Біометрична ідентифікація

Размещено на http://www.allbest.ru/

Размещено на http://www.allbest.ru/

ЗМІСТ

ВСТУП

1. ВИЗНАЧЕННЯ БІОМЕТРІЇ

2. АНАЛІЗ ЕФЕКТИВНОСТІ ТА НАДІЙНОСТІ МЕТОДІВ БІОМЕТРИЧНОЇ АУТЕНТИФІКАЦІЇ

3. ІДЕНТИФІКАЦІЯ ЗА ВІДБИТКАМИ ПАЛЬЦІВ

3.1 Основні особливості ідентифікації особи за відбитками пальців

3.2 Приклади застосування сканерів відбитків пальців

ВИСНОВОК

ВСТУП

Освіченого читача, сучасника епохи різноманітних еволюцій та революцій, у тому числі технічної, не здивує це слово - біометрія, що можна загалом сприймати як науку, що займається вимірюванням біологічних об'єктів.

З необхідністю не тільки максимально точно визначити біометричні характеристики людини, а й ідентифікувати його персону ми стикаємося повсякчасно. Посвідчення, паспорти, бейджі, підписи, паролі, PІN-коди необхідні нам для авторизації при вході в будинок, перетині кордону, отриманні грошей в банку чи, автоматично, в банкоматі тощо. А ще є процедура верифікації персони. Часто правоохоронні органи вирішують інше завдання, коли за деякими характерними слідами визначають конкретну особу, аби її розпізнати.

Найдавніші методи ідентифікації мали механічний характер, грунтувалися переважно на використанні певних технічних значень. Цей же принцип ліг в основу новіших технологій з використанням пластикових бейджів, магнітних, смарт-карток з електронним чи оптичним пристроєм запам'ятовування. В цих системах передбачено досить високий рівень захисту від підробок, копіювання і фальсифікації. Разом з тим технічним системам притаманна одна дуже суттєва вада - орієнтування на верифікацію самого предмета авторизації - картку, бейдж, посвідчення, а не на власне персону-власника. Система контролю доступу в даному разі відстежує проходження карток без підтвердження ідентичності персони, що скористалась ними. Іншими словами: картка може бути загублена, викрадена, передана і використана іншою особою.

Системи, які грунтуються на спеціальних знаннях, конкретніше паролях та секретних кодах, намагаються виключити ці недоліки. Разом з картками вони значно підвищують рівень безпеки. Проте паролі забуваються, записуються на аркушах паперу, передаються по телефону і викрадаються через підглядування за допомогою прихованих відеокамер, клавіатурних шпигунів тощо. Але нові технологічні рішення розвиваються за тими ж законами, що і все людське суспільство. Спіраль прогресу вивела на нові можливості використання архаїчного методу авторизації за допомогою пальця, прикладеного до документа. Це і привело до появи сучасної технології біометрії. Єдиним напрямом для беззаперечної ідентифікації особи є автоматичне визначення її особистих характеристик, які називаються біометричними. Відповідно до цього з'явилась і нова технологія ідентифікації - біометрична. В основі її лежить розуміння, що архаїчний відбиток пальця може бути тим самим, практично неповторним, об'єктом, за яким повністю ідентифікується персона. Недарма в дуже важливих моментах для посвідчення особи, наприклад, під час голосування в парламенті Туреччини, використовується біометрична система ідентифікації з автоматичною перевіркою відбитка пальця.

Нині існують різні способи і методи біометричної ідентифікації, але вони базуються в основному на вимірюванні фізіологічних властивостей, а також особливостях поведінки особи. Серед них такі напрямки, як розпізнавання за геометрією руки і пальців, венозною структурою, райдужною оболонкою, внутрішньою структурою дна ока, рисами обличчя, відбитками пальців. Відомі спроби використання для цих цілей зовнішньої форми вуха, структури долоней і навіть запаху людського тіла, хоча результати практичного застосування останнього невідомі.

До високоефективних з точки зору вірогідності методів можна віднести ідентифікацію за аналізом ДНК людини. Досі не існувало таких технологічних рішень, які уможливили б її ширше використання. Устаткування для ДНК- тесту надто дороге: біохімічна лабораторія. Хоча на хвилі боротьби з тероризмом і криміналом кількість таких лабораторій в Європі та Північній Америці значно зростає.

Використання особливостей поведінки особи для її ідентифікації наштовхується на проблему вирізнити інваріантні характеристики серед змінних. Ці методи є менш точними, і використовуються в обмежених масштабах. Хоча, наприклад, у фінансовому світі споконвіку основним фактом ідентифікації особи був її підпис. Відомі деякі біометричні пристрої, де використовуються не тільки фінальний образ підпису, а й сам характер динаміки його виконання. Разом з тим ймовірність визначення достовірним неідентичного зразка становить десяту частину, при цьому сам процес ідентифікації займає досить багато часу і місця, що робить застосування цього методу непрактичним, а в країнах з низьким рівнем грамотності - взагалі неприйнятним.

Розмовляючи по телефону, ми не завжди усвідомлюємо, що цей пристрій може бути використано для ідентифікації особи за голосом. Пристрої такої системи аналізують енергетику і динаміку спектра мови, а в деяких випадках і самі слова. Дані системи характерні великими допусками і, як наслідок, відносно низьким рівнем безпеки, що означає високу ймовірність нерозпізнавання ідентичності особи.

Характер роботи за клавіатурою також може використовуватися в цій сфері. Тут проблемним є насамперед зміна результатів вимірювань у залежності від клавіатури, а також відсутність характерних особливостей у людей, які мало користуються, або зовсім не торкаються клавіатури.

Певна річ, актуальність біометрії значно вища для тих сфер діяльності, де потрібно однозначно відповісти на запитання: "Хто ти є?" і "Хто є хто?". Хоч насправді застосувань може бути значно більше. Прикладом є мобільні телефони, які підкоряються тільки своєму власнику. Незабаром, із здешевленням затрат, у широкий вжиток увійдуть побутові пристрої, оснащені біометричними пристроями, в пам'яті яких записуватимуться характеристики їхнього господаря, кому вони і будуть підкорятись. Нещодавно в Канаді введено в експлуатацію багатоквартирний будинок з вмонтованою біометричною системою доступу. Ключами для входу мешканців, обслуги і гостей використовуються їхні пальці. Однак розвиток подібних систем наштовхується на перепони. Це викликано насамперед відносною новизною біометричних технологічних рішень, особливо для сфери непрофесійного вжитку. Хоча перші пристрої цього типу були виготовлені близько 20 років тому, вони мали великі розміри, повільну дію та надзвичайну дорожнечу. Й нині перенесення цих технологій на використання в таких сферах, як, наприклад, банкомати (АТМ) потребує значних інвестицій, а отже процес затягується в часі. Вартість біометричних пристроїв нині вища, ніж тих, які грунтуються на магнітних картках, але вона вже наближається до цін на системи смарт-карток, і з тиражуванням стане ще доступнішою.

Не можна не виокремити фактор недостатньо адекватного сприйняття цих пристроїв з боку користувачів. У більшості випадків присутній брак розуміння суті і принципів масових комерційних біометричних систем, які застосовуються для захисту об'єктів фізичної чи інтелектуальної власності. Основні фірми-виробники подібної продукції на світовому ринку Іdentіx, Morfo та інші декларують свою продукцію як таку, в якій записана інформація ні в якому разі не може бути використана третіми особами, відновлена, подібно відбиткам пальців, для інших цілей. Вона може бути використана лише її власником для його ідентифікації. Насамперед все це забезпечується особливостями роботи зчитувача і запам'ятовування пристроєм не графічного образу відбитка пальця, а лише темплейта - інформації про найхарактерніші міні-об'єкти на поверхні пальця, найдрібніші деталі. Завдяки цьому система після першої реєстрації буде віднаходити надалі цей темплейт для порівнювання його з оригіналом. Тому ваш ключ - ваш палець (або кілька пальців), що ніколи не загубиться, завжди з вами, і тільки він може відчинити ваші двері, відкрити доступ до вашого комп'ютера чи сейфа.

Швидкість операції розпізнавання або ідентифікації в сучасних біометричних системах навіть за наявності тисяч користувачів (доступ персоналу до великих підприємств, аеропортів, атомних станцій) вимірюється секундами, тобто відповідає запитам виробничого режиму. Відомо, що найпершими користувачами систем біометричної ідентифікації були організації з високим рівнем безпеки: банки, ядерні реактори, арсенали.

Деякі інформаційні джерела (приміром, Р. Браделін. Швейцарія "Що значить біометрія") наводять приклади використання біометричних систем. Повідомляється, скажімо, про центр з виготовлення і продажу ювелірних виробів, де персоналу 5.500 чоловік і понад 7.000 відвідувачів. Там облаштовано 30 пунктів доступу і всі пункти прийому клієнтів пристроями біометрії на відбиток пальця в комплексі з бейджами, що були встановлені раніше. В багатьох міжнародних аеропортах, наприклад, у Празі, крім персоналу, біометричну перевірку за відбитками пальців проходять всі водії автотранспорту, що заїжджають на територію. Багато банківських закладів у Європі, особливо в Швейцарії для доступу клієнтів до депозитних сейфів встановили біометричні системи на відбитках пальців, або розпізнавання по обличчю. Це дає змогу клієнтам користуватись депозитними сейфами без присутності клерків банку. Одна з найбільших систем супермаркетів в Австралії з 450 вихідними терміналами і персоналом 7.500 чоловік оснащена біометричною системою з відбитками пальців. Це дає змогу уникнути порушень режиму безпеки, шахрайства, а також забезпечити повний контроль використання робочого часу персоналу.

Можливості використання біометричних систем в службах прикордонного контролю, паспортах, ідентифікаційних картках, посвідченнях водіїв прискориться з введенням єдиних міжнародних стандартів. Хоча деякі країни ефективно використовують біометричні системи за внутрішніми стандартами. В Південно-Африканській Республіці, Іспанії, Колумбії біометрію за відбитками пальців упроваджено в системах соціальних виплат і державних пенсійних фондах. Це зменшило ризики і суми несанкціонованих виплат, які завдавали відчутні збитки державі.

На українському ринку з'явилася пропозиція біометричних пристроїв для унеможливлення доступу до комп'ютерних систем і мережних ресурсів. Основані на методах ідентифікації за відбитками пальців, невеликих розмірів, зручні і прості в користуванні, ці системи унеможливлюють неавторизований доступ до комп'ютерних і мережних ресурсів. Це може стати ефективним інструментом для інформаційних систем типу "клієнт-банк". Зразки таких рішень працюють в банках азійського регіону та в Єгипті. Біометрія в комплексі із криптографічними засобами може бути встановлена в системах плебісциту чи голосування, в тому числі для забезпечення посвідчення персони і на різних рівнях передачі результатів плебісциту для подальшої обробки. При цьому база даних темплейтів біометричної системи знаходиться на різних рівнях в архітектурі мережі.

З усього сказаного напрошується такий висновок: біометрія й основані на її принципах системи стали ефективним засобом убезпечення всіх видів власності, захисту від шахрайства, фальсифікації та криміналу. Їх подальше впровадження в різні галузі є актуальним завданням, адже забезпечить створення зручних і надійних інструментів як для державного сектора, індустріальних і комерційних структур, так і для окремих громадян. Біометрія, за нашого бажання, стане надійним захистом біля наших дверей.

1. ВИЗНАЧЕННЯ БІОМЕТРІЇ

біометричний ідентифікація відбиток палець

Біометрія -- сукупність автоматизованих методів і засобів ідентифікації людини, заснованих на його фізіологічній або поведінковій характеристиці. Всі системи біометричної ідентифікації виконують дві основні функції:

1) реєстрацію -- по декількох вимірюваннях зі зчитувального біометричного пристрою формується цифрове представлення (шаблон або модель) біометричної характеристики (в залежності від методу: відбиток пальця, малюнок райдужної оболонки ока тощо), відповідної реєстрованої людини;

2) розпізнавання -- один або декілька вимірів біометричної характеристики зчитуючого пристрою перетвориться на придатну для використання цифрову форму і потім порівнюється з:

а) єдиним шаблоном, відповідному людині, що перевіряється. Шаблон вибирається за попереднім запроваджуваним номером або кодом. Результати порівняння повертаються додатком -- така процедура називається верифікацією або порівнянням «один до одного». Результатом порівняння зазвичай є число-ймовірність того, що порівнювані шаблони належать одній особі. Потім, з використанням будь-якого математичного критерію, приймається рішення про ідентичність шаблонів;

б) з усіма зареєстрованими шаблонами (без попереднього вибору шаблону і введення номера або коду). Як результат повертається список декількох найбільш схожих шаблонів (з найбільшими можливостями, отриманими при порівнянні). Потім, як і в попередньому випадку, з використанням будь-якого математичного критерію приймається рішення про ідентичність шаблонів. Така процедура називається ідентифікацією або порівнянням «один до багатьох».

Розрізняють дві групи методів біометричної ідентифікації : статичні та динамічні.

Статичні методи. Ґрунтуються на унікальній фізіологічній (статичній) характеристиці людини, даній йому від народження і невід'ємною від нього.

За відбитком пальця. В основі цього методу унікальність для кожної людини малюнка папілярних узорів на пальцях. Відбиток, отриманий за допомогою спеціального сканера, перетвориться в цифровий код, і порівнюється з раніше введеним еталоном. Дана технологія є найпоширенішою в порівнянні з іншими методами біометричній ідентифікації.

За формою долоні. Даний метод, побудований на геометрії грона руки. За допомогою спеціального пристрою, що складається з камери і декількох підсвічуючих діодів (включаючись по черзі, вони дають різні проекції долоні), будується тривимірний образ грона руки, по якому формується згортка і розпізнається людина.

За розташуванням вен на лицьовій стороні долоні. За допомогою інфрачервоної камери зчитується малюнок вен на лицьовій стороні долоні або грона руки, отримана картинка обробляється і по схемі розташування вен формується цифрова згортка.

По сітківці ока. Спосіб ідентифікації по малюнку кровоносних судин очного дна. Для того, щоб цей малюнок став видний - людині потрібно подивитися на віддалену світлову точку, і очне дно, що таким чином підсвічується, сканується спеціальною камерою.

По райдужній оболонці ока. Для сканування райдужної оболонки достатньо портативної камери із спеціалізованим програмним забезпеченням, що дозволяє захоплювати зображення частини лиця, з якого виділяється зображення ока і малюнок райдужної оболонки, по якому будується цифровий код для ідентифікації людини.

За формою особи. У даному методі ідентифікації будується тривимірний образ обличчя людини. На обличчі виділяються контури брів, очей, носа, губ і так далі, обчислюється відстань між ними і будується не просто образ, а ще безліч його варіантів на випадки повороту особи, нахилу, зміни виразу.

По термограмі особи. У основі даного способу лежить унікальність розподілу на обличчі артерій, що забезпечують кров'ю шкіру, які виділяють тепло. Для отримання термограми, використовуються спеціальні камери інфрачервоного діапазону. На відміну від попереднього - цей метод дозволяє розрізняти близнята.

По ДНК. Переваги даного способу очевидні, проте використовувані в даний час методи отримання і обробки ДНК працюють настільки довго, що такі системи використовуються тільки для спеціалізованих експертиз.

Інші методи. Існують ще такі унікальні способи - як ідентифікація по піднігтьовому шару шкіри, за об'ємом вказаних для сканування пальців, формі вуха, запаху тіла і так далі.

Динамічні методи. Ґрунтуються на поведінковій (динамічній) характеристиці людини, тобто побудовані на особливостях, характерних для підсвідомих рухів в процесі відтворення якої-небудь дії.

По рукописному почерку. Ця технологія стає вельми популярною альтернативою розпису ручкою. Тут використовують або спеціальні ручки, або чутливі до тиску планшети, або їх комбінацію. Залежно від необхідного ступеня захисту алгоритм ідентифікації може бути простим (ступінь збігу двох зображень) або ускладненим, коли окрім зображень аналізуються динамічні ознаки написання - ступінь натиску, швидкість листа, розподіл ділянок з великим і меншим натиском і т. п., тобто предметом біометричної ідентифікації можна вважати «м'язову пам'ять».

По клавіатурному почерку. Не потрібно ніякого спеціального устаткування, окрім стандартної клавіатури. Основною характеристикою, по якій будується згортка для ідентифікації - динаміка набору кодового слова.

По голосу. Побудова коду ідентифікації по голосу, як правило, це різні поєднання частотних і статистичних характеристик голосу.

Інші методи. Існують також способи - ідентифікація по руху губ при відтворенні кодового слова, по динаміці повороту ключа в дверному замку і так далі.

2. АНАЛІЗ ЕФЕКТИВНОСТІ ТА НАДІЙНОСТІ МЕТОДІВ БІОМЕТРИЧНОЇ АУТЕНТИФІКАЦІЇ

Важливим елементом забезпечення цілісності конфіденційної інформації є захист від несанкціонованого доступу до ресурсів інформаційних систем, що викликає необхідність створення надійних і зручних систем контролю доступу. Здійснювати останній можна шляхом перевірки відповідності пред'явлених користувачами даних на предмет належності їм цих даних, тобто процесом аутентифікації.

Особливу важливість набуває забезпечення негласності та дистанційності роботи систем контролю доступу у різних сферах їх застосування, наприклад, у банківській справі, адмініструванні мереж, енергетичних системах тощо.

Актуальність теми аутентифікації особистості людини обумовлена активною інформатизацією сучасного суспільства та збільшенням потоків конфіденційної інформації.

Аналіз сучасних систем контролю доступу свідчить про очевидний рух у бік біометричних методів завдяки їх зручності, надійності та достовірності.

Біометричною характеристикою людини (БХЛ) є її виміряна фізична або персональна поведінкова риса, в процесі порівняння якої з аналогічною БХЛ, зареєстрованою раніше, реалізується процедура розпізнавання. Як основні джерела БХЛ використовуються відбитки пальців та/або долоні, райдужна оболонка та/або сітківка очей, голос, обрис обличчя, манера роботи на клавіатурі комп'ютера, підпис тощо.

Біометричні технології (БТ) містять методи та технічні засоби рішення задач двох суттєво відмінних режимів - ідентифікації та аутентифікації особистості на основі БХЛ.

Для біометричної аутентифікації застосовуються характеристики та риси людини, які поділяють на статичні, пов'язані з її унікальними фізичними характеристиками, та динамічні, пов'язані з особливостями виконання людиною будь-яких дій. До перших належать, наприклад, відбитки пальців, форма долоні та/або розташування вен на зовнішній стороні долоні, сітківка ока, форма обличчя, термограма особи тощо. До других відносяться, наприклад, темп набирання тексту на клавіатурі комп'ютера, рукописний почерк тощо.

Постановка завдання Для порівняння ефективності та надійності методів біометричної аутентифікації в даній роботі розглянуто найбільш розвинені на даний момент БТ розпізнавання за статичними характеристиками: за відбитком пальця, формою долоні, райдужною оболонкою ока та голосом.

Розпізнавання за відбитком пальця. Для даного методу необхідно отримати зображення папілярного візерунка одного або декількох пальців. Далі це зображення обробляється, в процесі чого знаходяться його характерні особливості, такі як розгалуження, закінчення або перетинання ліній (див.рис.2.1).

Для кожної особливості, крім її типу, запам'ятовуються також відносні розташування та інші параметри, наприклад, для точки закінчення лінії - її напрямок. Сукупність таких даних особливостей та їхніх характеристик утворює шаблон БХЛ.



Рис.2.1. Процес дактилоскопічного розпізнавання

При розпізнаванні особи використовується порівняння одержуваного шаблону відбитку пальця з раніше отриманими. При певному рівні відповідності робиться висновок про ідентичність шаблонів і відбувається верифікація чи ідентифікація представленого відбитка. Цей метод є найбільш поширеним у світі. Він застосовується як у діловому житті, наприклад, доступ до комп'ютерної системи, так і в побуті, наприклад, для дверних замків. Перевагами цього методу є відносна дешевизна та висока ефективність, простота у використані, легкість встановлення, компактність форми. Слід зауважити, що дактилоскопічна ідентифікація за застосовністю та доступністю з фінансової точки зору перевершує всі інші технології (див.табл.2.1).

До недоліків можна віднести недостатню стійкість до підробки відбитку пальця та до дії зовнішніх факторів - забруднення сканера або чистоти пальця.

Розпізнавання за формою долоні. Даний метод побудований на основі геометрії кисті руки людини. Від користувача отримують кілька силуетів руки за допомогою підсвічувальних діодів, будується тривимірне зображення (див.рис.2.2).



Рис.2.2. Відбиток руки (ліворуч) та 3D-геометрія руки (праворуч)

Для кожного з них обчислюють вектор значень. Всі вектори ознак однієї людини об'єднуються в окремий клас. Ознаки еталонного образу складають середні значення ознак всього класу, тобто визначають його центр. Вихідні ознаки модифікуються перерахуванням у нові або редукуються скороченням їх кількості. І, таким чином, на основі вибірки утворюється шаблон кисті. Отриманий образ переводиться в клас вихідних або модифікованих ознак при порівнянні з еталоном. Переваги методу: не пред'являються вимоги до чистоти кисті, її температури та вологості. Недоліки: громіздкість пристроїв, невисока стійкість до підробки.

Розпізнавання за райдужною оболонкою ока. Райдужна оболонка ока також є унікальною БХЛ. Для її сканування достатньо портативної камери зі спеціалізований програмним забезпеченням, що дозволяє охоплювати зображення частини обличчя, з якого виділяється зображення ока. З останнього, в свою чергу, виділяється рисунок райдужної оболонки, за яким будується цифровий код для розпізнавання особи, а саме перетворенням кожного пікселя з декартової системи координат у полярну (див.рис.2.3.) . На цьому етапі може знадобитися інтерполяція зображення, тому що цілочисельні декартові координати не завжди відповідають полярним. Перевагами даного способу є висока ступінь розпізнавання, безконтактний спосіб сканування, невеликий обсяг бази даних, що в принципі є характерним для більшості біометричних систем, та невелика кількість помилок першого і другого роду (див.табл.2.1). До недоліків можна віднести високу вартість пристроїв та деякі незручності користувачів, пов'язані з необхідністю зосереджувати погляд.

Рис.2.3. Етапи процесу розпізнавання особи за райдужною оболонкою ока

Розпізнавання за голосом. Аутентифікація людини за голосом - один з традиційних способів розпізнавання особи. Оскільки цей метод безконтактний і не вимагає від людини особливих зусиль, ведуться роботи зі створення голосових замків і систем обмеження доступу до інформації. Інтерес у цій області пов'язаний ще й з прогнозами повсюдного впровадження голосових інтерфейсів.

Принцип дії базується на наступному: кожен сплеск голосового сигналу відповідає деякому фрагменту мовлення. Це може бути одна літера, їх поєднання або коротке слово. Після фрагментації слідує оцифрування фрагментів відповідно до частотних показників.(див.рис.2.4).

Рис.2.4. Процес розпізнавання особи за голосом

Переваги методу: звичний для людини спосіб розпізнавання, низька вартість, безконтактність. Недоліки: високий рівень помилок 1-го і 2-го роду, висока чутливість до завад, що викликає необхідність у спеціалізованому завадоізольованому приміщенні для проходження розпізнавання, можливість несанкціонованого перехоплення фрази. Якість розпізнавання залежить від багатьох факторів, таких як інтонація, швидкість мовлення, захворювання та психологічний стан джерела тощо. Слід зазначити, що кожний з розглянутих видів біометричної аутентифікації характеризується певними особливостями, які залежать від вимог до простоти його використання, вартості та точності метод. Причому точність містить три складові:

- FRR (False Rejection Rate) - коефіцієнт помилкової відмови в доступі -- доступ заборонений користувачеві, зареєстрованому в системі; іменується «помилка 1- го роду»;

- FAR (False Acceptance Rate) - коефіцієнт помилкового допуску, ураховує випадки надання системою доступу неавторизованому користувачеві - процентний поріг, що визначає ймовірність того, що один користувач може бути прийнятий за іншого; іменується «помилка 2- го роду»;

- ймовірність того, що система взагалі не зможе прийняти жодного рішення; іменується «помилка 3- го роду».

Таблиця 2.1. Порівняння біометричних методів аутентифікації особи

Параметри, що вимірюються	FRR	FAR	Вартість (усереднена)
Рисунок покровів пальців рук, долоней.	0.05	10-6	$200
Рисунок кровеносних судин дна ока	0.01	10-9	$5000
Рисунок кровеносних судин кисті руки	0.05	10-4	$2000
Райдужна оболонка ока	0.05	10-5	$2000
Геометрія руки	0.02	10-3	$500

Зазвичай в біометричної системі є певний баланс між помилками першого та другого роду: при зниженні числа хибнопозитивних спрацьовувань зростає ймовірність хибнонегативних і навпаки. Підвищити обидва показники надійності можна тільки принциповим удосконаленням біометричної методики.

Помилки третього роду схожі на помилки другого роду - користувачеві відмовляють в доступі, так як система не змогла його розпізнати. Однак природа цих помилок інша і пов'язана не з вадами алгоритмів розпізнавання, а із зовнішніми причинами. Наприклад, не розпізнавання особи, яка втратила або з якихось інших причин не змогла пред'явити необхідні для перевірки БХЛ: поріз або опік пальця, нежить тощо. 

3. ІДЕНТИФІКАЦІЯ ЗА ВІДБИТКАМИ ПАЛЬЦІВ

З усього розмаїття БТ для рішення задач інформаційної безпеки найбільш оптимальним є використання систем побудованих на скануванні і розпізнанні відбитка пальця. Порівняльні переваги даного виду біометричної аутентифікації є наступними:

· у порівнянні з технологіями розпізнання за сітківкою і райдужною оболонкою ока - сканування відбитка пальця є дешевшим і зручнішим, тому що для входу в різні програмні системи і виконання в них критичних операцій, що вимагають строгої ідентифікації користувача, простіше кілька разів прикласти палець до вікна сканера, чим кілька разів правильно приставляти око до камери;

· у порівнянні з технологіями розпізнання за формою і розташуванням вен на лицьовій стороні долоні - сканери відбитків пальців на порядок менш громіздкі і процес безпосереднього зчитування ідентифікуючих ознак також зручніший;

· у порівнянні з технологіями розпізнання за формою і термограмою обличчя - усі що перечислено вище, тобто незручність використання в повсякденних діях і громіздкість устаткування;

· у порівнянні з технологіями розпізнання по рукописному і клавіатурному почерку - у технології ідентифікації за відбитком пальця на кілька порядків кращі статистичні показники помилок першого і другого роду, це ж відноситься і до систем розпізнання за голосом ;

3.1 Основні особливості ідентифікації особи за відбитками пальців

Ідентифікація за відбитками пальців -- на сьогодні найпоширеніша БТ. За даними International Biometric Group, частка систем розпізнавання за відбитками пальців складає 48% від усіх використовуваних у світі БС, і за прогнозами об'єм продажів таких систем тільки в 2005 р. складе приблизно 1847 млн. дол. з тенденцією подвоєння цієї суми щороку.

Безперечно сказати, коли почали використовувати відбитки пальців для упізнання, складно. Археологи в ході розкопок досить часто зіштовхуються з тими або іншими зображеннями відбитків пальців на камені, однак не можна стверджувати, що вони використовувалися для ідентифікації. Крім того, з іншої сторони точно відомо, що в Древньому Вавилоні і Китаї відбитки пальців робили на глиняних табличках і печатках, а в XIV столітті в Персії відбитками пальців „підписували” різні державні документи. Це говорить про те, що вже в той час був відзначено: відбиток пальця -- унікальна характеристика людини, за якою її можна ідентифікувати.

Наступний етап розвитку технології - початок її використання в криміналістиці, в середині XIX століття були зроблені перші припущення про унікальності відбитків пальців кожної людини і спроби класифікації їх по різних ділянках папілярного візерунка. Усе це привело до появи в 1897 р. (по деяких відомостях 1899 р.) „системи Генрі”, першої класифікації, що одержала широке поширення, відбитків пальців, розробленої англійцем Едвардом Генрі під час його перебування в Індії. До кінця XIX століття з'явилися перші алгоритми порівняння відбитків пальців. У наступні 25 років „система Генрі” пройшла адаптацію для використання на державному рівні в різних країнах і приблизно з 1925 р. почала широко застосовуватися в криміналістиці по усьому світі.

Однак, незважаючи на широке поширення методики розпізнавання відбитків пальців для ідентифікації людей, у першу чергу в криміналістиці, дотепер науково не доведено, що малюнок папілярного візерунка пальця людини - абсолютно унікальна характеристика. І хоча за всю більш ніж столітню історію використання цієї технології в криміналістиці й інших областях не виникло ситуації, коли найшлося б двоє людей з абсолютно однаковими відбитками пальців (помилки програмно-апаратних реалізацій алгоритмів розпізнавання в розрахунок не беремо), унікальність відбитків -- це все-таки емпіричне спостереження.

Хоча, можливо, це той самий випадок, коли недоведеність гіпотези свідчить не про те, що вона невірна, а про те, що вона вкрай складно доказова.

В другій половині ХХ століття в зв'язку з появою нових технічних можливостей розпізнавання за відбитками пальців почало виходити за рамки використання тільки в криміналістиці і знайшло своє застосування у всіляких областях інформаційних технологій; у першу чергу такими областями стали:

· системи керування доступом;

· інформаційна безпека (доступ у мережу, ПК);

· облік робочого часу і реєстрація відвідувачів;

· системи голосування;

· проведення електронних платежів;

· аутентифікація на Web-ресурсах;

· різні соціальні проекти, де потрібна ідентифікація людей (благодійні акції і т.д.);

· проекти цивільної ідентифікації (перетинання державних кордонів, видача віз на відвідування країни і т.п.).

Шкіра людини складаються з двох шарів:

· епідермісу (epidermis), зовнішнього шару;

· дерми (derma), більш глибокого шару.

На п'ятому місяці внутрішньоутробного розвитку людини дерма, що до цього часу рівна, стає нерівною і починає здобувати вид безлічі дермальних горбків. На поверхні пальців ці горбки складаються в ряди. Епідерміс, повторює будівлю зовнішнього шару дерми й утворює невеликі складки, що відображають і повторюють хід рядів дермальних горбків.

Ці складки, які є видимими на поверхні шкіри неозброєним оком, називаються папілярними лініями і відокремлюються одна від одної неглибокими борозенками. На вершинах складок - гребенях ПЛ знаходяться численні дрібні пори - зовнішні отвори вивідних проток потових залоз шкіри. ПЛ на поверхні пальців рук, утворюють різні візерунки, які називаються папілярними візерунками.

Остаточно папілярний візерунок на поверхні пальців формується до 7 місяця внутрішньоутробного розвитку. З цього часу борозенки, що сформувалися на поверхні пальців, залишаються незмінними протягом усього життя людей.

Рис.3.1 Типи мінуцій, які використовують при дактилоскопічних дослідженнях

1 - фрагмент папілярної лінії, 2 - початок папілярної лінії, 3 - вічко, 4 - біфуркація-розгалуження, 5 - гачок, 6 - місток, 7 - острівець, 8 - крапка, 9 - закінчення папілярної лінії, 10 - біфуркація-злиття, 11 - включення

Будова верхнього шару шкіри пальців рук людини - епідермісу така, що вона охороняє дерму, тобто власне шкіру, від механічних ушкоджень. Після будь-яких ушкоджень епідермісу, що не торкаються дермальних горбків, папілярний візерунок у процесі загоєння відновлюється в колишньому виді. Якщо ж дермальні горбки ушкоджуються, то утворюється рубець, який у певній мірі деформує папілярний візерунок, але принципово що не змінює первісного загального малюнка, причому сам рубець може бути використаний як побічна ознака при ідентифікації.

В кожнім відбитку пальця існують два типи ознак, які використовують при ідентифікації: глобальні і локальні. До глобального відносяться: тип папілярних візерунків: дуга, петля і завиток, центр візерунка і дельта візерунка, локальний гребневий рахунок (ЛГР), який визначається для кожного візерунка як число гребенів на відстані „дельта-центр” (рис.3.2), їхня орієнтація і розташування на пальцях і долонній поверхні.

Рис.3.2 Типи папілярних візерунків та визначення локального гребневого рахунку: дуга (А) , петля (L), завиток(W) і S-візерунок

До локальних ознак відносять мінуції (рис.3.1), обумовлені як точки зміни структури папілярних ліній (розрив, закінчення, роздвоєння і т.п.). На відбитку пальця нараховують до 50-70 мінуцій. Прийнято вважати, що у відбитках пальців різних людей можуть зустрітися ідентичні глобальні ознаки, а картина мінуцій є унікальною.

Понад сто років унікальність візерунків папіллярних ліній шкіри пальців рук використовувалась головним чином у діяльності правоохоронних органів для одержання відбитків пальців. Поява потужних мікропроцесорів і програмної обробки на їхній базі „електронного” зображення малюнка ПЛ відкриває нові сфери для використання дактилоскопічної ідентифікації: у системах керування доступом до баз даних; мобільних телефонах; автомобілях; комп'ютерах; системах запобігання несанкціонованого доступу до комп'ютерних мереж і систем; електронних замках різного призначення; електронному бізнесі і багатьох інших системах, у яких донедавна було прийнято для керування доступом використовувати паролі.

Як і у всіх біометричних методах, процес ідентифікації особи за відбитком пальця поділяється на два ключових етапи: реєстрацію і розпізнавання (ідентифікацію/аутентифікацію).

При реєстрації можна виділити три фази: введення зображення малюнка ПЛ; виділення індивідуальних елементарних деталей малюнка і формування (обчислення) образу малюнка (шаблона, ідентифікаційної формули); збереження зразка.

Введення зображення полягає в отриманні (формуванні) растрового зображення малюнку ПЛ. Як правило, роздільна здатність у 500 dpі (dots per іnch - точок на дюйм), що при розмірі пікселів 5050 мікрон відповідає відстані між ними приблизно 50 мікрон, є більш ніж достатньою для одержання якісного зображення відбитка пальця. Ці вимоги пред'являються до інтегрованих автоматизованих систем розпізнавання відбитків пальців (Іntegrated Automated Fіngerprіnt Іdentіfіcatіon System - ІAFІ), які рекомендовані для використання у ФБР (FBІ - Federal Bureau of Іnvestіgatіon). Роздільна здатність 500 dpі достатня для аналізу мікрорельєфу (ребер і западин) шкіри пальця. Майже всі існуючі давачі для одержання зображення відбитка пальця забезпечують таку роздільну здатність, хоча для комерційних додатків це не потрібно. Ширина ребер шкіри, як правило, складає 450 мікрон, отже, теоретично за допомогою давачів із роздільною здатністю 112 dpі (відстань між пікселями 225 мікрон) можна одержати задовільне зображення відбитка пальця.

Оскільки ширина нерівностей шкіри на пальцях у деяких людей може бути і меншою, і тому щоб одержати зображення малюнка прийнятної якості, необхідно забезпечити роздільну здатність сенсора не менше 250 dpі. У деяких випадках для розпізнавання відбитка пальця можуть використовуватися пори на шкірі (рис.3.3). Ширина порів складає порядку 40 мікронів тому роздільна здатність давачів у цьому випадку повинна бути не менше 1000 dpі.



Рис.3.3 Порожніми кружками відзначені пори, чорними - кінцеві точки і точки розгалуження

В даний час у пристроях ідентифікації на базі методу розпізнавання за відбитком пальця використовується програмне забезпечення, що дозволяє проводити аналіз лише елементарних деталей малюнка ПЛ, а не розташування пор на шкірі пальців. У специфікаціях ІAFІS вказується також роздільна здатність для кожного пікселя зображення, яка повинна складати вісім біт на піксель, що дозволяє одержати 256 градацій яскравості.

При роздільній здатності давача 500 dpі і форматі матриці 400600 пікселів об'єм пам'яті для збереження зображення малюнка, утвореного папілярними лініями одного пальця, може складати 240 Кбайт. Для десяти пальців - більше 2.4 Мбайт. Отже, для збереження повного растрового зображення відбитка пальця потрібен великий об'єм пам'яті мікропроцесорної системи пристрою ідентифікації. До того ж для подальшого розпізнавання відбитка пальця в процесі його порівняння із шаблоном, що знаходиться в базі, зовсім не потрібно зберігати його повне зображення. Щоб одержати стиснуте зображення, можна використовувати стандартні алгоритми. Зображення з коефіцієнтом стиску до десяти можна надалі повністю відновити. Однак при такому коефіцієнті стиску об'єм пам'яті, необхідний для збереження зображення, залишається досить великим. Тому при обробці зображення застосовуються спеціальні алгоритми, що дозволяють одержати лише образ (шаблон, ідентифікаційну формулу) зображення малюнка ПЛ пальця. Шаблон являє собою стиснуте зображення з втратами, по якому неможливо відновити первісне зображення відбитка пальця. Однак він містить достатній об'єм інформації для подальшого розпізнавання за відбитком пальця. Після введення повного растрового зображення і його фільтрації в більшості випадків обробка отриманого зображення виконується по алгоритмах, які побудовані на наслідуванні традиційних методів, що використовуються у криміналістиці протягом багатьох десятиліть. Цей метод заснований на пошуку елементарних деталей малюнка ПЛ (роздвоєння і перетини ліній, крапок, дельт, острівців, містків і закінчень ліній, і інших).У результаті аналізу і деталізації малюнка виділяють приблизно від 30 до 40 таких деталей (рис.3.4).

Рис.3.4 Виділення елементарних деталей малюнка папілярних ліній

Надалі формується шаблон, у якому зберігаються лише координати їхнього розташування щодо обраної точки (центра) (рис.3.5), що дозволяє зменшити об'єм даних для подальшого збереження до 40... 1000 байт. Виділення елементарних деталей малюнка - не єдиний метод, який використовується при розпізнаванні за відбитком пальця.

Рис.3.5 Порівняння двох відбитків пальця за індивідуальними елементарними деталями малюнка

У силу простоти реалізації і швидкості роботи - алгоритми даного класу є найбільш розповсюдженими. Єдиним істотним недоліком даного методу порівняння є - досить високі вимоги до якості одержуваного зображення (близько 500 dpi).

Для виділення особливостей малюнка ПЛ можуть використовуватися й інші методи. В окремих випадках застосовується кореляційний метод порівняння двох зображень відбитків пальців, для якого потрібно зберігати повне зображення або, принаймні, стиснуте без втрат. У будь-якому випадку, для застосування цього методу потрібно зберігати зображення, що займає об'єм більший за необхідний для методу з виділенням елементарних деталей малюнка.

Кореляційне порівняння -- два зображення відбитка пальця накладаються один на одного, і підраховується кореляція (за рівнем інтенсивності) між відповідними пікселями обчислена для різних вирівнювань зображень один до одного (наприклад, шляхом різних зсувів і обертань); По відповідному коефіцієнті приймається рішення про ідентичність відбитків.

Внаслідок складності і тривалості роботи даного алгоритму, особливо при рішенні задач ідентифікації (порівняння „одного-до-багатьох”) - системи, побудовані з його використанням, зараз практично не використовуються.

Порівняння по візерунку - у даному алгоритмі порівняння використовується безпосередньо особливості будови папілярного візерунка на поверхні пальців. Отримане зі сканера зображення відбитка пальця, розбивається на безліч дрібних комірок як показано на рис.3.6 (розмір комірок залежить від необхідної точності).



Рис.3.6 Розбивання папілярного візерунка на комірки

Розташування ліній у кожній комірці описується параметрами деякої синусоїдальної хвилі (рис.3.7), тобто, задається початковий зсув фази (д), довжина хвилі (л) і напрямок її поширення (и).

Рис.3.7 Хвилеве представлення ліній в комірці

Відповідно при одержанні відбитка для порівняння - він вирівнюється і приводиться до такого ж виду, що і шаблон. Потім порівнюються параметри хвильових представлень відповідних комірок.

Перевагою алгоритмів цього класу є те, що дані алгоритми порівняння не вимагають одержання зображення високої якості.

В архівах організацій, що займаються правоохоронною діяльністю і розшуком злочинців, зберігається повне зображення (або, у крайньому випадку, стиснуте без втрат), що дає можливість з високою вірогідністю виконувати судово-медичну експертизу за допомогою традиційних методів порівняння малюнків ПЛ.

У процесі розпізнавання (ідентифікації), як і при реєстрації, виконується введення зображення малюнка ПЛ, виділення індивідуальних елементарних деталей малюнка і формування в процесі обчислень шаблона. Однак після цього замість збереження шаблона виконується ідентифікація, у процесі якої здійснюється порівняння (зіставлення) з одним або багатьма шаблонами, що містяться в базі даних системи.

Процес виділення елементарних деталей і формування шаблона при ідентифікації завжди аналогічний тому, що виконується при реєстрації, оскільки як в першому, так і в другому випадку обидва шаблони повинні формуватися за тим самим алгоритмом .

3.2 Приклади застосування сканерів відбитків пальців



Висновок

Технологія аутентифікації із застосуванням біометричних методів має достатньо суттєві переваги. Однак, перед тим як остаточно зупинити на ній свій вибір, варто взяти до уваги також і всі її недоліки. Для контролю доступу до критично важливих даних не слід застосовувати лише один з біометричних методів через високу ймовірність підробки БХЛ - поєднання перевірки декількох БХЛ значно підвищить захищеність інформаційних ресурсів від несанкціонованого доступу.

Размещено на Allbest.ru