Лапы, хвост и усы! Вот мои документы

Во все времена наиболее красивым считалось самое простое решение. В математике и физике ученые стремились к упрощению теорий, а философы отталкивались от наиболее простых, интуитивно понятных истин. "Все гениальное - просто!" - говорили древние. Аналогично, в системах контроля доступа, очевидно, самое простое для пользователей - то решение, где не приходится постоянно помнить о паролях, носить с собой связки с ключами, магнитные карты и т. п. Исследователи давно обнаружили: каждый человек по-своему уникален и имеет ряд признаков, повторяющихся с низкой степенью вероятности. К ним относятся: рисунки сетчатки глаза, папиллярных линий на пальце, конфигурация ладони и ряд других.

Современный уровень развития компьютерных технологий позволил использовать подобные признаки в качестве основы для идентификации человека и принятия решения о возможности доступа.

Такое решение, как оказалось, обладает еще одним важным свойством.

Преимущество биометрических систем идентификации, по сравнению с традиционными, заключается в том, что идентифицируется не внешний предмет, принадлежащий человеку, а собственно человек. Используемая характеристика неразрывно с ним связана, ее невозможно потерять, передать, забыть. Да и подделка достаточно сложна и дорогостояща.

Как это всегда происходит, решения подобного рода прошли ряд стадий развития, от замыслов и мечтаний до конкретных реализаций.

Начало положено писателями-фантастами и режиссерами фантастических фильмов.

Наверное, каждый может вспомнить хотя бы один фильм, где заключенный, осуществляя побег из тюрьмы, вынужден искать пути обмана системы открытия двери по отпечатку пальца или по сетчатке глаза.

Подобного рода фантазии писателей подтолкнули разработчиков интеллектуальных программных средств к созданию хитроумных алгоритмов распознавания уникальных особенностей голоса, лица, отпечатков пальцев, руки и т. п. Стоит отметить, что некоторые из них добились здесь замечательных результатов. Но далеко не все из созданных систем можно использовать на практике. Для одних препятствием стала цена, другие обладали явными недостатками.

С увеличением числа разработок систем идентификации по биометрическим параметрам возник вопрос о том, какие же характеристики человека наиболее подходят и для задач контроля доступа. К решению данного вопроса подключилось даже Федеральное бюро расследований США. Лучшей характеристикой по многочисленным критериям признан отпечаток пальца.

В табл. 1 приведены сравнительные характеристики трех биометрических параметров: ладони, отпечатка пальца и сетчатки глаза.

Таблица 1.
Сравнительные характеристики различных биометрических параметров.

Как оказалось, использование отпечатков пальцев в качестве параметра идентификации человека обладает рядом преимуществ перед прочими вариантами.

Основной из них - простота и удобство использования устройств считывания, сочетающаяся с высокой надежностью идентификации.

В настоящее время порядка пятидесяти фирм в мире предлагают свои дактилоскопические системы в коммерческих вариантах исполнения. Наиболее известные из них: Biometric Identification, Fingermatrix, Fingerprint Technologies, Identix, Matsumura Electronics, PrintScan International, STARTEK Engineering и др.

В то же время далеко не все рекламируемые системы контроля доступа по отпечатку пальца соответствуют заявляемым характеристикам. Некоторые из них достижимы лишь при идеальных условиях эксплуатации системы. Для того чтобы вы могли понять, на какие параметры выбираемой системы следует обратить внимание, остановимся на принципах, лежащих в основе идентификации по отпечаткам пальцев.

Принципы обработки отпечатков пальцев

Чтобы понять, в чем заключаются принципиальные преимущества и недостатки различных подходов, а также существующих комплексов, необходимо разобраться в основах представления об отпечатках пальцев и принципах их распознавания.

На снимке справа показано изображение отпечатка пальца человека, представляющее собой совокупность папиллярных линий. Их взаимное расположение, собственно, и определяет уникальность отпечатка.

Существует четыре уровня признаков различимости отпечатков.

Первый - тип узора, определяемый характером расположения папиллярных линий. Различают круговые, дуговые и завитковые типы. Это наиболее общая характеристика отпечатка.

Второй - макроэлементы отпечатка: центры и дельты. Их типы (дельты бывают левые и правые, центры с направлением и без), взаиморасположение и направленность более конкретно характеризуют отпечаток по сравнению с типом узора. На рисунке центр отпечатка показан синим квадратом, а левая дельта оранжевым треугольником.

Третий - элементы отпечатка: характерные особенности, представляющие собой начала/окончания папиллярных линий и слияния/разветвления. На рисунке они показаны соответственно красным и зеленым цветом. Взаиморасположение и направленность этих особых элементов в основном и определяет уникальность отпечатка.

В криминалистике для идентификации используют первые три уровня признаков. Четвертый же уровень стал доступен к изучению лишь с появлением высокоразрешающей аппаратуры сканирования. Речь идет о микроскопических порах на папиллярных линиях - выходах потовых желез. Их расположение также уникально. Однако ни одна система дактилоскопической идентификации не использует данный критерий в связи с необходимостью обработки огромного объема информации и нестабильностью проявления данных элементов, связанной с загрязнением, запотеванием отпечатка.

Исходя из вышеописанных критериев различимости отпечатков пальцев, криминалист-эксперт осуществляет их сравнение по следующему алгоритму.

Производится определение и сравнение типов узора на обоих отпечатках. В случае их совпадения анализируется расположение макроэлементов (одинаковость типов, направления, расстояний и т. д.). Если все признаки совпадают, работа переходит на точечный уровень. Анализируется наличие одинаковых элементов на обоих отпечатках. И в случае обнаружения хотя бы одного разногласия (например, на соответствующем участке параллельных линий у другого отпечатка найдено слияние/разветвление) - принимается решение о несовпадении отпечатков. Лишь в случае полного повторения расположения элементов делается противоположное заключение.

Большинство предлагаемых систем дактилоскопической идентификации в большей или меньшей степени использует именно такой подход, проверенный практикой и временем. Хотя есть разработки, использующие и другие методы, заимствованные из различных математических теорий обработки изображений. Один из них - корреляционное сравнение изображений двух отпечатков. Суть его состоит в наложении двух изображений отпечатков пальцев в разных положениях и определение наилучшего коэффициента совпадения. При превышении априорно заданного порога совпадения - отпечатки признаются идентичными.

В табл. 2 приведены положительные и отрицательные стороны этих двух распространенных подходов.

Таблица 2.
Различные подходы к идентификации.

Качественными показателями функционирования алгоритмов дактилоскопической идентификации служат: ошибка идентификации (вероятность пропуска 'чужого') и отказ идентификации (вероятность не пропуска 'своего'). На графиках показаны соответствия ошибки и отказа идентификации для большинства существующих систем дактилоскопической идентификации.

Как видно из графиков, при фиксированной ошибке идентификации, например 0,001%, отказ идентификации может составлять 50%. И, наоборот, при отказе менее 1% ошибка идентификации может увеличиться до 30% (каждый третий отпечаток признается одинаковым).

Идеальные характеристики системы - это разнесенные показатели ошибки и отказа идентификации, когда одновременно при большой надежности идентификации (ошибка 0,0001%) достигается отказ идентификации всего доли процента.

Показатель ошибки идентификации определяется выбранным подходом, качеством реализации и настройки алгоритмов идентификации.

Показатель отказа идентификации определяется многими факторами. К основным из них относятся: степень совпадения зарегистрированного в качестве эталона участка отпечатка пальца и предъявляемого для идентификации, характеристики поверхности отпечатка пальца (чрезмерно сухая или влажная, поврежденная, стертая, загрязненная и т. п. поверхность).

Если с первым недостатком 'бороться" невозможно (по сути дела, это два разных отпечатка), то недостаточно хорошее изображение, связанное с некачественной поверхностью отпечатка, может компенсироваться алгоритмами обработки, учитывающими данные проблемы.

Наглядный показатель соотношения ошибки и отказа идентификации для любой реализации технологии дактилоскопической идентификации - наличие возможности поискового режима, когда отпечаток пользователя сравнивается с большим числом отпечатков, хранящимся в базе данных.

Большинство существующих систем не могут использовать подобный режим в связи с недостаточным показателем надежности идентификации при малом проценте отказа идентификации. Поэтому в таких разработках пользователь должен сначала ввести свое имя, а лишь затем подтвердить его отпечатком пальца (подтверждающий режим).

Явный недостаток таких систем заключается в необходимости при доступе указывать свое имя. Для этого требуется устанавливать дополнительное оборудование - цифровые наборники, карточные считыватели и т. п., что удорожает систему и создает дополнительные неудобства пользователям.

Производители и поставщики

Ни для кого не секрет, что за последние годы значительное число профессионалов, ученых России, нашли свое пристанище в странах Запада, в первую очередь в США и Израиле. Не менее распространена и ситуация, когда российские ученые или целые коллективы исследовательских учреждений, не найдя применение своим разработкам в России, на корню и практически за бесценок продают лицензии за рубеж. Лишь немногие находят силы и средства довести результаты научных изысканий до уровня коммерческих образцов, чтобы самим диктовать условия рынку. Нам известен ряд серьезных разработок в области дактилоскопической идентификации, выполненных в Москве и Санкт-Петербурге. Они легли в основу крупных западных проектов. Сегодня наиболее известные производители дактилоскопических систем - это американские фирмы, а также компании Канады, Японии и Кореи. Давно сложившаяся и устоявшаяся "машина" рекламы, дистрибуции и продаж в "западном мире" чрезвычайно благоприятно сказывается на быстром продвижении на рынке новых технологий. По оценкам специалистов, страны Запада в настоящее время уже переживают бум коммерческих разработок систем дактилоскопической идентификации. По прогнозам одной из фирм, заявляющей о выпуске клавиатур со встроенными сканерами отпечатков пальцев, объемы продаж на рынке до 1999 года должны возрасти вдвое по сравнению с нынешним уровнем. Более того, по их мнению, в 1999 году ожидается увеличение продаж еще на 270%. Общее число проданных устройств дактилоскопической идентификации может составить несколько десятков миллионов.

Как же объяснить тот факт, что описываемые системы до сих пор считаются в России не более чем экзотикой ?

С одной стороны, Россия пока не рассматривается большинством западных фирм как серьезный рынок сбыта. Здесь пока чрезвычайно слаб уровень внедрения новых технологий, связанный с массированной рекламой и большими вложениями капитала. Не так много фирм обладает широкой дилерской сетью. Поэтому зарубежные компании - производители дактилоскопического оборудования не торопятся с продвижением у нас своих "детищ".

С другой стороны, в ряде стран, в том числе в США, подобные разработки относятся федеральными органами к разряду имеющих стратегическое значение и, соответственно, подлежат пристальному контролю при поставках на экспорт. Кроме того, существующие федеральные программы США, Канады, Мексики заставляют производителей дактилоскопического оборудования работать на полных оборотах на внутренний рынок.

Существует еще один фактор, определяющий медленное распространение систем в России. Это цены. Они и так достаточно высоки в странах-производителях, и еще больше возрастают, доходя до конечных потребителей в России. Тут сказываются и таможенные тарифы, и прибыль, закладываемая продавцами.

Все вышеперечисленное указывает на тот факт, что в Москве, да и в России в целом, найдется всего несколько фирм, включающих в сферу своих реальных интересов распространение систем дактилоскопической идентификации.

Хотелось бы вкратце остановиться на комплексах, использующих дактилоскопию, которые уже сегодня могут применяться в ряде предметных областей.

Первое и наиболее реальное использование - системы контроля доступа в крупные учреждения (проходные, оборудованные шлюзами, сопрягаемыми с устройствами дактилоскопической идентификации), дактилоскопические дверные замки, комплексные системы безопасности зданий, охраняемые автостоянки, программно-аппаратные комплексы допуска к ячейкам депозитных сейфов. Все вышеперечисленные системы уже сейчас могут быть разработаны и установлены на рабочих местах потенциальных заказчиков. Ряд систем уже практически готов и нуждается лишь в адаптации к конкретным задачам. Привнесение работы с отпечатками в существующие системы не только значительно упрощает эксплуатацию систем, но и дополняет их новыми возможностями. К их числу относится контроль рабочего времени, разграничение доступа сотрудников в помещение в различное время.

Защита информационных ресурсов компьютера - также достаточно перспективное направление для внедрения идентификации по отпечатку пальца. С заменой традиционных паролей отпечатком пальца вероятность доступа постороннего на порядок снижается.

Более массовое использование устройств в быту, в качестве домашних дверных замков, домофонов и пр. также возможно, но лишь тогда, когда производители смогут добиться соответственного снижения цен. Пока же установить у себя дома дактилоскопический замок и разграничить доступ для прислуги в различные помещения под силу лишь весьма состоятельным владельцам особняков.

Но уровень цен на устройства и комплексы уже сейчас вполне конкурирует с системами на базе традиционных пластиковых карточек, особенно если учесть, что необходимость самих карт, как дополнительного расходного материала, в дактилоскопических системах отсутствует.

Похоже, что за дактилоскопическими комплексами действительно большое будущее. Вопрос лишь в том, будут ли российские фирмы только потребителями подобных систем или же сами смогут поставлять их на мировой рынок.

Who? Vision представляет новую систему идентификации

Калифорнийская компания Who?Vision Systems представила новую технологию идентификации под названием TactileSense. Представители компании надеются, что производители станут реализовывать эту технологию в периферийные устройства ПК. Цена усовершенствованных таким образом систем не должна оказаться слишком высокой для массового пользователя.

Принцип работы системы TactileSense состоит в считывании электрического поля человеческого пальца - тот же метод применяется в сенсорах на кремниевых кристаллах. Однако компания использует для идентификации сенсорную панель с полимерной поверхностью, стоимостью производства не более 25 центов, в то время как при изготовлении кремниевых кристаллов этот показатель достигает нескольких сотен долларов. Результат считывания преобразуется далее в оптическое представление. Дешевая оптика, не превышающая стоимости пары долларов, позволяет уплотнять изображение и обрабатывать информацию на небольших процессорах. Их размер значительно меньше габаритов кремниевых пластин существующих сенсоров.

В прошлом стоимость создания оптических сенсоров, куда входили источники освещения камеры (camera light sources) и другие дорогостоящие элементы, была слишком высока. Это ограничивало круг пользователей систем идентификации по отпечаткам пальцев лишь компаниями, чья деятельность требовала обеспечения сверхвысокой безопасности, и правительственными организациями.

Однако технология Who?Vision предназначена для рядовых пользователей, нуждающихся в средствах оперативной и безопасной идентификации.

Кроме снижения цен на системы идентификации по отпечаткам пальцев, технология Who?Vision имеет и другой плюс. В отличие от оптических сенсоров, не способных считывать информацию с сухих кончиков пальцев и недостаточно эффективных в слишком сухом или холодном климате, подобная технология не подвержена воздействию климатических условий.

Новые сенсоры предназначены для производителей разнообразных периферийных устройств - клавиатур, мониторов и устройств позиционирования. Кроме того, они окажутся полезными для независимых компаний, занимающихся модификацией существующих клавиатур. Цель Who?Vision состоит в снижении в ближайшие несколько лет стоимости сенсоров до 10 долл. Ожидается, что цена новых клавиатур с сенсором Who?Vision составит около 99 долл.

По словам представителей компании, их первыми покупателями скорее всего станут фирмы, нуждающиеся в обеспечении более высокого уровня безопасности, а также клиенты, желающие ограничить доступ к своему домашнему компьютеру. Задача компании - уже с первой попытки добиться 99%-ной надежности результатов идентификации.

Одной из сфер применения новой технологии может стать индустрия финансовых услуг. Потенциальными клиентами данного рода продуктов могут быть, например, биржевые маклеры, которым важно как можно быстрее купить и продать на фондовом рынке те или иные бумаги.

Использование сенсоров не должно ставить под угрозу частную жизнь клиентов. Поэтому при использовании технологии TactileSense информация об отпечатках пальцев не направляется в некое централизованное хранилище, даже если клиенты работают в сети. Все основные данные об отпечатке вашего пальца хранятся локально - на ПК.

Кроме того, Who?Vision объявила о заключении контракта с компанией Spot Technology, подразделением тайваньского производителя мониторов MAG Group. По условиям контракта в ближайшие четыре года Who?Vision должна произвести 35 млн. модулей идентификации по отпечаткам пальцев. Spot будет встраивать подобные сенсоры стоимостью примерно 25 долл. в свои продукты.

Who?Vision намерена продавать готовые модули всем подразделениям MAG. Они, в свою очередь, должны встраивать их в недорогие периферийные устройства различных типов, главным образом в производимые ими мониторы. Подписав контракт, Spot получила эксклюзивное право перепродавать данные устройства производителям портативных компьютеров.

Службе новостей IDG стало известно, что не так давно Who?Vision заключила партнерское соглашение с компанией Entegrity Solutions, однако официального сообщения об этом до сих пор не сделано. По словам представителей Who?Vision, новый проект - первый в своем роде. Он предусматривает совместную деятельность компании, специализирующейся в области цифровых технологий, и компании-разработчика корпоративных программ, использующей системы открытого ключа. Их совместная деятельность ориентирована на содействие другим компаниям (главным образом из списка Fortune 1000), желающим интегрировать в свои системы высокоуровневые технологии обеспечения безопасности.

Выпуск продуктов с использованием технологии TactileSense намечен на середину 1998 года.

Признаки различимости отпечатков

Первый - тип узора, определяемый характером расположения папиллярных линий. Различают круговые, дуговые и завитковые типы. Это наиболее общая характеристика отпечатка.

Второй - макроэлементы отпечатка: центры и дельты. Их типы (дельты бывают левые и правые, центры с направлением и без), взаиморасположение и направленность более конкретно характеризуют отпечаток по сравнению с типом узора. На рисунке центр отпечатка показан синим квадратом, а левая дельта оранжевым треугольником.

Третий - элементы отпечатка: характерные особенности, представляющие собой начала/окончания папиллярных линий и слияния/разветвления. На рисунке они показаны соответственно красным и зеленым цветом. Взаиморасположение и направленность этих особых элементов в основном и определяет уникальность отпечатка.

"Папилон" берет след

Среди российских компаний, специализирующихся в области разработки программно-технических комплексов автоматической идентификации, - предприятие "Системы Папилон" из гоpода Миасс (Челябинская область). С 1992 года в экспертно-криминалистических подразделениях и информационных центрах органов внутренних дел используется АДИС (автоматизированная дактилоскопическая информационно-поисковая система) "Папилон".

Основные функции системы: идентификация личности по следу пальца или ладони, обнаруженному на месте преступления, идентификация трупов, оперативная проверка задержанного с целью определения личности и причастности к ранее совершенным преступлениям. С помощью системы "Папилон" эксперт практически со стопроцентной надежностью распознают личность даже по небольшому фрагменту отпечатка пальца, конечно, при условии, что электронная дактилокарта конкретного человека имеется в базе данных среди прочих сотен тысяч. Кроме этого, разработана дактилоскопическая система (как считают в самом "Папилоне" - впервые в мире), идентифицирующая следы и отпечатки ладоней.

В систему, кроме универсального компьютерного, входит специальное оборудование, производимое предприятием "Папилон", - "живые" сканеры для бескраскового дактилоскопирования, устройства видеоввода следов с дактилопленок и объектов, многопроцессорные вычислители, производящие операции сличения кодов папиллярных узоров. Допускается удаленный доступ к базе данных.

Кто использует разработки "Папилон"?

В России действуют комплексы АДИС с базами данных от 10 тыс. дактилокарт (райотделы) до 1 млн. (УВД Пермской области). Всего более 200 установок АДИС, более 100 "живых" сканеров - в России, Казахстане, Таджикистане, Монголии, Польше. Комплексы "Папилон" способствовали раскрытию более 30 тыс. преступлений. Система представлялась на стенде МВД России выставки Milipol '97 в Париже.

Разработана система полностью автоматической (без участия эксперта) идентификации по отпечатку пальца, предназначенная для использования в комплексах контроля доступа. Уже три года подобная система эксплуатируется в СИЗО города Хабаровска при идентификации личности заключенных.

Другая уникальная разработка - система "Арсенал" для автоматизированной идентификации огнестрельного оружия по следам нарезов на боковых поверхностях пуль. След имеет набор индивидуальных признаков, вводимых в систему, где они автоматически кодируются и идентифицируются. В состав системы входит пулевой сканер "Папилон", позволяющий получать изображение развертки полной боковой поверхности пули, соответственно используемое для идентификации данных о группе следов. В настоящее время уже фукционируют десять подобных комплексов.

Компания "Академия-Сервис", использующая дактилоскопические комплексы в своих решениях, сделала ставку на отечественную разработку. Устройство, созданное фирмой "Вит Интэк", прошло опытную эксплуатацию в отдельных подразделениях МВД и установлено в ряде следственных изоляторов. Отличительные характеристики системы - высокая надежность, уверенный пропуск зарегистрированного пользователя при гарантированном отказе пропуска "чужого", а также надежная работа системы с мелкими, стертыми, загрязненными и поврежденными отпечатками. Гарантируемая вероятность ошибки идентификации - менее 0,001%, при отказе идентификации менее 1%. Приведенные показатели определяют потенциальные возможности широкого распространения данных устройств и созданных на их основе систем не только на территории СНГ.

Храните отпечатки пальцев в электронном виде

Компания NEC Technologies недавно предложила американским правоохранительным органам систему "живого сканирования" отпечатков пальцев, позволяющую отказаться от традиционной процедуры взятия отпечатков пальцев у подозреваемого при аресте.

Рабочая станция для обработки изображений LS-21 значительно сократит время, необходимое для получения полной информации о подозреваемых в совершении преступления, поскольку изображение отпечатков пальцев может быть введено непосредственно в систему автоматизированной идентификации отпечатков пальцев Automated Fingerprint Identification System (AFIS). Это заменит традиционные дактилоскопические оттиски на бумаге, которые обычно пересылались по почте из местных отделений центральным органам.

"Раньше полицейским приходилось ждать три-четыре дня, пока не наберется несколько дактилоскопических карточек, которые затем по почте отсылались на экспертизу, - сказал Майкл Корн, региональный менеджер NEC. - С помощью LS-21 можно мгновенно получить необходимые сведения, причем в более полном виде, то есть вместе с отпечатками пальцев будет сообщено имя их обладателя и данные о совершенных им правонарушениях".

Первые системы LS-21 были установлены в ряде государственных органов, в частности в Отделе общественной безопасности штата Техас. Эта технология позволила вышеупомянутым службам изменить инфраструктуру и улучшить, по крайней мере, характер хранения и обработки информации о совершенных правонарушениях. В начале 1997 года руководство Отдела обратилось в NEC с просьбой разработать более совершенный механизм отслеживания совершенных правонарушений. В ответ была предложена технология LS-21, а через некоторое время оформлен контракт на установку 41 системы LS-21 на территории штата, причем это произошло задолго до официального анонса этих рабочих станций.

Хотя блюстители закона из Техаса пока являются единственными официальными пользователями LS-21, системы компании NEC установлены во многих учреждениях государственных правоохранительных органов. По словам Криса Вернера, менеджера по продажам AFIS компании NEC, система, которая недавно была продемонстрирована на Международной конференции руководителей полицейских служб, вызвала живой интерес.

Рабочая станция обработки изображений LS-21 стоит порядка 40 тыс. долл. плюс 5 тыс. долл. за соответствующее программное обеспечение Quick-ID.