Tento článek je úvodem k minisérii o biometrickém rozpoznávání identity. Jeho autorem je skutečný vědec - profesor Martin Drahanský z brněnské Fakulty informačních technologií.

Vaše existence je založena na fyzické identitě, kterou máme každý jenom jednu. Jsme to prostě my. Pokud však nejste zrovna jeden z posledních přežívajících lovců a sběračů, pravděpodobně máte ještě další identity – ty elektronické. Využíváte je, když se přihlašujete do mailové schránky, vybíráte si kapesné z bankomatu nebo ukládáte dokumenty na svůj cloudový disk.

"Access denied"

Aby bankomat nebo počítačový server věděl, že jste to skutečně vy, musíte zadat PIN nebo heslo. Pokud je naprosto správné, získáte přístup, pokud je v něm i malá chybička, máte smůlu. Mnohem komplikovanější jsou biometrické systémy ověřování identity, které pracují s naším fyzickým "já". Může to být čtečka otisků prstů v notebooku nebo kamerové rozpoznávání obličeje. Princip identifikace je jednoduchý: Systém porovná rýhy na vašem prstu či rysy oblečeje s tím, co má uložené v databázi.

Velký bratr tě sleduje

Data Mining: Jak se těží osobní informace?

Pravděpodobnost shody

Výsledkem porovnání není prosté "ano" nebo "ne" jako u hesla. Vyjadřuje se jako pravděpodobnost shody, která může nabývat hodnot od 0 % (totální neshoda) až 100 % (totální shoda). Dvě biometrické charakteristiky, které pocházejí od stejného člověka (například dva snímky obličeje) mívají pravděpodobnost shody mezi 50 a 100 %. U dvou různých jedinců budou mít pravděpodobnost shody mezi 0 a 49 %. Aby to však nebylo tak jednoduché, ztěžují práci biometrickému systému dvě variability – vnitrotřídní a mezitřídní.

Problémová dvojčata

Vnitrotřídní variabilita označuje rozdíly při snímání jedné konkrétní osoby v různých okamžicích. Jedná se o stárnutí či změnu výrazu obličeje – když se mračíte, vypadá fotka dost odlišně od "vysmáté" fotky. Biometrický systém se s tím musí umět vypořádat. Vnitrotřídní variabilitu od něj požadujeme co nejnižší, aby si nás nepletl s někým jiným. Mezitřídní variabilita označuje rozdílnost jedinců mezi sebou. Tu chceme naopak co nejvyšší, abychom mohli jednoznačně odlišit jednoho člověka od druhého. Velký problém to bývá u jednovaječných dvojčat.

Nebezpečné lajky: Kolik jich máš, tolikrát jsi člověkem

Fotky na vás žalují! Fotoaparáty mají "otisk prstu"

Útočník, nebo uživatel?

Na správci biometrického systému je pak nastavení prahu pro rozhodnutí, zda má být osoba přijata či odmítnuta. Nastaví-li práh příliš nízko, hrozí riziko, že útočník s charakteristikou podobnou té, která je uložena v databázi, dokáže systém ošálit a neoprávněně získat přístup. Posune-li práh příliš vysoko, útočník nebude mít šanci. Současně se však kvůli vnitrotřídní variabilitě nemusejí do systému dostat ani oprávnění uživatelé. Stačí, aby se jejich aktuálně nasnímaná charakteristika v nějaké drobnosti odlišovala od uloženého vzoru, a už musí naštvaně volat správce systému.

Biometrické systémy

- Pojem biometrický systém označuje kombinaci hardwaru a softwaru, která automaticky rozpoznává osoby na základě jejich anatomických či behaviorálních charakteristik.

- Mezi anatomické charakteristiky řadíme např. otisky prstů, tvar obličeje či vzor duhovky oka. Tedy takové vlastnosti, u jejichž snímání nehraje roli čas či činnost osoby.

- Naopak u behaviorálních charakteristik je významnou složkou čas/činnost – jedná se např. o rozpoznávání chůze, řeč či dynamiku stisku kláves.

Rozpoznávání otisků"

Nejprofláklejší" biometrickou charakteristikou jsou otisky prstů. Používají se nejen v kriminalistické praxi, ale také pro přístupové biometrické systémy.

Kresby v kůži

Na dlaních, bříškách prstů ruky a na ploskách a prstech nohou se nacházejí vyvýšené reliéfy kůže – takzvané papilární linie. Jejich průběh je u každého člověka unikátní. Liší se i u jednovaječných dvojčat, neboť vznik jejich vzorů je podmíněn nejen geneticky, ale i vývojem v mateřském lůně. Po narození už zůstává struktura papilárních linií neměnná, uložená v podkoží. Šířka a výška papilárních linií je závislá na pohlaví a věku osoby. Z otisku se tak dá vyčíst, zda patřil muži nebo ženě a kolik jim asi bylo let.

Snímání…

Ke snímání otisků prstů u biometrických systémů se používají různé technologie elektronických snímačů, například optická, kapacitní, tlaková, teplotní atd. Bývají kontaktní – prst si položíte na snímací plošku a senzor zaznamená vaše papilární linie. Existují však i bezkontaktní snímače. Prst osvětlí vhodnou barvou (bílá, modrá, červená, zelená) a nasnímají jej jednou či více kamerami. Z nasnímaného obrazu pak algoritmy rekonstruují otisk prstu. Pokud použijeme více kamer, může být rekonstrukce i ve 3D.

… zpracování…

Prvním krokem zpracování digitálního obrazu otisku prstu sestává je zvýraznění papilárních linií a potlačení rušivých faktorů a nedostatků. Upravený obraz převedeme do černobílé škály, kde jsou papilární linie reprezentovány černou barvou a pozadí bílou. Následuje ztenčení papilárních linií na tloušťku pod 1 pixel. Pak zbývá stanovit takzvané markanty - anomálie v průběhu papilárních linií. Je jich obrovské množství, ale biometrické systémy využívají pouze dva typy: ukončení papilární linie a jednoduchou vidličku danou překřížením linií.

… a identifikace!

Máme-li množinu markantů, můžeme ji porovnat s jinou množinou, a stanovit tak pravděpodobnost shody dvou otisků prstů. I tady je ale třeba dbát na vnitrotřídní a mezitřídní variabilitu. Prsty sice nemají nálady, ale mohou se na nich projevit změny způsobené opotřebením, nemocí či mechanickým poškozením. Navíc existuje šance, že našemu otisku prstu se může podobat jiný - sice ne úplně totožný, ale s částí množiny marketů, která se bude shodovat s tou naší. Stejně jako v jiných biometrických systémech, ani tady nezískáme zcela jednoznačný, 100% výsledek!