Олег Зайцев
Использовать биометрические параметры человека для идентификации личности фантасты предложили более 40 лет назад. В 1967 г. Роберт Хайнлайн в своем произведении «если это будет продолжаться...» описал распознавание своего героя по узору радужной оболочки глаза, а в 1969-м Айзек Азимов в романе «стальные пещеры» первым упомянул дактилоскопические отпечатки пальцев в качестве ключа в совершенно другом мире.
Биометрика—это научная дисциплина, изучающая способы измерения различных параметров человека с целью установления сходства или различий между людьми и выделения одного конкретного человека из множества других людей, или, другими словами,—наука, изучающая методики распознавания конкретного человека по его индивидуальным параметрам.
Современные биометрические технологии могут применяться и применяются не только в серьезных режимных учреждениях, но и в повседневной жизни. Зачем нужны смарт-карты, ключи, пароли и другие подобные вещи, если они могут быть украдены, потеряны, забыты? Новое информационное общество требует от нас запоминания множества пин-кодов, паролей, номеров для электронной почты, доступа в Интернет, к сайту, к телефону... Список можно продолжать практически бесконечно. На помощь, пожалуй, сможет прийти только ваш уникальный личный биометрический пропуск—палец, рука или глаз. А во многих странах—и идентификатор личности, т.е. чип с вашими индивидуальными биометрическими параметрами, уже зашитый в документах, удостоверяю-щихличность.
Биометрическая система, независимо оттого, на какой из технологий она построена, работает по следующему принципу: сначала записывается образец биометрической характеристики человека, для большей точности часто делается несколько образцов. Собранные данные обрабатываются, переводятся в цифровой код.
При идентификации и верификации в систему вводятся характеристики проверяемого человека. Далее они оцифровываются, а затем сравниваются с сохраненными образцами. По некоторому алгоритму система выявляет, совпадают они или нет, и выносит решение о том, удалось ли идентифицировать человека по предъявленным данным или нет.
Биометрические технологии
В биометрических системах могут быть использованы физиологические или поведенческие характеристики. К физиологическим относятся отпечатки пальцев, форма кисти руки, характеристики лица, рисунок радужной оболочки глаза. К поведенческим характеристикам можно отнести особенности или характерные черты поведения человека, приобретенные или появившиеся со временем, это могут быть динамика подписи, тембр голоса, динамика нажатия на клавиши и даже походка человека. Биометрические системы оценивают по двум основным параметрам: ошибкам первого рода—вероятность допуска «чужого» и второго рода—вероятность в отказе «своему». Современные системы могут обеспечивать вероятность ошибки первого рода в районе 0,001 %, второго— около 1-5%.
Одним из важнейших критериев наряду с точностью идентификации и верификации при разработке систем является «дружелюбность» каждой из технологий. Процесс должен быть быстрым и простым: например, встать перед видеокамерой, сказать несколько слов в микрофон или дотронуться до сканера отпечатков пальцев. Основным преимуществом биометрических технологий является быстрая и простая идентификация без причинения особых неудобств человеку. Идентификация по отпечаткам пальцев— наиболее распространенная и развитая биометрическая технология. До 60% биометрических приборов используют именно ее. Плюсы здесь очевидны: отпечатки пальцев каждого человека уникальны по своему рисунку, даже у близнецов они не совпадают. Сканеры последних поколений стали надежны, компактны и весьма доступны по цене. Для снятия отпечатка и дальнейшего распознавания образца используются три основные технологии: оптическая, полупроводниковая и ультразвуковая.
Оптические сканеры
В основе их работы лежат оптические методы получения изображения.
FTlR-сканеры (Frustrated Total Internal Reflection) используют эффект нарушенного полного внутреннего отражения. При этом палец просвечивается, а для приема световой картинки используется специальная камера.
Оптоволоконные сканеры (Fiber Optic Scanners) представляют оптоволоконную матрицу, каждое волокно которой снабжено фотоэлементом. Принцип получения рисунка—фиксация остаточного света, проходящего через палец к поверхности сканера.
Электрооптические сканеры (Electro-Optical Scanners) специальный электрооптический полимер с помощью светоизлучающего слоя высвечивает отпечаток пальца, который фиксируется с помощью специальной камеры.
Бесконтактные сканеры (Tоuchless Scanners) палец прикладывается к специальному отверстию в сканере, несколько источников света его подсвечивают снизу. Отраженный свет через собирательную линзу проецируется на камеру. Контакта с поверхностью считывающего устройства не происходит. Роликовые сканеры (Roller-Style Scanners) при сканировании пользователь пальцем прокатывает небольшой прозрачный цилиндр. Внутри него размещены статический источник света, линза и камера. Во время движения пальца производится серия снимков папиллярного узора, соприкасающегося с поверхностью.
Полупроводниковые сканеры
В основе их действия лежит использование свойств полупроводников, изменяющихся в местах контакта с гребнями папиллярного узора. Во всех полупроводниковых сканерах применяется матрица чувствительных микроэлементов.
Емкостные сканеры (Capacitive scanners) построены на эффекте изменения емкости pn-перехода полупроводникового прибора при контакте гребня папиллярного узора и элемента полупроводниковой матрицы.
Чувствительные к давлению сканеры (pressure scanners) при прикладывании пальца к сканирующей поверхности выступы папиллярного узора оказывают давление на ряд сенсоров матрицы из пьезоэлементов, соответственно впадины никакого давления не оказывают. Матрица полученных напряжений преобразуется в изображение поверхности пальца.
Термо-сканеры (thermal scanners)—используются сенсоры, состоящие из пироэлектрических элементов, позволяющих фиксировать разницу температуры и преобразовывать ее в напряжение. При прикладывании пальца к сенсору по разнице температуры выступов папиллярного узора и температуры воздуха, находящегося во впадинах, строится температурная карта поверхности пальца, которая преобразуется в цифровое изображение. Радиочастотные сканеры (RF-Fiekl scanners)—используется матрица чувствительных элементов, каждый из которых работает как маленькая антенна. Слабый радиосигнал направляется на сканируемую поверхность пальца, каждый из чувствительных элементов матрицы принимает отраженный от папиллярного узора сигнал. Величина наведенной в каждой микроантенне ЭДС зависит от наличия или отсутствия вблизи нее гребня папиллярного узора. Полученная таким образом матрица напряжений преобразуется в цифровое изображение отпечатка пальца.
Ультразвуковые сканеры
Сканирование поверхности пальца осуществляется ультразвуковыми волнами. Расстояние между источником волн и впадинами и выступами поверхности пальца измеряется по отраженному эху.
Альтернативные способы идентификации
Все они основаны на распознавании определенных черт. При этом система анализирует те параметры человеческого лица, которые не изменяются на протяжении жизни, и не обращает внимания на такие характеристики, как выражение лица или цвет волос. Например, одними из наиболее распространенных технологий являются: использование теплового рисунка лица, совокупности линий надбровных дуг и носа, капиллярного строения кожи лица.
Идентификация по лицу одним из наиболее быстроразвивающихся является способ фиксирования изображения и распознавания лица автоматически в реальном режиме времени. Привлекательность метода основана на том, что он больше всего похож на способ, который используют люди при узнавании друг друга.
Идентификация по радужной оболочке глаза является второй по популярности, и системы распознавания этим методом занимают около 15% биометрического рынка. Стоит отметить, что можно идентифицировать человека, даже если он будет в очках или в контактных линзах. Идентификация по радужной оболочке была опробована на различных этнических группах и национальностях и подтвердила свою надежность и точность, она стабильно работает уже нескольких лет.
Способ идентификации по строению руки и пальцев отличается тем, что в системе хранится достаточно малый объем биометрического образца, необходимого для идентификации. При этом собираются такие биометрические данные, как физические характеристики пальцев либо руки (длина, ширина, толщина) так и поверхностные характеристики (рисунок кожных покровов и др.).
Идентификация по голосу использует уникальные акустические особенности речи. Они отражают анатомию человека (размер и форма гортани и рта), атакже приобретенные свойства (громкость голоса, скорость и манера разговора). Для идентификации человека просят ответить на два-три вопроса, ответы на которые легко запомнить. Например: фамилия, имя, отчество; дата рождения. Некоторые современные системы создают модель голоса и могут сопоставлять ее с любой фразой, произнесенной человеком.
Идентификация по подписи и другие поведенческие технологии основаны на измерении поведенческих характеристик человека Это скорость письма, нажим и наклон букв, движение пера в момент подписи или написания текста. При идентификации по манере работы с клавиатурой снимаются такие показатели, как динамика нажатия на клавиши, ритм, манера пользователя нажимать на клавиши. К сожалению, несмотря на широкие области возможного применения, данные методики пока не получили своего распространения и развития.
Болезни роста излечены
Системы биометрической аутентификации стремительно развиваются. Еще недавно при работе с ними возникал ряд проблем и неоднозначностей. Прежде всего, многие специалисты неоднозначно воспринимали результаты применения систем в полевых условиях.