Systemy biometryczne

Co to jest biometria?

Najogólniej mówiąc, biometria - to nauka o pomiarach właściwości biologicznych. Technologia ta korzysta z faktu, że każda osoba posiada unikalne, charakterystyczne tylko dla niej cechy. Nie można ich zgubić, pożyczyć czy też ukraść. Są one wpisane na stałe w naszym kodzie genetycznym. Cała sztuka polega więc na wykorzystaniu i właściwym przetworzeniu informacji, które już istnieją.

Jak działają systemy biometryczne?

Zasada działania wszystkich metod biometrycznych jest bardzo zbliżona. Na początku musimy użytkownika zarejestrować, czyli wprowadzić do komputera zaszyfrowany wzór jego indywidualnych biometrycznych informacji. Kiedy użytkownik próbuje się dostać do systemu zarejestrowany wzorzec porównywany jest z wprowadzanymi przez użytkownika informacjami. Jeżeli porównanie wypadnie pomyślnie to użytkownik zostanie do systemu wpuszczony. Istnieje wiele systemów biometrycznych, które proces weryfikacji opierają na różnych danych. Poniżej w bardzo skrócony sposób scharakteryzuję te najbardziej popularne.

Typy systemów biometrycznych

System tego typu składa się ze skanera, którego zadaniem jest pobranie danych do analizy oraz z oprogramowania, które zapisuje charakterystyczne dane naszego odcisku palca w specyficznym formacie. Informacja ta umieszczana jest w bazie danych jako wzorzec i porównywana z nowo wprowadzanymi przez skaner odciskami za każdym razem kiedy użytkownik chce uzyskać dostęp do systemu.

Skaner wysyła wiązkę światła poprzez pryzmat. Promienie odbite od naszego palca trafiają do urządzenia CCD (charge-coupled device), gdzie są przetwarzane i tworzony jest cyfrowy obraz naszego palca. Bardzo ważny jest tu fakt, że właściwy odcisk palca nie jest nigdzie rejestrowany. Urządzenie przetwarza obraz naszego palca na charakterystyczne punkty cyfrowe, które opisują w sposób jednoznaczny jego kształt, budowę oraz wszystkie szczególne cechy. Program opisuje relacje pomiędzy liniami papilarnymi na naszym palcu w charakterystycznych miejscach. Na przykład tam gdzie linie dzielą się lub kończą. Dzięki takiej technologii nie potrzebujemy nigdy 100% dokładności przy rozpoznawaniu odcisku palca. Użytkownik będzie rozpoznany nawet gdy palec będzie skaleczony lub brudny. Większość systemów wprowadza do bazy danych więcej niż jeden palec jako zabezpieczenie na wypadek, gdyby system z jakichś przyczyn nie rozpoznał użytkownika.

W chwili obecnej rozpoznawanie odcisku palca jest najbardziej rozpowszechnioną technologią biometryczną.

Jej podstawowe zalety to:

- bardzo wysoki współczynnik niezawodności i wydajności systemu.

- stosunkowo niskie wymagania dotyczace potrzebnego sprzętu komputerowego oraz ilości miejsca do przechowywania bazy danych

- niska cena (klawiaturę z wbudowanym czytnikiem oraz z oprogramowaniem można kupić za około $100.00)

- bardzo łatwa instalacja, nie wymagająca żadnego szkolenia ani żadnych specyficznych umiejętności.

- wypróbowana i powszechnie stosowana technologia.

Kształt twarzy, wszystkie jej elementy (nos, oczy, usta itd.) oraz wzajemne relacje pomiędzy nimi (odległość, proporcje, itp.) tworzą bardzo unikalną strukturę dla systemów biometrycznych. Zasada działania systemu jest analogiczna jak w przypadku rozpoznawania odcisku palca. Kamera rejestruje obraz twarzy, a później program wybiera szczegółowe informacje, które porównuje z zarejestrowanym w bazie danych wzorcem.

W procesie rozpoznawania twarzy używane są dwie technologie. Pierwsza z nich porównuje rozmiary poszczególnych elementów twarzy i relacje między nimi. Na przykład długość nosa i rozstaw źrenic. Druga metoda porównuje najbardziej charakterystyczne dane z obrazu przesłanego z kamery (np. rozmiar nosa) z wzorcem twarzy zapisanym w bazie danych. W każdej z metod nie trzeba dzielić z nikim potencjanie brudnego skanera (tak jak w przypadku rozpoznawania odcisku palca). W bardziej zaawansowanych systemach nawet nie trzeba zatrzymywać się przy kamerze. Potrafią one zarejestrować obraz naszej twarzy w ruchu i z tego wyselekcjonować charakterystyczne cechy potrzebne do identyfikacji. System jest na tyle inteligentny, że potrafi rozpoznać naszą twarz nawet gdy się zapomnimy ogolić lub nie założymy okularów. Niektóre systemy rejestrują także specyficzne ruchy twarzy. Dzięki temu nie można podstawić zdjęcia.

System rozpoznawania twarzy jest bardzo niezawodny, lecz ze względu na wysoki koszt sprzętu oraz skomplikowany sposób konfiguracji systemu nie jest rozpowszechniony.

Główne wady to:

- skomplikowany sposób konfiguracji systemu i ustawienia kamer

- rejestrowanie obrazu w pełnym ruchu stawia bardzo wysokie wymagania w stosunku do sprzętu komputerowego oraz kamer.

Tęczówka oka jest złożona z bardzo dużej ilości punktów charakterystycznych i unikalnych dla każdej osoby. Dla systemów biometrycznych jest niemal idealnym źródłem danych. Kamera skanuje obraz tęczówki użytkownika i przesyła próbkę do analizy. Program porównuje przesłane dane z zapamiętanym wzorcem i na podstawie rezultatu identyfikuje użytkownika.

Jest to prawdopodobnie najbardziej zaawansowany i bezpieczny system biometryczny. Obraz siatkówki, która umiejscowiona jest z tyłu oka jest bardzo trudny do uchwycenia. Podczas wpisywania użytkownika do systemu musi on skierować wzrok na specyficzny punkt i utrzymać go w tym stanie przez kilka sekund, zanim kamera zarejestruje poprawnie obraz tęczówki. Jedyna rzecz jaka jest rejestrowana to układ naczynek krwionośnych. Układ ten jest unikalny dla każdej osoby, tak więc identyfikacja na tej podstawie jest bardzo dokładna.

Systemy rozpoznawania siatkówki i tęczówki oka oferują najwieksze bezpieczeństwo systemu ze względu na unikalne źródła danych z których korzystają, a także ze względu na jakość urządzeń do odczytu (specjalistyczne kamery do odczytu oka).

W tym systemie użytkownik kładzie rękę na czytniku zgodnie z zalecanym przez producenta urządzenia ułożeniem. Czytnik rejestruje trójwymiarowy obraz palców i dłoni. Zapamiętany obraz zapisywany jest w bazie danych jako wzorzec.

System rozpoznawania geometrii ręki jest jednym z najbardziej dokładnych i powszechnie wykorzystywanych systemów biometrycznych. Już podczas Olimpiady w 1996 roku był zastosowany do kontroli bezpieczeństwa w całej olimpijskiej wiosce.

System działa analogicznie jak poprzedni. Czytnik rejestruje trójwymiarowy obraz jednego lub dwóch palców.

System bardzo podobny w działaniu do systemu rozpoznającego odcisk palca. W tym przypadku rejestrowane przez skaner są linie na wewnętrznej stronie dłoni. Być może w przyszłości bardziej zaawansowane systemy będą w stanie nie tylko porównać ułożenie "linii życia" w stosunku do "linii powodzenia", ale także powróżyć.

W metodzie tej rejestrowany jest dźwięk głosu użytkownika, a także jego językowe nawyki (akcent, intonacja, itp.) oraz wszystkie inne charakterystyczne dla niego wady wymowy mogące ułatwić proces identyfikacji. Największy problem występujący przy tego typu rozwiązaniach to łatwość z jaką system może być oszukany przy pomocy głosu nagranego na taśmie. Bardziej zaawansowane rozwiązania wymagają od użytkownika wypowiedzenia dłuższych i trudniejszych kwestii niż typowo imię i nazwisko. Często wymagane jest też wypowiadanie innych sentencji za każdym razem kiedy użytkownik loguje się do systemu. Proces ten wydłuża istotnie czas weryfikacji i wpływa na wydajność całego systemu. Kolejną wadą tego rozwiązania jest duża czułość systemu na wszelkie zmiany w głosie użytkownika spowodowane na przykład przeziębieniem czy też nadwyrężeniem strun głosowych. Inna wada to fakt, że na pracę systemu istotny wpływ mają wszystkie dźwięki. Zaletą jest stosunkowo niski koszt implementacji dla dużej liczby użytkowników, jako że urządzenia z którymi system pracuje to telefony lub bardzo proste mikrofony. Są to więc rzeczy już zaistalowane lub takie, których koszt zakupu jest niski.

Jest to najłatwiej akceptowany system przez wszystkich użytkowników. Wynika to z naszych nawyków i przyzwyczajeń. Odkąd pamiętam, własnoręczny podpis na wszelkiego rodzaju dokumentach służył jako forma weryfikacji tożsamości. Ten system wykracza daleko poza prostą analizę podpisu. Oprócz kształtu podpisu i jego treści, sprawdza również nacisk pióra, szybkość pisania, miejsca, w których pióro zostaje uniesione. Rejestrowane jest to wszystko dzięki użyciu specjalnie do tego celu skonstuowanego pióra i tabletu. Dane po przetworzeniu zapisywane są w bazie jako wzorzec do porównań.

Główny problem tego systemu to fakt, że nasz podpis zmienia się w miarę upływu czasu. Baza danych wymaga więc stałej aktualizacji lub przechowywania odpowiednio dużej liczby próbek.

Tych kilka systemów, które opisałem to nie projekty uczonych czy też wizje autorów literatury science-fiction. Wszystkie od długiego czasu pracują i są stale udoskonalane. Technologia biometryczna istnieje i bez wątpienia wejdzie w nasze codzienne życie; pozostaje tylko pytanie kiedy znajdzie zastosowanie na skalę masową. Wykorzystanie technologii biometrycznych jest olbrzymie w wielu dziedzinach naszego życia. O tym właśnie chciałbym bardziej szczegółowo napisać w następnym artykule.