В чем заключается основная проблема аутентификации по радужной оболочке глаза
Я милого узнаю по сетчатке: современные методы идентификации по биометрическим показателям
Дактилоскопия — наиболее известный и распространенный метод установления личности по биометрическому параметру, отлично зарекомендовала себя в криминалистике XX века и помогла раскрыть ни одну сотню преступлений. Однако технологии не стоят на месте, и отпечатки пальцев перестали быть единственным «ключом» к идентификации.
Современная техника научились узнавать пользователей по сетчатке и радужной оболочке глаза, форме лица и рук и ряду динамических характеристик — голосу, биологической активности сердца, рукописному и клавиатурному почерку.
Идентификация по радужной оболочке глаза
Подобно отпечатку пальца, рисунок радужной оболочки глаза является уникальной характеристикой человека, а метод установления личности по этому биометрическому параметру, по мнению экспертов, превосходит в надежности привычную дактилоскопию. Для того, чтобы зафиксировать узор на радужке, нужна фотокамера с высоким разрешением. Полученное изображение увеличивается и преобразуется в уникальный код, присваиваемый человеку.
Рисунок радужки, который окончательно формируется на втором году жизни ребенка, практически не изменяется в течение жизни, если человек не получает травм и не страдает от серьезных офтальмологических патологий. В то же время, папиллярный узор отпечатка пальца подвержен изменению даже в результате мелких бытовых повреждений — ожогов или порезов, что делает этот метод идентификации менее эффективным, чем анализ радужной оболочки.
Достоинством метода является и простота в сканировании. Человеку не обязательно сосредоточенно смотреть в одну точку, ведь пятна на сетчатке находятся прямо на поверхности глазного яблока и легко считываются на расстоянии, не превышающем 1 метр. Использовать данный метод удобно в банковских организациях или общественном транспорте. Заинтересовались технологией и производители смартфонов — в 2015 году в Японии в продажу поступила первая модель со сканером радужной оболочки — Fujitsu Arrows NX F-04G. По мнению разработчиков, внедрение технологии идентификации по радужке глаза поможет защитить личные данные владельцев смартфонов.
Идентификация по сетчатке
Просканировать сетчатку — внутреннюю оболочку глазного яблока, реагирующую на свет, сложнее: для этого к кровеносным сосудам задней стенки глаза через зрачок посылают низкоинтенсивные инфракрасные световые лучи. Подобный метод установления личности считается высокоэффективным и активно используется на правительственных и военных объектах.
Капилярный рисунок сетчатки различается даже у близнецов, что снижает вероятность ошибки идентификации. Однако, в 2012 году ученые из Университета Нотр-Дам в США обнаружили погрешности в определении личностей людей, чьи данные были внесены в базу ранее 2008 года, и доказали, что, в отличие от рисунка на радужной оболочке, рисунок сетчатки подвержен ряду возрастных изменений.
И снова производители мобильных гаджетов не остались в стороне. Ряд компаний (например, китайская ZTE CORPORATION) работает на созданием комбинированных технологий идентификации по сетчатке и радужке.
Распознавание по «геометрии» лица
Метод установления личности по чертам кажется экспертам одним из наиболее перспективных, во многом благодаря своей «привычности»: люди с легкостью идентифицируют друг друга по лицам, так почему бы не научить этому компьютер? В основе технологии — создание двухмерных или трехмерных «карт» человеческих черт — система запоминает и опознает контуры носа и губ, форму бровей, расстояние между отдельными чертами.
Разработчики систем биометрического анализа отечественной компании BioLink называют распознавание по лицу второй по распространенности и популярности биометрической технологией. Однако, «опознание» по геометрии лица — задача трудоемкая, ведь на восприятие машины влияет освещение, угол наклона головы, наличие макияжа.
Наиболее эффективно техника распознает статичные изображения — фотографии. Так, система искусственного интеллекта FaceNet, созданная Google, “опознала” 99,63% фото пользователей интернета.
Распознавание по биологической активности сердца
Одна из новейших технологий динамической биометрической идентификации — установление личности на основе данных о работе сердечно-сосудистой системы.
В 2014 году Канадская компания Bionym представила миру устройство, позволяющее использовать ЭКГ человека в качестве персонального идентификатора. «В научном сообществе существует устоявшаяся идея о том, что уникальность и постоянство человеческого сердечного ритма позволяет использовать его в качестве биометрического идентификатора», — заметил генеральный директор Bionym Карл Мартин. — «В сущности, нужно сделать следующее: взять форму ЭКГ и подвергнуть ее машинному анализу, чтобы выявить уникальные и постоянные особенности».
Высокую эффективность технологии отметили отечественные специалисты по безопасности. «Кардиограмма, как оказывается, тоже может быть вполне перспективным средством биометрической аутентификации,» — отмечали эксперты «Лаборатории Касперского».
Подобные разработки уже сейчас ведутся в России. Например, представители отечественной компании CardioQVARK (о них уже были статьи на Хабре и Гиктаймс), производящей чехлы-кардиомониторы для iPhone, в работе «Исследование искусственных нейронных сетей в задаче идентификации личности по электрокардиосигналу» показали, что их продукт может помочь в установлении личности пользователей.
Основное назначение устройства — удаленный контроль за состоянием здоровья пациентов-сердечников, однако возможность сделать экспресс-анализ состояния сердечно-сосудистой системы позволит идентифицировать человека без временных затрат. Процедура снятия ЭКГ при помощи чехла от CardioQVARK предельно проста и занимает всего лишь несколько секунд: достаточно приложить пальцы к датчикам и результат ЭКГ появится на экране гаджета и в приложении для врача.
Анализ голоса
Биометрический метод идентификации по голосу прост в применении — достаточно оснастить аналитическое устройство микрофоном и записать «звучание» конкретного человека. Широкое распространение данного метода обусловлено наличием микрофона и возможности записи звука на большинстве современных мобильных гаджетов и компьютеров. Однако, технология имеет ряд существенных недостатков: голос одного и того же человека может звучать по-разному в зависимости от его психологического и физического состояния, уровня шума, качества микрофона.
Биометрическая аутентификация: возможности, применение, технологии будущего
Содержание
Содержание
Биометрическая аутентификация незаметно входит в нашу жизнь. Совсем недавно мы видели биометрию только в фантастических фильмах, а сегодня разблокируем смартфон отпечатком пальца, сканированием лица или даже радужной оболочки глаза. Давайте разберемся с современными возможностями биометрической аутентификации, сферами ее применения и перспективами развития в ближайшем будущем.
Биометрическая аутентификация основана на том, что каждый из нас обладает набором уникальных параметров, которые можно использовать для идентификации. Набор параметров, доступных для обработки и анализа, постоянно увеличивается благодаря стремительному научно-техническому прогрессу, произошедшему за последние 100 лет. Предтечей биометрии можно считать дактилоскопию, использующую отпечатки пальцев. Правоохранительные органы начали широко применять ее еще в начале 20 века.
Уже в начале 2000-х годов отпечатки пальцев стали использоваться для идентификации личности пользователя в бытовых целях. Так, одним из первых ноутбуков, имеющих сканер отпечатков, стал Acer TravelMate 739TLV. Для распознавания отпечатка ему требовалось около 12 секунд, но для того времени это выглядело фантастикой.
А первым смартфоном со сканером отпечатков пальцев стал Motorola Atrix 4G. Он сканировал отпечаток пальца заметно быстрее, но использовал не самый удобный метод, при котором требовалось проводить пальцем по сканеру. Идею подхватила корпорация Apple, встроив в свои устройства заметно более удобный и шустрый сканер Touch ID.
Сканирование отпечатка пальца — это один из самых простых и удобных для пользователя способов биометрии, но технология не остановилась на нем, ведь требования к ее точности постоянно повышаются.
И сегодня активно используются следующие способы биометрии:
А постоянное совершенствование средств снятия параметров биометрии делает доступными и более глубокие и технически сложные способы, такие как:
Исследуются совсем уж фантастические способы:
Сканирование радужной оболочки или сетчатки глаза
Рисунок радужной оболочка глаза — уникальный и неизменный в течении жизни параметр человека, что делает его идеально подходящим для биометрии. Сложность рисунка радужной оболочки дает очень высокую степень надежности, ведь для нее можно использовать около 200 точек сравнения. Анализ отпечатка пальца, к примеру, использует около 60-70 точек.
Смартфон со встроенным сканером радужной оболочка глаза.
Еще одним преимуществом данного вида биометрии является использование ненавязчивого, мягкого света, попадающего в глаза при сканировании. Этим она положительно отличается от сканирования сетчатки глаза, при которой иногда используется яркий свет.
Сканирование сетчатки глаза использует ее уникальный сосудистый рисунок, который различается даже у близнецов. Данный метод биометрии очень точен, но могут возникнуть проблемы с аутентификацией при некоторых заболеваниях.
Сканирование геометрии или термограммы лица
Это один из самых распространенных видов биометрии, очень простой по своей сути, но требующий серьезной аппаратной обработки изображений в процессе. Компания Apple использует данный вид биометрии в устройствах iPhone и iPad, где он называется Face ID. Главное преимущество данной биометрии — в бесконтактности и возможности сканирования лица с большого расстояния.
Метод используют правоохранительные органы, сканируя людные места, например, метро, в поисках преступников, находящихся в розыске.
Еще одна разновидность биометрии, использующей лицо — снятие его термограммы в инфракрасном диапазоне. Термограмма лица уникальна у каждого человека и не меняется с возрастом. Для этого метода не является помехой даже использование медицинских масок.
Аутентификация по геометрии или расположению вен ладони
Данный вид биометрии использует ряд параметров при сканировании геометрии ладони: расстояние между суставами пальцев, длина и толщина костей и их структура. В идентификации задействованы и мелкие детали, такие как складки на коже. Технология используется, начиная с 1970-х годов, и достаточно широко распространена.
Сканирование венозного рисунка ладони или отдельных пальцев дает еще более высокую надежность аутентификации, ведь венозный рисунок уникален для каждого человека и подделать его невозможно. Анализ производится бесконтактно — с помощью инфракрасной камеры.
Аутентификация по голосу
Очень простой в применении метод биометрии, для которого нужна лишь звуковая плата и микрофон. Аутентификация по голосу быстро развивается, находя применение в бизнес-среде и в бытовых целях, но имеет и ряд недостатков, один из которых — низкая точность метода. На результат заметно влияют посторонние шумы и состояние здоровья человека. Достаточно простудиться и система не сможет опознать пользователя.
Аутентификация по рукописному или клавиатурному почерку
Этот метод использует уникальность рукописного почерка каждого из нас, дополняя его анализом динамической составляющей. Снятие биометрии происходит во время подписания документов с использованием специальной ручки и чувствительной к нажатию поверхности.
Клавиатурный почерк тоже оказался пригоден для биометрии, ведь его можно разложить на множество составляющих: длительность нажатия клавиш, время между нажатиями, сочетания горячих клавиш и количество пальцев, используемых при наборе. Для анализа может применяться как механическая клавиатура компьютера, так и экранная — смартфона или планшета.
Такой метод может подойти для идентификации пользователя при проведении каких-либо финансовых операций или для подтверждения доступа к корпоративным данным.
Аутентификация по сердечному ритму и геометрии сердца
Биометрия сердечного ритма — перспективный и довольно новый метод, использующий уникальность работы сердца каждого из нас. Для него важны следующие параметры: частота, ритмичность, наполнение, напряжение, амплитуда колебаний и скорость пульса. А для снятия показаний достаточно специального браслета.
Анализ геометрии сердца — новая технология, появившаяся в 2017 году. Сейчас находится в стадии разработки. Для нее используется низкоуровневый допплеровский радар, сканирующий сердце каждые 8 секунд и определяющий форму, размер и ритм его сокращений. Уже сейчас в гаджетах доступны датчик пульса и функция ЭКГ. Возможно, в будущем они усовершенствуются до новой технологии, доступной в компактных устройствах.
Аутентификация по ДНК
Анализ ДНК — метод дорогой и сложный, но очень перспективный. Широко используется в медицине и криминалистике, позволяя находить преступников по следам, оставленным на месте преступления. Метод также позволяет установить родственников по неидентифицированному образцу ДНК. В гаджетах пока не используется из-за сложностей со сбором материала и его анализом, однако в будущем, вполне возможно, станет одним из важнейших методов идентификации пользователя.
Аутентификация по химическому составу пота
Новейший метод биометрии, находящийся в разработке с 2017 года. Он использует уникальный химический состав пота у каждого человека. Если метод найдет применение на практике, то для разблокировки, например, смартфона, надо будет лишь коснуться датчика, анализирующего состав аминокислот пота на коже.
Аутентификация по запаху
Еще один перспективный метод биометрии, который также пока находится на стадии разработки. Он использует уникальность запаха каждого человека. Анализ может производиться бесконтактно, а при необходимости — и незаметно от человека. Собак с их чувствительным обонянием используют для поиска людей очень давно. Если ученым удастся создать электронный «собачий нос», то, помимо идентификации людей или поиска взрывчатых или наркотических веществ, его смогут применить и в других сферах деятельности.
Аргументы сторонников и противников биометрии
Биометрия стала широко применяться совсем недавно, но уже вызывает в обществе бурные дискуссии. Ее противники упоминают «большого брата» и пугают миром, где будет невозможно спрятаться от всевидящего ока. Но такие аргументы от людей, пользующихся смартфонами на ОС Android, сервисами Google, соцсетями и ПК с Windows 10, выглядят уже не слишком серьезно.
Дальше всех пошло китайское приложение WeChat, которое аккумулировало практически всю возможную информацию о пользователе в одной базе. Несмотря на то, что оно открыто собирает огромное количество данных, приложением добровольно пользуются миллионы людей: через него заказывают товары, оплачивают коммунальные услуги, транспорт, записываются к врачу, оформляют документы, берут кредиты, подписываются на блогеров, организации и новости, общаются с друзьями. В результате WeChat знает, во сколько просыпается каждый пользователь, с кем он чаще всего общается и куда ходит, на каких остановках транспорта бывает ежедневно, сколько готов потратить на ту или иную статью расхода, какие у него любимые бренды и многое другое.
Понятно, что доступ к такой информации следует надежно защищать. Общество уже выбрало биометрическую аутентификацию как средство, которое заменит нам привычные, но не слишком надежные средства, такие как логин и пароль, на уникальный ключ, который невозможно забыть или потерять.
В обществе, где будут работать надежные средства биометрии, жить очень комфортно. Двери подъезда и квартиры будут открываться перед вами, но не пустят незнакомца. Машина заведет двигатель, только если за рулем сидит ее хозяин, а банковский платеж или покупка в магазине пройдут, только в том случае, если их осуществил владелец банковской карты.
Вопрос стоит лишь в выборе самых надежных и удобных способов биометрии или их комбинации. Рынок (и пользователи) выбирает такие способы, а развиваются они очень быстро: от первого, не самого удобного, бытового сканера отпечатков пальцев, доступного в громоздком ноутбуке, и до шустро работающих сканеров отпечатков пальцев и лица, установленных сегодня даже в не самых дорогих смартфонах, прошло менее 20 лет.
Строение и функционирование глаза человека
Глаза являются парным органом, правильная работа которого обеспечивает 90 % информации об окружающем мире. Этот анализатор обладает достаточно сложной анатомией. Его важная особенность – бинокулярное зрение, позволяющее воспринимать окружающий мир обоими глазами. Зрительный аппарат отличается высокой чувствительностью к различным вредным факторам и нуждается в особо бережном уходе.
Органы зрения имеют форму шара, поэтому их называют «глазными яблоками». Они расположены в углублениях черепной коробки (глазницах). Передняя поверхность каждого глаза защищена верхними и нижними веками.
Основные элементы глазного яблока:
Движение глаз обеспечивается 6 мышцами (4 прямыми и 2 косыми). Передачу оптических импульсов в головной мозг осуществляет зрительный нерв, представляющий собой сплетение тончайших волокон.
Строение и функционирование роговицы
Эта эластичная оболочка похожа по форме на выпукло-вогнутую линзу. Роговица защищает переднюю часть глаза. Она не содержит в себе кровеносных сосудов и состоит из 5 слоев.
В нормальном состоянии роговица глаза прозрачная, блестящая и гладкая, имеет высокую степень чувствительности. Диаметр роговой оболочки:
Средняя толщина центральной части – 500 микрон, периферийной – до 1 мм.
Роговица пропускает сквозь себя световые лучи, благодаря чему воспринимается трехмерное изображение. Она является главной преломляющей средой органа зрения.
Строение и функционирование радужки
Радужка, или радужная оболочка, располагается за передней камерой глаза. Она состоит из двух групп мышц.
Радужка выполняет следующие функции:
Степень пигментации радужки определяет цвет глаз, который бывает самым разнообразным. Иногда пигментные клетки распределяются в ней неравномерно, приводя к развитию гетерохромии.
Функционирование и строение зрачка
Зрачок находится в центре радужной оболочки. Он выглядит как круглое черное отверстие, способное менять свой диаметр (сужаться и расширяться). Такая функция обеспечивается двумя мышцами – сфинктером и дилататором.
Механизм работы зрачка имеет много общего с диафрагмой фотоаппарата:
Зрачок регулирует степень проникновения световых лучей внутрь глаза. Сужаясь, он минимизирует попадание света, защищает внутренние структуры от ожогов. Также зрачок способствует устранению свечения вокруг рассматриваемых объектов.
Строение и функционирование хрусталика
Хрусталик занимает заднюю глазную камеру. По форме он напоминает двояковыпуклую линзу. Его передняя поверхность более плоская, чем задняя. Толщина хрусталика составляет 4-5 мм, высота – около 9 мм.
В норме этот элемент глаза прозрачный, поскольку содержит в себе особый белок кристаллин. В органе зрения он удерживается специальными связками, которые помогают ему менять кривизну.
Хрусталик преломляет свет и направляет его в нужные области глаза. Преломляющая способность природной линзы составляет 20-22 D. Благодаря изменению ее формы человек может различать ближние и дальние объекты.
Строение и функционирование сетчатки
Сетчатка, или ретина, представляет собой высокочувствительную ткань, состоящую из нескольких слоев. Это внутренняя оболочка глаза, которая образована нейронами и кровеносными сосудами.
Сетчатка содержит в себе рецепторы двух типов – палочки и колбочки, названные так из-за своей формы. Именно они позволяют глазу различать свет.
Ретина играет важнейшую роль в обеспечении визуального восприятия. Она отвечает за центральное и периферическое зрение, способность видеть цвета и оттенки.
Стекловидное тело
Стекловидное тело выглядит как прозрачное бесцветное вещество, напоминающее гель. Данная структура имеет шарообразную форму и занимает до 2/3 глазного яблока.
Почти 99% стекловидного тела – это вода. Остаток представлен коллагеном, аминокислотами, муцином, мочевиной, калием, магнием и другими соединениями.
Стекловидное тело обеспечивает полноценное питание сетчатки и оптимальное положение хрусталика, поддерживает нормальное внутриглазное давление (ВГД). Также этот элемент защищает зрительный орган от негативного воздействия, ослабляет последствия травм.
Что такое склера и зачем она нужна
Склера является плотной непрозрачной частью наружной оболочки глаза. Она сформирована коллагеновыми волокнами, придающими ей плотность.
Склера занимает большую часть фиброзной оболочки глазного яблока. В разных участках ее толщина составляет от 0,3 мм до 1 мм.
Основные функции склеры – опора для внутренних и внешних структур зрительного органа, защита от неблагоприятных факторов, предохранение сетчатки от избыточного попадания света. Также она обеспечивает отток водянистой влаги, регулирует показатели внутриглазного давления.
Как меняется строение глаз при нарушениях зрения
Многие патологии приводят к изменениям в строении зрительного органа, обнаружить которые может опытный врач-офтальмолог:
Нарушения в структуре ретины также провоцируются общими заболеваниями – артериальной гипертензией, патологиями почек. На сетчатку негативно воздействует токсикоз, возникающий у некоторых женщин в период вынашивания ребенка.