Наука измерять
Автор: Юлия Волкова
Опубликовано в журнале "CIO" №3 от 13 марта 2006 года
В течение тысячелетий человек изучал и документировал окружающий его мир. Он обследовал Землю и составил географические карты, он спустился в глубины морей и поднялся в космос, он разложил свет в спектр видимых цветов, а звук — на звуковые волны, он изобрел радио и разделил атом, открыл закон всемирного тяготения и научился снимать кино. На сегодняшний день все, что можно было описать — описано, учтено и сложено в архивы. Пришло время составить документацию на самого человека.
Слово биометрия — одно из наиболее популярных сегодня в сфере идентификации личности. Термин «биометрия»[Биометрия — раздел биологии, основные задачи которого — планирование количественных биологических экспериментов и обработка результатов методами математической статистики. Основы биометрии заложены в конце XIX века. (Большой Энциклопедический Словарь)] уже давно изменил свое первоначальное значение. Сегодня наиболее популярно его использование в качестве названия технологии входного контроля, базирующейся на биометрических данных. Десятки компаний предлагают различного рода средства биометрической идентификации, соблазняя секьюрити-менеджеров безграничными возможностями биометрической защиты всего и вся от всего и вся.
Немного истории
Еще несколько десятилетий назад автоматическая биометрическая идентификация считалась одной из самых сложных задач искусственного интеллекта. Исследования в этой области начались где-то в 1950-х. Но примерно до конца 80-х годов они оставались чисто теоретическими. Практического же воплощения они достигли только, когда вселенская компьютеризация набрала реальную силу, получила широкое распространение цифровая техника, появилась возможность связываться по радио с каждым в любом месте и в любое время, стали доступными высокие скорости передачи информации и вычислительные мощности, а цена единицы памяти начала уверенно стремиться к нулю.
Хотя, говоря по правде, еще неизвестно, что бы стало с биометрией, если бы вялотекущее развитие технологии, интересной изначально только для угрозыска, служб безопасности, да и, пожалуй, пластических хирургов, не было взорвано событиями 11 сентября 2001 года. Многочисленные отчеты того времени представляли собой нескончаемые причитания на тему — вот если бы документы содержали биометрические параметры, то их нельзя было бы подделать; вот если бы самолеты были оборудованы дактилоскопическими сканерами, блокирующими передачу управления другому лицу; вот если бы… В результате популярность глобальных систем биометрической идентификации среди граждан США резко взлетела (по данным печати, до 11 сентября 2001 года ее поддерживало только 10% населения, а после — свыше 75%). Фраза «угроза международного терроризма» стала непременным атрибутом публичных выступлений государственных деятелей самого разного масштаба. А биометрической паспортизацией сегодня не занимается только ленивый.
К сожалению, эту проблему решают истинно по-американски — с размахом, но не всегда взвешенно. К тому моменту, когда замысел глобальной биометрической переписи населения оформился окончательно и замаячили перспективы астрономических прибылей, уже существовало несколько различных средств биометрической паспортизации. Крупные компании (IBM, Polaroid, Oracle, Microsoft) начали агрессивное проталкивание и лоббирование своих подходов для решения этой проблемы на паспортно-визовом рынке. В таких условиях единый стандарт выбрать невозможно. Эту ситуацию мы уже неоднократно проходили — при выборе самых разных стандартов. Помните, с какими муками принимались решения о выборе стандартов цветного (а позже и цифрового) телевидения, стандарта сотовой связи (а позже — систем связи третьего поколения)? Выбор стандарта никогда и никак не связан с оценкой технических преимуществ, но всегда и всюду определяет, как будут распределены работа и деньги. Единых решений здесь не бывает. В результате, пока «паны» дерутся, как грибы после дождя множатся локальные системы биометрической идентификации, которые несовместимы по параметрам и скорее препятствуют, чем способствуют созданию глобальной биометрической сети.
Кирпичики системы
Биометрия сегодня — это симбиоз приспособления новейших технологий к веками отработанным методам криминалистики, самым известным из которых является дактилоскопия. Но распознавать можно не только по «пальчикам». К биометрическим свойствам специалисты относят также код ДНК, форму лица и ушей, радужную оболочку и капиллярный рисунок сетчатки глаза, геометрию руки, речь, почерк, особенности набора на клавиатуре и даже узор вен на запястье.
Ставшие уже давно привычными средства защиты — будь они физическими, такими, как старые добрые ключи, пропуска и паспорта, или электронными — пароли, PIN-коды, смарткарты и т. п. — направлены либо на идентификацию устройства, либо на определение того, имеется ли у входящего «ключ от квартиры, где деньги лежат». Биометрическая защита в корне отличается от всего этого, поскольку идентифицирует человека, а не устройство. Ключ или пароль можно потерять, продать, подарить, забыть, наконец, его могут просто украсть. Пароль в BIOS может быть стерт с помощью простой перемычки. Отпечаток же пальца или рисунок радужки уникальны, они всегда с вами, их почти невозможно отнять и нельзя по рассеянности забыть в такси.
Конечно, не все методы биометрической идентификации одинаково надежны. Лидирующее место в списке этих методов занимает анализ структуры ДНК, но он и самый сложный, и самый дорогой. Второе место делят радужная оболочка и сетчатка глаза; затем идут отпечаток пальца, геометрия лица и ладони; личная подпись, голос и клавиатурный «почерк» завершают этот список.
Вал публикаций в популярных изданиях для топ-менеджеров и скрытая реклама в кино (вспомните хотя бы «Особое мнение» Стивена Спилберга, где действие происходит в 2080 году, а человеку везде, прежде чем обслужить его или, скажем, пропустить в метро, сканируют сетчатку глаза) уже сделали свое дело. Все большее число компаний выбирает биометрические системы защиты.
Какие бы методы биометрической идентификации вы ни выбрали, все они имеют достоинства и недостатки.
Радужная оболочка глаза. Уникальность ее рисунка была доказана в середине ХХ века. Для сканирования используются специализированные компьютеры с камерами и специальным программным обеспечением. Нет необходимости заставлять человека заглядывать в некий «глазок» или даже просто неподвижно смотреть в одну точку, изображение глаза может быть отснято с расстояния 1–1,5 м. То есть такие системы можно устанавливать, например, в банкоматах. Система одинаково успешно работает и в том случае, когда у человека нарушено зрение, но не повреждена радужная оболочка. Однако к ее недостаткам следует отнести как дорогостоящее программное обеспечение, так и влияние возрастных изменений радужки и состояния нервной системы на результат измерений.
Сетчатка глаза. Сканирование сетчатки выполнить сложнее. Для этого используется слабое инфракрасное излучение, направляемое через зрачок к кровеносным сосудам на задней стенке глаза. Здесь требуются специальные и совсем недешевые видеокамеры. И, хотя эта система имеет один из самых низких показателей отказа в доступе авторизованным пользователям и почти 0% ошибочного разрешения доступа, ее дороговизна препятствует широкому распространению. Тем не менее, в ряде стран ее применяют для управления доступом к особо секретным объектам. Однако некоторые заболевания глаз, например, катаракта, могут отрицательно повлиять на качество распознавания.
Отпечаток пальца. В основе метода — уникальность рисунка папиллярных узоров на пальцах. Отпечаток, полученный с помощью специального сканера или датчика, преобразуется в цифровой код и сравнивается с ранее введенным эталоном. Процесс идентификации длится секунды. Само устройство занимает мало места.
Преимущества дактилоскопических методов биометрии не только в удобстве и надежности использования. Немаловажно также, что дактилоскопическая экспертиза имеет под собой законодательную юридическую базу, и ее результаты могут быть использованы в качестве аргумента в суде.
Однако известно, что примерно у 4% людей качество отпечатков пальцев очень плохое. А еще примерно у 1% людей пальцы не могут обрабатываться биометрической системой, поскольку у них либо нет отпечатков, либо они имеют такой вид, который невозможно преобразовать в цифровой код. Кроме того, верхний слой кожи может быть поврежден, кожа на подушечках пальцев «сморщивается» при высокой влажности и т. д. Учет всех возможностей усложняет алгоритмы и затрудняет реализацию высокопроизводительных систем для гражданских приложений.
Геометрия руки. Трехмерный образ кисти руки строится с помощью специального устройства, состоящего из видеокамеры и набора светодиодов (включаясь по очереди, они дают разные проекции ладони). Надежность такой идентификации сравнима с надежностью дактилоскопической системы, однако само устройство занимает больше места.
Геометрия лица. Существуют разные системы — одни строят цифровой образ лица человека на основе двумерных изображений, другие используют трехмерные. Высокоточный синтез изображения основан на нескольких десятках параметров характерных элементов, таких, как брови, глаза, нос, губы, их «координатах» и взаимном расположении. Для «обучения» системы используются сотни тысяч изображений лица человека под разными углами, при различных условиях освещения, в солнечных очках и без них, с разными прическами и т. п. Систему можно «дообучать», давая ей на вход новые изображения. Во время «обучения» система учитывает (запоминает) процесс естественного старения. Лицо удается успешно распознать и при смене ракурса съемки (большинство систем допускает поворот на угол до 45 градусов). Такие системы широко применяются для автоматического обнаружения присутствия нужного человека. Однако для получения хороших результатов требуется высококачественная видеокамера, и сканирование отнимает заметное время (до 30 секунд).
Голосовая идентификация. Идентификация по голосу — удобный, но, в то же время, не такой надежный способ, как другие биометрические методы. Строго говоря, несмотря на многочисленные описания в фантастических романах о счастливом будущем и конъюнктурных мемуарах о несчастном прошлом, технология распознавания по голосу находится сегодня на начальном этапе развития. Самый простой способ распознавания человека похож на тот, что используется сегодня при голосовом наборе номера в сотовых телефонах. Записывается короткое слово (пароль доступа), при каждом обращении пользователь должен назвать это слово. Полученная спектрограмма сравнивается с записанной ранее. Другая задача — распознать говорящего. Здесь применяются более сложные алгоритмы, позволяющие преобразовать слитную речь в некий цифровой образ, состоящий из данных об основном тоне голоса, ритмических особенностях речи, особенностях произношения.
К достоинствам системы отнесем удобство применения, отсутствие специальной аппаратуры (не считать же специальной аппаратурой диктофон, которым оборудованы сегодня многие модели мобильных телефонов), а к недостаткам — невысокую точность распознавания, дорогое ПО, чувствительность к состоянию голоса. Так, например, если у вас простуда, насморк или ларингит, то система может вас и не опознать.
Распознавание подписи. Эта технология становится весьма популярной альтернативой росписи ручкой. Здесь используют или специальные ручки, или чувствительные к давлению планшеты, или их комбинацию. В зависимости от требуемой степени защиты алгоритм идентификации может быть простым (степень совпадения двух изображений) или усложненным, когда кроме изображений анализируются динамические признаки написания — степень нажима, скорость письма, распределение участков с большим и меньшим нажимом и т. п., то есть предметом биометрической идентификации можно считать «мышечную память». Надежность метода не слишком высока: подписи все еще слишком легко подделать, да и в случаях нестабильной подписи система дает сбои. Однако аппаратная часть стоит недорого, и от предложений ПО отбою нет.
Клавиатурный почерк. Основным признаком, используемым для создания кода идентификации, является динамика набора кодового слова. Метод не требует специального оборудования. Применяется стандартная клавиатура.
Комбинированные решения. Ряд компаний уже сегодня предлагает объединить несколько решений в одну систему. Например, отпечаток пальца, ладони и двумерное изображение лица. Это, конечно, повысит надежность системы, но и увеличит ее стоимость.
А вот кому биометрию!
Цели внедрения систем биометрической идентификации могут быть самыми разными — от обеспечения государственной безопасности до проверки сведений, указанных в резюме соискателя работы, от борьбы с мошенничеством до осуществления пограничного контроля.
Оперативно-розыскные и криминалистические мероприятия
Системы, предназначенные для этих целей, должны сочетать стационарное оборудование — центральные базы данных — и «полевые» терминалы. Базы данных могут применяться, например, для хранения фотографий; регистрации электронных отпечатков пальцев и ладоней — снятых сканером или оцифрованных с бумажно-чернильных изображений; идентификационного поиска по биометрическим данным; мобильной автоматической идентификации в полевых условиях; аутентификации операторов баз данных по биометрическим данным.
Полевой терминал, который сотрудники патрульно-постовых служб берут с собой на дежурство, — это портативный блок биометрической идентификации, соединенный с центральной базой данных по беспроводному каналу передачи данных. Он дает им возможность проведения идентификации, так сказать, «не сходя с места». Самый простой способ для таких приложений — дактилоскопическая идентификация. Отпечатки пальцев задержанного сканируются, передаются в центральную базу данных по любой из доступных систем передачи данных (например по сети транкинговой связи). В центре система сравнивает полученные отпечатки подозреваемого с отпечатками, хранящимися в базе данных — по схеме 1:1, если надо установить — тот ли он, за кого себя выдает, или по схеме 1:N, если задача иная, например, надо установить, не привлекался ли данный гражданин ранее к уголовной ответственности.
Программы гражданской идентификации
Государственным ведомствам — федеральным, региональным и местным — приходится обслуживать тысячи, а порой и миллионы людей. Может ли чиновник быть стопроцентно уверен в том, что посетитель не пытается получить второе водительское удостоверение по поддельному паспорту? Или повторно проголосовать? Или добиться не полагающихся ему социальных льгот?
Мало того, в гражданской сфере автоматизированные системы биометрической идентификации можно рассматривать еще и как некий — пусть косвенный — фактор предотвращения преступлений. Большинство людей, обращающихся в государственные службы, не имеет злого умысла. Те же, кто имеет, возможно, поостерегутся, зная, что проверка отпечатков пальцев является процедурой обязательной, а ее результаты неминуемо будут где-то сохранены и, при необходимости, извлечены на свет божий.
Контроль доступа и информационная безопасность
Почти в каждом офисе требуется контролировать, проверять и устанавливать личность сотрудников и посетителей. Как правило, организации теряют время и деньги, пытаясь бороться с тем, что сотрудники обмениваются своими картами или паролями, обманывая стандартные системы физического контроля доступа.
Кроме того, сегодня мы все — ну или почти все — храним данные в электронном виде, чаще всего в своих настольных компьютерах. Точно так же в компьютерных системах постоянно хранятся и ресурсы многих государственных и производственных организаций, учреждений здравоохранения. Это могут быть бизнес-планы, базы данных клиентов, бюджеты, конструкторская и технологическая документация, медицинские и другие персональные данные граждан, финансовая информация и т. п. В настоящее время, как правило из соображений удобства, ключи доступа к информационным системам можно обнаружить записанными в ежедневниках, на клочках бумаги, приклеенных на экран монитора или лежащих под клавиатурой. С этим трудно бороться. Во многих организациях пароли меняются регулярно. Их выдает администратор системы, и они, как правило, состоят из бессмысленного набора цифр и букв. Если пароль невозможно запомнить, его обязательно запишут. Причем запишут там, где удобно прочитать. То есть на видном месте. Хорошая идея смены паролей для повышения безопасности работает в обратную сторону. Нужно что-то иное. Что не требует ни записи, ни запоминания.
Вероятными потребителями биометрических средств контроля доступа и информационной безопасности будут, скорее всего, правительственные учреждения, стратегические военно-промышленные объекты, электростанции, центры управления нефтяными и газовыми трубопроводами, диспетчерские управления авиационными, железнодорожными и морскими перевозками, аэропорты, речные и морские порты, железнодорожные вокзалы и станции метро, крупные производственные предприятия, обрабатывающие или хранящие особо опасные или ценные материалы, банки и страховые компании; торговые предприятия и сети; поликлиники, больницы и госпитали, список можно продолжать.
Автоматизированное обнаружение известных лиц в публичных местах
Системы видеонаблюдения стали уже привычным атрибутом публичных мест — метро, вокзалов, аэропортов, крупных торговых центров. С их помощью органы общественной безопасности и оперативно-розыскные структуры ведут мониторинг «лицевых потоков» (есть такой профессиональный термин) с целью обнаружения известных преступников и террористов. Сотрудники безопасности игровых заведений ведут постоянное видеонаблюдение за игровыми столами, входами и ресторанами казино, высматривая шулеров и их помощников. Авиакомпании исследуют залы аэропорта, чтобы не допустить на борт самолета злоумышленников. Можно придумать и другие сферы применения таких систем для правоохранительных органов, специальных служб и воинских подразделений.
Исследования показывают, что точность обнаружения оператором известных людей в лицевом видеопотоке, даже в самом лучшем случае, не превышает 20%. Мало того, этот уровень заметно падает при сокращении времени присутствия лица в кадре, росте загрузки и утомленности оператора. Не стоит забывать, что скука и монотонность такой работы не лучшим образом сказываются на уровне внимания.
Биометрические системы распознавания лиц из сигнального (черного) списка позволяют увеличивать продуктивность работы стандартных систем видеонаблюдения в 4–4,5 раза.
Бизнес как сочетание науки и политики
Криминалистика шагнула далеко вперед со времен классиков детективного жанра, герои которых ухитрялись разоблачать преступников, не имея в своем распоряжении ничего, кроме отпечатка правого мизинца.[— Очень отчетливый отпечаток мизинца. Он соответствует отпечатку на… — Молчите, — перебил его сержант Холкоум. — Этого для меня достаточно. Собирайтесь, Бедфорд. Вы арестованы. (Эрл Стенли Гарднер. Дело о позолоченной лилии)] Идентификация по голосу, лицу, руке, глазу в сумме превосходит классические системы идентификации по отпечатку пальца. При этом и дактилоскопия сегодня — это не чернила и картотеки с сотнями тысяч страниц. Для получения дактилоскопического изображения используют различные средства, а именно: оптические сканеры, работающие на эффекте полного внутреннего отражения света (именно с них и началась современная биометрия), емкостные КМОП-датчики, волоконно-оптические и теплорегистрирующие чипы. Число компаний, так или иначе занимающихся биометрией, уже перевалило за пять сотен.
При помощи современных технологий биометрическая идентификация из арсенала криминалистов шагнула в «мир». Спектр областей, где применяют биометрические системы, постоянно расширяется. В скором будущем появятся паспорта c чипами, где будет записана биометрическая информация их держателей. Такие проекты уже находятся в стадии реализации. Вероятно, аналогичные чипы скоро будут вмонтированы и в банковские карточки.
Интересно, что хотя общие рыночные показатели систем биометрической идентификации устойчиво растут и эксперты предрекают дальнейший рост с полутора миллиардов долларов в 2005 году до почти шести миллиардов в 2010 (см. рис. 1), рынок развивается, мягко скажем, своеобразно. Например, еще в прошлом веке звучали сообщения о том, что несколько компаний начинают выпуск сотовых телефонов, включающихся только при распознавании отпечатка пальца владельца — никаких тебе PIN- и PUK-кодов. Но реально на рынке (и то не в Европе, а в Японии) такой аппарат появился только в начале 2006 года. При этом технологически более сложное распознавание слов и пользователя по голосу уже давно не экзотика. Это не казалось бы таким странным, если бы не статистические данные о долях рынка, принадлежащих сегодня различным направлениям биометрии (см. рис. 2).
К огорчению тех, кто ратует за всеобщую дактилоскопизацию, законы почти всех государств запрещают брать отпечатки пальцев у рядовых граждан, если на это нет особых оснований. Вероятно, что, несмотря на техническую готовность, в ближайшее время не стоит ожидать широкого внедрения систем биометрической идентификации в государственных и социальных институтах. Однако реальность перспективы биометрической паспортизации населения не вызывает особых сомнений. Тенденция политического развития такова, что биометрическая паспортизация может оказаться практически единственным надежным средством защиты от преступности и терроризма, а многочисленные участившиеся военные конфликты начала XXI века могут только ускорить принятие совместного межгосударственного решения в ее пользу.
По прогнозам демографов, к 2010 году на нашей планете будет проживать порядка 10 млрд. человек. Значит, даже при условной стоимости биометрического удостоверения в 1 доллар доля рынка от продажи одних только «бумажек» составит 10 млрд. долларов. Реальный же размер этого рынка, включающий разработку, поставку и обновление аппаратуры и программ биометрии, использование телекоммуникационных сетей и предоставление услуг передачи данных, создание и поддержание специальных баз данных, будет во много раз больше, и, конечно, это интересует компании различного масштаба.
Чем больше биометрических параметров будет сниматься и анализироваться, тем шире будет круг вопросов, решаемых биометрическими методами и тем больше будет доля рынка биометрических технологий. Так, например, еще одной перспективной задачей в области биометрии может оказаться так называемый «детектор лжи», или полиграф, принцип работы которого основан на анализе психофизиологических реакций человека: изменений пульса, ЭКГ, проводимости кожи и т. п.
Нет ничего идеального
Разумеется, биометрия также не лишена недостатков. Биометрическая информация может быть искажена, например, в результате травмы. И, тем не менее, биометрия надежнее традиционных систем. Носители информации невоспроизводимы (по крайней мере, сегодня), не могут быть забыты или потеряны, и предъявить их может только владелец лично. Основной недостаток биометрии — возможность перехвата идентификационных данных. Здесь как никогда справедливо известное высказывание о том, что юристы — знатоки права, а преступники — знатоки возможностей.
И все же биометрия позволяет нам чуть ближе подойти к тому моменту, когда вопрос: «Кто вы, и действительно ли вы тот, за кого себя выдаете?» — перестанет волновать милиционера и таможенника, сотрудника паспортного контроля и служащего социального обеспечения, менеджера по кадрам и кассира в банке.
