Обычно при классификации биометрических технологий выделяют две группы систем по типу используемых биометрических параметров:

Первая группа систем использует статические биометрические параметры: отпечатки пальцев, геометрия руки, сетчатка глаза и т. п.
Вторая группа систем использует для идентификации динамические параметры: динамика воспроизведения подписи или рукописного ключевого слова, голос и т. п.

Увеличившийся в последнее время интерес к данной тематике в мире принято связывать с угрозами активизировавшегося международного терроризма . Многие государства в ближайшей перспективе планируют ввести в обращение паспорта с биометрическими данными .

История

В июне 2005 было заявлено, что к концу года в России будет утверждена форма нового заграничного паспорта. А в он будет введён в массовое обращение. Предположительно будет включать фотографию, сделанную методом лазерной гравировки и отпечатки двух пальцев.

Схема работы

Все биометрические системы работают практически по одинаковой схеме. Во-первых, система запоминает образец биометрической характеристики (это и называется процессом записи). Во время записи некоторые биометрические системы могут попросить сделать несколько образцов для того, чтобы составить наиболее точное изображение биометрической характеристики. Затем полученная информация обрабатывается и преобразовывается в математический код.

Кроме того, система может попросить произвести ещё некоторые действия для того, чтобы «приписать» биометрический образец к определённому человеку. Например, персональный идентификационный номер (PIN) прикрепляется к определённому образцу, либо смарт-карта, содержащая образец, вставляется в считывающее устройство. В таком случае снова делается образец биометрической характеристики и сравнивается с представленным образцом.

Идентификация по любой биометрической системе проходит четыре стадии :

Запись - физический или поведенческий образец запоминается системой;
Выделение - уникальная информация выносится из образца и составляется биометрический образец;
Сравнение - сохранённый образец сравнивается с представленным;
Совпадение/несовпадение - система решает, совпадают ли биометрические образцы, и выносит решение.

Подавляющее большинство людей считают, что в памяти компьютера хранится образец отпечатка пальца, голоса человека или картинка радужной оболочки его глаза. Но на самом деле в большинстве современных систем это не так. В специальной базе данных хранится цифровой код длиной до 1000 бит, который ассоциируется с конкретным человеком, имеющим право доступа. Сканер или любое другое устройство, используемое в системе, считывает определённый биологический параметр человека. Далее он обрабатывает полученное изображение или звук, преобразовывая их в цифровой код. Именно этот ключ и сравнивается с содержимым специальной базы данных для идентификации личности.

Параметры биометрических систем

Вероятность возникновения ошибок FAR/FRR, то есть коэффициентов ложного пропуска (False Acceptance Rate - система предоставляет доступ незарегистрированному пользователю) и ложного отказа в доступе (False Rejection Rate - доступ запрещён зарегистрированному в системе человеку). Необходимо учитывать взаимосвязь этих показателей: искусственно снижая уровень «требовательности» системы (FAR), мы, как правило, уменьшаем процент ошибок FRR, и наоборот.

На сегодняшний день все биометрические технологии являются вероятностными, ни одна из них не способна гарантировать полное отсутствие ошибок FAR/FRR, и нередко данное обстоятельство служит основой для не слишком корректной критики биометрии .

Практическое применение

Биометрические технологии активно применяются во многих областях, связанных с обеспечением безопасности доступа к информации и материальным объектам, а также в задачах уникальной идентификации личности.

Применения биометрических технологий разнообразны: доступ к рабочим местам и сетевым ресурсам, защита информации, обеспечение доступа к определённым ресурсам и безопасность. Ведение электронного бизнеса и электронных правительственных дел возможно только после соблюдения определённых процедур по идентификации личности. Биометрические технологии используются в области безопасности банковских обращений, инвестирования и других финансовых перемещений, а также розничной торговле, охране правопорядка, вопросах охраны здоровья, а также в сфере социальных услуг. Биометрические технологии в скором будущем будут играть главную роль в вопросах персональной идентификации во многих сферах. Применяемая отдельно или используемая совместно со смарт-картами, ключами и подписями, биометрия скоро станет применяться во всех сферах экономики и частной жизни .

Ключевые термины

Радужная оболочка глаза

Технология распознавания радужной оболочки глаза была разработана для того, чтобы свести на нет навязчивость сканирования сетчатки глаза, при котором используются инфракрасные лучи или яркий свет. Учёные также провели ряд исследований, которые показали, что сетчатка глаза человека может меняться со временем, в то время как радужная оболочка глаза остается неизменной. И самое главное, что невозможно найти два абсолютно идентичных рисунка радужной оболочки глаза, даже у близнецов.

Для получения индивидуальной записи о радужной оболочке глаза черно-белая камера делает 30 записей в секунду. Еле различимый свет освещает радужную оболочку, и это позволяет видеокамере сфокусироваться на радужке. Одна из записей затем оцифровывается и сохраняется в базе данных зарегистрированных пользователей. Вся процедура занимает несколько секунд, и она может быть полностью компьютеризирована при помощи голосовых указаний и автофокусировки.

В аэропортах, например, имя пассажира и номер рейса сопоставляются с изображением радужной оболочки, никакие другие данные не требуются. Размер созданного файла, 512 байт с разрешением 640 х 480, позволяет сохранить большое количество таких файлов на жестком диске компьютера.

Очки и контактные линзы, даже цветные, никак не повлияют на процесс получения изображения. Также нужно отметить, что произведенные операции на глазах, удаление катаракты или вживление имплантатов роговицы не изменяют характеристики радужной оболочки, её невозможно изменить или модифицировать. Слепой человек также может быть идентифицирован при помощи радужной оболочки глаза. Пока у глаза есть радужная оболочка, её хозяина можно идентифицировать.

Камера может быть установлена на расстоянии от 10 см до 1 метра, в зависимости от сканирующего оборудования. Термин «сканирование» может быть обманчивым, так как в процессе получения изображения проходит не сканирование, а простое фотографирование.

Радужная оболочка по текстуре напоминает сеть с большим количеством окружающих кругов и рисунков, которые могут быть измерены компьютером. Программа сканирования радужной оболочки глаза использует около 260 точек привязки для создания образца. Для сравнения, лучшие системы идентификации по отпечаткам пальцев используют 60-70 точек.

Стоимость всегда была самым большим сдерживающим моментом перед внедрением технологии, но сейчас системы идентификации по радужной оболочке становятся более доступными для различных компаний. Сторонники технологии заявляют о том, что распознавание радужной оболочки глаза очень скоро станет общепринятой технологией идентификации в различных областях.

Методы

Ранее в биометрии имел применение рисунок кровеносных сосудов на сетчатке глаза. В последнее время этот метод распознавания не применяется, так как, кроме биометрического признака, несёт в себе информацию о здоровье человека.

Форма кисти руки

Проблема технологии: даже без учёта возможности ампутации , такое заболевание, как артрит , может сильно помешать применению сканеров.

Голос

Голосовая биометрия, позволяющая измерять голос каждого человека, незаменима при удаленном обслуживании клиентов, когда основным средством взаимодействия является голос, в первую очередь, в автоматических голосовых меню и контакт-центрах.

Традиционные способы аутентификации клиента при удаленном обслуживании проверяют знания клиента (для этого клиента просят ввести какой-то пароль или ответить на вопросы безопасности - адрес, номер счета, девичью фамилию матери и пр.) Как показывают современные исследования в области безопасности, злоумышленники относительно легко могут добыть персональные данные практически любого человека и таким образом получить доступ, например, к его банковскому счету. Голосовая биометрия решает эту проблему, позволяя при удаленном телефонном обслуживании проверят действительно личность клиента, а не его знания. При использовании голосовой биометрии клиенту при звонке в IVR или в контакт-центр достаточно произнести парольную фразу или просто поговорить с оператором (рассказать о цели звонка) - голос звонящего будет автоматически проверен - действительно ли это голос принадлежит тому, за кого он себя выдает?

не требуется специальных сканеров - достаточно обычного микрофона в телефоне или диктофоне
не предъявляется специальных требований к устройствам - может быть использован любой диктофон (аналоговый или цифровой), мобильный или стационарный телефон (хоть 80-х годов выпуска)
просто - не требуется специальных умений

Текстонезависимая - определение личности человека осуществляется по свободной речи, не требуется произнесения каких-то специальных слов и выражений. Например, человек может просто прочитать отрывок из стихотворения или обсудить с оператором контакт-центра цель своего звонка.
Текстозависимая - для определения личности человек должен произнести строго определенную фразу. При этом данный тип голосовой биометрии делится на два:
- Текстозависимая аутентификация по статической парольной фразе - для проверки личности необходимо произнести ту же фразу, которая произносилась и при регистрации голоса данного человека в системе.
- Текстозависимая аутентификация по динамической парольной фразе - для проверки личности человека предлагается произнести фразу, состоящую из набора слов, произнесенных данным человеком при регистрации голоса в системе. Преимущество динамической парольной фразы от статической состоит в том, что каждый раз фраза меняется, что затрудняет мошенничество с использованием записи голоса человека (например, на диктофон).

Проблема технологии

Некоторые люди не могут произносить звуки, голос может меняться в связи с заболеванием и с возрастом. Кроме того, на точность аутентификации влияет шумовая обстановка вокруг человека (шумы, реверберация).

Эта статья в какой-то мере является продолжением , а в какой-то её приквэлом. Здесь я расскажу про основы построения любой биометрической системы и про то, что осталось за кадром прошлой статьи, но обсуждалось в комментариях. Акцент сделан не на сами биометрические системы, а на их принципах и области действия.
Тем, кто не читал статью, или уже забыл - советую просмотреть что такое FAR и FRR, так как эти понятия будут использоваться и здесь.

Общие понятия

Любая аутентификация человека строиться на трёх традиционных принципах:

1) По собственности . К собственности может относиться пропуск, пластиковая карта, ключ или общегражданские документы.
2) По знаниям . К знаниям относятся пароли, коды или информация (например девичья фамилия матери).
3) По биометрическим характеристикам . Подробнее о том, какие бывают биометрические характеристики я говорил в предыдущей статье.

Эти три принципа как могут использоваться по отдельности, так и использоваться в группах. Эта методология и порождает два основных направления биометрии.

Верификация

Верификацией называется подтверждение личности человека через биометрический признак, где первичная аутентификация прошла по одному из первых двух методов, указанных выше. Простейшим верификатором можно назвать пограничника, производящего верификацию вашего лица с вашим паспортом. Верификации подразумевает значительно большую надёжность системы. Вероятность того, что система пропустит нарушителя, не применяющего средства преодоления равна FAR используемого биометрического метода. Даже для самых слабых биометрических систем эта вероятность ничтожно мала. Основными минусами верификации являются два пункта. Первый - человеку требуется носить с собой документ или помнить пароль системы. Всегда существует проблема потери или забывания информации. Так же верификация принципиально невозможна для скрытной аутентификации.

Работу системы доступа, основанной на биометрической верификации можно представить следующим способом:

Идентификация

Биометрической идентификацией называется такое использование биометрического признака, при котором не требуется дополнительной информации. Поиск объекта осуществляется по всей базе данных и не требует предварительного ключа. Понятно, что основным минусом этого является то, что чем больше человек в базе, тем больше вероятность ложного доступа произвольного человека. В прошлой статье проводились оценки вероятности такого доступа при проектировании систем. Например системы по пальцам дают возможность содержать базу не более 300 человек, по глазам не более 3000. Плюс идентификации - все ключи всегда будут с вами, не нужно ни паролей, ни карточек.

Скрытная идентификация

В отличие от верификации идентификация может быть скрытной для человека. Как она возможна и стоит ли её бояться? Попробую вкратце рассказать те мысли, которые бытуют среди людей занимающихся биометрией. В прошлой статье эта мысль осталась незаконченной.

Рассмотрим технологии, которые могут позволить хотя бы в некоторых случаях скрытно от человека определить его личность. Во-первых, сразу стоит отбросить все контактные методы. Размещать сканеры отпечатков пальцев в ручках дверей не лучшая затея. Их заметно, многие не касаются ручек, контактные сканеры пачкаются, и.т.д. Во-вторых, можно сразу отбрасывать методы, где максимальная дальность ограниченна 10-15 сантиметрами (например вены рук). В-третьих, можно отбросить всю динамическую биометрию, так как там слишком низкие показатели FAR и FRR.

Остаётся всего две технологии. Это технологии, где в качестве сканеров данных выступают камеры: распознавание по лицам (2D, 3D) и распознавание по радужной оболочке.
Первую из них, распознавание по 2D лицам, уже неоднократно пытались внедрить(из-за её простоты), но всё время безуспешно. Это обусловлено низкими статистическими параметрами системы. Если в базе разыскиваемых личностей находится всего 100 человек, то каждый 10 прохожий будет объявляться разыскиваем. Даже у милиционера в метро КПД значительно выше.
Две следующих технологии очень похожи. Для обеих возможно использование на отдалении от человека, но обе должны иметь достаточное количество оборудования. Как 3D сканер лица, так и сканер радужной оболочки можно ставить в местах, где есть узкие проходы. Это эскалаторы, двери, лестницы. Примером такой системы может служить система, созданная SRI International (сейчас у них мёртвый сайт, но есть практически аналог от AOptix). Я не на 100% уверен, что система от SRI International рабочая, слишком много ошибок в видео, но принципиальная возможность создания существует. Вторая система работает, хотя там и слишком мала скорость для скрытной системы. Сканеры 3D лица работают примерно по тому же принципу: детектирование в узком проходе. В случае 3D лица и распознавании по глазам надёжность работы достаточно высокая. Если база 100 преступников, то проверять придётся лишь каждого 10000 из мирных граждан, что уже достаточно эффективно.

Ключевой особенностью любой скрытой биометрии является то, что человек не должен о ней знать. Вставить в глаза линзы, или изменить форму лица несколькими накладками можно незаметно для окружающих, но заметно для биометрической системы. Почему-то у меня есть подозрение, что в скором будущем спрос на линзы, изменяющие радужку значительно возрастёт. Возрос же в Британии спрос на банданы. А события там только первые ласточки биометрии.

Модель биометрической системы доступа и её частей

Любая биометрическая система будет состоять из нескольких элементов. В некоторых из систем отдельные элементы сращены, в некоторых разнесены в различные элементы.

В случае, если биометрическая система используется только на одной проходной, то особо без разницы, разделена ли система на части или нет. На месте можно добавлять человека в базу и проверять его. Если же существует несколько проходных, то нерационально хранить на каждой проходной отдельную базу данных. Более того, такая система не динамична: добавление или удаление пользователей требует обхода всех сканеров.

Биометрический сканер

Биометрический сканер это часть любой биометрической системы, без которой она не может существовать. В некоторых системах биометрический сканер это просто видеокамера, а в некоторых (например сканеры сетчатки), это сложный оптический комплекс. Двумя основными характеристиками биометрического сканера являются его принцип деятельности (контактный, бесконтактный) и его скорость (количество человек в минуту, которое он может обслужить). Для тех биометрических характеристик, чьё использование уже вошло в норму, сканер можно купить отдельно от логической системы. В случае, если сканер физически разделён с алгоритмом сравнения и с базой, то сканер может выполнять первичную обработку полученной биометрической характеристики (например для глаза это выделение радужки). Это действие выполняется для того, чтобы не перегружать канал общения сканера и основной базы. Так же, в сканере, отделённом от базы, обычно встроена система шифрования данных, чтобы обезопасить передачу биометрических данных.

Алгоритм сравнения + база данных

Эти две части биометрической системы обычно живут по соседству и часто дополняют друг друга. Для некоторых биометрических признаков алгоритм сравнения может при выполнять оптимизированных поиск по базе (сравнение по пальцам, сравнение по лицу). А в некоторых (глаза), для полного сравнения ему в любом случае нужно обойти всю базу.

Алгоритм сравнения имеет много характеристик. Его две основных характеристики, FAR и FRR во многом определяют биометрическую систему. Так же стоит отметить:

1) Скорость работы. Для некоторых сравнений (глаза), скорость работы может достигать сотен тысяч сравнений в секунду на обычном компьютере. Этой скорости хватает для того, чтобы обеспечить любые нужды пользователей, не замечая временной задержки. А для некоторых систем (3D лицо) это уже достаточно значащая характеристика системы, требующая большой вычислительной мощности для сохранения скорости работы при увеличении базы.
2) Удобство работы. По сути, удобство любой системы во многом устанавливается отношением FAR, FRR. В системе мы можем немножко изменять их значение, так, чтобы сделать акцент в сторону скорости или сторону надёжности. Грубо говоря, получается примерно такой график:

В случае если мы хотим высокого уровня надёжности, мы выбираем положение в левой его части. А если пользователей мало, то неплохие показатели будут и в правой части графика, где будет высокие характеристики удобства, а значит и высокая скорость работы.

«Сделать что-нибудь»

После сравнения биометрическая система должна выдать результаты сравнения на управляющие органы. Дальше это может быть как команда «открыть дверь», так и информация «такой-то такой-то пришёл на работу». А вот что дальше делать с этой информацией должны решать установщики системы. Но и тут не всё так просто, надо учитывать возможности атаки:

Атака на биометрическую систему

Несмотря на то, что многие биометрические системы снабжены алгоритмами, способными определить атаку на них, этого не достаточно чтобы относиться к безопасности беспечно. Самой простой атакой на идентификационную систему является многократное сканирование. Предположим ситуацию: в фирме служит порядка сотни человек. Злоумышленник подходит к биометрической системе пропуска и многократно сканируется на ней. Даже для надёжных систем через пару тысяч сканирований возможно ложное определение и пропуск злоумышленника на объект. Чтобы избежать этого многие системы отслеживают неудачные сканирования и после 10-15 попыток блокируют вход. Но в случаях, когда система этого не может делать - эта задача ложится на пользователя. К сожалению, об этом часто забывают.
Второй способ атаки на биометрическую систему - подделка объекта сканирования. В случае, если система имеет алгоритмы защиты от подделки, важно правильно на них среагировать. Обычно эти алгоритмы тоже вероятностные и имеют свой FAR и FRR. Так что не нужно забывать вовремя отслеживать сигналы об атаке и высылать охранника.
Кроме атаки на саму систему возможно атаковать окружение системы. Когда-то мы натолкнулись на забавную ситуацию в этой стране. Многие интеграторы не особо запариваются над передачей данных. Для передачи они используют стандартный протокол

Вступление

Первый вариант данной статьи появился еще в 2005 году. За прошедшие 3 года в мире биометрических технологий произошли существенные изменения, связанные с тем, что началось широкомасштабное внедрение биометрических систем . Теперь мы сталкиваемся с биометрией самым непосредственным образом – например, при получении заграничного паспорта.

Изменилась и ситуация со стандартизацией, которая была одной из основных проблем несколько лет назад: усилиями отечественных специалистов подготовлены основные стандарты в области биометрии , часть из них уже действует, хотя работа пока и не до конца завершена. Российские специалисты участвуют и в процессе международной стандартизации.

С другой стороны, существенно развились сами биометрические технологии , причем мы можем констатировать, что отставание России в технологическом плане также остается в прошлом. Отечественные компании в настоящий момент предлагают конкурентоспособные на мировом уровне решения.

Предыстория биометрии

Биометрические методы распознавания применяются человечеством на протяжении всей его истории. Действительно, чаще всего мы узнаем знакомых людей именно с их помощью – по лицу, голосу или походке.

Начиная с XIX века, биометрические технологии , в первую очередь дактилоскопические, применяются в криминалистике, а с конца прошлого века, в связи с развитием техники, возникла возможность формализовать алгоритмы распознавания человека по его внешнему виду или особенностям поведения и применять для этого автоматизированные системы.

Биометрические технологии в настоящее время переживают период бурного развития. Во многом этот рост связан с решениями правительств ведущих государств об их применении в паспортно-визовых документах, что направило в эту область крупные финансовые и материальные ресурсы. Наличествует и огромный интерес общества к данным технологиям.

Слово «биометрия » часто встречается нам в различных новостях на телевидении, в газетах и на радио. К сожалению, использующие это понятие люди не всегда точно представляют, о чем говорят. В данной статье сделана попытка разъяснить азы биометрических технологий , рассказать о том, как они работают, где могут и где не могут применяться.

Определения

Сначала несколько определений:

Под биометрикой понимают область науки, изучающую методы измерения физических характеристик и поведенческих черт человека для последующей идентификации и аутентификации личности.

Биометрической характеристикой человека (БХЧ) называется его измеренная физическая характеристика или персональная поведенческая черта, в процессе сравнения которой с аналогичной ранее зарегистрированной реализуется процедура идентификации . Основными источниками биометрической характеристики человека являются отпечатки пальцев, радужная оболочка и сетчатка глаз, голос, лицо, манера работы на клавиатуре компьютера, подпись, походка и др.

Методы и технические средства идентификации и аутентификации личности на основе биометрической характеристики человека получили название биометрических технологий (БТ).

Виды биометрических технологий

Для биометрической идентификации можно применять различные характеристики и черты человека (рис. 1). Укрупнено биометрические характеристики человека подразделяют на статические, связанные с его физическими характеристиками, например, отпечатком пальца или формой уха, и динамические (или поведенческие), связанные с особенностями выполнения человеком каких-либо действий, например, походка.

Наиболее развитыми на данный момент технологиями являются распознавание по отпечатку пальца, радужной оболочке глаза и двумерному (плоскому, как на фотографии) изображению лица. Причем дактилоскопическая идентификация в настоящий момент по применимости и доступности с финансовой точки зрения превосходит все другие технологии в несколько раз.

Как работают биометрические технологии

Биометрия решает вопросы верификации и идентификации . В первом случае задача состоит в том, чтобы убедиться, что полученная биометрическая характеристика соответствует ранее взятой. Верификация (или сравнение 1 к 1) используется для проверки того, что субъект является именно тем, за кого себя выдает. Решение принимается на основании степени похожести характеристик.

Идентификация (или сравнение 1 к N) решает вопрос поиска для получаемой биометрической характеристики наиболее подходящей из ранее взятых. В простейшем случае это последовательное осуществление сравнений полученной характеристики со всеми имеющимися. При этом в качестве результата будет выбрана наиболее похожая ранее взятая характеристика (идентификация выполнена) или не будет вообще никакого результата, если степень похожести оказалась меньше заданной для всех сравнений.

Рассмотрим, как работают биометрические технологии на примере распознавания по отпечатку пальца. Для распознавания необходимо получить (с помощью специальных ридеров) изображение папиллярного узора одного или нескольких пальцев. Далее это изображение обрабатывается, и в процессе обработки находятся его характерные особенности, такие как разветвление линий, окончание линии или пересечение линий. Для каждой особенности, помимо ее типа, запоминаются относительное расположение и другие параметры, например, для точки окончания – направление линии. Совокупность данных особенностей и их характеристик образует шаблон биометрической характеристики.

При идентификации или верификации используется сравнение получаемого шаблона с ранее полученными. При определенном уровне соответствия делается вывод об идентичности шаблонов и, соответственно, происходит верификация или идентификация представленного пальца.

Аналогичным образом происходит распознавание и для других биометрических характеристик человека . Естественно, при этом используются другие особенности характеристик, например, для лица – это расположение и относительные размеры носа, скул и т.д. Причем в связи с тем, что фотографии могут быть разного размера, для их сравнения необходимо масштабирование, для которого в качестве «масштабного коэффициента» применяется расстояние между зрачками глаз.
Оценка эффективности биометрических технологий , помимо стоимостных показателей и удобства использования, основывается на использовании двух вероятностных параметров – ошибка ложного отказа (FRR – False Reject Rate) и ошибка ложного пропуска (FAR – False Accept Rate). Ошибка ложного отказа возникает в случае, если система не опознала биометрический признак, который соответствует имеющемуся в ней шаблону, а ошибка ложного пропуска – в случае, если система неверно сопоставила предъявленный ей признак с не соответствующим ему на самом деле шаблоном. Как понятно, ошибка ложного пропуска более опасна с точки безопасности , а ошибка ложного отказа приводит к уменьшению удобства пользования системой, которая иногда не распознает человека с первого раза.

Эти две вероятности взаимосвязаны, попытка уменьшения одной приводит к увеличению второй, поэтому на практике в зависимости от требований к системе выбирается определенный компромисс. Типичные значения данных вероятностей для дактилоскопических систем составляют 0,1 ё 1% для FRR и 10–3 ё 10–7% для FAR.

Проблемы биометрических технологий

Не все радужно в области биометрических технологий . Укажем несколько из существующих на данных момент проблем, отметив, что они, все же, постепенно разрешаются:

Дороговизна. Эта проблема актуальна для новых биометрических технологий , как, впрочем, и для всех новых технологий вообще. Для дактилоскопических систем можно считать ее почти решенной.

Неуниверсальность. Данная проблема связана с тем, что некоторые характеристики плохо выражены у отдельных людей. Известно, что примерно у 2% людей папиллярные узоры находятся в таком состоянии, что с трудом поддаются автоматическому распознаванию. Данная проблема возникает и при попытке применения биометрических технологий для людей, имеющих физические недостатки (ампутации рук или пальцев, шрамы на лице, проблемы с глазами и т.д.). В этом случае (в отличие от ошибок первого и второго рода – FAR и FRR) говорят о так называемой «ошибке третьего рода» – отказе системы принимать биометрическую характеристику. Путем решения этой проблемы является комплексность подхода, использующего сразу несколько биометрических характеристик, что позволяет на порядок снизить количество людей, биометрическая идентификация которых невозможна. Другим путем решения данной проблемы является использование биометрической идентификации совместно с другими методами (например, с аутентификацией по смарт-карте).

Относительно комплексного применения нескольких биометрических технологий следует сказать еще несколько слов. Помимо решения проблемы ошибки третьего рода, такое применение позволяет существенно улучшить и характеристики, связанные с ложным отказом и ложным допуском. Именно поэтому данное направление, называемое мультибиометрической идентификацией , является одним из наиболее перспективных в области биометрии .

Чувствительность к обману. Проблема, наиболее выраженная для традиционных технологий (палец, лицо), что связано с их давним появлением. Существуют и успешно применяются различные методы борьбы с этой проблемой, основанные на различных физических характеристиках муляжей и живых тканей. Например, для отпечатков пальцев может применяться методика измерения пульса или электропроводности.
Отсутствие стандартов. По сравнению с 2005 годом, когда появился первый вариант данной статьи, положение существенно улучшилось. Приняты или находятся на выходе стандарты, касающиеся данных отпечатка пальца, двумерного изображения лица, биометрического программного интерфейса, тестирования биометрических технологий и обмена биометрическими данными.

Введение

1.Классификация и основные характеристики биометрических средств идентификации личности

2. Особенности реализации статических методов биометрического контроля

2.1 Идентификация по рисунку папиллярных линий

2.2 Идентификация по радужной оболочке глаз

2.3 Идентификация по капиллярам сетчатки глаз

2.4 Идентификация по геометрии и тепловому изображению лица

2.5 Идентификация но геометрии кисти руки

3. Особенности реализации динамических методов биометрического контроля

3.1 Идентификация по почерку и динамике подписи

3.3 Идентификация по ритму работы на клавиатуре

4. Биометрические технологии будущего

Заключение

Литература

Введение

Тема курсовой работы «Биометрические средства иденфикации личности».

Для идентификации личности современные электронные систем контроля и управления доступом (СКУД) используют устройства нескольких типов. Наиболее распространенными являются:

Кодонаборные устройства ПИН-кода (кнопочные клавиатуры);

Считыватели бесконтактных смарт-карт (интерфейс Виганда);

Считыватели проксимити-карт;

Считыватели ключа «тач-мемори»;

Считыватели штрих-кодов;

Биометрические считыватели.

В настоящее время самое широкое распространение получили всевозможные считыватели карт (проксимити, Виганда, с магнитной полосой и т. п). Они имеют свои неоспоримые преимущества и удобства в использовании, однако при этом в автоматизированном пункте доступа контролируется «проход карточки, а не человека». В то же время карточка может быть потеряна или украдена злоумышленниками. Все это снижает возможность использования СКУД, основанных исключительно на считывателях карт, в приложениях с высокими требованиями к уровню безопасности. Несравненно более высокий уровень безопасности обеспечивают всевозможные биометрические устройства контроля доступа, использующие в качестве идентифицирующего признака биометрические параметры человека (отпечаток пальца, геометрия руки, рисунок сетчатки глаза и т. п.), которые однозначно предоставляют доступ только определенному человеку - носителю кода (биометрических параметров). Но на сегодняшний день подобные устройства все еще остаются достаточно дорогими и сложными, и поэтому находят свое применение только в особо важных пунктах доступа. Считыватели штрих-кодов в настоящее время практически не устанавливаются, поскольку подделать пропуск чрезвычайно просто на принтере или на копировальном аппарате.

Цель работы рассмотреть принципы работы и использования биометрических средств иденфикации личности.

1. Классификация и основные характеристики биометрических средств идентификации личности

Достоинства биометрических идентификаторов на основе уникальных биологических, физиологических особенностей человека, однозначно удостоверяющих личность, привели к интенсивному развитию соответствующих средств. В биометрических идентификаторах используются статические методы, основанные на физиологических характеристиках человека, т. е. на уникальных характеристиках, данных ему от рождения (рисунки папиллярных линий пальцев, радужной оболочки глаз, капилляров сетчатки глаз, тепловое изображение лица, геометрия руки, ДНК), и динамические методы(почерк и динамика подписи, голос и особенности речи, ритм работы на клавиатуре). Предполагается использовать такие уникальные статические методы, как идентификация по подноггевому слою кожи, по объему указанных для сканирования пальцев, форме уха, запаху тела, и динамические методы -идентификация по движению губ при воспроизведении кодового слова, по динамике поворота ключа в дверном замке и т. д. Классификация современных биометрических средств идентификации показана на рис. 1.

Биометрические идентификаторы хорошо работают только тогда, когда оператор может проверить две вещи: во-первых, что биометрические данные получены от конкретного лица именно во время проверки, а во-вторых, что эти данные совпадают с образцом, хранящимся в картотеке. Биометрические характеристики являются уникальными идентификаторами, но вопрос их надежного хранения и защиты от перехвата по-прежнему остается открытым

Биометрические идентификаторы обеспечивают очень высокие показатели: вероятность несанкционированного доступа - 0,1 - 0,0001 %, вероятность ложного задержания - доли процентов, время идентификации - единицы секунд, но имеют более высокую стоимость по сравнению со средствами атрибутной идентификации. Качественные результаты сравнения различных биометрических технологий по точности идентификации и затратам указаны на рис. 2. Известны разработки СКУД, основанные на считывании и сравнении конфигураций сетки вен на запястье, образцов запаха, преобразованных в цифровой вид, анализе носящего уникальный характер акустического отклика среднего уха человека при облучении его специфическими акустическими импульсами и т. д.

Рис. 1. Классификация современных биометрических средств идентификации

Тенденция значительного улучшения характеристик биометрических идентификаторов и снижения их стоимости приведет к широкому применению биометрических идентификаторов в различных системах контроля и управления доступом. В настоящее время структура этого рынка представля-

Любая биометрическая технология применяется поэтапно:

Сканирование объекта;

Извлечение индивидуальной информации;

Формирование шаблона;

Сравнение текущего шаблона с базой данных.

Методика биометрической аутентификации заключается в следующем. Пользователь, обращаясь с запросом к СКУД на доступ, прежде всего, идентифицирует себя с помощью идентификационной карточки, пластикового ключа или личного идентификационного номера. Система по предъявленному пользователем идентификатору находит в своей памяти личный файл (эталон) пользователя, в котором вместе с номером хранятся данные его биометрии, предварительно зафиксированные во время процедуры регистрации пользователя. После этого пользователь предъявляет системе для считывания обусловленный носитель биометрических параметров. Сопоставив полученные и зарегистрированные данные, система принимает решение о предоставлении или запрещении доступа.

Рис. 2. Сравнение методов биометрической идентификации

Таким образом, наряду с измерителями биометрических характеристик СКУД должны быть оборудованы соответствующими считывателями идентификационных карточек или пластиковых ключей (или цифровой клавиатурой).

Основные биометрические средства защиты информации, предоставляемые сегодня российским рынком обеспечения безопасности, приведены в табл. 1, технические характеристики некоторых биометрических систем представлены в табл. 2.

Таблица 1. Современные биометрические средства защиты информации

Наименование	Производитель	Биопризнак	Примечание
SACcat	SAC Technologies	Рисунок кожи пальца	Приставка к компьютеру
TouchLock, TouchSafe,	Identix	Рисунок кожи	СКУД объекта
TouchNet	Identix	пальца
Eye Dentification	Eyedentify	Рисунок сетчатки	СКУД объекта
System 7,5	Eyedentify	глаза	(моноблок)
Ibex 10	Eyedentify	Рисунок сетчатки глаза	СКУД объекта (порт, камера)
eriprint 2000	Biometric Identification	Рисунок кожи пальца	СКУД универсал
ID3D-R Handkey	Recognition Systems	Рисунок ладони руки	СКУД универсал
HandKey	Escape	Рисунок ладони руки	СКУД универсал
ICAM 2001	Eyedentify	Рисунок сетчатки глаза	СКУД универсал
Secure Touch	Biometric Access Corp.	Рисунок кожи пальца	Приставка к компьютеру
BioMouse	American Biometric Corp	Рисунок кожи пальца	Приставка к компьютеру
Fingerprint Identification Unit	Sony	Рисунок кожи пальца	Приставка к компьютеру
Secure Keyboard Scanner	National Registry Inc.	Рисунок кожи пальца	Приставка к компьютеру
Рубеж	НПФ «Кристалл»	Динамика подписи, спектр голоса	Приставка к компьютеру
Дакточип Delsy	Элсис, НПП Электрон (Россия), Опак (Белоруссия), Р&Р (Германия)	Рисунок кожи пальца	Приставка к компьютеру
BioLink U-Match Mouse,Мышь SFM- 2000A	BioLink Technologies	Рисунок кожи пальца	Стандартная мышь со встроенным сканером отпечатка пальца
Биометрическая система защиты компьютерной информации Дакто	ОАО «Черниговский завод радиоприборов»	Биологически активные точки и папиллярные линии кожи	Отдельный блок
Биометрическая система контроля Iris Access 3000	LG Electronics, Inc	Рисунок радужной оболочки глаза	Интеграция со считывателем карт

Говоря о точности автоматической аутентификации, принято выделять два типа ошибок Ошибки 1-го рода («ложная тревога») связаны с запрещением доступа законному пользователю. Ошибки 1-го рода («пропуск цели»)- предоставление доступа незаконному пользователю. Причина возникновения ошибок состоит в том, что при измерениях биометрических характеристик существует определенный разброс значений. В биометрии совершенно невероятно, чтобы образцы и вновь полученные характеристики давали полное совпадение. Это справедливо для всех биометрических характеристик, включая отпечатки пальцев, сканирование сетчатки глаза или опознание подписи. Например, пальцы руки не всегда могут быть помещены в одно и то же положение, под тем же самым углом или с тем же самым давлением. И так каждый раз при проверке.

Аннотация.

В статье приведены основные биометрические параметры. Рассмотрены методы идентификации, нашедшие широкое применение в России. Биометрическая идентификация способна решить задачу объединения всех существующих паролей пользователя к одному и применять его повсеместно. Процесс извлечения свойств отпечатка пальцев начинается с оценки качества изображения: вычисляется ориентация бороздок, которая в каждом пикселе отражает направление бороздки. Распознавание лиц - это самый приемлемый обществом метод биометрической идентификации. Идентификации личности по радужной оболочке глаза состоит из получения изображения, на котором локализуется радужная оболочка и составляется её код. В качестве двух основных характеристик любой биометрической системы можно использовать ошибки первого и второго рода. Идентификация на основе рисунка радужной оболочки глаза является одним из самых надёжных биометрических методов. Беcконтактный способ получения данных говорит о простоте использования и возможном внедрении в различные области.

Ключевые слова: биометрические параметры, идентификация личности, отпечатки пальцев, распознавание лиц, радужная оболочка, биометрическая идентификация, алгоритм, базы данных, биометрические методы, пароль

10.7256/2306-4196.2013.2.8300

Дата направления в редакцию:

24-05-2013

Дата рецензирования:

25-05-2013

Дата публикации:

1-4-2013

Abstract.

The article lists the main biometric parameters. The author reviews methods of identification that are used widely in Russia. Biometric identification helps to solve the problem of unification of all existing user passwords to one and apply it across the board. The process of extracting fingerprint features begins with an assessment of image quality is calculated orientation grooves which each pixel represents the direction of the grooves. Face Detection is the most acceptable method of biometric identification in society. Identification of the iris consists of image acquisition with localization of an iris and then forming a code of the iris. As the two main characteristics of any biometric system it is possible to use Type I and Type II errors. Identification based on the iris pattern of the eye is one of the most reliable biometric methods. Contactless method of obtaining data in this case suggests simplicity of use of this method in various areas.

Keywords:

Biometric identification, iris, face recognition, fingerprints, personal identification, biometrics, algorithm, database, biometric methods, password

Введение

Человек в современном обществе всё в большей степени нуждаются в обеспечении личной безопасности и безопасности производимых ими действий. Для каждого из нас необходимым атрибутом повседневной жизни становится надёжная авторизация: повсеместное применение банковских карт, сервисов электронной почты, совершение различных операций и пользование услугами - всё это требует идентификации личности. Уже сегодня мы вынуждены вводить десятки паролей, иметь при себе токен или другой идентифицирующий маркер. В такой ситуации остро встаёт вопрос: «А можно ли свести все существующие пароли к одному и применять его повсеместно, не опасаясь кражи или подмены?»

Биометрические параметры

Биометрическая идентификация способна решить данную задачу. Распознавание человека по биометрическим данным - это автоматизированный метод идентификации на основе физиологических (являются физическими характеристиками и измеряются в определённые моменты времени) и поведенческих (представляют собой последовательность действий и протекают в течение некоторого периода времени) черт. В таблице 1 перечислены основные из них.

Таблица 1

Биометрические параметры

Применяются часто		Применяются редко
Физиологические	Поведенческие	Физиологические	Поведенческие
1. Отпечатки пальцев	1. Подпись	1. Сетчатка глаза	1. Клав. почерк
			2. Походка
3. Радужная оболочка		3. Форма ушей
4. Геометрия руки
		5. Отражение от кожи
		6. Термограмма

Подробнее остановимся на трёх, распространённых в России.

Отпечатки пальцев

Отпечатки пальцев (рис. 1 а) представляют собой мелкие бороздки на внутренней поверхности ладони и ступни человека. Судебная экспертиза основывается на предположении, что не существует двух одинаковых отпечатков пальцев, принадлежащих разным людям.

Для сравнения отпечатков эксперты используют множество деталей папиллярных узоров, имеющих следующие черты: конец бороздки, раздвоение бороздки, независимая бороздка, озеро, ответвление, перекрест и другие. Автоматические методы сравнения работают схожим образом. Процесс извлечения свойств отпечатка начинается с оценки качества изображения: вычисляется ориентация бороздок, которая в каждом пикселе отражает направление бороздки. Затем происходит сегментация бороздок и локализации деталей с последующим распознаванием.

Геометрия лица

Задача распознавания лиц идёт рука об руку с человеком с незапамятных времён. Паспорт, снабжённый фотографией, стал повсеместным и главным документом, удостоверяющим личность человека. Это самый приемлемый обществом метод биометрической идентификации. Простота фиксирования данного биометрического признака позволила составить большие базы данных: фотографии в правоохранительных органах, видеозаписи камер наблюдения, социальные сети и так далее.

Источником получения изображения могут быть: оцифровке документы; камеры наблюдения; трёхмерные изображения; снимки в инфракрасном спектре.

На полученном изображении локализуется лицо (рис. 1 б), затем применяется один из двух методов: внешний вид лица и геометрия лица. Предпочтительным является метод, основанный на анализе геометрии лица, история распознавания которого насчитывает тридцатилетнюю историю.

Радужная оболочка глаза

Радужная оболочка - цветная часть глаза между склерой и зрачком. Является, как и отпечатки пальцев фенотипической особенностью человека и развивается в течении первых месяцев беременности.

Идея идентификации личности по радужной оболочке глаза была предложена офтальмологами ещё в 1936 году. Позднее, идея нашла своё отражение в некоторых фильмах. Например, в 1984 году был снят фильм про Джеймса Бонда «Никогда не говори никогда». И лишь в 1994 году появился первый автоматизированный алгоритм распознавания радужной оболочки глаза, разработанный математиком Джоном Даугманом. Алгоритм был запатентован и до сих пор лежит в основе систем распознавания радужной оболочки.

Устройство по захвату изображения глаза, которое будет удобным для пользователя и незаметным, является одной из проблем. Ведь при этом оно должно считывать рисунок радужной оболочки не зависимо от условий освещения. Есть несколько подходов. Первый из них базируется на поиске лица и глаз, затем другая камера с увеличительным объективом получает высококачественное изображение радужной оболочки. Второй - требует, чтобы глаз человека находился внутри определённой области наблюдений одной камеры.

На полученном изображении локализуется радужная оболочка и составляется её код (рис. 1 в). Даугман использовал двумерный фильтр Габора. Дополнительно создаётся маска, где изображение зашумлено (области наложения ресниц и век), которая накладывается на исходный код радужной оболочки. Для идентификации вычисляется расстояние Хэмминга (разница в битах между двумя шаблонами радужных оболочек), которое для одинаковых радужных оболочек будет наименьшим.



Рисунок 1. Примеры биометрических параметров

Статистические характеристики

В качестве двух основных характеристик любой биометрической системы можно использовать ошибки первого и второго рода. В области биометрии наиболее устоявшиеся понятия - FAR (False Acceptance Rate) и FRR(False Rejection Rate). FAR характеризует вероятность ложного совпадения биометрических характеристик двух людей. FRR - вероятность отказа доступа человеку, имеющего допуск.

В таблице 2 приведены средние показатели для различных биометрических систем

Таблица 2

Характеристики биометрических систем

Следует отметить, что данные показатели варьируются в зависимости от используемых биометрических баз данных и применяемых алгоритмов, однако их качественное соотношение остаётся примерно одним. Анализируя эти данные, можно придти к выводу, что идентификация на основе рисунка радужной оболочки глаза является одним из самых надёжных биометрических методов. Безконтактный способ получения данных говорит о простоте использования и возможном внедрении в различные области.