Исследование эффективности аутентификации личности по геометрии лица

1. Анализ биометрических систем идентификации личности

Хотя к настоящему времени выявлено множество физических черт человека, пригодных для установления личности, широкомасштабное их использование длительное время сдерживалось отсутствием аппаратных и программных средств, позволяющих автоматизировать процесс биометрической идентификации. Появление в последнее время новых технологий, решающих эту задачу, и их стремительное удешевление, сделали широко доступными биометрические системы идентификации, которые ранее использовались только узким кругом особо уполномоченных лиц.

В данном разделе при анализе современного состояния в области биометрических технологий используется термин «идентификация», как составная часть устойчивого выражения «biometric identification», описывающего биометрическую проверку в широком смысле слова, включая также и аутентификацию.

идентификация личность биометрический лицо

1.1 Общие сведения

У всех биометрических технологий существует очевидный общий подход к решению задачи идентификации — любая биометрическая технология предусматривает поэтапное выполнение следующей последовательности действий:

— сканирование субъекта идентификации (одно или большее количество измерений биометрической характеристики со считывающего устройства);

— преобразование полученных о субъекте данных в пригодную для использования цифровую форму, извлечение индивидуальной информации;

— формирование по заданному алгоритму индивидуального идентификатора для рассматриваемого субъекта;

— сравнение текущего идентификатора с базой данных (либо с данными всех пользователей, либо только определенного, в случае наличия дополнительной информации о субъекте).

Хотя разработанные опознавательные методы биометрической идентификации весьма разнообразны, принципиально все они могут быть разделены на две большие группы:

— статические методы — основаны на анализе какой-либо физиологической характеристики человека, уникальной для каждого, присущей ему от рождения и неотъемлемой от него;

— динамические методы — анализируют поведенческие характеристики человека, особенности подсознательных движений в процессе воспроизведения какого-либо действия (подписи, речи, клавиатурного набора).

Определенные физиологические особенности человека, такие, как папиллярный узор пальца, геометрия лица, температура кожи лица, форма уха, рисунок вен руки, геометрия ладони, рисунок радужной оболочки глаза или сетчатка глаза, структура ДНК, являются постоянными и неизменными в течение всей жизни физическими характеристиками человека. Как и сами эти физиологические характеристики, измерения статического типа дают практически неизменный для каждого человека результат. Поскольку человек сам является ключом, эти методы проверки отличаются удобством применения и точностью результатов.

Общеизвестно также, что каждый человек имеет некоторые индивидуальные поведенческие характеристики, по которым можно его идентифицировать: особенности подписи, голос, рукописный или клавиатурный почерк, походка. В отличие от физиологических особенностей, они могут изменяться с течением времени, поэтому зарегистрированный биометрический образец должен обновляться при каждом его использовании. Кроме того, поведенческие черты являются управляемыми и находятся под влиянием не только сознательных действий человека, но и неуправляемых психологических факторов (настроение, состояние здоровья, стресс), что может значительно снизить точность идентификации. Поэтому хотя биометрия, основанная на поведенческих характеристиках, менее дорога и представляет меньшую угрозу для конфиденциальности биометрических данных пользователей, она не позволяет обеспечить точность идентификации, сравнимую с точностью идентификации личности по физиологическим чертам.

Некоторые методы биометрической идентификации, получившие наиболее широкое распространение, рассмотрены ниже [6, 7].

1.1.1 Распознавание по отпечаткам пальцев

В основе этого метода биометрической идентификации лежит уникальность рисунка папиллярных узоров на пальцах каждого человека. Преимущества — простота использования, скорость и надёжность. Социологические исследования также показали, что использование отпечатка пальца является самым удобным для пользователей биометрическим методом. Кроме того, биометрический сканер отпечатка пальца весьма компактен и умещается даже на клавиатуре.

Изображение отпечатка пальца, полученное с помощью специального сканера, преобразуется в цифровой код (свертку) и сравнивается с ранее введенным эталоном. Существует два основных алгоритма сравнения полученного кода с имеющимся в базе шаблоном: по характерным точкам и по всей поверхности пальца. В первом случае выявляются характерные участки и их взаиморасположение. Во втором случае запоминается весь отпечаток. Иногда используется также комбинация алгоритмов, что позволяет повысить надежность системы.

Обычно в базе данных хранят несколько эталонных образов, что позволяет повысить точность идентификации. Они могут отличаться сдвигом и поворотом, максимальный угол поворота отпечатка от вертикали не более 15 градусов. Масштаб не меняется, т. к. все отпечатки получают с одного устройства.

В среднем процент негативной идентификации легальных пользователей составляет около 3%, а процент ошибочной позитивной реакции — меньше одного к миллиону. Такая вероятность ошибки намного меньше в сравнении с другими биометрическими методами, особенно если учесть, что средняя вероятность распознавания отпечатков пальцев криминалистом равна приблизительно 70%, хотя дактилоскопия используется более 100 лет и считается достаточно надежной.

1.1.2 Распознавание по форме кисти руки

Этот сравнительно новый статический метод, произошедший из криминалистики, выполняет идентификацию по сканированию руки. В данных биометрических системах используется геометрическая форма кисти руки (либо нескольких пальцев), а попутно — расположение подкожных кровеносных сосудов ладони, узор линий на ладони. При этом речь может идти о разных методах.

Идентификация по геометрии руки по своей технологической структуре и уровню надежности сопоставима с методом дактилоскопической идентификации. Зачастую эти методы используются совместно, хотя устройство для считывания отпечатков ладоней занимает больше места. Измерения для получения уникальной цифровой свертки производятся с помощью специального устройства, позволяющего получать трехмерный образ кисти руки (либо, используя видеокамеру, снимки и внутренней, и боковой стороны ладони).

Однако форма кисти руки достаточно сильно меняется со временем.

1.1.3 Распознавание по радужной оболочке глаза

При этом производится измерение и анализ цветного кольца вокруг зрачка. Факт отсутствия двух человек с одинаковой радужной оболочкой глаза (более того, даже у одного человека радужные оболочки глаз отличаются друг от друга) был доказан ещё в 1950;х годах. Однако техническая реализация метода распознавания по радужной оболочке глаза появилась относительно недавно — патент на эту технологию был получен в 1994 году. Уникальность данной технологии состоит в том, что в радужке хранится больше информации, чем в любом другом органе человеческого тела (266 уникальных точек идентификации по сравнению с 10−60 точками у других методов).

Не требуется специальных условий, например, чтобы пользователь сосредоточился на цели, потому что радужная оболочка находится на поверхности глаза. Нарушения зрения и повреждение хрусталика глаза (катаракта) никак не влияет на точность сканирования. Патентованный код, принятый во всех коммерческих системах идентификации, гарантирует частоту ошибок порядка 1 на 1,2 миллиона. Существующие решения позволяют идентифицировать пользователя даже при затенении (или повреждении) радужной оболочки по 1/3 изображения радужки с вероятностью ошибки 1 к 100 тыс. Подобную надежность не могут обеспечить другие биометрические технологии.

Для реализации метода необходима лишь камера, позволяющая получить изображение с достаточным разрешением, и специализированное программное обеспечение, позволяющее выделить из полученного изображения рисунок радужной оболочки глаза, по которому строится цифровой код для идентификации человека. Фактически, современными камерами глаз может быть отсканирован на расстоянии метра, что расширяет возможности использования метода.

1.1.4 Сетчатка глаза

Сканирование сетчатки происходит с использованием инфракрасного света низкой интенсивности, направленного через зрачок к кровеносным сосудам на задней стенке глаза. Изображение радужной оболочки должно быть чётким, поэтому катаракта может отрицательно воздействовать на качество идентификации личности.

Сканеры сетчатки получили широкое распространение в системах контроля доступа на особо секретные объекты, так как у них один из самых низких процентов отказа в доступе легальных пользователей и практически не бывает ошибочного разрешения доступа.

Несмотря на сходство и почти одинаковую надёжность, данный метод не является парным со сканированием радужной оболочки, так как используются разные сенсоры, с разными требованиями к получаемому образу.

1.1.5 Распознавание по форме лица

Это самый интуитивно понятный метод идентификации, наиболее близкий человеку. В данном статическом методе идентификации строится образ лица, а на нём выделяются индивидуальные параметры. Количество, качество и разнообразие (разные углы поворота головы, изменения нижней части лица при произношении ключевого слова и т. д.) считываемых образов может варьироваться в зависимости от алгоритмов и функций системы, реализующей данный метод.

Идентификация по чертам лица — одно из самых динамично развивающихся направлений в биометрической индустрии, однако большинство разработчиков пока испытывают трудности в достижении высокой степени надёжности систем.

1.1.6 Распознавание по рукописному почерку (по подписи)

Как правило, для этого динамического метода идентификации используется написание кодового слова или подпись человека. Цифровой код идентификации формируется по динамическим характеристикам написания, то есть по графическим параметрам надписи, временным характеристикам написания и динамики нажима на поверхность в зависимости от возможностей оборудования (планшет, экран карманного компьютера и т. д.).

Для идентификации подписи используют специальные ручки, чувствительные к давлению панели, или комбинацию обоих. Устройства со специальными ручками менее дороги и занимают меньше места, но в тоже время имеют меньший срок службы.

1.1.7 Распознавание по голосу

Голос индивидуален для каждого человека и формируется из комбинации физиологических и поведенческих факторов. Существует достаточно много способов построения кода идентификации по голосу: как правило, это различные сочетания частотных и статистических характеристик голоса.

Биометрический подход, связанный с идентификацией голоса, является одной из старейших технологий и, в тоже время, крайне удобен в применении. Главным его недостатком является низкая точность идентификации из-за высокой зависимости от нефиксированных внешних факторов (например, заболевание горла). Распознавание по голосу имеет точность, сравнимую с худшими статическими алгоритмами, но и то лишь в идеальных условиях. Необходимо отметить, что другие динамические методы еще менее надежны. Хотя идентификация личности по голосу не так надежна, как многие другие биометрические методы, это становится все менее серьёзной проблемой по мере того, как устройства голосовой идентификации различают новые дополнительные характеристики человеческой речи.

Существует также много других малоизвестных направлений в области биометрии, как уже неиспользуемых, так и перспективных, которые сейчас следует признать скорее экзотическими. Например, распознавание по ушной раковине, термограмме лица, по сердечному ритму, анализу фрагментов ДНК, запаху и т. п. Большинство этих технологий находится ещё на стадии исследований и в настоящий момент их доля на рынке и влияние на развитие биометрии невысоки.

Каждый из параметров имеет свои достоинства и недостатки с точки зрения его использования в качестве критерия идентификации. В последнее время ведутся активные разработки по усовершенствованию и модификации систем идентификации личности, поиск новых подходов для характеристики человеческой индивидуальности, комбинации физиологических и поведенческих факторов.

1.2 Анализ рынка биометрических систем распознавания личности

Как и в других отраслях, для изучения состояния мирового рынка биометрических технологий необходимо проводить целый комплекс масштабных статистических и аналитических исследований, опросов потребителей и производителей. Существуют специализирующиеся на этом научно-технические и аналитические организации, наблюдающие за функционированием рынка и оценивающие его развитие. Воспользуемся данными, предоставленными некоторыми из таких организаций, для анализа современного состояния на рынке средств биометрической идентификации. Однако необходимо иметь в виду, что в различных источниках сходные данные колеблются в пределах 15−20%, так что это всего лишь оценочное представление.

Неполный перечень использованных для оценки источников:

— ежегодные отчёты признанной мировым сообществом ведущей консалтинговой компании International Biometric Group (IBG);

— данные исследовательской компании Allied Business Intelligence;

— отчеты и прогнозы глобальной консалтинговой компании Frost&Sullivan, имеющей более чем 50-летний опыт работы;

— прогноз, опубликованный компанией Biometrics Research Group;

— обзор от маркетинговой компании Global Industry Analysts (GIA)

— результаты исследования рынка систем управления персоналом в России аналитического центра TAdviser (http://www.tadviser.ru/).

— результаты опросов, проводимых российским биометрическим порталом BIOMETRICS.RU.

1.2.1 Развитие и современное состояние мирового рынка

Первые биометрические системы изначально получили распространение как системы повышенной безопасности, так как позволяли обеспечить небывалую тогда степень защиты от несанкционированного доступа. Это было обусловлено не только собственными достоинствами биометрического подхода, но и его новизной. Высокая стоимость первых систем ограничивала сферу их применения в основном засекреченными государственными объектами.

Доступные по цене микропроцессорные системы биометрического контроля для частного бизнеса появились в начале 1990;х годов. Стремительное удешевление в последние годы электронного оборудования и появление новых технологий (особенно разработка недорогих микропроцессоров и техники для работы с изображением) позволило многократно расширить перечень защищаемых объектов и увеличить точность биометрических устройств.

В России биометрические системы контроля появились в середине 1990;х годов. Из-за неразвитости собственных технологий (или их излишней засекреченности) все коммерческие биометрические системы были импортного производства. Цена этих систем была довольно высока: например, довольно простое устройство физического контроля доступа стоило около 12 тыс. долл. Подобное дорогостоящее оборудование имело характер новомодной экзотики и массового распространения не получило.

Резкое повышение роли биометрических технологий произошло после событий в США 9 сентября 2001 г., весьма наглядно подтвердивших необходимость широкого применения систем, способных идентифицировать отдельных лиц в местах скопления людей. С того момента биометрические системы безопасности всё заметнее выступают на лидирующие позиции в индустрии безопасности, в борьбе с преступностью и терроризмом. Их значение в комплексном обеспечении безопасности неуклонно возрастает, что особенно ярко проявляется на примерах систем безопасности в аэропортах и других важных инфраструктурных объектах.

Развитие биометрических технологий также стимулируется повсеместным осознанием того факта, что другие способы идентификации (по паролям, фотографиям, ПИН-кодам) весьма ограничены в своих возможностях и становятся всё более уязвимыми для организованной преступности и небезопасными. Повсеместное стремление организовать современную, грамотно построенную систему безопасности на предприятии, в офисе компании или в частном доме ведут к тому, что заказчики делают выбор в пользу биометрии.

Сегодня, как и во всем мире, так и в России, биометрические системы стали гораздо дешевле (более чем в 10 раз), что стало экономической причиной появления активного спроса на них среди самого широкого круга потребителей, вплоть до рядовых граждан. Можно привести огромное множество примеров успешной работы устройств, построенных на биометрическом принципе. По состоянию на 2005 год доступ уже более чем в 10 тыс. объектов (компьютеризированных мест, хранилищ, исследовательских лабораторий, банков крови, банкоматов, военных сооружений) контролировался биометрическими устройствами по физиологическим или поведенческим характеристикам индивидуума. Есть и сугубо гражданские объекты: в США используются банкоматы, распознающие клиентов в лицо и, опознав их, приветствуют по имени; войти в Диснейленд можно, приложив ладонь к соответствующему сканеру на воротах.

Рассматривая практически любые данные, легко заметить повсеместный прогрессирующий рост показателей рынка биометрии.

Объём продаж на рынке биометрических технологий в США в 1999 году составлял 58,4 млн долл. (International Data Corp.), но уже к 2000 году превзошёл рубеж в 100 млн долл., что было обусловлено широкомасштабным внедрением биометрических технологий в повседневную жизнь.

В 2002 году доходы мировой биометрической индустрии составляли 600 млн долл., в 2009 году — 4,2 млрд долл. (Frost & Sullivan), а в 2012 г. — уже 7,56 млрд долл. (Biometrics Research Group).

Общий рынок биометрических систем увеличивается в последние несколько лет примерно на 40% в год (рис. 1.1) и, по прогнозам компании Visiongain, к 2015 году объём мирового биометрического рынка составит 15 млрд долл., а к 2017 г., по оценкам аналитиков GIA, — достигнет 16,47 млрд долл.

Рисунок 1.1 — Объём рынка биометрических технологий (в млн. долл.) в период с 2002 по 2007 гг. (по данным International Biometric Group) [7]

Около половины этого рынка составляют решения для «гражданского» сектора, применяемые в торговых компаниях, банках, госсекторе и образовательных учреждениях. Причём это не только системы безопасности, но и, например, решения для мониторинга рабочего времени сотрудников.

Рассмотрим сегментацию рынка биометрических технологий за последние годы по данным исследовательских компаний (рис. 1.2 — 1.5).

Рисунок 1.2 — Сегментация мирового рынка систем безопасности в 2002 г. (Allied Business Intelligence) [7]

Рисунок 1.3 — Сегментация мирового рынка систем безопасности в 2003 г. (International Biometric Group) [7]

Рисунок 1.4 — Сегментация рынка биометрических технологий в США в 2003 г. (International Data Corp.) [7]

Рисунок 1.5 — Сегментация рынка биометрических систем безопасности в 20 011 г. (International Data Corp.) [3]

Видно, что самый большой сегмент биометрического рынка устойчиво формируют дактилоскопические системы: в 2012 г. на долю этого сегмента приходилось 5 млрд долл., и ожидается, что к 2015 г. данный показатель достигнет 10 млрд долл.

При этом по оценкам GIA совокупный объём продаж систем идентификации по лицу, радужной оболочке, рисунку вен и голосу в 2010 г. оценивался в 2 млрд долл.; а в 2015 г. может увеличиться до 5 млрд долл., а объём рынка идентификации по лицу и голосу может к 2018 г. достичь 2,9 млрд долл. То есть ожидается интенсивное внедрение подобных технологий.

Самым крупным региональным рынком в рассматриваемом сегменте были и останутся США (GIA). Что же касается скорости развития технологий биометрической идентификации, то здесь наиболее высокие результаты демонстрируют страны Азиатско-Тихоокеанского региона (АТР): в 2011 г. объем биометрического рынка в странах Азиатско-Тихоокеанского региона составил около 500 млн долл., и в ближайшие пять лет среднегодовые темпы его роста, исчисленные в сложных процентах, достигнут 12,6% (Frost & Sullivan). Причём распознавание по лицу и голосу среднегодовые темпы роста, исчисленные в сложных процентах (CAGR), достигнут здесь 28,5%.

Это обусловлено тем, что для стран АТР приоритетной задачей сейчас является формирование инфраструктуры систем национальной идентификации и пограничного контроля. Роль технологий биометрии тут настолько велика, что биометрический рынок в АТР будет развиваться быстрее, чем в Северной Америке, на Среднем Востоке и в европейских государствах. Наиболее яркой чертой становления биометрического рынка в АТР стало формирование систем национальных идентификационных карт, содержащих биометрические сведения владельцев (прежде всего об отпечатках пальцев). Эти ID-карты помогают правительственным органам стран АТР эффективно идентифицировать добропорядочных граждан и противодействовать деятельности повстанческих группировок.

В России также особенно широкое распространение получили дактилоскопические устройства, спрос на которые в последнее время резко возрос со стороны частных лиц, которые устанавливают их в загородных коттеджах. Большой редкостью в России считаются системы идентификации личности по радужной оболочке глаза, голосу или по другим биометрическим признакам (хотя есть примеры их использования в ряде крупных депозитарных банков Москвы).

В разрезе географии производителей первое место на российском рынке занимают американские и западноевропейские компании. Собственные российские разработки отличаются крайней фрагментарностью, существуют на уровне опытных образцов и говорить о сколько-нибудь серьезных объемах их продаж, пока не приходится. Наиболее известная система, разработанная российскими инженерами — «Кордон» — устройство физического доступа в помещение; имеются также разработки в области дактилоскопии (компания «Биолинк») и распознавания лица (компания «Спирит»). В основном же рынок биометрических систем безопасности в России представлен иностранными фирмами, которые через российских партнеров реализуют свои технологии. Например, инженерная компания «Солинг» активно внедряет систему распознавания лиц немецкого производства SmartEye, компания «Биометрические системы» специализируется на поставке импортного дактилоскопического оборудования.

Далее рассмотрим отдельно сегменты рынка, занятые самыми популярными биометрическими средствами, а также самых крупных производителей. При этом совокупно рассматриваются все сферы применения: гражданские и уголовные биометрии, правительственные программы (в том числе и по заказам военных ведомств и правоохранительных органов), системы контроля физического доступа и защиты информации, сектор бытовой электроники, сектор банковских и платежных технологий.

1.2.2 Технологии дактилоскопической идентификации

Согласно мировой статистике, технологии, основанные на обработке отпечатков пальцев, занимают лидирующее положение с огромным отрывом (рис. 1.2 — 1.5), по ряду оценок — до 52% от общего числа биометрических решений. Не только за рубежом, но и в России доминируют решения, идентифицирующие пользователей по отпечаткам пальцев, занимая более половины объёма отраслевого рынка.

В дополнение к другим средствам безопасности, устройства доступа по отпечатку пальцев установлены в военных учреждениях США, включая Пентагон и правительственные лаборатории. Данная технология получила большое распространение в системе автоматической идентификации по отпечатку пальца (AFIS), используемой полицией в США и в более чем 30 странах.

Суммарный доход производителей в 2002 году составил 462 млн долл.

Существует несколько причин такого положения вещей. Технология идентификации и верификации по отпечаткам пальцев имеет достаточно глубокие исторические корни и, как следствие, мощную теоретическую и практическую базу (к примеру, правоохранительными ведомствами накоплены очень большие базы данных об отпечатках пальцев). Кроме того, постоянно совершенствуются процессы сканирования и обработки изображений, улучшая и без того неплохие характеристики надежности. Появление широкого ассортимента эффективных и весьма дешёвых средств по обработке отпечатков пальцев обеспечивает высокую надежность при такой дешевизне решений «под ключ», что даже рядовые граждане устанавливают дактилоскопические сканеры в частных домах.

В сегменте учета рабочего времени и контроля доступа эта тенденция проявляется особенно зримо: в массовых масштабах и производятся, и закупаются именно дактилоскопические системы, тогда как, скажем, распознавание по рисунку вен или геометрии кисти руки выглядит экзотично.

Существует достаточно много компаний, которые занимаются технологиями контроля доступа по отпечатку пальцев, хотя лидирующие позиции традиционно занимают американские компании.

Несмотря на большое количество фирм, занимающихся данной тематикой, около 80% всех дактилоскопических систем во всем мире приходится на одну компанию — Identix (http://www.identix.com/).

1.2.3 Распознавание по форме лица

Второе по величине место на рынке систем биометрии занимает направление, связанное с технологиями распознавания лица. В последние годы темпы роста этого сегмента резко возросли, и идентификация по лицу с каждым годом занимает всё более высокие позиции в рейтингах.

Такой скачок объясняется поразительным совершенствованием видеооборудования и алгоритмов обработки видеоданных (в том числе и качество сжатия компрессорами — кодеками). Тогда как изначально распознавание лица имело неприемлемо низкую надежность, новые возможности цифрового видео вывели его на качественно новый уровень.

Наряду с этим, свою роль сыграло и то, что тут не требуется больших инвестиций в инфраструктуру, позволяя использовать уже имеющиеся средства (системы видеонаблюдения), что особенно привлекательно для государственных и правоохранительных органов. Также немаловажно, что эта технология пассивная, то есть не требует прямого контакта с субъектом идентификации и допускает скрытную идентификацию, что также очень востребовано в полицейских целях.

В качестве примера действующей системы контроля доступа на базе распознавания лица можно привести систему распознавания посетителей мест для обналичивания чеков, установленных компанией Mr. Payroll в нескольких штатах США. Широко известна и система Facelt, работающая на улицах английского города Ньюхем, а также в аэропортах, стадионах и торговых центрах США.

Общемировой показатель среднегодового темпа роста, выраженный в сложных процентах (CAGR), для сегмента технологий идентификации по лицу — 19% (Frost & Sullivan).

Самым крупным региональным рынком в рассматриваемом сегменте были и остаются США (GIA). Однако наибольшую скорость развития биометрической идентификации по голосу и лицу демонстрируют страны Азиатско-Тихоокеанского региона, где CAGR достиг небывалой величины 28,5%.

Ведущие производители в области рассматриваемых технологий: AcSys Biometrics (http://www.acsysbiometrics.com/), A4Vision (http://www.a4vision.com/), Cognitec Systems (http://www.cognitec.com/), Identix (http://www.identix.com/), Imagis (http://www.imagistechnologies.com/), Vicar Vision (http://www.vicarvision.nl/), ZN Vision (http://www.zn-ag.com/).

1.2.4 Распознавание по форме руки

Этот метод, достаточно распространённый ещё 10 лет назад, последние годы идёт на убыль. С самого начала ожидалось, что сканирование руки займет достаточно большой сегмент технологического рынка но, скорее всего, будет объединено с каким-нибудь другим биометрическим направлением, например с анализом отпечатков пальцев или распознаванием по венам.

В данное направление вкладывают деньги крупные государственные охранно-правовые органы некоторых ведущих мировых государств. По состоянию на 2003 год в США метод идентификации по геометрии руки использовался более чем в 8000 объектов, включая Колумбийский законодательный орган, международный аэропорт Сан-Франциско, больницы и иммиграционные службы.

Устройства, которые могут сканировать и другие параметры руки, разрабатываются несколькими компаниями: BioMet Partners (http://www.biomet.ch/), Recognition Systems (http://www.recogsys.com/), Palmetrics и BTG.

1.2.5 Распознавание по радужной оболочке глаза

Системы распознавания радужной оболочки глаза не только самые надежные, но и самые дорогостоящие. Кроме того, их разработка и передача технологии широкому кругу разработчиков и потребителей ограничивается строгим патентом (патент США 1994 года фирмы Iridian). Этими фактами объясняется сравнительно небольшая доля подобных систем на рынке.

Допуск по радужной оболочке глаза применяется в государственных организациях США, в тюрьмах, в учреждениях с высокой степенью секретности (в частности, на заводах по производству ядерного вооружения).

Крупнейший производитель оборудования в этой области в настоящее время — компания Iridian (http://www.iridiantech.com/), на решениях которой базируются практически все остальные разработки. Помимо неё, разработкой занимаются более 20 компаний, в том числе British Telecom, Sensar, Saflink, LG, Panasonic, Oki.

1.2.6 Системы распознавания по голосу

Технологии распознавания голоса — одна из старейших биометрических технологий. В последнее время её развитие значительно ускорилось, так как предполагается широко использовать голосовое управление в интеллектуальных зданиях и в бытовой технике.

Сейчас из-за недостаточной точности идентификация по голосу используется для управления доступом только в помещения низкой и средней степени безопасности, например, лаборатории производственных компаний.

1.2.7 Распознавание по рукописному почерку

Статическое закрепление подписи становится весьма популярным, особенно в банковских структурах, где подпись — традиционная, издавна используемая в банковском деле биометрическая характеристика. К тому же многие люди гораздо больше доверяют привычным способам идентификации, среди которых — обычная подпись.

На мировом электронном рынке устройства ввода рукописных символов уже давно перестали быть экзотикой. И именно поэтому за последние годы технология электронного распознавания подписи, становится всё более уверенным игроком на биометрическом рынке.

Вместо росписи ручкой, для проверки подписи на банковских кредитных картах, бланках службы доставки FedEx уже сейчас зачастую закрепляются биометрические данные. Компания CIC успешно интегрировала свои решения на платформу Pocket PC.

Впрочем, финансовое сообщество не спешит принимать автоматизированные методы идентификации подписи, так как их всё же ещё слишком легко подделать, что препятствует внедрению идентификации по подписи в высокотехнологические системы безопасности.

Ведущие производители: CIC (http://www.cic.com/), BioPassword Security Software (http://www.biopassword.com/), Checco (http://www.biochec.com/).

1.2.8 Прогнозы и перспективы развития рынка биометрических систем

Альтернативой биометрическим системам являются системы контроля доступа, реализованные на базе бесконтактных карт или электронных меток RFID, однако, биометрические идентификаторы более надежды, а в последнее время их стоимость стала сопоставима с картами и метками, что, несомненно, обеспечит биометрии более массовое применение.

Большинство прогнозов сводится к тому, что внедрение биометрических систем безопасности приобретет в скором будущем лавинообразный характер. Поиск решений для борьбы с глобальной угрозой терроризма, так или иначе, приведет к практическому использованию достижений в этой области.

Еще одним важнейшим фактором, обусловливающим рост потребности в биометрических системах и технологиях, является реализация масштабных государственных проектов по переходу на биометрические паспорта и активное использование биометрии при оформлении виз и в контроле миграционных потоков. В рамках безвизовой программы США имеют с соглашение 27 странами (Австралия, Австрия, Бельгия, Великобритания, Германия, Италия, Сингапур, Франция, Швейцария, Швеция, Япония и др.), по которому граждане этих государств с 2005 года могут въезжать на территорию США сроком до 90 дней без визы при обязательном наличии биометрических документов. В июне 2005 года было заявлено, что к концу года в России будет утверждена форма нового заграничного паспорта с биометрическими данными. GIA упоминает также следующие крупные проекты:

— EURODAC (европейская база данных об отпечатках пальцев соискателей статуса беженца и иностранцев, нерегулярно пересекающих границы государств Евросоюза);

— Визовая информационная система (Visa Information System — VIS, где аккумулируются сведения об отпечатках пальцев соискателей шенгенских виз);

— Шенгенская информационная система нового поколения (Schengen Information System — SIS II, содержащая, в частности, информацию о биометрических идентификаторах лиц, которые находятся в розыске, пропали без вести или же чьё пребывание в зоне Шенгена нежелательно).

Помимо систем безопасности, по мнению аналитиков, биометрические технологии в течение 2012;2015 гг. будут активно внедряться в организациях финансового сектора, здравоохранении и электронной коммерции. Основными областями применения в следующие пять лет станут всё же гражданская идентификация в невоенных целях и доступ к компьютеру (сети).

Биометрические технологии обладают значительным простором для дальнейшего развития и в крупных корпоративных структурах. Биометрические технологии способны усилить корпоративную безопасность, исключив потребность в многочисленных идентификаторах, с успехом заменяемых на уникальные для каждого сотрудника биометрические характеристики.

Большинство опрошенных потребителей признают контроль физического доступа и учёт рабочего времени самой перспективной сферой применения технологий биометрии. Защита офисов и находящихся в них людей и материальных ценностей одинаково значима как для крупных компаний, так и для небольших фирм, а заработная плата сотрудников и связанные с ее начислением платежи входят число самых затратных статей в любой организации. В связи с этим будут востребованы интегрированные системы с биометрическими решениями, осуществляющие не только контроль доступа, но одновременно и учет рабочего времени, с кадровой системой и автоматической передачей результатов для расчета заработной платы. В рамках HRM-решения интегрированные системы проводят оценку рабочего времени в соответствии с плановым графиком каждого сотрудника, позволяют использовать полученные даты для расчета заработной платы. Таковы, например, проекты в компаниях «Аэромар» и «Кнауф Гипс Дзержинск». Среди наиболее известных на российском рынке биометрических решений для учёта рабочего времени система «Таймекс» (от «АРМО-Системы»), BioTime («Биолинк Солюшенс»), BioSmart (производства «Прософт-Системы»), система «Сонда» (от компании «Сонда Технолоджи») и Senesys (от «Элвис»).

Идентификация личности по отпечатку пальца является безусловным лидером на рынке биометрических решений и, вероятнее всего, будет наиболее широко использоваться и в будущем.

Поскольку практически все системы контроля доступа оснащаются системами видеонаблюдения, то перспективным являются системы распознавания лиц. В настоящее время это довольно дорогое решение и достоверность регистрации недостаточная. Технологии распознавания лица, скорее всего, будут комбинироваться с другими технологиями для обеспечения более высоких показателей надежности, например, может быть перспективно совмещение системы распознавания лица с системами инфракрасной регистрации.

Отмечается также интеграция с другими технологиями, с целью повышения надежности работы систем в целом. Дальнейшее повышение надежности будет обеспечено включением сразу нескольких биометрических технологий в состав одной системы.

Ослабление мировой экономики в 2009 году, сокращение бюджетов и объемов финансирования проектов создало отложенный спрос на внедрение биометрии. Реализация этого потенциала ожидается в период до 2016 года, что приведет к значительному росту всемирного рынка биометрических технологий. Согласно оценкам Biometrics Research Group, к 2015 году его объём вырастет более чем в 2 раза.

Идентификация и аутентификация пользователя может быть произведена тремя способами, различающимися в соответствии с применяемыми принципами и проверяемыми признаками (они могут использоваться как по отдельности, так и совместно) [3, 4]:

— по собственности (принцип «что вы имеете» — «you have»): проверяется наличие у пользователя определенных вещей или устройств (пропуск, пластиковая карта, ключ, общегражданские документы, мобильный телефон и др.);

— по знаниям (принцип «что вы знаете» — «you know»): проверяется наличие у пользователя определенных знаний, к которым относятся пароли, коды или конфиденциальная информация (например, девичья фамилия матери);

— по биометрическим признакам (принцип «кто вы есть» — «you are»): проверяются персональные физические свойства самого пользователя (отпечаток пальца, лицо и т. д.).

Первые два метода, традиционные, не являются уже надежными в той степени, которая требуется на сегодняшний день, ведь ключи и карты доступа могут быть украдены, потеряны, либо сознательно переданы постороннему лицу, пароль можно подсмотреть, перехватить и просто подобрать. Имеется тут и характерная особенность: пароли зачастую не удобны пользователям, особенно если политика безопасности требует применения сложных паролей (их трудно запоминать и вводить), в результате чего нередко на самом видном месте появляются записи паролей (например, прикрепляются к монитору). Часто, не осознавая их важности, сотрудники передают личные пароли коллегам. Также многократно показана высокая уязвимость подобных систем аутентификации для атак с использованием социальной инженерии.

Естественным шагом в повышении надежности стало использования средств аутентификации по биометрическим признакам [5], так как по сравнению с традиционными методами идентификации личности биометрические имеют ряд преимуществ.

Основные преимущества биометрической идентификации:

— повышенная надежность ограничения доступа на охраняемые объекты (из-за уникальности биометрических признаков достоверность идентификации очень высока);

— исключение проникновений злоумышленников за счет подделки или кражи документов, карт, паролей (биометрические признаки намного труднее сфальсифицировать и практически исключается сознательная или неумышленная передача посторонним лицам);

— минимальные расходы и неудобства, связанные с эксплуатацией систем контроля доступа (изготовление новых карт, ключей при их утере, порче; администрирование на случай забывания паролей);

— обеспечение персональной ответственности за использование ресурсов системы, что облегчает расследование инцидентов;

— возможность организовать не только разовый учёт доступа и посещаемости сотрудников, но и непрерывный мониторинг.

Целый ряд преимуществ, свойственных биометрическому подходу, обусловил его безусловное признание, а удешевление и совершенствование оборудования — практически повсеместное внедрение биометрии в течение последних двадцати лет. Так, если изначально биометрические системы использовались только для ограничения доступа на особо охраняемых объектах (в основном военных), то сейчас даже на ноутбуках имеются сканеры отпечатков пальцев пользователей, как устройства контроля доступа к компьютеру.

Высокотехнологичные разработки, подкрепленные биометрическими исследованиями, позволяют воплотить всё более удобные способы идентификации, в частности, бесконтактные. Возрастает роль методов, использующих распространённое оборудование. Повышается надёжность идентификации и стойкость систем к атакам.

Все более прогрессивные способы биометрической идентификации позволили также значительно расширить сферу применения, позволяя эффективно решать целый ряд проблем практически во всех отраслях. Биометрия не только стала общедоступной, но и нашла применение при решении целого ряда новых задач: управление персоналом (мониторинг рабочего времени для учета посещаемости и повременного начисления зарплаты), обнаружение разыскиваемых лиц в массово посещаемых местах, узнавание постоянных клиентов в «системах дружелюбных продаж», голосовое управление и др.

Наряду с достоинствами внедрения биометрических технологий, необходимо отметить и определенные сложности.

Современные биометрические системы измеряют только одну из характеристик человека, что в ряде случаев вызывает некорректную идентификацию. Построение многофакторных биометрических систем является очевидной перспективой, особенно при комбинации физиологических и поведенческих факторов.

Многими исследователями обнаружены критические уязвимости, позволяющие даже не слишком технически оснащенным злоумышленникам обходить системы биометрической защиты, как за счет перехвата данных о легальных пользователях, так и за счет использования свойств биометрических сканеров и особенностей программ. Эти уязвимости, впрочем, устраняются с усовершенствованием и появлением новых типов сканеров и методов идентификации.

Также высказывается опасение, что для обхода биометрической защиты злоумышленники будут вынужденно использовать тяжкие криминальные методы: кражи или подслушивания пароля уже не позволяют завладеть идентификатором, зато возможным способом становится ампутация частей тела, либо использование трупа.

На уровне конечного пользователя существует устойчивое, подсознательное предубеждение против биометрии, вызванное опасением нарушения конфиденциальности (например, воссоздание и применение отпечатков пальцев на месте преступления). При этом разработчики аппаратуры вынуждены доказывать, что хранится не полная информация, а лишь построенный по характерным особенностям код, по которому нельзя воссоздать физиологические данные.

Социальный аспект внедрения биометрических технологий также в последнее время приобретает все большую значимость. Повсеместное распространение биометрических устройств и внедрение биометрических документов часто рассматривается как шаг к обществу тотального контроля, нарушению гражданских свобод. Наибольшие нарекания вызывают системы удалённой и принудительной скрытной идентификации, наподобие систем распознавания лиц в общественных местах. Кроме того, любой биометрический код несет в себе больше информации, чем нужно, допустим, для контроля доступа, поэтому выдвигается опасение, не будут ли они использованы против граждан, нарушая право на конфиденциальность.

В любом случае, повсеместное проникновение биометрических систем в жизнь общества является уже неоспоримым фактом. Все мировые аналитики прогнозируют только повышение спроса на биометрию во всех отраслях и расширение сферы её применения.

2. Лицо как биометрический идентификатор

Практика показывает, что для рядовых пользователей, применяющих у себя системы биометрической идентификации и аутентификации, весьма важно удобство применения этих средств (это не только скорость и простота проведения процедуры, но и возможность использования привычного оборудования). Большинство экспертов сходятся в том, что в этой связи актуальны лишь три метода распознавания: по отпечаткам пальцев, радужной оболочке или лицу, выбор между ними делается в зависимости от постановки задачи.

На сегодня оптимальным соотношением между надежностью аутентификации, ценой и удобством использования обладает определение личности по лицу, чем и объясняется высокий темп развития и распространения таких технологий.

2.1 Общие сведения

Распознавание лица — наиболее древний и распространенный способ идентификации, основанный на том, что черты лица и форма черепа каждого человека индивидуальны, люди узнают друг друга в первую очередь по лицу. По существу, именно такая процедура выполняется, когда мы, например, предъявляем свой паспорт на пропускном пункте. Проверяющий (вахтёр, пограничник, проводник поезда) сверяет фото в паспорте с лицом владельца паспорта и принимает решение — его это паспорт или нет. Компьютер лишь автоматизирует процедуру, выполняя аналогичную процедуру, с той разницей, что вместо фото применяются биометрические данные, записанные в эталонном образе. Так как используются физиологические характеристики человека, этот метод относится к статическим методам биометрии. Это самый интуитивно понятный метод идентификации, наиболее близкий к тому, как люди идентифицируют друг друга.

Необходимо отметить, что в последнее время разработаны некоторые другие методы распознавания, выполняющие сканирование лица, например, распознавание лиц в инфракрасном свете по термограмме лица. В связи с этим название рассматриваемого метода часто уточняют: как правило, его называют идентификацией по геометрии лица (или «распознавание облика»). Впрочем, если дополнительного уточнения не произведено, подразумевается именно этот метод, как исторически первый и наиболее распространённый.

Распознавание по чертам лица имеет ряд несомненных преимуществ перед другими биометрическими технологиями:

— не требуется непосредственного контакта человека, личность которого устанавливают, со сканером (человеку не нужно оставлять отпечатки пальцев, смотреть в объектив или произносить какие-то слова), за исключением систем распознавания лиц в составе стандартных электронных охранных систем, где человек при верификации смотрит прямо в камеру;

— при соответствующем оборудовании распознавание по чертам лица возможно на значительном расстоянии, в группе людей, не привлекая внимания;

— это единственный биометрический способ идентификации, где не требуется специальная техника (применяются стандартные камеры видеонаблюдения);

— это единственный биометрический способ идентификации с точки зрения возможности многоцелевого применения;

— при идентификации используется общедоступная биометрическая характеристика, обычно не скрываемая человеком (это важно с учётом конфиденциальности других биометрических данных, например, отпечатков пальцев).

Принцип работы биометрических систем распознавания по лицу полностью соответствует приведённому ранее алгоритму (см. раздел 1.1). С помощью фотоили видеокамеры выполняется снимок человека, изображение специальным образом обрабатывается, позволяя выбирать на кадрах лицо человека и оцифровывать его. На полученном изображении лица выделяется большое количество индивидуальных параметров (так называемые базовые точки: скулы, форма глаз, переносицы, контур губ и т. д.). В результате каждое лицо описывается уникальным набором параметров, причем даже с некоторым избытком. Обычно задается около 2 тыс. оценочных параметров, тогда как для идентификации с высокой степенью точности требуется всего несколько десятков базовых точек (не более 40 характеристик). По полученным данным (по снимку или нескольким снимкам), в соответствии с используемым способом кодирования, в цифровой форме строится образ лица, для сравнения с эталоном. Фотография и цифровое описание лица заносятся в базу данных, с которой впоследствии сравнивается распознаваемое лицо.

Хотя лицо человека и уникальный параметр, но достаточно изменчивый — черты лица меняются в зависимости от поворота головы, психологического состояния, мимического выражения, наличия бороды, усов, очков, косметики. Чтобы обеспечить высокую надежность опознания независимо от этого, количество, качество и разнообразие (разные углы поворота головы, изменения нижней части лица при произношении ключевого слова и т. д.) считываемых образов может варьироваться в зависимости от алгоритмов и функций системы, реализующей данный метод.

Рисунок 2.1 — Примерный эталонный набор оцифрованных образов лица

Всё множество методов распознавания по геометрии лица делится на два направления: 2-D и 3-D методы распознавания. У каждого из них есть достоинства и недостатки, однако многое зависит еще и от области применения и требований, предъявленных к конкретному алгоритму.

2.1.1 Методы распознавания лица в 2-D

Этот метод идентификации появился довольно давно и берёт начало в криминалистике (словесный портрет, фоторобот), что способствовало его первоначальному развитию.

Распознавание лица изначально имело неприемлемо низкую по сравнению с другими методами надежность, сопоставимую с надёжностью распознавания голоса. Высокие результаты достигались лишь при фиксированных внешних факторах (ракурс, освещенность, дальность и т. п.). Впоследствии он стал более надёжным, но кардинально статистические характеристики алгоритма не улучшились: это по-прежнему один из самых статистически неэффективных методов биометрии, безусловно уступающий другим. Главный недостаток 2-D распознавания лица — недостаточно высокая статистическая достоверность — нивелирует преимущества метода. В настоящее время из-за слабых статистических показателей он уверенно применяется лишь в многофакторной (или перекрестной) аутентификации, либо в социальных сетях (например, указание людей на фото в «Facebook»).

Кроме того, согласно имеющейся статистике, в задачах идентификации при использовании больших баз данных надежность и быстродействие таких биометрических систем резко снижается [6], вынуждая использовать дополнительные признаки для аутентификации.

На практике также предъявляются требования к освещению (например, не удается регистрировать лица входящих с улицы людей в солнечный день), отсутствию внешних помех (как, например, очки, борода, некоторые элементы прически). Обязательно фронтальное изображение лица с весьма небольшими отклонениями, многие алгоритмы не учитывают возможные изменения мимики лица.

Всё это добавляет трудностей при идентификации и устанавливает определённые минимальные требования к вычислительной мощности аппаратуры. На практике достаточно стандартных видеокамер с разрешением 320×240 пикселей на дюйм, которые передают данные при скорости видеопотока, по крайней мере 3−5 кадров в секунду. Новые возможности цифрового видео и мультимедийных цифровых технологий вывели качество идентификации на качественно новый уровень. Интенсивное развитие и, как следствие, их удешевление позволяют внедрить их в широкое повсеместное использование.