"Я помню все твои трещинки..." или методы идентификации человека.

Научно-популярный этюд о биометрических способах распознования личности.

В последнее время повальный интерес к биометрии перерос в бум. На Лондонском стадионе London Borough of Newham была установлена система из 330 видеокамер, позволяющая идентифицировать до 40 лиц в секунду. Перед одним из матчей было просканировано 4.500 лиц и выявлено 12 хулиганов. Подобные системы устанавливаются и в аэропортах для выявления нарко-курьеров и лиц, нелегально вывозящих детей из страны.

Из истории

Корни биометрики уходят в глубокую древность. Еще фараоны подмахивали папирусы отпечатком большого пальца. С научной точки зрения впервые доказал уникальность отпечатков пальцев и их неизменность от рождения и до смерти Френсис Галтон в 1893 году на примере себя и своего близнеца. Немного позднее сэр Эдвард Генри разработал применяемый и по сей день способ идентификации человека по его отпечаткам, основанный на разбиении канавок кончиков пальцев на 8 категорий.

Основы идентификации

В настоящий момент уникальные признаки и манеры делятся на две группы. Первая — статические признаки, такие как черты лица или рисунок сетчатки глаза. Однако, они часто зависят от многих внешних условий. Внести искажения в анализ могут, например, неблагоприятное освещение или плохая осанка.

Вторая группа базируется на разнообразных психологических и поведенческих признаках вроде голоса или почерка. Факторы типа скорость печати (на клавиатуре) или сила нажатия при письме (от руки) также дают погрешность. Поведенческие признаки весьма размытые и поэтому приходится применять дополнительные методы.

Следует отметить, что биометрика идентифицирует личность только с определённой вероятностью. Пальцы могут быть грязными или пораненными. Контактные линзы, борода, простуженный голос, плохое освящение, плохая осанка, фоновые шумы — всё это препятствия. У некоторых людей отсутствует характерная радужная оболочка, отпечаток пальца, кто-то просто немой. По оценкам института ITAS г. Карлсруэ такие люди составляют около 5 процентов. Есть ещё порядка 10 способов идентификации, в том числе по поту или запаху. Но они плохо изучены или слишком накладны в применении, как, к примеру, ДНК.

Как нарисовать биометрический портрет человека?

Самой надёжной и точной методикой является сканирование сетчатки человеческого глаза. Сетчатка пронизана кровеносными сосудами, переходящими в малые вены и артерии. Их рисунок — уникальный в своём роде и с возрастом меняется незначительно. Впрочем, при тяжёлых заболеваниях и травмах, могут происходить его изменения, препятствующие распознаванию. Инфракрасный лазер отражается сосудами глазного дна. Человек должен находиться не дальше чем на расстоянии 1,5 см. от камеры и не двигаться. При этом воспринимается более 400 характерных точек. Для сравнения: при съёмке отпечатков пальцев их количество колеблется между 30 и 40.

В противовес сканированию сетчатки, распознавание зрачка не требует лазерной техники. Избыточное освещение может вызвать сужение зрачка и затруднить обследование. Поэтому часто работают с искусственным источником освещения. Распознавание базируется на значительных признаках на зрачке, типа кругов, канавок, пятен сосудиков или завитушек. И только некоторые насчитывают ровно 200 атрибутов.

Самый известный биометрический способ — снятие отпечатков пальцев. Так называемый «Минутный метод» позволяет сравнивать отпечатки на основе 7 признаков, отражающих рисунок линий, их ширину и глубину, узелки и т.п. Широко распространён тепловой метод, при котором измеряется электростатическое напряжение канавок пальцев разной глубины. Компания Asustek выпустила Notebook B1000 Series с защитой на базе отпечатков пальцев.

Универсальным данный метод назвать сложно, так как подделать результат не так уж сложно. Например, 2 года тому назад Chaos Computer Club на своей ежегодной встрече продемонстрировал, как можно обмануть систему. В ход шла и заштрихованная карандашом сигаретная бумага, и обёртка от колбасы, а так же подделки из распылённого пластыря и жидкого силикона.

В Штатах для контроля доступа используется метод геометрии руки. Для этого ладонь помещается на сенсорную пластину, где предусмотрен рельеф для пальцев. В системе хранится трёхмерная форма, длина и ширина пальцев. Специалисты приписывают этой методе относительно хорошую распознаваемость. Но велика вероятность подмены в случае родственников или близнецов. Также вероятна ошибка в случае ювелирных украшений (например, обручальное кольцо) или колебаний веса. А вот грязь и пот не влияют на результат. International Biometric Industry Association уже установила 50 000 таких систем.

Многочисленные дискуссии ведутся вокруг распознавания лица. На сегодняшний день существуют следующие методы распознавания:

• во-первых, возможна идентификация по таким характеристикам лица как расстояние между глазами, изгиб губ, и т.д. Замеряется всего 80 атрибутов и помещается в файл размером 1 Кb, потом в соответствии с определённым алгоритмом проводится поиск по базе. Вероятность ошибки сравнительно велика.
• во-вторых, за счет измерения теплоотдачи различных частей лица.
• в-третьих — по методу “Eigen Face”. Человека фотографируют с разными выражениями лица в двумерном варианте, потом сопоставляют снимки и выявляют характерные признаки. Эти показатели у всех людей разные.
• в-четвёртых, по характерным признакам в виде отдельных объёмных блоков скелета лица. Их всего 8, причём волосы, очки, парик не оказывают на идентификацию никакого влияния. Такая методика используется в системе “Face It” аэропорта Newham Keflavik.

Тест, проведённый Computer Journal в 1999 году, показал лишь условную надёжность систем распознавания лица. Из фотографий вырезались глаза и сзади двигался предмет. Настолько примитивно имитировалось мигание.

Хорошие результаты дает и распознавание голоса. В этом методе отдельно анализируют язык и отдельно — голос. В первом случае распознаётся произносимая фраза или слово, во втором — сам человек. Посредством предопределённых коротких фраз выясняется тональность, скорость речи, расстановка пауз, ударения. Сильное влияние может оказывать фоновый шум.

Как биометрический признак можно рассматривать и подпись. Человек подписывается при помощи графической таблетки или специальных карандашей. Рассматриваются такие характеристики как почерк, скорость письма, сила нажима при письме. Распознавание почерка требуют крайне сложных алгоритмов и больших затрат, равно как и оборудования touch-screen.

Перспективы

Итак, как мы видим, любой, даже самый точный из методов идентификации личности, несовершенен или требует больших финансовых затрат. Поэтому ученые стараются производить комплексный анализ по нескольким биометрическим признакам. К примеру, отпечаток пальца, голос и лицо. Помутнение роговицы или растяжение зрачка могут существенно затруднить процесс. Для исключения ошибки производитель встраивает сверх того ещё и измерение температуры, содержание кислорода в крови и частоты пульса. При распознавании лица и голоса в таком случае требуется уже дорогая бесконтактная сенсорная техника.

На сайте компании iX с 12.9 по 3.10.2001 проводился опрос, посвященный биометрии. Любопытно, что около 100 из 3676 участников считают, что сканирование глазного дна и радужной оболочки не проходят бесследно для здоровья. Такая же группа испытывает фобию по поводу ампутированных или пораненных пальцев и рук и выколотых глаз. Другие (60 человек) просто не верят в надёжность компьютерных систем. Они считают, что данные могут запортиться в самый неподходящий момент. Но это всё же незначительная часть аудитории.

Несмотря ни на что, число пилотных и действующих проектов огромно. Банк данных ФБР содержит уже более миллиона отпечатков пальцев. В сети зданий D-треста с сильной системой безопасности распознавание отпечатков пальцев — один из этапов контроля на входе. Отпечатки считываются с чипов специальным устройством. Норма отклонения составляет 5—30%. Распознавание у всех протекает с разной точностью. В аэропортах Schiphol (Амстердам) и Heathrow (Лондон) сканируют радужную оболочку. В Лондоне пока только пилот-проект. Голландское правительство планирует внести данные радужной оболочки в паспорт. В Малазии у каждого еcть Government Multipurpose Card (GMPS), на центральном чипе которой нанесены биометрические данные.

Научный Институт Коммуникационных Служб в Германии прогнозирует продолжение биометрического бума при прочих равных как минимум в течение ещё двух лет. События 11 сентября сильно увеличили этот срок. Именно после них США запланировали импорт ID-карт, на которых хранятся биометрические данные. В Германии же оные будут сниматься не только у граждан, но и у лиц, подающих документы на визу. Так что перспективы у биометрических исследований, при всех за и против, в обозримом будущем неплохие.