4428 
Что это такое? Биометрия – способ идентификации данных человека: отпечатков пальцев, голоса, сетчатки глаза, строения ладони, походки, манеры держать телефон и проч. Метод широко распространен, хотя многие об этом даже не догадываются. Разблокировка телефона с помощью пальца, наведения камеры на лицо, вход в здание после сканирования камерой – все это биометрия. Она уже проникла во многие сферы общества.
Зачем нужна? Основные цели идентификации личности – безопасность и защита от мошенников, злоумышленников. Также биометрия помогает ловить преступников благодаря технологии распознавания лиц, встроенной в камеры видеонаблюдения. Системы с такой опцией в последнее время активно внедряют в мегаполисах России. За рубежом они заработали гораздо раньше, к примеру, в Китае распознают лица 170 млн камер. Но жители Поднебесной не считают систему совершенной, планируют расширить ее еще на 400 млн аппаратов. Чем они так хороши и по какому принципу работают, подробно рассказано ниже в статье.
Оглавление:
Что такое биометрия
Понятие биометрии включает в себя совокупность индивидуальных для каждого человека данных, с помощью которых возможно пользование различными программами и приложениями.
А нужна ли вообще биометрия?
По ее данным происходит идентификация пользователя. Какие могут быть использованы для этого параметры? – Это голос, отпечаток пальца, лицо человека, набор текста в определенном ритме и другие характеристики. Все это входит в понятие многофакторной аутентификации (MFA). Биометрия человека характеризуется доступностью и надежностью.
.jpg)
Такого рода аутоинтефикация делится на два вида: физиологическая и поведенческая. Поведенческая включает в себя набор навыков, характерных для конкретного человека: определенные движения пальцев рук, периодичность набора текста. Для физиологической формы важны внешние данные: распознавание лица, отпечатки пальцев, идентификация радужки, расположение вен на ладонной поверхности.
Для чего нужны параметры, характеризующие особенности тела и поведения человека?
Чаще всего биометрию используют в мобильных версиях различных банков для более удобного использования и доступа к полноценному функционалу. Также, что немаловажно, биометрия – это еще одна ступень в безопасности данных.
Именно сохранность информации является одним из значимых плюсов биометрии – такие материалы не поддаются копированию и переносу, в отличие от паролей.
Состав биометрической системы достаточно прост: всего три компонента. Первый – устройство для идентификации ваших данных, например, датчик для снятия отпечатка пальца. Второй компонент – устройство, которое хранит эту информацию, в частности, компьютер. И, наконец, третья составляющая – программа, которая обеспечивает обмен данными между датчиком и ПК.
Виды биометрии
Статическая биометрия
Вход в различные мобильные приложения, проведение операций, разблокировка смартфона и другие функции, где можно использовать статическую биометрию. К этому методу относят распознавание лиц, идентификацию отпечатков пальцев и другие.
.jpg)
Для признания пользователя используют следующие типы статических данных:
-
При биометрии лица программа осуществляет замеры расстояний между подбородком и носом, глазами. На основании этих замеров выдается информационный портрет, своеобразная цифровая модель. При входе в приложение программа в режиме реального времени распознает ваше лицо и сравнивает его с портретом, заложенным в память ранее.
Некоторое ПО требует выполнения определенных движений: покачать головой, мигнуть глазом, улыбнуться. Такая функция помогает произвести точную идентификацию, вы можете быть уверены, что кроме вас сервис не будет доступен никому. Также существует пассивное обнаружение, например, выявление документов, цифровых экранов и так далее.
-
Естественно, одна из самых популярных программ – идентификация пользователя по отпечатку или биометрия пальцев. Чаще всего используются на смартфонах. Первооткрывателями стала компания Apple и их продукт Touch ID. Принцип действия: получение информации об узорах и линиях вашего пальца, сравнение с раннее загруженной моделью и доступ к приложению.
Следует помнить, что палец должен быть чистым и сухим, так как в противном случае биометрия отпечатка будет затруднена. Преодолеть такой формат защиты злоумышленнику крайне сложно, особенно если датчик имеет сильную детекцию живости, поэтому 3D-модели и скорректированные посторонние изображения проверку не проходят.
-
Идентификация радужки. В целом разработаны два метода биометрии глаза или оптической биометрии. В первом случае сканируется сетчатка: при попадании луча света в зрачок обнаруживается сосудистый рисунок, уникальный у каждого человека, затем создается электронная модель, с которой в последующем идут сравнения.
Во втором случае идет сканирование цветных колец, расположенных в радужной оболочке. Биометрия глаз, несомненно, является очень точным и быстрым методом, но, если в помещении яркий солнечный свет, то получить изображение нелегко, так как зрачки сужаются. Намного проще использовать биометрию глаза у людей, которые носят очки.
-
Аутентификация голоса или голосовая биометрия. Гортань человека способна продуцировать уникальный звук. Это обусловлено анатомическими различиями в человеческом организме.
Также является очень надежным методом идентификации, однако при заболеваниях верхних и нижних дыхательных путей и постороннем шуме аутентификация будет резко затруднена.
-
Анализ строения пальца происходит с помощью 3D-моделирования, после этого проводится идентификация личности владельца.
Следует помнить, что при проведении статической биометрии необходимо использовать функцию обнаружения живости, чтобы избежать атак злоумышленников, которые используют фальшивые отпечатки пальцев и фотографии.
Поведенческая биометрия
Суть поведенческой биометрии в анализе движений или привычек, на основании которых создается определенная модель поведения, которая идентифицируется по мере того, как вы воспроизводите какое-либо действие. Это формирует дополнительный уровень защиты ваших персональных данных.
.jpg)
Для реализации данной масштабной системы используется техника на основе искусственного интеллекта. Некоторые думают, что такая система – вершина безопасности.
Скачивайте и используйте уже сегодня:
10 шагов, которые помогут выбрать добросовестного подрядчика
Поможет сохранить бюджет и уложиться в сроки проекта
Какие бывают виды поведенческой биометрии:
- Особенности работы с клавиатурой: быстрота и манера текстового набора. Учитывается также сила давления на клавишу. При анализе всех этих параметров создается шаблон, по которому проводится идентификация.
- Манера держать телефон. Анализируется угол наклона, приоритетная рука, особенности проведения пальцем.
- Походка. Особенности походки тоже позволяют построить модель для проведения поведенческой биометрии. Более того, время и место произведенных вами операций тоже относят к этой модели.
Аутентификация с помощью поведенческой биометрии – проблема для злоумышленников. Привычки и движения очень индивидуальны, поэтому скопировать их не представляется возможным. Клиент находится под постоянным контролем системы, что позволяет избежать внезапных атак. Соответственно, очень просто предотвратить совершение преступления.
Распознавание лиц как метод биометрии
Одним из наиболее актуальных методик в биометрии является Face Recognition, или распознавание лиц, биометрия по фото.
В начале разработки такие программы существовали только на компьютерах. Однако в настоящее время они используются на мобильных телефонах, в системах видеонаблюдения, на различных виртуальных платформах.
По данным издания MIT Technology Review, программа распознавания лиц включена в список наиболее современных технологий в 2017 году. По последним данным, самая объёмная по количеству человек – база данных Китая, в ней находится больше 1 миллиарда человек. В режиме реального времени в программе задействовано более 170 миллионов камер наблюдения.
В результате эксперимента, который проводил журналист британской ВВС, установлено: если персона включена в список опасных лиц, то ее обнаружат за семь минут в случае перемещения по Пекину. Жители Китая, конечно, не останавливаются на достигнутом: в планах введение в эксплуатацию еще 400 миллионов камер, которые могли бы наблюдать за 1,4 миллиардом человек в режиме реального времени. В финансовом плане есть прогнозы роста методов биометрии с 4,05 миллиардов долларов в год до $ 7,76 млрд в течение пяти лет, к концу 2022 года.
Как работает система распознавания лиц
Программа распознавания лиц в ходе функционирования соотносит лица людей, попавших в объектив видеокамеры, с фотоо?бразами, внесенными в базу данных ранее.
Существует три основных системы распознавания лиц:
Анализ видеопотока на сервере
Как работает данная система? Камера передает полученные изображения на определенный адрес, где осуществляется анализ полученной информации. В сервере уже существует хранилище фото лиц, требующих надзора. Таким образом идет сравнение потока данных с этой базой.
Преимуществом данной системы является допустимость использования программы, которая уже существует. К ее недостаткам относятся; финансовая составляющая (высокая стоимость server) и большая нагрузка на сеть. К одному серверу возможно подключение ограниченного числа камер.
Анализ видеопотока на IP-камере
Тот вариант, когда изображение обрабатывается на месте, в самой камере, а на удаленный элемент передаются уже готовые данные.
Преимущества – к данному серверу можно подключить любое количество видеоаппаратуры.
Недостатки – высокая цена оборудования. Необходимы камеры высокого класса, разновидностей которых не так много. При этом аппаратура разных производителей имеет разные характеристики по параметрам хранения информации и вида базы данных. Также открытым остается вопрос взаимодействия программы и сервера.
Анализ видеопотока на устройстве контроля доступа
В данном случае камера входит в состав самого устройства контроля доступа, в контраст с первыми двумя типами. Механизм не только распознает лица, но и управляет допуском, который происходит, чаще всего, через электронный замок либо через турникет. Информация хранится в самом устройстве.
Преимуществом данной системы является низкая цена, если сравнивать с другими типами систем. Недостаток – ограниченность использования. Чаще всего они применяются в помещениях.
В любом случае успех реализации проектов по распознаванию лиц зависит от трех важных факторов:
- Механизм идентификации.
- Информация, заранее внесенная на устройство (база данных).
- Скорость выполнения функций.
4 технологии биометрии для распознавания лиц
Чаще всего система включает в себя камеру видеонаблюдения и совокупность программ, анализирующих поступающие данные.
Технология распознавания лиц базируется на проведении разнообразных математических расчетов и переработке поступающей информации. Необходимо достаточно мощное оборудование, чтобы выполнить поставленные задачи.
На самом деле, в первую очередь мы обращаем внимание на качество полученной информации, во вторую очередь смотрим на требования к программному обеспечению, в третью – на целесообразность использования IP-камер в биометрии распознавания лиц.
Наибольшей популярностью пользуется техника stand alone, в которой получаемый материал обрабатывается сразу в устройстве, не отправляясь на вторую ступень. Чаще всего в них уже запрограммирована определенная база данных.
2D-распознавание лиц
Техника 2D (двумерного) распознавания облика включает в себя исследование строения лица, модели образов с определенными физическими и математическими признаками, графы – модели или эластичные 2D-face-характеристики.
.jpg)
В настоящий момент эта технология является одной из самых популярных. Связано это с тем, что информационные базы во всем мире представлены именно 2D-изображениями. Соответственно, вся техника, участвующая в процессе, настроена именно на эту технологию. По статистике 2016 года, всего функционирует около 350 миллионов камер видеонаблюдения. Вполне логично, что 2D-технология распознавания лиц наиболее востребована.
По законам экономики спрос рождает предложение. Таким образом, все силы производителей направлены именно на усовершенствование этой техники. Более того, ученые университетов Ноттингема и Кингстона разработали новый проект по 3D-реконструкции изображений, который был основан на базе 2D-технологии. Как действует эта система: при получении двумерного изображения лица специальная нейросеть, содержащая в себе большое количество 3D-моделей образов, формирует объемное изображение.
Очевидным плюсом 2D-технологии выступает наличие расширенных баз данных и работающей программы. Так как спрос на данную модель биометрии постоянно увеличивается, ученые и дальше будут делать процесс 2D-моделирования более удобным, функциональным и современным.
Из минусов, конечно, выступают более высокие уровни неверных решений FAR и FRR, если сравнивать с 3D-технологией распознавания лиц.
3D-распознавание лиц
Технология Three-dimensional face recognition, или 3D-распознавание лиц, основана на реконструкции полученной информации путем 3D-моделирования. По сравнению с технологией 2D, трехмерная техника имеет очевидные преимущества, однако и здесь возникают ошибки.
.jpg)
В настоящее время разработано несколько методик 3D-сканирования. В них используются: scanners, которые предназначены для обработки синхронных стереопар лиц фотограмметрическим методом, лазерные сканеры, которые анализируют расстояние до объекта, а также аппараты с выборочной подсветкой, воздействующей на объект и обрабатывающей изгибы полос математическим методом.
Наиболее востребованной программой по 3D-распознаванию лиц является Face ID, продукт компании Apple. Данная технология используется в смартфонах фирмы Apple и, по сути, является единственным устройством с технологией 3D-моделирования, выпущенным широким тиражом и доступным каждому человеку.
На чем базируется 3D-технология распознавания лиц? Apple в своих устройствах использует вертикально-излучающие лазеры (VCSEL), стоимость разработки которых составила от 1,5 до 2 миллиардов долларов. Компании-посредники VCSEL для Apple – это Lumentum Holdings и Finisar Corp (инвестиции Apple – 390 млн долларов). Face ID является уникальным качественным продуктом, и, судя по всему, владельцы смартфонов с платформой Android не скоро смогут пользоваться подобными сервисами.
Как и следовало ожидать, Face ID не может идентифицировать близнецов, иногда ошибки встречаются и в аутентификации близких родственников. Более того, в самом начале запуска Face ID не распознавал людей с азиатским типом внешности, однако эту ошибку быстро устранили.
По сравнению с 2D-моделированием 3D более точно справляется со своей задачей и допускает меньше ошибок. Из минусов – высокая вероятность подделки изображения.
В свое время Face ID подвергся хакерской атаке со стороны компании Bkav, которая создала маску с помощью 3D-принтера. Эта работа – технически сложный процесс, но для профессионалов она не представляет трудности. Фактическая стоимость создания подобной маски – $ 150.
По этой и иным причинам не рекомендуется использование технологии 3D-распознавания лиц на своих гаджетах, в помещениях, так как взломать такую систему достаточно просто.
Какие неприятные моменты еще существуют:
- Высокая стоимость оборудования: имеются существенные различия в цене камер для 2D- и 3D-распознавания лиц.
- Нет разработанных информационных баз.
- Под большим вопросом распознавание близнецов, что является актуальной проблемой, так как ежегодно в мире появляется 13,1 близнецов на 1 000 новорожденных.
Распознавание лица по текстуре кожи
Данный вид биометрии требует очень хорошего разрешения от камеры, так как только на качественных фотографиях хорошо видна текстура кожи.
Каким образом происходит биометрия: захватывается определенный фрагмент лица, затем расформировывается на мелкие блоки и происходит математическая обработка данных – анализируются структура кожи, поры, линии.
Примечательно, что эта технология решает проблему идентификации близнецов, в отличие от стандартной технологии распознавания лиц. Если объединить эти две методики, точность отождествления возрастет в разы.
Распознавание лица по тепловизионному изображению
На данный момент технологии использования тепловизорного оборудования в биометрии считается одним из самых многообещающих методов. Однако разработчики еще не готовы предоставить готовый к использованию продукт.
Эта технология уничтожает все минусы, с которыми мы сталкиваемся при использовании 2D-реконструкции:
- Позволяет идентифицировать людей в темном помещении.
- Такие изменения внешности, как прическа, макияж, борода или очки не имеют никакого значения.
- Эти же и иные изменения в образе человека не являются проблемой для тепловизионных камер
- Усовершенствована технология идентификации близнецов.
Сегодня разработка данной инновации имеет два ответвления:
- Распознавание человека идет по уже заложенным в программу образцам термограмм, как и при применении 3D-идентификации. Проблема, опять же, в дорогостоящем оборудовании и в том, что не созданы соответствующие базы данных.
- Если использовать готовые базы лиц с 2D-изображениями и сопоставлять их с материалами, полученными с тепловизионной камеры, то будет происходить анализ данных с помощью нейронных сетей.
Где применима биометрия распознавания лиц в России
Системы контроля доступа
Одним из примеров установки этих систем – технологии учета и контроля рабочего времени. Устройства для них устанавливаются, чтобы обеспечить наиболее комфортный режим распознавания. Контролируется положение человека, уровень освещения и так далее.
.jpg)
Примечательно то, что лица, которым нужен доступ, сами должны выполнять все пункты требований, чтобы попасть на место работы. Такая биометрия может использоваться в банках при оплате.
Системы распознавания лиц в городе и транспорте
Для чего нужны такие системы:
- идентификация преступников, находящихся в базе данных;
- нахождение без вести пропавших людей;
- использование демографической информации с целью усовершенствования сервиса;
- распознавание эмоций на лицах жителей;
- в общественном транспорте можно сосчитать количество пассажиров; для примера: биометрия ведется в метро.
.jpg)
Нужно обязательно учитывать положительные и отрицательные моменты, периодически корректировать программы с учетом погоды, времени суток и разницы скоростей в транспорте. Несомненный плюс в том, что злоумышленник не маскируется каждый день, следовательно, по камерам его легко отследить и поймать.
Если учитывать статистику, то в среднем человек попадает на камеру около 300 раз в сутки. Если объединить эти аппараты в одну структуру и настроить на определенную личность, они без труда предоставят всю информацию о ее маршрутах. Более того, мы можем даже предсказать перемещения этой персоны в будущем.
Система распознавания лиц используется множеством предприятий и отраслей, и с каждым годом их количество возрастает.
Программное обеспечение и алгоритмы распознавания лиц
Программа по распознаванию лиц включает в себя перечень характеристик. К ним относится параметр FRR: он выдается в том случае, если система не смогла выявить соответствие определенного человека базе данных, то есть идентификация данных не происходит.
Расшифровка этой характеристики звучит как «False Reject Rate» – «Уровень ошибочных отказов». Характеристика False Acceptance Rate (FAR): если человек не занесен в базу данных, а программа утверждает, что он там есть. Данный параметр носит название «Уровень ошибочных подтверждений».
На самом деле, это не все показатели, которые могут выдаваться программным обеспечением, но они играют важную роль в функционировании системы, и их выраженность может зависеть от вводных данных и настроек оборудования. Данные параметры имеют обратную зависимость: при увеличении одного параметра уменьшается другой и так далее.
Сегодня много компаний занимается разработкой биометрических программ. Каждая из них старается выделиться и представить более качественный продукт. Существует определенный рейтинг разработчиков, где каждая компания стремится быть в топе.
Эффективность работы таких фирм оценивает NIST – национальный институт стандартов технологий США. Если компания внесла изменения и доработки в свой продукт, она вправе представить его на тестирование, по результатам которого рейтинг разработчика может измениться в лучшую или худшую сторону. Если анализировать эту репутацию компаний, мы можем заметить различия в их работе. Однако цель у всех этих людей одна – улучшить качество биометрических программ.
Список ПО и методик каждого разработчика находится в Сети, так как информацию и разработки периодически «сливают». В топ наиболее перспективных алгоритмов вошли:
- visionlabs-003 (Россия);
- morpho-002 (Франция);
- megvii-000 (Китай);
- cogent-000 (США);
- ntechlab-003 (Россия).
Выше представлены топовые разработчики алгоритмов, но существуют и производители готового оборудования, выпускающие свою продукцию по специальной лицензии open source.
Интересны компании, лидирующее именно в производстве продукции на основе уже готовых алгоритмов. К ним относятся:
- Sigur – Россия, ведущий разработчик по многим показателям;
- ISS – Россия, создатель ПО SecurOS® Face;
- Macroscop – Россия, программное обеспечение Macroscop Basic;
- ITV – Россия, программа «Интеллект».
Каждый из производителей вышел на рынок со своим собственным СКУД и программой. Более подробная информация есть на их официальных сайтах.
Базы данных распознанных лиц
Для адекватного функционирования СКУД необходимо наличие обширных баз данных, существующих в государственном и в частном секторах. К сожалению, прогресс биометрической идентификации тормозится именно отсутствием общих баз данных.
Государственные базы данных
По закону, государство имеет право собирать и хранить данные граждан Российской Федерации. Сбор информации осуществляется различными подразделениями: паспортные столы; учреждения УФСИН; при выдаче водительских прав тоже всегда делается снимок. При пересечении границы фотографирование является обязательным.
Также биометрия проводится при оформлении загранпаспорта. Общей доступности к данным теоретически нет, вход только платный, но, учитывая талантливость хакеров, добыть информацию не составляет труда. Необходимо лишь подобрать специальную программу и оборудование, иначе база будет недоступна.
Коммерческие базы данных
В данном случае информация находится в широком доступе, однако требуется тщательная сортировка данных, так как некоторая информация может быть ложной. В качестве примера можно привести соцсеть «ВК»: несмотря на огромное количество пользователей, не всегда аккаунт и аватар соответствуют друг другу.
Существует несколько критериев допустимости информации, без которых невозможно будет добиться нормального функционирования базы:
- Такие характеристики, как яркость и четкость линий на лице.
- Основной фон, на котором расположено лицо.
- Пиксельная наполненность фотографии.
- Отсутствие отвлекающих элементов на лице.
- Адекватность освещения.
По прогнозам, биометрия заменит полностью банковские карты и различные документы, например, паспорт. Идентификация человека будет производиться распознаванием лица или радужки. Биометрия будет проходить в онлайн-формате. Biometrics Research Group предполагают, что к 2025 г. доходность использования биометрических методов вырастет на $ 20 млрд по сравнению с 2020 годом.
Согласно опросам, граждане больше склонны доверять биометрической идентификации, нежели паролям. Более того, около половины из них даже готовы поменять банк, чтобы в полной мере пользоваться данными методами, например, при пользовании банкоматом. Однако часть опрошенных предпочитает отказаться от биометрии.
Быть свидетелем революционных шагов в развитии технологии представляется очень интересным, но еще более увлекательно – испытать на себе все прелести научного прогресса.
.jpg)
