از اثر انگشت تا تپش قلب؛ با سیستم‌های تشخیص هویت بیومتریک آشنا شوید

هر یک از ما در این جهان موجودی منحصر به‌فرد هستیم. اثر انگشت، شبکیه و عنبیه چشم، شکل گوش، هندسه دست، رگ‌های دست، هندسه بینی یا حتی بوی بدن و نمودار حرارتی چهره هر یک از ما با هیچ کسی در این جهان شباهت ندارد. سیستم‌های بیومتریک با ظرافت و دقت خاصی این ادعا را ثابت می‌کنند و در همین راستا با فناوری‌های مختلفی روبه‌رو هستیم.

فناوری‌های بیومتریک ما را به این باور می‌رسانند که تنها و تنها یک نسخه از آنچه هستیم در این جهان وجود دارد و آن نسخه نیز منحصر به‌فرد است. شاید چنین ادعایی بزرگ و باورنکردنی به نظر برسد، اما واقعیت دارد. فناوری‌های تشخیص هویت بیومتریک از همین روش استفاده کرده و می‌توانند هویت منحصر به‌فرد افراد را تشخیص دهند.

در گذشته‌های دور تصور می‌شد تنها انسان‌ها از نظر اثر انگشت منحصر به‌فرد هستند، اما با پیشرفت علم مشخص شد که اینطور نیست و بررسی‌های بیشتری روی تفاوت انسان‌ها از نظر شبکبه و عنبیه چشم انجام شد.

روش‌های تشخیص هویت بیومتریک

متخصصان تاکنون روش‌های مختلفی را برای تشخیص هویت بیومتریک مورد بررسی قرار داده‌ و آزمایش‌های مختلفی در مورد میزان خطا و کارایی هر روش در پیش گرفته‌اند:

۱- اثر انگشت

۲- هندسه دست

۳- اندازه‌گیری شبکیه چشم

۴-اندازه‌گیری عنبیه

۵- تشخیص چهره

۶- تشخیص امضا

۷- تشخیص صدا

۸- آزمایش دی- ان-ای

۹- تشخیص از روی سیاهرگ دست

۱۰- نمودار حرارتی چهره

۱۱- شدت ضربه روی صفحه کلید

۱۲- شکل گوش

۱۳- بوی بدن

۱۴- شکل و چیدمان دندان‌ها (رادیولوژی دندان)

۱۵- شکل بینی

۱۶- الگوهای راه رفتن و گام برداشتن

۱۷- خطوط کف دست

۱۸- مو (ساقه و ریشه مو)

۱۹- طیف الکترومغناطیسی پوست

۲۰- لب‌ها

۲۱- دمای نقاط مختلف بدن

۲۲- شناسایی از طریق باکتری‌های روی بدن

۲۳- شناسایی از طریق مواد شیمیایی بدن

۲۴- شکل ظاهری دست

۲۵- چین خوردگی‌های پوست انگشت

۲۶- نحوه چگونگی در دست گرفتن اجسام

۲۷- مقاومت الکتریکی پوست

۲۸ -صدای منتقل شده از استخوان‌های انگشت

۲۹- موج مغناطیسی منتشر شده از بدن انسان

۳۰- نحوه ردگیری و دنبال کردن چشم برای مشاهده اجسام

۳۱- توپوگرافی سطح قرنیه

۳۲- شکل سه بعدی انگشت

۳۳- طیف حاصل از سیگنال‌های مغزی EEG

۳۴- شکل سینوس‌های جلوی سر

۳۵ -تشخیص هویت از طریق تپش‌های قلب

۳۶-تشخیص هویت با استفاده از رادیوگرافی دندان

۳۷- تشخیص هویت از طریق ناخن‌های منحصر به فرد

۳۸- تشخیص هویت از طریق طیف الکترومغناطیسی پوست

۳۹- تشخیص هویت از طریق نمایشگر دمای نقاط مختلف بدن

لیست بالا تعدادی از این سیستم‌ها را شامل می‌شود. برخی از این روش‌ها در حال حاضر به صورت جدی برای تشخیص و تایید هویت در مورد استفاده قرار می‌گیرند ولی برخی روش‌ها هنوز در حال آزمایش هستند تا میزان خطای آن‌ها کاهش پیدا کند تا قابلیت عمومی‌سازی داشته باشند.

سیستم‌های تشخیص هویت بیومتریک

معمولا کارت‌های هوشمند، گذرنامه، شناسنامه و ... می‌توانند هویت منحصر به‌فرد ما را تایید کنند و در واقع سند هویت ما هستند. اما این امکان وجود دارد چنین ابزارهایی گم یا نسخه جعلی از آنها تهیه شود. اما سیستم‌های مبتنی بر بیومتریک چون بر پایه خصیصه‌های فیزیولوژیکی و رفتاری انسان پایه‌گذاری شده‌اند، چنین وضعیتی ندارند و البته از امنیت و دقت بالایی نیز برخوردارند.

بیومتریک در واقع یعنی اندازه‌گیری و تحلیل آماری داده‌های بیولوژیکی و به یک تکنولوژی برای اندازه‌گیری و آنالیز مشخصات بدن برای تشخیص هویت اشاره دارد.

طبقه‌بندی روش‌های بیومتریک

عموما در سیستم‌های بیومتریک از دو نوع ویژگی مختلف افراد جهت شناسایی استفاده می‌شود:

• پارامترهای فیزیولوژیکی: اساس شناسایی در این کلاس، اندازه‌گیری و آنالیز مشخصه‌های ثابت یک شخص است.
• پارامترهای رفتاری: شناسایی الگوهای رفتاری مشخص یک فرد

پارامترهای فیزیولوژیکی مانند اثر انگشت، شناسایی از روی شبکیه چشم، شناسایی از طریق عنبیه چشم، شناسایی از روی هندسه دست و غیره هستند.

پارامترهای رفتاری شامل مواردی مانند شناسایی از طریق امضاء، شناسایی از طریق صدا، شناسایی از روی شدت ضربه شخص روی کیبورد و روش‌های دیگری مانند الگوهای راه رفتن و ... می‌شود.

معماری سیستم‌های بیومتریک

تقریبا تمامی سیستم‌های بیومتریک دارای یک معماری کلی یکسان در ساخت هستند که در آنها ابتدا داده‌ها توسط حسگر دریافت می‌شود. سپس خصیصه مورد نظر از داده‌ها استخراج و عملیات فیلترینگ روی آن انجام می‌شود.

نویزهای داده حذف و در نهایت اصلاح می‌شود. در نهایت با الگوهای موجود تطبیق داده می‌شود. از داده‌های دریافت شده در این سیستم پس از پردازش، یک الگو با توجه به برخی ویژگی‌های موجود تولید و ذخیره می‌شود. در واقع این الگوی تولید شده مورد مقایسه و شناسایی قرار می‌گیرد. ماهیت این الگو که از روی یک شابلون از پیش تعریف شده (یک استاندارد ثابت) تولید می‌شود، ماتریسی از صفر و یک است.

تکنولوژی‌های بیومتریک

همان‌طور که گفته شد گسترده فناوری‌های بیومتریک بسیار وسیع هستند ولی برخی از آنها از بقیه مشهورترند.

تشخیص هویت از طریق اثر انگشت

یکی از قدیمی‌ترین روش‌های تشخیص هویت، روش شناسایی از طریق اثر انگشت است. نوک انگشت دارای یکسری خطوط است که از یک طرف انگشت به طرف دیگر ادامه دارد. این خطوط دارای یکسری نقاط مشخصه هستند که به آنها ریزه‌کاری می‌گویند. این ریزه‌کاری‌ها شامل کمان‌ها، مارپیچ‌ها، حلقه‌ها، انتهای لبه‌ها، انشعاب‌ها، نقاط (شیارهای نزدیک به لبه‌ها)، جزایر (دو انشعاب نزدیک به هم)، تقاطع (نقطه تلاقی دو یا چند لبه) و منفذها هستند. در واقع سیستم‌ها، الگوهای تولید شده از این ریزه‌کاری‌ها را مورد مقایسه قرار می‌دهند.

از مزایای سیستم‌های بیومتریک اثر انگشت می‌توان به منحصربه‌فردی بودن آن، مقاومت در برابر تغییر با گذشت زمان، راحتی سنجش، نرخ پایین خطا، عامه پسند بودن و راهکاری ارزان‌قیمت اشاره کرد.

تشخیص هویت از طریق چهره

فرم هندسی چهره نیز از پارامترهای مورد اندازه‌گیری در سیستم‌های بیومتریک است ولی هنوز نمی‌توان گفت که جزو خصیصه‌های منحصر به‌فرد برای تشخیص هویت به کار برده می‌شود.

در این روش خصوصیات پایه چهره برای شناسایی مورد توجه قرار می‌گیرد که شامل قسمت‌هایی از چشم، اطراف بینی، دهان و بخش‌هایی استخوان گونه می‌شود. این روش هنوز به نقطه بلوغ خود نرسیده و مثلا برای شناسایی دوقلوها خطا دارد.

تشخیص هویت از طریق عنبیه چشم

عنبیه قسمت رنگی چشم و ترکیبی از نوعی ماهیچه به شکل دایره با یکسری خطوط شعاعی، لایه‌ای یا توری مانند است که پیش از تولد انسان شکل گرفته و تا زمان مرگ تقریبا هیچ تغییری نمی‌کند. این ماهیچه شامل یکسری کاراکترها مانند: خطوط، حلقه‌ها، حفره‌ها، شیارها، تارها، لکه‌ها و... است که قابل تفکیک هستند.

تشخیص هویت از روی عنبیه چشم راهکاری منحصر به فرد محسوب می‌شود که با گذشت زمان تغییرات خاصی نمی‌کند و در نتیجه قابل اتکا است. این فناوری تقریبا جزو سیستم‌های گران قیمت محسوب می‌شود و چندان کاربرپسند نیست زیرا کاربر در حین نمونه‌برداری باید چشمان خود را کاملا بدون حرکت نگه دارد تا الگوبرداری دقیق انجام شود.

تشخیص هویت از طریق شبکیه چشم

شبکیه چشم در منتهی‌الیه کره چشم قرار دارد که شامل یکسری رگ‌های خونی می‌شود و این مویرگ‌ها دارای اشکال مختلفی هستند، این خصیصه در افراد منحصر به‌فرد است. با قرارگیری چشم کاربر در یک مکان مشخص، یک دسته نور مادون قرمز یا نور سبز با طول موج کوتاه به شبکیه چشم تابیده می‌شود و بازتاب آن توسط یک دوربین CCD اندازه‌گیری می‌شود. این روش تقریبا مشابه شناسایی از طریق عنبیه است.

تشخیص هویت از طریق نمودار حرارتی چهره

نمودار حرارتی چهره نیز یکی دیگر از پارامترهایی است که در تمامی افراد حتی دوقلوها متفاوت است. نمودار ترموگرام در برابر گذشت زمان تا مدت محدودی، آرایش و اصلاح کردن مقاوم است، حتی جراحی پلاستیک نیز باعث بروز آسیب به نمودار ترموگرام نمی‌شود. جهت تصویربرداری از چهره از یک دوربین مادون قرمز با طول موج ۳ الی ۵ میکرون یا ۸ الی ۱۲ میکرون بدین صورت که تا عمق ۴ سانتی‌متر زیر پوست را حس کند، استفاده می‌شود.

شناسایی از روی نحوه راه رفتن

معمولا این روش در جاهایی که ارتباط مستقیم با افراد میسر نیست کاربرد دارد. خصوصا در فرودگاه‌ها و معابر امنیتی از چنین روش‌هایی استفاده می‌شود. این سیستم شناسایی تقریبا یک سیستم شناسایی مخفی است که در این روش یک تصویر از شخص در هنگام راه رفتن بدست می‌آید که معرف نمودار جابجایی و زمان منحصر به فرد خودش است. در هنگام راه رفتن افراد، حرکت پاها و سر افراد با یکدیگر متفاوت است و البته حرکت دستان نیز در برخی موارد کاربرد دارد.

تشخیص هویت از طریق هندسه دست

دراین سیستم دست در یک موقعیت مشخص قرار می‌گیرد. سپس با استفاده از دوربین دیجیتال تصویر دست از دو نمای فوقانی و کناری گرفته می شود و تصویری سه بعدی از دست تولید می‌کند. از تصویر بدست آمده حدودا ۱۷ قسمت دست از جمله انگشتان (طول، پهنا، ضخامت، انحنا) و پارامترهای هندسی دیگر  مورد توجه قرار می‌گیرد.

تشخیص هویت از طریق نقشه کف دست

این روش همانند روش اثر انگشت ولی در مقیاس بزرگتر است. بنابراین ویژگی‌های بیشتری برای تصدیق هویت از آن استخراج می‌شود. در این روش ویژگی‌های کف دست افراد مانند وضعیت شیارها و وضعیت خطوط کف دست ناحیه دلتا و ویژگی‌های بافت پوست اندازه‌گیری می‌شود.

تشخیص هویت از طریق نقشه رگ دست

از آنجا که نقشه رگ‌های پش دست و همچنین رگ‌های مچ دست برای افراد مختلف متمایز است، این روش نیز برای تصدیق هویت قابل استفاده است. در این روش از اشعه مادون قرمز برای عکسبرداری از رگ‌ها استفاده می‌شود، هر چند این روش هنوز در مرحله تحقیق قرار دارد.

تشخیص هویت از طریق DNA

ویژگی‌های ثابت رشته DNA هر فرد (بیش از ۶ میلیارد ویژگی برای هر فرد) برای تشخیص هویت استفاده شده و روش بسیار دقیقی است ولی به علت مدت زمان زیاد پردازش، بیش از دست ۱۰ ساعت و پر هزینه بودن از این روش فقط در موارد حساس استفاده می‌شود.

تشخیص هویت از طریق نحوه تایپ کردن

روشی که یک نفر با صفحه کلید تایپ می‌کند یکی دیگر از بیومتریک‌های رفتاری است تایپیست‌های ماهر به طور تقریبی خیلی زود از الگوهای تایپ کردن‌شان تشخیص داده می‌شوند. در این روش زمان پایین نگه داشتن کلیدها، سرعت زدن و میزان خطا در زدن کلیدها از عوامل مهم است.

تشخیص هویت از طریق صدا

در این سیستم نوع صدای کاربران و ضرب‌آهنگ آن سنجیده، رتبه‌بندی و سپس این اعداد با اعداد مشابه پیشین مقایسه می‌شوند. این سیستم بیشتر برای تایید هویت از راه دور توسط تشخیص صدا در ارتباطات تلفنی استفاده می‌شود و هنوز به اندازه سایر سیستم‌های بیومتریک از دقت بالایی برخوردار نیست و می‌تواند تحت تاثیر شرایط فیزیکی از جمله سرماخوردگی، خستگی و خواب آلودگی نتایج آن تغییر کند.

تشخیص هویت از طریق امضانگاری

تحلیل نحوه امضا کردن یک شخص که غالباً از آن به عنوان تشخیص امضای دینامیکی نام برده می‌شود، یکی از بیومتریک‌های رفتاری است. از شاخص‌های اصلی تحلیل امضا می‌توان به شکل استاتیکی امضا، زمانی که صرف امضا کردن می‌شود، سرعت، شتاب، زاویه قلم، فشار وارد بر قلم، فشار وارد بر کاغذ و تعداد دفعاتی که قلم از روی کاغذ برداشته می‌شود اشاره کرد که این موارد برای اشخاص مختلف در حدود ۹۵ درصد متفاوت است.

تشخیص هویت از طریق تپش‌های قلب

صدای قلب و امواج الکتروکاردیاگرام هر فرد نیز در جهان منحصر به‌فرد است که از آن می‌توان برای تایید هویت استفاده کرد. این روش نیز در مراحل تحقیقاتی قرار دارد.

تشخیص هویت با استفاده از رادیوگرافی دندان

یکی از ویژگی‌های منحصر به فرد انسان، دندان‌هاست. به این روش بیومتری از طریق رادیوگرافی دندان می‌گویند که برخلاف سایر روش‌ها، بسیار پیچیده است زیرا دندان با گذشت زمان تغییر می‌کند. یک دندان می‌تواند در اثر عمل جراحی و تصادف از دست برود. به همین دلیل در مجامع قانونی این روش تشخیص کمتر پذیرفتنی است ولی در برخی موارد مانند قتل و آتش‌سوزی تنها وسیله تشخیص همین روش می‌تواند باشد. در این روش از عکس‌های رادیولوژی دندان برای تایید هویت استفاده می‌شود.

تشخیص هویت از طریق لب‌ها

اثر لب همانند اثر انگشت است. لب نیز مانند انگشت دارای منحنی‌ها و خطوط منحصر به‌فرد است. نحوه حرکت لب‌ها یک روش رفتاری برای تشخیص هویت است و در تشخیص گوینده کمک می‌کند، هرچند روش بسیار دقیقی نیست. شکل لب‌ها را نیز می‌توان برای تایید هویت به کار برد ولی هنوز روش مرسومی نیست.

تشخیص هویت از طریق ناخن‌های منحصر به‌فرد

یکی از روش‌های جدید محسوب می‌شود و تحقیقات گسترده‌ای روی آن صورت نگرفته است. از ناخن به دو شکل برای بیومتریک استفاده می‌کنند: رشته‌های گوشت زیر ناخن که در ابعاد میکروسکوپی هستند مورد توجه قرار می‌گیرند و مویرگ‌ها و اعصاب آن مورد سنجش قرار می‌گیرند. روش دوم برای تشخیص هویت از روی ناخن Nail RFID نام دارد که به ندرت استفاده می‌شود. در این روش یک میکروچیپ RFID روی سطح ناخن قرار می‌گیرد و میزان خاصیت خازنی بین سطح بالایی ناخن و سطح گوشت را می‌سنجد. این میزان خازن برای هر نفر منحصر به‌فرد است.

تشخیص هویت از طریق طیف الکترومغناطیسی پوست

در این روش دیودهای نوری LED به سطح پوست یکسری نور خالص با طول موج‌های مختلف ارسال می‌کنند که فقط تعدادی فتودیود میزان شدت موج برگشتی از سطح پوست را ثبت و سپس اطلاعات را تحلیل می‌کنند. بطور کلی میزان جذب و انعکاس نور هر موج متناسب با طول موجش توسط پوست هر فرد، با دیگران متفاوت است.

تشخیص هویت از طریق نمایشگر دمای نقاط مختلف بدن

نقاط مختلف بدن بر اساس نوع و میزان حرارت آن امواج مادون قرمز تابش می‌کنند. این روش یک روش کلی برای بدست آوردن اطلاعات تصویر است و می‌تواند برای تصویربرداری در خیلی از روش‌های اشاره شده مانند اثر انگشت، کف دست، رگ‌های زیرپوست، گوش و غیره به کار رود.

تشخیص هویت از طریق مو

موی بخشی روینده بر پوست پستانداران است و از ساختاری لوله‌ای شکل و مشتق از اپیدرم به نام فولیکول به وجود می‌آید. در تشخیص هویت از ساقه مو، مغز یا مرکز مو، ناحیه اطراف مو یا قشر آن، کوتیکول یا یک ردیف سلول پهن، غلاف درونی مو، غلاف بیرونی مو و چرخه رشد آن برای تایید هویت استفاده می‌شود.

تشخیص هویت از طریق عطر و بوی بدن

عطر و بوی بدن هر فرد نیز منحصر به‌فرد است. این روش هنوز در مراحل تحقیق قرار دارد ولی نشان می‌دهد عرق تن هر فرد نیز منحصر به‌فرد است.

سیستم‌های بیومتریک ترکیبی

این سیستم‌ها ترکیب چند روش را با هم به کار می‌برند که باعث بالا بردن امنیت و دقت در ارائه نتایج می‌شود.

مزایای سیستم‌های بیومتریک

سیستم‌های بیومتریک مزایای فراوانی دارند که امکان تقلب و دسترسی غیرمجاز را کاهش می‌دهند و موجب صرفه‌جویی در هزینه‌ها می‌شوند.

با این سیستم‌ها دیگر نیازی به یادآوری کلمه عبور و یا رمز کارت شناسایی نیست. این روش‌های بیومتریک قابل قرض دادن نیستند، گم یا فراموش نمی‌شوند، حتی خراب هم نخواهند شد. چنین روش‌هایی غیر قابل سرقت هستند و به نگهداری ویژه‌ای نیاز ندارند و استفاده از آنها آسان است. روش‌های بیومتریک سرعت بالایی برای تشخیص و تایید هویت دارند و هزینه‌های امنیتی در خصوص بکارگیری نیروی انسانی ورزیده را کاهش می‌دهند.

تقلب، سرقت و فعالیت‌های تبهکاری را کاهش می‌دهند. این سیستم‌ها تعیین هویت اصلی و واقعی افراد را ممکن می‌‌سازند و به راحتی می‌توان مظنونین را تشخیص داد. این روش‌ها برای مبارزه با تروریسم بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرند و فرار از قانون را غیرممکن می‌کنند.

فعالیت کشورها در زمینه سیستم‌های تشخیص هویت بیومتریک

کشورهای مختلفی در سراسر جهان در صنعت بیومتریک مشغول فعالیت هستند. استرالیا، برزیل، کانادا، آلمان، گامبیا، هند، عراق، ایتالیا، هلند، نیوزلند، انگلیس، آمریکا و بسیاری از کشورهای جهان در حال توسعه فناوری‌های تشخیص و تایید هویت بیومتریک هستند.

در انگلیس حتی در مدارس نیز از سیستم‌های بیومتریک استفاده می‌شود. از سال ۲۰۰۵ کلیه پاسپورت‌های آمریکایی دارای داده‌های بیومتریکی شدند.

در هلند در سپتامبر ۲۰۰۹ بر اساس تصمیم دولت قرار شد کلیه پاسپورت‌ها و کارت‌های شناسایی هلندی دارای اثر انگشت بیومتریکی باشند. در آگوست سال ۲۰۰۶ پاسپورت‌های هلندی مجهز به چیپ‌های الکترونیکی شدند که اطلاعات شخصی و تصویر دیجیتال فرد را به همراه دارد.

ایتالیا نیز پروتکل‌های مختلفی در زمینه سیاست‌های کاربردی‌سازی این تکنولوژی تهیه و تنظیم کرده است. دانشگاه سینا یکی از مراکز اصلی برای پیشبرد این برنامه‌هاست.

در آلمان در سال ۲۰۰۹ بازار بیومتریک رشد چشمگیری داشت. در سال ۲۰۰۴ نزدیک به ۱۲۰ میلیون یورو برای این حوزه هزینه شد. دولت فدرال در این توسعه نقش به سزایی داشت. از سال ۲۰۰۵ اکثر سیستم‌های بیومتریک مورد توجه قرار گرفتند و پاسپورت‌های الکترونیکی با تکنولوژی بیومتریک در آلمان مورد استفاده قرار گرفتند. آلمان یکی از کشورهای پیشرو در صنعت بیومتریک محسوب می‌شود. کشور کانادا نیز در بخش تکنولوژی بیومتریک به صورت گسترده فعالیت دارد.