以及书写水平的高低会进一步放大摩擦力对笔迹特征变化的影响。在实践检案中，首先需要了解检材、样本笔迹形成的书写设备类型、各项参数是否相同，了解笔迹的形成方式以及书写人的书写水平等，其次分别对检材、样本进行笔迹特征的检验和分析，最后进行综合评断，对检材、样本笔迹进行比较，分析笔迹特征的异同。依据案件具体情况，当考虑到可能因书写面摩擦力的不同，造成笔迹特征发生较大变化时，应重点关注书写风貌、笔顺、组合形态、单字形态等不易受摩擦力影响的特征类型，若此类笔迹特征并无明显差异，那么在分析造成其他特征变化的因素时，可以进一步考虑摩擦力的影响，从而帮助区分笔迹特征差异点的本质性与非本质性，为检验鉴定提供思路，提高鉴定结果的准确性和可靠性。