Otisk prstu

Jde o metodu, ve které měříme určitou charakteristickou vlastnost osob, díky které ji pak můžeme s určitou přesností autorizovat nebo identifikovat. Mezi tyto metody patří např. otisk prstu, geometrie ruky, oční sítnice či duhovka. Také se využívá při identifikaci různých vlastností chování. Například stisk kláves, dynamika podpisu, vlastnosti chůze atd.

Autorizace je tedy proces, který hraje zásadní roli ve spojení člověka s počítačem. Mezi nejčastěji používané typy autorizace patří bezesporu použití hesla nebo osobního identifikačního čísla (PIN). Tyto metody však skýtají velké nebezpečí autorizace neoprávněnou osobou. Proto v dnešní době dochází k velkému prosazování a implementaci silnějších nástrojů a technologií, které jednoznačně identifikují uživatele systému, jestli jde opravdu o něj. Mezi ně bezesporu patří biometriky (biometrie).

Základní pojmy

Verifikace – Uživatel zadá svoji identitu (pomocí hesla nebo karty) a následně poskytne své biometrické údaje, které se porovnají s daty uložené v databázi. V databázi může být velké množství otisků, ale je porovnán pouze s tím, jenž je výstupem s ověření identity pomocí čipové karty, nebo hesla atd. Verifikace je tedy porovnání 1:1.

Identifikace – Nepožaduje se, aby uživatel udal svoji identitu před tím, než bude jeho otisk porovnán. Uživatel tedy dá svůj otisk a ten se porovná s celou databází otisků, dokud nenajde shodu. Výstupem je pak identita uživatele (např. ID nebo jméno). Identifikace je často označována 1:N, protože se jeden otisk porovnaná s velkým množstvím otisků.

Srovnání (Matching) – Srovnání biometrických vzorků, které nám určují stupeň shodnosti. Výsledkem je pak tzv. skóre (udává, jestli je vzorek shodný nebo ne).

  • Skóre: Hodnota, která nám určuje stupeň shody dvou porovnávaných vzorů. Skóre může mít spoustu variací a není přesně dáno žádným standardem. Shodnost vzorků nikdy nebude stoprocentní, proto je důležité, aby byly seřazeny všechny vzorky z databáze, dle podobnosti se vzorem, podle kterého budeme srovnávat.
  • Mez: Je hodnota, která je předem dána administrátorem. Vzorek, který má skóre nižší je vyhodnocen jako vyhovující a zbytek za nevyhovující.

Klasifikace chyb

Rozlišujeme dva základní druhy chyb: chybné přijetí a chybné odmítnutí.

Pravděpodobnost chybného zamítnutí (FRR) – otisky jsou shodné, ale jsou zamítnuty

far_1

Pravděpodobnost chybné akceptace (FAR) – otisky jsou rozdílné, ale jsou přijaty

frr_1

Platí nepřímá úměra těchto hodnot tzn. čím je menší hodnota FRR, tím je naopak větší hodnota FAR a naopak (což se nám nelíbí). Proto hledáme hodnoty, kdy se FRR a FAR sobě co nejvíce blíží a samozřejmě jsou nejnižší.

Snímače otisků prstu

Existuje řada druhů snímačů, které se používají ke snímání otisků prstu. Uvedeme si následující snímače: optoelektronické, kapacitní, teplotní, elektroluminiscenční, radiofrekvenční a nově technologie LUMIDIGM.

Technologie a snímače otisků prstů

Lumidigm technologie

Společnost Lumidigm vyvinula multispektrální zobrazovací technologii, která je schopna snímat a zpracovat vlastnosti prstu i pod povrchem kůže.

lumidigm-papilarni-linie

Senzor se skládá ze dvou hlavních částí a tj. zdroj světla a zobrazovací systém. Tyto systémy využívají více osvětlovacích soustav o rozdílných vlnových délkách. Světlo pak projde pod povrch kůže a tím pádem senzor umožňuje shromáždit více identifikačních údajů z prstu.

technologie

Extrémní podmínky prostředí

Lumidigm technologie může spolehlivě fungovat za extrémních podmínek okolního prostředí (stříkající a tekoucí voda, vliv okolního světla a další). Což u standardně používaných technologií způsobuje velké problémy.

extremni-prostredi

Nevýrazné otisky

U některých osob se může stát, že jejich otisky jsou nevýrazné, tj. pokud rozdíl mezi „hřebeny“ a „údolími“ jsou minimální, nebo jsou zaneseny špínou. Může se tedy stát, že potřebné identifikační údaje z otisku budou neúplné a tudíž nepoužitelné. Lumidigm technologie je schopna tento obraz z otisku dotvořit a tudíž zabránit odmítnutí identifikace.

spatne-otisky

Slabé stisknutí prstu

Při slabém stisknutí dochází u běžných snímačů k odmítnutí identifikace z důvodů malého počtu potřebných údajů. Technologie Lumidigm však dokáže dotvořit přesný obraz otisku. Což řeší problém se zamítnutou identifikací.

spatny-stisk

Detekce proti útoku

Tradiční snímače nejsou vždy plně spolehlivé a lze je s určitou pravděpodobností obejít. Existuje mnoho materiálu, ze kterých je možno vytvořit umělý otisk prstu, který bude mít stejný tvar papilárních linií, jako i jiné osoby.

Lumidigm technologie založena na spektrální analýze obrazu používá více vlnových délek světla k identifikaci otisku. Ty berou údaje i pod povrchem kůže a tím zabráníme neoprávněné osobě s falešným otiskem, správné identifikaci pod jiným uživatelem.Technologie tak umožňuje rozpoznat otisk z živé či mrtvé osoby, jiných organických a syntetických materiálů.

origis-a-umely-prst

Technologie tak dokáže odhalit, i pokud někdo má na otisku nanesenou tenkou vrstvu, na které je otisk cizí osoby. Jelikož lze porovnat tento otisk s otiskem pod povrchem této vrstvy, jak vidíme na obrázku.

dvoji-otisk

Dále dochází při přitlačení otisku k senzoru v tomto místě k odkrvení. Tím je snímačem, který snímá i údaje pod povrchem zjistit, jestli jde o skutečný otisk nebo o falsifikát.

odkrveni

Optoelektronické snímače

Díky svým vlastnostem a výhodám jsou vhodné především pro algoritmy rozpoznání založené na markantech (speciální útvary na otisku prstu, které tvoří papilární linie).

Princip činnosti – založen na rozdílném odrazu světla. Optický snímač zachycuje digitální zobrazení otisku pomocí viditelného světla (na rozhraní plochy hranolu a přiloženého prstu). Obraz otisku se přenese na maticový CCD detektor, je následně digitalizován a dále předán pro zpracování obrazu otisku. Pod vrstvou kde se přikládá prst (dotekový povrch) je vrstva fosforu, která osvětluje celou plochu prstu. Odražené světlo od povrchu prstu prochází luminoforní vrstvou k CCD maticovému detektoru, tam se vytvoří obraz otisku. (z papilárních linií se světlo odráží, z rýhy nikoliv)

Nevýhody – znečištění nebo poškození prstu může způsobit špatné vykreslení prstu. Dále první otisk, který se vytvoří, může při dalším snímání zachytit tento první otisk. Větší rozměry čtečky, limitující pro implementaci do malých a přenosných zařízení.

Výhody – vysoká kvalita, odolnost proti statickým výbojům a minimální vliv okolního prostředí.

Kapacitní snímače

Princip činnosti – využívá rozdílu kapacity mezi deskou snímače a povrchem prstu (vyvýšeniny a prohlubně). Snímač představuje jednu desku kapacitoru a druhou desku jednotlivá místa na prstu. Otisk se tak z pixelů získá v digitální formě. Pro načtení obrazu přiložíme prst na citlivou plochu osazenou velkým množstvím elektrod. Ty převedou kapacitně otisk prstu na digitální obraz, který se dál zpracovává. Papilární linie jsou k podložce více přilehlé než mezery mezi nimi, takže mají vyšší kapacitní odpor.

Nevýhody – doba životnosti je malá (zničení snímače vlivem statické elektřiny), práce ve vlhkém prostředí. Snímače většinou je nutné měnit v rozmezí 3 let (není zase takový problém z hlediska ceny, ale spíše z organizačního hlediska).

Výhody – malý rozměr, jednoduchý princip funkčnosti, vysoká kvalita.

Teplotní snímače

Princip činnosti – obsahují malý citlivý čip (pyrodetektor). Pyrodetektor snímá rozdíl teplot mezi jednotlivými papilárními liniemi a prostoru mezi nimi (výstupky). Proto abychom získali obraz otisku prstu musíme přejíždět prstem přes citlivou plochu. Na výstupu dostaneme obraz otisku ve formě digitálních pásů (frames). Digitální obrazy se následně skládají do výsledného obrazu otisku.

Nevýhoda – nízká kvalita, problémy s algoritmy pro zpracování markant. Snímání otisků pouze pohybem prstu, tím pádem po několika sejmutí může být pokaždé sejmuta jiná část prstu. Tím pádem obtížné vytvořit databázi otisků. Špatná kvalita obrazu otisku, teda není vhodná pro použití v přístupových systémech.

Elektroluminiscenční snímače

Princip činnosti – využívají speciální vrstvy, která reaguje na tlak způsobený luminiscenčním efektem. Důležité z hlediska funkčnosti je světlo – eliminující vrstva, která filtruje světlo z míst, kde na ní tlačí papilární linie. Zpracování je zajištěno pomocí fotodiod, výstup je v digitální podobě.

Nevýhoda – jsou dány konstrukčním řešením (menší odolnost proti mechanickému poškození, náchylnost proti znečištění prachem či vodou).

Výhody – jsou miniaturní rozměry, dobrá cena a rozlišení. Kvalita otisku je srovnatelná, i když se jedná o extrémně suchý otisk.

Radiofrekvenční snímače

Princip činnosti – spočívá v připojení generátoru střídavého signálu na 2 rovnoběžné desky (ty představují plochu snímače a ta druhá plocha otisku prstu). Jelikož je vlnová délka mnohem větší než délka desek, vyskytuje se pouze složka elektrického pole, bez pole magnetického. Pokud tedy jedna z desek bude náš otisk prstu, tvar pole se změní a bude kopírovat tvar linií tzn. výběžky a prohlubně. Vodivé prostředí mezi prstem a plochou je docíleno pomocí vodivé plochy kolem každého snímače, tzn., že i suché prsty nejsou problémem, jelikož se pracuje s živou tkání těsně pod povrchem pokožky. Zvlněním pole, které je způsobené přiloženým otiskem prstu, dopadá na senzory signál s rozdílnou velikostí signálu. Výběžky mají větší signál a tzv. údolí nižší signál. Kapacitní senzory tak měří rozdílnou permitivitu mezi výběžky a údolími.

Výhody – odolná vůči nečistotám, tzn. pokud jsou nečistoty v údolích, tak nepředstavuje problém. Poté vysušená pokožka, poškozená kůže (částečně), technologie trueprint je přizpůsobivá stavu kůže, pořizuje několik snímků, které jsou postupně optimalizovány až do doby, buď přesného přijetí, nebo odmítnutí snímků.