Кратко о биометрических технологиях
Дунаев Д.Ю., к.т.н., директор Русского биометрического общества
Биометрические методы распознавания применяются человечеством на протяжении всей его истории. Действительно, чаще всего мы узнаём знакомых людей именно с их помощью – по лицу, голосу или походке.
Первые шаги массового применения биометрии можно связать с Альфонсом Бертильоном, который, в 90-е годы XIX века, работая в картотеке парижской полиции, пришел к выводу, что для сочетания 14 единиц измерения (рост, окружность и длина головы, длина верхней части туловища и т .д.) взрослого человека шанс совпадения по теории вероятности бесконечно мал (порядка 3,5х10-9) и если производить тщательный обмер каждого преступника и аккуратно заносить результаты в личные карточки, станет возможна безошибочная идентификация. После ряда крупных дел данная система идентификации была «взята на вооружение» французской полицией.
На смену идентификации по сумме измерений пришла дактилоскопия. В начале XX века англичанином Эдвардом Генри был предложен способ, благодаря которому идентификация по отпечаткам занимала несколько минут. Через 10 лет система отпечатков стала практиковаться во всей Европе.
Как видно из исторических примеров, биометрические технологии, в первую очередь дактилоскопические, давно 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.
Биометрия в настоящее время переживает 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. Существует 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 чём говорят. В данной статье сделана попытка разъяснить азы биометрических технологий, рассказать о том, как они «работают», где могут и где не могут применяться.
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 БХЧ реализуется процедура идентификации. Основными источниками БХЧ 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 БХЧ получили название биометрических технологий (БТ).
Для биометрической идентификации можно применять различные характеристики и черты человека (см. Рисунок 1). Укрупнено БХЧ 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. Причём дактилоскопическая идентификация в настоящий момент по применимости и доступности с финансовой точки зрения превосходит все другие технологии в несколько раз.
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 выдаёт. 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 её 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 определённом уровне соответствия делается вывод об идентичности шаблонов и, соответственно, происходит верификация или идентификация представленного пальца.
Аналогичным образом происходит распознавание и для других БХЧ. Естественно, при этом используются другие особенности характеристик, например, для лица – это расположение и относительные размеры носа, скул и т.д. Причём 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 – ошибки 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 не иногда не распознаёт 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 определённый компромисс. Типичные значения данных вероятностей для дактилоскопических систем составляют 0,1 ? 1 % для FRR и 10-3 ? 10-7 % для FAR.
Не всё радужно в области биометрических технологий. Укажем несколько из существующих на данных момент проблем, отметив, что они, всё же, постепенно разрешаются:
Дороговизна. Эта проблема актуальна для новых биометрических технологий, как, впрочем, и для всех новых технологий вообще. Для дактилоскопических систем можно считать её почти решённой.
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 БТ для людей, имеющих физические недостатки (ампутации рук или пальцев, шрамы на лице, проблемы с глазами и т.д.). Путём её решения является комплексность подхода, использующего сразу несколько биометрических характеристик, что позволяет на порядок снизить количество людей, биометрическая идентификация которых невозможна.
Чувствительность к обману. Наиболее выражена для традиционных технологий (палец, лицо), что связано с их давним проявлением. 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. Нужно также отметить, что одной из основных проблем в области биометрических технологий, сдерживающих их развитие, является отсутствие на данный момент основополагающих стандартов в данной области. Работы над данными стандартами ведутся и некоторые из них будут завершены уже в текущем году.
Биометрические технологии решают вопросы идентификации человека, область их применения – это различные системы, где требуется такая идентификация.
В первую очередь следует упомянуть системы доступа к информации, где у БТ есть существенное преимущество перед остальными методами. В отличие от пароля (того, что знает человек и может сообщить кому-то ещё) или от различных карт и ключей (того, что принадлежит человеку и может быть им утеряно или скопировано), биометрические характеристики однозначно идентифицируют именно самого человека. Такие же преимущества есть и при применении БТ в области физического доступа в различных системах контроля доступа.
Именно исходя из вышеуказанных преимуществ БТ и было принято решение об их использование в паспортно-визовых документах.
Традиционно биометрия применяется в криминалистике, причём объёмы информации, с которыми приходится иметь дело, измеряются миллионами записей и есть даже специальный термин для обозначения таких систем – АДИС (Автоматизированная дактилоскопическая идентификационная система).
Биометрические технологии также применяются и в других сферах, например, для поиска разыскиваемых субъектов в потоке людей по внешнему виду. Особый интерес вызывает применение биометрии в области медицины.
Как уже отмечалось, в настоящий момент совершенствование биометрических технологий происходит ускоренными темпами. В первую очередь это приводит к тому, что повышается надёжность и снижается стоимость для традиционных технологий: распознавания по отпечатку пальца, лицу и радужной оболочке глаза.
Наряду со старыми технологиями появляются и новые. Ряд из них – особенно распознавание по трёхмерному образу лица – имеют значительный потенциал и способны в будущем серьёзно изменить положение дел на биометрическом рынке.
И, конечно, основным событием в области биометрии будет массовое внедрение данных технологий для паспортно-визовых документов. Данное событие приведёт не только к технологическим изменениям и совершенствованию имеющихся на рынке систем и устройств, но и значительно изменит сам образ жизни людей. Я считаю, что это будут изменения к лучшему, так как они позволят повысить безопасность как отдельных людей, так и общества в целом.