Биометрия: все методы, как они работают

14 Типов биометрии и как они работают

---

---

Что такое биометрия?

Биометрия — это технология использующая анализ особых индивидуальных признаков человека, для идентификации и верификации личности. В отличие от паролей, карт-ключей и PIN-кодов, биометрия предлагает более надежные средства аутентификации.

Рассмотрим методы аутентификации, использующие технологии биометрического  анализа, а так же плюсы и минусы каждого из них:

 

1.      Отпечатки пальцев

Сканеры отпечатков пальцев являются одними из наиболее часто используемых биометрических средств.  Метод биометрии отпечатков пальцев работает, используя уникальные узоры, обнаруженные на гребнях и впадинах кожного покрова кончиков пальцев, для подтверждения личности.

Процесс, включает в себя несколько этапов, которые обеспечивают точную аутентификацию. Сначала, сканер отпечатков пальцев  получает изображение кончика пальца человека.

Это устройство использует оптические датчики для обнаружения отчетливой визуальной информации с поверхности кончика пальца.  Эти датчики создают цифровое представление рисунка отпечатка пальца. Как только изображение получено, запускаются специализированные алгоритмы обработки.

Эти алгоритмы анализируют мельчайшие точки, которые составляют картину эпидермиса и являются уникальными характеристиками отпечатка пальца.  Таким образом, создается математический шаблон, представляющий рисунок отпечатка пальца.

Этот шаблон не является прямой копией изображения отпечатка пальца, скорее, это цифровое представление, в котором сохраняется только необходимая информация для сравнения.  Это важная функция, обеспечивающая конфиденциальность биометрических данных человека.

Полученный шаблон сохраняется в защищенной базе данных или в памяти самого устройства сканирования.  Всякий раз, когда человеку необходимо подтвердить свою личность, сканирующее устройство захватывает изображение отпечатка пальца и создает на его основе новый шаблон.

Затем этот шаблон сравнивается с сохраненным шаблоном, используя  усовершенствованные алгоритмы сопоставления. Процесс сравнения включает оценку сходства между сохраненным шаблоном и вновь созданным шаблоном.

При этом учитываются такие факторы, как количество совпадающих мелких точек и их пространственное расположение.  Если сравнение указывает на достаточно высокую степень сходства, личность человека подтверждается, и доступ предоставляется.

Биометрический метод анализа отпечатков пальцев отличается высокой точностью благодаря уникальности отпечатков пальцев.  Кроме того, этот метод относительно быстр и прост в использовании, что делает его популярным выбором для различных программ и устройств, от разблокировки смартфонов до доступа к защищенным объектам.

2.      Сканирование вен на ладони

Биометрические методы сканирования вен на ладони работают с использованием уникальных рисунков вен на ладони человека для установления его личности.

Этот процесс, включает в себя технологию, обеспечивающую точную и безопасную аутентификацию. Устройство для сканирования вен ладони использует инфракрасное излучение.

Когда человек прикладывает руку к сканеру, инфракрасное излучение просвечивает ладонь.  Гемоглобин в крови внутри вен поглощает это излучение, создавая четкий рисунок вен, который недоступен при визуальном осмотре, но может быть зафиксирован сканером. Камера внутри сканера фиксирует отраженный свет, создавая изображение рисунка вен.

Затем это изображение преобразуется в биометрический шаблон с использованием специальных алгоритмов.  Этот шаблон служит цифровым представлением рисунка вен на ладони человека и  хранится для будущих сравнений.

Когда человеку необходимо подтвердить свою личность, сканер вен на ладони захватывает новое изображение его ладони.  Затем это изображение преобразуется в шаблон для сравнения с сохраненным шаблоном.

Аналогично биометрии отпечатков пальцев, в процессе сравнения оценивается степень сходства между шаблонами. Сканирование вен на ладони отличается высокой точностью, поскольку рисунок вен уникален для каждого человека.

В отличие от внешних признаков, таких как отпечатки пальцев или черты лица, рисунок вен расположен под поверхностью кожи, что затрудняет его имитацию.  Кроме того, технология не требует физического контакта со сканирующим устройством.

Этот биометрический метод часто используется при необходимости достижения  более высокой степени безопасности, такой как на охраняемых объектах или в финансовых операциях.

Однако важно понимать, что, как и любая биометрическая система, сканирование вен на ладони имеет свои ограничения.  Такие факторы, как изменение условий освещенности или загрязнения, потенциально могут повлиять на точность сканирования.

3.      Форма пальца

Определение формы пальцев — относительно менее распространенный, но все же заметный метод идентификации людей на основе уникальных характеристик их пальцев.  Этот подход фокусируется на общей форме и пропорциях пальцев человека для установления его личности.

Процесс начинается со сбора изображений пальцев человека под различными углами. Эти изображения фиксируют форму, длину, ширину и другие отличительные особенности пальцев.  Затем эти биометрические данные обрабатываются с использованием специализированных алгоритмов, которые извлекают ключевые измерения и характеристики формы пальца.

Эти алгоритмы анализируют такие аспекты, как относительная длина различных сегментов пальцев, кривизна пальцев, форму и размер суставов, углы между суставами и любые отличительные особенности, такие как шрамы или деформации.

Извлеченные данные используются для создания цифрового представления или шаблона формы пальца человека. Анализ формы пальца предлагает интересный подход, поскольку пропорции и форма пальцев являются относительно стабильными характеристиками.

Ограничения

• Этот метод  может быть не так точен, как другие биометрические методы, такие как отпечатки пальцев или сканирование вен ладони, которые предоставляют более уникальные и детализированные характеристики.
• Кроме того, изменения, вызванные такими факторами, как увеличение веса, травмы или старение, потенциально могут повлиять на точность распознавания формы пальцев.

Хотя этот метод, используется не так широко, как некоторые другие виды биометрии, он  может быть дополнением для проверки личности при использовании многофакторной аутентификации.

4.      Сканирование сетчатки глаза

Биометрическое сканирование сетчатки — это передовой метод идентификации людей, основанный на уникальном расположении кровеносных сосудов в сетчатке.

Этот подход использует тот факт, что структура кровеносных сосудов сетчатки очень четкая и остается относительно стабильной на протяжении многих лет жизни человека.

Процесс сканирования сетчатки начинается с использования сканера, который излучает в глаз инфракрасный свет низкой интенсивности.  Это излучение безвредно, оно проходит через роговицу, достигая сетчатки.

Кровеносные сосуды сетчатки поглощают свет, создавая отчетливый узор из темных линий, соответствующий уникальному расположению кровеносных сосудов. Сканер фиксирует этот узор, обнаруживая отраженный свет и создавая детальное цифровое изображение сети кровеносных сосудов сетчатки глаза.

Затем это изображение преобразуется в биометрический шаблон, который служит основанием для идентификации человека. Сканирование сетчатки отличается высокой точностью, поскольку рисунок кровеносных сосудов сетчатки одновременно сложный и стабильный.

Однако этот метод требует сотрудничества со стороны сканируемого человека, поскольку ему необходимо сосредоточиться на определенной точке, чтобы правильно совместить глаз со сканером.

Биометрические данные, сканирующие сетчатку, в основном используются в средах с высоким уровнем безопасности, где точность имеет первостепенное значение, в таких отраслях, как банковское дело и финансы.  Его устойчивость к подделке и изменению делает его предпочтительным выбором в таких сферах, как контроль доступа или системы конфиденциальных данных.

5.      Сканирование радужной оболочки глаза

Биометрическое сканирование радужной оболочки — это сложный метод идентификации людей, основанный на уникальном узоре их радужной оболочки — цветной части глаза, окружающей зрачок. Этот метод основан на том факте, что рисунок радужной оболочки каждого человека индивидуален.

Процесс сканирования радужной оболочки осуществляется специальной камерой, которая снимает изображение радужной оболочки человека в высоком разрешении. Камера использует инфракрасное излучение для подсветки радужной оболочки, что позволяет запечатлеть сложные, визуально неразличимые детали.

Полученное изображение радужной оболочки обрабатывается для выделения специфических особенностей, таких как расположение борозд, прожилок  и других уникальных характеристик.

Цифровая обработка используется для создания математического представления, называемого шаблоном радужной оболочки, который представляет собой цифровой код, определяющий рисунок радужной оболочки человека.

Сканирование радужной оболочки отличается высокой точностью и безопасностью, поскольку сложность рисунка радужной оболочки затрудняет его воспроизведение.  Кроме того, использование  инфракрасного излучения гарантирует, что процесс не требует физического контакта и не доставляет дискомфорта.

Одним из основных преимуществ сканирования радужной оболочки глаза является его скорость и точность, поскольку процесс занимает всего несколько секунд и может выполняться со значительного расстояния. Это обеспечивает высокий уровень удобства для пользователей, поскольку им не нужно устанавливать физический контакт со сканером.

6.      Сканирование склеральных вен глаза

Биометрическое сканирование склеральных вен — это передовой метод идентификации людей, основанный на уникальном расположении кровеносных сосудов в белой части глаза, называемой —  склера.

Этот метод использует тот факт, что у каждого человека в глазах имеется особый рисунок кровеносных сосудов, похожий на отпечатки пальцев или радужную оболочку.

Процесс сканирования склеральных вен предполагает использование камеры или устройства для формирования изображения, с использованием  инфракрасного излучения.

Камера фиксирует отраженное инфракрасное излучение, создавая изображение структуры кровеносных сосудов на склере. Полученное изображение затем обрабатывается и анализируется с помощью алгоритмов, которые идентифицируют уникальные характеристики и особенности рисунка вен.

Преимущества сканирования склеральных вен

• Рисунок кровеносных сосудов в склере трудно подделать или воспроизвести, что обеспечивает высокий уровень безопасности.
• Использование инфракрасного излучения обеспечивает ненавязчивое и комфортное сканирование для человека.
• Кроме того, этот метод может быть надежнее, чем некоторые другие биометрические методы, поскольку на рисунок вен меньше влияют такие факторы, как старение или изменения условий освещения.

Проблемы, связанные со сканированием склеральных вен

• Технология требует точных алгоритмов визуализации и анализа, что делает ее сложной и дорогостоящей.
• Кроме того, некоторые состояния глаз или заболевания, поражающие кровеносные сосуды, могут повлиять на качество полученных изображений.

Методика сканирования склеральных вен относительно нова и, возможно, не получила такого широкого распространения, как другие биометрические методы, такие как отпечатки пальцев или распознавание лиц.

Однако продолжающийся технологический прогресс может привести к его более широкому использованию в различных секторах, где требуется безопасная и точная проверка личности по сравнению с другими типами биометрии.

7.      Сканирование уха

Сканирование ушей или аутентификация по отпечатку уха, представляет собой метод идентификации людей на основе уникальных характеристик их ушей.

Так же, как отпечатки пальцев или радужная оболочка, форма и особенности ушей различны для каждого человека, что делает их надежным биометрическим идентификатором.

Процесс сканирования ушей включает в себя получение изображений с высоким разрешением или 3D-сканирование ушей человека.  Это можно сделать с помощью камер, сканеров или даже смартфонов с расширенными возможностями визуализации.

Полученные изображения фокусируются на сложных деталях структуры уха, включая контуры, выступы и складки.

Преимущества биометрии  сканирования уха

Форма уха с меньшей вероятностью меняется со временем по сравнению с другими биометрическими признаками, что делает ее стабильным идентификатором.  Это также ненавязчивый метод, который не требует физического контакта, что делает его более гигиеничным.

Кроме того, сканирование уха может использоваться в различных сценариях, таких как контроль доступа или идентификация на контрольно-пропускных пунктах.

Ограничения

• Условия освещения и угол, под которым ухо находится перед сканером, могут повлиять на качество получаемого изображения.
• Некоторые прически или аксессуары могут частично закрывать ухо, влияя на точность сканирования.
• Сканирование уха является относительно новой технологией и не получило такого широкого распространения, как такие методы, как отпечатки пальцев или распознавание лиц.

Этот метод может найти свою нишу в условиях, при которых другие биометрические функции не подходят или для повышения безопасности, когда требуется комбинация биометрических методов.

8.      Распознавание лиц

Метод распознавания лиц — это технология, которая идентифицирует людей на основе уникальных черт лица.

Она анализирует различные характеристики лица, такие как расположение глаз, носа, рта и других лицевых ориентиров, для создания цифрового профиля, который можно использовать для идентификации или аутентификации личности.

Процесс распознавания лиц начинается с получения изображения или видеозаписи лица человека. Это можно сделать с помощью камер или других устройств обработки изображений высокого разрешения.

Технология распознавания лиц может работать как с 2D, так и с 3D изображениями, а также учитывать различные выражения лица и ракурсы. Некоторые продвинутые системы используют камеры с датчиком глубины для создания 3D-карты лица для повышения точности.

Распознавание лиц приобрело популярность благодаря  ненавязчивости способа идентификации – людям не нужно ничего трогать или физически взаимодействовать с устройством.

Также оно относительно быстрое, что делает его подходящим для таких процедур, как разблокировка смартфонов, доступ в здания или осуществление платежных операций.

Проблемы, которые следует учитывать

• Различия в условиях освещения, выражении лица и ракурсах могут повлиять на точность распознавания.
• Некоторые системы распознавания лиц могут испытывать трудности с идентификацией лиц с более темным оттенком кожи или другими чертами лица, что приводит к потенциальной предвзятости.
• Возникновение опасений по поводу конфиденциальности и безопасности, поскольку широкое использование технологии полицией поднимает вопросы о защите данных и потенциальном неправомерном использовании.

Технология распознавания лиц находит применение в различных секторах, включая системы безопасности, такие как видеонаблюдение и СКУД, а так же персонализированный маркетинг. Она используется в правоохранительных органах для идентификации подозреваемых, в аэропортах для проверки безопасности и в смартфонах для разблокировки устройств.

Поскольку технология продолжает развиваться, исследователи работают над устранением ее ограничений, повышением точности и обеспечением правомерности использования.

9.      Распознавание голоса

Метод распознавания голоса, также известен как распознавание голосовых отпечатков представляет собой технологию, которая идентифицирует людей на основе их уникальных голосовых характеристик.  Она включает в себя анализ различных голосовых особенностей для создания отличительного голосового отпечатка, который можно использовать для аутентификации.

Процесс распознавания голоса начинается с захвата образца голоса человека. Это может быть сделано с помощью различных устройств с микрофонами, обеспечивающими достаточное качество аудиоматериала.

Захваченный образец голоса преобразуется в цифровой формат, который анализируется с помощью специальных алгоритмов. Эти алгоритмы фокусируются на специфических особенностях голоса, включая тембр, ритм и даже уникальные речевые особенности, такие как гнусавость или картавость.

Цифровые алгоритмы извлекают эти особенности и преобразуют их в математические представления, которые создают голосовой отпечаток – цифровое представление характеристик голоса человека.

Распознавание голоса обладает такими преимуществами, как ненавязчивость, удобство и пригодность для удаленной аутентификации.  Физическим лицам не нужно ни к чему физически прикасаться, что делает ее пригодной для различных программ , таких как телефонный банкинг, взаимодействие с клиентами или управление умным домом.

Проблемы распознавания голоса

• Изменения в речи, вызванные такими факторами, как болезнь, эмоции или фоновый шум, могут повлиять на точность.
• При использовании этих биометрических методов, возникают опасения по поводу соблюдения конфиденциальности данных, особенно при хранении голосовых отпечатков.

Чтобы повысить точность и надежность распознавания голоса, современные системы используют передовые методы машинного обучения и искусственного интеллекта.  Эти технологии позволяют системе адаптироваться и учиться на различных вариантах голоса, повышая способность системы точно идентифицировать людей.

Технология распознавания голоса применяется в различных секторах, включая телекоммуникации, безопасность и обслуживание клиентов.  Она используется для таких задач, как разблокировка смартфонов, доступ к защищенным системам, проверка личности во время телефонных транзакций и даже мониторинг нарушений безопасности на основе голосовой связи.

Хотя за последние годы распознавание голоса добилось значительных успехов, текущие исследования и разработки продолжают совершенствовать его возможности, решать проблемы и обеспечивать, чтобы оно оставалось безопасным и эффективным методом биометрической идентификации.

10. Распознавание запаха

Распознавание запаха, также называемое обонятельной биометрией или аутентификацией на основе запаха, является развивающейся формой биометрической идентификации, которая использует отчетливый профиль запаха человека для целей идентификации.

Процесс распознавания запахов начинается с получения образца запаха человека в виде дыхания, запаха тела или других выделений организма, при помощи специальных газоанализаторов. Этот образец анализируется для выделения определенных химических соединений, которые придают индивидуальному запаху конкретный состав. Для идентификации и количественного определения этих химических соединений используются передовые датчики и аналитические методы.

Затем эти соединения преобразуются в цифровой профиль запаха, который служит биометрическим шаблоном для данного человека.

Проблемы метода распознавания запаха

• Одной из основных проблем является возможность точного и надежного сбора и анализа образцов запаха.
• На запах могут влиять такие факторы, как диета, состояние здоровья и воздействие окружающей среды, что затрудняет создание последовательных и стабильных профилей запахов.
• Существуют опасения, связанные с неприкосновенностью частной жизни и культурными особенностями.
• Некоторым людям идея поделиться своими данными о запахах может показаться неудобной или агрессивной, что поднимает этические вопросы о согласии и использовании данных.

Из-за этих проблем биометрия распознавания запахов все еще находится на ранних стадиях разработки.  Продолжаются исследования, направленные на повышение точности и надежности анализа запахов, а также на решение проблем конфиденциальности и этики, связанных с этой технологией.

Хотя распознавание по запаху — увлекательная концепция, важно отметить, что она не так широко используется, как другие биометрические методы, такие как отпечатки пальцев или распознавание лиц.

По мере развития технологии она может найти применение там, где аутентификация на основе запаха дает уникальные преимущества, но широкое внедрение может потребовать больше времени и исследований.

11. Распознавание сердцебиения

Биометрия распознавания сердцебиения, также известная как биометрия сердца, представляет собой инновационный метод идентификации людей на основе уникальных характеристик их сердцебиения.

Процесс распознавания сердцебиения начинается с получения сигнала сердцебиения человека. Обычно это делается с помощью датчиков, которые могут обнаруживать незначительные изменения электрической активности сердца, таких как датчики электрокардиограммы (ЭКГ) или УЗИ сердца.

 Полученный сигнал сердцебиения обрабатывается для извлечения отличительных признаков, которые являются уникальными для сердечного ритма каждого человека.  Эти признаки могут включать интервалы между определенными точками на ЭКГ или время определенных пиков и спадов в структуре сердцебиения.

Распознавание сердцебиения дает ряд преимуществ в качестве биометрического метода. В отличие от некоторых других биометрических данных, таких как отпечатки пальцев или черты лица, картину сердцебиения нелегко изменить или обезличить, что делает ее высокозащищенной.

Проблемы распознавания сердцебиения

• На частоту сердцебиения могут влиять такие факторы, как физическая активность, стресс и состояние здоровья, что может привести к изменениям сигнала. В результате система должна учитывать эти различия, чтобы обеспечить точную аутентификацию.
• Кроме того, для реализации распознавания сердцебиения требуется специализированное оборудование, что может ограничить его доступность по сравнению с более распространенными типами биометрии.

12. Сопоставление ДНК

Сопоставление ДНК — это высокоразвитый и точный метод идентификации людей на основе их уникальных профилей ДНК.

ДНК (дизоксирибонуклеиновая кислота) — это генетический материал, присутствующий в каждой клетке человеческого организма и несущий индивидуальную генетическую информацию.

Процесс сопоставления ДНК начинается с получения образца ДНК человека. Обычно его собирают из таких источников, как слюна, кровь, волосяные фолликулы или мазки со слизистой оболочки ротовой полости.  Образец ДНК содержит последовательности нуклеотидов, специфичные для каждого человека.

Собранный образец ДНК  подвергается процессу, называемому профилированием ДНК, также известному как ДНК-дактилоскопия или генетический дактилоскопический анализ.

При профилировании ДНК анализируются определенные участки ДНК, известные как короткие тандемные повторы.

Это короткие последовательности нуклеотидов, которые повторяются определенным образом. Количество повторов в каждом участке может варьироваться у разных людей, что делает его уникальным.

Сопоставление ДНК считается одной из наиболее точных форм биометрической идентификации, поскольку вероятность того, что два не родственных человека будут иметь одинаковый профиль ДНК, крайне мала.

Однако существуют проблемы и ограничения, которые следует учитывать. Сбор и обработка образцов ДНК требуют специального оборудования и опыта, что может ограничить их практичность для повседневных целей аутентификации.

Сбор образцов ДНК также может быть более сложным по сравнению с другими типами биометрии.

ПОВЕДЕНЧЕСКАЯ БИОМЕТРИЯ

Поведенческий метод биометрии относится к изучению и анализу уникальных моделей поведения и привычек человека в качестве средств аутентификации.

В отличие от физической биометрии, которая основывается на различных физических характеристиках, таких как отпечатки пальцев или рисунок радужной оболочки глаза, поведенческая метод биометрии анализирует то, как человек взаимодействует с устройствами, системами и окружающей средой.

Поведенческая анализ охватывает различные аспекты поведения человека, включая то, как люди печатают, проводят пальцем по экрану, щелкают, ходят или даже взаимодействуют с сенсорными экранами.

Эти модели поведения уникальны для каждого человека и могут быть использованы для создания поведенческого профиля в целях аутентификации.

13. Распознавание нажатий клавиш

Распознавание нажатий клавиш — это поведенческий биометрический метод, который анализирует привычки людей печатать на клавиатуре, чтобы идентифицировать и аутентифицировать их.

У каждого человека свой уникальный способ набора текста, включая различия в продолжительности нажатия клавиш, интервалах между нажатиями клавиш и ритме набора текста, что характеризует его уникальный «почерк», как в старину – у радистов, передающих «морзянку».  Распознавание нажатий клавиш использует эти различные способы ввода для создания биометрического профиля, который можно использовать для целей аутентификации.

Преимущества и недостатки

• Это ненавязчивый метод, который не требует специального оборудования, что делает его подходящим для онлайн-аутентификации.
• Возможность обеспечения непрерывного процесса аутентификации, повышая безопасность во время взаимодействия с пользователем.
• Однако на распознавание нажатий клавиш могут влиять такие факторы, как контекст ввода, раскладка клавиатуры и изменения, вызванные усталостью пользователя или отвлекающими факторами.

Важно учитывать эти факторы при разработке и внедрении системы распознавания нажатий клавиш. Этот метод биометрической аутентификации часто используется в сочетании с другими методами аутентификации для создания системы многофакторной аутентификации, которая добавляет дополнительный уровень безопасности конфиденциальным системам и данным.

14. Сканирование походки

Сканирование походки — это поведенческий биометрический метод, который фокусируется на уникальном способе ходьбы человека.  Как и другие биометрические характеристики, у каждого человека есть свой характер ходьбы, на который влияют такие факторы, как строение тела, распределение веса и личные привычки.

Сканирование походки анализирует эти особенности для создания биометрического профиля в целях аутентификации. Преимущество сканирования походки в том, что оно не требует прямого физического контакта или специального оборудования.

Это особенно полезный биометрический метод для ситуаций, где традиционные биометрические признаки, такие как отпечатки пальцев или черты лица, могут быть недоступны, например, для идентификации на большом расстоянии или в случаях, когда человек не сотрудничает (например, при использовании систем видеонаблюдения).

Проблемы, связанные со сканированием походки

• Такие факторы, как обувь, одежда, поверхность для ходьбы и переносимые предметы, могут влиять на характер походки, потенциально влияя на точность процесса идентификации.
• Походка может меняться с течением времени из-за таких факторов, как травма, состояние здоровья или даже настроение, что может повлиять на надежность биометрической системы.

Несмотря на эти проблемы, сканирование походки является развивающейся областью биометрии в системах для обеспечения безопасности и наблюдения, контроля доступа и мониторинга состояния здоровья.

По мере развития технологий методы сканирования походки становятся все более точными и надежными, предлагая оригинальный подход к биометрической идентификации.

Вывод

Физические методы биометрии, такие как отпечатки пальцев и сканирование радужной оболочки глаза, использует уникальные физиологические особенности, в то время как поведенческий анализ, такой как распознавание нажатий клавиш, использует индивидуальные модели поведения.

Эти биометрические методы преобразуют ландшафт безопасности, обеспечивая защиту конфиденциальной информации способами, которые раньше были недоступны.

Понимая принципы работы различных типов биометрии, мы получаем представление о том  в каких областях жизнедеятельности рационально использовать каждый из них.