Биометрические автоматизированные информационные системы
Вступление
Первый вариантданной статьи появился еще в 2005 году. За прошедшие 3 года в мире биометрическихтехнологий произошли существенные изменения, связанные с тем, что началосьширокомасштабное внедрение биометрических систем. Теперь мы сталкиваемсяс биометрией самым непосредственным образом – например, при получениизаграничного паспорта.
Изменилась иситуация со стандартизацией, которая была одной из основных проблем нескольколет назад: усилиями отечественных специалистов подготовлены основные стандартыв области биометрии, часть из них уже действует, хотя работа пока и недо конца завершена. Российские специалисты участвуют и в процессе международнойстандартизации.
С другойстороны, существенно развились сами биометрические технологии, причем мыможем констатировать, что отставание России в технологическом плане такжеостается в прошлом. Отечественные компании в настоящий момент предлагаютконкурентоспособные на мировом уровне решения.
Предыстория биометрии
Биометрическиеметодыраспознавания применяются человечеством на протяжении всей его истории.Действительно, чаще всего мы узнаем знакомых людей именно с их помощью – полицу, голосу или походке.
Начиная с XIXвека, биометрические технологии, в первую очередь дактилоскопические,применяются в криминалистике, а с конца прошлого века, в связи с развитиемтехники, возникла возможность формализовать алгоритмы распознавания человека поего внешнему виду или особенностям поведения и применять для этогоавтоматизированные системы.
Биометрическиетехнологиив настоящее время переживают период бурного развития. Во многом этот ростсвязан с решениями правительств ведущих государств об их применении впаспортно-визовых документах, что направило в эту область крупные финансовые иматериальные ресурсы. Наличествует и огромный интерес общества к даннымтехнологиям.
Слово «биометрия»часто встречается нам в различных новостях на телевидении, в газетах и нарадио. К сожалению, использующие это понятие люди не всегда точно представляют,о чем говорят. В данной статье сделана попытка разъяснить азы биометрическихтехнологий, рассказать о том, как они работают, где могут и где не могутприменяться. Определения
Сначаланесколько определений:
Под биометрикойпонимают область науки, изучающую методы измерения физических характеристик иповеденческих черт человека для последующей идентификации иаутентификации личности.
Биометрическойхарактеристикой человека (БХЧ) называется его измеренная физическая характеристикаили персональная поведенческая черта, в процессе сравнения которой саналогичной ранее зарегистрированной биометрической характеристики человекареализуется процедура идентификации. Основными источниками биометрическойхарактеристики человека являются отпечатки пальцев, радужная оболочка исетчатка глаз, голос, лицо, манера работы на клавиатуре компьютера, подпись,походка и др.
Методы итехнические средства идентификации и аутентификации личности на основе биометрическойхарактеристики человека получили название биометрических технологий(БТ). Виды биометрических технологий
Для биометрическойидентификации можно применять различные характеристики и черты человека(рис. 1). Укрупнено биометрические характеристики человекаподразделяют 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.
Наиболееразвитыми на данный момент технологиями являются распознавание по отпечаткупальца, радужной оболочке глаза и двумерному (плоскому, как на фотографии)изображению лица. Причем дактилоскопическая идентификация в настоящиймомент по применимости и доступности с финансовой точки зрения превосходит вседругие технологии в несколько раз. Как работают биометрические технологии
Биометрия решает вопросы верификации и идентификации.В первом случае задача состоит в том, чтобы убедиться, что полученнаябиометрическая характеристика соответствует ранее взятой. Верификация(или сравнение 1 к 1) используется для проверки того, что субъект являетсяименно тем, за кого себя выдает. Решение принимается на основании степенипохожести характеристик.
Идентификация (или сравнение 1 к N) решает вопроспоиска для получаемой биометрической характеристики наиболее подходящей изранее взятых. В простейшем случае это последовательное осуществление сравненийполученной характеристики со всеми имеющимися. При этом в качестве результатабудет выбрана наиболее похожая ранее взятая характеристика (идентификациявыполнена) или не будет вообще никакого результата, если степень похожестиоказалась меньше заданной для всех сравнений.
Рассмотрим, как работают биометрические технологии напримере распознавания по отпечатку пальца. Для распознавания необходимополучить (с помощью специальных ридеров) изображение папиллярного узора одногоили нескольких пальцев. Далее это изображение обрабатывается, и в процессеобработки находятся его характерные особенности, такие как разветвление линий,окончание линии или пересечение линий. Для каждой особенности, помимо ее типа,запоминаются относительное расположение и другие параметры, например, для точкиокончания – направление линии. Совокупность данных особенностей и иххарактеристик образует шаблон биометрической характеристики.
При идентификации или верификации используетсясравнение получаемого шаблона с ранее полученными. При определенном уровнесоответствия делается вывод об идентичности шаблонов и, соответственно,происходит верификация или идентификация представленного пальца.
Аналогичным образом происходит распознавание и для других биометрическиххарактеристик человека. Естественно, при этом используются другиеособенности характеристик, например, для лица – это расположение иотносительные размеры носа, скул и т.д. Причем в связи с тем, что фотографиимогут быть разного размера, для их сравнения необходимо масштабирование, длякоторого в качестве «масштабного коэффициента» применяется расстояние междузрачками глаз.
Оценка эффективности биометрических технологий, помимо стоимостныхпоказателей и удобства использования, основывается на использовании двухвероятностных параметров – ошибка ложного отказа (FRR – False Reject Rate) иошибка ложного пропуска (FAR – False Accept Rate). Ошибка ложного отказавозникает в случае, если система не опознала биометрический признак,который соответствует имеющемуся в ней шаблону, а ошибка ложного пропуска – вслучае, если система неверно сопоставила предъявленный ей признак с несоответствующим ему на самом деле шаблоном. Как понятно, ошибка ложногопропуска более опасна с точки безопасности, а ошибка ложного отказаприводит к уменьшению удобства пользования системой, которая иногда не распознаетчеловека с первого раза.
Эти две вероятности взаимосвязаны, попытка уменьшения однойприводит к увеличению второй, поэтому на практике в зависимости от требований ксистеме выбирается определенный компромисс. Типичные значения данныхвероятностей для дактилоскопических систем составляют 0,1 ё 1% для FRR и 10–3 ё10–7% для FAR. Проблемы биометрических технологий
Не все радужно в области биометрических технологий.Укажем несколько из существующих на данных момент проблем, отметив, что они, всеже, постепенно разрешаются:
Дороговизна. Эта проблема актуальна для новых биометрическихтехнологий, как, впрочем, и для всех новых технологий вообще. Длядактилоскопических систем можно считать ее почти решенной.
Неуниверсальность. Данная проблема связана с тем, чтонекоторые характеристики плохо выражены у отдельных людей. Известно, чтопримерно у 2% людей папиллярные узоры находятся в таком состоянии, что с трудомподдаются автоматическому распознаванию. Данная проблема возникает и припопытке применения биометрических технологий для людей, имеющихфизические недостатки (ампутации рук или пальцев, шрамы на лице, проблемы сглазами и т.д.). В этом случае (в отличие от ошибок первого и второго рода –FAR и FRR) говорят о так называемой «ошибке третьего рода» – отказе системыпринимать биометрическую характеристику. Путем решения этой проблемыявляется комплексность подхода, использующего сразу несколько биометрическиххарактеристик, что позволяет на порядок снизить количество людей, биометрическаяидентификация которых невозможна. Другим путем решения данной проблемыявляется использование биометрической идентификации совместно с другимиметодами (например, с аутентификацией по смарт-карте).
Относительно комплексного применения нескольких биометрическихтехнологий следует сказать еще несколько слов. Помимо решения проблемыошибки третьего рода, такое применение позволяет существенно улучшить ихарактеристики, связанные с ложным отказом и ложным допуском. Именно поэтомуданное направление, называемое мультибиометрической идентификацией,является одним из наиболее перспективных в области биометрии.
Чувствительность к обману. Проблема, наиболее выраженная длятрадиционных технологий (палец, лицо), что связано с их давним появлением.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 пульсаили электропроводности.
Отсутствие стандартов. По сравнению с 2005 годом, когда появился первый вариантданной статьи, положение существенно улучшилось. Приняты или находятся навыходе стандарты, касающиеся данных отпечатка пальца, двумерного изображениялица, биометрического программного интерфейса, тестирования биометрическихтехнологий и обмена биометрическими данными.
Отсутствие нормативной базы. Последнее по месту, но не позначению. Наоборот, проблема отсутствия нормативной базы является в настоящиймомент наиболее важной: получение и использование биометрическиххарактеристик может регулироваться только на основе федеральногозаконодательства. Существующие в настоящий момент законы («О персональныхданных», «О государственной дактилоскопической регистрации в РоссийскойФедерации» и пр.) требуют серьезных дополнений и корректировок, без которых, содной стороны, не будут защищены права человека, а с другой – не могутнормально развиваться биометрические технологии. Области применения биометрических технологий
Биометрические технологии решают вопросы идентификациичеловека, область их применения – это различные системы, где требуется такая идентификация.
В первую очередь следует упомянуть системы доступа кинформации, где у биометрических технологий есть существенноепреимущество перед остальными методами. В отличие от пароля (того, что знаетчеловек и может сообщить кому-то еще) или от различных карт и ключей (того, чтопринадлежит человеку и может быть им утеряно или скопировано), биометрическиехарактеристики однозначно идентифицируют именно самого человека. Такиеже преимущества есть и при применении биометрических технологий вобласти физического доступа в различных системах контроля доступа.
Именно исходя из вышеуказанных преимуществ биометрическихтехнологий и было принято решение об их использование в паспортно-визовыхдокументах.
Традиционно биометрия применяется в криминалистике,причем объемы информации, с которыми приходится иметь дело, измеряютсямиллионами записей, и есть даже специальный термин для обозначения таких систем– АДИС (автоматизированная дактилоскопическая идентификационная система).
Биометрические технологии также применяются и вдругих сферах, например, для поиска разыскиваемых субъектов в потоке людей повнешнему виду. Особый интерес вызывает применение биометрии в областимедицины. Перспективы биометрических технологий
Как уже отмечалось, в настоящий момент совершенствование биометрическихтехнологий происходит ускоренными темпами. В первую очередь это приводит ктому, что повышается надежность и снижается стоимость для традиционныхтехнологий: распознавания по отпечатку пальца, лицу и радужной оболочке глаза.
Наряду со старыми технологиями появляются и новые. Ряд из них– особенно распознавание по трехмерному образу лица – имеют значительныйпотенциал и способны в будущем серьезно изменить положение дел на биометрическомрынке.
И, конечно, основным событием в области биометрииявляется уже начавшееся массовое внедрение данных технологий дляпаспортно-визовых документов. Данное событие приводит не только ктехнологическим изменениям и совершенствованию имеющихся на рынке систем иустройств, в будущем оно значительно изменит сам образ жизни людей. Я считаю,что это будут изменения к лучшему, так как они позволят повысить безопасностькак отдельных людей, так и общества в целом.