Βιομετρικοί Αισθητήρες

Μια νέα τεχνολογία βιομετρικής αναγνώρισης δακτυλικών αποτυπωμάτων, βασισμένη σε πολυφασματικούς αισθητήρες, που ΄΄βλέπουν΄΄ μέσα από την επιφάνεια του δέρματος, έρχεται, με στόχο να ενισχύσει το επίπεδο ασφαλείας, αποτρέποντας κάθε προσπάθεια εξαπάτησης των συστημάτων ελεγχόμενης πρόσβασης.



Παρόλες τις ενστάσεις που κατά καιρούς έχουν διατυπωθεί, η χρήση των βιομετρικών συστημάτων αναγνώρισης αυξάνεται συνεχώς.

Ωστόσο, από όλες τις τεχνολογίες βιομετρικής αναγνώρισης (δακτυλικού αποτυπώματος, παλάμης, προσώπου, φωνής, ίριδας κ.ά.), αυτή που συναντάμε συχνότερα σε συστήματα ελεγχόμενης πρόσβασης εισόδου, σε χώρους ασφαλείας ή περιφερειακών υπολογιστικών συστημάτων που διαχειρίζονται κρίσιμες πληροφορίες, είναι αυτή της αναγνώρισης του δακτυλικού αποτυπώματος.

 Η τεχνολογία αυτή χαρακτηρίζεται ως ήπιας μορφής, ενώ το κόστος του εξοπλισμού που απαιτείται, είναι σαφώς χαμηλότερο σε σχέση με τις άλλες τεχνολογίες.

Οι συμβατικοί αισθητήρες αναγνώρισης δακτυλικού αποτυπώματος, ανιχνεύουν τη διαμόρφωση των επιδερμικών ραβδώσεων και κοιλάδων στα άκρα των δακτύλων, που σχηματίζουν ένα πρότυπο, μοναδικό για κάθε άνθρωπο. Συνήθως, οι αισθητήρες αυτοί ενσωματώνουν χωρητικές, ραδιοσυχνοτικές, θερμικές και οπτικές διατάξεις.


Διαβάστε ακόμη..... Οι έξυπνες κλειδαριές

 Ωστόσο, αυτού του τύπου οι βιομετρικοί ανιχνευτές δακτυλικού αποτυπώματος, θεωρούνται ευάλωτοι σε απόπειρες εξαπάτησης από αντίγραφα δακτυλικού αποτυπώματος.

 

Η τέχνη του "spoofing", όπως χαρακτηρίζεται η δημιουργία πλαστών τεχνητών δειγμάτων, που αντιγράφουν τα πραγματικά και εξουσιοδοτημένα από τα εκάστοτε συστήματα πρότυπα, εκμεταλλεύεται το γεγονός ότι οι άνθρωποι αφήνουν τα δακτυλικά τους αποτυπώματα στα περισσότερα αντικείμενα που αγγίζουν. Επίσης, για το συγκεκριμένο έλλειμμα ασφαλείας, σημαντικό ρόλο παίζει η μικρή ποσότητα πληροφοριών, που λαμβάνει ο αισθητήρας από το εξεταζόμενο δάκτυλο, με το οποίο έρχεται σε επαφή.


Κατά συνέπεια, η δημιουργία ενός προτύπου, παρόμοιου με κάποιου εξουσιοδοτημένου, μπορεί να παραπλανήσει τον αισθητήρα, παρέχοντας εξουσιοδότηση.

Για παράδειγμα, ας εξετάσουμε ένα κοινό οπτικό αισθητήρα δακτυλικού αποτυπώματος, βασισμένο στο συνολικό εσωτερικό συντελεστή ανάκλησης TIR (Τotal Ιnternal Ρeflectance), όπως διακρίνεται στο σχήμα 1.

                         σχήμα 1                                          

Σε αυτόν, το φως εισάγεται από τα αριστερά του πρίσματος και ανακλάται από τη δεξιά πλευρά, έτσι ώστε να φωτίσει ομοιόμορφα την επιφάνεια του προς εξέταση αντικειμένου.
Ο αισθητήρας ανιχνεύει τις φωτεινές περιοχές από τα κενά αέρος των κοιλάδων των δακτύλων, καθώς και τις σκοτεινές περιοχές, όπου το δέρμα των δακτύλων βρίσκεται σε επαφή με την επιφάνεια του γυαλιού του αισθητήρα. Έτσι, όταν ένα υλικό με κατάλληλο δείκτη διάθλασης, έρθει σε επαφή με την επιφάνεια του αισθητήρα, σχηματίζεται ένα πρότυπο εικόνας. Το υλικό αυτό, μπορεί να είναι φυσικά, ανθρώπινο δέρμα, μπορεί όμως επίσης να είναι σιλικόνη, ζελατίνη ή άλλο παρεμφερές υλικό, με το οποίο επιτυγχάνεται η αντιγραφή ενός αποτυπώματος.

 Επιπρόσθετα, η επιφάνεια του δακτυλικού αποτυπώματος, μπορεί να φθαρεί από αμυχές ή να είναι δύσκολο να διαβαστεί, λόγω υγρασίας ή ξηρότητας των δακτύλων. Οι προκύπτουσες, χαμηλής ποιότητας εικόνες, μπορούν να οδηγήσουν σε απορρίψεις έγκρισης εισόδου, κάτι που θα αναγκάσει το χειριστή του συστήματος να θέσει το κατώτατο όριο ασφάλειας του αισθητήρα, σε μια πιο επιεική ρύθμιση, ώστε να μειώσει τον αριθμό εσφαλμένων αρνήσεων.
 Όμως αυτό το «χαλαρό» κατώτατο όριο, επιδεινώνει ακόμα περισσότερο την ευαισθησία ενός αισθητήρα, στις απόπειρες αντιγραφής των εξουσιοδοτημένων προτύπων.
Προκειμένου λοιπόν να αντιμετωπιστεί το συγκεκριμένο έλλειμμα ασφαλείας, αναπτύχθηκε μια νέα τεχνική, σύμφωνα με την οποία συλλέγεται μια πολυφασματική εικόνα του δακτυλικού αποτυπώματος, απευθείας κάτω από την επιφάνεια του δέρματος.

Το δέρμα του ανθρώπου έχει ορισμένα μοναδικά οπτικά χαρακτηριστικά, λόγω της χημικής σύνθεσής του. Τα χαρακτηριστικά αυτά, επηρεάζουν την απορροφητικότητα και την πολυστρωματική δομή του δέρματος, κάτι που επιδρά σημαντικά στις ιδιότητες διασποράς του φωτός. Συλλέγοντας τις εικόνες που παράγονται από τα διαφορετικά μήκη κύματος φωτισμού που περνούν στο δέρμα, μπορούν να μετρηθούν τα διάφορα χαρακτηριστικά γνωρίσματα δερμάτων, εξασφαλίζοντας πρώτα από όλα ότι το υλικό που εξετάζεται είναι ανθρώπινο δέρμα. Όταν λοιπόν ένας τέτοιος πολυφασματικός αισθητήρας συνδυάζεται με ένα συμβατικό αναγνώστη δακτυλικών αποτυπωμάτων, το σύστημα που καλείται να ανιχνεύσει την εικόνα, μπορεί να παρέχει ένα υψηλό επίπεδο διασφάλισης της γνησιότητας του δακτυλικού αποτυπώματος.

                                                      σχήμα 2

Τα βασικά συστατικά λειτουργίας μιας διάταξης λήψης πολυφασματικών εικόνων για αισθητήρες δακτυλοσκόπησης, διακρίνονται στο σχήμα 2.
 Σύμφωνα με αυτό, οι πηγές φωτός είναι ειδικά LED με διαφορετικά μήκη κύματος, που εκτείνονται από την περιοχή του ορατού, μέχρι του υπέρυθρου. Στο σύστημα, περιλαμβάνονται επίσης διασταυρούμενοι γραμμικοί πολωτές, με σκοπό να μειώσουν την ποσότητα του φωτός που υπόκειται κατοπτρική ανάκλαση, από το προς εξέταση αντικείμενο, όπως για παράδειγμα, το φως που ανακλάται από την επιφάνεια του δέρματος.

Οι πολωτές εξασφαλίζουν δηλαδή ότι η πλειονότητα του φωτός που καταλήγει στον αισθητήρα, έχει περάσει μέσα από το δέρμα του δακτύλου και έχει υποστεί την κατάλληλη διάχυση. Η διάταξη λήψης των εικόνων είναι ένας κοινός ανιχνευτής πυριτίου, τύπου CMOS ή CCD.

 Γενικά, οι απαιτήσεις οπτικής ανάλυσης σε μια τέτοια εφαρμογή πολυφασματικού αισθητήρα, δεν είναι μεγάλες. Συγκεκριμένα, λόγω της υψηλής διασποράς που παρατηρείται στο ανθρώπινο δέρμα, ένας αισθητήρας αυτού του τύπου δεν απαιτεί μεγαλύτερη απόδοση ανάλυσης, σε σχέση με αυτήν που αξιοποιούν οι κοινοί αισθητήρες δακτυλοσκόπησης και είναι περίπου ανάμεσα σε 250-1000 pixels/in.
 

                                                          σχήμα 3

Στο σχήμα 3 απεικονίζεται ένας οπτικός αισθητήρας δακτυλοσκόπησης, που συνδυάζει ένα κλασικό TIR αναγνώστη με μια διάταξη λήψης πολυφασματικών εικόνων. Όπως φαίνεται και οι δύο αισθητήρες μπορούν να ανιχνεύουν το προς εξέταση δακτυλικό αποτύπωμα, χωρίς να συνδέονται μεταξύ τους. Ο πολυφασματικός αισθητήρας, μπορεί έτσι να παρέχει νέες βιομετρικές πληροφορίες, ιδιαίτερα σημαντικές, χωρίς να απαιτούνται κάποιες διαφορετικές ή επιπρόσθετες ενέργειες από μεριάς του χρήστη.

                                                    σχήμα 4

Στο σχήμα 4 διακρίνεται η διαφορά ανάμεσα στην εικόνα του ίδιου δακτυλικού αποτυπώματος που λαμβάνει ένα κλασικός αισθητήρας, σε σχέση με ένα πολυφασματικό αισθητήρα. Το δέρμα του δάκτυλου που εξετάζεται σε αυτήν την περίπτωση, είναι σχετικά ξηρό, προκαλώντας μια εμφανή φθορά στην αντίθεση και τη συνοχή των γραμμών της εικόνας, που λαμβάνεται από το συμβατικό αισθητήρα. Αντίθετα, η ψευδοχρωματική εικόνα που προέρχεται από τον πολυφασματικό αισθητήρα, παρουσιάζει φασματικά και χωρικά χαρακτηριστικά γνωρίσματα, που συναντάμε μόνο σε ένα δάκτυλο ζωντανού άνθρωπου. Επιπρόσθετα, τα πολυφασματικά δεδομένα, για τη λήψη των οποίων χρησιμοποιήθηκαν 5 μήκη κύματος (475, 500, 560, 576, και 625nm), μπορούν να αξιοποιηθούν για να ενισχύσουν περαιτέρω την πιστοποίηση των εικόνων που συλλέγουν οι κλασικοί αισθητήρες, καθώς και να βελτιώσουν τη συνοχή των γραμμών του δακτυλικού αποτυπώματος.
Ένα ιδιαίτερα ρεαλιστικό τεχνητό δάκτυλο, που έγινε από την Alatheia Prosthetics, ήταν ένα από τα διάφορα δείγματα, που χρησιμοποιήθηκαν για να εξετάσουν τη δυνατότητα του πολυφασματικού αισθητήρα, να διακρίνει μεταξύ των πραγματικών δακτύλων και των τεχνητών, που μπορούν να δημιουργηθούν, προκειμένου να εξαπατήσουν το σύστημα.
 

                                                         σχήμα 5

Το σχήμα 5 παρουσιάζει τα αποτελέσματα μιας πολυμεταβλητής φασματικής διάκρισης, που πραγματοποιείται, προκειμένου να συγκρίνει το φάσμα μιας πολυφασματικής εικόνας ενός πραγματικού δακτύλου, με ένα τεχνητό αντίγραφο του ίδιου δακτύλου.

 Η ικανότητα διάκρισης μεταξύ των δύο προτύπων, είναι εμφανής.

Δείτε μια πολύ καλή πτυχιακή εργασία για τους βιομετρικούς αισθητήρες ...
http://digilib.teiemt.gr/jspui/bitstream/123456789/2044/1/012013125.pdf