Ближе к телу

(Ноябрь 2009)

Обзор биометрии в терминах инфотехнологий для соотнесения личности и физического организма

В терминах инфотехнологий биометрия позволяет решать две (точнее, две с половиной) основные задачи.

[1] Аутентификация людей, то есть проводимая с их согласия проверка личности: что они действительно те, за кого себя выдают. Обычно применяется для контроля доступа и в удостоверениях личности (биометрические замки, биометрические паспорта).

[2] Идентификация людей, то есть установление личности без сотрудничества проверяемых – обычно через сравнение снятых с человека характеристик с теми, что хранятся в базах данных.

Еще же одна задача биометрии, пока что, быть может, и не тянущая на равно значительную, но активно ныне разрабатываемая — автоматическое выявление угрожающих намерений человека в толпе по биометрическим особенностям его поведения.

Для решения всех этих задач к настоящему времени применяется внушительное множество разных средств биометрического опознания, сильно варьирующихся по своим возможностям, стоимости, эксплуатационным ограничениям и степени надежности. Кроме того, область биометрии переживает ныне столь бурный подъем, что характеристики многих систем удается улучшать на удивление быстро.

Например, в 2007 году, при подведении итогов большого тестирования, Национальный институт стандартов и технологий (НИСТ) США констатировал, что системы распознавания лиц за период с 2002 года улучшились примерно в 10 раз, а с 1995 года — в сто раз.

Принимая во внимание эти факты, при сравнении разных систем биометрического опознания имеет смысл обращать внимание не на конкретные (и быстро меняющиеся) цифры в характеристиках конкретных технологий, а на присущие им в целом достоинства и недостатки.

Также полезно помнить, что для всех реально применяемых биометрических технологий имеются и неоднократно продемонстрированы соответствующие средства обмана.

Отпечатки пальцев

Древнейший метод опознания людей, согласно историческим документам использовавшийся тысячи лет назад в Вавилоне, Египте и Китае. Систематическое применение дактилоскопии в работе полиции началось на рубеже XIX-XX веков, после исследовательских работ англичан Фрэнсиса Гэлтона и Эдварда Хенри (Francis Galton, Edward R. Henry).

Столь солидный стаж данного метода биометрии в криминалистике дал начало мифу об «абсолютной надежности» дактилоскопической экспертизы. Причем миф этот столь прочен, что для анализа отпечатков пальцев в судебно-криминалистической практике по сию пору нет четко определенных вероятностей ошибок опознания, а эксперты по давней традиции оперируют двузначной логикой — есть совпадение или нет совпадения.

В сравнении с другими методами биометрии, главный недостаток дактилоскопии — сложности дистанционного снятия отпечатков пальцев, хотя новейшие технологии сканирования уже позволяют делать это на расстояниях порядка 5 метров.

Лицо

Опознание по лицу — один из самых распространенных ныне методов биометрии. Начальным этапом разработки считаются исследования фирмы Panoramic Research, проводившиеся в середине 1960-х годов по заказу ЦРУ США. Принципиальный скачок во внедрении технологии произошел в середине 1990-х вместе с быстрым ростом производительности компьютеров и общедоступностью цифровых видеокамер.

В целом система хорошо работает в задачах аутентификации, т.е. при сотрудничестве проверяемого, однако дает неприемлемо высокие проценты ошибок при разном освещении, повороте головы, переменах в мимике лица, не говоря уже об умышленном изменении внешности. Иначе говоря, все проведенные на сегодня (2009 г.) попытки по внедрению систем опознания лиц для автоматического выявления разыскиваемых людей в толпе закончились неудачей.

Радужка глаза

Технология опознания по ирису была разработана в 1980-е годы кембриджским ученым Джоном Догменом (John Daugman). Радужную оболочку глаза сегодня нередко называют «частью человеческого тела, идеально подходящей для биометрической идентификации».

По сравнению с пальцами, глаз гораздо лучше защищен от повреждений и при этом имеет намного более четкую и постоянную форму, нежели лицо. Среди главных достоинств технологии обычно приводят быструю скорость сканирования и низкий, в сравнении с прочими альтернативами, уровень ложных положительных опознаний.

К основным недостаткам относят необходимость сотрудничества проверяемых, обязанных смотреть строго в объектив камеры, и относительно небольшую дистанцию, необходимую для опознания — обычно до полуметра. Впрочем, как и для всех прочих технологий, эти характеристики постоянно улучшаются.

Сетчатка глаза

Проведенные в 1930-е годы исследования показали, что структуры кровеносных сосудов, расположенных в глазном дне, индивидуальны для каждого человека. Тогда же появилась идея об использовании этого факта для опознания, что делает сканирование сетчатки глаза одной из старейших биометрических технологий.

При этом данный метод всегда имел крайне ограниченное применение из-за необходимости очень высокой степени сотрудничества проверяемых, труднодоступной и мелкой области сканирования, а также общих сложностей с правильной эксплуатацией оборудования. Об обмане современных систем опознания по сетчатке сведений нет, поскольку в настоящее время данная технология не имеет коммерческого применения.

ДНК

Молекула ДНК несет в себе уникальный код для опознания человека (за исключением однояйцевых близнецов, имеющих идентичную структуру ДНК). Метод ДНК-идентификации разработан в 1984 году британским генетиком Алеком Джефризом (Alec Jeffreys), на сегодня считается самым надежным и применяется главным образом в криминалистике.

Однако, в качестве биометрического идентификатора для общераспространенных приложений ДНК служить не может, поскольку отличается от «стандартной» биометрии в нескольких важных моментах:

[1] ДНК-анализ требует взятия физического образца (волоса, крови) вместо простого снимка или записи биометрической характеристики;
[2] ДНК-тестирование (пока) не может быть сделано в режиме реального времени;
[3] Каждый раз, когда система опознания должна верифицировать человека, необходимо брать очередной образец клеток с ДНК.

Эти, а также ряд других особенностей технологии, препятствуют использованию ДНК в приложениях общего (т.е. не связанного с криминалом) назначения.

Голос

Хотя верификация человека по голосу имеет сильный биологический компонент, основной упор здесь делается на «поведенческую» составляющую, т.е. индивидуальную манеру произносить те или иные звуки речи. По этой причине опознание по голосу принято относить к разделу биометрии, именуемому «бихевиометрией» (от английского behaviour — поведение).

Технология имеет много преимуществ, благодаря которым стабильно набирает популярность: она очень проста в эксплуатации, дешева, не требует специального оборудования кроме стандартной компьютерной техники с обработкой звука.

Среди же главных недостатков обычно упоминают следующие. Достаточно много людей могут иметь похожие голоса и манеру речи, а голос конкретного человека существенно меняется в зависимости от здоровья, эмоционального состояния или возраста. Кроме того, на качество опознания могут существенно влиять разные характеристики микрофонов и состояние канала связи, что особенно важно при дистанционном опознании по телефону.

Кровеносные сосуды

Системы опознания по структуре кровеносных сосудов, иногда именуемые биометрией вен, делают инфракрасный снимок уникального для каждого человека рисунка вен и других подкожных структур, как правило, расположенных в области кисти руки — запястье, ладонь или ее тыльная сторона.

Кровеносные сосуды имеют более высокую температуру, чем остальное тело, поэтому четко прорисовываются на ИК-снимке. Наибольшее распространение данная система получила в Японии.

Другие методы биометрии, не получившие широкого применения.

Термография лица

В картине тепла, излучаемого лицом человека, имеется определенная структура, формируемая током крови в сосудах под кожей. Эти структуры можно регистрировать инфракрасной камерой и анализировать примерно теми же методами, что и при анализе рисунка вен руки.

Установлено, что на вид температурной карты лица заметно влияют условия внешней среды и физическое состояние человека, вроде алкогольного или наркотического опьянения. Иначе говоря, система не может обеспечивать стабильный результат опознания, поэтому распространения не получила.

Анализ походки

Сопоставление индивидуальных пространственно-временных зависимостей в движении людей иногда допускает их автоматическое опознание в условиях плохой видимости, недостаточной, к примеру, для сканирования лица. В то же время метод показал высокую степень ошибок в зависимости от обуви, длины одежды, степени опьянения человека и прочих сопутствующих условий. Дальнейшие исследования практически свернуты из-за бесперспективности направления.

#

Для полноты картины имеет смысл упомянуть еще два метода бихевиометрии, наряду с опознанием по голосу получивших некоторое распространение в реальных приложениях.

Динамический анализ подписи – внешне похож на графологическое подтверждение подлинности документа по сделанной вручную подписи, однако на самом деле опознает человеку по индивидуальной манере письма: переменам в давлении на перо, скорости движения пера между фиксированными позициями и так далее.

Анализ динамики нажатий на клавиши — идейно близкий метод бихевиометрии, более подходящий в приложениях с компьютерной клавиатурой. Здесь главными характеристиками индивидуума считаются скорость печати определенных слов и временные интервалы между нажатиями конкретных клавиш. Как и анализ голоса, оба метода имеют свои достоинства, однако в качестве универсального средства опознания рассматриваться не могут.

#

Геометрия руки или пальца. Одно время активно разрабатывавшееся направление, не получившее, однако, популярности из-за меньшей надежности опознания по сравнению с отпечатками пальца или сканированием ириса.

Форма уха. Исследования показывают, что форма уха и структура хрящевой ткани в ушной раковине вполне индивидуальны для каждого человека и не испытывают существенных перемен с течением времени. Иначе говоря, уши в принципе также имеют потенциал в качестве объекта биометрического опознания. Главным возражением против технологии стало то, что ухо очень часто бывает скрыто от сканирования головным убором или волосами.

Резонанс черепа. Через голову человека транслируются звуковые волны для выстраивания уникального сонарного профиля данного индивида. Сугубо экспериментальное направление исследований без очевидных преимуществ в сравнении с более популярными методами.

Биометрический паспорт

По состоянию на 2009 год новые, так называемые биометрические паспорта со встроенными чипами радиочастотной идентификации (RFID) уже ввели свыше полусотни государств на всех континентах планеты. Таких загранпаспортов выдано в мире уже значительно более 100 миллионов и все они изготовлены по единому стандарту.

Этот стандарт разработан под эгидой ICAO, Международной организацией гражданской авиации, на которую в рамках структуры ООН возложена задача по сопровождению всех процедур, связанных с внедрением единой формы удостоверяющего личность документа для всех стран мира.

В России биометрические паспорта начали выдавать гражданам с 2007 года. Внешне новый паспорт практически ничем не отличается от прежнего, только первая страница документа чуть потолще, поскольку выполнена в виде пластиковой вставки, внутри которой запрессована микросхема RFID с энергонезависимой памятью.

Электронная начинка документа выполнена в соответствии со спецификациями ICAO, а в память чипа записаны те же сведения, что напечатаны на титульной странице паспорта, плюс цифровая фотография владельца. Это, собственно, и есть вся «биометрия», поскольку никаких дополнительных данных пока в чип решено не заносить.

Аналогичная технология оцифровки лица принята ныне за основу биометрического паспорта правительствами Бельгии, Великобритании, Индии, Сингапура, США и многих других стран. Как и в этих государствах, власти России особо оговаривают, что при возникновении потребности во внесении в документ дополнительных биометрических сведений, таких как отпечатки пальцев или снимок радужки глаза, подобного рода информация может быть также добавлена в память чипа впоследствии.

# # #

Дополнительное чтение

«Ненадежна по своей сути» (Октябрь 2010):
Вокруг технологий биометрического опознания в очередной раз разгорелся нешуточный спор. На этот раз схлестнулись наука и коммерция.

Биометрии много не бывает (Июнь 2016) :
Повсюду на планете власти и корпорации очень активно копят и обрабатывают массивы биометрических данных населения. Секрета из этого не делается, но и реальная картина происходящего остается непрозрачной.