Биометрические методы идентификации и аутентификации пользователя
Министерство образования и науки РФ
Федеральное
государственное бюджетное
Уфимский
государственный авиационный
Факультет информатики и робототехники
Кафедра автоматизированных систем управления
Реферат по дисциплине
«Информационная безопасность»
Тема: Биометрические методы идентификации и аутентификации пользователя.
Выполнил: студент гр. ПИ-300
Андреев В.О.
Проверил: Антонов В.В.
Уфа 2013
Содержание
Введение 3
1. Основные характеристики биометрических средств идентификации личности 5
2. Особенности реализации статических методов биометрического контроля 7
Аутентификация по рисунку папиллярных линий 7
Аутентификация по радужной оболочке глаз 8
Идентификация по капиллярам сетчатки глаз 9
Идентификация по геометрии и тепловому изображению лица 9
Идентификация но геометрии кисти руки 12
3. Особенности реализации динамических методов биометрического контроля 15
Идентификация но голосу и особенностям речи 16
Идентификация по ритму работы на клавиатуре 17
Заключение 19
Список использованных источников 22
Введение
В настоящее время информационные
системы различного масштаба стали
неотъемлемой частью базовой инфраструктуры
государства, бизнеса, гражданского общества.
Все больше защищаемой информации переносится
в ИС. Современные информационные
технологии не только обеспечивают новые
возможности организации
Известно, что более 25 % злоупотреблений
информацией в ИС совершаются
внутренними пользователями, партнерами
и поставщиками услуг, имеющими прямой
доступ к ИС. До 70 % из них – случаи
несанкционированного получения прав
и привилегий, кражи и передачи
учетной информации пользователей
ИС, что становится возможным из-за
несовершенства технологий разграничения
доступа и аутентификации пользователей
ИС. Совершенствование методов
Основными процедурами регистрации
пользователей в ИС являются процедура
идентификации – получение
Разработчики традиционных устройств
идентификации уже столкнулись
с тем, что стандартные методы
во многом устарели. Проблема, в частности,
состоит в том, что общепринятое
разделение методов контроля физического
доступа и контроля доступа к
информации более несостоятельно. Ведь
для получения доступа к
Есть ли выход из этой ситуации? Оказывается, есть, и уже давно. Просто для доступа к системе нужно применять такие методы идентификации, которые не работают в отрыве от их носителя. Этому требованию отвечают биометрические характеристики человеческого организма. Современные биометрические технологии позволяют идентифицировать личность по физиологическим и психологическим признакам.
1. Основные характеристики биометрических средств идентификации личности
Достоинства биометрических идентификаторов на основе уникальных биологических, физиологических особенностей человека, однозначно удостоверяющих личность, привели к интенсивному развитию соответствующих средств. В биометрических идентификаторах используются статические методы, основанные на физиологических характеристиках человека, т. е. на уникальных характеристиках, данных ему от рождения (рисунки папиллярных линий пальцев, радужной оболочки глаз, капилляров сетчатки глаз, тепловое изображение лица, геометрия руки, ДНК), и динамические методы (почерк и динамика подписи, голос и особенности речи, ритм работы на клавиатуре). Предполагается использовать такие уникальные статические методы, как идентификация по подногтевому слою кожи, по объему указанных для сканирования пальцев, форме уха, запаху тела, и динамические методы - идентификация по движению губ при воспроизведении кодового слова, по динамике поворота ключа в дверном замке и т. д.
Биометрические идентификаторы хорошо работают только тогда, когда оператор может проверить две вещи: во-первых, что биометрические данные получены от конкретного лица именно во время проверки, а во-вторых, что эти данные совпадают с образцом, хранящимся в картотеке. Биометрические характеристики являются уникальными идентификаторами, но вопрос их надежного хранения и защиты от перехвата по-прежнему остается открытым
Биометрические идентификаторы обеспечивают очень высокие показатели: вероятность несанкционированного доступа - 0,1 - 0,0001 %, вероятность ложного задержания - доли процентов, время идентификации - единицы секунд, но имеют более высокую стоимость по сравнению со средствами атрибутной идентификации.
Тенденция значительного улучшения характеристик биометрических идентификаторов и снижения их стоимости приведет к широкому применению биометрических идентификаторов в различных системах контроля и управления доступом. В настоящее время структура этого рынка представляется следующим образом: верификация голоса - 11 %, распознавание лица -15 %, сканирование радужной оболочки глаза - 34 %, сканирование отпечатков пальцев - 34 %, геометрия руки - 25 %, верификация подписи - 3 %.
Любая биометрическая технология применяется поэтапно:
- сканирование объекта;
- извлечение индивидуальной
- формирование шаблона;
- сравнение текущего шаблона с базой данных.
Методика биометрической аутентификации заключается в следующем. Пользователь, обращаясь с запросом к СКУД (система контроля и управления доступом) на доступ, прежде всего, идентифицирует себя с помощью идентификационной карточки, пластикового ключа или личного идентификационного номера. Система по предъявленному пользователем идентификатору находит в своей памяти личный файл (эталон) пользователя, в котором вместе с номером хранятся данные его биометрии, предварительно зафиксированные во время процедуры регистрации пользователя. После этого пользователь предъявляет системе для считывания обусловленный носитель биометрических параметров. Сопоставив полученные и зарегистрированные данные, система принимает решение о предоставлении или запрещении доступа.
2. Особенности
реализации статических методов
биометрического контроля
Аутентификация по рисунку папиллярных линий
Папиллярные узоры на пальцах человека
уникальны для каждого
Технология сканирования отпечатков
пальцев - одна из самых распространенных.
Отпечатки индивидуальны для
каждого человека и не меняются в
течение всей жизни, поэтому их относят
к статическим методам
На данный момент существуют три типа сканеров отпечатков:
- оптические (FTIR, оптоволоконные, оптические протяжные и др.),
- полупроводниковые (термосканеры, протяжные термосканеры, емкостные и др.)
- ультразвуковые
Все они работают по разным принципам,
но в итоге получают схожие изображения,
которые в соответствии с определенными
математическими алгоритмами
Преимущества доступа по отпечатку
пальца - простота использования, удобство
и надежность. Хотя процент ложных
отказов при идентификации
Аутентификация по радужной оболочке глаз
Рисунок радужной оболочки глаза также является уникальной характеристикой человека, причем для ее сканирования достаточно портативной камеры со специализированный программным обеспечением, позволяющим захватывать изображение части лица, из которого выделяется изображение глаза, из которого в свою очередь выделяется рисунок радужной оболочки, по которому строится цифровой код для идентификации человека.
Время первичной обработки
Характеристики FAR(коэффициентом ошибочных подтверждений) и FRR(коэффициентом ошибочных отказов) для радужной оболочки глаза наилучшие в классе современных биометрических систем (за исключением, возможно, метода распознавания по сетчатке глаза).
Преимущества метода. Статистическая надёжность алгоритма. Захват изображения радужной оболочки можно производить на расстоянии от нескольких сантиметров до нескольких метров, при этом физический контакт человека с устройством не происходит. Радужная оболочка защищена от повреждений — а значит, не будет изменяться во времени. Так же, возможно использовать высокое количество методов, защищающих от подделки.
Недостатки метода. Цена системы, основанной на радужной оболочке выше цены системы, основанной на распознавании пальца или на распознавании лица. Низкая доступность готовых решений.
Идентификация по капиллярам сетчатки глаз
При идентификации по сетчатке глаза измеряется угловое распределение кровеносных сосудов на поверхности сетчатки относительно слепого пятна глаза и другие признаки. Сканирование сетчатки происходит с использованием инфракрасного света низкой интенсивности, направленного через зрачок к кровеносным сосудам на задней стенке глаза. Замеры ведутся по 320 точкам фотодатчиками и результирующий аналоговый сигнал с помощью микропроцессора преобразуется в цифровой вид.
С точки зрения безопасности данная система выгодно отличается от всех других, использующих биометрические терминалы, не только малым значением коэффициентов ошибок, но и использованием специфического аутентификационного атрибута, который практически невозможно негласно подменить для обмана системы при проверке.
К недостаткам подобных систем следует отнести то, что надо следить за положением глаза относительно отверстия, поскольку подобные системы, как правило, чувствительны к неправильной ориентации сетчатки.
Идентификация
по геометрии и тепловому изображению
лица
Техническая реализация метода - более
сложная (с математической точки
зрения) задача, чем распознавание
отпечатков пальцев, и, кроме того, требует
более дорогостоящей аппаратуры
(нужна цифровая видео- или фотокамера
и плата захвата
Обычно камера устанавливается
на расстоянии нескольких десятков сантиметров
от объекта. Получив изображение, система
анализирует различные
В настоящее время существует четыре основных метода распознавания лица, различающихся сложностью реализации и целью применения:
- «eigenfaces»;
- анализ «отличительных черт»;
- анализ на основе «нейронных сетей»;
- метод «автоматической
«Eigenface» можно перевести как «собственное лицо». Эта технология использует двумерные изображения в градациях серого, которые представляют отличительные характеристики изображения лица. Метод «eigenface» часто используется в качестве основы для других методов распознавания лица. Комбинируя характеристики 100-120 «eigenface», можно восстановить большое число лиц. В момент регистрации «eigenface» каждого конкретного человека представляется в виде ряда коэффициентов. Для режима установления подлинности, в котором изображение используется для проверки идентичности, «живой» шаблон сравнивается с уже зарегистрированным шаблоном с целью определения коэффициента различия. Степень различия между шаблонами определяет факт идентификации. Технология «eigenface» оптимальна при использовании в хорошо освещенных помещениях, когда есть возможность сканирования лица в фас.
Метод анализа «отличительных черт» - наиболее широко используемая технология идентификации. Она подобна методу «Eigenface», но в большей степени адаптирована к изменению внешности или мимики человека (улыбающееся или хмурящееся лицо). В технологии «отличительных черт» используются десятки характерных особенностей различных областей лица, причем с учетом их относительного местоположения. Индивидуальная комбинация этих параметров определяет особенности каждого конкретного лица. Лицо человека уникально, но достаточно динамично, так как человек может улыбаться, отпускать бороду и усы, надевать очки - все это увеличивает сложность процедуры идентификации. Например, при улыбке наблюдается некоторое смещение частей лица, расположенных около рта, что в свою очередь будет вызывать подобное движение смежных частей. Учитывая такие смещения, можно однозначно идентифицировать человека и при различных мимических изменениях лица. Так как этот анализ рассматривает локальные участки лица, допустимые отклонения могут находиться в пределах до 25° в горизонтальной плоскости, и приблизительно до 15° в вертикальной плоскости и требует достаточно мощной и дорогой аппаратуры, что соответственно снижает возможности распространения данного метода.
В методе, основанном на нейронной сети, характерные особенности обоих лиц - зарегистрированного и проверяемого сравниваются на совпадение. «Нейронные сети» используют алгоритм, устанавливающий соответствие уникальных параметров лица проверяемого человека и параметров шаблона, находящегося в базе данных, при этом применяется максимально возможное число параметров. По мере сравнения определяются несоответствия между лицом проверяемого и шаблона из базы данных, затем запускается механизм, который с помощью соответствующих весовых коэффициентов определяет степень соответствия проверяемого лица шаблону из базы данных. Этот метод увеличивает качество идентификации лица в сложных условиях.
Метод автоматической обработки изображения лица - наиболее простая технология, использующая расстояния и отношение расстояний между легко определяемыми точками лица, такими, как глаза, конец носа, уголки рта. Хотя данный метод не столь мощный, как «eigenfaces» или «нейронная сеть», он может быть достаточно эффективно использован в условиях слабой освещенности.
Идентификация но геометрии кисти руки
Метод идентификации пользователей по геометрии руки по своей технологической структуре и уровню надежности вполне сопоставим с методом идентификации личности по отпечатку пальца. Статистическая вероятность существования двух кистей рук с одинаковой геометрией чрезвычайно мала. Но признаки руки меняются с возрастом, а само устройство имеет сравнительно большие размеры.
Математическая модель идентификации
по данному параметру требует
немного информации - всего 9 байт, что
позволяет хранить большой
Представителем этого
Рассматриваемый терминал прост в обращении и надежен.
Отличительной особенностью алгоритма работы этого терминала является наличие так называемых битов качества, которые регулируют рамки допустимых отклонений в зависимости от качества изображения кисти. Однако настораживает тот факт, что у каждого сотого сотрудника могут появиться проблемы с проходом на рабочее место. И каждый стопятидесятый может оказаться чужим.
На базе подобной технологии биометрии японская фирма Mitsubishi Electric построила контрольно-пропускной терминал автономного типа Palm Recognition System. Его отличие от американского прототипа состоит в том, что производится считывание геометрических размеров силуэта кисти руки со сжатыми пальцами, в то время как у американцев пальцы для измерения должны представляться растопыренными. Благодаря такому подходу на результатах оценки биометрических характеристик в японской системе не сказывается появление на ладони ран или грязи.
В настоящее время идентификация
пользователей по геометрии руки
используется в законодательных
органах, международных аэропортах,
больницах, иммиграционных службах
и т. д. Достоинства идентификации
по геометрии ладони сравнимы с достоинствами
идентификации по отпечатку пальца с точки
зрения надежности, хотя устройство для
считывания отпечатков ладоней занимает
больше места.
3. Особенности
реализации динамических методов
биометрического контроля
Основой аутентификации личности по почерку и динамике написания контрольных фраз (подписи) является уникальность и стабильность динамики этого процесса для каждого человека, характеристики которой могут быть измерены, переведены в цифровой вид и подвергнуты компьютерной обработке. Таким образом, при аутентификации для сравнения выбирается не продукт письма, а сам процесс.
Подпись - такой же уникальный атрибут
человека, как и его физиологические
характеристики. Кроме того, это
и более привычный для любого
человека метод идентификации, поскольку
он, в отличие от снятия отпечатков
пальцев, не ассоциируется с криминальной
сферой. Одна из перспективных технологий
аутентификации основана на уникальности
биометрических характеристик движения
человеческой руки во время письма.
Обычно выделяют два способа обработки
данных о подписи: простое сравнение
с образцом и динамическую верификацию.
Первый весьма ненадежен, так как
основан на обычном сравнении
введенной подписи с
Идентификация по голосу и особенностям речи
Биометрический подход, связанный
с идентификацией голоса, удобен в
применении. Однако основным и определяющим
недостатком этого подхода
Выбор параметров речевого сигнала способных наилучшим образом описать индивидуальность голоса является, пожалуй, самым важным этапом при построении систем автоматической аутентификации по голосу. Такие параметры сигнала, называемые признаками индивидуальности, помимо эффективности представления информации об особенностях голоса диктора, должны обладать рядом других свойств. Во-первых, они должны быть легко измеряемы и мало зависеть от мешающих факторов окружающей среды (шумов и помех). Во-вторых, они должны быть стабильными во времени. В-третьих, не должны поддаваться имитации.
Постоянно ведутся работы по повышению эффективности систем идентификации по голосу. Известны системы аутентификации по голосу, где применяется метод совместного анализа голоса и мимики, ибо, как оказалось, мимика говорящего характерна только ему и будет отличаться от говорящего те же слова мимики другого человека.
Идентификация по ритму работы на клавиатуре
Современные исследования показывают, что клавиатурный почерк пользователя обладает некоторой стабильностью, что позволяет достаточно однозначно идентифицировать пользователя. Применяются статистические методы обработки исходных данных и формирования выходного вектора, являющегося идентификатором данного пользователя. В качестве исходных данных используют временные интервалы между нажатием клавиш на клавиатуре и время их удержания. При этом временные интервалы между нажатием клавиш характеризуют темп работы, а время удержания клавиш характеризует стиль работы с клавиатурой - резкий удар или плавное нажатие.
Идентификация пользователя по клавиатурному почерку возможна следующими способами:
- по набору ключевой фразы;
- по набору произвольного
Принципиальное отличие этих двух способов заключается в том, что в первом случае используется ключевая фраза, задаваемая пользователем в момент регистрации его в системе (пароль), а во втором случае используются ключевые фразы, генерируемые системой каждый раз в момент идентификации пользователя. Подразумеваются 2 режима работы:
- обучение;
- идентификация.
На этапе обучения пользователь
вводит некоторое число раз
Заключение
Перспективы биометрических технологий
Хотелось бы отметить, что наибольшую эффективность защиты обеспечивают системы, в которых биометрические системы сочетаются с другими аппаратными средствами аутентификации, например смарт-картами. Комбинируя различные способы биометрической и аппаратной аутентификации, можно получить весьма надежную систему защиты (что косвенно подтверждается большим интересом, который проявляют к этим технологиям ведущие производители).
Применение смарт-карт требует
наличия на каждом рабочем месте
специального считывающего (терминального)
устройства, подключенного к компьютеру,
которое исключает
Спектр технологий, которые могут использоваться в системах безопасности, постоянно расширяется. В настоящее время ряд биометрических технологий находится в стадии разработки, причем некоторые из них считаются весьма перспективными
К ним относятся технологии на основе:
- термограммы лица в инфракрасном диапазоне излучения;
- характеристик ДНК;
- анализ структуры кожи и эпителия на пальцах на основе цифровой ультразвуковой информации (спектроскопия кожи);
- анализ отпечатков ладоней;
- анализ формы ушной раковины;
- анализ характеристик походки человека;
- анализ индивидуальных запахов человека;
- распознавание по уровню солености кожи;
- распознавание по расположению вен.
Технология построения и анализа термограммы является одним из последних достижений в области биометрии. Как обнаружили ученые, использование инфракрасных камер дает уникальную картину объектов, находящихся под кожей лица. Разные плотности кости, жира и кровеносных сосудов строго индивидуальны и определяют термографическую картину лица пользователя. Термограмма лица является уникальной, вследствие чего можно уверенно различать даже абсолютно похожих близнецов. Из дополнительных свойств этого подхода можно отметить его инвариантность по отношению к любым косметическим или косметологическим изменениям, включая пластическую хирургию, изменения макияжа и т.п., а также скрытность процедуры регистрации.

- Биометрические методы сканирования
- Биометрические системы идентификации и аутентификации
- Биометрические технологии
- Биометрические технологии
- Биометрические технологии
- Биометрические технологии как средство аутентификации пользователей
- Биометрия
- Биомедицинская этика (этика и деонтология в работе медицинской сестры)
- Биомедстеклокерамика
- Биомембрана
- Биомембраналар
- Биомембраналардың құрылысы мен қызметі
- Биомембраналар құрылысының, қызметтерінің
- Биометрические методы защиты информации