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關於選角
報出你的名字：動作片選角
對吉洛伊而言，拍電影最重要的元素就是要找到理想的演員來讓劇本活起來。「其他事情都可以有方法再去催討或調整或討論，」他說：「演戲就像變魔術一樣，我很久以前就體認到了這一點。」在亞倫克洛斯的選角方面，製作團隊找上了曾獲奧斯卡獎提名的傑瑞米雷納，他對於演出劇情片和動作片都一樣得心應手。
「傑瑞米之所以能夠成為這麼優秀的演員是因為他是一個很複雜的人，」吉洛伊說：「他很討人喜歡，但也不好惹，他無時無刻都會讓自己去運用這些特質。」導演說他一直以來都很欣賞雷納的演技：「《危機倒數》我大概看了18次，他的一舉一動融入在每個當下的場景中。他可以完整的詮釋角色，實際的掌握狀況，還擁有出人意料的絕佳反應，這些優點都讓傑瑞米成為包恩的翻版。」
製作團隊就算對雷納成為動作片明星的能耐有任何疑慮，此刻也都馬上煙消雲散了。事實上，導演還稱他的主角為「電影運動員」，他說：「傑瑞米剛和我們接觸時就展現出了相當高的學習能力。當他們第一次帶他出去測試後，回報的結果是：『天啊，了不起，他可以做這做那…還有這個…還有那個，我們不必請替身！』傑瑞米的能力強到連保險公司都開始緊張了。」「傑瑞米是個能展現極高強度和智慧的演員，」史密斯補充說：「他的演技可以活生生躍出銀幕，掐住你的喉嚨，帶你體驗精彩的旅程。」
雷納以《危機倒數》和《竊盜城》入圍奧斯卡獎之後，接下來又拍了賣座鉅片《不可能的任務：鬼影行動》以及今年暑假席捲全球的《復仇者聯盟》，奠定他的動作片英雄地位。他說他是《神鬼認證》系列的影迷，對主角的演技更是印象深刻：「麥特戴蒙的演技和之前導演的功力都沒話說。我想讓喜愛這部系列電影的觀眾知道，我不會也不想取代麥特，如果我取代他扮演同樣的角色也沒什麼意思。麥特一直都是傑森包恩，以後也會是如此。
我喜歡這部劇本是因為它以很有意思的方式延續之前的故事，並彰顯過去奠下的基礎。」雷納對於角色的詮釋是基於吉洛伊所做的背景設定：雖然克洛斯和包恩所處的是同一個世界，但克洛斯並不知道包恩的存在。雷納說：「他們不認識彼此，這一點提供故事新的詮釋空間，去探討為什麼這兩個超級戰鬥情報員會發展成今天這個樣子，我希望可以帶來一個全新觀點。」
雷納繼續表示《神鬼認證4》維持了前三部電影的寫實基調：「影片中沒有驚人特效或爆破場面，非常的真實，對我來說很重要的一點是要呈現這個角色人性的一面。」他發現製作團隊跟他一樣對這些面向很感興趣。「關鍵在於讓大家相信我們在電影裡所做的每件事都是真的，不論哪個特技或橋段都是以事實、現實以及科學的可能進展為根據。對於演員來說這是比較容易掌握的部分。」克洛斯和包恩不同的地方在他很清楚自己是誰，有著什麼樣的過去：他是一名多年前在中東作戰受傷的士兵。克洛斯逃離育空之後回到了美國，想找到他在成果計畫裡寥寥無幾的聯絡人之一，同時也是唯一一個能幫助他活下來的人，那就是瑪塔雪林醫生。
柯勞利說製作團隊有一個從第一部電影開始就遇到的難題：「最大的挑戰之一就是怎麼安排女主角的定位和戲份。電影的步調很快、強度很大，因此很難有時間去好好發展一段男女關係，再說和傑森包恩扯上關係的人通常就是死路一條。但這部片我們有個全新的開始，我們可以很自然的把女主角帶入故事中。」扮演瑪塔的人不但要是個才華洋溢的女演員，同時還必須願意配合角色的特殊要求。
吉洛伊解釋說：「瑪塔是個很有成就的研究科學家，但她的私生活當中有一些情感上的紛擾。她不斷忽視自己在為成果計畫工作時遇到的嚴重道德矛盾，但事件爆發後，她開始經歷了一段紮紮實實的探索旅程，這樣的角色是我從沒寫過的。最後她不但活了下來，還變得很強韌，要扮演這角色不容易。」導演非常高興曾獲奧斯卡獎的女演員瑞秋懷茲能加入演員陣容，她的知名作品包括《疑雲殺機》、《蘇西的世界》和《追密者：失控正義》。瑞秋懷茲對於眼前的挑戰表現得相當積極，效果也超出製作團隊的期待。吉洛伊回想說：「這一系列電影對於可信度的標準很高，而她為我們帶來意想不到的絕佳效果。我知道她是很傑出的女演員，但她的超水準演出還是令我相當驚艷。她每天的表現都超出我的期待。」
瑪塔是馬里蘭州一處最高機密實驗室的生物化學家，她是個工作狂，全心投入在她的革新研究中。懷茲說：「她研究的是最尖端的科學，而她以為這麼做是在報效國家。她其實心裡偷偷知道自己的工作內容介於道德的模糊地帶。」瑪塔選擇忽視她對病患做實驗之後可能引發的後果，而這一點相當吸引瑞秋懷茲。「如果瑪塔只是個想拯救世界的好人，我對這個角色就不會那麼有興趣。她的工作處於善惡的邊界。」當成果計畫很快速的被摧毀時，她便直接成了被除掉的目標，而她的世界也天翻地覆了。亞倫是她在過去四年中檢查過很多次的實驗對象，但卻對他一無所知。
他在危急時刻救了她，接著兩人很快的就建立起共生關係。「瑪塔很遲疑要不要跟他走，但她別無選擇，」懷茲解釋說：「在她的國家代表法治的單位正試圖殺掉她，她只是一個很會做科學研究的一般人，並不擅長躲避全世界的警察。」吉洛伊為這兩個角色設定的背景故事相當吸引懷茲。「他們能產生很大的動力，但方法很不一樣，」懷茲補充說：「瑪塔和亞倫的背景完全不同，但最後因為不同原因必須互相依賴，這種劇情的創作方式很吸引人。」在紐約和東南亞拍片時，懷茲發現她和雷納的工作方式很像。「我們的個性很不同，有著不同的背景，但我們的工作方式很類似，」她說：「傑瑞米很不受拘束、很放鬆，也很狂放，能和他共事很棒，我很喜歡跟他對戲，每一分鐘都很享受。」懷茲另外也發現她的導演有點叛逆：「湯尼的風格很搖滾，他會說：『我們來製造混亂，放縱一下，』這對演出來說很有幫助。
他是個很特別的編劇兼導演，我很開心能加入他的陣容。」瑞克拜爾上校是國家研究評估中心的無情主管，這個組織專門培養祕密探員，並執行多個秘密計畫，像是一開始的絆腳石計畫，再來是升級版的黑薔薇計畫，到現在的成果計畫等等，而製作團隊選了艾德華諾頓來飾演這個角色。當成果計畫陷入曝光的危險時，拜爾決定摧毀它來減少損失，然後再繼續下一個計劃。吉洛伊建構這個角色的方法比較特別， 福克斯說從拜爾身上就能看得出來：「湯尼探索的是組織裡的個人如何利用權力將自己缺德的行為合理化，《全面反擊》中的蒂妲史雲頓、《口是心非》中的湯姆溫金森與保羅吉馬蒂，以及《神鬼認證4》中的艾德華諾頓和他的團隊都是很好的例子。
他們都是很強勢的反派，因為他們堅信自己的所作所為是為了達成更遠大的目標。電影中常見到個人對抗機器的主題，但這樣的主題在《神鬼認證4》變得更加複雜、混亂和真實，因為湯尼在劇本中把現實融入進每個角色的動機裡。」吉洛伊繼續說明為何這個反派的選角如此重要：「我們在選的是整部系列電影的大魔王，我們會告訴觀眾這個人過去12年來都跟你一起坐在戲院裡看著中情局搞砸他的每一個計畫，所以我們需要一個世界級的演員，一定得夠份量。這個人必須夠有智慧，因為他的計謀早就在幕後運作。更重要的是我需要一個能跟我配合的演員，共同確保瑞克拜爾的世界觀不會被詮釋得全然黑暗。他相信極少人能像他一樣有能力背負必要的道德枷鎖來保護自己國家的安全。」
這部電影對於政府資助的情報機構內幕有深入探討，諾頓說明了他為什麼會受其吸引：「湯尼編的每個劇本從頭到尾都緊扣著符合時事且巧妙的主題，他從不同角度去挖掘企業如何滲透我們的文化，和威脅我們的生命財產安全。我喜歡他在這部片中探索企業和政府之間的關係如何受到權力左右，質問誰在替誰做事。」諾頓很欣賞吉洛伊以不同的層次刻劃角色。拜爾雖然執意消滅成果計畫， 但他的動機（對他而言）卻是無懈可擊的。諾頓說：「這部片所有角色都有灰暗的一面，湯尼打造的並非只是純然的英雄或壞蛋。每個人都做過某些妥協，也曾合理化過自己的行為，我的角色是如此，但瑞秋甚至是傑瑞米的角色也都一樣。湯尼深入去探討了人的最高理想和動力如何被一個體制以許多不同的方式壓榨，我喜歡這種錯綜複雜的主題。」
製片馬歇很佩服諾頓能成功詮釋這個遊走於愛國志士和冷血劊子手之間的角色，拜爾將包恩的曝光視為一個會擴散的毒瘤，必須盡快摘除。馬歇稱讚說：「艾德華的演出很精彩，他是個好得沒話說的演員，也很興奮能在這部電影中演『反派』。但拜爾並不是一個單純的『反派』，他只不過是想除掉亞倫克洛斯。雖然劇中有好幾個這種類型的角色，但艾德華是特別厲害的一個。」拜爾的團隊中有科學家、情報高手和監控專家，他們在華府的指揮中心追查亞倫和瑪塔的下落。為了替這些角色挑演員，吉洛伊把腦筋動到了紐約劇院。「湯尼和紐約很熟，」柯勞利說：「對那裡的劇院和電影都瞭若指掌，我們很興奮能接觸那邊的人才。」
曾獲東尼獎的女演員唐娜墨菲（百老匯劇《熱情與國王與我》）飾演迪塔，她是拜爾忠心的副手，拜爾若是「牧師」，迪塔就等於是「修女」。「她是他的得力助手，」墨菲說：「她有中情局的背景，也是一位非常優秀的科學家。她最大的工作職責就是隨時跟上拜爾的步調，提早好幾步幫他解決需求。」飾演拜爾團隊關鍵成員的其他演員還包括曾獲奧比獎的麥可切尼斯，他飾演英格倫，還有飾演凡德爾的柯瑞史托爾，他最近因演出外百老匯劇《貼身衣物》入圍戲劇桌獎，並在《午夜巴黎》中露臉，飾演海明威，表現令人印象深刻。就在亞倫和瑪塔行蹤成謎之時，傳出政府一個附屬委員會正在調查黑薔薇計畫，這讓拜爾和他的危機處理小組更加感受到急迫的緊張感。其中最擔心計畫曝光的人是泰瑞華德，他是一間公司的負責人，而這間公司和成果計畫關係匪淺。
華德由紐約劇院的演員丹尼斯鮑茲卡瑞斯飾演，他曾因演出《表象之外》獲得奧比獎。鮑茲卡瑞斯說華德和拜爾爭鋒相對，但華德最後還是略輸一籌。「華德覺得自己比拜爾地位更高，但事實卻不然，」他說：「華德想成為領袖，卻毫無領導能力。」鮑茲卡瑞斯為了扮演這個企業菁英，在吉洛伊的建議下剪了頭髮、刮了招牌鬍子。
「我和湯尼通話時他要我把頭髮和鬍子都減掉，」他說：「我覺得他非常用心在刻劃這個角色。」隨著戰情室的緊張氣氛節節升高，華德也和咄咄逼人的退休上將杜索起了衝突。這位監督成果計畫的軍事將領由資深演員史戴西奇屈飾演，他形容自己的角色為「愛國志士兼權威人士」。杜索對部下說話時使用的複雜語言是這部片才有的，他說：「湯尼非常有才華，因為他創造了自己的語言，《神鬼認證》系列中使用的語言很有特色，非常聰明而且貼近人性和人心。
使用這種語言的技巧就是要讓它很口語，盡量自然的說出口，不要太戲劇化。」奇屈認為他和杜索、拜爾及NRAG團隊一起在指揮中心的場景特別讓人投入在劇情中。「這部系列最棒的地方在於它在動作、探險、陰謀和懸疑之間抓到了一個絕妙平衡，」他說：「你可以看到兩種不同的環境：克洛斯在戶外行動，行跡遍布不同國家；室內則是危機處理室和監控的環境。這種組合會讓觀眾很投入，因為你看到的情景和電影中人物看到的情景是同步的。」
這次加入《神鬼認證》系列電影演員陣容的新面孔還有奧斯卡伊薩克及路易斯小澤張簡。伊薩克形容三號探員和克洛斯的互動「很像西部片」。他說：「我的角色已經自己一個人住在駐紮小屋一個月了，除了偶爾來補充物資的人之外，他和外界完全沒有聯絡。」當克洛斯比預期早了好幾天到達三號探員的偏遠小屋時，三號探員感到很可疑；同樣的，克洛斯也不信任對方。「他們就像狗一樣轉著圈打量對方，」伊薩克說：「要說他們故作姿態，不如說他們不確定彼此的底細。這是很危險的狀況。」結果克洛斯（五號探員）該防備的不只是三號探員。
拜爾沒有把成果計畫當成是唯一的籌碼，他還有另一個正在進行的計畫，也就是拉克斯計畫。張簡飾演基地在曼谷的拉克斯三號探員，他得習慣飆車和高空動作場面。「我把拉克斯計畫的探員想像成十項全能的間諜，」張簡笑著說。他是劇場演員，最近的電影作品是《終極戰士團》。為了準備這個角色，張簡從家鄉紐約飛到洛杉磯和第二組導演丹布萊德利的團隊排演了好幾個星期。
張簡在這個訓練過程中學到了跑酷的基本技巧，也就是以最快的速度和最高的效率在障礙物之間移動，另外也練習了從高處躍下的動作，還完成了密集的飛車特技訓練。這些技巧都很實用，因為他的角色必須在狹窄又充滿人潮的馬尼拉街頭和瑪塔及亞倫展開追逐戰。影迷另外還會看到前幾部《神鬼認證》系列電影中的幾個受歡迎的熟面孔，包括飾演亞伯赫希醫生的亞伯芬尼、飾演潘蜜拉藍迪的瓊艾倫、飾演諾亞瓦森的大衛史崔森以及飾演艾茲瑞奎雷姆的史考特葛倫。