Sodobne metode biometrične identifikacije. Kako se izvaja identifikacija prstnih odtisov? Sistemi za identifikacijo šarenice

Iskanje storilcev kaznivih dejanj in ugotavljanje njihove vpletenosti v določena kazniva dejanja je glavna prioriteta policijskih uprav v vseh državah sveta. Kot nesporen dokaz osumljenčeve krivde se uporabljajo prstni odtisi, tako imenovani papilarni vzorec. Kot veste, je verjetnost, da boste srečali ljudi z enakimi črtami, preprosto zanemarljiva. Toda kako to vemo? Pri tem nam pomaga posebna znanstvena disciplina – prstni odtis. To je isti odsek forenzične znanosti, ki v našem času velja za glavnega in najpomembnejšega za študij. Danes bomo govorili o njem.

Kaj je prstni odtis?

Sodobno forenziko si je precej težko predstavljati brez te znanosti, še težje pa je razumeti, kako so policisti 18. in 19. stoletja izvajali preiskave zločinov brez baze prstnih odtisov. Konec koncev je prstni odtis metoda prepoznavanja človekove osebnosti, pri kateri se uporablja individualnost odtisov njegovih prstov in dlani.

Trenutno na tej metodi temelji forenzika, vsi laboratoriji za prstne odtise na svetu delajo z identično tehnologijo. Čeprav lahko rečemo, da je ta znanost ena najmlajših in najmanj raziskanih. Da, da, metoda, na katero se sklicujejo na vseh sodiščih, je znanstveno nepreverjena. Kako se je to lahko zgodilo? Zdaj vam bomo vse podrobno povedali.

Zgodovina prstnih odtisov

Pravzaprav so ljudje vedno imeli idejo, da so vzorci na konicah prstov različni za vsako osebo. Temu so dali mistični pomen in ga uporabljali za lastne namene v Babilonu in na Kitajskem. Veljalo je, da če oseba pod kateri koli dokument da prstni odtis, potem je preprosto dolžan izpolniti pogoje pogodbe. Čeprav takrat nikomur ni prišlo na misel, da bi razvrstil papilarni vzorec.

Mnogi menijo, da je Anglež William Herschel ustanovitelj prstnih odtisov. Konec devetnajstega stoletja je deloval v Indiji in se pri pripravi finančnih dokumentov nenehno srečeval s primeri goljufij. Dejstvo je, da so bili Indijanci večinoma nepismeni ljudje in so pod pogodbe dajali le šopek. Niso pa menili, da so dolžni izpolnjevati svoje obveznosti. Zato je Herschel, ki se je spomnil mističnega pomena odtisov rok za Indijance, uvedel pogoj puščanja odtisa po pogodbi. Presenetljivo je metoda delovala in Herschel je prejel 100-odstotno skladnost s pravili in pogoji, navedenimi v dokumentu. Med svojim delom je Anglež opazil, da se vsak odtis razlikuje od drugega in da ni dveh enakih.

S pomočjo istih odtisov se je William rešil nenehnih izpadov pri izplačilu plač vojakom, ki so pošiljali tudi svoje sorodnike po denar in tako prejemali dvojno ali celo trojno plačo. Potem ko jim je Herschel naročil, naj pustijo prstne odtise v registru, se je stanje normaliziralo. Vse to je zelo zanimalo Angleža, ki je začel resno preučevati različne odtise rok. Večjo ko si je nabral podlago, bolj se je prepričal, kako individualni so vzorci na rokah človeka.

Radovedni Anglež je kriminalcem v lokalnem zaporu celo vzel prstne odtise in tam uredil stvari. Konec koncev, prej so številni prekrški ostali nekaznovani zaradi nezmožnosti Evropejcev, da bi Indijce razlikovali po obrazih. Takoj, ko je preiskava začela posvečati pozornost prstnim odtisom, se je težava rešila sama od sebe. Lahko rečemo, da se je prstni odtis rodil prav v tem trenutku.

Razvoj prstnih odtisov

Pošteno je treba reči, da se ni samo Herschel lotil preučevanja prstnih odtisov različnih ljudi. Vzporedno je več drugih ljudi delalo na tej novi metodi. Na primer, eden od nadarjenih škotskih zdravnikov G. Faulds je povsem po naključju opazil prstne odtise na glinenih predmetih, ki so jih izdelali japonski obrtniki. Te risbe so ga začele zanimati in se odločil ugotoviti, kako raznolike so in ali se lahko spreminjajo skozi življenje. Svojim pacientom, služabnikom in samo znancem je jemal prstne odtise. Na njegovo veliko presenečenje se niso nikoli ponovili. Poleg tega so se popolnoma ujemali z sledovi, ki so ostali na steklu ali kateri koli drugi polirani površini. Ta opažanja so ga celo navdihnila za pisanje znanstvenega članka, ki pa ni pritegnil pozornosti javnosti.

Ne zadnja vloga pri razvoju prstnih odtisov pripada policistu Bertillonu. Svojim policistom je naročil, naj vzamejo prstne odtise vsem pridržanim in osumljencem. Kot rezultat, je zbral obsežno kartotečno omaro, ki je pomagala pri reševanju številnih zločinov. To je bilo prvič v zgodovini, da se je prstni odtis v forenziki izkazal za upravičeno in uporabno metodo identifikacije osebe.

Razvrstitev papilarnih vzorcev

Sčasoma so se baze prstnih odtisov, vzetih kot poskus, nabrale na številnih policijskih postajah, a jih nihče ni znal razvrstiti. V devetdesetih letih devetnajstega stoletja je brat Charlesa Darwina poskušal združiti vse znane dosežke različnih ljudi in razvrstiti vzorce na prstih. Francis Galton je v svojih raziskavah uporabil osnove višje matematike in je lahko sklepal, da je verjetnost naključja papilarnih vzorcev ena možnost proti štiriinšestdesetim milijardam. To je bila za tiste čase preprosto neverjetna številka.

Galtonova klasifikacija je imela nekaj pomanjkljivosti, a je bila kljub temu prvo resno znanstveno delo na to temo. Raziskovalec je identificiral štiri vrste papilarnih linij:

• s trikotniki;
• brez trikotnika
• trikotnik na desni;
• trikotnik na levi strani.

Kartoteka, zbrana zaradi te razvrstitve, je bila neenakomerno napolnjena. Zato je bila potrebna nova, učinkovitejša metoda, ki bi jo lahko uporabila policija. Galton je na podlagi svojega dela izdal celo knjigo, kjer je pošteno navedel vse ljudi, katerih dosežke je uporabil.

Edward Henry, uslužbenec indijske policije, je s pomočjo Galtonove knjige ustvaril lasten sistem za klasifikacijo prstnih odtisov, ki ga uporablja sodobno jemanje prstnih odtisov. To je bil velik preboj v znanosti in forenziki. Henryjev razvoj je služil kot osnova za delo policistov v britanski Indiji in je takoj za nekajkrat povečal učinkovitost in uspešnost tako težke naloge, kot je preiskovanje zločinov.

Henry je vzorce razdelil na naslednje vrste:

• loki (preprosti in v obliki jelke);
• zanke (radialne in ulnarne);
• vrtinčki.

Poleg tega je Henry izpostavil delto, ki jo je Galton imenoval Trikotnik, in ta vzorec razdelil na več podvrst. Raziskovalec je izpeljal številne formule, s katerimi je bilo mogoče učinkovito in natančno identificirati osebo po prstnih odtisih.

Prva uporaba nove tehnike v forenziki

Prstni odtis je bil prvič uporabljen v sojenju bratoma Stratton. Obtoženi so bili dvojnega umora, okrvavljen odtis enega prsta pa je služil kot glavni dokaz. Po preverjanju tekem je policija prinesla podobnost na enajst točk. To se je izkazalo za čisto dovolj, da so obsojence obsodili na obešanje. Presenetljivo se sodnik s to odločitvijo kategorično ni strinjal, čeprav se je bil prisiljen strinjati s porotniki.

Uporaba te tehnike v sodnih postopkih kot dokazne baze je povzročila naval javne kritike. Najprej je razkrivajoči članek objavil Folds, isti zdravnik, ki je delal na študiju prstnih odtisov. Dejstvo je, da se je Folds skliceval na nekaj "vlažnosti" metode. Poskušal je pojasniti, da so pri mnogih ljudeh vzorci na prstih precej podobni, razlike pa se izražajo le v nekaj papilarnih črtah. Te razlike je mogoče opaziti le z odtisom v laboratoriju. V nasprotnem primeru lahko strokovnjaki naredijo napake.

Poleg tega je bil Faulds prestrašen, da zanesljivost metode ni vprašljiva. Sodniki, porote, policisti in odvetniki povsod trdijo, da je prstni odtis edina znanost, ki zagotavlja 100% pravilen rezultat. Nikomur ni prišlo na misel, da bi študiral naravoslovje, tehnologijo pa so takrat precej nepismeni policisti uporabljali zelo nenatančno. Kljub temu je forenzika že spoznala priročnost nove metode in se je začela uporabljati po vsem svetu.

Na čem pravzaprav temelji prstni odtis? Zakaj so popolnoma vsi ljudje na planetu tako prepričani v to metodo? Poskusimo to ugotoviti.

Pravzaprav ni toliko resnih znanstvenih del o prstnih odtisih. Kakšna je znanstvena podlaga za odvzem prstnih odtisov? Strokovnjaki imajo le dva:

• identičnih prstnih odtisov še niso našli v nobeni bazi podatkov in v omari z datotekami, tudi računalniški program takšnih ujemanj ne najde;
• Vzorci na prstih enojajčnih dvojčkov niso enaki.

Ti dve dejstvi sta bili dovolj, da so prstni odtisi spremenili v natančno znanost. Pravzaprav imajo strokovnjaki sčasoma vse več vprašanj o tem. Na primer, pred dvajsetimi leti je agent FBI v vse ameriške laboratorije poslal pisma s prstnimi odtisi s kraja zločina in odtisi rok osumljenca. Kakšno je bilo njegovo presenečenje, ko so laboratoriji dali povsem drugačne rezultate. To je močno omajalo vero v prstne odtise.

Pred kratkim so bile objavljene informacije, da se prstni odtisi lahko spreminjajo skozi vse življenje. Prej s takšnimi dejstvi kriminologi niso imeli, zato so v tem trenutku vsi predpogoji, da rezultatov prstnih odtisov ne sprejmemo kot stoodstotni dokaz osumljenčeve krivde.

Ali je mogoče preslepiti naravo?

Takoj, ko so se prstni odtisi začeli uporabljati povsod, so razbojniki razmišljali o možnosti prevare narave, zlasti o spremembi prstnih odtisov. Ameriški gangsterji so bili prvi, ki so to poskušali storiti v tridesetih letih prejšnjega stoletja. Člani ene od tolp so si s pomočjo kirurga odrezali kožo s prstov in upali, da so se preteklih odtisov popolnoma znebili. Toda čez nekaj časa so se rane zacelile in spet so se pojavile stare risbe.

Sledil je John Dillinger. Ta slavni gangster v vseh državah si je kožo zažgal s kislino, tako da so njegove blazinice prstov popolnoma gladke. Tudi ta metoda se je izkazala za neučinkovito - po nekaj mesecih so se na prstih začele pojavljati papilarne črte.

V štiriintridesetem letu prejšnjega stoletja so bili agenti FBI soočeni z novim poskusom, da bi se izognili maščevanju za svoje zločine. Policija je našla truplo znanega gangsterja, a je prstni odtis rok pričal, da sta imela pred seboj povsem drugačno osebnost. Povabljeni agenti so pregledali oškodovančeve roke in na njih našli številne manjše ureznine. Kot se je izkazalo, je zločinec skušal zmotiti preiskavo z brazgotinami. A tudi tako radikalna metoda ni prinesla želenega rezultata, kasneje se je izkazalo, da se bodo čez nekaj časa čez ureznine spet pojavile papilarne črte.

Po teh neuspešnih poskusih prevare narave so zločinci nehali izvajati radikalne poskuse na svojih rokah.

Kaj se uporablja pri odkrivanju prstnih odtisov na kraju zločina?

V sodobni forenziki se uporablja več metod za določanje prstnih odtisov. Najpogosteje strokovnjaki uporabljajo naslednje pripomočke:

• prah za prstne odtise;
• fluorescentni prah;
• jodnih parov.

Seveda obstajajo tudi drugi, trenutno je več kot dvanajst sredstev, ki vam omogočajo odstranjevanje odtisov z različnih površin. Izbira tehnologije s strani strokovnjaka je odvisna od njih.

Kje so shranjeni prstni odtisi?

Kriminologi dobro poznajo izraz "daktiloskopska kartica". Prav ti zemljevidi tvorijo osnovo baze papilarnih vzorcev. Običajno vsebuje osebne podatke osumljenca in odtise vsakega prsta skupaj z dlanmi. Vsak odtis mora biti izjemno jasen in razumljiv, na hrbtni strani je naveden kazenski člen, po katerem je obtožnica vložena.

Kartica prstnih odtisov mora vsebovati tudi datum posega in podatke osebe, ki jemlje odtise.

Pregled prstnih odtisov: podrobnosti

Imenovanje pregleda prstnih odtisov je v pristojnosti preiskovalcev. Po zakonu lahko osumljencem vzamejo prstne odtise in vzorce rokopisa. Vsa ta dejanja se izvajajo v interesu preiskave, da se ugotovi identiteta osebe.

Prenos prstnih odtisov je dokaj preprost in nezahteven postopek. Tiskarsko črnilo nanesemo na čiste in suhe roke z valjčkom. Poleg tega se zdi, da preiskovalec povalja blazinice prstov po kartici s prstnimi odtisi, po prejemu vseh odtisov pa se lahko barva spere s toplo vodo in milom. Zdaj je v velikih mestih precej običajno jemanje prstnih odtisov s pomočjo sodobnih tehničnih sredstev. Posebna naprava skenira konice prstov in takoj ustvari elektronsko kartico prstnih odtisov v bazi podatkov. To izključuje manjše netočnosti in napake.

Univerzalni prstni odtis: mit ali resničnost

Zadnja leta se v medijih vsake toliko zasledijo informacije o univerzalnem jemanju prstnih odtisov. Ta ideja se občasno pojavlja v glavah vlad različnih držav. Poleg tega se je ta ideja prvič pojavila v devetnajstem stoletju v Angliji in še ni bila uresničena v nobeni državi na svetu. Navsezadnje ta predlog povzroča veliko polemik med navadnimi državljani. Po eni strani bo lažje preiskovati kazniva dejanja, po drugi strani pa krši osebne človekove pravice. Univerzalno odvzem prstnih odtisov na koncu ostaja le možna metoda med številnimi drugimi, ki bo, če bo uporabljena, zmanjšala raven svetovnega kriminala.

Koliko različnih gesel morate imeti v mislih – dve, tri, morda več? Kaj se zgodi, če pozabite geslo? Uporaba veliko gesel je vsaj neprijetna. In ena od vseh aplikacij je nevarna. Seveda lahko delno rešite težavo, če sistem uporabljate na karticah (brezkontaktne, pametne ali iButton). A navsezadnje se lahko kartica izgubi, jo lahko ukradejo in kodo, vtipkano na tipkovnici, lahko vohunijo ali poberejo. Danes široko uporabljene metode le delno rešujejo problem zaščite pred nepooblaščenim dostopom do prostora ali računalniških informacij. Edini nesporno zanesljiv in priročen identifikator je lahko samo uporabnik sam, njegove edinstvene biometrične lastnosti - oblika okončin, prstni odtisi, obraz, oči, glas itd. Biometrija je zagotovo prihodnost. Pa vendar, ne tako daleč.

Vodilni med biometričnimi identifikacijskimi sistemi

Po mnenju zahodnih strokovnjakov danes 80 % trga biometričnih podatkov zasedajo naprave za identifikacijo prstnih odtisov (slika 1). Kaj je povzročilo?

riž. eno.
Nesporno vodstvo sistemov za identifikacijo prstnih odtisov.

Prvič, to je ena najbolj dostopnih in poceni metod, ki se je pogosto uporabljala že pred prihodom računalnikov in televizije. Danes so stroški nekaterih sistemov za identifikacijo prstnih odtisov že presegli mejo 100 $, medtem ko se stroški naprav, ki temeljijo na drugih tehnologijah, gibljejo okoli 1000 $.

Drugič, tehnika identifikacije prstnih odtisov je enostavna za uporabo, priročna in brez psiholoških ovir, ki obstajajo, na primer, v sistemih, ki zahtevajo izpostavljenost očesa svetlobnemu žarku.

Poleg tega je pomembno vlogo odigralo dejstvo, da so številne kasnejše metode identifikacije zaščitene s patentom. IriScan je na primer ekskluzivni lastnik tehnologije za identifikacijo šarenice. In metode odvzema prstnih odtisov so človeštvu poznane že od nekdaj in so se intenzivno uporabljale in se še vedno uporabljajo v forenziki.

Trije pristopi

Do danes obstajajo trije glavni pristopi k implementaciji sistemov za identifikacijo prstnih odtisov.

Opišimo jih po vrstnem redu videza. Najstarejša in najpogostejša metoda danes temelji na uporabi optike – prizme in več leč z vgrajenim virom svetlobe. Struktura takega sistema je prikazana na sliki 2.

riž. 2.
Funkcionalni diagram sistema SONY FIU.

Svetloba, ki vpade na prizmo, se odbija od površine, ki je v stiku s prstom uporabnika, in izstopa skozi drugo stran prizme ter zadene optični senzor (običajno enobarvno CCD video kamero), kjer nastane slika.

Poleg optičnega sistema ima ta model SONY vgrajen procesor (Hitachi H8 s 4 MB flash pomnilnika za 1000 uporabnikov), RAM za notranjo obdelavo podatkov in sistem za šifriranje DES.

Slabosti takšnega sistema so očitne. Refleksija je močno odvisna od parametrov kože - suhosti, prisotnosti olja, bencina in drugih kemičnih elementov. Na primer, pri ljudeh s suho kožo opazimo učinek zameglitve slike. Rezultat je visok delež lažno pozitivnih rezultatov.

Alternativna metoda uporablja tehniko merjenja električnega polja prsta z uporabo polprevodniške rezine. Ko uporabnik vstavi prst v senzor, deluje kot ena od kondenzatorskih plošč (slika 3). Druga kondenzatorska plošča je površina senzorja, ki je sestavljena iz silicijevega čipa, ki vsebuje 90.000 kondenzatorskih plošč s korakom branja 500 dpi. Rezultat je 8-bitna bitna slika grebenov in dolin prsta.

riž. 3.
Identifikacijski sistem na osnovi polprevodniške rezine.

Seveda v tem primeru maščobno ravnovesje kože in stopnja čistosti rok uporabnika ne igrata nobene vloge. Poleg tega v tem primeru dobimo veliko bolj kompakten sistem.

Če govorimo o pomanjkljivostih metode, potem silicijev čip zahteva delovanje v zaprti lupini, dodatni premazi pa zmanjšajo občutljivost sistema. Poleg tega lahko močno zunanje elektromagnetno sevanje vpliva na sliko.

Obstaja še en način izvajanja sistemov. Razvil ga je "Kdo? Vision Systems". V središču njihovega sistema TactileSense je elektrooptični polimer. Ta material je občutljiv na razliko v električnem polju med grebeni in koriti kože. Gradient električnega polja se pretvori v optično sliko visoke ločljivosti, ki se nato pretvori v digitalno obliko, ki jo lahko prenesemo na osebni računalnik preko vzporednih vrat ali vmesnika USB. Metoda je tudi neobčutljiva na stanje kože in stopnjo njene kontaminacije, vključno s kemično. Bralnik pa ima miniaturno velikost in ga je mogoče vgraditi na primer v računalniško tipkovnico. Po mnenju proizvajalcev ima sistem kolosalno nizke stroške (na ravni nekaj deset dolarjev).

Tabela 1. Različne tehnološke izvedbe sistemov za identifikacijo prstnih odtisov

Lastnosti	Optični sistem	polprevodniška tehnologija	Elektrooptični polimer
majhna velikost	št	da	da
Dovzetnost za suho kožo	št	da	da
Površinska trdnost	povprečno	nizko	visoko
Poraba energije	povprečje	nizko	nizko
Cena	povprečno	visoko	nizko

Analogni video signal, pridobljen z eno od opisanih metod, obdeluje enota za preverjanje, ki zmanjša šum na sliki, se pretvori v digitalno obliko, po kateri se iz njega izvleče nabor lastnosti, ki so edinstvene za ta prstni odtis. Ti podatki enolično identificirajo osebo. Podatki se shranijo in postanejo edinstvena predloga prstnih odtisov za določeno osebo. Med naknadnim branjem se novi prstni odtisi primerjajo s tistimi, ki so shranjeni v bazi podatkov.

V najpreprostejšem primeru se pri obdelavi slike na njej izberejo značilne točke (na primer koordinate konca ali bifurkacije papilarnih linij, stičišče zavojev). Identificiramo lahko do 70 takih točk in vsako od njih je mogoče označiti z dvema, tremi ali celo več parametri. Posledično je iz odtisa mogoče dobiti do petsto vrednosti različnih lastnosti.

Kompleksnejši algoritmi obdelave povezujejo značilne točke slike z vektorji in opisujejo njihove lastnosti in medsebojni položaj (glej sliko 4). Nabor podatkov, pridobljenih s prstnim odtisom, praviloma zavzame do 1 KB.

riž. 4a, b.
Algoritem obdelave vam omogoča, da shranite ne samo sliko, temveč njeno "sliko" (nabor značilnih podatkov).

Zanimivo je vprašanje, zakaj v arhiv niso shranjene same slike prstnih odtisov, ampak le nekateri parametri, pridobljeni z različnimi metodami obdelave slik. Odgovor je omejena sredstva. Velikost posameznega posnetka ni tako majhna in ko gre za več tisoč ljudi uporabniško bazo, lahko traja preveč časa za prenos in primerjavo na novo prejetega prstnega odtisa s tistimi, ki so shranjeni v bazi. In drugi razlog je zasebnost. Uporabniki imajo radi anonimnost, ne želijo, da bi prstne odtise dali organom pregona brez njihove privolitve ali jih preprosto ukradli vsiljivci. Zato proizvajalci pogosto posebej uporabljajo nestandardne metode za obdelavo in shranjevanje prejetih podatkov.

Iz varnostnih razlogov številni proizvajalci (SONY, Digital Persona itd.) pri prenosu podatkov uporabljajo orodja za šifriranje. Sistem U are U Digital Persona na primer uporablja 128-bitni ključ, poleg tega pa so vsi posredovani paketi časovno označeni, kar izključuje možnost ponovnega prenosa.

Shranjevanje podatkov in primerjava identifikacije običajno poteka v računalniku. Skoraj vsak proizvajalec strojne opreme poleg sistema dobavlja tudi edinstveno programsko opremo, ki je najpogosteje prilagojena za Windows NT. Ker Večina sistemov je zasnovanih za nadzor dostopa do računalniških informacij in so namenjeni predvsem povprečnemu uporabniku, programska oprema je enostavna in ne zahteva posebnih nastavitev.

Tipične rešitve za zaščito osebnih računalnikov pred nepooblaščenim dostopom

Obstaja precej različnih načinov za povezavo čitalnikov papilarnih vzorcev z osebnim računalnikom. Veliko je odvisno od pristopov proizvajalca in stroškov sistemov. Na primer, SONYjev sistem FIU (Fingerprint Identification Unit) je že pripravljen kompleks. Oddaljena enota vsebuje poleg skenerja tudi napravo za primarno obdelavo informacij in šifriranje posredovanih podatkov. FIU se poveže neposredno na serijska vrata računalnika. Cenejši bralniki običajno potrebujejo dodatno strojno opremo. Na primer, sistem SACcat podjetja "SAC technologes" je povezan z osebnim računalnikom prek kartice za zajem videa z ISA priključkom. Modul za zajem videa je vstavljen v ohišje računalnika. Podobna naprava podjetja "Key Tronic" uporablja tudi kartico za zajem videa, vendar je nameščena v ločenem ohišju, kar omogoča uporabo sistema s prenosniki.

Čitalniki so lahko izdelani kot ločena naprava ali vgrajeni v tipkovnico. Takšne izdelke izdelujejo National Registry, Who? Vision Systems, Digital Persona itd.

Skoraj vse naprave se napajajo z zunanjim virom AC.

Fotografija 1.
Sistem SACcat vam omogoča nadzor dostopa do računalniških informacij.

Tabela 2. Primerjalne značilnosti številnih zaščitnih naprav pred nepooblaščenim dostopom do računalniških informacij z metodami identifikacije prstnih odtisov

Značilnost*	U.are.U avtorja "Digital Persona"	Programska oprema SONY FIO in I/O	BioMouse proizvajalca ABC
Napaka tipa I **	3%	1%	-
Napaka tipa II ***	0,01%	0,1%	0,2%
Čas registracije	-	<1 сек	20 - 30 sek
Čas identifikacije	<1 сек	0,3 s	<1 сек
Razpoložljivost zunanje naprave za zajemanje	št	št	št
Šifriranje	da	da	da
Sposobnost shranjevanja podatkov	št	da	št
Vir moči	USB	zunanji	zunanji
Povezava	USB	serijska vrata	vzporedna vrata
Cena s programsko opremo	200	650	300

* Žal je danes resen problem pridobivanja popolnoma objektivnih informacij o različnih izdelkih. Svetovna skupnost še ni razvila enotnih metod za testiranje biometričnih sistemov. Vsak proizvajalec izvaja neodvisne raziskave, katerih stopnje resničnosti ni mogoče oceniti. Na primer, nihče, ki nakazuje verjetnost napake, ne navede velikosti vzorca, hkrati pa je tudi šolarju očitno, da je verjetnost napak zelo odvisna od velikosti vzorca. Zato so kakršne koli primerjave še vedno precej subjektivne.

** Napaka tipa I (stopnja lažnih zavrnitev) - verjetnost, da bo registriranemu uporabniku zavrnjen dostop.

*** Napaka druge vrste (stopnja lažnega sprejema) - verjetnost, s katero sistem dovoli sprejem neregistriranega uporabnika.

Tipične rešitve za zaščito prostorov pred nepooblaščenim dostopom

Naprave za nadzor dostopa do prostorov so obsežnejše od računalniških čitalcev. Prvič, ni treba prihraniti prostora na namizju. Drugič, bralniki morajo biti avtonomni, zato so poleg optičnega bralnika nameščena naprava za odločanje in shranjevanje informacij, tipkovnica (za povečanje stopnje varnosti) in zaslon s tekočimi kristali (za lažjo nastavitev in delovanje). v enem ohišju. Po potrebi lahko na sistem priključite čitalnik kartic (pametni, magnetni itd.). Obstajajo tudi bolj eksotični modeli. SONY je na primer v ohišje naprave postavil zvočnik, Mytec pa verjame, da je prihodnost v integraciji biometričnih podatkov in tablic iButton.

Poleg tega morajo naprave za zaščito prostorov pred nepooblaščenim dostopom zagotavljati preprosto povezavo električnih ključavnic in alarmnih senzorjev. Biti morajo enostavno omrežni (prisotnost vmesnikov RS-485). Na primer, če ima objekt več vhodov, morajo biti vse naprave omrežne, tako da obstaja ena sama baza. Število uporabnikov sistema se v tem primeru močno poveča (v sistemu Finger Scan do 50.000).

V vseh napravah, ki so prisotne v tem segmentu trga, se uporablja samo optika. Nove tehnologije se v varnostne sisteme uvajajo zelo počasi.

Vse prikazane naprave so zasnovane samo za uporabo v zaprtih prostorih. Površina skenerja mora biti čista, zato so zaprašena skladišča, bencinske črpalke ipd. a priori izključena. Najpogostejše aplikacije so bančni sistemi (dostop do sefov, trezorjev z vrednostnimi predmeti), nadzor dostopa do različnih klubov in podeželskih bivališč, sistemi e-trgovine.

Fotografija 2.
Sistem Veriprint 2000 vam omogoča nadzor dostopa do prostorov.

Tabela 3. Primerjalne značilnosti številnih naprav za zaščito pred nepooblaščenim dostopom v prostore z metodami identifikacije prstnih odtisov.

Značilnost	Skeniranje prstov z "Identix"	Veriprint 2100 iz "Biometric ID"
Napaka tipa I	1%	0,01%
Napaka tipa II	0,0001%	0,01%
Čas registracije	25 sek	<5 сек
Čas identifikacije	1 sek	1 sek
vmesnik	RS232, RS485, TTL, I/O alarmi	RS232, RS485, TTL
maks. število uporabnikov	50.000 (omrežna različica)	8 000
Flash pomnilnik	512 kV ali 1,5 MV	2 MV ali 8 MV
Dodatek	LCD zaslon, tipkovnica	LCD zaslon, tipkovnica

obeti

V zelo bližnji prihodnosti bi lahko pričakovali znižanje stroškov sistemov za identifikacijo prstnih odtisov in posledično njihovo širšo distribucijo. Najverjetneje bodo prav zaradi že tako relativno nizke cene, razpoložljivosti in enostavne uporabe tovrstni sistemi v paketu z računalniško opremo.

Biometrični čitalniki so idealni za gradnjo hitrih in priročnih sistemov za omejevanje dostopa do informacij, za sisteme e-trgovine in spletna mesta. In čeprav sodobna oprema ne izpolnjuje v celoti vseh zahtev, je cena še vedno precej visoka, zanesljivost pa ne ustreza vedno deklarirani (to je na primer prikazano v testni študiji revije Network Computing), a številni proizvajalci računalniške opreme že integrirajo biometrijo v svoje sisteme. To je na primer na nedavni razstavi CeBIT-99 napovedal Compaq.

Izkušnje kažejo, da porast zanimanja računalniških podjetij vodi k povečanju naložb v raziskave in razvoj ter posledično do pojava novih, bolj vsestranskih tehničnih rešitev.

Nikulin Oleg Jurijevič

Olga GUREEVA

[email protected]

Uvod

V starem Babilonu in na Kitajskem so bili prstni odtisi uporabljeni kot način za preverjanje pristnosti osebe. S prstnimi odtisi so bili »podpisani« različni vladni dokumenti, njihovi odtisi so bili puščeni na glinenih tablicah in pečatih.

Konec 19. stoletja so v forenziki začeli uporabljati prstne odtise. Pojavili so se prvi algoritmi za primerjavo prstnih odtisov na različnih področjih papilarnega vzorca. V več kot sto letih uporabe te tehnologije za namene identifikacije še nikoli ni prišlo do situacije, ko bi dve osebi imeli popolnoma enake prstne odtise. Vendar je treba opozoriti, da še vedno ni znanstvenega dokaza o edinstvenosti papilarnega vzorca človeškega prsta. Edinstvenost prstnih odtisov je empirično opazovanje, pomanjkanje dokaza hipoteze v tem primeru pa je razloženo z izjemno kompleksnostjo njenega dokaza.

Danes se v povezavi z razvojem elektronskih tehnologij identifikacija prstnih odtisov uporablja ne le v forenziki, temveč tudi na najrazličnejših področjih, ki zahtevajo učinkovito zaščito. Najprej so bila ta področja:

Sistemi za nadzor dostopa;

Varnost informacij (dostop do omrežja, do osebnega računalnika, mobilnega telefona);

Obračun delovnega časa in registracija obiskovalcev;

Biometrična identifikacija prstnih odtisov.

Tehnologija FingerChip

Po podatkih ameriške svetovalne družbe International Biometric Group se bo trg biometričnih sistemov med letoma 2006 in 2010 podvojil z letnim prometom v višini 5,74 milijarde dolarjev prstnih odtisov. Povečanje povpraševanja po biometričnih sistemih je tudi posledica povečane pozornosti, ki jo danes vladne agencije in zasebna podjetja namenjajo varnostnim vprašanjem.

Ta članek obravnava različne tehnologije elektronskega skeniranja prstnih odtisov, vključno s tehnologijo termičnega skeniranja Atmel FingerChip.

Izvajanje elektronskih plačil;

Različni socialni projekti, kjer je potrebna avtentikacija;

Državni projekti (prehajanje državnih meja, izdajanje vizumov, nadzor pretoka potnikov med letalskim prevozom).

Glavni namen preverjanja identitete iz varnostnih razlogov je edinstvena identifikacija posameznika, torej potrditev, da je oseba takšna, za katero trdi, da je. Preverjanje pristnosti mora biti zanesljivo, poceni, hitro in nenasilno. Te zahteve izpolnjuje tehnologija biometrične identifikacije, ki temelji na skeniranju prstnih odtisov.

Skeniranje prstnih odtisov

Prstni odtisi so reliefne črte, tako imenovani papilarni vzorci, katerih struktura je posledica nizov nazobčanih kožnih izrastkov, ločenih z utori. Te črte tvorijo zapletene vzorce kože (lok, zanka, curl), ki imajo naslednje lastnosti:

Individualnost (drugačen niz papilarnih linij, ki tvorijo vzorec vzorca glede na njihovo lokacijo, konfiguracijo, relativni položaj, edinstven v drugem vzorcu);

Relativna stabilnost (nespremenljivost zunanje strukture vzorca, ki se pojavi v obdobju intrauterinega razvoja osebe in traja vse življenje);

Obnovljivost (s površinsko kršitvijo kože se papilarne linije obnovijo v prvotni obliki). Obstaja več algoritmov za prepoznavanje prstnih odtisov. Najpogostejši je algoritem, ki temelji na izbiri podrobnosti. Običajno je v tisku od 30 do 40 majhnih podrobnosti. Za vsakega od njih je značilen položaj – koordinate, tip (vilice, konec ali delta) in orientacija (slika 1).

Standard tiska se oblikuje iz niza teh značilnosti.

Fiziološko je prstni odtis reliefna površina kože, ki vsebuje pore.

Krvne žile se nahajajo neposredno pod povrhnjico. Morfologija prstnega odtisa je tesno povezana z električnimi in toplotnimi lastnostmi kože. To pomeni, da lahko za pridobitev podobe prstnih odtisov uporabite ne samo barvo, temveč tudi elektromagnetno energijo v njenih različnih oblikah. Upoštevajte, da skeniranje

riž. 1. Prepoznavanje prstnih odtisov po izbranih podrobnostih

prstni odtisi z dobro opredeljenimi papilarnimi črtami ni lahka naloga. Ker so odtisi premajhni, morate za kakovostno sliko uporabiti precej zapletene metode.

Vse obstoječe elektronske metode za pridobivanje prstnih odtisov so glede na fizikalne principe, ki jih uporabljajo, razdeljene na naslednje vrste:

optični;

kapacitivni;

RF;

pritisk;

ultrazvočni;

Optična metoda

Trenutno obstaja več vrst skenerjev, zasnovanih za pridobivanje prstnih odtisov z optično metodo:

1. FTIR skenerji so naprave, ki uporabljajo učinek frustrirane popolne notranje refleksije (Frusted Total Internal Reflection). Učinek je v tem, da ko svetloba pade na vmesnik med dvema medijema, se svetlobna energija razdeli na dva dela – eden se odbije od vmesnika, drugi pa prodre skozi vmesnik v drugi medij (slika 2).

Delež odbite energije je odvisen od vpadnega kota svetlobnega toka. Od določene vrednosti tega kota se vsa svetlobna energija odbija od vmesnika.

Ta pojav se imenuje popolna notranja refleksija. V primeru stika gostejšega optičnega medija (v našem primeru površine prsta) z manj gostim (na primer površino prizme) na točki popolnega notranjega odboja svetlobni žarek prehaja skozi to meja. Tako se bodo od meje odbijali le žarki svetlobe, ki zadenejo določene točke popolnega notranjega odboja, na katere ni bil nanešen papilarni vzorec prsta. Za zajemanje nastale svetlobne slike površine prsta se uporablja poseben senzor.

Papilarni vzorec prstov

Svetlobni vir Depresija Glavnik kožne izbokline kože

riž. 2. Načelo delovanja FTIR skenerjev

Senzor slike (CMOS ali CCD, odvisno od izvedbe optičnega bralnika). Vodilni proizvajalci tovrstnih skenerjev so BioLink, Digital Persona, Identix.

2. Optični skenerji (Fiber Optic Scanners) so matrica iz optičnih vlaken, v kateri so vsi izhodni valovodi povezani s foto senzorji. Občutljivost vsakega senzorja vam omogoča, da zabeležite preostalo svetlobo, ki prehaja skozi prst na mestu stika prsta s površino matrice.

Slika celotnega odtisa se oblikuje glede na podatke, prebrane iz vsakega fotosenzorja (slika 3). Proizvajalec optičnih skenerjev je konzorcij Elsys.

3. Elektro-optični skenerji (Electro-Optical Scanners) - tehnologija temelji na uporabi posebnega elektro-optičnega polimera, ki vključuje plast, ki oddaja svetlobo. Ko se prst nanese na skener, se nehomogenost električnega polja v bližini njegove površine (potencialna razlika med tuberkulami in vdolbinami kože) odraža v siju plasti. Tako nastane slika prstnega odtisa. Slikovni senzor nato dobljeno sliko pretvori v digitalno obliko. To vrsto skenerja izdeluje Security First Corp.

4. Sweep Optical Scanners - Podobni napravam FTIR v skoraj vseh pogledih, le da se prst ne uporablja preprosto za pridobitev slike prstnega odtisa

do skenerja, vendar se izvaja vzdolž ozkega traku - čitalnika (slika 4). Ko premaknete prst, se posname serija takojšnjih fotografij. Hkrati so sosednji okvirji posneti z nekaj prekrivanjem, kar omogoča znatno zmanjšanje velikosti uporabljene prizme in samega skenerja. Za pridobitev nastale slike prstnega odtisa se uporablja specializirana programska oprema. Vodilni proizvajalec tovrstnih optičnih bralnikov je Cogent Systems.

5. Roller Style Scannerji – te naprave so najmanjši skenerji. Odtis zajamemo tako, da s prstom valjamo prozoren tankostenski valj. Podobno kot pri skenerju, ki se premika, se med premikanjem prsta posnamejo posnetki fragmentov papilarnega vzorca z nekaj prekrivne slike. Pri skeniranju se uporablja najpreprostejša optična tehnologija: znotraj prozornega valja je statični vir svetlobe, leča in slikovni senzor. Po popolnem »pomikanju« prsta se programsko zbere nastala slika njegovega prstnega odtisa (slika 5).

riž. S. a) Načelo delovanja valjčnega skenerja; b) njegovo izvajanje

Roller skenerje proizvajajo Digital Persona, CASIO Computer, ALPS Electric.

6. Brezkontaktni skenerji (brezdotični skenerji) – pri teh napravah prst ne pride v neposreden stik s površino optičnega bralnika. Prst je samo pritrjen na luknjo optičnega bralnika in je od spodaj z različnih strani osvetljen z večimi

viri svetlobe. V središču luknje se nahaja leča, s pomočjo katere se slika prstnega odtisa projicira na CMOS kamero (slika 6).

Optične bralnike te vrste izdeluje tehnologija senzorjev brez dotika.

Opažamo številne pomanjkljivosti, ki so značilne za optične skenerje, in navajamo, katere od njih so že odpravljene:

Nemogoče jih narediti kompaktne. Ta problem je bil do nedavnega, vendar je, kot je razvidno iz številk, ta pomanjkljivost preteklost.

Optični moduli so zaradi velikega števila komponent in zapletenega optičnega sistema precej dragi. Ta pomanjkljivost se danes izravnava tudi zaradi občutnega znižanja stroškov slikovnih senzorjev.

Učinkovite zaščite pred lutkami ni.

Zadnja pomanjkljivost je najpomembnejša, kljub temu, da so številni proizvajalci napovedali uvedbo zaščitnih mehanizmov v eni ali drugi fazi obdelave skenirane slike.

kapacitivna metoda

Kapacitivni skenerji so danes najpogostejše polprevodniške naprave za zajemanje slik prstnih odtisov.

Njihovo delo temelji na učinku spreminjanja kapacitivnosti p-n spoja polprevodnika, ko greben papilarnega vzorca pride v stik z elementom polprevodniške matrike. Obstajajo modifikacije kapacitivnih skenerjev, pri katerih vsak polprevodniški element v matriki deluje kot ena kondenzatorska plošča, prst pa kot druga. Ko se prst nanese na senzor med vsakim občutljivim elementom in izboklino papilarnega

Z vzorcem se oblikuje kapacitivnost, katere vrednost je določena z razdaljo med reliefno površino prsta in elementom. Matrica teh vsebnikov se pretvori v sliko prstnega odtisa. Vodilni proizvajalci tovrstnih skenerjev so Infineon, STMicroelectronics, Veridicom.

Pomanjkljivost kapacitivne metode je enaka neučinkovita zaščita pred lutkami.

RF metoda

RF-Field Scanners - ti skenerji uporabljajo matriko elementov, od katerih vsak deluje kot miniaturna antena.

RF modul generira signal nizke intenzivnosti in ga usmeri na skenirano površino prsta. Vsak od občutljivih elementov matrice prejme signal, ki se odbije od papilarnega vzorca. Vrednost EMF, inducirane v vsaki miniaturni anteni, je odvisna od prisotnosti ali odsotnosti grebena papilarnega vzorca v bližini nje. Tako pridobljena matrika napetosti se pretvori v digitalno sliko prstnega odtisa. Ker metoda temelji na fizioloških lastnostih kože, jo je težko zavajati z imitacijo prsta. Pomanjkljivosti metode vključujejo potrebo po visokokakovostnem stiku med prstom in oddajnikom, ki je lahko precej vroč. Znan proizvajalec RF skenerjev je Authentec.

Metoda potiska (pritisk)

Tlačni skenerji v svoji zasnovi uporabljajo vrsto piezoelektričnih elementov, občutljivih na pritisk.

Ko položite prst na površino skeniranja, se pojavijo glavnikasti izrastki

papilarni vzorec pritiska na nekaj matričnih elementov.

Votline kožnega vzorca ne izvajajo nobenega pritiska. Tako se niz napetosti, prejetih od piezoelektričnih elementov, pretvori v sliko prstnega odtisa. Ta metoda ima številne pomanjkljivosti:

Nizka občutljivost;

Neučinkovita zaščita pred lutkami;

Dovzetnost za poškodbe zaradi prekomerne sile.

Skenerje, občutljive na pritisk, izdeluje BMF.

Ultrazvočna metoda

Ultrazvočni skenerji (Ultrasonic Scanners) skenirajo površino prsta z ultrazvočnimi valovi. Razdalje med izvorom valovanja in nazobčanimi izrastki in votlinami papilarnega vzorca se merijo z odmevom, ki se odbija od njih (slika 7). Kakovost nastale slike je desetkrat boljša od katere koli druge biometrične metode na trgu. Poleg tega je ta metoda skoraj popolnoma zaščitena pred lutkami, saj omogoča poleg prstnega odtisa papilarnega vzorca prstov pridobivanje informacij o nekaterih drugih značilnostih (npr.

o pulzu).

Glavna pomanjkljivost ultrazvočne metode je visoka cena te vrste skenerjev v primerjavi z optičnimi in polprevodniškimi skenerji.

Vodilni proizvajalec te vrste skenerjev je Ultra-Scan Corporation.

riž. 7. Načelo delovanja ultrazvočnega skenerja

Tabela. Specifikacije za senzorje FingerChip

Funkcija AT77C102B AT77C104B AT77C10SA

Velikost senzorja, mm 0,4x14 0,4x11,6 0,4x11,6

Velikost matrike, slikovnih pik 8x280 8x232 8x232

Ločljivost, bp1 (dpi) 500 500 500

Hitrost branja, sličic/s 1780 2130 2130

Skupne mere, mm 1,64x17,46 1,5x15 1,5x15

Napajalna napetost, V 3-3,6 2,3-3,6 2,3-3,6

Delovna temperatura, °С -40...+85 -40...+85 -40...+85

Površinska odpornost proti obrabi, odčitki 1 milijon 4 milijone 4 milijone

Dodatne funkcije ne da da

temperaturna metoda

Termalni skenerji - takšne naprave uporabljajo senzorje, ki so sestavljeni iz piroelektričnih elementov, ki vam omogočajo beleženje temperaturne razlike in pretvorbo v napetost.

Ko se prst nanese na skener, se na podlagi temperature izboklin papilarnega vzorca, ki se dotika piroelektričnih elementov, in temperature zraka v vdolbinah sestavi temperaturna karta površine prsta, ki se nato pretvori v digitalna slika.

Temperaturna metoda ima številne prednosti. Tej vključujejo:

Visoka odpornost na elektrostatično razelektritev;

Stabilno delovanje v širokem temperaturnem območju;

Učinkovita zaščita pred lutkami.

Slabosti te metode vključujejo dejstvo, da slika hitro izgine.

Ko prst pritisnete v prvem trenutku, je temperaturna razlika pomembna in ustrezno visok nivo signala. Po kratkem času (manj kot desetinka sekunde) slika izgine, ko se prst in senzor vzpostavita toplotno ravnovesje. Prav to funkcijo je Atmel uporabil pri tehnologiji temperaturnega skeniranja, kar se odraža v mikrovezjih Fingertip. Danes je Atmel vodilni proizvajalec termičnih skenerjev.

Tehnologija FingerChip

Tehnologija FingerChip uporablja metodo toplotnega slikanja v kombinaciji z valjanim skeniranjem, ki se uporablja v zgoraj obravnavanih optičnih skenerjih. Metoda raztegovanja omogoča znatno zmanjšanje velikosti občutljive matrice in jo po širini izenači z nastalim tiskom, po dolžini pa le nekaj delčkov milimetra. Če želite dobiti sliko, morate s prstom povleči po ozkem traku čitalnika. Upoštevajte, da v kombinaciji s temperaturno metodo ta način pridobivanja prstnih odtisov po skeniranju zaradi kratke življenjske dobe slike ne pušča sledi.

Majhna velikost in nizki stroški senzorja v kombinaciji z učinkovito zaščito pred lutkami ter zanesljivim delovanjem v širokem temperaturnem območju so značilnosti Atmelove tehnologije termičnega skeniranja.

Trenutno Atmel proizvaja tri vrste bralcev: AT77C102B, AT77C104B, AT77C105A. Njihove glavne tehnične značilnosti so predstavljene v tabeli.

riž. S. Senzor prstnega čipa AT77C102B

Senzor FingerChip AT77C102B (slika 8) je izdelan po 35 µm procesni tehnologiji in združuje vezja odčitavanja in pretvorbe podatkov na monolitnem pravokotnem CMOS substratu velikosti 1,64x17,46 mm. Prstni odtis se bere z navpičnim premikom prsta, ki se nanese na matriko.

Matrica FingerChip ima velikost 8x280, torej vsebuje 2240 temperaturno občutljivih elementov. Obstaja tudi servisni nedelujoči stolpec, namenjen kalibraciji in identifikaciji okvirjev. Nagib matrike je 50x50 µm, kar ustreza ločljivosti 500 pik na palec z velikostjo občutljivega elementa 0,4x14 mm. To vam omogoča, da dobite sliko osrednjega območja prstnega odtisa, ki ustreza zahtevam specifikacije kakovosti slike (IQS).

Frekvenco ure je mogoče nastaviti s programsko opremo do 2 MHz, kar zagotavlja do 1780 sličic na sekundo, kar zadostuje tudi, če s prstom hitro premikate po senzorju. Nastali tisk je sestavljen iz serije okvirjev s programsko opremo Atmel.

Funkcionalni diagram te naprave je prikazan na sl. 9.

Cikel dela za vsak okvir je naslednji:

1. Izberite stolpec 280+1 slikovnih pik v matriki. Stolpci so izbrani zaporedno od leve proti desni s cikličnim vračanjem na začetek. Po ponastavitvi se izhod začne od skrajnega levega stolpca.

2. Vsaka slikovna pika v stolpcu pošlje svojo temperaturno vrednost kot analogni signal nizu ojačevalnika.

3. Istočasno sta izbrani dve vrstici (sodo in liho). Ojačani signali iz njih se napajajo v 4-bitne analogno-digitalne pretvornike (ADC). Dobljene analogne vrednosti se lahko uporabijo tudi kot izhodni podatki (ni prikazani na diagramu).

4. Dva 4-bitna digitalna ekvivalenta sta shranjena v premičnem registru in poslana vzporedno kot en bajt skozi vzporedna izhoda Be0-3 (sodo vrstico) in Bo0-3 (liho vrstico).

Na sl. 10 prikazuje izhodno zaporedje enega okvirja; na sl. 11 - zaporedje okvirjev v aktivnem načinu delovanja I^erChyr.

Poleg funkcije pomikanja, ki je skupna vsem trem napravam, imata modela AT77C104B in AT77C105A dodatne možnosti za navigacijo (podobno kot na zaslonu na dotik) in emulacijo pritiska na tipke, ki omogoča njihovo upravljanje.

Prisotnost različnih ohišij (slika 12) omogoča optimalno izbiro načina vgradnje senzorja v napravo, ki se razvija.

Ure PCLK Pike Stolpec 1 Stolpec 2 Stolpec 280 Stolpec 281

12 3 4 1&2 3&4 5&6 7&8 5 6 1119 1120 1&2 3&4 5&6 7&8 1121 1122 1123 1124 1&2 3&4 5&6 7&8

riž. 10. Izhod okvirja FingerChip

Stalen čas integracije

Okvir n Okvir n+1 Okvir n+2 Okvir n+3

1124 utripov 1124 utripov 1124 utripov 1124 utripov

riž. 11. Zaporedje okvirjev FingerChip

in " f Shdddddd In in

riž. Slika 12. Variante ohišij senzorja PmdegSyr glede na način pritrditve in povezave z osnovno ploščo: a) CB01 - pritrditev s pomočjo elastomera; b) CB08 - lepljenje z elastomerom; c) CB02 - pritrditev preko konektorja za gibljivi kabel

Prednosti tehnologije FingerChip

Tehnologija Pi^erClip ima razlike, zaradi katerih se lahko uporablja v različnih varnostnih sistemih. Integrirano vezje senzorja je zanesljivo zaščiteno pred elektrostatičnimi razelektritvami z napetostjo do 16 kV.

Bralni trak je odporen proti obrabi, prenese znatne uporabljene sile in vam omogoča, da dobite več

1 milijon natisov. Delovna napetost senzorja AT77S102V je od 3,0 do 3,6 V, poraba energije je 16 mW pri 3,3 V s frekvenco 1 MHz. Zagotovljen je način "spanja", v katerem je omogočena funkcija ponastavitve, generator ure se ustavi, stabilizacija temperature je izklopljena in izhodni signal je izklopljen, vse izhodne linije pa so postavljene v stanje visoke impedance. V načinu mirovanja je poraba toka omejena samo s tokom uhajanja. V načinu delovanja je senzor popolnoma pasiven. Za pridobivanje podatkov se uporablja temperatura uporabljenega prsta. V primeru, ko temperaturna razlika med prstom in senzorjem postane nepomembna (manj kot eno stopinjo), se vklopi stabilizacija temperature, da se poveča temperatura mikrovezja in poveča temperaturna razlika.

Glavne prednosti senzorjev K^erClip so sočasna uporaba temperaturne metode za pridobivanje izo-

obdelava slik, metoda rekonstrukcije slike po sličici in integracija vezja za odčitavanje in pretvorbo slike na enem samem substratu CMOS. Integracija dveh vezij na enem substratu zmanjša stroške naprave, njeno porabo energije in poveča hitrost delovanja.

Neodvisni testi so pokazali, da če je oseba prisiljena dati prstni odtis, da bi pridobila dostop, neenakomerno drsenje senzorja ali obilno potenje preprečita branje slike prstnega odtisa.

Komplet za razvoj in odpravljanje napak

Senzorje K^erChyr lahko kupite posebej. Vendar pa je za ekstrakcijo standarda in primerjavo vzorca s standardom potrebna posebna programska oprema, ki jo je treba bodisi kupiti od tretjih oseb,

riž. 13. Biometrični modul AT77SM0101BCB02VKE

ali ustvarite svojega. V zvezi s tem postane ekonomsko izvedljiva uporaba posameznih senzorjev le v obsežni proizvodnji. Za aplikacije bralnikov prstnih odtisov v majhni in srednje veliki proizvodnji Atmel priporoča uporabo biometričnega modula AT77SM0101BCB02VKE (slika 13), ki temelji na 32-bitnem mikrokrmilniku Atmel AT91RM9200.

Za oceno zmogljivosti modula AT77S-M0101BCB02VKE in razvoj programske opreme nizke ravni je izdan razvojni komplet AT77SM0101BCB02VEK (slika 14). Komplet je sestavljen iz biometričnega modula AT77SM0101BCB02VKE, osnovne plošče z napajalnikom in priključki (Ethernet, USB, RS-232, zunanji CompactFlash, SmartMedia, NAND Flash, pametna kartica ISO7816), patch kablov, dokumentacije, demo programske opreme za Windows, in Linux SDK za Linux.

riž. 14. Razvojni komplet AT77SM0101BCB02VEK

Komplet za odpravljanje napak vam omogoča, da prikažete zmogljivosti biometričnega modula, pa tudi razvoj programske opreme višje in nižje ravni.

Če povzamem vse našteto, bi rad omenil, da smo danes priča hitremu razvoju biometričnih tehnologij. Na področju slikanja prstnih odtisov sta do nedavnega obstajali le dve tehnologiji - optični FTIR in kapacitivna, s svojimi prednostmi in pomanjkljivostmi.

Skenerji, ki uporabljajo tehnologijo FingerChip, se ne znebijo le pomanjkljivosti prejšnje generacije naprav, ampak so pridobili tudi številne posebno privlačne lastnosti, kot so izjemno majhna velikost in nizka cena. ■

Literatura

1. Škof P. Atmel FingerChip tehnologija za biometrično varnost. Bela knjiga Atmel. www.at-mel.com.

2. Maltoni D., Maio D., Jain A. K., Prabhakar S. Priročnik za prepoznavanje prstnih odtisov. Springer, New York, 2003.

3. Zadorozhny B. Identifikacija prstnih odtisov // PC Magazine/Russian Edition. 2004. št.1.

Koncept "avtentikacije" označuje preverjanje pristnosti, na primer: ali je Vasya Pupkin res Vasya ali je morda nekakšna Petja? Je on tisti, za katerega trdi, da je? Postopek preverjanja pristnosti se lahko izvede na enega od treh možnih načinov:

• na podlagi tega, kar poznate, na primer kodna kombinacija (geslo);
• glede na to, kaj imate: ključ, magnetna kartica, obesek za ključe;
• kaj ste: papilarni vzorci, geometrija obraza, struktura oči.

Gre za tretjo točko, ki vsebuje biometrično avtentikacijo, ki z razvojem tehnologije postaja vse bolj aktualna. Kako deluje, kakšne so prednosti, slabosti in kako varen je, si poglejmo podrobneje...

Kratka zgodovina biometrike

Ker manjka veliko dejstev, zgodovinskih dogodkov in podrobnosti, se je uporaba človeških biometričnih parametrov začela že dolgo pred prihodom tehničnih sredstev. Še 100 pr.n.št. e. neki kitajski cesar je dal svoj prstni odtis kot pečat na posebno pomembne prazgodovinske artefakte. V 1800-ih je Alphonse Bertillon razvil sistem za identifikacijo zločincev na podlagi njihovih anatomskih značilnosti.

Sčasoma je policija v Veliki Britaniji, Franciji in ZDA začela izslediti vsiljivce in osumljene zločince po njihovih prstnih odtisih. Kasneje je tehnologija našla pot v FBI. Prstni odtisi so bili prvi popoln sistem za človekovo prepoznavanje.

V današnjem času je biometrija postala obsežnejša in je sredstvo dodatne zaščite tehničnih sredstev ali varnostnega elementa, ki se uporablja v, za vstop v varovano območje, prostore ipd.

Vrste biometrične avtentikacije

Trenutno široko uporabljeni: človeški prsti, obraz in oči, pa tudi glas - to so "trije stebri", na katerih temelji sodobna biometrična avtentikacija uporabnikov:

Teh je kar nekaj, vendar so danes v uporabi tri glavne vrste skenerjev prstnih odtisov:

• kapacitivni - merimo električne signale, ki prihajajo iz naših prstov. Analizira se kapacitivna razlika med dvignjenim delom odtisa in njegovo depresijo, nakar se oblikuje »karta« odtisa in primerja z originalnim;
• ultrazvočno - skeniranje površine prsta z zvočnimi valovi, ki se pošljejo na prst, odbijejo in obdelajo;
• optični - fotografirajte prstni odtis in opravite primerjavo za skladnost.

Težave pri skeniranju lahko nastanejo, če so roke mokre ali umazane, če pride do poškodbe (ureznine, opekline), če je oseba invalid (manjkajo roke, roke, prsti).

1. Preverjanje pristnosti šarenice

Druga in dokaj pogosta oblika biometrične avtentikacije so skenerji šarenice. Vzorci v naših očeh so edinstveni in se v človekovem življenju ne spreminjajo, kar nam omogoča avtentifikacijo določene osebe. Postopek preverjanja je precej zapleten, saj se analizira veliko število točk, v primerjavi s skenerji prstnih odtisov, kar kaže na zanesljivost sistema.

Vendar pa je v tem primeru morda težko za ljudi z očali ali kontaktnimi lečami – za pravilno delovanje skenerja jih bo treba odstraniti.

1. Preverjanje pristnosti mrežnice

Alternativni način uporabe človeškega očesa za biometrično preverjanje pristnosti je skeniranje mrežnice. Skener sije v zrklo in prikaže strukturo krvnih žil, ki so tako kot lupina edinstvene za vsakega izmed nas.

Biometrična glasovna avtentikacija se prebija v potrošniško tehnologijo in obeta tudi veliko. Prepoznavanje glasu zdaj izvaja Google Assistant na napravah Android, Siri v napravah iOS ali Alexa na Amazon Echo. V bistvu se trenutno izvaja takole:

• Uporabnik: "Želim jesti"
• Glasovni pomočnik: "V redu, tukaj je seznam bližnjih kavarn .."

tiste. preverjanje pristnosti uporabnika se ne izvaja, vendar z razvojem tehnologije - jedel bo samo prvotni uporabnik naprave. Vendar pa obstaja tehnologija glasovne avtentikacije in med postopkom avtentikacije se analizirajo intonacija, tembra, modulacija in drugi biometrični parametri osebe.

Težave se lahko pojavijo zaradi hrupa v ozadju, človeškega razpoloženja, starosti, zdravja, kar posledično zmanjša kakovost metode, zaradi tega se ne uporablja tako pogosto.

1. Preverjanje geometrije človeškega obraza

Zadnja v tem članku in ena najpogostejših oblik biometrične avtentikacije je prepoznavanje obrazov. Tehnologija je dokaj preprosta: obraz osebe se fotografira in primerja z izvirno sliko obraza uporabnika, ki ima dostop do naprave ali zaščitenega območja. Opazimo lahko podobno tehnologijo, imenovano "FaceID", ki je implementirana v Applovem iPhoneu.

Malo smo podobni mami, očetu ali prejšnji generaciji sorodnikov, nekdo pa kot sosed ... Kakorkoli že, vsak od nas ima edinstvene poteze obraza, razen dvojčkov (čeprav imajo lahko madeže na različnih mestih).

Kljub temu, da je tehnologija v svojem bistvu preprosta, je v procesu obdelave slike precej zapletena, saj je izdelan tridimenzionalni model glave, poudarjene so konture, izračuna se razdalja med elementi obraza: oči, ustnice, obrvi. , itd

Metoda se aktivno razvija, saj se lahko uporablja ne le za biometrično avtentikacijo uporabnikov ali zaposlenih, temveč tudi za lovljenje kriminalcev in vsiljivcev. V kombinaciji s to tehnologijo so nameščene številne kamere na javnih mestih (železniške postaje, letališča, trgi, natrpane ulice itd.), kjer ima skener dokaj visoko hitrost in natančnost prepoznavanja.

Kako lahko napadalec preslepi biometrično avtentikacijo?

Razumeti morate, da lahko pri skeniranju določenih parametrov pride do napak v algoritmu za prepoznavanje. Hkrati pa se lahko napadalec z določenim znanjem, spretnostmi in viri izogne ​​določenim metodam preverjanja pristnosti.

V primeru skenerja prstnih odtisov lahko nekatere od njih preslepite:

• izdelava tridimenzionalnega modela prsta iz posebnega materiala (izbranega na podlagi principa delovanja skenerja);
• uporaba prstov speče osebe, nezavestne ali mrtve;

Skenerje šarenice in mrežnice zlahka preslepite s kakovostno fotografijo osebe, natisnjeno na barvnem papirju. Vendar pa večina sodobnih skenerjev zna prepoznati 2D model in ga razlikovati od 3D, v tem primeru morate na sliko namestiti kontaktno lečo, ki simulira bleščanje (odboj svetlobe). Oglejte si vizualni videoposnetek, ki prikazuje postopek obhoda očesnega skenerja na napravi Samsung Galaxy S8:

Glasovni skenerji imajo tudi svoje slabosti, ki nastanejo zaradi obstoja umetne inteligence in nevronskih mrež, ki so sposobne posnemati človeške glasove – takšni sistemi imajo možnost kopirati kateri koli človeški glas in ga v nekaj sekundah reproducirati.

Človeški skenerji obraza niso slabši glede ranljivosti, saj lahko nekatere od teh sistemov napadalec zavede s fotografijo osebe, kot je na primer v primeru Samsung Galaxy Note 8:

Pridobivanje dostopa prek skenerja obraza dvojčkom ne bo težko, na primer Face ID v iPhone - izgleda tako:

Glavna prednost in pomanjkljivost biometrične avtentikacije

Jasna prednost sistema je priročnost, saj si ni treba zapomniti kodne kombinacije (gesla) ali zaporedja vzorcev.

Jasna pomanjkljivost je varnost, saj je veliko ranljivosti in sistem za prepoznavanje ni 100% zanesljiv. Hkrati pa biometričnih parametrov (prstni odtis ali vzorec šarenice) ni mogoče spreminjati, za razliko od gesla ali PIN. To je bistvena pomanjkljivost, saj če podatki enkrat pridejo do napadalca, se izpostavimo resnim tveganjem.

Glede na to, kako pogosta tehnologija biometričnega prepoznavanja je zdaj v sodobnih pametnih telefonih, obstaja več priporočil, ki vam omogočajo, da do neke mere povečate raven zaščite:

• večina prstnih odtisov, ki jih pustimo na površini, je palec in kazalec, zato je za preverjanje pristnosti na pametnem telefonu najbolje uporabiti druge prste;
• kljub prisotnosti biometričnega preverjanja, prijave ali PIN-a - predpogoj za popolno varnost.

"Znanstveni in tehnični članki"- izbor znanstveni in tehnični članki elektronski teme: novosti elektronske komponente, znanstveni razvoj na področju radiotehnike in elektronike, člankov na zgodbe razvoj radiotehnike in elektronike, nov tehnologije in načini gradnje in razvoj elektronski naprave, obetavne tehnologije prihodnost, vidiki in dinamika razvoja vseh področij radiotehnike in elektronike, pregledi razstav elektronski teme.

Želja po zaščiti lastnega življenja, doma, premoženja in financ pred posegi je značilna za vsako osebo. Toda običajne metode preverjanja identitete - predložitev potnega lista ali lastnoročnega podpisa - niso dovolj zanesljive, saj se lahko dokumenti izgubijo, ukradejo ali ponaredijo z uporabo sodobnih tehnologij, podpise pa ponaredimo. Življenje nas prisili, da iščemo nove, bolj zanesljive metode.

Uvod

V luči zadnjih dogodkov, ki se dogajajo v svetu, predvsem v povezavi z naraščajočo aktivnostjo mednarodnega terorizma, se vse več pozornosti namenja varnostnim vprašanjem. Eden najpomembnejših delov varnosti je identifikacija posameznika. Naloga identifikacije osebe postane kritična tudi v številnih vsakdanjih situacijah. Vse pogosteje se srečujemo s primeri goljufij, ko se osebe lažno predstavljajo za druge, ko poskušajo vstopiti v hotelske sobe, pridobiti dostop do računalniškega omrežja ali opraviti spletni nakup.

Biometrična identifikacija

Ena od možnih metod identifikacije je biometrična avtentikacija subjekta, ki temelji na merjenju edinstvenih in trajnih osebnih parametrov. Glavne značilnosti osebe lahko razdelimo v dve skupini - vedenjske in fiziološke. Med vedenjske značilnosti so na primer način govora, slog dela na računalniški tipkovnici ali rokopis, v skupino edinstvenih fizioloških parametrov pa so prstni odtisi, geometrija dlani, šarenica ali mrežnica, videz obraza. Praktične metode biometrije se bolj zanašajo na fiziološke značilnosti, saj se vedenjske še vedno spreminjajo glede na stanje osebe. Na primer, prehlad lahko spremeni ne le tember glasu, ampak tudi način govora: tudi zgovorni ljudje se izogibajo nepotrebnim pogovorom.

Hkrati so številni deli človeškega telesa precej edinstveni in jih je mogoče uporabiti za identifikacijo. Torej, ko iščemo prijatelja v množici, uporabljamo nekaj splošnega algoritma za prepoznavanje obrazov, ki ga izvaja naš intelekt. Bolj specifičen poenostavljen algoritem je povsem izvedljiv s pomočjo računalnika. Človekov obraz posname kamera in določene oblike obraza se ujemajo z informacijami, shranjenimi v bazi podatkov.

Človeško oko je tudi zbirka številnih edinstvenih podatkov. Z ustreznim izostritvijo kamere lahko oko "narišemo" za primerjavo s sliko vzorca šarenice. In z osvetljevalnim skenerjem je mogoče primerjati svetlobo, ki se odbija od fundusa, z "odlikom" mrežnice. Roka ni nič manj edinstvena. Biometrične značilnosti so geometrija in topologija njegove površine. Posebno vlogo imajo prstni odtisi.

Prstni odtisi so bili zakonito sprejeti za osebno identifikacijo pred več kot stoletjem, identifikacija prstnih odtisov pa se v kriminologiji aktivno uporablja že od dvajsetih let prejšnjega stoletja. So edinstveni za vsakega posameznika, jih ni mogoče spreminjati in se uporabljajo tam, kjer so napake v identiteti nesprejemljive, na primer v kazenskem pravu ali pri organiziranju dostopa z najvišjo stopnjo zaščite.

V preteklosti so bili optični senzorski sistemi uporabljeni za odvzem prstnih odtisov, vendar so dolgo časa ostali zelo dragi, obsežni in premalo zanesljivi. V poznih devetdesetih letih prejšnjega stoletja je pojav nizkocenovnih naprav za zbiranje podatkov o prstnih odtisih po različnih principih vodil do napredka tehnologij za identifikacijo prstnih odtisov od omejene uporabe do široke uporabe na številnih novih področjih.

Tehnologije skeniranja prstnih odtisov

Kot smo že omenili, je najstarejša tehnologija optična. Skeniranje prstnega odtisa z mini kamerami na čipu CCD ali CMOS je znatno znižalo stroške identifikacijskih sistemov. Toda ta način odtisa se sooča z nerešljivimi težavami: nastala slika je odvisna od svetlobe okolice, na robovih slike je možno popačenje, senzor je mogoče razmeroma zlahka »prevarati« (nekatere poceni senzorje je mogoče »prevarati« s tiskano kopija, narejena na običajnem kopirnem stroju). Obstajajo težave z velikostjo optičnega bralnika. Senzor ne sme biti manjši od goriščne razdalje kamere. Med glavnimi prednostmi optičnih sistemov lahko ponovno omenimo relativno nizko ceno in praktično neobčutljivost na učinke elektrostatične razelektritve.

Popolnoma nova je tehnologija uporabe elektromagnetnega polja. Senzor oddaja šibek elektromagnetni signal, ki sledi grebenom in vdolbinam prstnega odtisa in upošteva spremembe tega signala, da ustvari sliko prstnega odtisa. Ta princip skeniranja vam omogoča ogled vzorca kože pod plastjo odmrlih celic, kar vodi do dobrih rezultatov pri prepoznavanju bledih ali zbledelih odtisov. Še vedno ostaja problem pomanjkanja sprejemljivega razmerja med velikostjo senzorja in njegovo ločljivostjo.

Druga obetavna tehnologija, ki jo je treba omeniti, je ultrazvok. 3D ultrazvočni skener meri zlomljeno površino prsta z nekakšnim radarjem. Ta metoda skeniranja je lahko še posebej uporabna, na primer v zdravstvu. Ne zahteva, da bi se senzorski čitalniki dotikali s sterilnimi rokami, odtis pa se zlahka prebere tudi skozi gumijaste ali plastične rokavice kirurga. Glavna pomanjkljivost ultrazvočne tehnologije je njena visoka cena in dolg čas skeniranja.

Obstajajo tudi druge metode, ki so bile uporabljene v preteklosti ali pa se šele razvijajo, vendar nam obseg članka v reviji ne omogoča, da bi jih podrobneje obravnavali. Naj se osredotočimo na eno najbolj obetavnih metod.

Kapacitivno skeniranje prstnih odtisov

Kapacitivni skenerji prstnih odtisov so izdelani na silicijevi rezini, ki vsebuje območje mikrokondenzatorjev. Enakomerno so razporejeni v kvadratno ali pravokotno matrico. Pravokotni senzorji veljajo za primernejše, saj se bolj ujemajo z obliko odtisa. Poleg tega se območje, na katerem se bere slika prstnega odtisa, širi, zato se povečuje količina prejetih informacij. Med senzorji, ki so danes na voljo na trgu, imajo senzorji TouchChip podjetja STMicroelectronics največje bralno območje. Polje čipa ima velikost kondenzatorjev 256 x 360, to pomeni, da količina informacij o odtisu presega 92 Kb. En kondenzator zaseda kvadratno površino 50 x 50 µm. Iz teh kondenzatorjev se oblikuje senzor, ki zajame sliko odtisa z ločljivostjo okoli 500 dpi.

Običajno je celotno območje silikona zaščiteno s prevleko, ki jo je posebej razvil in patentiral proizvajalec senzorja. To je zelo trda in vzdržljiva plast, ki lahko zaščiti silikonska vezja, vendar je tako tanka, da omogoča prstu, da se jim čim bolj približa. Nekateri prodajalci kakovost premaza dokazujejo z objavo rezultatov testov, ki navajajo, da je zaščitna plast vzdržala več kot milijon stikov.

Preden nadaljujemo s podrobnim opisom kapacitivne tehnologije, ugotovimo, katere prednosti in slabosti sledijo temu, da je prst v neposredni bližini čipa IC.

Pomanjkljivost je lahko možnost poškodbe senzorja zaradi elektrostatične razelektritve. Pri običajnih mikrovezjih to nevarnost odpravlja ohišje, vendar je senzor prstnih odtisov mogoče prekriti le z izjemno tanko prevleko. Za preusmeritev praznjenja se uporabljajo dodatni ukrepi, kot je ozemljitev. Pri sodobnih senzorjih je ta tehnologija tako napredna, da so skenerji prstnih odtisov sposobni vzdržati razelektritve, ki presegajo 15 kV (razelektritev te velikosti, na primer iz elektrificiranih oblačil, je zelo malo verjetna).

Toda skoraj neposreden stik s kristalom zagotavlja nekatere prednosti. Na primer, lažje je razlikovati pravi živi prstni odtis od ponarejenega ali mrtvega. Obstaja veliko število značilnosti živega prstnega odtisa, ki jih je mogoče izmeriti (npr. temperatura, krvni tlak, pulz). Če združite te meritve in jih uporabite v praksi, lahko dobite skener prstnih odtisov, ki je bolj odporen proti goljufijam. Uporaba ustrezne programske opreme dodatno izboljša sposobnost optičnega bralnika, da se upre poskusom lažnega ponarejanja.

Obstajata dve glavni vrsti kapacitivnega skeniranja - pasivno in aktivno. Oba temeljita na polnjenju in praznjenju kondenzatorjev glede na oddaljenost od kože prsta na vsaki posamezni točki v polju in odčitavanje ustrezne vrednosti. To je mogoče, ker so dimenzije grebenov in vdolbinic na koži precej velike. Povprečna širina grebena je približno 450 µm. Relativno majhna velikost kondenzatorskih modulov (50 x 50 µm) omogoča opazovanje in popravljanje kapacitivnih razlik tudi na tesnih mestih na koži.

Načelo pasivnega skeniranja

V pasivnih silicijevih skenerjih ima vsaka celica samo eno od kondenzatorskih plošč. Druga plošča tvori površino prsta. Skeniranje je sestavljeno iz dveh stopenj. V prvi fazi, ko se prst dotakne površine čipa, se senzorske plošče napolnijo (običajno cela vrsta naenkrat) in vrednosti napetosti na vsaki od njih se shranijo v tako imenovani vzorec. in-hold vezja. V drugem koraku, ko je prst odstranjen, se vrstice senzorskih plošč izpraznijo in drug niz vezij za vzorčenje in zadrževanje shrani preostalo napetost na ploščah. Razlika med polnilno in preostalo napetostjo plošče je sorazmerna kapacitivnosti senzorske celice. Zaporedoma, vrstica za vrstico, skenirane in digitalizirane celice ustvarijo sliko prstnega odtisa. Ta način dostopa do rezin zmanjša potrebo po vezjih za vzorčenje in zadrževanje na dva za vsako vrstico.

Tak skener omogoča v določenih mejah spreminjanje vrednosti potencialov polnjenja in praznjenja ter zamika med stopnjami skeniranja, da se zagotovi možnost branja prstnega odtisa v različnih stanjih (mokro, suho). A tudi pri takšni regulaciji nadzor slike ne more biti tako popoln kot pri aktivni tehnologiji, kjer sta krmiljeni obe kondenzatorski plošči.

Načelo aktivnega skeniranja

Senzorska celica vsebuje obe kondenzatorski plošči, povezani v aktivni kapacitivni povratni tokokrog preko inverterja (invertirnega ojačevalnika), ki deluje kot akumulator naboja: ena plošča je povezana z vhodom pretvornika, druga pa z izhodom (glej sliko 1). 1). Funkcija shranjevalne naprave je pretvoriti povratno moč kapacitivnosti v izhodno napetost, ki jo je mogoče digitalizirati.

riž. 1. Aktivno kapacitivno skeniranje

Aktivni senzor, tako kot pasivni, deluje v dveh stopnjah. Na prvi stopnji tipka "Reset" zapre vhod in izhod pretvornika in ponastavi vezje v začetno stanje. V drugi stopnji se na kondenzatorsko ploščo, priključeno na vhod akumulatorja, nanese kalibriran naboj, ki ustvarja elektromagnetno polje med ploščama. Koža prsta deluje v interakciji s poljem in spreminja aktivno kapacitivnost. Kapacitivnost kondenzatorja se ustrezno zmanjša ali poveča, odvisno od prisotnosti grebena ali korita odtisa. Vrednost te nastale kapacitivnosti se digitalizira.

Ker ima vsaka od senzorskih celic svoj akumulator naboja, se piksli "slike" obravnavajo z naključnim dostopom. To vam omogoča uporabo dodatnih funkcij obdelave slike prstnega odtisa (na primer ogled samo izbranega območja ali predogled – hitreje, vendar z nižjo ločljivostjo).

Tehnologija aktivnega skeniranja zagotavlja veliko večjo odpornost na zunanje vplive, ima višje razmerje med signalom in šumom, zato so senzorji sposobni zaznati širši razpon parametrov prstnih odtisov, ne glede na stanje prsta.

Slikanje in prepoznavanje prstnih odtisov

Slika prstnega odtisa je običajno shranjena v binarni kodi, kjer je vsak piksel vzorca opisan z 8 biti, to je 256 odtenkov sive. V naprednih sistemih za skeniranje se digitalna slika odtisa obdela s posebnim algoritmom za izboljšanje slike. Ta algoritem zagotavlja povratne informacije senzorju za prilagoditev parametrov skeniranja. Ko senzor zajame končno sliko, algoritem prilagodi kontrast in ostrino natisnjene slike za najboljšo kakovost.

Tako je po digitalizaciji vidna povečana "slika" prstnega odtisa. Takšna slika ni ravno primerna za ujemanje prstnih odtisov, saj zavzame preveč pomnilnika (približno 90 KB) in bi njena obdelava med primerjavo zahtevala večjo računalniško moč. Zato je treba iz teh podatkov izbrati le tiste podatke, ki so potrebni za ujemanje prstnih odtisov. Rezultat takšne operacije se imenuje predloga prstnega odtisa in ima velikost 250 ... 1200 bajtov, odvisno od metode identifikacije.

Metode prepoznavanja prstnih odtisov temeljijo na primerjavi z vzorci ali na uporabi značilnih podrobnosti. Nekateri sistemi uspešno združujejo obe metodi. Pri identifikaciji po vzorcu se izbrani deli slike prstnega odtisa shranijo v bazo podatkov. Algoritem za prepoznavanje izbere enaka področja na novo vnesenem prstnem odtisu in jih primerja z razpoložljivimi podatki za avtentikacijo. Velikost predloge - približno 1 Kb.

Pri identifikaciji po podrobnostih se iz slike izvlečejo samo določena mesta, kjer se najde značilnost (detajl). Običajno je to bodisi konec grebena bodisi njegova bifurkacija (glej sliko 2). Vsebina predloge so v tem primeru relativne koordinate in informacije o orientaciji dela. Algoritem za prepoznavanje poišče in primerja ustrezne podrobnosti. Niti vrtenje prstnega odtisa niti njegovo vzporedno prevajanje (premik) ne vplivata na delovanje sistema, saj algoritem deluje z relativnimi vrednostmi. Velikost predloge je v tem primeru zmanjšana na približno 300 bajtov. Obdelava tako majhne količine podatkov je možna tudi v sistemih z nizko hitrostjo procesorja in omejenim pomnilnikom.

Algoritmi za prepoznavanje in njihovo označevanje

Na trgu obstaja precej veliko algoritmov, ki sliko prepoznajo po podrobnostih. Treba je ugotoviti, kakšna so merila za njihovo kakovost.

Če ujemanje dveh primerjanih vzorcev prstnih odtisov izrazimo v odstotkih, potem lahko popolnemu ujemanju (dva vzorca enega prsta) dodelimo vrednost 100 %, absolutno neujemanje (dva vzorca različnih prstov) pa je treba označiti z nič (0 %). Na žalost niso vsa ujemanja popolna in neskladja so absolutna. Običajno stopnja naključja ne pade na skrajne točke lestvice. Težava je z nenatančnimi in nepopolnimi ujemanji. Najtežje je primerjati podobne vzorce, saj se vrednosti skupin ocenjenih vrednosti za ujemanja in neujemanja prekrivajo, prekrivajo med seboj na sredini lestvice. To je kritično področje, saj se v takem primeru ni mogoče natančno odločiti, ali se vzorci ujemajo ali ne. Izhod iz takšne »shizofrene« situacije je vzpostavitev tako imenovanega »praga«, ki enolično določa vrednost ocene, ki ločuje ujemanje vzorca od neusklajenosti. To olajša sprejemanje odločitve, po drugi strani pa lahko povzroči napake v sistemu, saj sta lahko obe skupini ocenjenih vrednosti pod določeno mejo.

riž. 2. Podrobnosti o odtisu

Takšne napake se imenujejo napačna identifikacija oziroma napačna identifikacija. Stopnja takšnih napak je specifična za vsak algoritem za prepoznavanje in se običajno upošteva kot FMR (False Match Rate) – verjetnost napačnega prepoznavanja in FNMR (False Non-Match Rate) – verjetnost napačnega napačnega prepoznavanja. V varnostnih sistemih jih običajno imenujemo tudi FAR (False Accept Rate) - verjetnost napačnega sprejema in FRR (False Reject Rate) - verjetnost napačne zavrnitve. FMR in FNMR sta si medsebojno nasprotni: ko se ena vrednost zmanjša, se druga poveča (kar je enakovredno premikanju "praga" navzgor in navzdol po lestvici skladnosti). Kakovost algoritmov za prepoznavanje je mogoče oceniti s primerjavo vrednosti FMR s fiksno FNMR ali obratno. Včasih so za oceno podani dodatni parametri, na primer raven enakoverjetne napake - točka na lestvici skladnosti, kjer sta vrednosti FMR in FNMR enaki.

Tabela 1. Senzorji in njihove specifikacije

Specifikacije		Senzorji
		TCS1AD		TCS2AF
Aktivna cona senzorja, mm		18,0 x 12,8		10,4 x 14,4
Skupna površina, slikovne pike		256 x 360		208 x 288
Površina slikovnih pik, µm		50
Ločljivost, dpi		508
Frekvenca pridobivanja informacij, okvir/s		15		20
Največji statični potencial, kV		±8		±15
Trenutna poraba	Nazivna vrednost, mA	20
	Stanje pripravljenosti, mA	7
	Spanje, mA	1
Dimenzije ohišja		Polno, mm	27 x 27 x 4,5	27 x 20,4 x 3,5
		Kompakten, mm	27 x 18,4 x 4,5
Konektor		Fleksibilni kabel		20-pinski fleksibilni konektor/fleksibilni kabel
V/I vmesnik		8-bitni vmesnik RAM
Značilnosti okolja	Delovna temperatura, °C	0...40
	Temperatura skladiščenja, °C	-4...85
	Vlažnost	5...95 % RH pri 30°C

Vrednosti zgornjih značilnosti so močno odvisne od baze podatkov prstnih odtisov, ki se uporablja pri testiranju algoritma za prepoznavanje za oceno njegove kakovosti. Tudi s šibkim algoritmom lahko dosežete zelo dobre rezultate, če za testiranje izberete samo visokokakovostne natise. Seveda lahko tudi uspešen algoritem daje slabe rezultate v bazi podatkov, ki vsebuje samo prstne odtise nizke kakovosti. Zato je primerjava algoritmov za prepoznavanje možna le pod pogojem, da se za njihovo testiranje uporablja ista osnova. Preizkušanje algoritma, določanje njegovih kontrolnih točk - praga, FMR, FNMR itd. - se imenuje označevanje. Za pridobitev uporabnih in realističnih rezultatov označevanja je treba uporabiti največjo možno bazo prstnih odtisov (vsaj na tisoče ljudi), ki bi jih zbrali v različnih regijah sveta pri predstavnikih različnih ras, starosti in poklicev v različnih razmerah ( vlažnost, temperatura itd.). .).

Prihodnost je združen modul

Tehnologija za prepoznavanje prstnih odtisov ima številne prednosti, kar pojasnjuje vse večji obseg njene uporabe. Že danes obstajajo prenosniki, dlančniki, ključavnice, prodajni avtomati in različna računalniška periferna oprema z vgrajenimi senzorji prstnih odtisov. Napredek v tehnologiji zmanjšuje velikost in stroške senzorjev ter jim odpira pot do številnih drugih uporab, kot so mobilni telefoni, terminali na prodajnih mestih ali avtomobilski vžigi.

riž. 3. Biometrični varnostni sistem STTouchChip

STMicroelectronics ponuja ST TouchChip, biometrični varnostni podsistem na ključ, ki ga je mogoče enostavno integrirati v splošne in zasebne izdelke (glej sliko 3). TouchChip, PerfectPrint in PerfectMatch so najsodobnejše tehnologije, ki zagotavljajo celoten nabor tipičnih biometričnih sistemskih funkcij: prstni odtis, optimizacijo slike in odločanje o dostopu. TouchChip – silikonski senzor prstnih odtisov – zajema slike prstnih odtisov. Temelji na patentirani tehnologiji aktivnih kapacitivnih pikslov, ki zagotavlja visoko razmerje signal/šum. Programski paket PerfectPrint upravlja senzor tako, da optimizira sliko prstnega odtisa glede na okoljske pogoje ali tip kože. PerfectMatch je nabor programskih algoritmov, ki rešujeta dve bistveni biometrični nalogi: ekstrahiranje predlog iz slike prstnega odtisa in prepoznavanje ujemanja živih prstnih odtisov z vnaprej shranjenimi slikami.

PerfectMatch je opremljen z vmesnikom za programiranje aplikacij (API), ki vam omogoča integracijo biometričnih podsistemov TouchChip v načrte strank brez podrobnega poznavanja vseh komponent sistema. Ta odprta arhitektura močno poenostavi integracijo biometričnega sistema v obstoječe aplikacije in skrajša čas implementacije.

Cilj nadaljnjega razvoja je združiti senzor prstnih odtisov z zmogljivim mikroprocesorjem in pomnilnikom. To bo omogočilo izdelavo modula za prepoznavanje, ki bo sposoben izvesti celotno nalogo: od branja prstnega odtisa do identifikacije predmeta - brez računalnika. Podobni projekti se že razvijajo. STMicroelectronics je pred kratkim napovedal napravo, imenovano TouchChip Trusted Fingerprint Module Biometric Subsystem, ki bo predvidena do konca leta 2002. Tak integriran modul bo odpravil trud, ki se trenutno porabi za integracijo posameznih komponent, kar bo dalo še večji zagon celotnemu biometričnemu prepoznavanju prstnih odtisov trg.

Prepoznavanje prstnih odtisov bo kmalu postalo del našega vsakdana. Upajmo na večjo varnost in udobje, ki jih bo prinesla.

Datum objave: 01.09.2004

Mnenja bralcev

• vlab / 04.08.2013 - 00:41
  Nepopoln prstni odtis lahko identificira osebo
• Oleg) / 21.11.2012 - 10:59
  Zanimiv članek) Dosledno načrtovan in precej enostaven za branje. Lepo je bilo brati.
• Anatolij / 18.12.2008 - 14:31
  Potrebujem diagram!
• Maxim / 08.07.2007 - 19:17
  Na splošno je članek videti dobro. Z vidika zainteresiranega uporabnika zelo razumljiva interpretacija teme. Če je omejeno na bolj strokovno znanje, potem pomanjkanje posebnosti v samem bistvu problema, na primer algoritem za prepoznavanje. Pristop, ki se uporablja v takšnih sistemih, je zelo zanimiv. Zelo bi bil vesel, če bi bilo takšno gradivo objavljeno tudi na novi strani. Vso srečo!