اسرار هویت در خطوط دست

دست انسان منبع غنی ای از ویژگی های قابل استخراج است که این ویژگی ها ، اطلاعات پایدار و متمایزکننده ای را به منظور شناسایی افراد از یکدیگر ایجاد می کنند.

کد خبر: ۱۴۷۳۸۸

هندسه این خطوط در مقایسه با مشخصه های فیزیولوژیکی دیگر از مزایایی چون پایداری ، قابلیت تقلید و جعل بسیار کم ، قابلیت استخراج آنها از تصاویری با رزولوشن پایین و... برخوردار است.
با توجه به منحصربه فرد بودن خصوصیات این روش بیومتری همزمان با دانش روز دنیا، نرم افزار شناسایی افراد با استفاده از خطوط کف دست به همت پژوهشگران دانشکده مهندسی رایانه و فناوری اطلاعات دانشگاه صنعتی امیرکبیر طراحی شده است.

در جامعه امروزی با رایانه ای شدن اکثر فعالیت های تجاری و تکنیک های کاری مانند کاربردهای تجارت الکترونیک (بانکداری الکترونیکی) و کاربردهای امنیتی (فرآیندهای بلادرنگ ، دسترسی به سیستم ها یا ورود به مکانهای خاص و شناسایی دقیق افراد) موجب شده است که دو فرآیند تعیین و تایید هویت ، نقش شاخص و مهمی را ایفا کنند. این در حالی است که سیستم های سنتی تعیین یا تایید هویت مبتنی بر دانش (آنچه که فرد می داند مانند رمز عبور) یا مبتنی بر نشانه (آنچه که فرد در اختیار دارد مانند گذرنامه و کارت اعتباری) ، خسته کننده ، وقت گیر و زمان بر ، ناکارآمد و گران هستند. در واقع در سیستم های مبتنی بر دانش به تمامی افراد مجاز، یک شناسه تعلق می گیرد و شخص متناظر با آن ، یک رمز عبور اتخاذ می کند. شخص (مجاز یا غیرمجاز) که یک شناسه را وارد می کند، تنها در صورتی مجاز شناخته می شود که از رمز عبور متناظر با آن مطلع باشد. این در حالی است که امنیت در این روش ممکن است به دلیل فاش شدن رمز عبور بر یک فرد غیرمجاز شکسته شود. به طور کلی در سیستم های مبتنی بر نشانه به تمامی افرادی که مجاز شناخته شده اند، یک نشانه تعلق می گیرد. افرادی که دارای چنین نشانه ای نیستند، اجازه ورود به سیستم را ندارند. ضمن آن که جایگزینی و تعویض توکنها (کارتهای مغناطیسی) به دلیل به سرقت رفتن یا گم کردن آنها وقت گیر و گران بوده و همچنین به خاطر سپردن کلمات عبور و جلوگیری از فاش شدن آن ، مشکل است . با استناد به بحثهای انجام شده در زمینه نقاط ضعف روشهای احراز هویت با به کارگیری از توکنها و کلمات عبور از آنجا که این روشها مبتنی بر صفات ذاتی فرد نبوده و توانایی تمایز بین شخص اصلی و شخصی که به نوعی توانسته توکن یا دانش شخص مجاز را به دست آورد را دارا نیستند لذا در سالهای اخیر، توجه جامعه پژوهشی به سمت سیستم های بیومتریکی تعیین و تایید هویت معطوف شده است . این روش در حقیقت بر پایه آنچه شخص هست استوار است زیرا شخص مورد بررسی برای شناسایی باید خود به صورت فیزیکی در محل حضور داشته باشد.به این منظور در 2 دهه گذشته ، سیستم های بیومتریکی مبتنی بر عنبیه چشم ، هندسه دست و اثر انگشت توسعه داده شده اند. روشهای بیومتریکی شامل تشخیص یک فرد با استفاده از خصوصیات فیزیولوژیکی (نظیر اثر انگشت ، چهره و عنبیه) یا الگوهای رفتاری وی (نظیر امضا و نحوه راه رفتن) است . از آنجا که مشخصه های بیومتریکی فراموش نمی شوند (مانند رمز عبور) ، گم نمی شوند یا به آسانی نیز نمی توان آن را به اشتراک گذاشت ، رویکردی کاراتر و مطمئن تر برای حل مساله تعیین هویت خواهند بود.

شناسایی بیومتری ، از گذشته تاکنون

پیشینه مطالعه و بررسی خطوط کف دست به دوران باستان برمی گردد که در ابتدا از خطوط کف دست برای پیشگویی و طالع بینی استفاده می شد. در بسیاری از بناها و نقاشی های تاریخی هندی ها ، کف دست و خطوط موجود روی آن به چشم می خورد و در حدود 3هزار سال پیش در چین ، کف بینی بسیار مورد علاقه و توجه بوده است . در زمینه طالع بینی براساس خطوط کف دست ، کتاب قطوری توسط Xu Fu نوشته شده که شامل اطلاعات سودمندی درباره خطوط کف دست ، انواع این خطوط ، نحوه توزیع آنها، رنگ کف دست و غیره است . چین اولین کشوری است که در کاربردهای دادگاهی از خطوط کف دست استفاده کرد. در خاندان تنگ برای انعقاد قراردادهای تجاری و در خاندان سونگ از خطوط کف دست به عنوان یک مدرک قابل قبول در دادگاه استفاده شد.از سال 1996 روی منحصربه فرد بودن خطوط کف دست پژوهش های بسیاری صورت گرفت و با انتشار مقاله ای در سال 1998 توسط دیوید ژنگ و همکارانش که حاصل تحقیقات آنها روی منحصربه فرد بودن این خطوط بود ، منجر شد تا خطوط کف دست به عنوان عضوی از خانواده مشخصه های بیومتریکی شناخته شود.به طور خلاصه ، ویژگی های منحصربه فرد زیادی اعم از خطوط اصلی ، شیارها، چین و چروکها، بافت و غیره را می توان جهت تعیین / تایید هویت فرد از کف دست وی استخراج کرد. این مزایا سبب شده است که از سال 1996 ، به طور گسترده ای ، تحقیقات وسیعی در زمینه شناسایی هویت مبتنی بر خطوط کف دست صورت گیرد.به طور کلی اولین سیستم تجاری با نام آیدنتیمت که شکل دست و طول انگشتان را اندازه گیری می کرد، در سال 1970 ایجاد شد. در همان زمان سیستم های کنترل خودکار مبتنی بر اثر انگشت توسط محافل قضایی و مجریان قانون استفاده گسترده ای پیدا کردند. در دهه 1990 با توسعه سخت افزار که افزایش سرعت محاسباتی ، ساخت حافظه هایی با ظرفیت بالا و بهبود در ابزارهای اخذ تصویر را به همراه داشت ، عنبیه ، شبکیه ، چهره ، صدای انسان ، شکل گوش ، هندسه دست ، امضا و DNA نیز به خانواده ویژگی های بیومتریکی اضافه شدند.

کف دست به جای کارت شناسایی

صرف نظر از این که کف دست هر انسانی یک منبع غنی از ویژگی است ، به گفته قندهاری خطوط کف دست نسبت به سایر تکنولوژی های بیومتریکی مبتنی بر دست دارای برتریهای متعدد و برجسته ای است.
قندهاری می افزاید: در مقایسه با اثر انگشت ، کف دست سطح بزرگتری دارد و ویژگی های بیشتری را می توان از آن استخراج کرد. احتمال آسیب دیدن کف دست هر فرد به مراتب کمتر از اثر انگشت وی است و خطوط کف دست در طول دوران زندگی هر فرد ثابت و پایدار است.
کثیف بودن یا وجود لکه و زخم روی انگشت یک فرد منجر به کاهش کارآیی سیستم شناسایی مبتنی بر اثر انگشت می شود اما این مساله در استخراج ویژگی از خطوط کف دست ، تاثیرگذار نیست زیرا رزولوشن تصاویر خطوط کف دست نسبتا پایین (75/150dpi) است ولی رزولوشن تصاویر اثر انگشت حدود 500dpi است.
در مقایسه با تکنولوژی هندسه سه بعدی دست ، هم تعداد ویژگی های منحصربه فرد قابل استخراج از خطوط کف دست بیشتر بوده و انتظار می رود که کارایی و دقت سیستم های شناسایی مبتنی بر خطوط کف دست بیشتر باشد.
از آنجا که رزولوشن تصاویر خطوط کف دست پایین تر از رزولوشن تصاویر مربوط به اثر انگشت است لذا این مساله سبب افزایش سرعت محاسبات در دو مرحله پیش پردازش و استخراج ویژگی می شود.
قندهاری در پایان درباره نتایج این طرح می گوید: در بهترین حالت دقت 99.90 درصد به منظور تایید هویت و 75 تا 97 درصد برای تعیین هویت در صورت به کارگیری زیر تصاویر دایره ای از قسمت مرکزی کف دست و استخراج ویژگی از این ناحیه با استفاده از فیلتر گابور دایره ای به دست آمد. از کاربردهای این نرم افزار ، کنترل ورود و خروج به برخی مکانهای خاص است و به جای این که فرد کارت شناسایی به همراه داشته باشد ، با خطوط کف دست شناسایی می شود.

پس از واقعه 11 سپتامبر ، توجه به راه حل های امنیتی مبتنی بر ویژگی های بیومتریکی و کاربردهای آن افزایش چشمگیری پیدا کرد و این مساله منجر به افزایش تقاضا به منظور توسعه انواع مختلف محصولات بیومتریکی شد. به عنوان مثال ، در بسیاری از فرودگاه ها برای جلوگیری از ورود افراد غیرمجاز به اتاق کنترل خطوط هوایی از سیستم شناسایی مبتنی بر عنبیه استفاده شده است.

معماری سیستم های بیومتریکی

یک سیستم بیومتریکی در واقع یک سیستم شناسایی الگواست که با تشخیص صحت خصوصیات رفتاری یا فیزیولوژیکی یک فرد به شناسایی شخص می پردازد. در حالت عادی ، خصوصیات منحصربه فرد شخص مانند اثر انگشت ، خطوط کف دست یا هندسه سه بعدی دست از طریق یک سنسور اخذ شده و به یک سیستم شناسایی الگو داده می شود تا نتیجه موفقیت یا شکست در بازشناسی اعلام شود. به گفته مهندس آزاده قندهاری ، دانش آموخته دانشکده مهندسی رایانه و فناوری اطلاعات دانشگاه صنعتی امیرکبیر، مراحل شناسایی بیومتری به چند بخش تقسیم می شود:اخذ داده : داده های بیومتریکی (تصویر / سیگنال) از طریق یک ابزار ورودی فراهم می شوند. پیش پردازش تصویر / سیگنال : در این مرحله ، عملیات بهسازی تصویر / سیگنال مانند تقطیع ، حذف نویز، نرمالیزه کردن چرخش و انتقال انجام می شود.استخراج ویژگی : منظور از ویژگی ، خاصیت پایدار و منحصربه فردی است که برای چندین نمونه از یک داده بیومتریکی مربوط به یک فرد ، تقریبا یکسان و برای افراد مختلف ، متفاوت است . از این ویژگی ها استفاده می شود تا برای هر فرد، یک کلیشه ایجاد شده و در پایگاه داده سیستم ذخیره شود.
تطبیق ویژگی : هنگامی که فرد جدیدی وارد سیستم می شود، ویژگی های وی استخراج شده و یک کلیشه برای او ساخته می شود. منظور از تطبیق ، بررسی میزان شباهت کلیشه این فرد جدید با کلیشه هایی است که برای افراد مختلف ایجاد شده و در پایگاه داده سیستم ، موجود است . اگر میزان شباهت از یک حد آستانه ای کمتر باشد، در آن صورت ، هویت این فرد جدید تصدیق می شود. قندهاری می افزاید: یک سیستم بیومتریکی عموما دارای 3 فاز عملیاتی ثبت اطلاعات ، تعیین هویت و تایید هویت است البته برخی از سیستم ها فقط شامل یکی از 2حالت تعیین و تایید هویت هستند. به طور کلی قبل از آن که کاربری توسط سیستم ، مورد شناسایی قرار گیرد، باید اطلاعات مربوط به آن فرد در سیستم ثبت شود. مشخصه بیومتریکی کاربر به وسیله سنسور بیومتریک ، اسکن شده و پس از اعمال یک سری پردازش های اولیه بر تصویر خام به دست آمده ، ویژگی هایی برای توصیف فشرده و مناسب از این نمونه ، استخراج می شود و با توجه به نوع کاربرد، یک کلیشه برای آن کاربر ایجاد شده و در پایگاه داده سیستم ذخیره می شود.در حالت تعیین هویت هم ، هدف آن است که از میان تعدادی هویت مرجع (کلیشه هایی که برای کاربران در داخل پایگاه داده سیستم ذخیره شده است) ، آن مدل هویتی که نزدیکترین و بیشترین شباهت به هویت نامشخص ورودی را دارد، پیدا شود. در حقیقت هویت یک شخص را از طریق جستجو در کل پایگاه داده شناسایی می کند ، به بیان دیگر از یک مقایسه و تطبیق یک به کل استفاده می شود. با توجه به این تعریف واضح است که هر چه تعداد هویتهای مرجع بیشتر باشد احتمال خطا در تعیین هویت بیشتر می شود.همچنین در تایید هویت ، ویژگی های یک هویت نامشخص و مدل هویتی که وی ادعا می کند داده شده است . مساله این است که آیا ویژگی های این هویت نامشخص ، به اندازه کافی به مدل هویت ادعا شده شباهت دارد یا خیر. در حقیقت این سیستم ، هویت یک شخص را از طریق مقایسه مشخصه بیومتریک برداشته شده از فرد با نمونه ای که از این شخص در پایگاه داده ذخیره شده ، تصدیق می کند. در این مساله ، مستقل از تعداد هویتهای مرجع تنها یک مقایسه صورت می گیرد و بنابراین احتمال خطا مستقل از تعداد هویتهای مرجع است.