Potwierdzanie tożsamości

Żaden system biometryczny nie jest w 100 procentach niezawodny i każde z rozwiązań można oszukać. Najwyższy współczynnik błędnych identyfikacji charakteryzuje czytniki linii papilarnych. Mimo to są one szeroko stosowane ze względu na niskie koszty oraz prostotę. Błędna weryfikacja nie wynika stąd, że linie papilarne za mało się różnią między sobą, lecz z niedokładności czytników. Równie unikatowa jak linie papilarne jest u każdego człowieka tęczówka oka. Odwrotna sytuacja występuje w przypadku weryfikacji na podstawie geometrii twarzy. Cecha ta, podobnie jak głos czy podpis, jest powtarzalna i nawet przy zastosowaniu bardzo dokładnych czytników może dojść do pomyłki.

Wymienione metody to tylko część technik, które wykorzystuje biometria – nauka zajmująca się pomiarem cech fizycznych oraz zachowań istot żywych, np. ludzi. Każdy człowiek ma kilka cech, które odróżniają go od pozostałych przedstawicieli gatunku. Cechy te umożliwiają jego identyfikację, czyli określenie tożsamości.

Najczęściej wykorzystywaną metodą biometrii jest badanie i porównywanie linii papilarnych. Stosowane jest na co dzień nie tylko w kryminalistyce, ale też np. przez zwykłych posiadaczy laptopów, które są wyposażone w czytnik linii papilarnych do zabezpieczenia dostępu do urządzenia.

Struktura linii papilarnych palca lub całej dłoni może być mierzona w momencie identyfikacji na kilka sposobów. Jednym z najprostszych jest rejestrowanie natężenia wiązki światła odbijającego się od powierzchni skóry. Ten sposób, ze względu na mały kontrast powstającego obrazu, jest obarczony sporym błędem. Na podobnej zasadzie działa metoda ultradźwiękowa, w której od powierzchni skóry odbija się fala dźwiękowa, a nie świetlna, dzięki czemu obraz przedstawiający linie papilarne jest dokładniejszy.

Bardziej zaawansowane są metody elektryczne, w których palec przyłożony do czytnika zmienia pojemność umieszczonych w czytniku kondensatorów. O wielkości ładunku w kondensatorach decyduje odległość skóry od powierzchni czytnika. Dane o zgromadzonych ładunkach z całego czytnika są przekształcane na mapę powierzchni palca.

Opuszki palców są, niestety, bardzo podatne na uszkodzenia. Małe rany mogą się zagoić i struktura palca może zostać odbudowana, ale poważniejsze obrażenia, także samookaleczenia, mogą uniemożliwić identyfikację na podstawie linii papilarnych.

Dużo mniej narażone na uszkodzenie jest ludzkie oko, którego tęczówka, podobnie jak linie papilarne, ma unikatową strukturę u każdego człowieka. Pomiar wzoru tęczówki jest jednak bardziej kłopotliwy niż badanie linii papilarnych, choćby dlatego, że gałka oczna cały czas się porusza, a człowiek nie w pełni może to kontrolować.

Tęczówka jest skanowana promieniowaniem podczerwonym, które przenika przez rogówkę, a także soczewki kontaktowe czy okulary; jest też niewidoczne dla człowieka i nie ma wpływu na funkcjonowanie oka. Odbite od oka promieniowanie niesie informację o strukturze źrenicy do przetwornika w czytniku. Tam następuje cyfrowa obróbka obrazu. Na początku jest wyodrębniany owal źrenicy. Potem dochodzi do kompresji obrazu przypominającej kompresję stratną plików ze zdjęciami (np. do formatu JPG). Rezultatem jest obraz cyfrowy, który jest poddawany dodatkowej obróbce eliminującej zakłócenia wprowadzane przez światło dzienne i sztuczne, obecne w czasie skanowania oka. Obraz ten jest porównywany z wzorcem zapisanym w bazie danych, podłączonej do czytnika. Nowoczesne algorytmy radzą sobie z poprawnym rozpoznawaniem źrenicy, nawet gdy oko jest przymknięte powieką lub przysłonięte rzęsami – porównuje się wtedy nieosłonięte fragmenty tęczówki.

Identyfikacja na podstawie wyglądu twarzy opiera się na porównywaniu niezmiennych cech, jak np. wielkość oczu, i pomijaniu cech zmiennych, np. uczesania. Urządzenia pomiarowe koncentrują się na kształcie oczu, podbródka, nosa oraz kształcie i położeniu kości policzkowych. Każda z tych cech oddzielnie może dotyczyć wielu osób, ale łącznie tworzą kombinację, którą bardzo trudno zdublować. Im więcej cech jest branych pod uwagę, tym bardziej niepowtarzalny jest wzorzec i dokładniejsza identyfikacja. Do pomiarów używane jest najczęściej odbite od twarzy promieniowanie podczerwone. W bardziej zaawansowanych rozwiązaniach jako wzorzec służy zeskanowany trójwymiarowy model twarzy. Technologią, która zwiększa skuteczność rozpoznawania twarzy o około 20–25 proc., jest skanowanie faktury skóry.

Interesującą, lecz bardzo młodą technologią jest rozpoznawanie mapy cieplnej ciała. W tej metodzie kamera termowizyjna bada temperaturę poszczególnych partii ludzkiego ciała. Pomiar może się odbywać w ubraniu. Najczęściej jednak koncentruje się na ludzkiej twarzy, która zazwyczaj nie jest niczym osłonięta. Kamery termowizyjne już teraz są wykorzystywane do prześwietlania bagaży i ludzi w poszukiwaniu ukrytej broni oraz ładunków wybuchowych.

Próbka, np. skan linii papilarnych palca, jest rejestrowana za pomocą czytnika, przetwarzana na postać cyfrową i poddawana obróbce, np. z obrazu usuwane są zakłócenia i zbędne informacje. Następnie trafia do modułu, który porównuje próbkę z wzorcem pobranym z bazy wzorów. Jeśli urządzenie uzna, że podobieństwo próbki i wzorca mieści się w granicy błędu ustalonej przez zarządzającego systemem, identyfikowana osoba otrzymuje dostęp do zabezpieczonego urządzenia lub zgodę na wejście na dany teren.

Oprócz badania cech fizycznych metody biometryczne służą też do mierzenia zachowań typowych dla ludzi. Są to tzw. metody behawioralne. Jedną z najprostszych jest identyfikacja na podstawie pisma odręcznego. Urządzenia pozwalające przenieść podpis, a nawet większy tekst odręczny do komputera są powszechnie dostępne. Najpopularniejsze z nich to tablety. Skuteczność identyfikacji zależy głównie od precyzji takich urządzeń oraz skuteczności algorytmów porównujących próbkę z wcześniej zarejestrowanym wzorcem.

Rozwinięciem tego pomysłu jest pomiar sposobu wprowadzania pewnej ustalonej sekwencji znaków, np. z klawiatury komputera. W tym przypadku mierzone są odstępy czasu między wciśnięciem kolejnych klawiszy, a nawet czas trwania nacisku wywieranego na każdy z nich. Autoryzacja następuje po porównaniu tych cech dla wprowadzonej na klawiaturze sekwencji słów z wzorcem, którym może być np. imię i nazwisko identyfikowanej osoby. Jeśli za wzorzec będzie służyć poufne hasło, jego poprawne wprowadzenie będzie dodatkowym zabezpieczeniem dostępu, ale nie jest to już metoda biometryczna.

Często wykorzystywaną metodą behawioralną jest rozpoznawanie głosu. W przeciwieństwie do metod rozpoznawania głosu, wykorzystywanych np. do sterowania komputerem, w identyfikacji nie jest istotne rozpoznawanie znaczenia poszczególnych słów, lecz samego głosu ich autora. Oczywiście zdarzają się systemy, w których do potwierdzenia tożsamości konieczne jest wypowiedzenie konkretnych słów.

W procesie rozpoznawania głosu jest wykorzystywanych kilkanaście różnych algorytmów. W większości z nich badane są: sposób stawiania akcentu, szybkość wymawiania słów, a także ich brzmienie. Część systemów po każdej poprawnej identyfikacji dodaje zarejestrowany głos do swojej bazy wzorców, aby rejestrować ewentualne zmiany, które z biegiem czasu mogą się pojawić w głosie identyfikowanego. Dzięki temu weryfikacja jest bardziej precyzyjna.

Przy każdej próbie identyfikacji pobrana próbka, np. głosu, odcisku palca, jest porównywana z wcześniej zarejestrowanym wzorcem, znajdującym się w bazie danych, do której jest podłączone urządzenie skanujące. Identyfikowana osoba nie zawsze musi być świadoma, że wcześniej został pobrany wzorzec jakichś jej cech – próbkę głosu czy mapy cieplnej ciała można zarejestrować zdalnie. Zazwyczaj jednak wzorzec jest rejestrowany przy udziale osoby, która będzie później identyfikowana, oraz w idealnych warunkach, które niełatwo odtworzyć przy każdym kolejnym badaniu tożsamości.

Trudno oczekiwać, że osoba poddająca się weryfikacji za pomocą głosu będzie w stanie w 100 proc. odtworzyć wypowiedź z wzorca. Podobnie nawet przy prostym badaniu linii papilarnych zmiana nacisku palca lub drobinki brudu na skórze mogą spowodować, że próbka będzie się różniła od wzoru. Z tych względów twórcy metod biometrycznych muszą określić w swoich systemach pewne granice odstępstw od wzorca, mimo których weryfikacja tożsamości będzie pozytywna. Granice te muszą być jednak na tyle wąskie, aby nie dopuścić do pozytywnej weryfikacji niepowołanej osoby o zbliżonych cechach fizycznych, np. podobnym głosie.

Ustalenie odpowiedniej proporcji między tzw. liczbą błędnych akceptacji a liczbą błędnych odrzuceń decyduje o skuteczności działania całego systemu i jest jednym z głównych obszarów badań w trakcie testów urządzeń biometrycznych.

Ze względu na bezpieczeństwo narodowe we wdrożeniach metod biometrycznych przodują kraje zagrożone terroryzmem. Na amerykańskich lotniskach działają systemy rozpoznawania twarzy, których wzorce są zawarte w radiowym chipie RFID , stanowiącym część paszportu (dokumenty zawierają także odciski palców). Podobny system działa na australijskich portach lotniczych i stanowi alternatywę dla tradycyjnej odprawy celnej – skanowanie twarzy trwa kilka sekund, jest szybsze i wygodniejsze niż tradycyjne okazywanie paszportu.

Na granicy palestyńsko-izraelskiej Palestyńczycy posługują się specjalnymi kartami identyfikacyjnymi, które oprócz zdjęcia, odcisków palców oraz kształtu twarzy zawierają także kształt dłoni. Niemiecki rząd zamierza wzbogacić biometryczne paszporty obywateli tego kraju o wzór tęczówki oka.
Biometria jest wykorzystywana nie tylko w procedurach urzędowych. Najprostszym przykładem jest autoryzacja dostępu do urządzeń elektronicznych, a także pomieszczeń czy całych budynków. Czytnik linii papilarnych to gadżet, który znajduje się w coraz większej liczbie laptopów, a zewnętrzny skaner, podłączony do portu USB, wraz z odpowiednim software’em będzie bronił dostępu także do komputera stacjonarnego.

Trwają też prace nad wykorzystaniem rozpoznawania pisma w elektronicznej edukacji – rozpoznawanie odręcznego podpisu lub komputerowego tekstu ma być dowodem, że w zdalnym egzaminie brała udział uprawniona osoba, a nie podstawiony oszust. Biometryczne metody behawioralne, np. specyficzny dla każdego człowieka chód, są obecnie wykorzystywane do wykrywania chorób, takich jak Alzheimer, oraz do diagnozowania wad narządów ruchu.