XVIII Международный конкурс научно-исследовательских и творческих работ учащихся

Старт в науке

Биометрия — твой личный код

• Авторы
• Руководители
• Файлы работы
• Наградные документы

Энс Ф.А. 1

---

1МАОУ "Лицей №97 г. Челябинска"

Курбатова Ирина Владимировна 1

---

1МАОУ "Лицей №97 г. Челябинска"

Работа в формате PDF

420.1 KB

Автор работы награжден дипломом победителя II степени

Диплом школьникаСвидетельство руководителя

Введение

Актуальность работы:

С каждым годом биометрия все активнее входит в различные сферы нашей жизни. Возможности применения биометрических технологий становятся более широкими. Сегодня это не только идентификация пользователей и обеспечение общественной безопасности. Подобные технологии выходят на массовый рынок и становятся доступны обычным пользователям. Например, функция аутентификации по отпечатку пальца или чертам лица давно используется в ПК и смартфонах, в банковских приложениях. Благодаря непрерывному совершенствованию алгоритмов и технологий биометрии появляются все новые области их применения.

Для меня биометрия — это не что-то новое, не что-то уникальное, а скорее повседневное, потому что я и другие люди несколько раз в день снимают блокировку со своего смартфона, используя при этом биометрические технологии, такие как распознавание отпечатка пальца или лица. Недавно я купил себе "умный" замок, основанный на работе биометрии, чтоб мой младший брат больше не лез ко мне в ящик, и поэтому выбор пришёлся на эту тему проекта, и изучать мы будем именно её.

Цель — изучение работы биометрических технологий на примере "умного" замка без ключа.

Задачи:

Познакомиться с понятием биометрия.

Изучить информацию по теме проекта.

Описать работу "умного" замка.

Выявить достоинства и недостатки работы биометрической идентификации.

Теоретическая часть

Что такое биометрия?

Биометрия — система распознавания людей по одной или более физическим или поведенческим чертам. В области информационных технологий биометрические данные используются в качестве формы управления идентификаторами доступа и контроля доступа. Также биометрический анализ используется для выявления людей, которые находятся под наблюдением. Впервые биометрические технологии начали применять в XX веке [1].

Говоря проще, биометрия — это совокупность приёмов определения личности по индивидуальным биологическим особенностям.

Возможно и второе определение:

Биометрия — это наука, изучающая способы измерения различных параметров человека с целью установления сходства или различия между людьми и выделения одного конкретного человека из множества других людей [2].

Области применения биометрических технологий

Выделяют пять основных областей применения биометрии (Приложение 1) [3], которые можно разделить на множество различных процедур, все они основаны на определении подлинности личности:

Обеспечение безопасности/доступа к чему-либо

Регистрация где-либо для дальнейшей идентификации ваших данных

Использование биометрической информации в качестве электронной подписи

Биометрические платежи, переводы

Биометрия при оформлении кредита или вклада

Выявление людей, которые находятся под наблюдением или в розыске

Защита от мошенничества и многое другое

Биометрические параметры

Каждый человек имеет уникальные физические признаки. Некоторые из них получены от рождения — ДНК, отпечатки пальцев, геометрия лица, рисунок вен, радужная оболочка глаза. Другие приобретены со временем и могут меняться на протяжении жизни — походка, интонации голоса, почерк. Все эти характеристики не повторяются ни у кого из жителей нашей планеты, а значит, по ним можно идентифицировать личность. На этом и построены биометрические технологии, которые помогают распознавать людей по одному или нескольким физическим и поведенческим признакам [4].

Биометрическая идентификация может использовать различные параметры, которые условно можно разделить на 2 типа: статические (физиологические) и динамические (поведенческие) (Приложение 2).

Статические параметры определяют «материальные» характеристики человека как физического объекта, обладающего определённой формой, весом, объёмом и так далее. Эти параметры вообще не меняются или мало меняются в зависимости от возраста человека (это правило может нарушаться только в детском возрасте). Однако не все статические параметры могут использоваться, когда идентификация человека должна проводиться быстро (например, в системах контроля доступа). Очевидно, что анализ ДНК требует довольно существенных временных затрат и вряд ли в ближайшее время будет широко задействован в системах контроля доступа.

Динамические параметры в большей степени описывают поведенческие или психосоматические характеристики человека. Эти параметры могут довольно сильно меняться как в зависимости от возраста, так и при изменяющихся внешних и внутренних факторах (нарушениях здоровья и так далее). Однако существуют области применения, в которых использование динамических параметров очень актуально, например, при проведении графологических экспертиз или для идентификации человека по голосу [3].

Виды биометрических параметров

Отпечатки пальцев

Идентификация по отпечаткам пальцев — самая распространённая, надёжная и эффективная биометрическая технология. Благодаря универсальности этой технологии она может применяться практически в любой сфере и для решения любой задачи, где необходима достоверная идентификация пользователей. В основе метода лежит уникальность рисунка папиллярных узоров на пальцах. Надёжность данного способа идентификации личности состоит в невозможности создания идентичного отпечатка.

Радужная оболочка глаза

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. Учёные также провели ряд исследований, которые показали, что сетчатка глаза человека может меняться со временем, в то время как радужная оболочка глаза остаётся 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.

В аэропортах, например, имя пассажира и номер рейса сопоставляются с изображением радужной оболочки, никакие другие данные не требуются. Размер созданного файла, 512 байт с разрешением 640 х 480, позволяет сохранить большое количество таких файлов на жёстком диске компьютера.

Очки и контактные линзы, даже цветные, никак не повлияют на процесс получения изображения. Также произведённые операции на глазах, удаление катаракты или вживление имплантатов роговицы не изменяют характеристики радужной оболочки, её невозможно изменить или модифицировать. Слепой человек также может быть идентифицирован при помощи радужной оболочки глаза.

Программа сканирования радужной оболочки глаза использует около 260 точек привязки для создания образца. Для сравнения, лучшие системы идентификации по отпечаткам пальцев используют 60—70 точек.

Голос

Голосовая биометрия, позволяющая измерять голос каждого человека, незаменима при удалённом обслуживании клиентов, когда основным средством взаимодействия является голос, в первую очередь, в автоматических голосовых меню и контакт-центрах.

Традиционные способы аутентификации клиента при удалённом обслуживании проверяют знания клиента (для этого клиента просят ввести какой-то пароль или ответить на вопросы безопасности — адрес, номер счета и прочие). Как показывают современные исследования в области безопасности, злоумышленники относительно легко могут добыть персональные данные практически любого человека и таким образом получить доступ, например, к его банковскому счету. Голосовая биометрия решает эту проблему, позволяя при удалённом телефонном обслуживании проверять действительно личность клиента, а не его знания. При использовании голосовой биометрии клиенту при звонке в контакт-центр достаточно произнести парольную фразу или просто поговорить с оператором (рассказать о цели звонка) — голос звонящего будет автоматически проверен — действительно ли этот голос принадлежит тому, за кого он себя выдаёт?

Биометрический анализ

С помощью специальных современных устройств — сканеров, сенсоров и других считывателей — биометрические данные человека записываются в специальную базу данных. Система запоминает эту информацию (например, отпечаток вашего пальца) и преобразует в цифровой код. Затем, когда вы снова прикладываете палец к сканеру, система сравнивает новый код с тем, что записала ранее. Если коды совпадут, то она выдаст ответ, что это действительно вы [4].

Рассмотрим этот процесс поподробнее (Приложение 3):

Первое частное и индивидуальное применение биометрической системы называлось регистрацией. В процессе регистрации биометрическая информация от индивида сохранялась. В дальнейшем биометрическая информация регистрировалась и сравнивалась с информацией, полученной ранее. Обратите внимание: если необходимо, чтобы биометрическая система была надёжна, очень важно, чтобы хранение и поиск внутри самих систем были безопасными.

Первая часть (датчик) — промежуточная связь между реальным миром и системой; он должен получить все необходимые данные. В большинстве случаев это изображения, но датчик может работать и с другими данными в соответствии с желаемыми характеристиками.

Вторая часть (обработка) осуществляет все необходимые предварительные процессы: она должна удалить всё «лишнее» с датчика для увеличения чувствительности на входе (например, удаление фоновых шумов при распознавании голоса).

В третьей части (третьем блоке) извлекаются необходимые данные. Это важный шаг, так как корректные данные нуждаются в извлечении оптимальным путём. Изображение с особыми свойствами используется для создания шаблона. Шаблон — это совокупность значимых характеристик, извлечённых из источника. Элементы биометрического измерения, которые не используются в сравнительном алгоритме, не сохраняются в шаблоне, чтобы уменьшить размер файла и защитить личность регистрируемого, сделав невозможным воссоздание исходных данных по информации из шаблона.

Регистрация, представленная шаблоном, просто хранится в базе данных биометрической системы. Если при попытке входа в систему было запрошено сравнение, то полученный шаблон передаётся к сравнителю (какому-либо алгоритму сравнения), который сравнивает его с другими существующими шаблонами, оценивая разницу между ними с использованием определённого алгоритма. Сравнивающая программа анализирует шаблоны с поступающими, а затем эти данные передаются для любого специализированного использования.

"Умные" замки

"Умные" (биометрические) замки бывают разные, как по биометрическому параметру, так и по принципу работы (Приложение 4).

Принцип работы замков крайне разнообразен: они могут быть дверными, подвесными, для шкафчиков и так далее.

Практическая часть

Работа замка

Я остановил свой выбор замка на небольшом блокираторе открытия шкафчика, основанном на сканере отпечатка пальца.

Принцип работы и эксплуатации моего "умного" замка представлен на видео по ссылке: https://clck.ru/33jFAD

Достоинства и недостатки биометрии в общем

Достоинства и недостатки биометрии в общем представлены в таблице 1:

Таблица 1. Достоинства и недостатки биометрии

Достоинства именно моего замка отмечены знаком «*», а из недостатков можно выделить высокую строгость определения отпечатка пальца, из-за которой идентификация не всегда проходит успешно.

Заключение

Итак, подытожим. Мне удалось изучить работу биометрических технологий на примере "умного" замка без ключа.

Я и дальше буду изучать эту интересную тему, потому что в ближайшее время мне пригодятся знания по ней, так как наша семья будет строить дом, где мы применим биометрические технологии.

Надеюсь, в своём следующем проекте я изучу биометрию более глубоко и продемонстрирую её работу в своём собственном доме.

Список источников

Биометрия // Википедия. URL: https://ru.wikipedia.org/wiki/Биометрия/ (дата обращения: 09.02.2023)

Биометрия - как это работает? // Единый портал финансовой грамотности. URL: http://www.fingramota.by/ru/guide/practical/biometria/ (дата обращения: 09.02.2023)

Грибачев, К. Г. Интеграция биометрических контроллеров в ИСО «ОРИОН ПРО» / К. Г. Грибачев, П. А. Курзин // BOLID Системы безопасности, 2013. URL: https://bolid.ru/support/articles/articles_8.html (дата обращения: 09.02.2023)

Биометрия: что это и как она меняет мир финансов // Финансовая культура. URL: https://fincult.info/article/biometriya-chto-eto-i-kak-ona-menyaet-mir-finansov/ (дата обращения: 09.02.2023)

Биометрическая аутентификация - преимущества и недостатки // ESET. URL: https://eset.ua/ru/blog/view/155/mogut-li-khakery-pokhitit-vash-otpechatok-paltsa-nedostatki-biometricheskoy-autentifikatsii/ (дата обращения: 09.02.2023)

Приложения

Приложение 1

Рис. 1. Области применения биометрии

Приложение 2

Рис. 2. Биометрические параметры

Приложение 3

Рис. 3. Структурная схема биометрического анализа

П риложение 4

Рис. 4. Различные биометрические замки