Omul a încercat întotdeauna să-și păstreze secrete informațiile personale. Și acest lucru nu este deloc surprinzător - de aceea este personal! Odată cu apariția primelor computere, utilizatorii au început să-și protejeze datele cu parole și diverse coduri PIN. Cu toate acestea, primele computere nu au fost create pentru uz casnic, ci pentru diverse firme de producție. Chiar dacă nu existau informații personale despre ei, au stocat diverși algoritmi de operare, pe care nici nimeni nu a vrut să-i dezvăluie.
Apoi computerele au început treptat să se „domesticească” și, în același timp, au apărut telefoanele mobile. Și fiecare persoană, folosind o combinație cunoscută doar de el, a putut să-și securizeze datele. Multă vreme au fost folosite ca parole diverse combinații de caractere. Cu toate acestea, acestea sunt înlocuite cu un scaner de amprente. Era popular în America la mijlocul anilor '90. Ideea a fost că dispozitivul poate fi accesat cu o singură atingere. Și în loc să fie nevoit să introducă o parolă de fiecare dată, utilizatorul trebuie doar să atingă tastatura corespunzătoare.
Scaner de amprente în Rusia
În Rusia, o astfel de inovație nu era larg răspândită în acele zile. Abia pe 20 septembrie 2013, când a fost lansat iPhone 5s, care are încorporat un scanner de amprentă și un set de instrumente (Touch ID) pentru a-i asigura funcționarea, un grup larg de utilizatori au putut aprecia o tehnologie atât de interesantă. După apariția smartphone-ului de la Cupertino, au apărut pe piață o grămadă de modele peste segmentul mediu de preț, care erau echipate cu scaner de amprente. Astăzi, chiar și smartphone-urile bugetare au în cea mai mare parte un senzor biometric pentru a identifica utilizatorii.
Cât de sigur este scanerul de amprente?
Deși datele biometrice umane nu sunt ușor de falsificat, un scaner de amprente nu este atât de sigur pe cât ar putea părea. Echipa Kaspersky Lab a efectuat o verificare de securitate a acestui dispozitiv. S-a dovedit că pe unele dispozitive informațiile privind amprenta digitală sunt stocate în formă necriptată și în format imagine. Deci, teoretic, orice aplicație căreia îi dai acces la Internet și la fișierele locale va putea transfera informații despre amprentele tale oriunde. Prin urmare, Kaspersky a recomandat să utilizați numai aplicații și programe dovedite. Oricum ar fi, pe majoritatea dispozitivelor moderne, aceste informații sunt stocate în formă criptată și într-un folder securizat.
Alternative pentru scanerul de amprente
Samsung a decis să urmeze exemplul Apple cu Touch ID-ul său și să vină cu un senzor biometric unic care poate fi implementat într-un smartphone. Compania a decis să dezvolte un scanner de iris. Esența sa este că pentru a debloca dispozitivul trebuie să te uiți în cameră, astfel încât sistemul, după ce a analizat datele primite, să te recunoască. Captează irisul ochiului, care, ca și amprentele, este diferit pentru fiecare persoană. Cu toate acestea, acest tip de identificare biometrică este departe de a fi ideal. Tehnologia necesită ca mai mult de 90% din iris să fie vizibil. Unii oameni cu ochi asiatici se plâng că dispozitivul îți cere să deschizi ochii mai larg, dar din cauza caracteristicilor anatomice acest lucru nu este atât de ușor de făcut.
De asemenea, Apple a decis să nu se oprească la scanerul de amprentă prin dezvoltarea Face ID. Acesta este un set de programe care îți analizează fața și construiește un model virtual tridimensional al acesteia. Pe lângă ușurarea unică a feței tale, conține și informații despre ochii, buzele și nasul tău. Acești indicatori sunt stocați pe smartphone într-un format criptat. Dar această tehnologie de identificare biometrică nu putea garanta o protecție sută la sută. La doar o săptămână după lansarea iPhone X, care a fost primul care a primit Face ID, a fost publicat online un videoclip în care unul dintre specialiștii companiei folosea o mască.
Unde este localizat?
Cel mai adesea, sunt folosite două locuri pentru a localiza scanerul: butonul Acasă de pe partea din față a smartphone-ului sau capacul din spate al dispozitivului. Scanerul arată ca o suprafață netedă, cel mai adesea ușor încadrată de o margine mică. Rareori este un scaner de amprentă încorporat în butonul lateral de pornire.
Cum se configurează
Pentru a configura scanerul de amprentă pe un dispozitiv Android, trebuie să mergeți la setări, apoi să selectați „Ecran de blocare” (uneori „Ecran de blocare și amprentă”), faceți clic pe „Gestionați amprentele” și puteți face setările în siguranță. Și anume, adăugați o amprentă sau eliminați-o din cele stocate deja în memorie.
În general, smartphone-urile pot stoca până la 10 amprente (rar mai puține). Pentru a introduce o amprentă, trebuie să selectați elementul corespunzător și să plasați degetul pe scaner (fără să apăsați butonul Acasă, dacă este încorporat în acesta), plasând degetul în diferite poziții. De asemenea, după introducerea unei amprente în memoria dispozitivului, este indicat să îi atribuiți un nume, pentru a nu vă încurca dacă sunt introduse mai multe amprente în sistem.
Astăzi, informatizarea societății ne obligă să căutăm diverse modalități de a limita accesul la informațiile stocate pe un computer. Mai mult, sistemul de autorizare și autentificare a utilizatorilor cu ajutorul unei parole este unul dintre cele mai des întâlnite, deși are multe dezavantaje. O alternativă la protecția prin parolă poate fi autentificarea folosind parametrii biometrici ai utilizatorului, în special o amprentă. Și pentru asta ai nevoie doar de un scaner de amprente și de software-ul corespunzător care vine cu dispozitivul.
Un scaner de amprente este un dispozitiv care citește o imagine a unui deget cu toate caracteristicile sale sub forma unui model papilar și transmite rezultatul scanării către software. O aplicație specializată compară imaginea rezultată cu proba creată în etapa generării parolei biometrice.
Tipuri de scanere de amprente
Toate scanerele de amprentă utilizate astăzi pot fi clasificate în trei grupe, pe baza principiului fizic de funcționare:
Semiconductor (siliciu);
Optic;
cu ultrasunete.
Scanere cu semiconductori
Acest tip de scaner primește o imagine bazată pe proprietățile semiconductorilor, care se modifică în zona de contact dintre modelul papilar și scaner. Funcționarea acestui tip de dispozitive de scanare se poate baza pe mai multe tehnologii:
Scanere capacitive. Funcționarea unor astfel de scanere se bazează pe efectul când capacitatea joncțiunii pn se modifică atunci când crestele modelului papilar intră în contact cu elementele matricei semiconductoare.
Amprentele sensibile la presiune de acest tip folosesc o matrice specială de piezoelemente în activitatea lor. Când degetul intră în contact cu matricea, crestele exercită presiune asupra acesteia, dar, în consecință, nu există depresiuni. Pe baza presiunii exercitate asupra matricei se formează o imagine.
Dispozitivele de acest tip folosesc senzori formați din elemente piroelectrice. Acești senzori înregistrează diferența de temperatură și apoi o convertesc în tensiune.
Scanere cu radiofrecvență. Scanerele de acest tip constau din microantene care generează un semnal slab și, pe baza cantității de forță electromotoare primită ca răspuns de la modelul papilar, se formează imaginea finală a amprentei.
Scanere termice continue. La fel ca scanerele termice. Singura diferență este că trebuie să glisați degetul peste suprafața de scanare, în loc să îl apăsați.
Scanere capacitive cu broșă. Tehnologia de obținere a unei imagini este aceeași ca la cele capacitive, dar metoda de achiziție diferă prin faptul că degetul este trecut peste suprafața de scanare.
Scanere cu broșă cu radiofrecvență. Principiul de funcționare al acestor dispozitive este același ca și în cazul dispozitivelor cu frecvență radio, dar metoda de captare a unei imagini nu este prin plasarea unui deget pe dispozitiv, ci prin trecerea unui deget pe suprafața acestuia.
Scanere optice
Acest tip de scaner de amprentă primește o imagine a unui deget folosind o metodă optică. Funcționarea dispozitivelor de acest tip se bazează pe diverse tehnologii.
Scanere FTIR. Aceste dispozitive folosesc efectul reflexiei interne perturbate.
Scanere cu fibră optică. este o matrice de fibră optică, fiecare fibră conținând o fotocelulă.
- Scanere electro-optice. Imaginea este obținută dintr-un polimer electro-optic, care conține un strat emițător de lumină.
Scanere optice cu broșă. Acest tip de echipament este o modificare a dispozitivelor cu fibră optică în care, pentru a obține o imagine, trebuie să treceți degetul peste suprafață, mai degrabă decât să o aplicați.
Scanere cu role. Pentru a obține o imagine, trebuie să vă mișcați degetul de-a lungul videoclipului, unde sunt luate imagini ale degetului cu modele papilare.
Scanere fără contact. Scanarea degetelor este efectuată fără contact. Degetul este aplicat pe orificiu, unde este iluminat de mai multe surse, iar camera incorporata capteaza imaginea degetului.
Scanere cu ultrasunete
Acest tip de dispozitiv scanează suprafața degetului cu unde ultrasonice și, pe baza distanței măsurate a undelor reflectate de la depresiuni și proeminențe, se construiește o imagine. Acest tip de dispozitiv diferă de cele discutate mai sus prin faptul că rezultatul scanării este de o calitate superioară.
Astăzi sunt depozite de informații personale și chiar financiare importante. Și aceste informații au nevoie de protecție fiabilă, protejată de un scaner de amprente într-un smartphone.
Scaner de amprentă – nouă protecție a datelor
În viitor, smartphone-urile noastre vor conține doar mai multe date financiare personale. Acum, majoritatea concetățenilor noștri nu folosesc portofele virtuale conectate la dispozitivele noastre mobile, dar în timp, comoditatea plăților contactless îi va forța să le privească mai atent. Prin urmare, protejarea datelor cardurilor noastre bancare, care vor fi stocate într-un smartphone, va deveni mai relevantă ca niciodată.
Până de curând, ne bazam pe parole, modele sau coduri PIN pentru a proteja dispozitivele mobile de accesul neautorizat. Acestea sunt metode cu adevărat fiabile în condiții moderne, dar pot fi și sparte. Ca o alternativă la acestea, Apple a propus la un moment dat utilizarea tehnologiei de identificare a utilizatorilor cu amprentă. Odată ajuns în smartphone-uri, scannerul de amprentă a câștigat rapid popularitate, așa că nu este de mirare că au apărut și mari producători de dispozitive Android precum Samsung, HTC, Huawei și alții cu modele cu el.
Cu toate acestea, 2015 a fost cel mai de succes an pentru această tehnologie. Scanerul de amprentă nu mai este un atribut doar al smartphone-urilor premium și, prin urmare, scumpe. Anul acesta, mulți producători chinezi și-au echipat dispozitivele low-cost cu scanere, asigurând astfel calea tehnologiei către mase. De la sfârșitul acestui an, există deja smartphone-uri la prețuri de aproximativ 100 de dolari cu scanere de amprente. De aceea, putem presupune că în viitor scannerul va deveni un atribut la fel de integral al unui smartphone ca și camera.
Este bine sau rău? Nu avem un răspuns clar. Ca orice altă tehnologie, scanerele de amprente pentru smartphone-uri au avantajele și dezavantajele lor. Am decis să facem o analiză detaliată a ceea ce este bun și ce este rău la această tehnologie. Cei care îl folosesc sau sunt pe cale să achiziționeze un smartphone cu scaner pot găsi aceste informații utile.
Avantajele utilizării unui scaner de amprente
S-au spus deja multe despre avantajele utilizării tehnologiei pentru a identifica proprietarul unui dispozitiv mobil folosind amprenta sa. Dacă evidențiem trei componente principale, acestea vor fi: ușurința în utilizare, securitatea și noi oportunități. Să aruncăm o privire mai atentă la fiecare dintre aceste componente.
Ușurința în utilizare a scanerului
Cei care au întâlnit prima dată această metodă de identificare observă că utilizarea acesteia pe smartphone este foarte convenabilă. Nu mai trebuie să vă deranjați să veniți cu diverse parole, chei grafice sau doar coduri PIN. Doar o atingere și smartphone-ul este deblocat. Acest lucru, desigur, nu numai că economisește timp, dar are și un alt avantaj incontestabil - nu trebuie să vă amintiți nimic.
În viața noastră se întâmplă ca parolele să fie adesea pierdute sau uitate. Și degetele noastre sunt mereu cu noi, iar modelul de pe ele nu se schimbă, așa că nu trebuie să vă temeți că pierdeți accesul la smartphone-ul dvs. și la informațiile importante stocate pe acesta.
Noi oportunitati
Mai mult, în condiții moderne, scanerul de amprente dintr-un smartphone a încetat să mai fie doar un instrument de deblocare. Din ce în ce mai mult, producătorii ne oferă să folosim această tehnologie pentru a ne autentifica pe site-urile noastre preferate, fără a introduce un login și o parolă. Din ce în ce mai mulți dezvoltatori de aplicații folosesc un scaner pentru a confirma achizițiile în aplicație. Și sistemele de plată fără contact, cum ar fi Apple Pay sau Samsung Pay, sunt în general construite pe baza acestei tehnologii, care oferă confirmarea finală a plății necesare de la un card bancar conectat.
Securitatea tehnologiei de identificare
Ei bine, probabil cel mai semnificativ avantaj al utilizării scanerelor de amprente în smartphone-uri este securitatea sporită. În esență, doar proprietarul poate accesa dispozitivul mobil și informațiile stocate pe acesta.
Este bine cunoscut faptul că nu există două amprente la fel, așa că deblocarea unui smartphone de către o altă persoană este aproape imposibilă. În plus, alte metode de protecție, cum ar fi parolele, codurile PIN și cheile grafice, pot fi fie spionate, fie „pirate”, în timp ce acest lucru nu se poate face cu o amprentă.
Desigur, teoretic, există o opțiune, mai degrabă ca o poveste de spionaj, cu luarea amprentei, de exemplu dintr-un pahar, și aplicarea acesteia pe o peliculă specială care este folosită pentru identificare. Cu toate acestea, în practică, are sens să folosești astfel de metode numai dacă ești o persoană foarte importantă, iar informațiile de „importanță națională” sunt stocate pe smartphone-ul tău. Deci, în multe privințe, un scaner de amprentă este mai sigur decât alte metode de păstrare a informațiilor de pe un dispozitiv în siguranță.
Dar, ca orice butoi de miere, există o muscă în unguent; utilizarea scanerelor de amprente are și dezavantajele sale.
Scaner de amprente: ceva la care să te gândești
Și oricât de paradoxal ar suna, principalul dezavantaj al scanerelor este că sunt prezentate ca principalul lor avantaj - siguranța. Când cumpărați pentru prima dată un smartphone cu un scaner de amprentă, prima dată când îl porniți, acesta vă va cere să lăsați amprentele. Aceste informații sunt digitizate și stocate în memoria smartphone-ului. Specialiștii Apple au făcut o treabă mult mai bună de a proteja aceste date decât dezvoltatorii de sisteme de operare Android, dar nu totul este atât de roz aici.
De fapt, în smartphone-urile Android, datele despre amprentele proprietarului sunt stocate sub formă de fișiere necriptate în memoria locală a dispozitivului, ceea ce îl face foarte vulnerabil în fața hackerilor. Deci, de fapt, un smartphone poate fi mai puțin sigur decât își poate imagina proprietarul. Programatori din întreaga lume au acordat în mod repetat atenție acestui lucru, iar la mijlocul acestui an au apărut informații pe internet că hackerii au reușit să „pirateze” unele smartphone-uri și să obțină aceste date.
Ce se întâmplă dacă parola sau PIN-ul tău devin cunoscute atacatorilor? Doar îl schimbați și astfel vă protejați datele. Dacă informațiile despre amprenta dvs. sunt furate, nu veți putea face nimic, iar datele dumneavoastră vor fi întotdeauna expuse riscului de acces neautorizat.
Cum se asigură securitatea informațiilor personale?
Dacă folosiți sau nu un scaner de amprentă într-un smartphone este ceva ce poate decide fiecare pentru ei înșiși. În plus, această întrebare, aparent, ne va confrunta pe cei mai mulți dintre noi, deoarece astfel de scanere vor deveni în curând obișnuite și un accesoriu familiar pentru toate smartphone-urile fără excepție.
În opinia noastră, este important să menținem un echilibru între ușurința de utilizare și securitate. La urma urmei, mulți dintre noi nu folosesc deloc instrumente pentru a ne proteja gadgeturile mobile, nedorind să pierdem timpul cu pași suplimentari la deblocare. Prin urmare, pentru ei, scanerul de amprentă nu va face decât să deblocheze dispozitivul și mai ușor. Pentru alții, acesta este un motiv de gândire.
Pentru cei care doresc să protejeze în mod fiabil informațiile personale, le putem sfătui utilizarea protecției pe mai multe niveluri, mai ales că smartphone-urile moderne permit acest lucru. De exemplu, după ce ați introdus o parolă, un model sau un cod PIN, vă puteți identifica folosind o amprentă. Sau invers, după ce ați pus degetul pe scaner, introduceți o altă tastă.
În cele din urmă, este o prostie să reziste dezvoltării tehnologiei și să te privezi de comoditatea și confortul pe care le aduce aceasta. Înarmat cu informațiile necesare culese din acest articol și luând câțiva pași suplimentari cu smartphone-ul tău, îl poți proteja în mod fiabil de accesul persoanelor neautorizate.
Folosești un scaner de amprentă pe smartphone-ul tău? Împărtășește-ți experiența în comentariile articolului.
INTRODUCERE
Relevanţă dezvoltarea tehnologiilor biometrice de identificare personală se datorează unei creșteri a numărului de obiecte și fluxuri de informații care trebuie protejate împotriva accesului neautorizat și anume: criminalistică; sisteme de control acces; sisteme de identificare personală; sisteme de comert electronic; securitatea informațiilor (acces la rețea, autentificare pe computer); înregistrarea orelor de lucru și înregistrarea vizitatorilor; sisteme de vot; efectuarea de plăți electronice; autentificare pe resurse Web; diverse proiecte sociale în care este necesară identificarea persoanelor; proiecte de identificare civilă (trecerea frontierelor de stat, eliberarea vizelor pentru a vizita țara) etc.
Spre deosebire de identificatoarele de hârtie (pașaport, permis de conducere), parola sau numărul de identificare personală (PIN), caracteristicile biometrice nu pot fi uitate sau pierdute, sunt greu de falsificat și aproape imposibil de schimbat.
Activitățile companiilor private, organizațiilor guvernamentale și laboratoarelor implicate în probleme de biometrie sunt coordonate de Consorțiul Biometric Consorțiul BioAPI. Principalii producători de sisteme biometrice sunt: BioLink Technologies, Bioscrypt, Precise Biometrics, Neurotechnologiya, DigitalPersona, Ethentica, Identix, Staflink, Vericom, etc. Având în vedere că principalele tehnologii biometrice sunt dezvoltate și îmbunătățite în străinătate, este relevant să ne creăm propriile noastre tehnologii. tehnologii biometrice pentru a elimina decalajul rezultat în dezvoltarea sistemelor biometrice între producătorii autohtoni și cei străini și îmbunătățirea în continuare paralelă (și eventual în comun) a sistemelor biometrice. Drept urmare, propriile noastre dezvoltări vor fi cu cel puțin un ordin de mărime mai ieftine. În același timp, identificarea amprentelor digitale este cea mai de succes tehnologie biometrică datorită ușurinței în utilizare, confortului și fiabilității. Probabilitatea de eroare la identificarea unui utilizator folosind amprentele digitale este mult mai mică în comparație cu alte metode biometrice. În plus, dispozitivul de identificare a amprentei în sine este de dimensiuni reduse și accesibil.
Scopul tezei de master: crearea unui sistem biometric de control al accesului folosind amprente, rezistent la zgomot și independent de calitatea imaginilor de intrare, bazat pe analiză, menținând în același timp acuratețea și fiabilitatea optimă a sistemului și creșterea vitezei de căutare.
Probleme rezolvate în teza de master:
Noutatea tezei de master: creșterea vitezei de căutare în sistem menținând în același timp acuratețea și fiabilitatea optimă a sistemului printr-o combinație de diverse clasificatoare și identificarea celor mai precise metode de efectuare a unei căutări rapide și corecte în clasa definită de clasificator. Performanța este planificată să fie atinsă prin segmentarea corectă a bazei de date de amprentă a sistemului în conformitate cu distribuția naturală a claselor (0,279, 0,317, 0,338, 0,037 și 0,029 pentru clasele curl, bucla dreapta, bucla stânga, arc și, respectiv, emisferă) , și, de asemenea, eventual prin combinarea mai multor clase într-una singură. În special, performanța și acuratețea sistemului sunt îmbunătățite semnificativ atunci când clasele arc și emisfere sunt combinate într-o singură clasă. Precizia clasificării este, de asemenea, planificată să fie îmbunătățită prin implementarea unei metode eficiente pentru detectarea poziției punctului central și introducerea unui modul de îmbunătățire a imaginii amprentelor digitale în sistem înainte de a efectua etapa de extracție a punctului caracteristic.
1. DESCRIEREA OBIECTULUI DE INFORMATIZARE
Obiectul de studiu al acestei lucrări este o imagine a amprentei, care este un model papilar pe suprafața degetelor. Unicitatea fiecărei amprente poate fi determinată de modelul pe care îl formează aceste creste și caneluri, precum și alte detalii. Astfel, în fiecare amprentă pot fi definite două tipuri de caracteristici - globale și locale.
Semne globale- cele care pot fi văzute cu ochiul liber:
În amprentarea tradițională, modelele papilare ale degetelor sunt împărțite în trei clase principale: arc (aproximativ 5% din toate amprentele), buclă (65%) și spirală (30%); Pentru fiecare clasă, se realizează o clasificare mai detaliată în subclase. În cadrul acestei lucrări, clasificarea se va face în cinci clase: curl (W), bucla dreapta (R), bucla stânga (L), arc (A) și emisferă (T).
Figura 1.1 prezintă câteva exemple de amprente aparținând claselor principale.
Figura 1.1 - Principalele clase de amprente luând în considerare distribuția naturală. a) Bucla stângă, b) Bucla dreaptă, c) Curl, d) Arc, e) Emisferă.
Semne locale se numesc detalii - caracteristici unice fiecărei amprente care determină punctele de modificare a structurii liniilor papilare (termină, bifurcare, ruptură etc.), orientarea liniilor papilare și coordonatele în aceste puncte. Fiecare imprimare conține până la 70 de detalii.
Următoarele detalii sunt evidențiate în imaginea cu amprentă (Figura 1.2):
Figura 1.2 – Exemple de piese.
Practica arată că amprentele unor persoane diferite pot avea aceleași caracteristici globale, dar este absolut imposibil să aveți aceleași detalii. Prin urmare, atributele globale sunt folosite pentru a împărți baza de date în clase și în etapa de autentificare. La a doua etapă de recunoaștere (identificare unică), sunt utilizate caracteristici locale.
Obținerea unei reprezentări electronice a amprentelor digitale cu un model papilar clar vizibil este o sarcină destul de dificilă. Deoarece amprenta este prea mică, trebuie folosite metode destul de sofisticate pentru a obține o imagine de înaltă calitate a acesteia. Metoda modernă de obținere a unei imagini electronice a unei amprente este scanarea.
2. EXAMINARE LOCALĂ A SISTEMELOR CARE REALizează RECUNOAȘTEREA AMPRENTELOR.
Sarcina recunoașterii imaginii amprentelor a fost tratată de maestrul DonNTU Evstunicheva A.V. Tema tezei de master: În timpul tezei de master, au fost create probe de verificare și testare a amprentelor, a fost parțial implementată o abordare multicanal pentru clasificarea amprentelor. În special, a fost obținut un vector de caracteristici - Codul degetelor și pe baza acestuia, clasificarea a fost efectuată folosind metoda distanței euclidiene. Cu toate acestea, vectorul caracteristic nu a fost generat destul de corect din cauza funcționării inexacte a algoritmului pentru determinarea locației punctului central. Cu toate acestea, a fost creată o bază excelentă - teoretică și practică - pentru cercetări ulterioare și continuarea lucrărilor în această direcție.
3. EVALUAREA GLOBALĂ A SISTEMELOR CARE REALIZA RECUNOAȘTEREA AMPRENTELOR.
3.1 Revizuirea abordărilor pentru clasificarea automată a amprentelor digitale.
Clasificarea amprentei este o metodă folosită pentru a clasifica o amprentă pe baza caracteristicilor sale într-una dintre mai multe clase predefinite care pot oferi un mecanism de indexare. Clasificarea automată a amprentelor este o problemă dificilă, deoarece trebuie luate în considerare mici diferențe intra-clasă și diferențe mari între clase între 5 clase. Clasificarea amprentelor este un nivel grosier (agregat) de potrivire a amprentei. Mai întâi, amprenta introdusă este atribuită la un nivel grosier uneia dintre mai multe clase predefinite și apoi, la un nivel mai precis, este comparată cu setul de amprente disponibile în baza de date.
Ca urmare a dezvoltării științei amprentei, s-au găsit mai multe abordări pentru a clasifica automat o amprentă. Aceste abordări pot fi reprezentate aproximativ în cinci categorii principale:
1) Pe baza modelului. Metoda de clasificare a amprentei bazată pe model folosește locațiile punctelor caracteristice (nucleu și ramificație) pentru a clasifica amprenta într-una dintre cele cinci clase de mai sus. Abordarea bazată pe model folosește cunoștințele experților umani prin aplicarea regulilor pentru fiecare categorie a unui model construit manual și, prin urmare, necesită instruire. Acest grup de abordări a fost dezvoltat de (K. Karu, A.K. Jain, L. Hong).
2) Pe baza structurii. Abordarea bazată pe structură utilizează o estimare a câmpului de orientare dintr-o imagine de amprentă pentru a atribui o amprentă uneia dintre cele cinci clase. Rețeaua neuronală de recunoaștere a amprentei a fost antrenată pe imagini de la 2000 de degete (o imagine pe deget) și testată pe un set independent de 2000 de imagini luate de la aceleași degete. O versiune ulterioară a acestui algoritm (G.T. Candela, P.J. Grother, C.I. Watson, R.A. Wilkinson și C.L. Wilson) a fost testată pe baza de date NIST-14, care este o bază de date distribuită în mod natural, oferind o performanță mai bună a algoritmului. Totuși, trebuie așteptată îmbunătățirea acestei reprezentări, deoarece baza de date NIST-14 conține un procent mic de amprente de arc care sunt cel mai greu de clasificat, iar rețeaua neuronală utilizată în algoritm folosește implicit această informație în avantajul său. O abordare similară bazată pe structură, care utilizează modele Markov ascunse pentru clasificare (A. Senior), se bazează pe robustețea estimării locațiilor proeminențelor, care este o provocare din cauza zgomotului imaginii. O altă abordare bazată pe structură utilizează curbele B-spline (curbe polinomiale de bază) pentru a clasifica amprentele (M. M. S. Chong, T. H. Ngee, L. Jun și R. K. L. Gay).
3) Pe baza frecvenței. Abordările bazate pe frecvență utilizează spectrul de frecvență al amprentelor digitale pentru clasificare. Aici sunt folosite seriile Fourier (A.P. Fitz și R.J. Green).
4) Abordare sintactică. Abordarea sintactică folosește o gramatică formală pentru a reprezenta și clasifica amprentele (C.V.K. Rao și K. Black).
5) Abordări hibride. Abordările hibride combină două sau mai multe tipuri de abordări de clasificare (B.G. Sherlock și D.M. Monro, M. Kawagoe și A. Tojo). Aceste abordări sunt promițătoare, dar nu au fost testate pe baze de date mari. De exemplu, raportul lui M. M. S. Chong et al. se încheie cu 89 de amprente, Fitz și Green cu 40 de amprente, iar M. Kawagoe și A. Tojo cu 94 de amprente. Cel mai promițător este un clasificator în două etape, care ar permite mai întâi alocarea unei amprente digitale uneia dintre subclase și apoi să facă o comparație în această subclasă. Printre abordările hibride, ocupă un loc aparte.
3.2. Prezentare generală a clasificatoarelor de imagini cu amprentă
Să luăm în considerare câțiva dintre cei mai cunoscuți și utilizați clasificatori: clasificator K-nearest neighbors, clasificator de rețele neuronale, clasificator în două etape, clasificator de model Markov ascuns, clasificator de arbore de decizie.
1. Clasificator K-Cel mai apropiat vecin. Regula de decizie pentru K-mai apropiați vecini este că cei K-mai apropiați vecini pentru proba de testare din spațiul caracteristic sunt mai întâi găsiți. Eșantionul de testare este apoi atribuit clasei care este cel mai frecvent reprezentată printre cei mai apropiați „K” vecini. Primele două clase care au fost găsite de clasificatorul K-cel mai apropiat vecin ar trebui să corespundă claselor care au cel mai mare și al doilea cel mai mare număr dintre vecinii K-cel mai apropiat. În mod obișnuit, sunt luați în considerare cei mai apropiați 10 vecini (K=10). Precizia clasificării nu crește întotdeauna odată cu creșterea K; aici apare o problemă de clasificare asociată cu determinarea valorii optime a lui K pentru un eșantion de testare de dimensiune finită.
2. Clasificator de rețea neuronală. În acest caz, o rețea neuronală feedforward multistrat a fost antrenată folosind algoritmul de propagare rapidă ca algoritm de antrenament. Rețeaua neuronală are un strat ascuns de 20 de neuroni, 192 de neuroni de intrare și 5 de ieșire, care corespund la cinci clase.
3. Clasificator în două etape. Pentru a simplifica problema de clasificare, descompunem problema cu 5 clase într-un set de 10 probleme cu 2 clase. Scopul este de a efectua o sarcină simplă de clasificare folosind un clasificator K-cel mai apropiat vecin și apoi de a folosi un set de clasificatoare de rețele neuronale cu două clase pentru a manipula diferențele subtile.
Prima etapă utilizează un clasificator K-cel mai apropiat vecin (K = 10) pentru a selecta cele două clase cele mai probabile pentru eșantionul de intrare curent. Am constatat prin observație că în 85,4% din cazuri, clasa cu cea mai mare frecvență de a se afla în grupul de vecini „K” cei mai apropiați este clasa corectă (clasa a trecut de clasificare) iar în 12,6% din cazuri clasa cu a doua. cea mai mare frecvență este și clasa corectă. Cu alte cuvinte, clasificatorul K-cel mai apropiat vecin are ca rezultat găsirea celor două clase cu cea mai mare frecvență de a fi în grup cu o precizie de 98%. Acest rezultat este folosit pentru a atribui cu precizie amprentele la două dintre cele cinci clase. Fiecare amprentă va avea o intrare în două din cele cinci clase de baze de date, iar căutarea unei potriviri în baza de date trebuie făcută numai în cele două clase corespunzătoare.
A doua etapă utilizează 10 (C 2 5) rețele neuronale diferite pentru 10 clasificări diferite pe perechi. Aceste rețele neuronale au 192 de neuroni de intrare, 20-40 de neuroni ascunși într-un strat ascuns și 2 neuroni de ieșire. Fiecare rețea neuronală este antrenată să utilizeze mostre din doar două clase relevante din setul de antrenament. De exemplu, o rețea neuronală care găsește diferența dintre bucla dreaptă și spirală este antrenată să folosească numai mostre etichetate ca buclă dreaptă și spirală în setul de antrenament. Diagrama unui clasificator în două etape este prezentată în Figura 3.1.
Figura 3.1 - Schema unui clasificator în două etape.
Deși acest clasificator este robust la zgomot și este capabil să clasifice corect majoritatea amprentelor de calitate scăzută din baza de date NIST-4, acesta suferă de alte imagini de amprentă care sunt de o calitate foarte scăzută și nu conțin informațiile de proeminență prezente în partea centrală. a amprentei. În cazul amprentelor de calitate scăzută, este foarte dificil să detectați corect punctul central. De asemenea, clasificatorul nu poate clasifica corect imaginile cu buclă dublă care sunt etichetate ca curl în baza de date NIST-4. Pentru aceste imagini, algoritmul pentru determinarea poziționării punctului central selectează punctul central de deasupra și presupune că acesta este centrul și, la inspecție, determină că centrul imaginii este ca o buclă în regiunea de interes, rezultând în clasificarea greșită a spiralei ca buclă dreaptă sau buclă stângă. Aproximativ 3% dintre erori apar ca urmare a clasificării greșite a unei bucle într-un arc, din cauza diferenței subtile dintre aceste clase. Clasificarea incorectă a unui arc într-o emisferă reprezintă aproximativ 5% dintre erori.
3.3 Revizuirea algoritmilor de comparare a amprentelor din clasa găsită
În prezent, se disting următoarele clase de algoritmi de comparare a amprentelor:
Scanere de amprente. Clasificare și metode de implementare
- Hardware de calculator
Acum aproximativ un an, în timp ce scriam o lucrare de curs, a trebuit să mă întâlnesc față în față cu scanere de amprente. Îmi amintesc clar cât de neplăcut de surprins am fost de diversitatea lor - desigur, pentru că pentru fiecare a trebuit să caut canale de scurgere de informații și să scriu o metodologie de evaluare a acestora. Și totuși rămâne faptul că în prezent există modalități fundamental diferite de obținere a amprentelor cu diferite grade de fiabilitate și eficiență.
Despre scanare
Cu puțin peste un an în urmă, problema identificării biometrice a fost pusă pe Habré, așa că voi da pe scurt informații generale. Fiziologic, o amprentă este un așa-numit model papilar - o configurație de proiecții (cresturi) care conțin pori individuali separați de depresiuni. Sub pielea degetului este o rețea de vase de sânge. De asemenea, o amprentă este asociată cu anumite caracteristici electrice și termice ale pielii. Aceasta înseamnă că lumina, căldura sau capacitatea electrică (sau o combinație a ambelor) pot fi folosite pentru a obține o imagine a unei amprente. Amprenta se formează în timpul dezvoltării fătului și nu se schimbă de-a lungul vieții unei persoane; în plus, dacă este deteriorată, după un timp își restabilește structura inițială. Nici măcar gemenii identici nu au amprente identice. În ceea ce privește fiabilitatea, scanarea amprentei este a doua după analiza ADN-ului, precum și scanarea irisului sau a retinei.Toate scanerele de amprente existente pot fi împărțite în trei grupuri: optice, semiconductoare și ultrasonice. În plus, fiecare metodă are mai multe metode de implementare.
Scanere optice
Scanerele optice se bazează pe utilizarea metodelor optice pentru obținerea imaginilor. Există mai multe modalități principale de implementare a metodei optice:Metoda reflexiei optice
Această metodă utilizează efectul Reflecției Interne Totale Frustrate. Efectul este că atunci când lumina cade pe interfața dintre două medii, energia luminii este împărțită în două părți - una este reflectată de graniță, cealaltă pătrunde prin graniță în al doilea mediu. Fracția de energie reflectată depinde de unghiul de incidență a fluxului luminos. Pornind de la o anumită valoare a unui unghi dat, toată energia luminoasă este reflectată de interfață.
Acest fenomen se numește reflexie internă totală. În cazul contactului unui mediu optic mai dens (suprafața unui deget) cu unul mai puțin dens în punctul de reflexie internă totală, un fascicul de lumină trece prin această limită. Astfel, doar fasciculele de lumină care lovesc anumite puncte de reflexie internă totală, cărora nu a fost aplicat modelul papilar al degetului, vor fi reflectate de la limită. Pentru a capta imaginea luminoasă rezultată a suprafeței degetului, se folosește un senzor de imagine special (CMOS sau CCD, în funcție de implementarea scanerului).
Dezavantajele metodei:
Sensibilitate la poluare
Principalii producători de astfel de scanere sunt BioLink, Digital Persona, Identix.
Metoda optică de transmisie
Scanerele de acest tip sunt o matrice de fibră optică în care toate ghidurile de undă de ieșire sunt conectate la fotosenzori.
Sensibilitatea fiecărui senzor permite ca lumina reziduală care trece prin deget să fie detectată în punctul de contact al degetului cu suprafața matricei. Imaginea întregului print este formată din datele citite de la fiecare senzor foto.
Această metodă are multe alte avantaje:
Fiabilitate ridicată la citire
Rezistența la înșelăciune
Cu toate acestea, această metodă are și un dezavantaj semnificativ - complexitatea implementării sale:
Acest tip de scaner este produs de Security First Corp.
Scanere optice fără contact
Scanerele optice fără atingere, crezi sau nu, nu necesită contact direct cu degetul cu suprafața dispozitivului de scanare. Degetul este plasat pe orificiul scanerului, mai multe surse de lumină îl luminează de jos din diferite părți, în centrul scanerului se află o lentilă prin care informațiile colectate sunt proiectate pe o cameră CMOS, care convertește datele primite în o imagine a amprentei.
Cel mai important producător de scanere de acest tip este Tehnologia Senzorului Touchless.
(Din anumite motive nu există nimic despre avantaje/dezavantaje)
Scanere cu semiconductori
Scanerele cu semiconductori se bazează pe utilizarea proprietăților semiconductoarelor care se modifică în punctele de contact ale crestelor modelului papilar cu suprafața scanerului pentru a obține o imagine a suprafeței degetului.Scanere capacitive
Scanerele capacitive sunt cele mai comune dispozitive semiconductoare utilizate astăzi pentru obținerea de imagini cu amprentă digitală. Lucrarea lor se bazează pe efectul modificării capacității joncțiunii p-n a unui semiconductor atunci când creasta modelului papilar intră în contact cu un element al matricei semiconductoare. Există modificări ale scanerelor capacitive în care fiecare element semiconductor din matrice acționează ca o placă de condensator, iar un deget ca altul. Când un deget este aplicat senzorului, se formează o capacitate între fiecare element sensibil și proeminența-recașul modelului papilar, a cărui dimensiune este determinată de distanța dintre suprafața de relief a degetului și element. Matricea acestor capacități este convertită într-o imagine de amprentă.Avantajele datorate popularității sale sunt:
Cost scăzut
Fiabilitate
Defecte:
Protecție ineficientă împotriva manechinelor
Principalii producători de scanere de acest tip sunt Infineon, STMicroelectronics, Veridicom.
Scanere RF
Scanerele de câmp RF utilizează o matrice de elemente, fiecare dintre acestea acționând ca o antenă în miniatură. Modulul de radiofrecvență generează un semnal de intensitate scăzută și îl direcționează către suprafața degetului care este scanat. Fiecare dintre elementele sensibile ale matricei primește un semnal reflectat din modelul papilar. Mărimea EMF indusă în fiecare antenă în miniatură depinde de prezența sau absența unei creste papilare în apropierea acesteia. Matricea de stres astfel obținută este convertită într-o imagine digitală a amprentei.Avantaje:
Deoarece sunt analizate proprietățile fiziologice ale pielii, probabilitatea ca acest scaner să înșele tinde spre zero
Defecte:
Funcționare instabilă cu contact slab cu degetele
Un producător binecunoscut de scanere cu frecvență radio este Authentec.
Scanere folosind metoda presiunii
Scanerele de presiune folosesc o matrice de elemente piezoelectrice sensibile la presiune în proiectarea lor. Atunci când un deget este aplicat pe suprafața de scanare, proeminențele de creastă ale modelului papilar exercită presiune asupra unui anumit subset de elemente ale matricei. Depresiunile din modelul pielii nu exercită nicio presiune. Astfel, totalitatea tensiunilor obținute din elementele piezoelectrice este convertită într-o imagine de amprentă.Această metodă are o serie de dezavantaje:
sensibilitate scăzută
protecție ineficientă împotriva manechinelor
susceptibile de a fi afectate de o forță excesivă
Scanerele sensibile la presiune sunt produse de BMF.
Scanere termice
Scanere termice - astfel de dispozitive folosesc senzori care constau din elemente piroelectrice care fac posibilă înregistrarea diferențelor de temperatură și transformarea acestora în tensiune.Când plasați degetul pe scaner, pe baza temperaturii proeminențelor modelului papilar care ating elementele piroelectrice și a temperaturii aerului din depresiuni, se construiește o hartă de temperatură a suprafeței degetului, care este ulterior convertită. într-o imagine digitală.
Metoda temperaturii are multe avantaje:
rezistenţă mare la descărcarea electrostatică
funcționare stabilă pe o gamă largă de temperaturi
protecție eficientă împotriva manechinelor.
Dezavantajele acestei metode includ faptul că imaginea dispare rapid. Când aplicați degetul în primul moment, diferența de temperatură este semnificativă și nivelul semnalului este în mod corespunzător ridicat. După un timp scurt (mai puțin de o zecime de secundă), imaginea dispare pe măsură ce degetul și senzorul ating temperatura echilibrului.
Metoda cu ultrasunete
În acest grup, există în prezent o singură metodă, care se numește astfel. Scanerele cu ultrasunete scanează suprafața degetului folosind unde ultrasonice. Distanțele dintre sursa undelor și crestele și văile modelului papilar sunt măsurate prin ecoul reflectat de acestea.
Calitatea imaginii rezultate este de zeci de ori mai bună decât orice altă metodă de pe piața biometrică. În plus, această metodă este aproape complet protejată de manechine, deoarece, pe lângă amprenta papilară, permite obținerea de informații despre alte caracteristici, de exemplu, pulsul.
Defecte:
Cost ridicat
Cel mai important producător de scanere de acest tip este Ultra-Scan Corporation.
