Биометрические системы контроля и управления доступом в задачах защиты информации. Учебно-методическое пособие

Министерство образования и науки Российской Федерации НОВОСИБИРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ ТЕХНИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ

В.В. ВИХМАН, А.А. ЯКИМЕНКО

БИОМЕТРИЧЕСКИЕ СИСТЕМЫ КОНТРОЛЯ И УПРАВЛЕНИЯ ДОСТУПОМ В ЗАДАЧАХ ЗАЩИТЫ ИНФОРМАЦИИ

Учебно-методическое пособие

НОВОСИБИРСК

2016

1

УДК 004.052.42:57.087.1(075.8) В 548

Рецензенты

канд. техн. наук И.Л. Рева канд. техн. наук, доцент В.М. Зыбарев

Работа подготовлена на кафедре вычислительной техники по курсу «Информационная безопасность и защита информации»

для магистрантов, обучающихся по направлению «Информатика и вычислительная техника»

Вихман В.В.

В548 Биометрические системы контроля и управления доступом

взадачах защиты информации : учебно-метод. пособие / В.В. Вихман, А.А. Якименко. – Новосибирск: Изд-во НГТУ, 2016. – 54 с.

ISBN 978-5-7782-2955-6

В работе дан исчерпывающий теоретический обзор распространенных биометрических систем контроля и управления доступом. Приведены основные характеристики таких систем. Сформулирована методология обеспечения информационной безопасности и защиты информации на объекте с применением биометрических систем контроля и управления доступом. Даны рекомендации к выполнению лабораторных работ по курсу «Информационная безопасность и защита информации».

1. ТЕОРЕТИЧЕСКАЯ ЧАСТЬ. ПОНЯТИЕ БИОМЕТРИЧЕСКОЙ ТЕХНОЛОГИИ

1.1. Виды биометрических технологий

Понятие биометрии появилось в конце XIX века и подразумевает раздел науки, занимающейся количественными биологическими экспериментами с привлечением методов математической статистики. В конце XX века интерес к биометрии получил новый стимул в связи с использованием так называемых биометрических систем безопасности, суть которых заключается в использовании компьютерных систем распознавания личности по уникальному биологическому коду и в определении, таким образом, прав доступа этой личности к той или иной системе.

Слово «биометрия» («biometrics») состоит из двух греческих слов «bios» и «metric», что означает соответственно «жизнь» и «измерение», т. е. «измерение жизни» или «измерение индивидуальных показателей». В современной области безопасности термин «биометрия» применяется в разделе аутентификации и относится к специальному классу идентифицирующих технологий. Эти технологии используют уникальные биологические черты человека, чтобы определить тождественную схожесть с заложенными в базу параметрами. Такие черты, которые рассматриваются в данном аспекте, включают в себя идентификацию по сетчатке глаза и радужной оболочке, лицевым особенностям и по отпечаткам пальцев. Встречается два типа биометрической аутентификации:

–динамическая;

–статическая.

Биометрия – технология идентификации личности, использующая физиологические параметры субъекта (ДНК, отпечатки пальцев, радужная оболочка глаза и т. д.) [15]. Биометрия – активно развивающаяся и одна из самых перспективных информационных технологий идентификации. Биометрические решения стремительно набирают попу-

3

лярность в самых различных отраслях – от паспортно-визовых документов нового поколения до образования, здравоохранения, финансовых и платежных систем, программ лояльности и сопровождения часто путешествующих авиапассажиров. Причины популярности биометрических технологий очевидны: это их надежность, безопасность, эффективность, комфортность. В отличие от других технологий биометрия работает с людьми и выделяет их индивидуальность, иначе биометрические решения просто не смогли бы действовать. В широком смысле под биометрией понимается измерение уникальных физических и/или поведенческих характеристик индивидуума. Примерами физиологических характеристик являются отпечатки пальцев, форма руки, характеристика лица, радужная оболочка глаза. К поведенческим характеристикам относятся особенности или характерные черты либо приобретенные, либо появившиеся со временем, т. е. динамика подписи, идентификация голоса, динамика нажатия на клавиши. В узком смысле (который сейчас в основном и используется) в это понятие включают технологии и системы автоматической идентификации человека и/или подтверждения его личности, основанные на анализе уникальных биометрических параметров.

Самая распространенная биометрическая технология – идентификация по отпечаткам пальцев. Эта технология доминирует на рынке, занимая более 50 % от его объема. Она вобрала в себя все достижения биометрии и по праву занимает позиции лидера. Биометрические технологии активно применяются во многих областях, связанных с обеспечением безопасности доступа к информации и материальным объектам, а также в задачах уникальной идентификации личности. Основным преимуществом биометрических технологий является быстрая и простая идентификация без причинения каких-либо неудобств человеку.

Динамические методы связаны с поведенческой (динамической) характеристикой человека. Они основаны на подсознательных его особенностях при воспроизведении какого-либо действия. Примеры поведенческой биометрии:

–распознавание и анализ голосовых частот, т. е. построение кода по голосу;

анализ рукописного подчерка, в том числе личной росписи или написание кодового слова. Цифровой код формируется при помощи специальных средств – графического планшета;

–нажатие клавиш – измерение времени набора напечатанных слов

иего динамика.

4

Биометрия – уникальная, измеримая характеристика человека для автоматической идентификации или верификации. Термин «автоматически» означает, что биометрические технологии должны распознавать или верифицировать человека быстро и автоматически в режиме реального времени [12]. Идентификация с помощью биометрических технологий предполагает сравнение ранее внесенного биометрического образца с вновь поступившими биометрическими данными. Верификация

– это сравнение, при котором биометрическая система пытается верифицировать личность человека. В этом случае новый биометрический образец сравнивается с ранее сохраненным образцом. Сравнивая эти два образца, система подтверждает, что этот человек действительно тот, за кого он себя выдает. В процессе идентификации система сравнивает один образец со многими, тогда как процесс аутентификации или верификации сравнивает один образец с одним. Идентификационная система спрашивает: «Вы кто?». Верификационная система спрашивает: «Вы действительно тот, за кого себя выдаете?»

Статистическая биометрия измеряет физиологические особенности человека. Это используется для идентификации человека. Примеры физической биометрии включают в себя:

–метод Бертильона – идентификация по длине человеческих конечностей, размеру головы человека (сейчас не используется, но именно этот метод положил начало опознанию в криминалистике и дактилоскопии);

–отпечаток кончиков пальцев. Особенность этого метода заключается в анализе уникального для каждого человека папиллярного рисунка пальцев;

–распознавание лиц – анализ лицевых особенностей. Строится трехмерный образ лица человека, т. е. выделяются контуры губ, бровей, носа, глаз, скул и пр. Затем вычисляется расстояние между ними. Причем строится не один рисунок, а несколько – на случай незначительного наклона лица или изменения его выражения;

–измерение геометрии кисти руки. Метод основан на использовании своеобразного устройства – планшета с камерой и несколькими диодами. Технология заключается в попеременном включении диодов

исканировании проекций отпечатка ладони под разными углами, затем формируется трехмерное изображение;

–анализ радужной оболочки глаза. При помощи специального программного обеспечения захватывается изображение глаза, выделяется радужная оболочка. По рисунку строится код для ее идентификации;

5

–анализ сетчатки глаза, а точнее, кровеносных сосудов глазного дна. Для этого человеку нужно обратить свой взор на дальнюю точку, при этом подсвеченное светом глазное дно сканируется камерой;

–ДНК – анализ генетического построения. Такие системы работают очень долго и используются для специализированных экспертиз.

1.2. Принцип работы биометрической системы

Биометрия представляет собой совокупность автоматизированных методов и средств идентификации человека, основанных на его физиологической или поведенческой характеристике. Все системы биометрической идентификации выполняют две основные функции:

– регистрация – по нескольким измерениям со считывающего биометрического устройства формируется цифровое представление (шаблон или модель) биометрической характеристики (в зависимости от метода: отпечаток пальца, рисунок радужной оболочки глаза и т. д.), соответствующей регистрируемому человеку;

– распознавание – одно или большее количество измерений биометрической характеристики считывающего устройства преобразуется в пригодную для использования цифровую форму и затем сравнивается:

а) с единственным шаблоном, соответствующим проверяемому человеку. Шаблон выбирается по предварительно вводимому номеру или коду. Результаты сравнения возвращаются приложению – такая процедура называется верификацией или сравнением «один к одному». Результатом сравнивания обычно является число – вероятность того, что сравниваемые шаблоны принадлежат одному лицу. Затем с использованием какого-либо математического критерия принимается решение об идентичности шаблонов;

б) со всеми зарегистрированными шаблонами (без предварительного выбора шаблона и ввода номера или кода). В качестве результата возвращается список нескольких наиболее похожих шаблонов (с наибольшими вероятностями, полученными при сравнении). Затем, как и в предыдущем случае, с использованием какого-либо математического критерия принимается решение об идентичности шаблонов. Такая процедура называется идентификацией, или сравнением «один ко многим».

Все биометрические системы работают практически по одинаковой схеме.

Во-первых, система запоминает образец биометрической характеристики (это и называется процессом записи). Во время записи некоторые биометрические системы могут попросить сделать несколько образцов,

6

для того чтобы составить наиболее точное изображение биометрической характеристики. Затем полученная информация обрабатывается и преобразуется в математический код. Кроме того, система может попросить произвести еще некоторые действия, для того чтобы «приписать» биометрический образец к определенному человеку. Например, персональный идентификационный номер (PENT) прикрепляется к определенному образцу либо смарт-карта, содержащая образец, вставляется в считывающее устройство. В таком случае снова делается образец биометрической характеристики и сравнивается с представленным образцом.

Идентификация по любой биометрической системе проходит четыре стадии:

–запись – физический или поведенческий образец запоминается системой;

–выделение – уникальная информация выносится из образца и со-

ставляется биометрический образец;

–сравнение – когда сохраненный образец сравнивается с представленным;

–«совпадение/несовпадение» – система решает, совпадают ли

биометрические образцы, и выносит решение.

Технология биометрической идентификации уже заняла прочные позиции на рынке систем безопасности благодаря ее основному достоинству: производится идентификация физиологических особенностей человека, а не ключа или карточки. Здесь рассмотрены характеристики и ограничения различных биометрических методов, а также уровень их развития сегодня.

За последние два десятилетия биометрические технологии сделали большой шаг вперед. Во многом этому способствовало распространение микропроцессорных технологий. Еще в 1980-е годы систему контроля доступа, использующую биометрические характеристики человека, можно было увидеть лишь в фантастических фильмах. Сегодня же использование в системах контроля и управления доступом (СКУД) биометрических сканеров практически не усложняет систему безопасности, и их стоимость для некоторых биометрических методов очень низкая. Более того, около трети ноутбуков выходит сейчас со встроенной системой считывания отпечатка пальцев, а если в ноутбуке есть видеокамера, на него можно установить систему распознавания человека по лицу.

Обилие биометрических методов поражает. Основными методами, использующими статистические биометрические характеристики человека, являются идентификация по папиллярному рисунку на паль-

7

цах, радужной оболочке, геометрии лица, сетчатке глаза человека, рисунку вен руки. Также существует ряд методов, использующих динамические характеристики человека: идентификация по голосу, динамике рукописного почерка, сердечному ритму, походке.

Рассмотрим сравнительные характеристики статических биометрических методов в связи с их большей статистической надежностью и более высоким уровнем развития по сравнению с динамическими методами. В качестве сравнительных характеристик использованы следующие показатели: FRR при фиксированном значении FAR, устойчивость к подделке, устойчивость к окружающей среде, простота использования, стоимость, скорость, изменчивость характеристики во времени.

Основными характеристиками любой биометрической охранной си-

стемы являются два числа – FAR (False Acceptance Rate) и FRR (False Rejection Rate). Первое число характеризует вероятность ложного совпадения биометрических характеристик двух людей. Второе – вероятность отказа доступа человеку, имеющему допуск. Система тем лучше, чем меньше значение FRR при одинаковых значениях FAR. Устойчивость к подделке – это эмпирическая характеристика, обобщающая то, насколько легко обмануть биометрический идентификатор. Устойчивость к окружающей среде – характеристика, эмпирически оценивающая устойчивость работы системы при различных внешних условиях. Простота использования показывает: насколько сложно воспользоваться биометрическим сканером и возможна ли идентификация «на ходу». Важными характеристиками являются и скорость работы, и стоимость системы. Несомненно, существенным является и то, как в течение времени ведет себя биометрическая характеристика. Если она неустойчива

иможет измениться, то это будет ее существенным недостатком.

1.2.1.Биометрические параметры

Втабл. 1 и 2 представлены основные биометрические параметры, которые делятся на физиологические и поведенческие [14].

Таблица 1

Часто применяемые биометрические параметры

Таблица 2

Редко применяемые биометрические параметры

Физиологические параметры – являются физическими характеристиками человека, которые измеряются в определенный момент вре-

мени [14].

Поведенческие параметры – представляют собой последовательность действий и длятся в течение определенного периода времени

[14].

1.2.2. Статистика использования биометрических методов

Статистика использования биометрических методов идентификации, по данным В.В. Сидорова, коммерческого директора ООО «Передовые охранные системы, сегодня выглядит примерно так:

–отпечатки пальцев – 59 %;

–геометрия лица – 17 %;

–радужная оболочка – 7 %;

–геометрия руки – 7 %;

–рисунок вен – 7 %;

–голос – 5 %;

–почерк – 1 %;

–все остальное – 1 %.

9

1.3.Сравнительные характеристики биометрических технологий

1.3.1 Отпечатки пальцев

Дактилоскопия (распознавание отпечатков пальцев) – наиболее разработанный на сегодняшний день биометрический метод идентификации личности. Катализатором развития метода послужило его широкое использование в криминалистике XX века.

Каждый человек имеет уникальный папиллярный узор отпечатков пальцев, благодаря чему и возможна идентификация [18]. Обычно алгоритмы используют характерные точки на отпечатках пальцев: окончание линии узора, разветвление линии, одиночные точки. Дополнительно привлекается информация о морфологической структуре отпечатка пальца: относительное положение замкнутых линий папиллярного узора, арочных и спиральных линий. Особенности папиллярного узора преобразуются в уникальный код, который сохраняет информативность изображения отпечатка. И именно коды отпечатков пальцев хранятся в базе данных, используемой для поиска и сравнения. Время перевода изображения отпечатка пальца в код и его идентификации обычно не превышает одной секунды в зависимости от размера базы. Время, затраченное на поднесение руки, не учитывается.

Статистические характеристики метода

В качестве источника данных по FAR и FRR (табл. 3) использовались статистические данные VeriFinger SDK, полученные при помощи сканера отпечатков пальцев DP U.are.U.

Характерное значение FAR для метода распознавания отпечатков пальцев – 0,001 %.

Таблица 3

Статистические данные VeriFinger SDK