بخش سوم – فناوری‌های کنترل دسترسی زیست‌سنجی – اثر انگشت – هندسه انگشت یا دست
شناسایی با اثرانگشت
یکی از بیشترین فناوری‌های کنترل دسترسی، شناسایی از طریق اثرانگشت است. دلیل این مسئله قدیمی بودن روش شناسایی با اثرانگشت، ارزان بودن جمع‌آوری اطلاعات و ارزیابی و تحلیل اثرانگشت و پایداری آن است. کاربردهای اثرانگشت در کنترل دسترسی از یکی یا هردو مشخصه اثرانگشت استفاده می‌کند: الگوی رشته‌ها[1] و جزئیات بسیار ریز[2]. این دو مشخصه برای هر اثرانگشتی یکتا هستند. برخی از اسکنرهای پیشرفته اثرانگشت نه‌تنها انطباق اثرانگشت گرفته‌شده را با اثرانگشت ثبت‌شده بررسی می‌کند بلکه با بررسی رطوبت و حرارت مطمئن می‌شوند که یک اثرانگشت زنده اسکن شده است.
سه نوع الگوی اثرانگشت وجود دارد (شکل 14)
1- نوع کمانی؛ از خطوطی به‌صورت کمانی روی همدیگر ایجاد شده است
2- نوع حلقوی، خطوط انگشت از یک‌طرف وارد یک حلقه شده و چرخیده و از همان جهت ورودی خارج می‌شوند
3- نوع گردابی؛ خطوط انگشت به‌صورت گرداب حول یک نقطه مرکزی چرخیده‌اند.
شکل 14: الگوی خطوط اثرانگشت: سمت چپ: نوع کمانی- سمت راست: نوع گردابی- وسط: نوع حلقوی
شناسایی اثرانگشت با جزئیات بسیار ریز رایج‌ترین شکل شناسایی با اثرانگشت در کنترل دسترسی است. جزئیات بسیار ریز شامل ناپیوستگی‌ها در مسیر هموار خطوط اثرانگشت، تغییرات ناگهانی و فاصله خطوط انگشت می‌شود. ویژگی‌های بسیار جزئی در اثرانگشت‌ها شامل؛ فاصله خطوط، لکه‌ها و پایان یک خط در اثرانگشت ها مهم هستند. این جزئیات در تحلیل اثرانگشت بسیار اهمیت دارند؛ زیرا هیچ دو اثرانگشتی یکنواخت نیستند.
شکل 15: جدایش خطوط اثرانگشت (سمت چپ)، لکه‌ها (وسط) و پایان یک خط (سمت راست)
عملکرد
یک حسگر اثرانگشت؛ وسیله‌ای است برای گرفتن یک تصویر دیجیتال از یک اثرانگشت. چند فناوری تجاری شده برای جمع‌آوری اطلاعات الکترونیکی اثرانگشت‌ها وجود دارد که شامل فناوری اُپتیک، سیلیکون، ماوراء صوت[3] و نوری[4] است.
فناوری نوری قدیمی‌ترین و بیشترین روش استفاده شده است. در این روش انگشت روی یک صفحه پوشش‌دار مخصوص قرار می‌گیرد. یک وسیله کوپل شده تصویر اثرانگشت (خطوط تاریک و فرو رفتگی های روشن) را به داده دیجیتال تبدیل می‌کند. دستگاه‌های نوری که بتوانند در برابر نوسانات دما مقاومت کنند، ارزان هستند و کیفیت تصویر آنان برابر با 500 تا 1000 نقطه در هر اینچ دارند.
نقاط ضعف این فناوری همان تماس گرفتن با سطح خواننده دستگاه با انگشت است. کاربران می توانند با چربی، گرد و آلودگی، روی اثرانگشت خود و سایر موارد در روی سطح خواننده تاثیر بگذارند که باعث کاهش سطح خواننده و کاهش عملکرد می‌شود. برخی از این حسگرهای اثرانگشت نوری مدل غیر تماسی، این نواقص را ندارند.
در دهه 1990 فناوری خازنی یا تراشه سیلیکونی به بازار معرفی و مقبولیت قابل‌توجهی به دست آورد. در اکثر سامانه‌های تراشه دار، حسگر صفحه به‌صورت یک صفحه خازن و اثرانگشت به‌صورت صفحه دیگر خازن عمل می‌کند. سیلیکون عموماً کیفیت تصویر بهتری نسبت به فناوری نوری تولید می‌کند. تجهیزات سیلیکون پایه می‌توانند بسیار کوچک‌تر از تجهیزات نوری باشند. معایب اولیه این فناوری؛ ماندگاری کم سوابق، سطوح اسکن کم و نیاز به تماس با اسکنر است.
اخیراً فناوری ماوراء صوت به بازار زیست‌سنجی معرفی شده است. لذا این فناوری به‌طور وسیع استفاده نشده است. ماوراء صوت از فرکانس بالای امواج صوت برای اندازه‌گیری امپدانس انگشت، هوا و سپس مسطح شدن برای تولید یک پیام استفاده می‌کند. امواج صوت از گرد و غبار، روغن و سایر آلاینده‌ها عبور کرده تا یک تصویر از غشاء و رگه‌ای انگشت ایجاد کنند. این فرایند می‌تواند تصاویر قابل‌استفاده در برخی مواقع ایجاد کند که به کار سامانه‌های نوری هم می‌آید. برخی از سامانه‌ها می‌توانند اثر انگشت کودکان کوچک، سالمندان مسن و افراد دارای پوست خشک و ناهموار را بخوانند که برای دستگاه‌های عادی بسیار دشوار است. اینگونه سامانه‌ها می‌توانند بین پوست مرده و زنده تفاوت قائل شوند. اصلی‌ترین عیب این فناوری، جدید بودن نو بودن در بازار و کمبود سوابق عملکردی این سامانه است.
حسگرهای نوری؛ دارای فیلم نوری در حسگر خود است. در زمان تماس انگشت با فیلم و اعمال میدان الکتریکی، یک تصویر با کیفیت بالا از اثر انگشت ایجاد می‌شود. فیلم ماندگار بوده و در نور مستقیم خورشید نیز کار می‌کند. همچنین خیلی سبک است که باعث سازگاری با تجهیزات سیار نیز می‌شود.
بدون توجه به فناوری استفاده شده، چندین گام مورد نیاز برای تبدیل یک اثرانگشت گرفته شده به یک الگوی فشرده نیاز است. استخراج ویژگی‌ها یا همان تحلیل اثر انگشت، همان پایه فناوری اثرانگشت است که قادر شده است یک نمونه قابل‌استفاده را ایجاد کند. روند این فرایند به تولیدکننده این فناوری بستگی دارد.
همان‌طوری که در شکل 16 نشان داده‌شده است، کاربر یک انگشت یا انگشتان را روی صفحه اسکن قرار داده و صفحه اسکن تصویر را می‌گیرد. سپس بر اساس طراحی سامانه، الگوریتم پیچیده تشخیص اثرانگشت برای مقایسه با الگوی موجود در پایگاه داده را انجام می‌دهد.
شکل 16: شناسایی با اثرانگشت
اکنون فناوری اسکن اثرانگشت از طرق مختلف در حال توسعه و گسترش است؛ از جمله؛ شامل عدم تأثیر نور محیط در تصویربرداری، تشخیص اثرانگشت جعلی و تشخیص زنده بودن است. تشخیص زنده بودن اقدامی اطمینان بخش است که قادر به ارسال پالس مرتبط با نمونه اثرانگشت گرفته شده است و از پیام‌های تقلبی یا گسسته استفاده نمی کند. همچنین نمایش سه‌بعدی با جزئیات بالای سطوح انگشت و اسکن غیر تماسی زنده نیز درحال‌توسعه هستند که قادر هستند اثرانگشت را و در برخی موارد اثر کل دست را از یک فاصله معینی تولید می‌کنند.
کاربرد
سامانه‌های کنترل دسترسی بر اساس اثرانگشت، هم برای شناسایی و هم برای تشخیص هویت استفاده می‌شوند. این فناوری یک فناوری رشد یافته است و اکنون توسط انواع مختلفی از تولیدکنندگان در دسترس قرار گرفته اند. سامانه‌های تراشه سیلیکونی و نوری می‌توانند کوچک باشند تا با سامانه‌های سیار مانند تلفن‌های هوشمند، تبلت‌ها یا لپ‌تاپ‌ها کار کنند.
سامانه‌های کنترل دسترسی بر اساس اثرانگشت برای هردو کاربرد داخلی و خارجی مناسب هستند و در بازه وسیعی از شرایط رطوبت و دمای محیط پاسخ مناسب می‌دهند.
این سامانه‌ها برای کاربردهایی که کاربران دستکش می‌پوشند یا شرایطی که به انگشت یا دست خراشی وارد شود؛ توصیه نمی‌شوند. به طور کثال این سامانه برای مکان های ساختمان‌سازی‌ها، نواحی با آلودگی سطحی هسته‌ای یا شیمیایی، یا تأسیسات توصیه نمی شود.
ارزیابی عملکرد
ویژگی بسیار بنیادی یک صفحه اسکنر، اندازه ناحیه حسگر آن است. اندازه میانگین اثرانگشت تقریباً بین 5/0 الی 7/0 اینچ است. (برای کودکان و بانوان کوچک‌تر و برای مردها بزرگ‌تر است.) یک صفحه اسکنر با اندازه خوانش کوچک‌تر، بخشی از اثرانگشت را می‌گیرد که ممکن است کل سطح موردنیاز برای اسکن ثبت‌نام نباشد. اسکنرهای اثرانگشت کوچک‌تر به نوع و محل قرارگیری انگشت حساس‌تر بوده و نرخ خطای رد نابجای بالایی دارند. سامانه‌های نوری و ماوراء صوت احتمال داشتن سطح خوانش بالاتری از سامانه‌های تراشه دارند زیرا تراشه‌های بزرگی که به‌طور یکنواخت در طول تمام سطوح کار می‌کنند دشوار بوده و برای تولید، قیمت گران داشته و با صرفه نیستند. ناحیه حسگر یک سامانه تراشه به‌اندازه تراشه بستگی دارد.
نرخ عدم پذیرش ثبت‌نام برای بعضی سامانه‌ها در زمانی که جمعیت کاربران شامل کودکان، افراد مسن و کسانی است که پوست انگشتشان چروکیده، خشک یا ناهموار است ممکن است بالا باشد. فناوری‌های اخیر مدعی شده‌اند که عملکرد بهتری برای این دسته از فناوری‌ها دارند.
یک مشخصه مهم دیگر تعداد پیکسل‌ها یا نقاط یک تصویر است. حداقل کیفیت تصویر 500 dpi برای سامانه‌های مورد تائید پلیس مورد نیاز است. برای گرفتن جزئیات بسیار ریز به تصویری بین 250 تا 300 dpi نیاز است. کیفیت تصویر بالاتر از 500 برای ثبت‌نام کودکان و افراد مسن نیاز است.
قرارگیری انگشت برای گرفتن یک تصویر قابل تکرار و دقیق ضروری است. مشخصه‌های مهم دیگر شامل تمیز بودن انگشت، تضاد رنگ تصویر و مقدار پیچش هندسی موجود در نمونه است. سامانه‌هایی که به تماس با سطح صفحه اسکنر نیاز دارند به تمیزکاری مکرر برای پاک کردن اثرانگشت‌های قبلی از روی صفحه نیاز دارند تا دقت بالای حسگر حفظ شود.
آسیب‌پذیری‌ها
برخی سامانه‌های اثرانگشت ممکن است در برابر شبیه‌سازی جعلی یک اثرانگشت ثبت‌شده آسیب‌پذیر باشند. فناوری که بتواند تشخیص دهد که یک اثرانگشت زنده است در برخی سامانه‌ها موجود است تا این آسیب را بپوشاند.
شناسایی با هندسه انگشت یا دست
شناسایی با هندسه دست؛ به دو صورت انجام می شود: 1- سامانه‌های هندسه کل دست 2- هندسه انگشت که تنها انگشت اشاره و وسط را اندازه‌گیری می‌کنند. زیست‌سنجی هندسه انگشت و دست، با اندازه‌گیری خودکار از ابعاد انگشت و دست با تصویر سه‌بعدی صورت می پذیرد. یک صفحه اسکنر دست یا انگشت یا دوربین آن، بیش از 96 ویژگی دست ازجمله شکل، عرض، طول انگشت‌ها و بندانگشت‌ها، فاصله بین مفاصل و شکل و ضخامت کف دست را اندازه‌گیری می‌کند. این سامانه مشابه برخی از سامانه‌های شناسایی صورت است که در اینجا هندسه فضایی دست و انگشت‌ها را ارزیابی می‌کند. جزئیات سطوح مانند اثرانگشت، خطوط، زخم‌ها، آلودگی و ناخن‌ها نادیده گرفته می‌شوند.
در میان انواع فناوری های پیشرفته؛ کنترل دسترسی از طریق شناسایی هندسه دست، از اولین شیوه های شناسایی زیست سنجی بوده است. بر خلاف سایر سامانه‌های کنترل دسترسی زیست‌سنجی که از فناوری‌های پیشرفته مانند میکرو تراشه‌های الکترونیکی و یا افزایش کیفیت دوربین‌ها بهره می برند، طی سال‌های متمادی؛ فناوری پشتیبان سامانه‌های کنترل دسترسی با هندسه دست، هیچ پیشرفتی نداشته است. در حال حاضر قریب به 30 سال است سامانه‌های کنترل دسترسی هندسه دست در سازمان‌ها و اداراتی مانند نیروگاه‌های هسته‌ای، مراکز بهداشت، ادارات مهاجرت و مراکز مراقبت از سالمندان یا مهدهای کودک مورد استفاده قرار می گیرد.
عملکرد
تصویر برداری از هندسه یک دست یا انگشت به صورت مستقیم است. برای هندسه دست، فرد ثبت‌نام کننده کف دست خود را رو به پایین روی صفحه اسکنر یا حسگر مربوطه قرار داده به نحوی که پنج پین مابین انگشت‌ها قرار می گیرند. حسگر، ابعاد دست و انگشت‌ها را با استفاده از یک لامپ ال ای دی، یک دوربین و آینه‌ها ثبت و تصویر برداری می‌کند. به‌طور معمول، برای ثبت‌نام باید سه بار این کار صورت گیرد و الگوی شناسایی، میانگین این الگوها خواهد بود (شکل 17).
کاربرد
هندسه دست یک فناوری دقیق است اما نسبت به شناسایی از طریق اثرانگشت یا صورت، داده‌های کمتری دارد. با این وجود هندسه دست در کار تشخیص هویت و بررسی تطبیقی یک کاربر با الگوی های ثبت‌شده، بسیار موثر است. مشکل کاربرد این روش در این است که به هنگام حضور جمعیت بالای کاربران، هندسه دست و انگشت خیلی تغییر نمی‌کند لذا برای ایجاد الگوهای یکتا و منحصر بفرد برای تک تک افراد کافی نیست از این رو به هنگام استفاده کاربر به منظور دسترسی، ممکن است داده‌های بیش از یک الگوی ثبت‌شده (یک نفر) با هندسه دست کاربر انطباق یابد؛ بنابراین لازم است در کنار هندسه دست از سایر فرایند شناسایی ها مانند رمز عبور، اثرانگشت، کارت هوشمند یا سایر تجهیزات همراه استفاده گردند.
سامانه‌های کنترل دسترسی با هندسه دست در محیط‌های بیرون از ساختمان به‌طور خاص مفید هستند؛ چون حسگرها به عوامل محیطی مانند نور یا تغییرات دما مقاوم هستند. الگوهای هندسه دست کوچک بوده و موجب می گردد کل سامانه کنترل دسترسی با هندسه دست در یک واحد کوچک شناسایی خلاصه و قابل‌حمل باشد. به دلیل اینکه دست‌های کثیف یا خاکی به دستگاه اثری ندارند، این سامانه‌ها می‌توانند در محل‌های ساختمان‌سازی و تأسیساتی استفاده شوند.
ارزیابی عملکرد
عملکرد سامانه شناسایی با هندسه دست و انگشت نسبتاً سریع عمل می کند. اعلام صدور دسترسی؛ معمولاً در زمانی مابین دو تا سه ثانیه انجام می‌شود. در هر دقیقه می توانند به صورت همزمان به 10 کاربر جهت عبور سرویس دهد. نرخ خطای عدم اجازه ورود به افراد مجاز برای این فناوری پایین است. برای مثال شناسایی از طریق اثرانگشت سالم نرخ بالایی از خطای عدم اجازه ورود را به علت کیفیت پایین تصاویر(داده های) اثرانگشت‌ها می‌تواند داشته باشد. همچنین شناسایی با چهره نیز به نور یکنواخت برای ثبت‌نام کاربر نیاز دارد، ولی هندسه دست دارای چنین محدودیت عملکردی در محیط ندارد. لذا شناسایی از طریق هندسه دست نرخ عدم خطای اجازه ورود به افراد غیرمجاز بالایی دارند و برای تائید ورود مناسب‌تر از شناسایی از طریق تشخیص هویت حضوری هستند. زیرا این نوع کنترل دسترسی، ضمن اینکه کاربران بیشتری را پوشش داده، تعداد افراد کمتری را نیازمند به ورود و خروج بیرون از سامانه کنترل دسترسی می کند. (به دلیل ثبت قبلی داده ها و صدور مجوزه های قبلی)
آسیب‌پذیری‌ها
اولین آسیب‌پذیری سامانه شناسایی از طریق هندسه دست یا انگشت این است که احتمال این موضوع وجود دارد؛ دو یا چند نفر هندسه دست و انگشت یکسانی داشته باشند. بنابراین ممکن است به بیش از یک سامانه زیست‌سنجی نیاز باشد. دومین ایراد در اینگونه سامانه این است که احتمال اینکه از هندسه دست یا انگشت جعلی برای ورورد و خروج استفاده شود، وجود دارد.
در برخی از مواقع نیز ممکن به دلیل وجود ورم یا آسیب دست، وجود باند یا جواهر، تغییر وزن یا هر چیزی که هندسه دست را تغییر دهد است که به کاربر مجاز اجازه تردد داده نشود و به خطا رد شود. حتی قرار دادن غلط دست بروی حسگر نیز ممکن است به نتیجه گیری سامانه منجر شده و پاسخ خطا دهد.
ادامه دارد
[1] Ridge pattern
[2] Minutiae detail
[3] Ultra sound
[4] Light emiting