بیومتریک
ساعت ٧:٢٧ ‎ق.ظ روز ۱۳٩٤/۳/٢٠ : توسط : ostadrahnama

مقدمه

۱ - سیستم های شناسایی بیومتریک از مشخصه های فیزیکی فرد همانند اثر انگشت الگوی دست، ساختار عنبیه، رگ های دست فرد یا از مشخصه های رفتاری مانند: صدا دست خط یا حتی آهنگ و ریتم نوشتناستفاده می کند.

 
۲ - سیستم بیومتریک به جای مقایسه تصویرهای واقعی از الگوریتم ها و کدهای عددی برای تحلیل اطلاعات استفاده می کند. این اطلاعات فضایی بسیار کم و در حد چند بیت اشغال می کند.


امروزه ممکن است بارها در زندگی روزمره خود مثلا در فرودگاه ها، بیمارستان ها، هتل ها و سوپرمارکت های بزرگ و حتی در پارک دیسنی
Disney با این فناوری مواجه شوید. این اماکن هر روز بیش از گذشته خود را به سیستم شناسایی بیومتریک مجهز می کنند. این سیستم برای افزایش ضریب امنیت بر پایه ویژگی های فیزیکی و رفتاری شما بنا نهاده شده است. بیومتریک از دست خط، الگوی دست، الگوی صدا و ساختار عنبیه و رگ های شما برای شناسایی استفاده می کند. در این پروژه از چگونگی کارکرد این سیستم و اینکه چرا اکثر ساختمان های تجاری و حکومتی از این فناوری استفاده می کنند، باخبر می شویم.

بیومتریک و تشخیص هویت

 

       سیستم شناسایی بیومتریک و تشخیص هویت در بسیاری از موارد با هم اشتراک دارند اما به طور کامل شبیه هم نیستند. در واقع بیومتریک از ویژگی ها و مشخصه های رفتاری و فیزیکی فرد استفاده می کند و سپس تصمیم می گیرد که آیا این همان کسی است که ادعا می کنید یا خیر. درحالی که تشخیص هویت تنها از برخی ویژگی های فیزیکی فرد استفاده می کند و اغلب در تحقیقات جنایی کاربرد دارد تا امنیتی.

قطعاً شما هر روزه احتیاط های امنیتی ساده ای را به کار می گیرید. از کلید برای ورود به خانه یا اتومبیل خود استفاده می کنید با Username-password وارد کامپیوتر شخصی تان می شوید و احتمالا تاکنون اضطراب ناشی از گم شدن کلید و یا فراموش کردن کلمه رمز را تجربه کردید. اگر کلیدتان را گم کنید و یا کلمه رمز را روی یک تکه کاغذ بنویسید شخص دیگری می تواند آن را پیدا و به راحتی از آن استفاده کند، به طوری که انگار خود شما است.

 اما این سیستم طوری طراحی شده که به جای استفاده از چیزی که شما دارید مثل یک کلید و یا چیزی که شما می دانید مثل کلمه رمز از آنچه که وجودتان را ساخته استفاده می کنید یعنی ویژگی های فردی شما. چیزهایی که هیچ گاه گم، دزدیده و یا فراموش نمی شوند. همیشه و همه جا همراهتان هستند و خیلی دشوار است که بتوان از آنها کپی گرفت. به همین دلیل کارشناسان این شیوه شناسایی را بسیار ایمن تر و مطمئن تر از هر روش دیگری می دانند.

سیستم شناسایی بیومتریک ظاهرا بسیار پیچیده و حرفه ای به نظر می رسد درحالی که همه آنها از سه مرحله برای شناسایی استفاده می کنند:

۱ - دریافت اطلاعات :

اولین باری که از سیستم استفاده می کنید، اطلاعات اساسی شما از قبیل نام و شماره شناسنامه تان را به طور دقیق ثبت می کند. سپس از ویژگی ها و مشخصه های خاص عکس می گیرد و آنها را نگهداری می کند.

۲ - ذخیره سازی اطلاعات :

برعکس آنچه که ممکن است تا به حال بارها در فیلم های سینمایی دیده باشیم. اکثر این سیستم ها تصویر یا صدای ثبت شده در مرحله یک را به طور کامل ذخیره نمی کنند بلکه این ویژگی ها را تحلیل کرده و به کد و یا نمودار تبدیل می کنند. بعضی از این سیستم ها این اطلاعات را بر روی یک کارت هوشمند Smart Card ضبط می کنند که می توانید آن را با خود همراه ببرید.

۳ - مقایسه و تطبیق اطلاعات داده شده با اطلاعات ذخیره شده :

 برای بار دوم که از این سیستم استفاده می کنید داده ها را با اطلاعات ذخیره شده در خود مقایسه می کند.اگر این اطلاعات با یکدیگر همخوانی داشتند، سیستم شما را می پذیرد. در غیر این صورت اجازه ورود نخواهید داشت.


سیستم بیومتریک از سه بخش تشکیل شده :

۱ - حس گر Sensor که مشخصه مورد استفاده برای شناسایی را پیدا می کند.

۲ - کامپیوتری که اطلاعات را دریافت و ذخیره سازی می کند.

۳ - نرم افزاری که مشخصه ها را تحلیل و آنها را به کد یا نمودار تبدیل می کند و عمل   تطبیق را انجام می دهد.

 

نحوه عملکرد شناسایی از طرق مختلف :

دست خط :

      در نگاه نخست استفاده از دست خط برای شناسایی افراد ایده چندان مناسبی به نظر نمی رسد چرا که بسیاری از انسان ها می توانند دست خط دیگر افراد را در مدت کوتاهی و با چند بار تمرین به خوبی تقلید کنند. بله ممکن است کپی از امضای یک نفر و یا جعل دست خط او آسان و امکان پذیر به نظر برسد

اما این سیستم هوشمند فقط به شکل نهایی امضا یا کلمه توجه نمی کند، بلکه آن را تحلیل می کند. میزان فشار قلم بر روی کاغذ و سرعت و آهنگ نوشتن و ترتیب شکل دادن به حروف را بررسی و حتی عادات نوشتاری شما را ثبت می کند. مثلا نقطه و یا علامتی که معمولا بعد از نوشتن کلمه یا متنی می گذارید. برخلاف شکل های ساده حروف که به آسانی جعل می شوند تقلید این خصایص فردی از آنچه که می پندارید بسیار مشکل تر است. حتی اگر شخصی از امضای شما کپی داشته باشد و عین آن را بر روی صفحه رسم کند، به احتمال بسیار زیاد سیستم امضا را نخواهد پذیرفت.

حس گر سیستم حس لامسه بسیار حساسی دارد یا حتی مجهز به خودکاری با حس گرهای بسیار قوی است و بدین ترتیب فشار، جهت و حالت گرفتن خودکار را بررسی می کند، حتی زوایای میان خودکار و صفحه ثبت می شوند. سپس نرم افزار متن نوشته شده را به نمودار تبدیل می کند و عمل مقایسه انجام می شود. این سیستم به قدری هوشمند است که می تواند تغییرهای بسیار جزیی و کوچک دست خط شخص را از روزی به روز دیگر و تا هر زمان دیگر تشخیص دهد و به طور خودکار آنها را به ثبت برساند.

 

الگوی دست:

       شکل دست و انگشت افراد، یک ویژگی منحصر به فرد به شمار می رود البته نه به اندازه دیگر ویژگی هایی چون اثر انگشت و عنبیه. از آنجا که مکان های تجاری و مدارس تنها نیاز به تصدیق هویت کاربر دارند و نه تشخیص آن بنابراین به جای اینکه از امکانات امنیتی بالاتری استفاده کنند اغلب اسکنرهای الگوی دست و انگشت را به کار می گیرند.

به عنوان مثال در پارک دیسنی از اسکنرهای الگوی انگشت برای تائید ورود دارنده بلیت به داخل پارک استفاده می شود. بسیاری از مکان های تجاری نیز به جای کارت ورود و خروج از اسکنرهای الگوی دست استفاده می کنند. این سیستم ها مجهز به یک دوربین دیجیتال هستند، کافی است دست خود را به آرامی بر روی یک صفحه صاف و مسطح بگذارید و انگشتانتان را در یک ردیف قرار دهید تا اسکنر بتواند به طور دقیق عمل خود را انجام دهد. پس از آن دوربین یک یا چند عکس از دست شما و یا اثری که بر روی صفحه ایجاد کرده است می اندازد. از این اطلاعات استفاده می کند تا طول، عرض، ضخامت و همه ابعاد و انحنای دست و انگشتان شما را اندازه گیری کند و آنگاه این داده ها را به یک الگوریتم عددی تبدیل می کند.

این روش مزایا و معایبی دارد. در واقع انسان ها به راحتی اجازه می دهند تا از دست آنها اسکن گرفته شود درحالی که ثبت اثر انگشت و عنبیه را نوعی تجاوز به حریم شخصی شان به حساب می آورند. اما از طرفی دست بسیاری از افراد در طول زمان به خاطر جراحی یا بیماری هایی چون ورم مفاصل و آرتروز انگشتان دچار تغییر شکل و یا تغییر وزن می شود.به همین دلیل است که بعضی از این سیستم ها اطلاعاتشان را همواره به روز Up to date می کنند تا حتی کوچک ترین تغییرات را هم به ثبت برسانند.

 

الگوی صدا :

      صدای شما به دلیل لرزش های خاص تارهای صوتی و شکل حفره های دهانی تان و نحوه حرکت دادن لب هایتان هنگام صحبت منحصر به فرد است. برای ثبت نام در یک سیستم شناسایی که براساس الگوی صدا عمل می کند، بایستی تعدادی کلمه را تلفظ کنید یا می توانید از تکیه کلام هایتان استفاده کنید، هیچ فرقی نمی کند چه کلمه ای بگویید.

وقتی درباره الگوی صدایی صحبت می شود اغلب تصور می کنند که این روش همان نمودار موجی ای است که در اسلوسکوب به کار می رود، اما شیوه ای که در این سیستم شناسایی به کار گرفته می شود طیف نگار صدا نام دارد و به شکل امواج صدا ربطی ندارد. طیف نگار در اصل نموداری است که فرکانس صدا را به روی محوری عمودی و زمان را روی محوری افقی ثبت می کند. گویش ها، لهجه ها و صداهای مختلف شکل های مختلفی بر روی نمودار ایجاد می کنند.طیف نگار صدا از رنگ ها و سایه های خاکستری استفاده می کند تا کیفیت صدا را به خوبی نمایش دهد.

 بعضی از شرکت ها از این طریق، برای شناسایی کارمندانشان استفاده می کنند و کاربران می توانند بدون اینکه در محل حضور فیزیکی داشته باشند به اطلاعات شرکت دست یابند. درحالی که اسکنر الگوی دست یا عنبیه حتما به حضور فرد نیاز دارد. در روش الگوی صدا کاربر می تواند در خانه بنشیند و با یک تلفن کسب اجازه کند. متاسفانه افرادی می توانند بدین ترتیب سر بعضی از سیستم ها را کلاه بگذارند به خصوص سیستم هایی که با تلفن نیز کار می کنند. اگر ضریب امنیت سیستم پایین باشد این سیستم گاهی نمی تواند تفاوت صدای زنده را از صدای ضبط شده تشخیص دهد، به همین دلیل بعضی از این سیستم ها برای جلوگیری از چنین خطایی از چندین رمز که به طور اتفاقی انتخاب شده اند، استفاده می کند. یا به جای ثبت کردن الگوی یک سری کلمات مشخص الگوی صدایی کلی را به کار می گیرند.

اسکن از عنبیه :

        شاید تصور کنید که استفاده از فناوری اسکن عنبیه برای ورود به مکانی حفاظت شده در آینده عملی می شود اما در حقیقت این فناوری هم اکنون سیستم امنیتی بسیاری از اماکن سری مهم دنیا را تشکیل می دهد. در قلب این سیستم یک (CCD Charge Coupled Device)عناصر میکرو الکترونیکی که نور را به سیگنال تبدیل می کنند وجود دارد. این سیستم برای اینکه تصویری شفاف و با کیفیت بالا از عنبیه شخص بگیرد از نوری قابل رویت با فرکانسی نزدیک به فرکانس اشعه مادون قرمز استفاده می کند. بدین ترتیب مردمک چشم شخص بسیار تیره تر به نظر می رسد و در نتیجه کار کامپیوتر را برای جداسازی مردمک از عنبیه راحت تر می کند.

وقتی که درون چشمی را از اسکنر نگاه می کنید دوربین به صورت خودکار بر روی عنبیه چشم شما تنظیم می کند. برای اینکه مطمئن شوید در جای درستی ایستاده اید سیستم به یک آینه مجهز می شود یا دستگاه با صدای رسا به شما اعلام می کند که چشم خود را در جای دقیقی نگاه داشته اید یا خیر. معمولا بایستی چشم شما ۱۰ تا ۲۵ سانتی متر از دوربین فاصله داشته باشد وقتی دوربین از عنبیه عکس می گیرد محل های زیر را مشخص می کند:


۱ - مرکز مردمک      ۲ - لبه مردمک       ۳ - لبه عنبیه       ۴-  مژه و پلک چشم

 

 سپس الگوی عنبیه را آنالیز و به رمز ترجمه می کند.

 

       طبق تحقیق های انجام شده چشم انسان از ویژگی های کاملا منحصر به فرد و یکتای او به شمار می رود. همچنین اسکن از عنبیه این امکان را برای سیستم فراهم می سازد تا ۲۰۰ نقطه از عنبیه بررسی و مقایسه شود، در حالی که شناسایی از طریق اثر انگشت ۶۰ تا ۷۰ نقطه را بررسی می کند. در بدن انسان عنبیه چشم ساختاری ظاهری ولی به نوعی محافظت شده به حساب می آید، عضوی است که با گذر زمان دستخوش تغییر نمی شود و این ویژگی، این روش شناسایی را بیش از سایر روش ها ایده آل می سازد. در اکثر مواقع عنبیه چشم افراد پس از انجام عمل جراحی نیز بدون تغییر باقی می ماند. حتی افراد نابینا نیز می توانند از این روش استفاده کنند، البته تا زمانی که چشم آنها عنبیه داشته باشد. استفاده از عینک یا لنزهای تماسی هیچ کدام بر روال کار تشخیص، اختلال ایجاد نمی کنند و سبب تشخیص نادرست نمی شوند.

 

اسکن از شبکیه چشم :

         بعضی از افراد اسکن عنبیه ای را با اسکن شبکیه ای اشتباه می کنند، در حالی که برای اسکن از شبکیه به نوری روشن و درخشان تر احتیاج داریم تا شبکیه چشم فرد به خوبی روشن شود. سپس حس گر از ساختار رگ های خونی که در پشت چشم شخص است عکس می گیرد. به عقیده برخی از کارشناسان اسکن از شبکیه چندان راحت و بی دردسر نیست و احتمال آنکه شبکیه انسان با گذر زمان تغییر کند، بسیار بالا است که این امر موجب تشخیص و شناسایی غلط می شود، اما اگر از این ضعف چشم پوشی کنیم این شیوه نیز از ضریب امنیتی بالایی برخوردار است چون واقعا نمی توان ساختار رگ های خونی کسی را جعل کرد.

 

اسکن از ورید :

       رگ های بدن انسان نیز همانند شبکیه و اثر انگشت از ویژگی های او به شمار می رود، حتی رگ های بدن دوقلوها هم مثل یکدیگر نیست به علاوه رگ های دست چپ و راست یک انسان هم با یکدیگر تطابق ندارد.  برای استفاده از این نوع روش شناسایی می بایست کف یا پشت دست خود را روی صفحه اسکنر قرار دهید. یک دوربین عکاسی دیجیتال با استفاده از اشعه ای که فرکانس آن نزدیک به مادون قرمز است، از دست شما عکس می گیرد، بدین ترتیب که هموگلوبین موجود در خون رگ های شما این نور را جذب می کند و سبب می شود که رگ ها در تصویر تیره دیده شوند. این روش نیز، چون دیگر انواع بیومتریک از ساختار رگ های شما الگویی می سازد که بر پایه شکل و فرم و محل آنها بنا شده است. اسکنرهایی که الگوی رگ ها را آنالیز می کنند از نظر عملکرد با تست اسکن رگ که در بیمارستان ها انجام می شود کاملا متفاوت است. برای اسکن از رگ که در پزشکی کاربرد دارد، غالبا از یک ذره رادیواکتیو استفاده می شود، اما در سیستم بیومتریک همان اشعه ای به کار می رود که از کنترل راه دور صادر می شود.

 

 

آینده بیومتریک

 

کاربردهای فناوری بیومتریک می تواند از صدور اجازه ورود یک شخص به مکانی خاص، بسیار فراتر رود. مثلا در بیمارستان ها در بخش زایمان به محض اینکه نوزاد از مادر متولد می شود اسکن دقیقی از بدن او صورت می گیرد و بدین ترتیب امکان تعویض اشتباهی نوزادان به صفر می رسد. هم اکنون در بعضی از فرودگاه ها به جای بررسی گذرنامه و مدارک شناسایی از بیومتریک بهره می برند. کارشناسان چنین پیش بینی کرده اند که در آینده ای نه چندان دور از روش های جدیدتری برای شناسایی افراد از طریق بیومتریک استفاده می شود از قبیل استفاده از DNA بدن انسان، استفاده از ساختار اصلی ناخن و دندان ها، شکل گوش افراد، بوی بدن، الگوی پوست بدن و الگوی نبض.



آیا بیومتریک به حریم شخصی تجاوز می کند

 

       بعضی از افراد به دلیل برخی مسائل فرهنگی با این سیستم مخالفت می کنند. آنها تصور می کنند بیومتریک دنیای شخصی آنها را شناسایی می کند و خصوصی ترین فعالیت شان را زیر نظر دارد. هنگامی که در خیابان راه می روند یا وارد فروشگاه یا موسسه ای می شوند، این سیستم بدون رضایت آنها به خصوصیات فردی شان دست می یابد. در واقع این افراد از این سیستم تصوری نابجا دارند. آنها می پندارند بیومتریک از یک مجموعه عظیم اطلاعات حیاتی افراد روی زمین تشکیل شده و نگرانند که آیا این مجموعه امن می ماند یا مانند هر نرم افزار دیگری ممکن است مورد حمله هکرها واقع شود.

 اما جالب است بدانیم این فناوری اصلا قابلیت ذخیره سازی و طبقه بندی اطلاعات همه افراد روی زمین را ندارد و در واقع هر سیستمی مقدار کمی از اطلاعات درباره تعداد کمی کاربر وابسته به خود را ذخیره می کند و اطلاعاتی را که نماینده ویژگی های یک فرد است، در خود نگهداری نمی کند بلکه آنها را به کدهایی که فقط برای خودش تعریف شده است تبدیل می کند.

 اکثر این سیستم ها فقط در یک مکان خاص و جایی که آنها را مستقر ساخته اند، کار می کنند مثلا در ساختمان یک اداره یا بیمارستان.از طرفی اطلاعات یک سیستم لزوما با بقیه سیستم ها سازگار نیست، اگرچه در حال حاضر چندین سازمان برآنند که اطلاعات بیومتریک سیستم های امنیتی خود را استاندارد و هماهنگ با یکدیگر سازند.

 

تصدیق هویت، تشخیص هویت

 

         سیستم بیومتریک قادر است تایید کند که آیا شما همان شخصی هستید که ادعا می کنید یا خیر. همچنین با دریافت اطلاعات شما و مقایسه آن با فایل هایی که از خود شما در گذشته ذخیره کرده، هویت تان را تشخیص دهد. در واقع تصدیق، مقایسه یک به یک است. مقایسه الگوی دستی که اسکن می شود با الگوی دست فردی که ادعا می کنید و... مشخصات شما را با اطلاعات ذخیره شده فرد موردنظر مقایسه می کند، در حالی که تشخیص شخصیت شما و اینکه چه کسی هستید مستلزم این است که یک ویژگی شما را با همان ویژگی تمام افرادی که اسکن شده اند مقایسه کند. مثلا اثر انگشت شما را با تمام اثر انگشت های ذخیره شده اش مقایسه می کند و در نهایت اگر قبلا اسکن شده باشید شما را خواهد شناخت.

 

بیومتریک چه می کند

 

در اغلب فیلم های سینمایی مراحل مختلف مقایسه مشخصه های افراد را به طریقی نشان می دهند که برای تماشاگر جالب باشد در حالی که این روش ها دقیق و واقعی نیستند برای مثال ظاهر اثر انگشت را با دیگر اثر انگشت های موجود در کامپیوتر یا پرونده ها مقایسه می کنند. این روش بسیار دشوار و کند است. سیستم بیومتریک به جای مقایسه تصاویر واقعی از الگوریتم های متنوع و کدهای عددی برای تحلیل اطلاعات استفاده می کند. این اطلاعات فضایی بسیار کم در حد چند بیت اشغال می کنند.

 

تشخیص دقیق:

 همه سیستم های بیومتریک از ویژگی های انسانی استفاده می کنند، اما اینکه کدام روش بهتر و دقیق تر است به میزان امنیت به کار رفته در سیستم، تعداد افرادی که از این روش استفاده می کنند و دقت سیستم مربوط می شود. اکثر سازنده ها، برای اینکه میزان ضریب امنیت را اندازه بگیرند عوامل زیر را بررسی می کنند و سیستم را نسبت به این موارد می سنجد:


۱ 
False Accept Rate  - FAR :

سیستم چه تعداد از افرادی که خود را جای شخص دیگری جا زده اند به اشتباه می پذیرد.


۲ 
False Reject Rate -  FRR :

سیستم چه تعدادی از افرادی را که اجازه ورود دارند، نمی شناسد و به اشتباه نمی پذیرد.


۳ 
Failure to Acquire Rate -  FTA :

چند بار کاربر بایستی ویژگی هایش را به سیستم معرفی کند تا سیستم او را بشناسد.


حتما بارها در بسیاری از فیلم های سینمایی مشاهده کرده اید که سیستم بیومتریک را به طور غیرمعمول ساده جلوه می دهند و قهرمان داستان می تواند به راحتی از حس گرهای سیستم بیومتریک عبور کند، بدون اینکه اطلاعات واقعی خود را در اختیار سیستم قرار دهد یا فرد متقلب به راحتی سیستم را فریب می دهد و خود را جای فرد دیگری جا می زند. گاهی برعکس سیستم را بیش از حد هوشمند و پیچیده معرفی می کنند.

نگارش : مهندس زنگنه


 
برنامه نویسی متلب
ساعت ۸:٤٤ ‎ق.ظ روز ۱۳٩٤/۳/٢٠ : توسط : ostadrahnama

با عرض سلام خدمت "جویندگان علم و دانش" و "صاحبان صنعت"؛  

وبلاگ "استاد راهنما" با هدف کمک به پژوهشگران و صاحبان صنعت راه اندازی گردیده است. در این وبلاگ کدهای برنامه نویسی متلب(در زمینه پردازش تصویر ، هوش مصنوعی ، شناسایی الگو ، مخابرات ، ریاضیات و ... )  در زمینه های مختلف به علاقه مندان ارائه خواهد شد. امیدواریم با کمک و یاری شما عزیزان هر روز شاهد پربارتر شدن مطالب وبلاگ "استاد راهنما" باشیم.

استاد راهنما افتخار می نماید تا نسبت به راهنمایی شما و انجام برنامه نویسی سفارشی، توسط متلب در حیطه " پردازش تصویر ، هوش مصنوعی ، شناسایی الگو ، مخابرات ، ریاضیات و ... " اقدام نماید. 

جهت سفارش با ایمیل Ostadrahnama2013@yahoo.com مکاتبه نمایید.                                        

--------------------------------------------------------------------------------------- ostadrahnama  -----------------------------------------------------