Organizațiile guvernamentale și civice din întreaga lume au folosit de mult amprentele digitale ca metodă principală de identificare. În plus, amprentele digitale sunt cele mai precise, mai ușor de utilizat și mai economice biometrice pentru utilizare într-un sistem de identificare computerizat. În special, această tehnologie este folosită în Statele Unite de către departamentele de vehicule ale mai multor administrații de stat, FBI, MasterCard, Serviciul Secret, Departamentul de Trezorerie, Agenția Națională de Securitate, Departamentul Apărării etc. Prin eliminarea necesității parolelor pentru utilizatorii finali, tehnologia de recunoaștere a amprentei reduce numărul de apeluri de asistență și reduce costurile de administrare a rețelei.

De obicei, sistemele de recunoaștere a amprentei sunt împărțite în două tipuri: pentru identificare AFIS (Automatic Fingerprint Identification Systems) și pentru verificare. În primul caz, sunt folosite amprentele tuturor celor zece degete. Astfel de sisteme sunt utilizate pe scară largă în sistemul judiciar. Dispozitivele de verificare funcționează de obicei cu informații despre amprentele unui, rareori mai multe degete. Dispozitivele de scanare sunt în general de trei tipuri: optice, ultrasonice și bazate pe microcipuri.

O înregistrare unică a amprentei unei persoane cu un scaner optic durează doar câteva minute. O cameră mică CCD, fie ca dispozitiv de sine stătător, fie încorporată în tastatură, captează o amprentă. Apoi, cu ajutorul unor algoritmi speciali, imaginea rezultată este convertită într-un „șablon” unic - o hartă de micropuncte a acestei amprente, care sunt determinate de golurile și intersecțiile liniilor din ea. Acest șablon (nu amprenta digitală în sine) este apoi criptat și scris într-o bază de date pentru a autentifica utilizatorii rețelei. Un șablon stochează până la 40-50 de micropuncte. În același timp, utilizatorii nu trebuie să-și facă griji cu privire la confidențialitatea lor, deoarece amprenta digitală în sine nu este salvată și nu poate fi recreată folosind micropuncte.

Avantajul scanării cu ultrasunete este capacitatea de a determina caracteristicile dorite pe degetele murdare și chiar prin mănuși subțiri de cauciuc. Este demn de remarcat faptul că sistemele moderne de recunoaștere nu pot fi păcălite chiar și prin alunecarea degetelor proaspăt tăiate în ele (microcipul măsoară parametrii fizici ai pielii), ceea ce, vedeți, este foarte important pentru Rusia.

Peste 50 de producători diferiți sunt implicați în dezvoltarea unor astfel de sisteme. În ceea ce privește costul echipamentului, construcția de complexe pentru verificare necesită de obicei de la câteva sute la câteva mii de dolari. Sistemele AFIS sunt mult mai scumpe. De exemplu, un complex hardware și software folosit de agențiile de drept, menit să stocheze informații despre aproximativ 5 milioane de oameni și care efectuează aproximativ 5 mii de căutări pe zi, va costa câteva milioane de dolari.

Identificarea retinei și irisului

Recunoașterea destul de fiabilă este oferită de sistemele care analizează modelul irisului ochiului uman. Faptul este că această caracteristică este destul de stabilă și nu se schimbă aproape de-a lungul vieții. De asemenea, rețineți că irisii ochilor drept și stângi au modele diferite.

Scanerele cu iris nu necesită ca utilizatorul să se concentreze pe o anumită țintă, în timp ce imaginea video a ochiului poate fi scanată de la o distanță de până la 1,5 m, ceea ce face posibilă utilizarea unor astfel de scanere, de exemplu, în bancomate. Vederea afectată nu interferează cu scanarea și codificarea parametrilor de identificare, atâta timp cât irisul nu este deteriorat. Chiar și o cataractă - o tulburare a cristalinului deoarece se află în spatele irisului - nu interferează în niciun fel cu scanarea.

De obicei se face o distincție între sistemele active și pasive. În sistemele de primul tip, utilizatorul trebuie să ajusteze singur camera, mișcând-o pentru o țintire mai precisă. Sistemele pasive sunt mai ușor de utilizat deoarece camera este configurată automat și sunt foarte fiabile.

Rețineți că echipamentele din această clasă au fost produse până acum doar de două companii: cea mai faimoasă dintre ele IriScan ( http://www.iriscan.com/). Costul sistemelor biometrice ale acestei companii variază de la zeci la câteva mii de dolari.

În sistemele de control biometric care utilizează modelul retinei ca caracteristică de identificare, fundul ochiului este scanat de un sistem optic folosind lumină infraroșie. În acest caz, se determină modelul locației vaselor de sânge din fundul de ochi sau se măsoară caracteristicile de reflectare și absorbție ale retinei. Este nevoie de aproximativ 40 de octeți pentru a înregistra o imagine de audit. Informațiile obținute sunt stocate în memoria sistemului și utilizate pentru comparație. Scanerelor retiniene li se interzice accesul utilizatorilor înregistrați și practic nu există cazuri de acces eronat. Cu toate acestea, imaginea trebuie să fie clară, iar cataracta poate afecta negativ calitatea desenului. Timpul tipic de autorizare este mai mic de 60 s, timpul de analiză este de 3 - 5 s. În ciuda marilor avantaje ale acestei metode (fiabilitatea ridicată, imposibilitatea contrafacerii), aceasta prezintă o serie de dezavantaje care limitează domeniul de aplicare a acesteia (timp de analiză relativ lung, cost ridicat, dimensiuni mari ale dispozitivului de scanare, autorizare nu prea plăcută). procedură).

Pentru asigurarea confidențialității informațiilor, au fost propuse diverse mijloace de autorizare și autentificare a utilizatorului care să îi asigure acestuia accesul fizic necesar la date, fonduri etc. Majoritatea sistemelor moderne de autentificare se bazează pe principiul obținerii, colectării și măsurării informațiilor biometrice, adică informații despre anumite caracteristici fiziologice ale unei persoane.

Avantajul sistemelor de identificare biometrică în comparație cu cele tradiționale (de exemplu, sisteme de coduri PIN sau sisteme de acces bazate pe parole) este că persoana este identificată. Caracteristica folosită în aceste sisteme este o parte integrantă a personalității, este imposibil să pierdeți, transferați, uitați. Deoarece datele biometrice sunt unice pentru fiecare individ, acestea pot fi utilizate pentru a preveni furtul sau frauda. Astăzi există un număr mare de săli computerizate, spații de depozitare, laboratoare de cercetare, bănci de sânge, bancomate, instalații militare etc., accesul la care este controlat de dispozitive care scanează caracteristicile fiziologice unice ale unei persoane.

În ultimii ani, cea mai mare atenție s-a concentrat asupra securității rețelelor de informații, în special a sistemelor de securitate biometrică. Dovadă în acest sens este numărul imens de articole dedicate revizuirii metodelor de identificare umană care au devenit deja tradiționale și cunoscute unei game largi de cititori: după amprentele digitale, prin retina și irisul ochiului, prin caracteristicile și structura chipul, prin geometria mâinii, prin vorbire și scris de mână.

Analiza literaturii științifice și tehnice și periodice de popularizare face posibilă sistematizarea unor astfel de sisteme în ceea ce privește laboriozitatea dezvoltării lor și precizia și fiabilitatea asigurate a rezultatelor măsurătorilor (Fig. 1). Unele tehnologii au fost deja adoptate pe scară largă, altele sunt încă în curs de dezvoltare. În acest articol, vom oferi exemple de sisteme din primul și al doilea grup.

Parolele de azi

Identificarea amprentei

Astăzi, una dintre cele mai răspândite tehnologii biometrice este tehnologia de identificare a amprentelor digitale. Sistemele care utilizează astfel de tehnologii își au originea în sistemele criminalistice, în care amprenta unui criminal a fost introdusă într-un dulap de fișiere și apoi comparată cu amprenta prezentată. De atunci, au apărut un număr mare de dispozitive avansate de scanare a amprentelor. Cercetările în acest domeniu au arătat că amprenta unei persoane nu se modifică în timp, iar dacă pielea este deteriorată, modelul papilar identic este complet restaurat. Evident, din aceste motive, dar și datorită faptului că scanarea unei amprente, spre deosebire de multe alte metode de identificare, nu provoacă disconfort unei persoane, această metodă a devenit cea mai comună metodă de identificare. Un alt avantaj al utilizării acestei tehnici este o acuratețe de recunoaștere destul de ridicată. Companiile de dispozitive de scanare a amprentelor își îmbunătățesc constant algoritmii și au făcut progrese semnificative în acest sens. De exemplu, BioLink Technologies a lansat BioLink U-Match Mouse (Fig. 2), un mouse standard de computer cu rotiță de defilare cu scaner optic de amprente încorporat: interfață - USB sau COM + PS / 2; protecție împotriva manechinelor și a degetelor „morte”; utilizarea elementelor optice avansate asigură o înaltă calitate a scanării și acuratețe a recunoașterii. Scanerul biometric BioLink U-Match MatchBook este realizat ca un dispozitiv separat (Fig. 3), timpul de scanare - 0,13 s, timpul de recunoaștere - 0,2 s, interfață USB, protecție împotriva manechinilor este implementată. Aceste dispozitive prezintă o acuratețe de recunoaștere, astfel încât probabilitatea ca un utilizator neautorizat să obțină acces la informații protejate este de 1 la 1 miliard de amprente digitale.

Pe piața internă câștigă popularitate șoarecii cu scaner de la Siemens, tastaturile cu scaner încorporat de la Cherry, precum și laptopurile cu scaner de amprente; sunt prezentate și dispozitive de la alți producători. Prin urmare, dacă șeful întreprinderii decide să înlocuiască sistemul de securitate învechit cu mijloace mai avansate de protecție a informațiilor, va avea multe din care să aleagă.

Analiza pieței biometrice globale arată că tehnologiile de recunoaștere a amprentelor reprezintă 50% din piața biometrică, iar împreună cu sistemele criminalistice - toate 80%. La sfarsitul anului 2001, International Biometric Group a declarat ca tehnologiile de identificare a amprentei ocupa inca o pozitie de lider in randul tuturor tehnologiilor biometrice de pe piata.

Pentru a utiliza sistemul biometric de recunoaștere a amprentelor digitale standard, utilizatorul trebuie mai întâi să se înregistreze în sistem. În același timp, nu există niciun motiv să vă temeți că amprenta dvs. va fi stocată în memoria dispozitivului - majoritatea sistemelor stochează în memorie nu o imagine reală a unei amprente, ci doar un șablon digital, conform căruia este imposibil să restaurați un imaginea reală, prin urmare, drepturile utilizatorului nu sunt încălcate în niciun fel. Deci, atunci când utilizați dispozitive de la BioLink Technologies, imaginea amprentei este convertită instantaneu într-un mic cod digital (numai 512 octeți).

Implementarea securității biometrice nu necesită întotdeauna înlocuirea sistemului de securitate existent. Este adesea posibil să înlocuiți parolele cu pașaportul biometric al unui utilizator la un cost minim. De exemplu, soluțiile BioLink Technologies vă permit să instalați un sistem biometric de securitate peste un sistem standard de securitate prin parolă. În acest caz, există o înlocuire complet nedureroasă a parolelor cu amprentele digitale. Astfel, puteți proteja în mod fiabil autentificarea la sistemul de operare (Windows NT / 2000, Windows 95/98, Novell NetWare) și modurile de blocare forțată, screen saver și sleep, precum și înlocuirea protecției standard a aplicației cu protecția pentru amprentă. Toate aceste funcții de bază, precum și multe alte posibilități, sunt implementate de software-ul BioLink Authentication Center versiunea 4.2 - singurul sistem complet rusificat din această clasă. În acest caz, modelele de amprentă sunt stocate central - pe complexul hardware și software de autentificare Authenteon (Fig. 4). Serverul oferă stocare securizată a până la 5 mii de modele de amprentă, care nu pot fi folosite pentru a reproduce imaginea reală a amprentei și alte informații secrete. În plus, serverul Authenteon este o administrare centralizată a utilizatorilor, precum și capacitatea administratorului de a acorda cu ușurință utilizatorilor înregistrați diferite privilegii pentru a accesa diferite resurse fără reînregistrare. Toleranța la erori de server este implementată după cum urmează: serverul este un șasiu care găzduiește două servere fizice independente, ceea ce face posibilă schimbarea la cald și replicarea bazei de date pe un server care rulează.

Deoarece în zilele noastre aplicațiile de pe Internet (Internet banking, e-commerce, portaluri corporative) câștigă din ce în ce mai multă popularitate, dezvoltatorii BioLink s-au ocupat de posibilitatea de a introduce identificarea biometrică a amprentelor digitale în aplicațiile de pe Internet. Astfel, orice companie, întreprindere sau instituție poate proteja în mod fiabil informațiile clasificate.

Soluțiile BioLink Technologies sunt concepute în primul rând pentru întreprinderile mijlocii și mari. În același timp, o soluție cuprinzătoare rusificată (software + dispozitive de intrare + server hardware) poate fi cel mai bine integrată cu sistemele de informații și ERP utilizate în întreprindere, ceea ce permite, pe de o parte, reducerea semnificativă a costurilor de administrare a sistemelor de parole și pe de altă parte, protejați în mod fiabil informațiile confidențiale împotriva accesului neautorizat atât în ​​afara, cât și în interiorul întreprinderii.

În plus, devine posibilă rezolvarea unei alte probleme urgente - reducerea semnificativă a riscurilor la transferul datelor către sisteme financiare, bancare și alte sisteme care efectuează tranzacții importante folosind Internetul.

Sisteme de identificare a irisului

După cum rezultă din Fig. 1, cea mai mare acuratețe și fiabilitate în stadiul actual este asigurată de sistemele de identificare biometrică bazate pe analiza și compararea irisului ochiului. La urma urmei, ochii cu același iris, chiar și la gemeni complet identici, nu există. Formându-se în primul an de viață, acest parametru rămâne unic pentru o persoană pe toată perioada existenței sale. Această metodă de identificare diferă de prima prin complexitatea mai mare în utilizare, costul mai mare al echipamentului și condiții stricte de înregistrare.

Ca exemplu de sistem modern de identificare bazat pe analiza irisului ochiului, este oportun să cităm o soluție de la LG.

Sistemul IrisAccess permite în mai puțin de o secundă scanarea unui desen al irisului ochiului, procesarea și compararea cu alte 4 mii de înregistrări pe care le stochează în memoria sa și apoi trimiterea semnalului corespunzător către sistemul de securitate. Tehnologia este complet fără contact (Fig. 5). Un cod digital compact de 512 octeți este construit pe baza imaginii irisului. Dispozitivul are o fiabilitate ridicată în comparație cu majoritatea sistemelor de control biometric cunoscute (Fig. 6), acceptă o bază de date mare, emite instrucțiuni audio în rusă și vă permite să integrați carduri de acces și tastaturi PIN în sistem. Un controler acceptă patru cititoare. Sistemul poate fi integrat în LAN.

IrisAccess 3000 constă dintr-un dispozitiv optic de înregistrare EOU3000, un dispozitiv optic la distanță ROU3000, o unitate de identitate de control ICU3000, o cartelă de captare a imaginii, o placă de interfață pentru ușă și un server PC.

Dacă urmează să fie monitorizate mai multe intrări, un număr de dispozitive la distanță, inclusiv ICU3000 și ROU3000, pot fi conectate la serverul PC printr-o rețea locală (LAN). Descrierile principalelor componente ale sistemului sunt prezentate în bara laterală.

Organizarea controlului accesului și o diagramă schematică a implementării unui sistem de securitate bazat pe IrisAccess de la LG sunt prezentate în Fig. 7,.

Sisteme de recunoaștere a vorbirii

Poziția cea mai de jos din fig. 1 – atât din punct de vedere al intensității muncii cât și din punct de vedere al preciziei – sunt ocupate de sisteme de identificare bazate pe recunoașterea vorbirii. Motivele pentru introducerea acestor sisteme sunt omniprezența rețelelor de telefonie și practica de a încorpora microfoane în calculatoare și periferice precum camerele foto. Dezavantajele unor astfel de sisteme includ factori care influențează rezultatele recunoașterii: interferența în microfoane, influența mediului asupra rezultatelor recunoașterii (zgomot), erori de pronunție, diferite stări emoționale ale standardului testat la momentul înregistrării și la fiecare identificare, utilizarea diferitelor dispozitive de înregistrare în timpul înregistrărilor standardelor și identificării, interferența în canalele de transmisie a datelor de calitate scăzută etc.

Parolele viitorului

Am dat exemple de dispozitive biometrice care sunt deja utilizate pe scară largă pentru controlul accesului, dar progresul științific și tehnologic nu stă pe loc și, prin urmare, gama de tehnologii care pot fi utilizate în sistemele de securitate este în continuă extindere. O serie de tehnologii biometrice sunt în prezent în curs de dezvoltare, dintre care unele sunt considerate foarte promițătoare. Prin urmare, să vorbim despre tehnologii care nu au găsit încă adoptare în masă, dar după un timp ar putea fi la egalitate cu cele mai fiabile tehnologii folosite astăzi. Am inclus următoarele tehnologii în această listă:

1. construirea unei termograme a unei fețe pe baza informațiilor de la un senzor de radiație infraroșu;
2. analiza caracteristicilor ADN-ului;
3. analiza dinamicii impacturilor asupra tastaturii computerului la tastarea textului;
4. analiza structurii pielii și a epiteliului de pe degete pe baza informațiilor cu ultrasunete digitale;
5. analiza amprentelor palmei;
6. analiza formei auriculei;
7. analiza caracteristicilor mersului unei persoane;
8. analiza mirosurilor umane individuale.

Să luăm în considerare esența acestor metode mai detaliat. Tehnologia pentru construirea și analiza unei termograme (Fig. 9) este unul dintre cele mai recente progrese în domeniul biometriei. Utilizarea camerelor cu infraroșu, au descoperit oamenii de știință, oferă o imagine unică a obiectelor de sub pielea feței. Diferitele densități ale oaselor, grăsimii și vaselor de sânge sunt strict individuale și determină imaginea termografică a feței utilizatorului. Conform concluziilor științifice, termograma feței este unică, drept urmare chiar și gemenii absolut similari pot fi distinși cu încredere. Proprietățile suplimentare ale acestei abordări includ invarianța sa față de orice modificări cosmetice sau cosmetologice, inclusiv chirurgie plastică, modificări de machiaj etc., precum și secretul procedurii de înregistrare.

Tehnologia bazată pe analiza caracteristicilor ADN-ului sau, așa cum o numesc oamenii de știință, metoda de identificare genomică (Fig. 10) este, cel mai probabil, deși cea mai pe termen lung, dar și cea mai promițătoare dintre sistemele de identificare. În prezent, această metodă de control este prea lentă și dificil de automatizat. Metoda se bazează pe faptul că ADN-ul uman conține loci polimorfi (locusul este poziția cromozomului (într-o genă sau alele), având adesea 8-10 alele. Determinarea setului acestor alele pentru mai mulți loci polimorfi la un anumit individ. vă permite să obțineți un fel de caracteristică a hărții genomice Numai pentru această persoană.Acuratețea acestei metode este determinată de natura și numărul de loci polimorfi analizați, iar astăzi face posibilă atingerea unui nivel de eroare de 1 la 1 milion de oameni.

Dinamica loviturilor de pe tastatura unui computer la tastarea textului sau scrierea de mână la tastatură analizează modul (ritmul) de tastare a unei anumite fraze de către utilizator. Există două tipuri de sisteme de recunoaștere a scrisului de mână. Primele sunt concepute pentru a autentifica un utilizator atunci când încearcă să obțină acces la resursele de calcul. Aceștia din urmă efectuează controlul de monitorizare după acordarea accesului și blochează sistemul dacă o altă persoană căreia i s-a acordat inițial acces a început să lucreze la computer. Ritmul de lucru la tastatură, așa cum arată studiile unui număr de firme și organizații, este o caracteristică destul de individuală a unui utilizator și este destul de potrivit pentru identificarea și autentificarea acestuia. Pentru a-l măsura, intervalele de timp sunt estimate fie între bătăi la tastarea caracterelor aflate într-o anumită secvență, fie între momentul în care este apăsată tasta și momentul în care este eliberată la tastarea fiecărui caracter din această secvență. Deși a doua metodă este considerată mai eficientă, cel mai bun rezultat se obține prin utilizarea ambelor metode împreună. O caracteristică distinctivă a acestei metode este costul redus, deoarece nu este necesar niciun echipament pentru a analiza informațiile, cu excepția unei tastaturi. De remarcat că în acest moment această tehnologie este în curs de dezvoltare și, prin urmare, este dificil de evaluat gradul de fiabilitate a acesteia, mai ales având în vedere cerințele ridicate pentru sistemele de securitate.

Pentru a identifica o persoană cu mâna, sunt utilizați mai mulți parametri biometrici - aceasta este forma geometrică a mâinii sau a degetelor, locația vaselor de sânge subcutanate ale palmei, modelul liniilor de pe palmă.

Tehnologia de analiză a amprentelor din palmă a început să se dezvolte relativ recent, dar are deja anumite realizări. Motivul dezvoltării acestei tehnologii a fost faptul că dispozitivele de recunoaștere a amprentei au un dezavantaj - au nevoie doar de mâini curate, iar sistemul poate să nu recunoască o amprentă murdară. Prin urmare, o serie de companii de dezvoltare s-au concentrat pe tehnologia care analizează nu modelul liniilor de pe piele, ci conturul palmei, care are și un caracter individual. Așadar, la jumătatea anului trecut, în Marea Britanie a început dezvoltarea unui nou sistem informatic, care va permite identificarea suspecților prin amprentele mâinilor. Un sistem similar de amprentă a fost folosit cu succes de poliția britanică de trei ani. Dar numai amprentele digitale, potrivit experților criminaliști, adesea nu sunt suficiente. Până la 20% din urmele de pași lăsate la locul crimei sunt amprente de mâini. Cu toate acestea, analiza lor prin mijloace tradiționale este destul de laborioasă. Informatizarea acestui proces va permite utilizarea pe scară largă a amprentelor mâinilor și va duce la o creștere semnificativă a detectării infracțiunilor. Sistemul este de așteptat să fie operațional până la începutul anului 2004 la un cost de 17 milioane de lire sterline pentru Ministerul de Interne. Trebuie remarcat faptul că dispozitivele de scanare a palmelor tind să fie scumpe și, prin urmare, nu ușor de echipat un număr mare de stații de lucru.

Tehnologia de analiză a formei auriculei este una dintre cele mai recente abordări în identificarea umană biometrică. Chiar și o cameră web ieftină poate produce mostre destul de fiabile pentru comparare și identificare. De remarcat faptul că, întrucât această metodă nu a fost suficient studiată, nu am putut găsi informații de încredere despre starea actuală a lucrurilor în literatura științifică și tehnică.

Capacitatea câinilor de a distinge oamenii prin miros și prezența unei influențe genetice asupra mirosului corporal ne permit să luăm în considerare această caracteristică, în ciuda dependenței sale de obiceiuri și obiceiuri individuale (folosirea parfumului, alimentația, consumul de droguri etc.), promițătoare în ceea ce privește utilizarea pentru autentificarea personalității biometrice. În prezent, dezvoltarea sistemelor de „nas electronic” este deja în curs de desfășurare (Fig. 11). De regulă, „nasul electronic” este un sistem complex format din trei unități funcționale care funcționează în modul de percepție periodică a substanțelor mirositoare: sisteme de prelevare și de preparare a probelor, o riglă sau o matrice de senzori cu proprietăți specificate și un bloc pentru procesarea semnalelor. din matricea senzorilor. Această tehnologie, la fel ca tehnologia de analiză a formei auriculei, mai are un drum lung de parcurs până să poată îndeplini cerințele biometrice.

În concluzie, este prea devreme pentru a prezice unde, cum și sub ce formă vor fi introduse în cele din urmă servicii biometrice de încredere. Dar este foarte clar că nu se poate renunța la identificarea biometrică dacă este necesar să se obțină rezultate pozitive, de încredere și de nerefuzat. Prin urmare, este posibil ca, în viitorul foarte apropiat, parolele și codurile PIN să facă loc unor noi mijloace de autorizare și autentificare mai fiabile.

ComputerPress 3 "2002

În a doua parte a articolului (prima a fost publicată în RS Magazin / RE, 1/2004), sunt dezvăluite principalele metode de recunoaștere a amprentelor, algoritmi de construire a sistemelor de recunoaștere și unele metode de protecție împotriva manechinilor. Dar înainte de a trece la aceste întrebări, să luăm în considerare ce este și cum apare modelul papilar pe suprafața degetelor.

Pielea umană este formată din două straturi: epiderma (eriderma), stratul exterior, și derma (derma), stratul mai profund.

În a cincea lună de dezvoltare intrauterină a unei persoane, dermul, înainte de a fi uniform, devine neuniform și începe să ia forma unui set de tuberculi dermici alternând între ei (uneori se numesc papile). Pe suprafața degetelor, acești tuberculi se pliază în rânduri. Epiderma repetă structura stratului exterior al dermei și formează mici pliuri care reflectă și repetă cursul rândurilor de tuberculi dermici.

Pliurile pe care le vedem la suprafata pielii cu ochiul liber se numesc linii papilare (din latinescul papillae - papillae) si sunt separate unele de altele prin caneluri superficiale. În vârful pliurilor, crestele liniilor papilare, există numeroși pori minusculi - deschiderile exterioare ale canalelor excretoare ale glandelor sudoripare ale pielii. Liniile papilare de pe suprafața degetelor formează diverse modele numite modele papilare.

În cele din urmă, modelul papilar de pe suprafața degetelor este format de luna a șaptea de dezvoltare intrauterină. Din acel moment, șanțurile formate pe suprafața degetelor rămân neschimbate de-a lungul vieții unei persoane.

Structura stratului superior al pielii degetelor umane, epiderma, este de așa natură încât protejează dermul, adică pielea însăși, de deteriorarea mecanică. După orice deteriorare a epidermei care nu afectează tuberculii dermici, modelul papilar este restabilit la forma sa originală în timpul procesului de vindecare, ceea ce a fost confirmat de numeroase experimente. Dacă tuberculii dermici sunt deteriorați, atunci se formează o cicatrice, care într-o anumită măsură deformează modelul papilar, dar nu schimbă fundamental modelul general inițial, iar cicatricea însăși poate fi folosită ca semn secundar pentru identificare.

În amprentarea tradițională rusă, modelele papilare ale degetelor sunt împărțite în trei tipuri principale: arc (aproximativ 5% din toate amprentele), buclă (65%) și curl (30%); pentru fiecare tip, se realizează o clasificare mai detaliată în subtipuri. Cu toate acestea, în cadrul acestui articol, în primul rând, vor fi luate în considerare metodele de identificare umană automată, și nu amprentarea.

Metode de recunoaștere

În funcție de calitatea imaginii amprentei obținute de la scaner, pe aceasta se pot distinge unele trăsături caracteristice ale suprafeței degetelor, care pot fi folosite ulterior pentru identificare.

La cel mai simplu nivel tehnic, de exemplu, când rezoluția imaginii de suprafață a degetului obținută de la scaner este de 300-500 dpi, acesta prezintă un număr suficient de mare de mici detalii (minutiae) prin care acestea pot fi clasificate, dar, ca un regulă, doar două tipuri de detalii de model (puncte singulare): puncte de capăt, la care liniile papilare se termină clar și punctele de ramificație, la care liniile papilare se bifurcă.

Dacă este posibil să obțineți o imagine a suprafeței unui deget cu o rezoluție de aproximativ 1000 de puncte / inch, atunci este posibil să găsiți pe ea detaliile structurii interne a liniilor papilare în sine, în special porii. glandele sudoripare și, în consecință, utilizați locația lor pentru identificare. Cu toate acestea, din cauza dificultății de a obține imagini de o asemenea calitate în condiții non-laboratoare, această metodă nu este utilizată pe scară largă.

Cu recunoașterea automată a amprentelor digitale (spre deosebire de amprentarea tradițională), există mult mai puține probleme asociate cu diverși factori externi care afectează procesul de recunoaștere în sine. La primirea amprentelor prin metoda cerneală (folosind rollback), este important să excludem sau cel puțin să minimizați deplasarea sau rotația degetului, modificările de presiune, modificările calității suprafeței pielii etc. calitatea este mult mai simplă. Calitatea imaginii modelului papilar al degetului obținut de la scaner este unul dintre criteriile principale de care depinde algoritmul selectat pentru formarea convoluției amprentei și, în consecință, identificarea unei persoane.

În prezent, există trei clase de algoritmi de comparare a amprentelor.

1. Compararea corelațiilor- se suprapun două imagini de amprentă una peste alta, și se calculează corelația (din punct de vedere al intensității) între pixelii corespunzători, calculată pentru diferite aliniamente ale imaginilor una față de cealaltă (de exemplu, prin diferite deplasări și rotații); se ia o decizie cu privire la identitatea tipăritelor pe baza factorului corespunzător. Datorită complexității și duratei acestui algoritm, în special la rezolvarea problemelor de identificare (comparație unu-la-mulți), sistemele bazate pe acesta nu sunt acum practic utilizate.

2. Comparație prin puncte singulare- pe baza uneia sau mai multor imagini ale amprentelor de la scaner, se formează un șablon, care este o suprafață bidimensională pe care sunt evidențiate punctele finale și punctele de ramificație. Aceste puncte sunt, de asemenea, evidențiate pe imaginea scanată a printului, harta lor este comparată cu șablonul și se ia o decizie asupra identității printurilor pe baza numărului de puncte potrivite. În munca algoritmilor din această clasă, sunt implementate mecanisme de comparare a corelației, dar atunci când se compară poziția fiecăruia dintre punctele care se presupune că corespund unul altuia. Datorită simplității implementării și vitezei de funcționare, algoritmii din această clasă sunt cei mai răspândiți. Singurul dezavantaj semnificativ al acestei metode de comparație este cerințele destul de ridicate pentru calitatea imaginii rezultate (aproximativ 500 dpi).

3. Comparație după model- în acest algoritm de comparație sunt utilizate direct trăsăturile structurale ale modelului papilar de pe suprafața degetelor. Imaginea de amprentă primită de la scaner este împărțită în mai multe celule mici (dimensiunea celulelor depinde de precizia necesară). Locația liniilor în fiecare celulă este descrisă de parametrii unei anumite unde sinusoidale, adică defazarea inițială, lungimea de undă și direcția de propagare a acesteia sunt setate. Imprimarea obținută pentru comparație este aplatizată și redusă la același aspect ca și șablonul. Apoi sunt comparați parametrii reprezentărilor de undă ale celulelor corespunzătoare. Avantajul algoritmilor de comparație din această clasă este că nu necesită imagini de înaltă calitate.

În cadrul articolului, ne vom limita la o descriere generalizată a funcționării fiecăreia dintre clasele de algoritmi, în practică totul pare mult mai complicat atât din punctul de vedere al aparatului matematic, cât și al lucrului cu imaginea. . Rețineți că în identificarea automată există mai multe probleme asociate cu complexitatea scanării și recunoașterii anumitor tipuri de amprente, în primul rând acest lucru se aplică copiilor mici, deoarece degetele lor sunt foarte mici pentru a-și primi amprentele cu detalii acceptabile chiar și pe echipamente bune. recunoaştere. În plus, aproximativ 1% dintre adulți au amprente atât de unice încât, pentru a lucra cu ei, trebuie să dezvolți algoritmi de procesare specializați sau să faci o excepție sub formă de respingere personală a biometriei pentru ei.

Abordări de protecție falsă

Problema protejarii unei game largi de sisteme biometrice de manechinele identificatorilor biometrici este una dintre cele mai dificile atat pentru intregul domeniu cat si, in primul rand, pentru tehnologia de recunoastere a amprentei. Acest lucru se datorează faptului că amprentele sunt relativ ușor de obținut în comparație, de exemplu, cu irisul ochiului sau cu forma 3D a mâinii, iar realizarea unei amprente false pare, de asemenea, o sarcină mai simplă. Nu vom atinge tehnologiile pentru realizarea manechinelor de amprente, deoarece au existat suficiente informații despre acest lucru recent în multe surse. Să ne oprim asupra metodelor și abordărilor de bază ale protecției împotriva lor.

În general, toate metodele pot fi împărțite în două grupuri.

1. Tehnic- metode de protectie, implementate fie la nivel de software care functioneaza cu imaginea, fie la nivelul cititorului. Să le luăm în considerare mai detaliat.

Protecția la nivelul cititorului constă în faptul că scanerul însuși implementează un algoritm de achiziție a imaginii care vă permite să obțineți o amprentă doar de la un deget „în direct”, și nu de la un manechin, de exemplu, așa este fibră optică scanerele, descrise în prima parte a articolului, funcționează;

Protecția prin caracteristică suplimentară constă în obținerea cu ajutorul unui dispozitiv de scanare a unei caracteristici suplimentare, conform căreia se poate decide dacă identificatorul furnizat este un fals. De exemplu, cu ajutorul scanerelor cu ultrasunete este posibil să se obțină informații despre prezența unui puls într-un deget, în unele scanere optice de înaltă rezoluție este posibil să se determine prezența particulelor de transpirație în imagine etc. Aproape fiecare producătorul are o astfel de caracteristică „proprietă”, despre care, de regulă, nu se spune, deoarece știind-o, este mult mai ușor să găsești o modalitate de a ocoli această protecție;

Protecție prin date anterioare, atunci când amprenta ultimului deget care a atins scanerul rămâne pe suprafața acestuia, care poate fi folosită la realizarea unui manechin. În acest caz, ele sunt protejate prin stocarea ultimelor imagini din scaner (numărul lor este diferit pentru fiecare producător), cu care se compară mai întâi orice imagine nouă. Și din moment ce este imposibil să aplicați exact același deget de două ori la scaner, în cazul oricărei coincidențe, se ia decizia de a folosi un manechin.

2. Organizatoric- esenta acestor metode in organizarea proceselor de autentificare in asa fel incat sa complice sau sa excluda posibilitatea utilizarii unui manechin. Să aruncăm o privire la aceste metode.

Complicarea procesului de identificare. În procesul de înscriere a amprentelor digitale în sistem, mai multe degete sunt înscrise pentru fiecare utilizator (ideal toate cele 10). Apoi, direct în timpul procesului de autentificare, utilizatorului i se cere să verifice mai multe degete într-o secvență aleatorie, ceea ce complică foarte mult autentificarea la sistem folosind un manechin;

Multibiometrie sau biometrie multifactorială. Aici sunt implementate mai multe tehnologii biometrice pentru autentificare, de exemplu, o amprentă și o formă a feței sau retină etc.

Autentificare multi-factor. Pentru a spori protecția, se utilizează un set de metode de autentificare, de exemplu, biometrie și carduri inteligente sau e-token-uri.

Concluzie

Acest articol a oferit o descriere generală a caracteristicilor interne ale celei mai utilizate tehnologii biometrice. Multe aspecte ale construirii sistemelor bazate pe recunoașterea umană automată prin amprentă nu au fost încă luate în considerare, cum ar fi procesarea și normalizarea imaginilor, caracteristicile construcției de sisteme de rețea corporative, servere de autentificare biometrică, tipuri de atacuri asupra sistemelor biometrice și metode de protecție împotriva acestora etc. . . ., fiecare dintre acestea fiind un subiect separat pentru un material mare. Recunoașterea amprentelor devine din ce în ce mai interesantă în lumina reformelor planificate ale pașapoartelor străine și interne rusești în următorii câțiva ani și a regulilor de intrare pentru vizele care conțin date biometrice, în primul rând amprente, deja introduse în unele țări.

Revista PC / Ediția Rusă

ZlodeiBaal 11 august 2011 la 21:54

Metode moderne de identificare biometrică

• Securitatea informațiilor

Recent, pe Habré au apărut multe articole pe sistemele de identificare a feței de la Google. Sincer să fiu, de la mulți dintre ei poartă jurnalism și, ca să spunem ușor, incompetență. Și am vrut să scriu un articol bun despre biometrie, nu este primul meu! Există câteva articole bune despre biometrie pe Habré - dar sunt destul de scurte și incomplete. Aici voi încerca să subliniez pe scurt principiile generale ale identificării biometrice și realizările moderne ale omenirii în această problemă. Inclusiv identificarea prin fețe.

Articolul are, care este în esență prequelul său.

Articolul se va baza pe o publicație comună cu un coleg din revista (BDI, 2009), revizuită pentru a se potrivi realităților moderne. Habré nu are încă colegi, dar a susținut publicarea articolului revizuit aici. La momentul publicării, articolul era o scurtă prezentare a pieței de tehnologie biometrică modernă, pe care am realizat-o singuri înainte de a ne lansa produsul. Judecățile evaluative privind aplicabilitatea prezentate în a doua parte a articolului se bazează pe opiniile persoanelor care au folosit și implementat produsele, precum și pe opiniile persoanelor implicate în producția de sisteme biometrice în Rusia și Europa.

informatii generale

Să începem cu elementele de bază. În 95% din cazuri, biometria este în esență statistică matematică. Și matstat este o știință exactă, ai cărei algoritmi sunt folosiți peste tot: în radare și în sistemele bayesiene. Erorile de primul și al doilea fel pot fi considerate cele două caracteristici principale ale oricărui sistem biometric). În teoria radarului, ele sunt de obicei numite „falsă alarmă” sau „target miss”, iar în biometrie cele mai consacrate concepte sunt FAR (False Acceptance Rate) și FRR (False Rejection Rate). Primul număr caracterizează probabilitatea unei coincidențe false a caracteristicilor biometrice a două persoane. Al doilea este probabilitatea de a refuza accesul unei persoane autorizate. Sistemul este mai bun, cu cât valoarea FRR este mai mică pentru aceleași valori FAR. Uneori se folosește și caracteristica comparativă EER, care determină punctul în care se intersectează graficele FRR și FAR. Dar nu este întotdeauna reprezentativ. Mai multe detalii pot fi găsite, de exemplu,.
Se pot observa următoarele: dacă FAR și FRR nu sunt date în caracteristicile sistemului bazat pe baze de date biometrice deschise, atunci orice ar declara producătorii despre caracteristicile acestuia, acest sistem este cel mai probabil incompetent sau mult mai slab decât concurenții.
Dar nu numai FAR și FRR determină calitatea sistemului biometric. Dacă aceasta ar fi singura cale, atunci tehnologia de vârf ar fi recunoașterea oamenilor de către ADN, pentru care FAR și FRR tind la zero. Dar este evident că această tehnologie nu este aplicabilă în stadiul actual al dezvoltării umane! Am dezvoltat mai multe caracteristici empirice care ne permit să evaluăm calitatea sistemului. „Rezistența la contrafacere” este o caracteristică empirică care rezumă cât de ușor este să păcăliți un identificator biometric. „Rezistența la mediu” - o caracteristică care evaluează empiric stabilitatea sistemului în diferite condiții externe, cum ar fi schimbările de iluminare sau temperatura camerei. „Ușurința de utilizare” arată cât de dificil este să utilizați un scaner biometric, dacă identificarea este posibilă „din mers”. O caracteristică importantă este „Viteza de funcționare” și „Costul sistemului”. Nu uitați că caracteristicile biometrice ale unei persoane se pot schimba în timp, deci dacă este instabilă, acesta este un dezavantaj semnificativ.
Abundența metodelor biometrice este uimitoare. Principalele metode care utilizează caracteristicile biometrice statice ale unei persoane sunt identificarea prin modelul papilar pe degete, iris, geometria feței, retină, modelul venelor mâinii și geometria mâinii. Există și o familie de metode care utilizează caracteristici dinamice: identificarea prin voce, dinamica scrisului de mână, ritmul cardiac, mersul. Mai jos este distribuția pieței biometrice în urmă cu câțiva ani. În orice altă sursă, aceste date fluctuează cu 15-20 la sută, deci aceasta este doar o estimare. Tot aici sub conceptul de „geometrie a mâinii” există două metode diferite, care vor fi discutate mai jos.


În acest articol, vom lua în considerare doar acele caracteristici care sunt aplicabile în sistemele de control al accesului (ACS) sau în sarcinile conexe. Datorită superiorității lor, acestea sunt în primul rând caracteristici statice. Dintre caracteristicile dinamice în acest moment, doar recunoașterea vocii are cel puțin o anumită semnificație statistică (comparabilă cu cei mai proasți algoritmi statici FAR ~ 0,1%, FRR ~ 6%), dar numai în condiții ideale.
Pentru a înțelege probabilitățile FAR și FRR, puteți estima cât de des vor apărea potriviri false dacă instalați un sistem de identificare la o poartă cu N personal. Probabilitatea unei coincidențe false a unei amprente primite de un scaner pentru o bază de date de N amprente este FAR ∙ N. Și în fiecare zi trec și aproximativ N persoane prin punctul de control acces. Atunci probabilitatea de eroare pentru o zi lucrătoare este FAR ∙ (N ∙ N). Desigur, în funcție de obiectivele sistemului de identificare, probabilitatea unei erori pe unitatea de timp poate varia foarte mult, dar dacă acceptăm o eroare pe zi lucrătoare ca fiind acceptabilă, atunci:
(1)
Apoi obținem că funcționarea stabilă a sistemului de identificare cu FAR = 0,1% = 0,001 este posibilă cu numărul de personal N≈30.

Scanere biometrice

Astăzi, conceptul de „algoritm biometric” și „scaner biometric” nu sunt neapărat interconectate. Compania poate produce aceste elemente individual sau împreună. Cea mai mare diferențiere a producătorilor de scanere și a producătorilor de software a fost realizată pe piața biometriei papilare a degetelor. Cel mai mic scaner facial 3D de pe piață. De fapt, nivelul de diferențiere reflectă în mare măsură dezvoltarea și saturația pieței. Cu cât mai multe alegeri, cu atât subiectul este mai elaborat și adus la perfecțiune. Diferite scanere au un set diferit de capabilități. Practic este un set de teste pentru a verifica dacă un obiect biometric este manipulat sau nu. Pentru scanerele de degete poate fi o verificare cu denivelare sau verificarea temperaturii, pentru scanerele oculare poate fi o verificare a acomodarii elevului, pentru scanerele faciale poate fi o mișcare a feței.
Scanerele influențează foarte mult statisticile FAR și FRR primite. În unele cazuri, aceste numere se pot schimba de zeci de ori, mai ales în condiții reale. De obicei, caracteristicile algoritmului sunt date pentru o bază „ideală”, sau doar pentru una bine potrivită, unde cadrele neclare și neclare sunt aruncate afară. Doar câțiva algoritmi indică sincer atât ieșirea de bază, cât și ieșirea completă FAR / FRR pentru aceasta.

Și acum mai detaliat despre fiecare dintre tehnologii

Amprentele digitale

Amprentarea (recunoașterea amprentelor) este cea mai dezvoltată metodă biometrică de identificare personală în prezent. Catalizatorul pentru dezvoltarea metodei a fost utilizarea pe scară largă în știința criminalistică a secolului al XX-lea.
Fiecare persoană are un model unic de amprentă papilară, ceea ce face posibilă identificarea. De obicei, algoritmii folosesc puncte caracteristice pe amprentele digitale: capătul liniei de model, ramificarea liniei, puncte individuale. În plus, sunt implicate informații despre structura morfologică a amprentei: poziția relativă a liniilor închise ale modelului papilar, liniile „arcuite” și spiralate. Caracteristicile modelului papilar sunt convertite într-un cod unic care păstrează conținutul informațional al imaginii imprimate. Și „codurile de amprentă” sunt stocate în baza de date folosită pentru căutare și comparare. Timpul pentru a traduce o imagine a amprentei într-un cod și identificarea acesteia nu depășește de obicei 1 s, în funcție de dimensiunea bazei de date. Timpul petrecut pentru ridicarea mâinii nu este luat în calcul.

Statisticile VeriFinger SDK obținute cu scanerul de amprentă DP U.are.U au fost folosite ca sursă de date despre FAR și FRR. În ultimii 5-10 ani, caracteristicile recunoașterii degetelor nu au progresat prea mult, așa că cifrele date sunt un bun exemplu al valorii medii a algoritmilor moderni. Algoritmul VeriFinger a câștigat timp de câțiva ani Concursul Internațional de Verificare a Amprentei, unde algoritmii de recunoaștere a degetelor au concurat.

Valoarea tipică FAR pentru metoda de recunoaștere a amprentei este de 0,001%.
Din formula (1) se obține că funcționarea stabilă a sistemului de identificare cu FAR = 0,001% este posibilă cu numărul de personal N≈300.

Avantajele metodei. Fiabilitate ridicată - indicatorii statistici ai metodei sunt mai buni decât indicatorii metodelor de identificare prin față, voce, pictură. Cost redus al dispozitivelor care scanează o imagine cu amprentă digitală. O procedură destul de simplă pentru scanarea unei amprente.
Dezavantaje: modelul papilar al amprentei se deteriora foarte usor prin mici zgarieturi si taieturi. Persoanele care au folosit scanere în fabrici cu câteva sute de angajați raportează o rată mare de eșec la scanare. Multe dintre scanere sunt inadecvate pentru pielea uscată și împiedică persoanele în vârstă. Când a comunicat la ultima expoziție MIPS, șeful serviciului de securitate al unei mari întreprinderi chimice a spus că încercarea lor de a introduce scanere de degete în întreprindere (s-au încercat scanere de diferite sisteme) a eșuat - expunerea minimă la substanțe chimice pe degetele angajaților. a cauzat defectarea sistemelor de securitate ale scanerelor - scanerele au declarat că degetele sunt false. Există, de asemenea, o lipsă de protecție împotriva contrafacerii imaginii amprentei, parțial din cauza utilizării pe scară largă a metodei. Desigur, nu toate scanerele pot fi păcălite cu metodele Legend Busters, dar totuși. Pentru unele persoane cu degete „nepotrivite” (în special temperatura corpului, umiditatea), probabilitatea de a refuza accesul poate ajunge la 100%. Numărul acestor persoane variază de la o fracțiune de procent pentru scanere scumpe la zece procente pentru cele ieftine.
Desigur, este de remarcat faptul că un număr mare de deficiențe sunt cauzate de prevalența pe scară largă a sistemului, dar aceste neajunsuri au loc și apar foarte des.

Situația pieței

În prezent, sistemele de recunoaștere a amprentelor ocupă mai mult de jumătate din piața biometrică. Multe companii rusești și străine sunt angajate în producția de sisteme de control al accesului bazate pe metoda de identificare a amprentei. Datorită faptului că această direcție este una dintre cele mai vechi, este cea mai răspândită și este de departe cea mai dezvoltată. Scanerele de amprente au parcurs un drum foarte lung pentru a se îmbunătăți. Sistemele moderne sunt echipate cu diverși senzori (temperatură, presiune etc.), care măresc gradul de protecție împotriva contrafacerii. Sistemele devin din ce în ce mai convenabile și mai compacte în fiecare zi. De fapt, dezvoltatorii au atins deja o anumită limită în acest domeniu și nu există unde să dezvolte metoda în continuare. În plus, majoritatea companiilor produc sisteme gata făcute care sunt echipate cu tot ce aveți nevoie, inclusiv software. Integratorii din această zonă pur și simplu nu trebuie să asambleze singuri sistemul, deoarece este neprofitabil și va necesita mai mult timp și efort decât cumpărarea unui sistem gata făcut și deja ieftin, cu atât alegerea va fi cu adevărat largă.
Printre companiile străine care se ocupă de sisteme de recunoaștere a amprentei se remarcă SecuGen (scanere USB pentru PC-uri, scanere care pot fi instalate în întreprinderi sau încorporate în încuietori, SDK și software pentru conectarea sistemului cu un computer); Bayometric Inc. (scanere de amprente, sisteme TAA / Control acces, SDK-uri de amprentă, module de amprentă încorporate); DigitalPersona, Inc. (scanere USB, SDK). În Rusia lucrează în acest domeniu următoarele companii: BioLink (scanere de amprente, dispozitive biometrice de control al accesului, software); Sonda (scanere de amprente, dispozitive biometrice de control al accesului, SDK); SmartLock (scanere de amprente și module), etc.

Iris

Irisul ochiului este o caracteristică unică a omului. Modelul irisului se formează în luna a opta de dezvoltare intrauterină, în cele din urmă se stabilizează la vârsta de aproximativ doi ani și practic nu se schimbă în timpul vieții, cu excepția cazului în urma unor traumatisme severe sau a unor patologii ascuțite. Metoda este una dintre cele mai precise dintre metodele biometrice.
Sistemul de identificare a irisului este împărțit logic în două părți: un dispozitiv pentru captarea unei imagini, procesarea primară și transmiterea acesteia către un computer și un computer care compară imaginea cu imaginile din baza de date și trimite o comandă pentru admiterea în dispozitivul executiv. .
Timpul de procesare a imaginii primare în sistemele moderne este de aproximativ 300-500ms, viteza de comparare a imaginii rezultate cu baza este la nivelul de 50.000-150.000 de comparații pe secundă pe un PC obișnuit. Această viteză de comparație nu impune restricții privind aplicarea metodei în organizațiile mari atunci când este utilizată în sistemele de acces. Atunci când se utilizează computere specializate și algoritmi de optimizare a căutării, devine chiar posibil să se identifice o persoană printre locuitorii unei țări întregi.
Pot să răspund imediat că sunt oarecum părtinitoare și am o atitudine pozitivă față de această metodă, întrucât tocmai în acest domeniu ne-am lansat startup-ul. Un paragraf de la sfârșit va fi dedicat unei mici auto-promovare.

Caracteristicile statistice ale metodei

Caracteristicile FAR și FRR pentru iris sunt cele mai bune din clasa sistemelor biometrice moderne (cu posibila excepție a metodei de recunoaștere a retinei). Articolul prezintă caracteristicile bibliotecii de recunoaștere a irisului a algoritmului nostru - EyeR SDK, care corespund algoritmului VeriEye testat pe aceleași baze. Am folosit baze de date CASIA obținute de scanerul lor.

Valoarea tipică FAR este 0,00001%.
Conform formulei (1), N≈3000 este numărul de personal al organizației, la care identificarea angajatului este destul de stabilă.
Este demn de remarcat aici o caracteristică importantă care distinge sistemul de recunoaștere a irisului de alte sisteme. În cazul utilizării unei camere cu o rezoluție de 1,3 MP sau mai mult, puteți surprinde doi ochi într-un cadru. Deoarece probabilitățile FAR și FRR sunt probabilități independente statistic, la recunoașterea de la doi ochi, valoarea FAR va fi aproximativ egală cu pătratul valorii FAR pentru un ochi. De exemplu, pentru FAR 0,001%, atunci când se folosesc doi ochi, probabilitatea unei toleranțe false va fi de 10-8%, cu FRR este doar de două ori mai mare decât valoarea FRR corespunzătoare pentru un ochi cu FAR = 0,001%.

Avantajele și dezavantajele metodei

Avantajele metodei. Fiabilitatea statistică a algoritmului. Captarea unei imagini a irisului poate fi efectuată la o distanță de la câțiva centimetri până la câțiva metri, în timp ce nu există contact fizic între persoană și dispozitiv. Irisul este protejat de deteriorare - ceea ce înseamnă că nu se va schimba în timp. De asemenea, este posibil să utilizați un număr mare de metode de combatere a contrafacerii.
Dezavantajele metodei. Prețul unui sistem bazat pe iris este mai mare decât prețul unui sistem bazat pe recunoașterea degetelor sau recunoașterea facială. Disponibilitate scăzută a soluțiilor gata făcute. Orice integrator care vine astăzi pe piața rusă și spune „dați-mi un sistem gata făcut” este probabil să se întrerupă. Majoritatea vând sisteme scumpe la cheie instalate de companii mari precum Iridian sau LG.

Situația pieței

În prezent, ponderea tehnologiilor de identificare a irisului pe piața biometrică mondială este, conform diverselor estimări, de la 6 la 9 la sută (în timp ce tehnologiile de recunoaștere a amprentei ocupă peste jumătate din piață). Trebuie remarcat faptul că încă de la începutul dezvoltării acestei metode, consolidarea ei pe piață a fost încetinită de costul ridicat al echipamentelor și componentelor necesare pentru asamblarea unui sistem de identificare. Cu toate acestea, odată cu dezvoltarea tehnologiilor digitale, costul unui sistem separat a început să scadă.
Liderul în dezvoltarea de software în acest domeniu este Iridian Technologies.
Intrarea pe piață pentru un număr mare de producători a fost limitată de complexitatea tehnică a scanerelor și, ca urmare, de costul ridicat al acestora, precum și de prețul ridicat al software-ului datorat poziției de monopol a Iridian pe piață. Acești factori au permis doar marilor companii să se dezvolte în domeniul recunoașterii irisului, cel mai probabil deja angajate în producerea unor componente adecvate pentru sistemul de identificare (optică de înaltă rezoluție, camere miniaturale cu iluminare în infraroșu etc.). Exemple de astfel de companii pot fi LG Electronics, Panasonic, OKI. Ei au încheiat un acord cu Iridian Technologies, iar în urma lucrului comun au apărut următoarele sisteme de identificare: Iris Access 2200, BM-ET500, OKI IrisPass. În viitor, au apărut modele îmbunătățite de sisteme, datorită capacităților tehnice ale acestor companii de a se dezvolta independent în acest domeniu. De spus că și companiile de mai sus și-au dezvoltat propriul software, dar până la urmă preferă software-ul Iridian Technologies în sistemul finit.
Piața rusă este dominată de produsele companiilor străine. Deși asta cu greu poate fi cumpărat. Multă vreme, firma Papillon a asigurat pe toată lumea că au recunoașterea irisului. Dar chiar și reprezentanții RosAtom, cumpărătorul lor direct, pentru care au realizat sistemul, spun că acest lucru nu este adevărat. La un moment dat, a apărut o altă companie rusă care producea scanere de iris. Acum nu-mi amintesc numele. Ei au cumpărat algoritmul de la cineva, eventual de la același VeriEye. Scanerul în sine era un sistem vechi de 10-15 ani, nu fără contact.
În ultimul an, câțiva producători noi au intrat pe piața mondială din cauza expirării brevetului primar pentru recunoașterea unei persoane după ochi. Cel mai de încredere dintre ei, după părerea mea, este AOptix. Cel puțin previzualizările și documentația lor nu sunt suspecte. A doua companie este SRI International. Chiar și la prima vedere, pentru o persoană implicată în sistemele de recunoaștere a irisului, videoclipurile lor par foarte înșelătoare. Deși nu m-aș mira dacă în realitate pot face ceva. Și acela și acel sistem nu arată date despre FAR și FRR și, de asemenea, aparent, nu este protejat de contrafacere.

Recunoaștere facială

Există multe metode de recunoaștere a geometriei feței. Toate se bazează pe faptul că trăsăturile feței și forma craniului fiecărei persoane sunt individuale. Această zonă a biometriei pare atrăgătoare pentru mulți, pentru că ne recunoaștem în primul rând după fețele lor. Această zonă este împărțită în două direcții: recunoaștere 2-D și recunoaștere 3-D. Fiecare dintre ele are avantaje și dezavantaje, dar depinde mult și de domeniul de aplicare și de cerințele pentru un anumit algoritm.
Pe scurt, vă voi spune despre 2-d și voi trece la una dintre cele mai interesante metode pentru astăzi - 3-d.

Recunoașterea feței 2-D

Recunoașterea feței 2-D este una dintre cele mai ineficiente statistici biometrice. A apărut cu destul de mult timp în urmă și a fost folosit în principal în știința criminalistică, ceea ce a contribuit la dezvoltarea sa. Ulterior, au apărut interpretări computerizate ale metodei, în urma cărora aceasta a devenit mai fiabilă, dar, desigur, a fost inferioară și în fiecare an din ce în ce mai inferioară altor metode biometrice de identificare a personalității. În prezent, din cauza indicatorilor statistici slabi, este utilizat în biometria multimodală sau, cum se mai spune, încrucișată, sau în rețelele sociale.

Caracteristicile statistice ale metodei

Pentru FAR și FRR, au fost utilizate date din algoritmii VeriLook. Din nou, are caracteristici foarte comune pentru algoritmii moderni. Uneori, algoritmii cu un FRR de 0,1% sunt flashiți cu un FAR similar, dar bazele pe care au fost obținute sunt foarte îndoielnice (fond decupat, aceeași expresie facială, aceeași coafură, iluminare).

Valoarea tipică FAR este de 0,1%.
Din formula (1) obținem N≈30 - numărul de personal al organizației, la care identificarea angajatului este destul de stabilă.
După cum puteți vedea, indicatorii statistici ai metodei sunt destul de modesti: acest lucru anulează avantajul metodei că este posibil să se efectueze fotografierea sub acoperire a fețelor în locuri aglomerate. E amuzant să vezi cum, de câteva ori pe an, un alt proiect este finanțat pentru depistarea criminalilor prin camere video instalate în locuri aglomerate. În ultimii zece ani, caracteristicile statistice ale algoritmului nu s-au îmbunătățit, iar numărul de astfel de proiecte a crescut. Deși, este de remarcat faptul că algoritmul este destul de potrivit pentru a ghida o persoană într-o mulțime prin multe camere.

Avantajele și dezavantajele metodei

Avantajele metodei. Cu recunoașterea 2-D, spre deosebire de majoritatea metodelor biometrice, nu sunt necesare echipamente scumpe. Cu echipamentul adecvat, posibilitatea recunoașterii la distanțe semnificative față de cameră.
Defecte. Semnificație statistică scăzută. Sunt impuse cerințe de iluminat (de exemplu, nu este posibilă înregistrarea fețelor persoanelor care intră din stradă într-o zi însorită). Pentru mulți algoritmi, orice interferență externă este inacceptabilă, de exemplu, ochelari, o barbă, unele elemente ale unei coafuri. O imagine frontală a feței este obligatorie, cu abateri foarte ușoare. Mulți algoritmi nu țin cont de posibilele modificări ale expresiilor faciale, adică expresia trebuie să fie neutră.

Recunoașterea feței 3-D

Implementarea acestei metode este o sarcină destul de dificilă. În ciuda acestui fapt, în prezent există multe metode de recunoaștere a feței 3-D. Metodele nu pot fi comparate între ele, deoarece folosesc scanere și baze diferite. nu toate emit FAR și FRR; sunt folosite abordări complet diferite.
O metodă de tranziție de la 2-d la 3-d este o metodă care implementează acumularea de informații despre o persoană. Această metodă are caracteristici mai bune decât metoda 2d, dar la fel cum folosește o singură cameră. Când subiectul este introdus în bază, subiectul întoarce capul și algoritmul unește imaginea, creând un șablon 3d. Și în timpul recunoașterii, sunt utilizate mai multe cadre ale fluxului video. Această metodă este destul de experimentală și nu am văzut niciodată o implementare pentru sistemele ACS.
Cea mai clasică metodă este metoda proiecției șablonului. Constă în faptul că o plasă este proiectată pe un obiect (față). Apoi, camera face fotografii cu o rată de zeci de cadre pe secundă, iar imaginile rezultate sunt procesate de un program special. O rază care cade pe o suprafață curbată se îndoaie - cu cât curbura suprafeței este mai mare, cu atât îndoirea razei este mai puternică. Inițial, a folosit o sursă de lumină vizibilă, furnizată prin „lambriuri”. Apoi lumina vizibilă a fost înlocuită cu infraroșu, care are o serie de avantaje. De obicei, în prima etapă de procesare, sunt aruncate imaginile în care fața nu este deloc vizibilă sau există obiecte străine care interferează cu identificarea. Pe baza imaginilor obtinute se reface un model 3-D al fetei, asupra caruia se evidentiaza si se indeparteaza interferentele inutile (coafura, barba, mustata si ochelari). Apoi se analizează modelul - sunt evidențiate caracteristicile antropometrice, care, ca urmare, sunt scrise într-un cod unic care este introdus în baza de date. Timpul de captare și procesare a imaginii este de 1-2 secunde pentru cele mai bune modele.
De asemenea, câștigă popularitate și metoda de recunoaștere 3-d a imaginii obținute de la mai multe camere. Un exemplu în acest sens este Vocord cu scanerul său 3D. Această metodă oferă o precizie de poziționare, conform asigurărilor dezvoltatorilor, mai mare decât metoda proiecției șablonului. Dar până nu văd FAR și FRR măcar pe propria lor bază - nu o să cred !!! Dar a fost în dezvoltare de 3 ani deja, iar progresul nu s-a văzut încă la expoziții.

Indicatori statistici ai metodei

Datele complete despre FRR și FAR pentru algoritmii din această clasă nu sunt prezentate public pe site-urile web ale producătorilor. Dar pentru cele mai bune modele de la Bioscript (3D EnrolCam, 3D FastPass), lucrând conform metodei de proiecție a șablonului cu FAR = 0,0047%, FRR este de 0,103%.
Se crede că fiabilitatea statistică a metodei este comparabilă cu cea a metodei de identificare a amprentei.

Avantajele și dezavantajele metodei

Avantajele metodei. Nu este nevoie să contactați dispozitivul de scanare. Sensibilitate scăzută la factorii externi, atât asupra persoanei în sine (aspectul ochelarilor, a unei barbi, o schimbare a coafurii), cât și în mediul său (lumină, întoarcerea capului). Nivel ridicat de fiabilitate comparabil cu metoda de identificare a amprentei.
Dezavantajele metodei. Echipament scump. Sistemele disponibile comercial au depășit chiar și scanerele irisului. Modificările expresiilor faciale și interferențele pe față înrăutățesc fiabilitatea statistică a metodei. Metoda nu este încă bine dezvoltată, mai ales în comparație cu amprentarea folosită îndelung, ceea ce complică utilizarea pe scară largă a acesteia.

Situația pieței

Recunoașterea feței este considerată una dintre cele „trei mari biometrie”, împreună cu recunoașterea amprentei și a irisului. Trebuie să spun că această metodă este destul de comună, iar deocamdată este preferată față de recunoașterea de către irisul ochiului. Ponderea tehnologiilor de recunoaștere a geometriei feței în volumul total al pieței biometrice mondiale poate fi estimată la 13-18 la sută. În Rusia, această tehnologie arată, de asemenea, un interes mai mare decât, de exemplu, identificarea prin iris. După cum am menționat mai devreme, există mulți algoritmi de recunoaștere 3-D. Majoritatea companiilor preferă să dezvolte sisteme gata făcute, inclusiv scanere, servere și software. Cu toate acestea, există cei care oferă consumatorului doar SDK-ul. Astăzi se remarcă următoarele companii care dezvoltă această tehnologie: Geometrix, Inc. (scanere faciale 3D, software), Genex Technologies (scanere faciale 3D, software) în SUA, Cognitec Systems GmbH (SDK, calculatoare speciale, camere 2D) în Germania, Bioscrypt (scanere faciale 3D, software) - o subsidiară a americanului companie L- 1 Identity Solutions.
În Rusia, companiile Grupului Artec (scanere faciale 3D și software) lucrează în această direcție - o companie cu sediul în California, iar dezvoltarea și producția se desfășoară la Moscova. De asemenea, mai multe companii rusești dețin tehnologie de recunoaștere a feței 2D - Vocord, ITV etc.
În domeniul recunoașterii feței 2D, software-ul este subiectul principal al dezvoltării. camerele convenționale fac o treabă excelentă în capturarea imaginilor faciale. Soluția la problema recunoașterii feței a ajuns într-o oarecare măsură într-o fundătură - de câțiva ani încoace, practic nu a existat nicio îmbunătățire a indicatorilor statistici ai algoritmilor. În acest domeniu, există o „lucrare asupra erorilor” sistematică.
Recunoașterea feței 3D este acum o zonă mult mai atractivă pentru dezvoltatori. Multe echipe lucrează în ea și aud în mod regulat despre noi descoperiri. Multe lucrări sunt în starea „abia pe cale de a fi lansate”. Dar până acum există doar oferte vechi pe piață, alegerea nu s-a schimbat în ultimii ani.
Unul dintre punctele interesante la care mă gândesc uneori și la care Habr ar putea răspunde: este suficientă precizia kinectului pentru a crea un astfel de sistem? Proiectele pentru tragerea unui model 3d al unei persoane prin el sunt destul de posibile.

Recunoașterea venelor mâinii

Aceasta este o tehnologie nouă în domeniul biometriei, utilizarea sa pe scară largă a început cu doar 5-10 ani în urmă. O cameră cu infraroșu face fotografii din exteriorul sau interiorul mâinii. Modelul venelor se formează datorită faptului că hemoglobina sângelui absoarbe radiația IR. Ca rezultat, gradul de reflexie este redus și venele sunt vizibile pe cameră ca linii negre. Un program special bazat pe datele primite creează o convoluție digitală. Nu este necesar niciun contact uman cu dispozitivul de scanare.
Tehnologia este comparabilă ca fiabilitate cu recunoașterea de către irisul ochiului, depășindu-l într-un fel și inferioară într-un fel.
Valorile FRR și FAR sunt pentru scanerul Palm Vein. Conform datelor dezvoltatorului, cu un FAR de 0,0008%, FRR este de 0,01%. Un grafic mai precis pentru mai multe valori nu este dat de nicio companie.

Avantajele și dezavantajele metodei

Avantajele metodei. Nu este nevoie să contactați dispozitivul de scanare. Fiabilitate ridicată - indicatorii statistici ai metodei sunt comparabili cu cei ai irisului. Caracteristici ascunse: spre deosebire de toate cele de mai sus, această caracteristică este foarte greu de obținut de la o persoană „pe stradă”, de exemplu, fotografiendu-l cu o cameră.
Dezavantajele metodei. Iluminarea scanerului de către razele soarelui și razele lămpilor cu halogen este inacceptabilă. Anumite boli legate de vârstă, cum ar fi artrita, agravează foarte mult FAR și FRR. Metoda este mai puțin studiată în comparație cu alte metode biometrice statice.

Situația pieței

Recunoașterea modelului venelor de mână este o tehnologie destul de nouă și, prin urmare, cota sa pe piața mondială este mică și se ridică la aproximativ 3%. Cu toate acestea, există un interes din ce în ce mai mare pentru această metodă. Cert este că, fiind destul de precisă, această metodă nu necesită echipamente atât de scumpe precum, de exemplu, metodele de recunoaștere bazate pe geometria feței sau iris. Acum multe companii se dezvoltă în acest domeniu. De exemplu, la comanda companiei engleze TDSi, a fost dezvoltat un software pentru cititorul biometric de vene de palmier PalmVein, prezentat de Fujitsu. Scanerul în sine a fost dezvoltat de Fujitsu în primul rând pentru a combate frauda financiară în Japonia.
Următoarele companii Veid Pte lucrează și în domeniul identificării după model venos. Ltd. (scaner, software), Hitachi VeinID (scanere)
În Rusia, nu cunosc nicio companie care să se ocupe de această tehnologie.

Retină

Până de curând, se credea că cea mai fiabilă metodă de identificare biometrică și autentificare a personalității este o metodă bazată pe scanarea retinei ochiului. Conține cele mai bune caracteristici de identificare prin iris și prin venele brațului. Scanerul citește modelul capilarelor de pe suprafața retinei. Retina are o structură imobilă care nu se modifică în timp, decât ca urmare a unei boli, precum cataracta.
Scanările retinei sunt efectuate folosind lumină infraroșie de intensitate scăzută direcționată prin pupilă către vasele de sânge din partea din spate a ochiului. Scanerele retiniene au devenit larg răspândite în sistemele de control al accesului pentru instalațiile extrem de secrete, deoarece au unul dintre cele mai mici procente de refuz de acces pentru utilizatorii înregistrați și practic nu există permisiuni de acces eronate.
Din păcate, apar o serie de dificultăți atunci când se utilizează această metodă biometrică. Scannerul de aici este un sistem optic foarte complex, iar o persoană nu trebuie să se miște un timp considerabil în timp ce sistemul este ghidat, ceea ce provoacă senzații neplăcute.
Potrivit EyeDentify, pentru scanerul ICAM2001 cu FAR = 0,001%, valoarea FRR este de 0,4%.

Avantajele și dezavantajele metodei

Avantaje. Nivel ridicat de fiabilitate statistică. Datorită prevalenței scăzute a sistemelor, există puține probabilități de a dezvolta o modalitate de a le „înșela”.
Defecte. Sistem sofisticat cu timpi mari de executie. Costul ridicat al sistemului. Lipsa unei piețe extinse de aprovizionare și, în consecință, intensitatea insuficientă a dezvoltării metodei.

Geometria mâinii

Această metodă, destul de răspândită chiar și în urmă cu 10 ani, și care provine din știința criminalistică din ultimii ani, este în declin. Se bazează pe obținerea caracteristicilor geometrice ale mâinilor: lungimile degetelor, lățimea palmei etc. Această metodă, ca și retina ochiului, este pe moarte și, din moment ce are caracteristici mult mai scăzute, nici nu o vom introduce mai pe deplin.
Uneori se crede că metodele de recunoaștere geometrică sunt folosite în sistemele de recunoaștere a venelor. Dar la vânzare nu am văzut niciodată unul atât de clar declarat. Și în plus, de multe ori, la recunoașterea după vene, se face o fotografie doar a palmei, în timp ce la recunoașterea după geometrie se face o fotografie a degetelor.

Puțină autopromovare

La un moment dat, am dezvoltat un algoritm bun de recunoaștere a ochilor. Dar la vremea aceea nu era nevoie de așa ceva high-tech în țara asta și nu voiam să merg la burghezi (unde am fost invitați chiar după primul articol). Dar dintr-o dată, după un an și jumătate, au apărut investitori care au vrut să-și construiască un „portal biometric” – un sistem care să mănânce doi ochi și să folosească componenta de culoare a irisului (pentru care investitorul avea un brevet mondial) . De fapt, acum facem asta. Dar acesta nu este un articol despre autopromovare, este o scurtă digresiune lirică. Dacă cineva este interesat există câteva informații, dar cândva în viitor, când vom intra pe piață (sau nu), voi scrie câteva cuvinte despre răsturnările unui proiect biometric în Rusia.

concluzii

Chiar și în clasa sistemelor biometrice statice, există o selecție mare de sisteme. Pe care ar trebui să-l alegi? Totul depinde de cerințele pentru sistemul de securitate. Cele mai fiabile din punct de vedere statistic și mai rezistente la manipulare sisteme de acces sunt irisul și venele brațului. Pentru cei dintâi, există o piață mai largă pentru propuneri. Dar aceasta nu este limita. Sistemele de identificare biometrică pot fi combinate pentru a obține acuratețea astronomică. Cele mai ieftine și mai ușor de utilizat, dar cu statistici bune, sunt sistemele cu vârful degetelor. Toleranța față 2D este convenabilă și ieftină, dar are aplicabilitate limitată din cauza statisticilor slabe.
Luați în considerare caracteristicile pe care le va avea fiecare dintre sisteme: rezistență la contrafacere, rezistență la mediu, ușurință în utilizare, cost, viteză, stabilitatea caracteristicii biometrice în timp. Să punem notele de la 1 la 10 în fiecare coloană. Cu cât scorul este mai aproape de 10, cu atât sistemul este mai bun în acest sens. Principiile pentru alegerea notelor au fost descrise chiar la începutul articolului.


Luați în considerare, de asemenea, relația dintre FAR și FRR pentru aceste sisteme. Acest raport determină eficiența sistemului și amploarea utilizării acestuia.


Merită să ne amintim că pentru iris, puteți crește acuratețea sistemului aproape pătratic, fără pierderi de timp, dacă complicați sistemul făcându-l doi ochi. Pentru metoda amprentei - prin combinarea mai multor degete și recunoașterea prin vene, prin combinarea a două mâini, dar o astfel de îmbunătățire este posibilă numai cu o creștere a timpului petrecut lucrând cu o persoană.
Rezumând rezultatele pentru metode, putem spune că pentru obiectele medii și mari, precum și pentru obiectele cu o cerință maximă de siguranță, irisul trebuie folosit ca acces biometric și, eventual, recunoaștere prin venele mâinii. Pentru instalațiile cu până la câteva sute de personal, accesul la amprentă va fi optim. Sistemele de recunoaștere a feței 2D sunt foarte specifice. Acestea pot fi necesare în cazurile în care recunoașterea necesită absența contactului fizic, dar este imposibil să se livreze sistemul de control al irisului. De exemplu, dacă este necesar să se identifice o persoană fără participarea sa, o cameră ascunsă sau o cameră de detectare în aer liber, dar acest lucru este posibil numai cu un număr mic de subiecți în bază și un flux mic de oameni filmați de cameră.

Notă pentru un tânăr tehnician

Unii producători, de exemplu Neurotechnology, au versiuni demo ale metodelor biometrice pe care le lansează pe site-ul lor web, astfel încât să le puteți conecta cu ușurință și să vă jucați. Pentru cei care decid să aprofundeze problema mai serios, le pot recomanda singura carte pe care am văzut-o în limba rusă – „A Guide to Biometrics” de R.M. Ball, J.H. Connel, S. Pancanti. Există mulți algoritmi și modelele lor matematice. Nu totul este complet și nu totul corespunde modernității, dar baza nu este rea și cuprinzătoare.

P.S.

În acest opus, nu am intrat în problema autentificării, ci am atins doar identificarea. În principiu, din caracteristicile FAR/FRR și posibilitatea de fals, se sugerează toate concluziile referitoare la problema autentificării.

Etichete:

• biometrie
• scanere de amprente

Adaugă etichete

Vitali Zadorojni

Revista PC / Ediția Rusă №1, 2004

Introducere

Identificarea amprentelor este de departe cea mai răspândită tehnologie biometrică. Potrivit International Biometric Group, 52% din toate sistemele biometrice utilizate în lume sunt folosite pentru recunoașterea amprentelor digitale, iar vânzările de astfel de sisteme sunt estimate a fi de aproximativ 500 de milioane de dolari numai în 2003, cu tendința de a se dubla în fiecare an.

Este dificil de spus cu certitudine când au fost folosite amprentele digitale pentru identificare. Arheologii în timpul săpăturilor dau destul de des peste anumite imagini cu amprentele digitale pe piatră, dar nu se poate argumenta că acestea au fost folosite pentru identificare. În plus, pe de altă parte, se știe cu siguranță că în Babilonul Antic și China amprentele digitale se făceau pe tăblițe de lut și pe sigilii, iar în secolul XIV în Persia amprentele digitale erau folosite pentru a „semna” diverse documente de stat. Acest lucru sugerează că a fost deja notat la acel moment: o amprentă este o caracteristică unică a unei persoane prin care poate fi identificată.

Următoarea etapă în dezvoltarea tehnologiei este începutul utilizării acesteia în știința criminalistică; până la mijlocul secolului al XIX-lea, s-au făcut primele presupuneri cu privire la unicitatea amprentelor fiecărei persoane și încercările de a le clasifica în funcție de diferitele părți ale model papilar. Toate acestea au dus la apariția în 1897 (conform unor surse din 1899) „sistemul lui Henry”, prima clasificare a amprentelor pe scară largă, dezvoltată de englezul Edward Henry în timpul șederii sale în India. Până la sfârșitul secolului al XIX-lea, au apărut primii algoritmi de comparare a amprentelor. În următorii 25 de ani, „sistemul Henry” a fost adaptat pentru a fi utilizat la nivel de stat în diferite țări, iar din aproximativ 1925 a început să fie utilizat pe scară largă în știința criminalistică din întreaga lume.

Cu toate acestea, în ciuda utilizării pe scară largă a metodelor de recunoaștere a amprentelor digitale pentru identificarea unei persoane, în primul rând în știința criminalistică, nu a fost încă dovedit științific că modelul papilar al degetului unei persoane este o caracteristică absolut unică. Și deși pentru întreaga istorie de peste un secol de utilizare a acestei tehnologii în criminalistică și în alte domenii, nu a existat o situație în care ar exista doi oameni cu exact aceleași amprente (nu ținem cont de erorile software și implementări hardware ale algoritmilor de recunoaștere), unicitatea amprentelor este încă o observație empirică.

Deși, poate, chiar acesta este cazul când lipsa dovedirii unei ipoteze indică nu că aceasta este incorectă, ci că este extrem de greu de demonstrat.

În a doua jumătate a secolului al XX-lea, în legătură cu apariția unor noi capacități tehnice, recunoașterea amprentelor a început să depășească utilizarea doar în știința criminalistică și și-a găsit aplicarea în diverse domenii ale tehnologiei informației; în primul rând, astfel de zone au fost:

• sisteme de control acces;
• securitatea informațiilor (acces la rețea, autentificare pe computer);
• urmărirea timpului și înregistrarea vizitatorilor;
• sisteme de vot;
• efectuarea de plăți electronice;
• autentificare pe resurse web;
• diverse proiecte sociale în care este necesară identificarea persoanelor (evenimente caritabile etc.);
• proiecte de identificare civilă (trecerea frontierelor de stat, eliberarea vizelor pentru a vizita țara etc.).

Să ne oprim mai în detaliu asupra aspectelor interne ale funcționării sistemelor moderne de recunoaștere a amprentelor digitale biometrice, asupra modului în care începe activitatea lor și care este nucleul oricărui astfel de sistem.

În prima parte a articolului vor fi luate în considerare metodele de obținere a amprentei în formă electronică, cu alte cuvinte, tipuri de scanere și metode de scanare a degetelor.

În a doua parte a articolului, vor fi dezvăluite principalele metode de recunoaștere a amprentelor, algoritmi pentru construirea sistemelor de recunoaștere și unele metode de protecție împotriva manechinilor.

Scanarea amprentei

Obținerea unei reprezentări electronice a amprentelor digitale cu un model papilar clar distins este o sarcină destul de dificilă. Deoarece amprenta este prea mică, trebuie folosite metode destul de sofisticate pentru a obține o imagine de înaltă calitate.

Toate scanerele de amprente existente, conform principiilor fizice pe care le folosesc, pot fi împărțite în trei grupe:

• optic;
• siliciu;
• cu ultrasunete.

Să luăm în considerare fiecare dintre ele, să le evidențiem avantajele și dezavantajele, precum și producătorii de top (uneori singurii) implicați în implementarea fiecăreia dintre metode.

Scanere optice- bazat pe utilizarea metodelor optice de achizitie de imagini. În prezent, există următoarele tehnologii pentru implementarea scanerelor optice:

1. Scanere FTIR - sunt dispozitive care folosesc efectul Frustrated Total Internal Reflection (FTIR). Să luăm în considerare acest efect mai detaliat pentru a explica algoritmul complet al funcționării unor astfel de scanere.

Când lumina cade pe interfața dintre două medii, energia luminii este împărțită în două părți: una este reflectată de interfață, cealaltă pătrunde prin interfață în al doilea mediu. Proporția energiei reflectate depinde de unghiul de incidență. Pornind de la o anumită valoare, toată energia luminoasă este reflectată de interfață. Acest fenomen se numește reflecție internă totală... Cu toate acestea, la contactul unui mediu optic mai dens (în cazul nostru, suprafața unui deget) cu un mediu mai puțin dens (în aplicarea practică, de regulă, suprafața unei prisme) în punctul de reflexie internă totală, fasciculul de lumină trece prin acest hotar. Astfel, doar fasciculele de lumină vor fi reflectate de la margine, căzând în astfel de puncte de reflexie internă totală, cărora nu au fost aplicate șanțurile modelului papilar al suprafeței degetului. Pentru a fixa imaginea luminoasă rezultată a suprafeței degetului, se folosește o cameră specială (CCD sau CMOS, în funcție de implementarea scanerului).

Producători de top de scanere de acest tip: BioLink, Digital Persona, Identix.

2. Scanere cu fibră optică (scanere cu fibră optică) - sunt o matrice de fibră optică, fiecare fibră se termină cu o fotocelulă. Sensibilitatea fiecărei fotocelule permite detectarea luminii reziduale care trece prin deget în punctul în care relieful degetului atinge suprafața scanerului. Imaginea amprentei se formează în funcție de datele fiecăruia dintre elemente.

Cel mai important producător de scanere de acest tip este Delsy.

3. Scanere electro-optice (scanere electro-optice) - această tehnologie se bazează pe utilizarea unui polimer electro-optic special, care include un strat emițător de lumină. Când puneți degetul pe scaner, neomogenitatea câmpului electric de lângă suprafața lui (diferența de potențial dintre tuberculi și depresiuni) se reflectă în strălucirea acestui strat astfel încât să scoată în evidență amprenta. Rețeaua de fotodiode a scanerului digitizează apoi lumina.

Cel mai important producător de scanere de acest tip este Security First Corp (Ethentica).

4. Scanere optice de alimentare (scanere optice cu baleiaj) sunt în general similare cu dispozitivele FTIR. Particularitatea lor este că degetul nu trebuie doar aplicat pe scaner, ci trebuie trecut de-a lungul unei benzi înguste - cititorul. Pe măsură ce mișcați degetul pe suprafața scanerului, sunt luate o serie de instantanee (cadre). În acest caz, cadrele adiacente sunt îndepărtate cu o oarecare suprapunere, adică se suprapun unele pe altele, ceea ce face posibilă reducerea semnificativă a dimensiunii prismei utilizate și a scanerului în sine. Pentru formarea (mai precis, asamblarea) imaginii amprentei în timpul mișcării acesteia pe suprafața de scanare a cadrelor, se utilizează software specializat.

Cel mai important producător de scanere de acest tip este Kinetic Sciences.

5. Scanere cu role (scanere tip role) - În aceste dispozitive în miniatură, scanarea degetelor are loc prin rularea degetului peste un cilindru rotativ transparent cu pereți subțiri (rola). În timpul mișcării degetului de-a lungul suprafeței rolei, se iau o serie de instantanee (cadre) ale unui fragment din modelul papilar în contact cu suprafața. Similar cu un scaner de broșare, cadrele adiacente sunt suprapuse, ceea ce vă permite să colectați o imagine completă a unei amprente digitale fără distorsiuni. Pentru scanare se folosește cea mai simplă tehnologie optică: o sursă de lumină statică, un obiectiv și o cameră miniaturală sunt amplasate în interiorul unei role cilindrice transparente. Imaginea zonei iluminate a degetului este focalizată de lentilă pe elementul sensibil al camerei. După un „defilare” complet al degetului, o imagine cu amprenta lui este „colectată”.

Producători de top de scanere de acest tip: Digital Persona, CASIO Computer, ALPS Electric.

6. Scanere fără contact (scanere fără atingere) - nu necesită contact direct al degetului cu suprafața dispozitivului de scanare. Pe orificiul scanerului se aplică un deget, mai multe surse de lumină îl luminează de jos din diferite părți, în centrul scanerului se află o lentilă prin care informațiile colectate sunt proiectate pe o cameră CMOS, care convertește datele primite în o imagine a unei amprente.

Cel mai important producător de scanere de acest tip este Tehnologia senzorului fără atingere.

Să subliniem câteva deficiențe stabilite istoric ale scanerelor optice și să indicăm care dintre ele au fost deja corectate:

• imposibilitatea de a le face compacte, totuși, așa cum se poate observa din cele patru din șase cifre de mai sus, este posibilă în prezent;
• modulele optice sunt destul de scumpe datorită numărului mare de componente și a sistemului optic complex. Și această problemă a fost rezolvată pentru astăzi: prețul senzorilor optici de la unii producători este acum de 10 - 15 USD (a nu se confunda cu prețul unui senzor într-o carcasă pentru un utilizator final, complet cu software);
• scanerele optice nu sunt rezistente la manechine și degetele moarte. Următoarea parte a articolului va fi dedicată acestei probleme, dar deja acum merită remarcat faptul că aproape toți producătorii au implementat mecanisme de protecție împotriva manechinilor la o etapă sau alta a procesării imaginii scanate.

Scanere cu semiconductori- se bazează pe utilizarea proprietăților semiconductoare pentru a obține o imagine a suprafeței unui deget, care se modifică în punctele de contact ale crestelor modelului papilar cu suprafața scanerului. În prezent, există mai multe tehnologii pentru implementarea scanerelor cu semiconductor.

1. Scanere capacitive (scanere capacitive) sunt cel mai răspândit tip de scanere cu semiconductor, care folosesc efectul modificării capacității de joncțiune pn a unui dispozitiv semiconductor atunci când creasta modelului papilar atinge un element al matricei semiconductoare pentru a obține o amprentă digitală. Există modificări ale scanerului descris, în care fiecare element semiconductor din matricea scanerului acționează ca o placă de condensator, iar degetul acționează ca un altul. Când se aplică un deget pe senzor, între fiecare element sensibil și proeminența-depresiune a modelului papilar, se formează un anumit recipient, a cărui dimensiune este determinată de distanța dintre suprafața degetului și element. Matricea acestor containere este convertită într-o imagine de amprentă.

Producători de top de scanere de acest tip: Infineon, ST-Microelectronics, Veridicom.

2. Scanere sensibile la presiune (scanere de presiune) - aceste dispozitive folosesc senzori formați dintr-o matrice de elemente piezoelectrice. Când un deget este aplicat pe suprafața de scanare, proeminențele modelului papilar exercită presiune asupra unui anumit subset de elemente de suprafață, respectiv, depresiunile nu exercită nicio presiune. Matricea tensiunilor obținute din elementele piezoelectrice este transformată într-o imagine a suprafeței degetului.

Producător lider de scanere de acest tip: BMF.

3. Scanere termice (scanere termice) - folosesc senzori care constau din elemente piroelectrice care vă permit să înregistrați diferența de temperatură și să o convertiți în tensiune (acest efect este folosit și la camerele cu infraroșu). Când un deget este aplicat senzorului în funcție de temperatura proeminențelor modelului papilar care ating elementele piroelectrice și de temperatura aerului din depresiuni, se construiește o hartă de temperatură a suprafeței degetului și se transformă într-o imagine digitală. .

În general, în toate scanerele cu semiconductor date, se utilizează o matrice de microelemente sensibile (al căror tip este determinat de metoda de implementare) și un convertor al semnalelor lor în formă digitală. Astfel, o schemă generalizată de funcționare a scanerelor cu semiconductor date poate fi demonstrată după cum urmează. (Vezi figura.)

Cele mai comune tipuri („clasice”) de scanere cu semiconductor au fost descrise mai sus, apoi vom lua în considerare alte tipuri, mai puțin obișnuite.

4. Scanere RF (Scanere RF-Field) - Aceste scanere folosesc o serie de elemente, fiecare dintre acestea acționând ca o antenă mică. Senzorul generează un semnal radio slab și îl direcționează către suprafața scanată a degetului, fiecare dintre elementele sensibile primind un semnal reflectat din modelul papilar. Mărimea EMF indusă în fiecare microantenă depinde de prezența sau absența unui model papilar în vecinătatea crestei. Matricea de stres rezultată este convertită într-o imagine digitală a amprentei.

Producător lider de scanere de acest tip: Authentec.

5. Termo-scanere de broșare (scanere termice) - un tip de scanere termice, care, la fel ca în scanerele optice, este folosit pentru a glisa un deget de-a lungul suprafeței scanerului și nu doar pentru a aplica.

Producător lider de scanere de acest tip: Atmel.

6. Scanere capacitive de alimentare (scanere capacitive de baleiaj) - utilizați o metodă similară de asamblare cadru cu cadru a unei imagini de amprentă, dar fiecare cadru al imaginii este obținut folosind un senzor semiconductor capacitiv.

Producători de top de scanere de acest tip: Fujitsu.

7. Scanere RF Broach (Scanere RF-Field sweep) - Similar cu scanerele capacitive, dar care utilizează tehnologia RF.

Produce scanere de acest tip: Authentec.

Să remarcăm principalele dezavantaje ale scanerelor cu semiconductor, deși nu sunt tipice pentru toate metodele descrise:

• scanerele, în special, sensibile la presiune, oferă o imagine de rezoluție scăzută și dimensiuni reduse;
• necesitatea de a pune un deget direct pe suprafața semiconductorului (deoarece orice strat intermediar afectează rezultatele scanării) duce la uzura rapidă a acestuia;
• sensibilitate la câmpuri electrice externe puternice care pot provoca descărcări electrostatice care pot deteriora senzorul (se referă în primul rând la scanere capacitive);
• dependența mare a calității imaginii de viteza de mișcare a degetului de-a lungul suprafeței de scanare este inerentă scanerelor rulante.

Scanere cu ultrasunete- acest grup este reprezentat în prezent de o singură metodă de scanare, care se numește așa.

Scanare cu ultrasunet - aceasta este scanarea suprafeței degetului cu unde ultrasonice și măsurarea distanței dintre sursa de undă și văi și proeminențe de pe suprafața degetului de ecoul reflectat de acestea. Calitatea imaginii obtinute in acest mod este de 10 ori mai buna decat cea obtinuta prin orice alta metoda de pe piata biometrica. În plus, este de remarcat faptul că această metodă este aproape complet protejată de manechine, deoarece permite, pe lângă amprenta, să primească câteva caracteristici suplimentare despre starea sa (de exemplu, pulsul din interiorul degetului).

Cel mai important producător de scanere de acest tip este Ultra-Scan Corporation (UCS).

Principalele dezavantaje ale scanerelor cu ultrasunete sunt:

• preț ridicat în comparație cu scanerele optice și cu semiconductor;
• dimensiuni mari ale scanerului în sine.

În caz contrar, putem spune cu siguranță că scanarea cu ultrasunete combină cele mai bune caracteristici ale tehnologiilor optice și semiconductoare.

Rezumând cele de mai sus, aș dori să remarc creșterea rapidă a numărului de metode de scanare a amprentelor. Până de curând, existau doar două tehnologii: FTIR optic și capacitiv semiconductor cu avantajele și dezavantajele lor stabile. Cu toate acestea, în ultimii zece ani, tehnologia de recunoaștere s-a dezvoltat atât de mult încât scanerele de ultimă generație nu numai că și-au depășit aproape toate vechile neajunsuri, dar au și dobândit o serie de caracteristici deosebit de atractive, cum ar fi dimensiuni extrem de mici și preț scăzut. În plus, a apărut o tehnologie fundamental nouă de scanare cu ultrasunete, care încă nu a trecut prin toate etapele dezvoltării sale. Dar deja acum putem vorbi despre potențialul său enorm.