Arhitektura biometrijskih sistema
U današnje vreme razmatramo distribuirane biometrijske arhitekture za verifikaciju s nekoliko pristupnih tačaka na kojima korisnici određene populacije mogu biti biometrijski verifikovani i eventualno autorizovani da poseduju određenu privilegiju. U nekim slučajevima nazivaju se i biometrijskim arhitekturama za autorizaciju.
Standardno rešenje jeste on-line arhitektura u kojoj jedan ili više servera za verifikaciju pokreću bazu podataka (distribuiranu) koja sadrži biometrijske šablone i prave je dostupnom svakoj pristupnoj tački putem žičnih ili bežinih mreža. Prilikom svake verifikacije, pristupne tačke moraju da stupe u kontat sa serverima za verifikaciju. Kako bi pronašla podudaranje između biometrijskog uzorka i šablona, pristupna tačka može da pošalje uzorak serveru za verifikaciju i da sačeka odgovor (push-model). Alternativno tome, može da zahteva jedan ili više šablona od servera za verifikaciju kako bi sama izvršila proveru podudaranja pull-model). Softverske aplikacije mogu da koriste ove servise putem tzv. BioAPI, koji je trenutno razvija BioAPI konzorcijum.
Ukoliko pristupne tačke poseduju dovoljno mesta za skladištenje, kao i dovoljno jake kapacitete za rad, i baze podataka koje sadrže šablone ne moraju često da se obnavljaju, onda šabloni mogu da se skladište upravo na pristupnim tačkama. Ovo predstavlja offline arhitekturu, jer pristupna tačka može da prepozna pojedinca a da se ne povezuje na server za verifikaciju koji se nalazi on-line.
Perfomanse i pouzdanost biometrijskih sistema
Kvalitet datog biometrijskog sistema i metoda prepoznavanja određuje se na osnovu sledećih parametara:
- False accept rate ili False match rate (FAR ili FMR) – Verovatnoća da će sistem prikazati uspešno podudaranje podataka, tj. uspešnu autorizaciju, iako se podaci u bazi podataka i podaci osobe koja se proverava zapravo ne poklapaju. Ovaj parametar meri procenat nevalidnih podudaranje. Ovi sistemi su kritični, jer se uglavnom koriste kako bi zabranili određene radnje osobama koje nisu ovlašćene.
- False reject rate ili False non-match rate (FRR ili FNMR) – Verovatnoća da će sistem pogrešno prikazati kako nije pronašao podudaranje između baze podataka i podataka osobe koja se proverava. Ovaj parametar meri procenat validnih podataka koji greškom bivaju odbačeni.
- Receiver operating characteristic ili Relative operating characteristic (ROC)– U suštini, algoritam koji sprovodi proveru podudaranje donosi odluku na osnovu određenih parametara. U biometrijskim sistemima FAR i FRR tipično mogu da zamenjuju vrednosti parametara u cilju da se uspostavi ravnoteža između njih. ROC skica se dobija tako što se grafički prikažu vrednosti FAR i FRR, implicitno menjajući promenljive veličine. Česta varijacija je Detection error trade-off (DET), parametar koji se dobija korišćenjem skale normalnih devijacija na obe ose. Ovaj, više linearan grafikon, naglašava razlike u cilju postizanja boljih performansi, što podrazumeva manje grešaka.
- Equal error rate ili Crossover error rate (EER ili CER) – Postotak pri kojem su greške prihvatanja i odbijanja autorizacije jednake. ROC ili DET skiciranje se koristi kada je vrlo jasno kako se FAR i FRR mogu menjati. Kada je potrebno brzo poređenje dvaju sistema, EER se uglavnom koristi. Što je niži EER, to se sistem smatra preciznijim.
- Failure to enroll rate (FTE ili FER) – Procenat podataka koji se unose za proveru, a smatraju se nevalidnim i bivaju neuspešno uneti u sistem, tj. sistem ih odbacuje. Podaci se ocenjuju kao nevalidni u trenutku kada ih sensor proglasi nevalidnim ili lošeg kvaliteta, stoga sistem ne može izvršiti proveru.
- Failure to capture rate (FTC) – U okviru automatskih sistema, verovatnoća da sistem neće uspeti da detektuje biometrijsku osobinu koja treba da se proveri, iako je ispravno prikazana.
- Template capacity – Maksimalan broj količine podataka po jednom šablonu koji se može uneti u sistem.
Kako se povećava osetljivost biometrijskih uređaja, tako se smanjuje FAR, ali se povećava FRR. Jedan jednostavan, ali veštački način da se oceni sistem jeste na osnovu EER.
Sigurnost i prihvatljivost biometrijskih sistema
Uzimanje statičkih (postojanih) biometrijskih uzoraka, kao što su uzorci krvi, skeniranje rožnjače i zenice oka, otisci prstiju ili uzimanje DNK uzorka, manje je prihvatljivo u javnosti u odnosu na uzimanje dinamičnih uzoraka. Međutim, uzimanje dinamičkih uzoraka dovodi do viših FAR i FRR. Razlog ovome je to što se dinamčki uzorci ne mogu reprodukovati toliko dobro koliko mogu statički, posebno u slučaju bolesti ili drugih uticaja okoline. Još jedan problem je taj što se dinamički uzorci donekle mogu falsifikovati.
Čitači otisaka prstiju trenutno su najstariji i najkorišćeniji uređaji za biometrijsko prepoznavanje, delom zato što imaju dugu istoriju korišćenja u kriminalističkim istragama. Postoje uređaji koji raspoznaju prste živih ljudi od prstiju koji nisu „živi“ ili od lateks rukavica. Dugogodišnja tradicija kriminalističkih istraga stigmatizuje skenere otisaka prstiju i čini ih manje prihvatljivim u široj javnosti. Postoje proizvodi koji se mogu kupiti u slobodnoj prodaji, ali oni prave šablone u formatu koji nije kompatibilan sa uređajima koji se koriste u zakonodavstvu. Međutim, nepoznato je koliko bi truda bilo neophodno da se format dobijen iz proizvoda za komercijalnu upotrebu pretvori u format dovoljno precizan da bi se mogao koristiti u zakonodavstvu.
Kada govorimo o zaštiti privatnosti, arhitekture koje koriste on-line verifikaciju mnogo više ugrožavaju privatnost u odnosu na tradicionalne sisteme koji se baziraju na papirima, u kojima se pojedinci identifikuju uz pomoć pasoša, bedževa i ostalih dokumenata koji sadrže sliku. Problem koji stvaraju on-line arhitekture jeste taj što su serveri za verifikaciju u mogućnosti da prikupe dovoljno informacija kako bi mogli da sastave istoriju kretanja korisnika na osnovu podataka o određenim aktivnostima koje je korisnik izvršio. Na primer, naplatne rampe na putevima mogu se koristiti kako bi se sastavila istorija kretanja korisnika; informacije koje korisnik unosi prilikom logovanja na računar, kao i prikupljanje informacija vezanih za cookies, mogu se koristiti za prikupljanje podataka vezanih za sfere interesovanja i ponašanje svakog korisnika koji se nalazi u sistemu. Ovo je već primenjeno u praksi, na primer, kod on-line marketinga (npr. www.doubleclick.com). Offline arhitekture za verifikaciju predstavljaju manju pretnju, ali takođe poseduju potencijal za nadgledanje i prismotru većih ramera, jer se sve te odvojene pristupne tačke svakako mogu povezati u bilo kom vremenskom trenutku. Ovi prikupljeni podaci mogu se koristiti u razne neautorizovane svrhe, bez znanja osobe čiji su podaci analizirani. Takođe, vlasnici imovine od velike vrednosti u posebnoj su opasnosti, jer kada lopovi ne mogu da pristupe materijalnim dobrima koje žele da ukradu, velike su šanse da će pratiti i proganjati vlasnike ovih predmeta. Ukoliko su ovi predmeti pod biometrijskom zaštitom, šteta koja biva nanesena vlasniku može biti nepovratna, a često i skuplja od same ukradene imovine. Na primer, 2005, malezijski kradljivci automobila odsekli su prst jednom vlasniku Mercedes-Benz S-Class automobila u pokušaju da mu ukradu auto. Sve u svemu, kada se govori o zaštiti privatnosti kod biometrijskih sistema, nije, zapravo, toliko bitno od kojih se biometrijskih karakteristika uzima uzorak u svrhu verifikacije, već ko upravlja biometrijskim šablonima i biometrijskim podacima koji nastaju kao rezultat mnogobrojnih svakodnevnih verifikacija.
Prepoznavanje na osnovu otisaka prstiju
Prepoznavanje na osnovu otisaka prstiju ili autentifikacija na osnovu otisaka prstiju odnosi se na automatizovan metod s ciljem da verifikuje podudaranje između dva ljudska otiska prstiju. Otisci prstiju su jedan od mnogobrojnih oblika biometrije koji se koristi za identifikaciju pojedinca i potvrđivanje njegovog identiteta. U ovom odeljku biće opisane dve glavne klase algoritama (oblici i karakteristični detalji) i četiri dizajna zasnovana na senzorima (optički, ultrasonični, pasivna kapacitivnost i aktivna kapacitivnost).
Oblici
Postoje tri osnovna oblika brazdi kod otiska prsta – luk (svod), petlja i zavojnica (kotur). Luk ili svod je oblik kod kojeg se brazde pojavljuju s jedne strane prsta, uzdižu se u sredini formirajući luk i dalje se prostiru ka drugoj strani prsta. Petlja je oblik kod kojeg se brazde pojavljuju s jedne strane prsta, formiraju krivu i nastoje da se nadalje prostiru ka istoj strani prsta na kojoj su se i pojavile. Kod oblika zavojnice ili kotura brazde se formiraju u krugovima oko centralne tačke prsta. Naučnici su došli do zaključka da članovi porodice često dele isti opšti oblik otisaka prstiju, što nas navodi na zaključak da su ovi oblici nasledni.
|
Oblik LUK (SVOD) |
Oblik PETLJA |
OBLIK ZAVOJNICA (KOTUR) |
KARAKTERISTIČNI DETALJI
|
ZAVRŠETAK BRAZDE |
RAČVANJE |
KRATKA BRAZDA (TAČKA) |
NAJKARAKTERISTIČNIJI DETALJI BRAZDI OTISAKA PRSTIJU SU: ZAVRŠETAK BRAZDE, RAČVANJE I KRATKA BRAZDA (ILI TAČKA). ZAVRŠETAK BRAZDE JE MESTO GDE BRAZDA PRESTAJE. RAČVANJE PREDSTAVLJA TAČKU GDE SE JEDNA BRAZDA DELI NA DVE. KRATKE BRAZDE (ILI TAČKE) SU BRAZDE KOJE SU ZNAČAJNO KRAĆE OD PROSEČNE DUŽINE BRAZDE OTISKA PRSTA. KARAKTERISTIČNI DETALJI I OBLICI SU VEOMA BITNI U ANALIZI OTISAKA PRSTIJU, BUDUĆI DA DVA PRSTA NISU IDENTIČNA.
SENZORI OTISAKA PRSTIJU
SENZOR OTISAKA PRSTIJU JE ELEKTRONSKI UREĐAJ KOJI SE KORISTI DA BI SE STVORILA DIGITALNA SLIKA OTISKA PRSTA KOJI SE PROVERAVA. NOVONASTALA SLIKA NAZIVA SE „LIVE SCAN“. OVAJ „LIVE SCAN“ SE DALJE OBRAĐUJE KAKO BI SE STVORIO BIOMETRIJSKI ŠABLON KOJI SE SKLADIŠTI I KORISTI ZA PROVERU. SLEDI PREGLED NEKIH NAJČEŠE KORIŠĆENIH TEHNOLOGIJA KOD SENZORA OTISAKA PRSTIJU.
OPTIČKI UREĐAJI
OPTIČKE SLIKE OTISAKA PRSTIJU PODRAZUMEVAJU STVARANJE DIGITALNE SLIKE KORIŠĆENJEM VIDLJIVOG SPEKTRA SVETLOSTI. OVA VRSTA SENZORA JE, U SUŠTINI, DIGITALNA KAMERA. GORNJI SLOJ SENZORA, GDE SE SPUŠTA PRST, POZNAT JE KAO POVRŠINA OSETLJIVA NA DODIR. ISPOD OVOG SLOJA JE SLOJ FOSFORA KOJI EMITUJE SVETLOST I OBASJAVA POVRŠINU PRSTA. SVETLOST KOJA SE REFLEKTUJE O PRST PROLAZI KROZ SLOJ SA FOSFOROM DO DELA SA „ČVRSTIM“ PIKSELIMA, GDE ZAPRAVO NASTAJE SLIKA OTISKA PRSTA. OGREBANA ILI PRLJAVA POVRŠINA KOJA JE OSETLJIVA NA DODIR, KOJA SLUŽI ZA UZIMANJE SLIKE OTISKA, MOŽE DOVESTI DO LOŠE ILI OŠTEĆENE SLIKE. MANA OVE VRSTE SENZORA JE TA ŠTO JE SPOSOBNOST MEHANIZMA KOJI SLIKA OGRANIČEN KVALITETOM KOŽE NA PRSTU. NA PRIMER, PRLJAV ILI OZNAČEN PRST TEŠKO JE PRAVILNO USLIKATI. TAKOĐE, MOGUĆE JE DA POJEDINAC OŠTETI SPOLJAŠNJI SLOJ KOŽE NA VRHOVIMA PRSTIJU DO TE MERE DA OTISAK PRSTA VIŠE NIJE VIDLJIV. JOŠ JEDNA MANA JE TA ŠTO SE OVAJ APARAT MOŽE „PREVARITI“ LAŽNOM SLIKOM OTISKA PRSTA AKO SE NE UPARI S DETEKTOROM „ŽIVIH PRSTIJU“. MEĐUTIM, ZA RAZLIKU OD KONDENZATORSKIH SENZORA, OVA VRSTA UREĐAJA NIJE PODLOŽNA OŠTEĆENJIMA USLED ELEKTROSTATIČKOG PRAŽNJENJA.
ULTRASONIČNI UREĐAJI
ULTRASONIČNI SENZORI KORISTE PRINCIPE ULTRASONOGRAFIJE KOJA SE KORISTI U MEDICINI KAKO BI STVORILA SLIKA OTISAKA PRSTIJU. ZA RAZLIKU OD OPTIČKIH SLIKA, ULTRASONIČNI SENZORI IMAJU VRLO VISOKU FREKVENCIJU ZVUČNIH TALASA DA BI MOGLI DA PROBIJU EPIDERALNI SLOJ KOŽE. ZVUČNI TALASI GENERIŠU SE KORIŠĆENJEM POEZOELEKTRIČNIH TRANSDUKTORA I REFLEKTOVANA ENERGIJA TAKOĐE SE MERI KORIŠĆENJEM POEZOELEKTRIČNIH MATERIJALA. BUDUĆI DA DERMALNI SLOJ KOŽE PRIKAZUJE ISTE KARAKTERISTIKE OBLIKA OTISKA PRSTA, REZULTATI DOBIJENI REFLEKTOVANJEM TALASA MOGU SE KORISTITI DA BI SE STVORILA SLIKA OTISKA PRSTA. OVO ELIMINIŠE POTREBU ZA ČISTOM, NEOŠTEĆENOM EPIDERMALNOM KOŽOM I ČISTOM POVRŠINOM SENZORA.
KONDENZATORSKI UREĐAJI
KONDENZATORSKI SENZORI KORISTE PRINCIPE KONDENZATORA KAKO BI SE DOBILA SLIKA OTISKA PRSTA. U OVOJ VRSTI OSLIKAVANJA KORISTE SE DVE JEDNAČINE:
I 
,
GDE JE
C – KONDENZOVANJE (U FARADIMA)
Q – NABOJ (U KULONIMA)
V – NAPON (U VOLTIMA)
ε0 – SLOBODAN PROSTOR (MEREN U FARADIMA PO METRU)
εR – DIELEKTRIČNA KONSTANTA KORIŠĆENOG IZOLATORA
A – POVRŠINA RAVNI SVAKE ELEKTRODE (MERENA U KVADRATNIM METRIMA)
D – RAZMAK IZMEĐU ELEKTRODA (MEREN U METRIMA).
KOD OVOG METODA SLIKANJA, NIZ PIKSELA SENZORA POJEDINAČNO SE PONAŠAJU KAO JEDNA RAVAN PARALELNIH KONDENZATORA, DERMALNI SLOJ (KOJI SPROVODI ELEKTRIČNU ENERGIJU) PONAŠA SE KAO DRUGA RAVAN, A EPIDERMALNI SLOJ KOJI NE PROVODI ELEKTRIČNU ENERGIJU PONAŠA SE KAO DIELEKTRIK.
PASIVNI KONDENZATORSKI UREĐAJI
PASIVNI KONDENZATORSKI SENZOR KORISTI GORE OPISANE PRINCIPE KAKO BI STVORIO SLIKU OBLIKA OTISKA PRSTA NA DERMALNOM SLOJU KOŽE. SVAKI PIKSEL SENZORA KORISTI SE DA SE IZMERI KONDENZACIJA. KONDENZACIJA KOD BRAZDI I VRHOVA PRSTIJU POSLEDICA JE ČINJENICE DA JE PROSTOR IZMEĐU DERMALNOG SLOJA I ELEMENATA KOJI SE “OSLUŠKUJU”, TJ. PRATE, ISPUNJEN VAZDUHOM. DIELEKTRIČNA KONSTANTA I EPIDERMIS POVRŠINE ELEMENATA KOJI SE “OSLUŠKUJU” JESU POZNATE VELIČINE.
AKTIVNI KONDENZATORI
AKTIVNI KONDENZATORI KORISTE CIKLUS PUNJENJA KAKO BI PRENELI VOLTAŽU NA KOŽU PRE NEGO ŠTO ZAPOČNE MERENJE. PRENETA VOLTAŽA PUNI EFEKTIVAN KONDENZATOR. ELEKTRIČNO POLJE IZMEĐU PRSTA I SENZORA PRATI OBLIK BRAZDI NA DERMALNOM SLOJU KOŽE. PRILIKOM CIKLUSA PRAŽNJENJA, VOLTAŽA SA DERMALNOG SLOJA I ELEMENATA KOJI SE POSMATRAJU POREDI SE S REFERENTNOM VOLTAŽOM KAKO BI SE IZRAČUNALA KONDENZACIJA. OVE VREDNOSTI DALJE SE KORISTE U MATEMATIČKOM RAČUNU, KORISTEĆI GORE NAVEDENE FORMULE, I KORISTE SE KAKO BI SE STVORILA SLIKA OTISKA PRSTA. AKTIVNI KONDENZATORSKI SENZORI MERE OBLIKE BRAZDI DERMALNOG SLOJA KAO I KOD ULTRASONIČNOG METODA, ŠTO ELIMINIŠE POTREBU ZA ČISTOM, NEOŠTEĆENOM EPIDERMALNOM KOŽOM I ČISTOM POVRŠINOM SENZORA.
ALGORITMI
ALGORITMI PODUDARANJA KORISTE SE DA BI SE UPOREDILI PRETHODNO USKLADIŠTENI ŠABLONI OTISAKA PRSTIJU I OTISCI PRSTIJU KOJI SE PROVERAVAJU. KAKO BI SE OVO SPROVELO, POTREBNO JE DA SE DIREKTNO UPOREDE ORIGINALNA SLIKA SA SLIKOM KOJA SE PROVERAVA ILI DA SE MAKAR NEKI DELOVI UPOREDE.
ALGORITMI ZASNOVANI NA PODUDARANJU OBLIKA (SLIKA)
ALGORITMI ZASNOVANI NA PODUDARANJU OBLIKA POREDE OSNOVNI OBLIK OTISKA PRSTA (LUK, PETLJA, ZAVOJNICA) KOD SKLADIŠTENOG ŠABLONA I PRSTA OSOBE KOJA SE PROVERAVA. OVO ZAHTEVA DA SLIKE BUDU PORAVNATE U ISTOM SMERU. KAKO BI SE OVO POSTGLO, ALGORITAM PRONALAZI CENTRALNI DEO SLIKE OTISKA PRSTA I FOKUSIRA SE NA TO. KOD ALGORITMA ZASNOVANOG NA PODUDARANJU OBLIKA, ŠABLON SADRŽI TIP, VELIČINU I ORIJENTACIJU OBLIKA UNUTAR PORAVNATE SLIKE OTISKA PRSTA. OTISAK PRSTA OSOBE KOJA SE PROVERAVA GRAFIČKI SE POREDI DA ŠABLONOM KAKO BI SE ODREDIO STEPEN SLAGANJA.