Сравнительный анализ подходов биометрической идентификации

В качестве ключевого достоинства биометрии выступает самостоятельная идентификация человека. В настоящий момент является важной необходимость осуществлять безошибочную идентификацию в местах, где высокая проходимость людей и на КПП. Большое значение такая проблема имеет в процессе соблюдения вопросов безопасности на транспорте и в местах проведения массовых мероприятий. Используемые способы контроля на сегодняшний день являются недостаточными. Существенной модернизацией в области систем безопасности выступает полноценное применение биометрических технологий, когда не будет представлять собой проблему личностный контроль огромного количества людей в одной пропускной точке. Система осуществляет минимизацию ошибок, которые вызваны человеческим фактором.

В качестве главной цели крайне редко отказывающей в доступе легитимным пользователям и одновременно с этим целиком исключающая доступ посредством использования методов распознавания личности по биологическим характеристикам. Биометрические технологии обладают вполне очевидным преимуществом. В сравнении с иными системами, данная система осуществляет обеспечение наиболее надежной защиты: свое тело невозможно забыть или потерять. Ключевые составляющие биометрического

Рис. 1. Группы биометрических методов метода представлены сканером для измерения биометрических характеристик и алгоритм, который позволяет осуществить сравнение с биометрическим шаблоном, который хранится в базе данных. Являются возможными 2 режима работы системы, представленные верификацией (сравнением один к одному) и идентификацией (сравнением одного ко многим)[1,2,3].

Все разнообразие биометрических методов позволяет выделить 2 ключевые группы - неизменные (статические) и изменяющиеся (динамические), которые представлены на рис. 1.

В таблице 1 представлены основные биометрические методы, которые относятся к статической группе.

Таблица 1

Основные статические методы биометрической идентификации

Метод	Носитель биометрической информации	Преимущества	Недостатки
Дактилоскопия	Отпечатки пальцев	Высокая достоверность результатов; Оптимальная     цена оборудования.	Неустойчивость к шумам, которые вызваны повреждением папиллярного узора отпечатка пальца.
Распознавание радужной оболочки	Узор радужки	Высокая   надежность метода; При таком методе не требуется  физический контакта человека с устройством, изображение получается         на расстоянии нескольких метров.	Ценовая недоступность оборудования.
Распознавание лица-2D	Контур,   форма; расположение глаз и носа.	Невысокая  стоимость оборудования; Шанс распознавать на дальнем расстоянии.	Слабая   достоверность метода; Зависимость работоспособности системы от погодных и световых условий; Отмечается отсутствие помехоустойчивости  к любым      внешним изменениям. Зависимость  от  угла наблюдения камеры; Достоверность методики является    возможной лишь     в     случае нейтрального выражения лица.
Распознавание лица-3D	Контур,   форма; расположение глаз и носа	Шанс распознавать на дальнем расстоянии; Помехоустойчивость к внешним факторам и к окружающей среде. Высокая надежность.	Высокая          цена оборудования; Такой метод полностью не апробирован.

Основа динамических  методов  идентификации заключается в проведении анализа поведенческих человеческих характеристик, которые являются свойственными для каждого индивида и существенным образом уступают статическим методам по точности и эффективности. Часто их использование осуществляется только в качестве вспомогательных методов.

На рисунке 2 представлено процентное соотношение использования статических и динамических методов.

• ■    1% Прочее

• ■    1% Подчерк/подпись

• ■    3% Голос

• ■    5% Рисунок вен

• ■    7% Геометрия руки

• ■    7% Радужная оболочка

• ■    18% Геометрия лица

• ■    58% Отпечатки пальцев

Рис. 2. Применение статических и динамических методов в процентном соотношении

Вследствие приемлемости из обозначенных выше методов, рассмотрение данной статьи будет осуществляться на примере дактилоскопии.

Дактилоскопией является самый изученный и чаще всех встречающийся в настоящий момент биометрический метод идентификации, которая является возможной благодаря обладанию каждым человеком уникальным папиллярным узором отпечатка пальцев.

Осуществим рассмотрение в таблице 2 ключевых сфер использования дактилоскопии.

Таблица 2

Сфера применения	Использование
Компьютерная безопасность	Осуществляется использование для наибольшей защищенности входа в системы вместо стандартных решений. Использование данной области зачастую осуществляется среди огромного количества решений на основе биометрии. В качестве самого распространенного метода выступает идентификация и верификация по биометрическим характеристикам, использование которой осуществляется в корпоративных и рабочих станциях для регистрации и входа.
Системы контроля и управления доступом	Широкое применение систем на базе распознавания     отпечатка     пальца осуществляется   в   разных   СКУДах. Благодаря соотношению простоты в применении и высокому уровню защиты данная система является актуальной и зачастую применимой для организации доступа во всевозможные помещения, которые оснащены системой контроля. Осуществляется   занесение   цифрового шаблона отпечатка пальца человека в базу данных, затем  каждый  раз  человек  должен проходить через биометрическую идентификацию. Кроме   того,   является   возможным формирование еще одной подсистемы для того чтобы учитывать рабочее время.
Системы гражданской идентификации и автоматизированные дактилоскопические  идентификационные системы (АДИС).	Широкое использование систем гражданской идентификации осуществляется в общегосударственных биометрических системах идентификации личности.

Ключевые сферы использования отпечатков пальцев

Осуществим рассмотрение принципиальной схемы биометрической системы на примере отпечатков пальцев. Невзирая на разницу в областях применения биометрических систем, все они обладают общими ключевыми элементы. Вследствие этого применение данной схемы является возможным по отношению к большинству методов идентификациями. Получение образа отпечатка пальца происходит посредством сканирующего устройства. На выходе с устройства осуществляется посыл сигнала на процессор, благодаря чему происходит обработка изображения с последующим извлечением из него особых точек (минуций) с исключением лишних точек. Далее осуществляется запись и последующее хранение полученных в результате извлечения признаков в виде шаблона в базе данных, или их сравнение с определенным шаблоном (в процессе верификации), или со всеми существующими шаблонами (в процессе идентификации). Принятие результата осуществляется в соответствие с процентным совпадением сравниваемого образца и шаблона (шаблонов)[2,4,5].

На рисунке 3 представлены процессы регистрации и работы идентификации (верификации). Продемонстрированы информационные потоки биометрической системы, представленные такими подсистемами, как: сбором данных, обработкой данных, сравнением и принятием решений. Следует также отметить, что может осуществляться изменение состава биометрической системы относительно требований и обозначенных задач.

Осуществим детальное рассмотрение каждой из подсистем.

Подсистема сбора данных. Ее предназначение заключается для того чтобы получить изображение и преобразовать его в биометрический образец, для чего зачастую осуществляется использование сканирующего устройства.

Подсистема передачи. Подсистема передачи, передает образцы, признаки и шаблоны между подсистемами, посредством стандартных форматов обмена. Для того чтобы защитить подлинность, целостность и конфиденциальность, необходимо сжать (зашифровать) биометрический образец и распаковать его (расшифровать) перед использованием, для чего осуществляется использование метода шифрования.

Подсистема обработки данных.

Ее предназначение заключается для того чтобы извлечь характерные признаки из биометрических образцов. Обозначим этапы приведения изображения [2]:

Фильтр Габора.

Фильтр Габора является линейным электронным фильтро м, использование которого осуществляется для того чтобы выделить границы объекта внутри обрабатываемого изображения, как и для того чтобы устранить шумы и привести изображение к чёрно-белому виду.

Результат верификации

Резу льтат идентификаци и

Бинаризация

Рис. 3. Принципиальная схема биометрической системы Скелетизация.

В результате устранения шумов на откорректированном изображении осуществляется проведение процесса скелетизации посредством уменьшения по границе. Это оптимальный метод для скелетизации отпечатка пальца. Процесс представлен поочередным удалением граничных пикселей по всему изображению, пока ширина линий не станет равна одному пикселю[2,6,7].

Выделение минуций.

Регистрация

--- ► Верификация (Идентификация)

При существовании скелетизированного изображения отпечатка, для того чтобы найти особые точки (минуции) осуществляется определение центральной точки области и числа ненулевых пикселей, которые окружают ее. Центральный пиксель – это минуция. После удаления остается много реальных минуций, использование которых в дальнейшем будет осуществляться для того чтобы сравнить отпечатки пальцев.

Подсистема хранения данных.

В данной подсистеме существуют шаблоны биометрических характеристик зарегистрированного пользователя, которые хранятся в базе. Каждый зарегистрированный пользователь имеет шаблон своего отпечатка.

Подсистема сравнения.

В этой подсистеме осуществляется сравнение признаков образца с признаками шаблона (при верификации) либо со всеми существующими шаблонами (при идентификации). Если расстояние между двумя минуциями является меньшим изначальной величины, точка является совпавшей. Отпечатки являются идентичными в случае превышения коэффициента совпадения 70%.

Подсистема принятия решения.

Использование подсистемы принятия решения осуществляется в процессе объявления результата верификации либо идентификации.

На рис. 4 представлен бизнес-процесс биометрической системы, использование которого может осуществляться в процессе организации доступа на спортивные мероприятия.

продаже билетов

онтроль регистрации новых пользователей и контроль продажи билетов

Оператор на пропускной

онтроль прохода и принятие решений в пограничных ситуациях

Аутентификац ия

Ответ на

Турникет№1 Турникет№2 Турникет№...

Рис. 4. Бизнес-процесс биометрической системы

Может происходить изменение и дополнение такой структуры в зависимости от обозначенных задач.

В статье осуществлено раскрытие методов, целей создания и использования биометрических технологий. Также представлено описание режимов работы системы. Посредством сравнительного анализа биометрических методов был осуществлен выбор оптимального. Осуществлено рассмотрение ключевых областей применения данного метода. Проанализирована схема биометрической системы и осуществлен обзор основных компонентов, которые входят в неё. Представлен пример построения бизнес-процесса, для определенной области применения. В статье продемонстрировано, что на сегодняшний день биометрическая идентификация является очень актуальной и востребованной.