5.5. Биометрическая аутентификация

При рассмотрении систем биометрической аутентификации особое внимание должно быть уделено точностным характеристикам:

вероятности ошибочного отказа сотруднику (False Reject Rate, FRR);

вероятности ошибочного пропуска злоумышленника (False Acceptance Rate);

ординате точки пересечения кривых FRR и FAR (Equal Error Rate).

Рисунок радужной оболочки. Радужная оболочка (окрашенная часть, ирис) каждого глаза абсолютно уникальна. Даже у однояйцовых близнецов рисунки радужек разные. Радужная оболочка защищена от внешней среды роговицей и тканевой жидкостью; в отличие от сетчатки, однако, радужная оболочка ясно видна на расстоянии. Случайные рисунки ириса созданы сплетением сетчатой структуры соединительной ткани и других видимых признаков (слоев, борозд, корон, впадин, пятен и т. п.) Рисунок ириса стабилен в течение всей жизни. Пример рисунка ириса показан на рис.5.2 (с сайта www.iriscan.com).

Система System 2000EAC фирмы IriScan использует технологию анализа радужной оболочки. Основной режим работы системы – идентификация. Процесс идентификации по ирису начинается с получения изображения глаза. Для считывания пользователю достаточно посмотреть на специальное отверстие с расстояния примерно 1 м. Далее на изображении выделяются границы зрачка и радужки, исключаются зоны, прикрытые веком, устраняются блики, определяется фокус для обработки изображения. Затем изображение ириса обрабатывается и кодируется. Поиск в базе данных осуществляется в реальном времени, поэтому скорость идентификации достаточно высока (при 10 тыс. зарегистрированных пользователей она составляет 2 сек). Непосредственно в устройстве может храниться информация о 1500 пользователей. При хранении данных на компьютере число пользователей не ограничено. Для работы в режиме аутентификации возможно подключение считывателей.

Очки и контактные линзы не являются помехой работе системы. Реакция ириса на свет и естественное колебание зрачка делают невозможным обмануть систему при помощи подстановки фотографии.

Основные характеристики системы приведены в табл.5.2.

Таблица 5.2. Основные характеристики системы аутентификации по рисунку ириса глаза

Расположение кровеносных сосудов сетчатки глаза. Ряд биометрических систем проводит автоматическую аутентификацию человека на основании уникальной картины расположения кровеносных сосудов сетчатки глаза (глазного дна). Исследованиями подтверждена уникальность рисунка кровеносных сосудов сетчатки глаза.

При работе подобных систем пользователи должны смотреть в видоискатель прибора. Участок сетчатки сканируется неполяризованным светом низкой интенсивности, испускаемым ИК - диодами. Различная интенсивность отраженного света отображает расположение кровеносных сосудов.

Продукт Icam 2001 компании EyeDentify относится к разряду рассматриваемых продуктов. Основные характеристики этой системы приведены в табл.5.3.

Таблица 5.3. Основные характеристики системы аутентификации на основании уникальной картины расположения кровеносных сосудов сетчатки глаза

Системы аутентификации на основе анализа особенностей глаза обладают очень высокой точностью. В частности, система фирмы IriScan считается самой точной биометрической системой в настоящее время. Недостатки подобных систем - высокая цена и неудобство использования. Процесс получения изображения глаза неприятен пользователям – многие стараются избежать аутентификации, защищая свои глаза.

Область применения технологий аутентификации по особенностям глаза – объекты высокой степени секретности.

Папиллярные узоры. Кожа человека состоит из двух слоев. Наружный слой называется эпидермисом, а второй, более глубокий, - дермой. Поверхность дермы, прилегающая к эпидермису, образует многочисленные выступы - так называемые дермальные сосочки. На ладонных поверхностях кистей, в частности пальцев, дермальные сосочки складываются в ряды. Поэтому эпидермис, повторяющий строение внешнего слоя дермы, на этих участках тела образует небольшие складки, отображающие и повторяющие ход рядов дермальных сосочков. Эти складки называются папиллярными линиями и отделяются друг от друга неглубокими бороздками. Папиллярные линии, особенно на поверхностях пальцев кисти, образуют различные узоры, называемые папиллярными узорами.

Рисунок папиллярного узора на протяжении всей жизни человека остается неизменным, размер узора окончательно фиксируется к 18 – 20 годам. Папиллярный узор каждого пальца любого человека индивидуален и присущ только этому пальцу. После любых повреждений эпидермиса, не затрагивающих сосочков дермы, папиллярный узор в процессе заживления восстанавливается в прежнем виде. Если повреждены сосочки дермы, то образуется рубец, в определенной мере деформирующий в этом месте узор, но не изменяющий его первоначального общего рисунка и деталей строения в других местах.

Для ввода образа отпечатка пальца используется несколько типов датчиков. Существуют датчики, измеряющие электроемкость выступов и впадин на коже пальца. Действие оптических датчиков основано на том факте, что зоны контакта выступающих папиллярных линий имеют более низкий коэффициент отражения света. Ультразвуковые датчики позволяют минимизировать влияние на результат распознавания грязи и пыли. Перспективна технология получения, обработки и хранения голограмм отпечатков.

Характеристики наиболее популярных систем аутентификации по отпечаткам пальцев приведены в табл. 5.4.

Таблица 5.4. Основные характеристики системы аутентификации по отпечаткам пальцев

В некоторых системах предусмотрена корректировка изображения в соответствии с состоянием кожи пальца – возможны настройки контрастности и яркости и регулировка уровня белого.

Папиллярные узоры ладоней имеют меньше уникальных черт, чем узоры пальцев. Однако несколько продуктов, использующих такой принцип идентификации, находятся в стадии разработки или уже выходят на рынок. Все они разрабатываются для объектов с невысокими требованиями к уровню безопасности.

Достоинства систем идентификации по папиллярным узорам - небольшие размеры устройств, удобство (можно встраивать сканеры даже в клавиши), невысокая (и постоянно снижающаяся) стоимость систем, высокая точность. К недостаткам технологии следует отнести возможность влияния на результат следов предыдущего отпечатка, порезов, грязи. В отечественных источниках указывают на психологическую проблему при применении дактилоскопии – у большинства людей снятие отпечатков пальцев устойчиво ассоциируется с криминалистикой.

Области применения технологии – управление доступом в режимные помещения, к источникам информации (в т. ч. к компьютерам и вычислительным сетям), юридическое подтверждение права на использование различных документов и пластиковых карт.

Форма кисти руки . В некоторых биометрических системах при аутентификации человека анализируется форма кисти руки, пальцев. Ведутся исследования в области автоматического измерения геометрических характеристик руки целиком.

Несмотря на изменение формы кисти как с течением жизни человека, так и за относительно короткие сроки, практически постоянными остаются отношения размеров, форма пальцев, расположение суставов. В современных системах распознавания по форме руки применяется компенсация – образец корректируется при каждой успешной аутентификации. Принцип аутентификации по кисти руки человека поясняет рис. 5.5, а некоторые характеристики наиболее распространенных систем приведены в табл. 5.5.

Система Digi-2 фирмы BioMet Partners, Inc. идентифицирует человека по форме и трехмерным характеристикам двух пальцев (указательного и среднего), расположенных в форме латинской буквы V.

Устройство ID3D HandKey фирмы Recognition Systems, Inc. анализирует ширину ладони и пальцев в нескольких местах, длину, ширину и толщину пальцев. Рука освещается инфракрасными лучами, а установленная сверху видеокамера регистрирует ее вид. В поле зрения камеры оказываются также боковое зеркало, дающее информацию о толщине ладони. В случае, когда сканирование полной кисти невозможно (например, отсутствует палец), устройство может работать с частью кисти. Ошибка первого рода составляет для устройства 0,1%, а на испытаниях, проведенных Сандийской Национальной лабораторией, вероятность трехкратного отказа зарегистрированному пользователю составила 0,03%. Возможное количество пользователей для автономного устройства – 20736, при хранении базы на компьютере число пользователей не ограничено.

Существует отечественный аналог этого устройства - "ГЕОР".

Таблица 5.5. Основные характеристики систем аутентификации по кисти руки

Системы аутентификации по форме руки просты и удобны в эксплуатации. К недостаткам следует отнести громоздкость считывателей и меньшую, чем, например, у сканеров отпечатков пальцев, точность. Области применения – аутентификация посетителей в офисах, производственных помещениях, т. е. в местах, где из-за грязи затруднено применение сканеров отпечатков пальцев.

Особенности лица. Наиболее распространенный метод аутентификации лиц основан на так называемых картах линий одинаковой интенсивности. Эти карты состоят из линий, соединяющих элементы изображения с равным уровнем яркости (интенсивности отраженного света). Аутентификация человека выполняется путем сравнения формы линий одинаковой интенсивности. Метод имеет ряд достоинств: легко реализуется программными и аппаратными средствами, позволяет отражать в описании трехмерную структуру лица, обеспечивает высокую точность распознавания личности, даже если человек в очках или с бородой.

Применяется метод аутентификации человеческого лица по профилю, извлеченному из трехмерных данных изображения лица. Точность распознавания в данном методе слабо зависит от расстояния между наблюдаемым объектом (лицом) и камерой, а также от угла поворота головы.

В табл. 5.6 приведены некоторые характеристики наиболее распространенных систем аутентификации по лицу.

Таблица 5.6. Основные характеристики систем аутентификации по лицу

Программа TrueFace Logon компании Miros Software сравнивает изображение с видеокамеры с эталонным, записанном, например, на смарт-карте. Слабая освещенность или цвет кожи программе не помеха. Алгоритм приспосабливается к изменениям прически, наличию или отсутствию очков, выражению лица и т. д. Программа разрабатывалась для аутентификации пользователей в корпоративных вычислительных сетях.

Программа FaceIt PC для ОС Windows 95 корпорации Visionics Corp. сканирует изображение лица в режиме реального времени, что увеличивает стоимость оборудования (требуется плата захвата видеоизображения и предъявляются повышенные требования к производительности компьютера). Программа способна анализировать движущиеся лица, может выделять лицо в группе людей. Утверждается, что предусмотрена защита от обмана системы посредством предъявления фотографии. Время идентификации в режиме «движущегося изображения» составляет 0,1-0,2 сек, а в режиме «статического изображения» - 3 сек.

Системы аутентификации, анализирующие особенности лица , отвечают практически всем требованиям, предъявляемым к биометрическим системам. Такие БС просты и удобны в использовании, имеют приемлемую скорость работы, хорошо воспринимаются пользователями, дешевы. Недостатки – возможность ввести систему в заблуждение, сильная зависимость точности распознавания от освещенности.

Области применения - криминалистика, сфера компьютерной безопасности.

Термографическая карта лица. Метод лицевой термографии базируется на результатах исследований, показавших, что вены и артерии лица каждого человека создают уникальную температурную карту. Специальная инфракрасная камера сканирует фиксированные зоны лица. Результат сканирования – термограмма – является уникальной характеристикой человека. Даже у однояйцовых близнецов термографическая картина различается. На точность системы не влияет ни высокая температура тела, ни охлаждение кожи лица в морозную погоду, ни естественное старение организма человека. Термограмма сохраняется после пластической операции, не зависит от освещенности (можно проводить идентификацию даже в темноте).

Компания Technology Recognition Systems разработала аппаратно – программную систему идентификации человека по термографической карте лица. Система обладает очень высокой надежностью. Главный недостаток системы - очень высокая стоимость инфракрасных видеокамер (комплект для предприятия предлагается за 55 тыс. долл).

Рисунок вен за запястье. Рисунок сухожилий и сосудов на запястье человека индивидуален. На этом основано устройство аутентификации, сканирующее поверхность запястья с помощью инфракрасного излучения.

Преимущество предлагаемой технологии – невозможность случайного или умышленного повреждения рисунка сосудов запястья, в отличие, например, от рисунка отпечатков пальцев.

В настоящий момент надежность и практичность указанной технологии не доказана.

Форма уха. Результаты исследований, опубликованные в Европе, США и Японии, показывают, что уши людей сильно различаются по морфологическим и анатомическим признакам. Параметры ушей в целом формируются в возрасте 16–17 лет. Несмотря на то, что уши немного изменяются и далее на протяжении всей жизни человека, для практических приложений этим изменением можно пренебречь.

В настоящее время проблема наследования особенностей ушей носит лишь теоретический характер.

Особенности голоса. Использование технологии распознавания человека по голосу основано на анализе таких характеристик голоса, как тембр, спектр сигнала, акцент, интонация, сила звука, скорость речи, вибрации в гортани, носовые звуки и т.д.

В зависимости от того, необходима ли идентификация (узнавание) или аутентификация (подтверждение) личности, применяются различные методы распознавания.

Существуют методы идентификации говорящего, как зависимые от содержания речи, так и не зависимые от него. В некоторых методах точность распознавания увеличена благодаря использованию текстовой подсказки, когда проверяемый человек повторяет фразу, «произнесенную» машиной.

Существует так называемый гибридный метод анализа речи. С помощью данного метода можно объединять акустическую и лингвистическую обработку (т. е. обработку звука и выделение слов и фраз).

В других комбинированных методах параллельно с анализом голосовых признаков обрабатываются изображения формы рта. В качестве признаков речевого сигнала используется спектр мощности сигнала, а в качестве дополнительной информации - признаки геометрической формы рта.

Основная техническая проблема при распознавании голоса – зашумленность сигнала.

Характеристики некоторых биометрических систем голосовой аутентификации приведены в табл 5.7.

Таблица 5.7. Основные характеристики систем голосовой аутентификации

Системы аутентификации по голосу позволяют на базе обычного телефонного оборудования и недорогих звуковых плат проводить аутентификацию удаленных пользователей. Аутентификация по голосу оказалась наиболее подходящей биометрической технологией для системы платежей по кредитным картам проекта CASCADE .

Достоинством таких систем является низкая цена оборудования (причем необходимое аппаратное обеспечение входит в стандартную комплектацию современных компьютеров). Недостатки - малая скорость работы, более низкая надежность по сравнению с большинством биометрических методов. На результатах проверки может сказываться небрежность, физическое и эмоциональное состояние человека, болезнь и т. п. (это относится ко всем биометрическим системам, основанным на анализе психологических параметров организма).

Область применения технологии - управление удаленным доступом в закрытые программные системы.

Особенности почерка. Методы распознавания по особенностям почерка делятся на две группы: анализ только изображения и анализ изображения вместе с анализом динамики письма.

При анализе почерка выполняются такие этапы работы, как считывание и оцифровывание знаков, сегментация (в процессе сегментации производится сглаживание, устранение помех), подавление шумов, выделение непроизводных элементов, распознавание, идентификация символов. Сначала выделяются отдельные строки текста, затем отдельные знаки, а на последнем этапе - признаки выделенных знаков.

При анализе почерка интерес представляют такие его особенности, как расположение точек над знаками, палочек у символов, точек поворота, положение мест отрыва пера от бумаги, точек пересечения, петель, прямолинейных участков, сегментов, длины и положения линий подъема и спуска и т. п. В качестве признаков могут использоваться такие структурные характеристики знаков, как отверстия, вогнутости контура, концевые точки.

При анализе особенностей динамики письма сбор информации может происходить двумя способами. Во-первых, может использоваться перо со средствами восприятия силы его нажима на поверхность. Во-вторых, информация может быть получена при использовании чувствительной пластины со средствами восприятия положения точки на поверхности пластины. При появлении на поверхности написанных от руки символов регистрируются одновременно динамические усилия, воздействующие на кончик узла при письме, и положение наносимых обозначений относительно точки отсчета. Далее могут анализироваться такие динамические характеристики письма, как скорость, ускорение, порядок штрихов и т. д.

Табл. 5.8 содержит данные о некоторых биометрических системах аутентификации человека по почерку.

Ручка SmartPen разработана фирмой IMEC . Ручка беспроводная, в нее вмонтирован радиопередатчик с криптографической защитой. Ручкой можно расписываться на обычной бумаге.

Ручка, разработанная фирмой IBM , имеет три пьезоэлектрических датчика: один измеряет давление вдоль оси пера, два других – ускорение. За 12,5 сек выполняется около 1000 измерений параметров.

Таблица 5.8. Основные характеристики биометрических системах аутентификации человека по почерку

Известны биометрические системы, анализирующие до 42 статических и динамических параметров подписи.

Системы аутентификации по почерку имеют относительно невысокую стоимость. Недостатком таких систем является то, что на результатах распознавания может сказываться физическое и эмоциональное состояние человека. Системы имеют невысокую скорость работы.

Области применения этих БС – удостоверение подписей и подтверждение личности в банковской и компьютерной сфере.

Динамические характеристики работы на клавиатуре. Рассматриваемая биометрическая технология основана на уникальности динамических характеристик («клавиатурного почерка») каждого человека.

В системах аутентификации по динамическим характеристикам измеряются промежутки времени между нажатиями клавиш, длительности их удержания и взаимного перекрытия.

Приближенная оценка вероятностей ошибок первого и второго рода для данной биометрической технологии составляет соответственно FRR=9%, FAR=8%.

Недостаток биометрической технологии лежит в юридической области - при использовании программного обеспечения, анализирующего клавиатурный почерк, возможен скрытый контроль над сотрудниками (наблюдение за активностью их работы на компьютере). Другой недостаток – система может быть эффективно использована только лицами, обладающими устойчивым клавиатурным почерком и имеющими достаточно высокую скорость ввода.

Область применения – системы управления доступом к компьютерам и терминалам.

К современным методам аутентификации относится проверка подлинности на основе биометрических показателей. При биометрической аутентификации, секретными данными пользователя могут служить, как глазная сетчатка, так и отпечаток пальца. Эти биометрические образы являются уникальными для каждого пользователя, что обеспечивает высокий уровень защиты доступа к информации. Согласно предварительно установленным протоколам, биометрические образцы пользователя регистрируются в базе данных.

Современная биометрическая аутентификация основывается на двух методах:

• статический метод аутентификации - распознает физические параметры человека, которыми он обладает на протяжении всей жизни: от своего рождения и до самой смерти (отпечатки пальцев, отличительные характеристики радужной оболочки глаза, рисунок глазной сетчатки, термограмма, геометрия лица, геометрия кисти руки и даже фрагмент генетического кода);
• динамический метод - анализирует характерный черты, особенности поведения пользователя, которые демонстрируются в момент выполнения какого либо обычного повседневного действия (подпись, клавиатурный почерк, голос и другое).

Основным на всемирном рынке биометрической защиты, всегда являлся статический метод. Динамическая аутентификация и комбинированные системы защиты информации занимали, всего лишь, 20 % рынка. Однако, в последние годы, наблюдается активное развитие динамических методов защиты. Особенный интерес сетевых технологий представляют методы клавиатурного почерка и аутентификации по подписи.

В связи с довольно быстрым развитием современных биометрических технологий, появляется критически важная проблема - определение общих стандартов надежности биометрических систем защиты. Большим авторитетом среди специалистов пользуются средства, имеющие сертификаты качества, которые выдает Международная ассоциация по компьютерной безопасности ICSA (International Computer Security Association).

Статический метод биометрической аутентификации и его разновидности

Дактилоскопия - наиболее популярная технология биометрической аутентификации, основанная на сканировании и распознавании отпечатков пальцев.

Данный метод активно поддерживается правоохранительными органами, с целью привлечения в свои архивы электронных образцов. Также, метод сканирования отпечатков пальцев легок в использовании и надежен универсальностью данных. Главным устройством этого метода биометрической аутентификации есть сканер, который сам по себе имеет небольшие размеры и является относительно недорогим в цене. Такая аутентификация осуществляется достаточно быстро за счет того, что система не требует распознавания каждой линии узора и сравнения её с исходными образцами, находящимися в базе. Системе достаточно определить совпадения в масштабных блоках и проанализировать раздвоения, разрывы и прочие искажения линий (минуции).

Уникальность каждого отпечатка позволяет использовать данный метод биометрической аутентификации как в криминалистике, в процессах серьезных бизнес-операций, так и в быту. В последнее время появилось множество ноутбуков со встроенным сканером отпечатков пальцев, клавиатур, компьютерных мышей, а также смартфонов для аутентификации пользователя.

Есть и минусы в этой, казалось бы, неоспоримой и не поддельной, аутентификации. Из-за использования сложных алгоритмов распознавания мельчайших папиллярных линий, система аутентификации может демонстрировать сбои при недостаточном контакте пальца со сканером. Обмануть средство аутентификации и саму систему защиты можно и с помощью муляжа (очень качественно выполненного) или мертвого пальца.

По принципу работы, используемые для аутентификации сканеры, делятся на три вида:

• оптические сканеры, функционирующие на технологии отражения, или по принципу просвета. Из всех видов, оптическое сканирование не способно распознать муляж, однако, благодаря своей стоимости и простоте, именно оптические сканеры наиболее популярны;
• полупроводниковые сканеры - подразделяются на радиочастотные, емкостные, термочувствительные и чувствительные к давлению сканеры. Тепловые (термосканеры) и радиочастнотные сканеры лучше всех способны распознать настоящий отпечаток и не допустить аутентификацию по муляжу пальца. Полупроводниковые сканеры считаются более надежными, нежели оптические;
• ультразвуковые сканеры. Данный вид устройств является самым сложным и дорогим. С помощью ультразвуковых сканеров можно совершать аутентификацию не только по отпечаткам пальцев, но и по некоторым другим биометрическим параметрам, таким как частота пульса и пр.

Аутентификация по сетчатке глаза. Данный метод стали использовать еще в 50-х годах прошлого столетия. В то время, как раз, была изучена и определена уникальность рисунка кровеносных сосудов глазного дна.

Сканеры сетчатки глаза имеют довольно большие габариты и более высокую цену, нежели сканеры отпечатков пальцев. Однако, надежность такого вида аутентификации гораздо выше дактилоскопии, что и оправдывает вложения. Особенности рисунка кровеносных сосудов глазного дна таковы, что он не повторяется даже у близнецов. Поэтому, такая аутентификация имеет максимальную защиту. Обмануть сканер сетчатки глаза, практически невозможно. Сбои при распознавании глазного рисунка незначительно малы - примерно, один на миллион случаев. Если, у пользователя нет серьезных глазных заболеваний (например, катаракта), он может уверенно использовать систему аутентификации по сетчатке глаза для защиты доступа к всевозможным хранилищам, приватных кабинетов и сверхсекретных объектов.

Сканирование сетчатки глаза предусматривает использование инфракрасного низкоинтенсивного излучения, которое направляется к кровеносным сосудам глазного дна через зрачок. Сигнал отображает несколько сотен характерных точек, которые записываются в шаблон. Самые современные сканеры вместо инфракрасного света направляют лазер мягкого действия.

Для прохождения данной аутентификации, человек должен максимально приблизить к сканеру лицо (глаз должен быть не далее 1,5 см от устройства), зафиксировать его в одном положении и направить взгляд на дисплей сканера, на специальную метку. Около сканера, в таком положении, приходится находиться приблизительно минуту. Именно столько много времени требуется сканеру для осуществления операции сканирования, после чего, системе понадобится еще несколько секунд для сравнения полученного образца с установленным шаблоном. Длительное нахождение в одном положении и фиксация взгляда на вспышку света и являются самыми большими недостатками использования данного вида аутентификации. Плюс, из-за относительно долгого сканирования сетчатки и обработки результатов, данное устройство невозможно устанавливать для аутентификации большого количества людей (например, проходной).

Аутентификация по радужной оболочке глаза. Данный метод аутентификации основан на распознавании уникальных особенностей радужной оболочки глаза.

Схожий на сеть, сложный рисунок подвижной диафрагмы между задней и передней камерами глаза - это и есть уникальная радужная оболочка. Данный рисунок человеку дается еще до его рождения и особо не изменяется в течении всей жизни. Надежности аутентификации методом сканирования радужной оболочки глаза способствует различие левого и правого глаз человека. Такая технология, практически, исключает ошибки и сбои при аутентификации.

Однако, сложно назвать устройства, считывающие рисунок радужной оболочки - сканерами. Это, скорее всего, специализированная камера, которая делает 30 снимков в секунду. Затем оцифровывается одна из записей и преобразовывается в упрощенную форму, из которой отбираются около 200 характерных точек и информация по ним записывается в шаблон. Это куда более надежно, чем сканирование отпечатков пальцев - для формирования таких шаблонов используются всего лишь 60-70 характерных точек.

Данный вид аутентификации предполагает дополнительную защиту от поддельных глаз - в некоторых моделях устройств, для определения «жизни» глаза, изменяется поток света, направленный в него и система отслеживает реакцию и определяет изменяется ли размер зрачка.

Данные сканеры уже широко используются, к примеру, в аэропортах многих стран для аутентификации сотрудников во время пересечения зон ограниченного доступа, а также, неплохо зарекомендовали себя в Англии, Германии, США и Японии во время экспериментального использования с банкоматами. Следует отметить, что при аутентификации по радужной оболочке глаза, в отличие от сканирования сетчатки, считывающая камера может находиться от 10 см до 1 метра от глаза и процесс сканирования и распознавания проходит намного быстрее. Данные сканеры стоят дороже, нежели вышеуказанные средства биометрической аутентификации, но, в последнее время и они становятся все более доступными.

Аутентификация по геометрии руки - данный метод биометрической аутентификации предполагает измерение определенных параметров человеческой кисти, например: длина, толщина и изгибы пальцев, общая структура кисти, расстояние между суставами, ширина и толщина ладони.

Руки человека не являются уникальными, поэтому для надежности данного вида аутентификации необходимо комбинировать распознавание сразу по нескольким параметрам.

Вероятность ошибок при распознавании геометрии кисти составляет около 0,1%, а это значит, что при ушибе, артрите и прочих заболеваниях и повреждениях кисти, скорее всего, пройти аутентификацию не удастся. Так что, данный метод биометрической аутентификации не подходит для обеспечения безопасности объектов высокой степени секретности.

Однако, данный метод нашел широкое распространение, благодаря тому, что он удобен для пользователей по целому ряду причин. Одной из немаловажных таких причин является то, что устройство для распознания параметров руки не принуждает пользователя к дискомфорту и не отнимает много времени (весь процесс аутентификации осуществляется за несколько секунд). Следующей причиной популярности аутентификации по геометрии руки можно назвать тот факт, что ни температура, ни загрязненность, ни влажность кисти не влияют на процедуру аутентификации. Также, удобен данный метод и тем, что для распознавания кисти можно использовать изображение низкого качества - размер шаблона, хранящегося в базе всего 9 байт. Процедура сравнения кисти пользователя с установленным шаблоном очень проста и легко может быть автоматизирована.

Устройства данного вида биометрической аутентификации могут иметь разный внешний вид и функционал - одни сканируют лишь два пальца, другие делают снимок всей руки, а некоторые современные устройства при помощи инфракрасной камеры сканируют вены и по их изображению осуществляют аутентификацию.

Данный метод впервые был использован в начале 70-х годов прошлого века. Сегодня подобные устройства можно встретить в аэропортах и различных предприятиях, где необходимо формировать достоверные сведения о присутствии того, или иного человека, учета рабочего времени и прочих процедур контроля.

Аутентификация по геометрии лица. Этот биометрический метод аутентификации является одним из «трёх больших биометрик» наряду с распознаванием по радужной оболочке и сканированию отпечатков пальцев.

Данный метод аутентификации подразделяется на двухмерное и трехмерное распознавание. Двухмерное (2D) распознавание лица используется уже очень давно, в основном, в криминалистике. Но, с каждым годом данный метод усовершенствуется, повышая, этим самым, уровень своей надежности. Однако, до совершенства двухмерному методу распознавания лица еще далеко - вероятность ложных срабатываний при данной аутентификации варьируется от 0,1 до 1 %. Еще выше частота ошибок непризнания.

Куда больше надежд возлагают на новейший метод - трехмерное (3D) распознавание лиц. Оценки надежности данного метода пока не выведены, так как он является относительно молодым. Разработкой систем трехмерного распознавания лиц занимаются около десяти ведущих мировых ИТ-компаний, в том числе и из России. Большинство таких разработчиков предоставляют на рынок сканеры вместе с программным обеспечением. И только некоторые работают над созданием и выпуском сканеров.

При трехмерном распознавании лиц используется множество сложных алгоритмов, эффективность которых зависит от условий их применения. Процедура сканирования составляет около 20-30 секунд. В этот момент лицо может быть повернуто относительно камеры, что принуждает систему компенсировать движения и формировать проекции лица с четким выделением черт лица, таких как контуры бровей, глаз, носа, губ и др. Затем система определяет расстояние между ними. В основном, шаблон составляется из таких неизменных характеристик, как глубина глазных впадин, форма черепа, надбровных дуг, высота и ширина скул и прочих ярко выраженных особенностей, благодаря которым впоследствии система сможет распознать лицо даже при наличии бороды, очков, шрамов, головного убора и прочего. Всего для построения шаблона используется от 12 до 40 особенностей лица и головы пользователя.

Международный подкомитет по стандартизации в области биометрии (IS0/IEC JTC1/SC37 Biometrics) в последнее время занимается разработкой единого формата сведений для распознавания человеческих лиц на основе двух- и трехмерных изображений. Скорее всего, два данных метода объединят вы один биометрический метод аутентификации.

Термография лица. Данный биометрический метод аутентификации выражается в установлении человека по его кровеносным сосудам.

Лицо пользователя сканируется при помощи инфракрасного света и формируется термограмма - температурная карта лица, являющаяся достаточно уникальной. Данный метод по своей надежности сравним с методом аутентификации по отпечаткам пальцев. Сканирование лица при данной аутентификации можно производить с десятиметрового расстояния. Этот метод способен распознать близнецов (в отличии от распознавания по геометрии лица), людей, перенесших пластические операции, использующих маски, а также он эффективен не смотря на температуру тела и старение организма.

Однако, данный метод не распространен широко, возможно, из-за невысокого качества получаемых термограмм лиц.

Динамические методы биометрической аутентификации

Данный метод позволяет произвести идентификацию и аутентификацию личности при помощи лишь одного микрофона, который подключен к записывающему устройству. Использование данного метода бывает полезным в судебных случаях, когда единственной уликой против подозреваемого служит запись телефонного разговора. Метод распознавания голоса является очень удобным - пользователю достаточно лишь произнести слово, без совершения каких-либо дополнительных действий. И, наконец, огромным преимуществом данного метода является право осуществления скрытой аутентификации. Пользователь не всегда может быть осведомлен о включении дополнительной проверки, а значит, злоумышленникам будет еще сложнее получить доступ.

Формирование персонального шаблона производится по многим характеристикам голоса. Это может быть тональность голоса, интонация, модуляция, отличительные особенности произношения некоторых звуков речи и другое. Если система аутентификации должным образом проанализировала все голосовые характеристики, то вероятность аутентификации постороннего лица никчемно мала. Однако, в 1-3 % случаев, система может дать отказ и настоящему обладателю ранее определенного голоса. Дело в том, что голос человека может меняться во время болезни (например, простуды), в зависимости от психического состояния, возраста и т.п. Поэтому, биометрический метод голосовой аутентификации нежелательно использовать на объектах повышенной безопасности. Он может быть использован для доступа в компьютерные классы, бизнес-центры, лаборатории и подобного уровня безопасности объекты. Также, технология распознавание голоса может применяться не только в качестве аутентификации и идентификации, но и как незаменимый помощник при голосовом вводе данных.

Метод распознавания клавиатурного почерка - является одним из перспективных методов биометрической аутентификации сегодняшнего дня. Клавиатурный почерк представляет собой биометрическую характеристику поведения каждого пользователя, а именно - скорость ввода, время удержания клавиш, интервалы между нажатиями на них, частота образования ошибок при вводе, число перекрытий между клавишами, использование функциональных клавиш и комбинаций, уровень аритмичности при наборе и др.

Данная технология является универсальной, однако, лучше всего, распознавание клавиатурного почерка подходит для аутентификации удаленных пользователей. Разработкой алгоритмов распознавания клавиатурного почерка активно занимаются как зарубежные, так и российские ИТ-компании.

Аутентификация по клавиатурному почерку пользователя имеет два способа:

• ввод известной фразы (пароля);
• ввод неизвестной фразы (генерируется случайным образом).

Оба способа аутентификации предполагают два режима: режим обучения и режим самой аутентификации. Режим обучения заключается в многократном вводе пользователем кодового слова (фразы, пароля). В процессе повторного набора, система определяет характерные особенности ввода текста и формирует шаблон показателей пользователя. Надежность такого вида аутентификации зависит от длины вводимой пользователем фразы.

Среди преимуществ данного метода аутентификации следует отметить удобство пользования, возможность осуществления процедуры аутентификации без специального оборудования, а также возможность скрытой аутентификации. Минусом данного метода, как и в случае с распознаванием голоса, можно назвать зависимость отказа системы от возрастных факторов и состояния здоровья пользователя. Ведь, моторика, куда сильнее, нежели голос, зависит от состояния человека. Даже простая человеческая усталость может повлиять на прохождение аутентификации. Смена клавиатуры, также может быть причиной отказа системы - пользователь способен не сразу адаптироваться к новому устройству ввода и поэтому, при вводе проверочной фразы, клавиатурный почерк может не соответствовать шаблону. В частности, это влияет на темп ввода. Хотя, исследователи предлагают повысить эффективность данного метода за счет использования ритма. Искусственное добавление ритма (например, ввод пользователем слова под какую-то знакомую мелодию) обеспечивает устойчивость клавиатурного почерка и более надежную защиту от злоумышленников.

Верификация подписи . В связи с популярностью и массовому использованию различных устройств с сенсорным экраном, биометрический метод аутентификации по подписи становится очень востребованным.

Максимально точную верификацию подписи обеспечивает использование специальных световых перьев. Во многих странах электронные документы, подписанные биометрической подписью, имеют такую же юридическую силу, что и бумажные носители. Это позволяет осуществлять документооборот значительно быстрее и беспрепятственно. В России, к сожалению, доверие оказывает лишь бумажный подписанный документ, или электронный документ, на который наложена официально зарегистрированная электронная цифровая подпись (ЭЦП). Но, ЭЦП легко передать другому лицу, что не сделаешь с биометрической подписью. Поэтому, верификация по биометрической подписи является более надежной.

Биометрический метод аутентификации по подписи имеет два способа:

• на основе анализа визуальных характеристик подписи. Данным способом предполагается сравнение двух изображений подписи на соответствие идентичности - это может осуществляться как системой, так и человеком;
• способ компьютерного анализа динамических характеристик написания подписи. Аутентификация таким способом происходит после тщательного исследования сведений о самой подписи, а также о статистических и периодических характеристиках ее написания.

Формирование шаблона подписи осуществляется в зависимости от требуемого уровня защиты. Всего, одна подпись анализируется пол 100-200 характерным точкам. Если же, подпись ставится с использованием светового пера, то помимо координат пера, учитывается и угол его наклона, нажатие пера. Угол наклона пера исчисляется относительно планшета и по часовой стрелке.

Данный метод биометрической аутентификации, как и распознавание клавиатурного почерка, имеют общую проблему - зависимость от психофизического состояния человека.

Комбинированные решения биометрической аутентификации

Мультимодальная, или комбинированная система биометрической аутентификации - это устройство, в котором объединены сразу несколько биометрических технологий. Комбинированные решения по праву считаются наиболее надежными в плане защиты информации с помощью биометрических показателей пользователя, ведь подделать сразу несколько показателей гораздо сложнее, нежели один признак, что является, практически, не под силу злоумышленникам. Максимально надежными считаются комбинации «радужная оболочка + палец» или «палец + рука».

Хотя, в последнее время, популярность набирают системы типа «лицо + голос». Это связано с широким распространением коммуникационных средств, которые сочетают в себе модальности аудио и видео, например, мобильные телефоны со встроенными камерами, ноутбуки, видеодомофоны и прочее.

Комбинированные системы биометрической аутентификации значительно эжффективнее мономодальных решений. Это подтверждает множество исследований, в том числе опыт одного банка, который установил сперва систему аутентификации пользователей по лицу (частота ошибок за счет низкого качества камер 7 %), затем по голосу (частота ошибок 5% из-за фоновых шумов), а после, комбинировав эти два метода, достигли почти 100 % эффективности.

Биометрические системы могут быть объединены различными способами: параллельно, последовательно или согласно иерархии. Главным критерием при выборе способа объединения систем должна служить минимализация соотношения количества возможных ошибок ко времени одной аутентификации.

Помимо комбинированных систем аутентификации, можно использовать и многофакторные системы. В системах с многофакторной аутентификацией, биометрические данные пользователя используются вместе с паролем или электронным ключом.

Защита биометрических данных

Биометрическая система аутентификации, как и многие другие системы защиты, в любой момент может быть подвергнута нападению злоумышленников. Соответственно, начиная с 2011 года, международная стандартизация в области информационных технологий предусматривает мероприятия по защите биометрических данных - стандарт IS0/IEC 24745:2011. В российском законодательстве защиту биометрических данных регламентирует Федеральный закон «О персональных данных», с последними изменениями в 2011 году.

Наиболее распространенным направлением в области современных биометрических методов аутентификации является разработка стратегии защиты, хранящихся в базах данных биометрических шаблонов. Среди самых популярных киберпреступлений дня сегодняшнего во всем мире считается «кража личности». Утечка шаблонов из базы данных делает преступления более опасными, так как восстанавливать биометрические данные злоумышленнику проще за счет обратного инжиниринга шаблона. Поскольку биометрические характеристики неотъемлемы от своего носителя, похищенный шаблон нельзя заменить нескомпроментированным новым, в отличии от пароля. Опасность кражи шаблона еще заключается в том, что помимо доступа к защищенным данным, злоумышленник может заполучить секретную информацию о человеке, или организовать за ним тайную слежку.

Защита биометрических шаблонов базируется на трех основных требованиях:

• необратимость - данное требование ориентировано на сохранение шаблона таким образом, чтобы злоумышленнику было невозможно восстановить вычислительным путем биометрические характеристики из образца, или создать физические подделки биометрических черт;
• различимость - точность системы биометрической аутентификации не должна быть нарушена схемой защиты шаблона;
• отменяемость - возможность формирования нескольких защищенных шаблонов из одних биометрических данных. Данное свойство предоставляет биометрической системе возможность отзывать биометрические шаблоны и выдавать новые при компрометации данных, а также предотвращает сопоставление сведений между базами данных, сохраняя этим самым приватность данных пользователя.

Оптимизируя надежную защиту шаблона, главной задачей является нахождение приемлемого взаимопонимания между этими требованиями. Защита биометрических шаблонов строится на двух принципах: биометрические криптосистемы и трансформация биометрических черт. Последние изменения в законодательстве запрещают оператору биометрической системы самостоятельно, без присутствия человека, менять его персональные данные. Соответственно, приемлемыми становятся системы, хранящие биометрические данные в зашифрованном виде. Шифровать эти сведения можно двумя методами: с помощью обычного ключа и шифрование при помощи ключа биометрического - доступ к данным предоставляется исключительно в присутствии владельца биометрических показателей. В обычной криптографии ключ расшифровки и зашифрованный шаблон представляют собой две абсолютно разные единицы. Шаблон может считаться защищенным в том случае, если защищен ключ. В биометрическом ключе происходит одновременная инкапсуляция шаблона криптографического ключа. В процессе шифрования подобным способом, в биометрической системе хранится лишь частичная информация из шаблона. Ее называют защищенным эскизом - secure sketch. На основании защищенного эскиза и другого биометрического образца, схожего на представленный при регистрации, восстанавливается оригинальный шаблон.

ИТ-специалисты, занимающиеся исследованиями схем защиты биометрических шаблонов, обозначили два главных метода создания защищенного эскиза:

• нечеткое обязательство (fuzzy commitment);
• нечеткий сейф (fuzzy vault).

Первый метод годится для защиты биометрических шаблонов, имеющих вид двоичных строк определенной длины. А второй может быть полезным для защиты шаблонов, которые представляют собой наборы точек.

Внедрение криптографических и биометрических технологий положительное влияет на разработку инновационных решений для обеспечения информационной безопасности. Особенно перспективной является многофакторная биометрическая криптография, объединившая в себе технологии пороговой криптографии с разделением секрета, многофакторной биометрии и методы преобразования нечетких биометрических признаков в основные последовательности.

Невозможно сформировать однозначный вывод, какой из современных биометрических методов аутентификации, или комбинированных методов является наиболее эффективным для тех, или иных коммерческих из расчета соотношения цены и надежности. Определенно видно, что для множества коммерческих задач использовать сложные комбинированные системы не представляется логичным. Но, вовсе не рассматривать такие системы, тоже не верно. Комбинированную систему аутентификации можно задействовать с учетом требуемого в данный момент уровня безопасности с возможностью активации дополнительных методов в дальнейшем.

Биометрическая защита в смартфонах и ноутбуках позволяет разблокировать устройство за десятые доли секунды или быстро запустить приложение. Сканер отпечатка пальца сегодня есть во множестве смартфонов, планшетов и ноутбуков.

Парадокс, но чем изощреннее становятся пароли, тем труднее защищать данные - обычным пользователям сложно придумывать и запоминать пароли, которые с каждым годом заставляют делать всё сложнее. А биометрическая авторизация избавляет от многих неудобств, связанных с применением сложных паролей.

Технология идентификации по отпечатку пальца, форме лица и другим уникальным физиологическим данным человека, известна уже десятки лет, но не стоит на месте, а постоянно развивается. Сегодня биометрические технологии лучше, чем были десять лет назад, и прогресс не стоит на месте. Но хватит ли «запаса прочности» у обычной биометрии или ей на смену придут экзотические методы многофакторной аутентификации?

Истоки биометрии

История современных методов идентификации начинается в 1800-х годах, когда писарь Первого бюро полицейской префектуры Парижа Альфонсо Бертильон предложил метод установления тождества преступников. Бертильон разработал системный подход, измеряя несколько характеристик тела: рост, длину и объём головы, длину рук, пальцев и т.д. Кроме того, он отмечал цвет глаз, шрамы и увечья.

Система идентификации Бертильона имела недостатки, но помогла раскрыть несколько преступлений. И позже легла в основу куда более надежной дактилоскопии.

В 1877 году британский судья в Индии Уильям Гершель выдвинул гипотезу об уникальности папиллярного рисунка кожи человека. Фрэнсис Гальтон, двоюродный брат Чарльза Дарвина, разработал метод классификации отпечатков пальцев. Уже в 1902 году технологию идентификации человека по отпечаткам применили при расследовании уголовных преступлений.

Впрочем, даже в Древней Месопотамии люди использовали отпечатки ладоней на глиняных табличках для идентификации.

Технология, позволяющая нам сегодня быстро разблокировать смартфон, берет свое начало в 1960-х, когда компьютеры научились сканировать отпечаток пальца. Параллельно развивалась технология идентификации по лицу, где первый крупный прорыв произошел в 1968 год: правильно «опознать» больше тестовых образцов, чем человек.

Первый предложенный способ сбора данных с помощью технологий - оптический. Опечаток пальца - это совокупность бугорков и впадин, которые создают определенный рисунок, уникальный для каждого человека папиллярный узор. Поэтому его достаточно просто сфотографировать и сравнить с теми, что хранятся в базе.

Сигналы объединяются и сравниваются с зашифрованной информацией об отпечатке, которая хранится на устройстве.

Существуют и другие методы сбора данных: они основаны на работе радиочастотных сканеров, термосканеров, чувствительных к давлению сканеров, ультразвуковых сканеров и так далее. Каждый способ имеет свои достоинства и недостатки, но в мобильных устройствах массово распространены полупроводниковые емкостные сканеры, простые и надёжные.

Поиск надежного пароля

Постепенно стоимость внедрения биометрии снижалась, а требования к безопасности росли. Пользователи использовали одинаковые пароли для всего подряд и не меняли их годами. Производители техники смогли предложить им универсальное решение - тот же самый один пароль для всего, который не нужно менять и который невозможно выкрасть из компьютера пользователя, подобрать брутфорсом или подглядеть через плечо.

В 1994 году Джон Даугман разработал и запатентовал первые алгоритмы компьютерной идентификации по радужной оболочке глаза. Хотя алгоритмы и технологии с тех пор значительно улучшились, именно алгоритмы Даугмана по-прежнему являются основой для всех популярных вариаций этого метода. Сегодня сканирование радужной оболочки глаза, его сетчатки, а также анализ ДНК по надежности превосходят отпечаток пальца, но требуют более сложных и дорогостоящих технических решений.

К 2000-м годам стала развиваться и другая биометрическая технология - распознавание лица в реальном времени. Технология во многом похожа на анализ отпечатка пальца: характерные черты лица сравниваются с образцом, хранящимся в базе данных. На лице определяется расстояние между важными точками, а также собирается подробная информация о форме: например, учитывается контур ноздрей, глаз и даже текстуры кожи.

Уязвимость отпечатка

Как показали исследователи из Мичиганского государственного университета, первые массовые сканеры отпечатков можно обмануть с помощью обычного струйного принтера и специальной бумаги. Исследователи отсканировали рисунки кожи на нескольких пальцах и просто напечатали их в 2D токопроводящими чернилами на специальной бумаге , которую обычно применяют для печати электронных схем. Процесс очень быстрый. Это была не первая попытка найти уязвимость в биометрической защите, но ранее на создание качественного образца уходило не менее 30 минут.

Если вы придумали и запомнили сложный пароль, то у вас никто его не «утащит» из головы. А в случае биометрии достаточно найти качественный отпечаток вашего пальца. Эксперты показали , что можно снять отпечаток при помощи мармеладного мишки, если его приложить к поверхности смартфона. Также отпечаток можно воспроизвести по фотографии или с помощью приложения, имитирующего экран разблокировки.

Люди оставляют свои отпечатки повсюду, как если бы записывали свои пароли на всех встречающихся предметах и поверхностях. Но пароль хотя бы можно поменять, а если биометрический материал скомпрометирован, то вы не можете поменять себе глаз или палец.
Кроме того, базы данных всё время взламывают. Это в меньшей степени касается смартфонов, хранящих информацию в зашифрованном виде. Но много биометрической информации есть у государственных структур, и это не самые надежные хранители.

Будущее биометрической защиты

Пароль никто не должен знать никто кроме вас. В идеальном случае вы никому его не говорите, нигде не записываете, не оставляете никаких лазеек (ответ на «секретный вопрос» - кличка вашей собаки), чтобы исключить возможность простого взлома. Конечно, при должном желании взломать можно очень многое, но уже другими способами. Например, через уязвимость в древнем протоколе SS7 перехватывают SMS и обходят двухфакторную аутентификацию - в этом плане биометрия даже надежнее. Правда, вы должны быть весьма важной персоной, чтобы кто-то потратил достаточно денег и усилий на взлом вашего смартфона или ноутбука с использованием всех доступных методов.

Очевидная проблема биометрии - её публичность. Все знают, что у вас есть пальцы, глаза и лицо. Однако «открытые биометрические данные» - это лишь вершина айсберга. Ведутся эксперименты со всеми возможными характерными признаками, от мониторинга вашего сердечного пульса (такое решение уже тестирует MasterCard) до имплантации чипов под кожу, сканирования рисунка внутриглазных сосудов, формы мочек ушей и т.д.

В проект Abicus от Google планируется отслеживать уникальные черты человеческой речи, что позволит в будущем устанавливать подлинность вашей личности даже во время разговора по телефону.

Экспериментальные камеры видеонаблюдения отслеживают человека буквально по его походке - эту технологию трудно представить в качестве защиты смартфона, но она хорошо работает в единой экосистеме умного дома.

Компания TeleSign запустила идентификатор поведения , основанный на интернет-серфинге пользователя. Приложение записывает, как пользователь перемещает мышь, в каких местах экрана чаще всего кликает. В результате программа создаёт уникальный цифровой отпечаток поведения пользователя.

Вены в запястьях, ладонях и пальцах также могут использоваться как уникальные идентификаторы - более того, они могут дополнять существующие методы идентификации по отпечатку пальца. И это намного проще, чем использовать вместо пароля электроэнцефалограмму , которую снимают электроды на голове.

Вероятно, будущее биометрической защиты - в простоте. Совершенствование современных методов - самый простой способ обеспечить массовый приемлемый уровень защиты. Например, можно сканировать отпечаток с 3D-проекцией всех крошечных деталей, а также учитывать рисунок сосудов.

Технологии биометрической идентификации улучшаются так быстро, что трудно предсказать, как они будут выглядеть через несколько лет. Одно можно предположить довольно уверенно - останутся в прошлом пароли, которые тяжело было использовать, менять и запоминать.

Понятие «аутентификация» характеризует проверку на подлинность, например: является ли Вася Пупкин действительно Васей или же это, возможно, Петя какой-нибудь? Является ли он тем, за кого себя выдает? Процесс аутентификации может быть выполнен одним из трех возможных способов:

• основан на том, что Вам известно, например, кодовая комбинация (пароль);
• основан на том, что у Вас есть: ключ, магнитная карта, брелок;
• то, что есть Вы: папиллярные узоры, геометрия лица, строение глаза.

Именно третий пункт заключает в себе биометрическую аутентификацию, которая с развитием технологий становится все более актуальной. Как она работает, какие существуют достоинства, недостатки и насколько это безопасно, давайте рассмотрим подробнее...

Краткая история биометрии

Упуская множество фактов, исторических событий и деталей, применение биометрических параметров человека началось еще задолго до появления технических средств. Еще 100 г. до н. э. некий китайский император ставил свой отпечаток пальца, как печать на особо-важных доисторических артефактах. В 1800-х годах, Альфонс Бертильон, разработал систему распознавания преступников по их анатомическим характеристикам.

С течением времени, полиция Великобритании, Франции, США, начали отслеживать злоумышленников и подозреваемых в преступлениях по их отпечаткам пальцев. В дальнейшем, технология нашла свое применение в ФБР. Отпечатки пальцев стали первой полноценной системой распознавания человека.

В нынешнее время, биометрия стала более обширной и являются средством дополнительной защиты для технических средств или же элементом безопасности, который применяется в , для пропуска на охраняемую территорию, помещения и т.д.

Разновидности биометрической аутентификации

В настоящее время широко используются: пальцы человека, лицо и его глаза, а также голос - это «три кита» на которых держится современная биометрическая проверка подлинности пользователей:

Существует их довольно много, однако, сегодня используются три основных типа сканеров отпечатков пальцев:

• емкостные - измеряют электрические сигналы, поступающие от наших пальцев. Анализируют емкостную разницу между приподнятой частью отпечатка и его впадиной, после чего формируется «карта» отпечатка и сравнивается с исходной;
• ультразвуковые - сканируют поверхность пальца путем звуковых волн, которые посылаются на палец, отражаются и обрабатываются;
• оптические - фотографируют отпечаток пальца и выполняют сравнивание на соответствие.

Трудности при сканировании могут возникнуть, если мокрые или грязные руки, если травма (порезы, ожоги), если человек является инвалидом (отсутствуют руки, кисти, пальцы).

1. Аутентификация по радужной оболочки глаза

Другая и довольно распространенная биометрическая форма аутентификации - сканеры радужной оболочки. Узоры в наших глазах является уникальным и не меняется в течении жизни человека, что позволяет выполнить проверку подлинности того или иного человека. Процесс проверки является довольно сложным, так как анализируется большое количество точек, по сравнению со сканерами отпечатков пальцев, что свидетельствует о надежности системы.

Однако, в этом случае, могут возникнуть трудности у людей с очками или контактными линзами - их нужно будет снимать для корректной работы сканера.

1. Аутентификация по сетчатке глаза

Альтернативный способ использовать человеческий глаз для биометрической аутентификации - сканирование сетчатки. Сканер светит в глазное яблоко и отображает структуру кровеносных сосудов, которые так же, как и оболочка - являются уникальными у каждого из нас.

Биометрическая проверка подлинности по голосу внедряется в потребительские технологии и также имеет большие перспективы. Распознавание голоса сейчас реализовано у Google Assistant на устройствах Android или у Siri на устройствах iOS, или у Alexa на Amazon Echo. В основном сейчас, это реализовано так:

• Пользователь: «Я хочу кушать»
• Голосовой помощник: «Окей, вот список ближайших кафе..»

Т.е. никакой проверки на подлинность пользователя не осуществляется, однако, с развитием технологий - кушать пойдет только подлинный пользователь устройства. Тем не менее, технология аутентификации по голосу существует и в процессе проверки подлинности анализируется интонация, тембр, модуляция и другие биометрические параметры человека.

Трудности здесь могут возникать из-за фоновых шумов, настроения человека, возраста, здоровья, что, как следствие, снижает качество метода, из-за этого он не имеет столь широкого распространения.

1. Аутентификация по геометрии лица человека

Последней в данной статье и одна из распространенных форм биометрической аутентификации - распознавание лица. Технология довольно простая: фотографируется лицо человека и сравнивается с исходным изображением лица пользователя, имеющего доступ к устройству или на охраняемую территорию. Подобную технологию, именуемой, как «FaceID» мы можем наблюдать реализованной в iPhone от Apple.

Мы немного похожи на маму, папу или более раннего поколения родственников, а кто-то и на соседа... Как бы там ни было - каждый из нас имеет уникальные черты лица, за исключением близнецов (хотя и у них могут быть родинки в разных местах).

Несмотря на то, что технология простая по своей сути, она довольно сложная в процессе обработки изображения, поскольку осуществляется построение трехмерной модели головы, выделяются контуры, рассчитывается расстояние между элементами лица: глазами, губами, бровями и др.

Метод активно развивается, поскольку его можно использовать не только для биометрической аутентификации пользователей или сотрудников, но и для поимки преступников и злоумышленников. Ряд из камер, в общественных местах (вокзалах, аэропортах, площадях, людных улицах и т.д.) устанавливают в сочетании с данной технологией, где сканер имеет довольно высокую скорость работы и точность распознавания.

Как злоумышленник может обмануть биометрическую аутентификацию?

Нужно понимать, что при сканировании определенных параметров возможно возникновение ошибок в алгоритме распознавания. И в то же время, имея определенные знания, навыки и ресурсы, злоумышленник, может уклониться от тех или иных методов проверки подлинности.

В случае со сканером отпечатков пальцев, некоторые из них можно обмануть путем:

• изготовления трехмерной модели пальца из специального материала (выбирается исходя из принципа работы сканера);
• использования пальцев спящего человека, без сознания или мертвого;

Сканеры радужной оболочки и сетчатки глаза можно, с легкостью, обмануть качественной фотографией человека распечатанной на цветной бумаге. Однако, большинство современных сканеров умеет распознавать 2D модель и отличать ее от 3D, в таком случае, на снимок необходимо положить контактную линзу, что сымитирует блик (отражение света). Посмотрите наглядный видеоролик демонстрирующий процесс обхода сканера глаза на устройстве Samsung Galaxy S8:

Голосовые сканеры также имеют свои слабые места, которые возникают вследствие существования искусственного интеллекта и нейронных сетей способных имитировать голоса людей - такие системы имеют возможность скопировать любой человеческий голос и воспроизвести его за считанные секунды.

Сканеры лица человека не уступают по степени уязвимости, поскольку некоторые из таких систем, злоумышленник может обмануть использованием фотографии человека, как, например, в случае с Samsung Galaxy Note 8:

Получить доступ через сканер лица, не составит трудностей и у близнецов, на примере Face ID в iPhone - это выглядит вот так:

Основное достоинство и недостаток биометрической аутентификации

Явное преимущество системы - удобство, по причине того, что у Вас отсутствует необходимость запоминать кодовую комбинацию (пароль) или последовательность графического ключа, думать о том,

Явный недостаток - безопасность, в силу того, что существует масса уязвимостей и система распознавания не является надежной на все 100%. В то же время биометрические параметры (отпечаток пальца или рисунок радужной оболочки) нельзя изменить, в отличие от пароля или ПИН-кода. Это существенный недостаток, поскольку, если единожды данные попадут к злоумышленнику мы подвергаем себя серьезным рискам.

Учитывая, насколько сейчас распространена биометрическая технология распознавания в современных смартфонах, есть несколько рекомендаций, позволяющих в некоторой степени повысить уровень защиты:

• большинство отпечатков, которые мы оставляем на поверхности - это большого пальца и указательного, поэтому для Вашей аутентификации на смартфоне лучше всего использовать другие пальцы;
• несмотря на наличие биометрической проверки, применения или ПИН-кода - обязательное условие для полноценной безопасности.

В последнее время все большее распространение получает биометрическая аутентификация пользователя, позволяющая уверенно аутентифицировать потенци­ального пользователя путем измерения физиологических пара­метров и характеристик человека, особенностей его поведения. Основные достоинства биометрических методов:

· высокая степень достоверности аутентификации по био­метрическим признакам (из-за их уникальности);

· неотделимость биометрических признаков от дееспособной личности;

· трудность фальсификации биометрических признаков. Активно используются следующие биометрические признаки:

· отпечатки пальцев;

· геометрическая форма кисти руки;

· форма и размеры лица;

· узор радужной оболочки и сетчатки глаз.

При регистрации в системе пользователь должен продемонстрировать один или несколько раз свои характерные биометрические признаки. Эти признаки регистрируются системой как кон­трольный «образ» (биометрическая подпись) законного пользо­вателя. Этот образ пользователя хранится системой в электрон­ной форме и используется для проверки идентичности каждого, кто выдает себя за соответствующего законного пользователя. В зависимости от совпадения или несовпадения совокупности предъявленных признаков с зарегистрированными в контроль­ном образе предъявивший их признается законным пользовате­лем (при совпадении) или незаконным (при несовпадении).

С точки зрения потребителя, эффективность биометриче­ской аутентификационной системы характеризуется двумя пара­метрами:

· коэффициентом ошибочных отказов FRR;

· коэффициентом ошибочных подтверждений FAR.

Ошибочный отказ возникает, когда система не подтверждает личность законного пользователя (типичные значения FRR - порядка одной ошибки на 100). Ошибочное подтверждение про­исходит в случае подтверждения личности незаконного пользо­вателя (типичные значения FAR - порядка одной ошибки на 10 000). Эти коэффициенты связаны друг с другом: каждом коэффициенту ошибочных отказов соответствует определенны коэффициент ошибочных подтверждений.

В совершенной биометрической системе оба параметра ошибки должны быть равны нулю. К сожалению, биометрические системы тоже не идеальны. Обычно системные параметры настраивают так, чтобы добиться требуемого коэффициента ошибочных подтверждений, что определяет соответствующий коэффициент ошибочных отказов.

К настоящему времени разработаны и продолжают совер­шенствоваться технологии аутентификации по отпечаткам паль­цев, радужной оболочке глаза, по форме кисти руки и ладони, по форме и размеру лица, по голосу и «клавиатурному почерку». Чаще всего биометрические системы используют в качестве параметра идентификации отпечатки пальцев (дактилоскопиче­ские системы аутентификации). Такие системы просты и удоб­ны, обладают высокой надежностью аутентификации.

Дактилоскопические системы аутентификации. Одна из основ­ных причин широкого распространения таких систем - наличие больших банков данных отпечатков пальцев. В общем случае биометрическая технология распознавания отпечатков пальцев заменяет защиту доступа с использованием пароля. Большинство систем используют отпечаток одного пальца.

Основными элементами дактилоскопической системы аутен­тификации являются:

· сканер;

· ПО идентификации, формирующее идентификатор пользо­вателя;

· ПО аутентификации, производящее сравнение отсканиро­ванного отпечатка пальца с имеющимися в БД «паспорта­ми» пользователей.

Дактилоскопическая система аутентификации работает сле­дующим образом. Сначала проходит регистрация пользователя. Как правило, производится несколько вариантов сканирования в разных положениях пальца на сканере. Понятно, что образцы будут немного отличаться, и поэтому требуется сформировать некоторый обобщенный образец - «паспорт». Результаты запо­минаются в БД аутентификации. При аутентификации производится сравнение отсканированного отпечатка пальца с «паспор­тами», хранящимися в БД.

Задача формирования «паспорта» и задача распознавания предъявляемого образца - это задачи распознавания образов. Для их решения используются различные алгоритмы, являю­щиеся ноу-хау фирм-производителей подобных устройств.

Сканеры отпечатков пальцев. Многие производители все чаще переходят от дактилоскопического оборудования на базе оптики к продуктам, основанным на интегральных схемах. По­следние имеют значительно меньшие размеры, чем оптические считыватели, и поэтому их проще реализовать в широком спек­тре периферийных устройств.

Системы аутентификации по форме ладони используют скане­ры формы ладони, обычно устанавливаемые на стенах. Следует отметить, что подавляющее большинство пользователей предпо­читают системы этого типа.

Устройства считывания формы ладони создают объемное изо­бражение ладони, измеряя длину пальцев, толщину и площадь поверхности ладони. Этот образец может быть сохранен локально, на индивидуальном сканере ладо­ни либо в централизованной БД.

По уровню доходов устройства сканирования формы ладони занимают 2-е место среди биометрических устройств, но редко применяются в сетевой среде из-за высокой стоимости и размера. Однако сканеры формы ладони хорошо подходят для вычислительных сред со строгим режимом безопасности и напряженным трафиком. Они достаточно точны и обладают довольно низким коэффициентом ошибочно­го отказа FRR.

Системы аутентификации по лицу и голосу наиболее доступны из-за их дешевизны, поскольку большинство современных компьютеров имеют видео- и аудиосредства. Системы данного класса применяются при удаленной идентификации субъекта досту­па в телекоммуникационных сетях.

Технология сканирования черт лица подходит для тех прило­жений, где прочие биометрические технологии непригодны. В этом случае для идентификации и верификации личности ис­пользуются особенности глаз, носа и губ. Производители уст­ройств распознавания черт лица применяют собственные мате­матические алгоритмы для идентификации пользователей

Технологии распознавания черт лица требуют дальнейшего совершенствования. Большая часть алго­ритмов распознавания черт лица чувствительна к колебаниям в освещении, вызванным изменением интенсивности солнечного света в течение дня. Изменение положения лица также может повлиять на узнаваемость. Различие в положении в 15 % между запрашиваемым изображением и изображением, которое нахо­дится в БД, напрямую сказывается на эффективности: при раз­личии в 45° распознавание становится неэффективным.

Системы аутентификации по голосу при записи образца и в процессе последующей идентификации опираются на такие осо­бенности голоса, как высота, модуляция и частота звука. Эти по­казатели определяются физическими характеристиками голосового тракта и уникальны для каждого человека. Распознавание голоса применяется вместо набора номера в определенных сис­темах Sprint. Технология распознавания голоса отличается от распознавания речи: последняя интерпретирует то, что говорит абонент, а технология распознавания голоса абонента подтвер­ждает личность говорящего.

Поскольку голос можно просто записать на пленку или дру­гие носители, некоторые производители встраивают в свои про­дукты операцию запроса отклика. Эта функция предлагает пользователю при входе ответить на предварительно подготовленный и регулярно меняющийся запрос, например такой: «Повторите числа 0, 1, 3».

Технологии распознавания говорящего имеют некоторые ог­раничения. Различные люди могут говорить похожими голосами, а голос любого человека может меняться со временем в зависи­мости от самочувствия, эмоционального состояния и возраста. Более того, разница в модификации телефонных аппаратов и ка­чество телефонных соединений могут серьезно усложнить распо­знавание.

Системы аутентификации по узору радужной оболочки и сет­чатки глаз могут быть разделены на два класса:

· использующие рисунок радужной оболочки глаза;

· использующие рисунок кровеносных сосудов сетчатки глаза.

Сетчатка человеческого глаза представляет собой уникаль­ный объект для аутентификации. Рисунок кровеносных сосудов глазного дна отличается даже у близнецов. Поскольку вероят­ность повторения параметров радужной оболочки и сетчатки глаза имеет порядок 10 -78 , такие системы являются наиболее надежными среди всех биометрических систем и применяются там, где требуется высокий уровень безопасности (например, в режимных зонах военных и оборонных объектов).

Биометрическая аутентификация пользователя может быть использована при шифровании в виде модулей блокировки доступа к секретному ключу, который позволяет воспользоваться этой! информацией только истинному владельцу частного ключа. Вла­делец может затем применять свой секретный ключ для шифрования информации, передаваемой по частным сетям или по Internet. Ахиллесовой пятой многих систем шифрования является проблема безопасного хранения самого криптографического секретного ключа. Зачастую доступ к ключу длиной 128 разрядов (или даже больше) защищен лишь паролем из 6 символов, т. е. 48 разрядов. Отпечатки пальцев обеспечивают намного более высокий уровень защиты и, в отличие от пароля, их невозможно забыть.