ПРОЕКТ по дисциплине информатика Тема: «Аутентификация личности по биометрическим данным»

Опубликовано Новикова Татьяна Ивановна вкл 18.09.2019 - 14:55

Автор:

Кригер Василиса, гр. В-106

В настоящее время наблюдается непреходящий интерес к проблеме распознавания человека по биометрическим данным. Задача распознавания человека актуальна как в области интеллектуальных сред, так и в системах безопасности.Данный проект ставит задаче, выяснить, какой метод распознавания личности более эффективен и выгоден для человека.

Скачать:

Вложение	Размер
kriger_proekt.docx	626.84 КБ

Предварительный просмотр:

Государственное бюджетное профессиональное образовательное учреждение

Московской области

«Коломенский аграрный колледж»

ПРОЕКТ

по дисциплине информатика

Тема: «Аутентификация личности по биометрическим данным»

Выполнила: студентка 1 курса, «Ветеринария»

группы В-106

Кригер Василиса Эдуардовна

Проверил: руководитель проекта

Преподаватель дисциплины информатика

Новикова Татьяна Ивановна

2019 год

Содержание

Аннотация
Введение
Разновидности аутентификации по биометрическим данным
Заключение
Вывод
Источники информации

Аннотация

Актуальность темы: В настоящее время наблюдается непреходящий интерес к проблеме распознавания человека по биометрическим данным. Задача распознавания человека актуальна как в области интеллектуальных сред, так и в системах безопасности. Мы решили изучить существующие методы распознавания человека по биометрическим данным.

Задачи:

Собрать материал по выбранной теме
Провести исследование
Выяснить, какой метод распознавания личности более эффективен и выгоден для человека.

Гипотеза: В скором времени жизнь человека не будет обходиться без технологий распознавания биометрических данных.

Введение

Биометрическая аутентификация

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

Биометрические системы аутентификации — системы аутентификации, использующие для удостоверения личности людей их биометрические данные.

Аутентификация — процедура проверки подлинности

Биометрическая аутентификация — процесс доказательства и проверки подлинности заявленного пользователем имени, через предъявление пользователем своего биометрического образа и путём преобразования этого образа в соответствии с заранее определённым протоколом аутентификации.

Различные системы контролируемого обеспечения доступа можно разделить на три группы в соответствии с тем, что человек собирается предъявлять системе:

Парольная защита. Пользователь предъявляет секретные данные (например, PIN-код или пароль).
Использование ключей. Пользователь предъявляет свой персональный идентификатор, являющийся физическим носителем секретного ключа. Обычно используются пластиковые карты с магнитной полосой и другие устройства.
Биометрия. Пользователь предъявляет параметр, который является частью его самого. Биометрический класс отличается тем, что идентификации подвергаются биологические особенности человека — его индивидуальные характеристики (рисунок папиллярного узора, отпечатки пальцев, термограмму лица и т. д.).

Биометрические системы доступа являются очень удобными для пользователей. В отличие от паролей и носителей информации, которые могут быть потеряны, украдены, скопированы, Биометрические системы доступа основаны на человеческих параметрах, которые всегда находятся вместе с ними, и проблема их сохранности не возникает. Потерять их почти невозможно. Также невозможна передача идентификатора третьим лицам. Впрочем, можно насильственно изъять параметры. В кинофильмах и анимации было неоднократно показано, что глаза и руки можно ампутировать (или использовать пользователя как заложника). Можно так же изготовить копии, в том числе и скрытно считав параметры. Однако многие методы имеют защиту от использования мертвого органа или копии. Так, многие сканеры радужной оболочки имеют так же инфракрасный сканер, определяющие теплый ли глаз/макет или нет (можно обойти, нагрев глаз или использовать линзы с рисунком). Проводятся исследования возможности использования кратковременной вспышки и сканирования моторной реакции зрачка, однако метод имеет потенциальные проблемы при использовании офтальмологических препаратов и наркотическом опьянении. Сканеры отпечатков пальцев могут комбинировать емкостное и ультразвуковое (защищает от копии распечатанной струйным принтером токопроводящими чернилами) сканирование (можно обмануть с помощью 3D принтера и токопроводящего материала). Надежнее всего здесь метод сканирования сетчатки глаза, изготовить макет очень сложно, после смерти же сосуды сетчатки перестают накачиваться кровью, и сканер способен это определить. Полностью насильственное использование заложника потенциально можно определить с помощью анализа поведения на видео, например, при помощи нейронных сетей.

В настоящее время широко используется большое количество методов биометрической аутентификации, которые делятся на два класса.

Статические методы биометрической аутентификации основаны на физиологических характеристиках человека, присутствующих от рождения и до смерти, находящиеся при нём в течение всей его жизни, и которые не могут быть потеряны, украдены и скопированы.
Динамические методы биометрической аутентификации основываются на поведенческих характеристиках людей, то есть основаны на характерных для подсознательных движений в процессе воспроизведения или повторения какого-либо обыденного действия.

Критерии для биометрических параметров обязаны соответствовать следующим пункта:

Всеобщность: Данный признак должен присутствовать у всех людей без исключения.
Уникальность: Биометрия отрицает существование двух людей с одинаковыми физическими и поведенческими параметрами.
Постоянство: для корректной аутентификации необходимо постоянство во времени.
Измеримость: специалисты должны иметь возможность измерить признак каким-либо устройством для дальнейшего занесения в базу данных.
Приемлемость: общество не должно быть против сбора и измерения биометрического параметра.

Разновидности аутентификации по биометрическим данным

Аутентификация по отпечатку пальца

Идентификация по отпечаткам пальцев — самая распространенная биометрическая технология аутентификации пользователей. Метод использует уникальность рисунка папиллярных узоров на пальцах людей. Отпечаток, полученный с помощью сканера, преобразовывается в цифровой код, а затем сравнивается с ранее введенными наборами эталонов. Преимущества использования аутентификации по отпечаткам пальцев — легкость в использовании, удобство и надежность. Универсальность этой технологии позволяет применять её в любых сферах и для решения любых и самых разнообразных задач, где необходима достоверная и достаточно точная идентификация пользователей.

Для получения сведений об отпечатках пальцев применяются специальные сканеры. Чтобы получить отчётливое электронное представление отпечатков пальцев, используют достаточно специфические методы, так как отпечаток пальца слишком мал, и очень трудно получить хорошо различимые папиллярные узоры.

Обычно применяются три основных типа сканеров отпечатков пальцев: ёмкостные, прокатные, оптические. Самые распространенные и широко используемые это оптические сканеры, но они имеют один серьёзный недостаток. Оптические сканеры неустойчивы к муляжам и мертвым пальцам, а это значит, что они не столь эффективны, как другие типы сканеров. Так же в некоторых источниках сканеры отпечатков пальцев делят на 3 класса по их физическим принципам: оптические, кремниевые, ультразвуковые.

Существует два основных типа оптических сканеров. Первый делает снимок нужной области пальца при прикосновении к сканеру. Этот тип используется в смартфонах Apple, начиная с iPhone 5s.
Второй тип оптического сканера предполагает проведение по нему пальцем. Он делает серию снимков и программно объединяет их воедино. Такой сканер нашел свое применение в Samsung Galaxy S5.

Аутентификация по сетчатке глаза

Метод аутентификации по сетчатке глаза получил практическое применение примерно в середине 50-х годов прошлого века. Именно тогда была установлена уникальность рисунка кровеносных сосудов глазного дна (даже у близнецов данные рисунки не совпадают). Для сканирования сетчатки используется инфракрасное излучение низкой интенсивности, направленное через зрачок к кровеносным сосудам на задней стенке глаза. Из полученного сигнала выделяется несколько сотен особых точек, информация о которых сохраняется в шаблоне.

К недостаткам подобных систем следует в первую очередь отнести психологический фактор: не всякому человеку приятно смотреть в непонятное темное отверстие, где что-то светит в глаз. К тому же, подобные системы требуют чёткого изображения и, как правило, чувствительны к неправильной ориентации сетчатки. Поэтому требуется смотреть очень аккуратно, а наличие некоторых заболеваний (например, катаракты) может препятствовать использованию данного метода. Сканеры для сетчатки глаза получили большое распространение для доступа к сверхсекретным объектам, поскольку обеспечивают одну из самых низких вероятностей ошибки (отказ в доступе для зарегистрированного пользователя).

В Медицинском университете Вены продемонстрировали доступный метод сканирования человека по сетчатке глаза. Способ позволяет выявлять заболевания даже в момент возникновения, например, сахарный диабет.

Аутентификация по радужной оболочке глаза

Данная технология биометрической аутентификации личности использует уникальность признаков и особенностей радужной оболочки человеческого глаза. Радужная оболочка — тонкая подвижная диафрагма глаза у позвоночных с отверстием (зрачком) в центре; расположена за роговицей, между передней и задней камерами глаза, перед хрусталиком. Радужная оболочка образовывается ещё до рождения человека, и не меняется на протяжении всей жизни. Радужная оболочка по текстуре напоминает сеть с большим количеством окружающих кругов и рисунков, которые могут быть измерены компьютером, рисунок радужки очень сложен, это позволяет отобрать порядка 200 точек, с помощью которых обеспечивается высокая степень надежности аутентификации. Для сравнения, лучшие системы идентификации по отпечаткам пальцев используют 60-70 точек.

Технология распознавания радужной оболочки глаза была разработана для того, чтобы свести на нет навязчивость сканирования сетчатки глаза, при котором используются инфракрасные лучи или яркий свет. Ученые также провели ряд исследований, которые показали, что сетчатка глаза человека может меняться со временем, в то время как радужная оболочка глаза остается неизменной. И самое главное, что невозможно найти два абсолютно идентичных рисунка радужной оболочки глаза, даже у близнецов. Для получения индивидуальной записи о радужной оболочке глаза черно-белая камера делает 30 записей в секунду. Еле различимый свет освещает радужную оболочку, и это позволяет видеокамере сфокусироваться на радужке. Одна из записей затем оцифровывается и сохраняется в базе данных зарегистрированных пользователей. Вся процедура занимает несколько секунд, и она может быть полностью компьютеризирована при помощи голосовых указаний и автофокусировки. Камера может быть установлена на расстоянии от 10 см до 1 метра, в зависимости от сканирующего оборудования. Термин «сканирование» может быть обманчивым, так как в процессе получения изображения проходит не сканирование, а простое фотографирование. Затем полученное изображение радужки преобразуется в упрощенную форму, записывается и хранится для последующего сравнения. Очки и контактные линзы, даже цветные, не воздействуют на качество аутентификации.

Система распознавания радужки применяется для организации рабочего времени и контроля прихода/ухода сотрудников сахарного завода в штате Висконсин.

Аутентификация по геометрии руки

В этом биометрическом методе для аутентификации личности используется форма кисти руки. Из-за того, что отдельные параметры формы руки не являются уникальными, приходится использовать несколько характеристик. Сканируются такие параметры руки, как изгибы пальцев, их длина и толщина, ширина и толщина тыльной стороны руки, расстояние между суставами и структура кости. Также геометрия руки включает в себя мелкие детали (например, морщины на коже). Хотя структура суставов и костей являются относительно постоянными признаками, но распухание тканей или ушибы руки могут исказить исходную структуру. Проблема технологии: даже без учёта возможности ампутации, заболевание под названием «артрит» может сильно помешать применению сканеров.

С помощью сканера, который состоит из камеры и подсвечивающих диодов (при сканировании кисти руки, диоды включаются по очереди, это позволяет получить различные проекции руки), строится трёхмерный образ кисти руки. Надежность аутентификации по геометрии руки сравнима с аутентификацией по отпечатку пальца.

Системы аутентификации по геометрии руки широко распространены, что является доказательством их удобства для пользователей. Использование этого параметра привлекательно по ряду причин. Процедура получения образца достаточно проста и не предъявляет высоких требований к изображению. Размер полученного шаблона очень мал, несколько байт. На процесс аутентификации не влияют ни температура, ни влажность, ни загрязнённость. Подсчеты, производимые при сравнении с эталоном, очень просты и могут быть легко автоматизированы.

Системы аутентификации, основанные на геометрии руки, начали использоваться в мире в начале 70-х годов.

Компания «Прософт-Биометрикс» производит и устанавливает специальные терминалы, которые позволяют проводить биометрию по венам руки. Новый вид СКУД по венам ладони уже начал пользоваться большой популярностью на крупных предприятиях и в финансовых учреждениях, где необходимо точно и быстро проводить идентификацию сотрудников или посетителей (например, для распознавания владельцев банковских ячеек)

Аутентификация по геометрии лица

Биометрическая аутентификация человека по геометрии лица довольно распространенный способ аутентификации. Техническая реализация представляет собой сложную математическую задачу. Обширное использование мультимедийных технологий, с помощью которых можно увидеть достаточное количество видеокамер на вокзалах, аэропортах, площадях, улицах, дорогах и других местах скопления людей, стало решающим в развитии этого направления. Для построения трёхмерной модели человеческого лица, выделяют контуры глаз, бровей, губ, носа, и других различных элементов лица, затем вычисляют расстояние между ними, и с помощью него строят трёхмерную модель. Для определения уникального шаблона, соответствующего определённому человеку, требуется от 12 до 40 характерных элементов. Шаблон должен учитывать множество вариаций изображения на случаи поворота лица, наклона, изменения освещённости, изменения выражения. Диапазон таких вариантов варьируется в зависимости от целей применения данного способа. Некоторые алгоритмы позволяют компенсировать наличие у человека очков, шляпы, усов и бороды.

Маркетологи будут использовать программное обеспечение по распознаванию лица, чтобы обеспечить потребителям более персонализированные предложения, товары и акции. Ведь, с момента появления покупателя в магазине, комбинированное использование камер и программного обеспечения распознавания лица позволяет получить несколько метрик, в том числе: рост, вес, пол и примерный возраст. Также можно применять системы распознавания лица, чтобы узнать больше о покупательских привычках заказчика в течение долгого времени, и, в конечном счете, разработать план долгосрочных отношений с клиентами. Кассовые операции не дают возможности отслеживать покупки и сделать персональные рекомендации продукта в будущем. Программное обеспечение распознавания лица может помочь маркетологам преодолеть эти барьеры, конвертировав факт оплаты в отслеживание деятельности конкретного физического лица.

Владельцы торговых точек сумеют распознавать клиентов, входящих в магазин, а затем отслеживать соответствие между их действиями и набором реально приобретенных покупок. Маркетологи могут собирать эти данные, чтобы следить за изменениями в трафике продаж и потребительских предпочтений, а также создать более полную базу данных по покупательским привычкам каждого потребителя или группы потребителей.

Аутентификация по термограмме лица

Способ основан на исследованиях, которые показали, что термограмма лица уникальна для каждого человека. Термограмма получается с помощью камер инфракрасного диапазона. В отличие от аутентификации по геометрии лица, данный метод различает близнецов. Использование специальных масок, проведение пластических операций, старение организма человека, температура тела, охлаждение кожи лица в морозную погоду не влияют на точность термограммы. Из-за невысокого качества аутентификации, метод на данный момент не имеет широкого распространения.

Термограммы, как механизм биометрической идентификации, являются привлекательными для спецслужб, поскольку технология является ненавязчивой, незаметна при проверке. И ещё в то время как не используемая широко, электронная термография все чаще используется в качестве неионизирующей, неинвазивной альтернативой в медицинской диагностике. Считается, что сосудистые тепловые излучения, присутствующие на человеческом лице, могут обеспечить физиологические показатели основного состояния здоровья или заболевания. Общая термография была использована для попытки диагностики рака молочной железы, поскольку эффективность использования этой технологии была поставлена под сомнение с научной точки зрения.

Аутентификация по голосу

Биометрический метод аутентификации по голосу, характеризуется простотой в применении. Данному методу не требуется дорогостоящая аппаратура, достаточно микрофона и звуковой платы. В настоящее время данная технология быстро развивается, так как этот метод аутентификации широко используется в современных бизнес-центрах. Существует довольно много способов построения шаблона по голосу. Обычно, это разные комбинации частотных и статистических характеристик голоса. Могут рассматриваться такие параметры, как модуляция, интонация, высота тона, и т. п.

Основным и определяющим недостатком метода аутентификации по голосу — низкая точность метода. Например, человека с простудой система может не опознать. Важную проблему составляет многообразие проявлений голоса одного человека: голос способен изменяться в зависимости от состояния здоровья, возраста, настроения и т. д. Это многообразие представляет серьёзные трудности при выделении отличительных свойств голоса человека. Кроме того, учёт шумовой компоненты является ещё одной важной и не решенной проблемой в практическом использовании аутентификации по голосу. Так как вероятность ошибок при использовании данного метода велика (порядка одного процента).

Как сообщили «Тинькофф кредитные системы» (ТКС), этот банк стал «первым в России и одним из первых в мире», кто внедрил у себя технологию распознавания клиентов по голосовому слепку.

На рынке производителей технологий работы с голосом есть два лидера – это российский «Центр речевых технологий» и американский Nuance. Израильский разработчик Nice, специализирующийся на создании программных продуктов для организации колл-центров, использует движок Nuance.

Аутентификация по рукописному почерку

Метод биометрической аутентификации по рукописному почерку основывается на специфическом движении человеческой руки во время подписания документов. Для сохранения подписи используют специальные ручки или восприимчивые к давлению поверхности. Этот вид аутентификации человека использует его подпись. Шаблон создается в зависимости от необходимого уровня защиты. Обычно выделяют два способа обработки данных о подписи:

Анализ самой подписи, то есть используется просто степень совпадения двух картинок.
Анализ динамических характеристик написания, то есть для аутентификации строится свертка, в которую входит информация по подписи, временными и статистическими характеристиками её написания.

Комбинированная (мультимодальная) биометрическая система аутентификации применяет различные дополнения для использования нескольких типов биометрических характеристик, что позволяет соединить несколько типов биометрических технологий в системах аутентификации в одной. Это позволяет удовлетворить самые строгие требования к эффективности системы аутентификации. Например, аутентификация по отпечаткам пальцев может легко сочетаться со сканированием руки. Такая структура может использовать все виды биометрических данных человека и может применяться там, где приходится форсировать ограничения одной биометрической характеристики. Комбинированные системы являются более надежными с точки зрения возможности имитации биометрических данных человека, так как труднее подделать целый ряд характеристик, чем фальсифицировать один биометрический признак.

До сих пор финансовое сообщество не спешило принимать автоматизированные методы идентификации подписи для кредитных карточек и проверки заявления, потому что подписи все еще слишком легко подделать. Это препятствует внедрению идентификации личности по подписи в высокотехнологичные системы безопасности.

Заключение

В самых разных сферах деятельности всегда имелись задачи, где необходимо опознание конкретного человека. Наиболее часто это необходимо при управлении, обеспечении безопасности, для контроля над деятельностью людей.

В последние десятилетия для установления личности используются всё более высокотехнологичные способы, наиболее востребованным из них является биометрическое распознавание личности, когда человек сам является ключом, предоставляя для проверки свои уникальные физические или поведенческие характеристики. Область использования подобного рода средств и систем чрезвычайно расширилась по сравнению с изначальной: идентификация используется не только в традиционных задачах безопасности и контроля доступа, но и, например, в системах «лояльных продаж» для индивидуального подхода к покупателям.

Доказана уникальность для каждого человека многих признаков, начиная от общеизвестных (наподобие отпечатков пальцев), до весьма экзотических (форма ушной раковины, температурная картина лица). Для идентификации по многим из этих признаков разработаны технические средства, имеются и полностью автоматические системы производящие биометрическую проверку личности человека.

Среди прочих методов, ставших уже традиционными, наиболее перспективным следует признать распознавание человека по лицу. Этот метод имеет ряд неоспоримых преимуществ перед большинством других: при достаточно высокой точности определения он позволяет проводить проверку на расстоянии, допускает скрытную проверку и требует наличия только общеупотребительного оборудования (видеокамеры). Совокупность этих качеств обусловила очень быстрое развитие этого метода.

Вывод

Все вышесказанное может свидетельствовать о том, что в скором времени метод аутентификации по биометрическим данным станет ведущим методом распознавания личности.

Источники информации

Вода может клеить?

Сказка "Колосок"

Что есть на свете красота?

Два Мороза

Сладость для сердца