Autentizace: biometrické metody

V tomto příspěvku se dozvíte, jaké jsou hlavní výhody a nevýhody autentizace založené na tom, že uživatel něco je.

U biometrických metod můžeme rozlišit tzv. fyziologické charakteristiky (otisk prstu, geometrie ruky atd.) a behaviorální charakteristiky (rozpoznávání hlasu, dynamika podpisu, psaní na klávesnici atd.). U behaviorálních charakteristik máme větší jistotu, že autentizaci provádí opravdu daná osoba, ale samozřejmě i zde je možné, že může být k autentizaci donucena nebo se může někdo jiný pokusit její charakteristiky napodobit.

V některých případech lze takovou situaci řešit fyzickou přítomností ostrahy a kontrolou co a jak je vlastně přikládáno ke snímači, a zda nedochází k nežádoucí manipulaci s tímto zařízením, neboť by mohlo dojít k tomu, že by útočník biometrický senzor nahradil za svůj vlastní, zachytával  biometrické charakteristiky a ukládal je do své DB.

Pořízení biometrických charakteristik

Aby se vůbec mohl uživatel začít autentizovat, musíme nejprve pořídit vzorek zvolené charakteristiky. Obvykle se snímá větší počet vzorků, zpravidla tři, ale v některých případech jich může být i více.

Rychlost biometrických metod

To, že některé z těchto metod jsou pomalé, není při autentizaci uživatele až takový problém, protože pokud se uživatel již nějak identifikoval, porovnává se předložená charakteristika s údaji uloženými v databázi. Problém by však mohla nastat v případě, že by se biometrická charakteristika použila pro samotnou identifikaci, neboť pak by se musel předložený vzorek porovnat se všemi, které jsou již uloženy v DB. Je zřejmé, že čím více vzorků by v DB bylo uloženo, tím déle by takové porovnání trvalo.

Spolehlivost biometrických metod

Obraťme však nyní naší pozornost ke spolehlivosti těchto metod. Netřeba snad zdůrazňovat, že žádná biometrická metoda není absolutně spolehlivá. V praxi tak může dojít ke kuriózní situaci, kdy oprávněnému uživateli je přístup do systému odepřen a naopak neoprávněnému uživateli je přístup povolen. Není tedy žádným překvapením, že čím je systém spolehlivější nebo rychlejší, tím je i dražší. Pro určení spolehlivost daného systému bychom se měli zaměřit na to, kolika neoprávněným uživatelům byl přístup do systému povolen, ač jim být povolen neměl – jedná se o tzv. False Acceptance Rate (FAR). A kolika oprávněným uživatelům byl přístup zamítnut, ač jim být zamítnut neměl – jedná se o tzv. False Rejection Rate (FRR). Rovnost FAR a FRR se označuje jako Equal Error Rate (EER) a je v celku logické, že čím nižší je tato hodnota, tím můžeme daný systém považovat za spolehlivější.

Výhody biometrických metod

Hlavní výhodou těchto metod je, že autentizační údaje není možné zapomenout nebo ztratit a v průběhu času se moc nemění nebo jen nepatrně. Na uživatele tak nejsou kladeny v podstatě žádné požadavky. Je třeba však vzít v úvahu, že je možné ztratit hlas, přijít o prst, o ruku apod.

Nevýhody biometrických metod

Hlavní nevýhodou těchto metod je, že je ve většině případů nutný speciální HW nebo minimálně SW, který musí být na počítači, kde se má uživatel autentizovat nainstalován a spuštěn. Další nevýhodou těchto metod je, že se na ně nedá stoprocentně spolehnout.

Otisk prstu (fingerprint)

Obvykle se neukládá sejmutý prst jako obrázek, ale ukládají se jen určité charakteristiky, takže by nemělo být možné otisk přesně zrekonstruovat. Na druhou stranu se sejmutý otisk prstu musí programem zpracovat, to znamená, že se obrázek musí nejprve ze snímače nějakým způsobem přenést a uložit do paměti. Pokud jde o vlastní snímání otisku prstu, tak k tomu dochází v zásadě dvěma různými způsoby. Buď se prst přiloží na snímač nebo se s ním přes snímač přejede. První řešení je dražší, protože některé lepší snímače mohou navíc měřit i teplotu, tep, krevní řečiště, polohu kosti apod. Druhé řešení je samozřejmě lacinější a lze jej nejen poměrně jednoduše oklamat, ale můžeme mít i problémy se přihlásit a pokusy tak musíme opakovat. Příčinou může být zpocená nebo špinavá ruka. Dále můžeme snímače ještě rozdělit na optické, které fungují jako skener a kapacitní, které měří odpor. Vzhledem k tomu, že mnozí výrobci HW již implementovaly jednoduché čtečky otisků prstů do nejrůznějších zařízení, nemělo by dalšímu rozvoji této metody nic bránit.  V některých zemích však není možné pořizovat a zpracovávat otisky prstů pro jiné než policejní účely.

Geometrie ruky (hand geometry)

Obvykle se měří délka, šířka a tloušťka ruky i jednotlivých prstů. Takové zařízení je výrazně větší a dražší než běžný snímač otisku prstů, takže se nepředpokládá, že by si ho někdo pořizoval domů. Z výše uvedeného důvodu se tato metoda používá např. pro přístup zabezpečených prostor strategicky významných objektů apod.Výhoda oproti předchozí metodě však spočívá v tom, že získat geometrii ruky je pro útočníka velice obtížné ne-li zhola nemožné, zatímco v případě otisku prstů to pro něj není žádný problém, neboť otisky prstů běžně zanecháváme na spoustě předmětů. Zařízení sloužící ke snímání geometrie ruky bývají také dost často pod kamerovým dohledem a jsou hlídány pracovníky fyzické ostrahy.

Rozpoznávání obličeje (face recognition)

Rozlišujeme 2D a 3D systémy. Nevýhodou prvních 2D systémů bylo, že je šlo poměrně snadno oklamat např. vytištěnou fotografií. Je zřejmé, že v případě 3D systémů výše popsaný útok není možné použít, neboť se zde měří i hloubka. Metoda je obecně založena na měření vzdáleností mezi specifickými body. Měří se tak např. vzdálenost mezi očima, nosem, ústy a jejich velikost. Kromě toho se měří i celková velikost a tvar obličeje i jednotlivých jeho částí. Osvětlení a úhel snímání může značně ovlivnit spolehlivost této metody. Může dojít k neoprávněnému přihlášení uživatele, s podobnými rysy jako je např. člen rodiny, příbuzný atd. Dalším problémem mohou být morfologické změny obličeje způsobené stárnutím. Tuto metodu není možné nasadit v zemích, kde je zakázáno fotografování nebo kde musí být obličej zahalen.

Analýza tvaru vnějšího ucha

Analýza tvaru vnějšího ucha je další velice jednoduchá a přitom poměrně spolehlivá metoda, jak ověřit identitu osoby. K pořízení fotografie ucha stačí obyčejná levná kamera. Výsledný snímek ucha se rozdělí na 8 částí po 22,5 stupních, kdy střed se nachází v centru zvukovodu a vyhodnocuje se dvanáct charakteristik. V případě počítačového zpracování je potřeba nejprve lokalizovat ucho, a pak pomocí detekce hran vyhledat příslušné kontury, a ty dále analyzovat.

Rozpoznávání duhovky (iris recognition)

U této metody se, co se týká spolehlivosti, dosahuje ještě vyšší přesnosti než v případě snímání otisků prstů. Aby se zabránilo použití fotografie oka, sleduje se i jeho pohyb, změna zornice, mrkání apod. Rozpoznávání oční duhovky se jeví jako nejspolehlivější biometrická metoda, avšak nemusí být přijatelná v zemích, kde je oko považováno za okno do duše. Uvádí se, že dokonce ani jednovaječná dvojčata nemají stejnou duhovku. Jeden čas se psalo o tom, že banky uvažují o využití tohoto autentizačního mechanismu v bankomatech.

Rozpoznávání sítnice (retina recognition)

U této metody se též, co se týká spolehlivosti, dosahuje ještě vyšší přesnosti než v případě snímání otisků prstů. Pomocí zdroje světla s nízkou intenzitou se snímá obraz struktury sítnice v okolí slepé skvrny. Je však nutné, aby se uživatel díval požadovaným směrem. Rozpoznávání sítnice patří též mezi nejspolehlivější biometrické metody, avšak tato metoda může být nepřijatelná v zemích, kde je oko považováno za okno do duše.

Analýza krevního řečiště

Oproti snímání otisku prstu má rozpoznávání krevního řečiště prstu a dlaně, kdy se pořizuje tzv. Finger Vein Pattern a Palm Vein Pattern, tu výhodu, že dochází ke snímání něčeho, co se nachází pod kůží, takže tuto biometrickou charakteristiku nelze tak snadno pořídit. A i kdyby se to útočníkovi povedlo, tak bude mít problém vyrobit funkční atrapu prstu nebo dlaně s odpovídajícím krevním řečištěm, jež má každý člověk jiné, a které se v průběhu života nemění. V poslední době se stále více začíná prosazovat především Finger Vein Recognition, neboť ke skenování stačí menší a lacinější snímač. Způsob, na jakém tato metoda funguje, je poměrně jednoduchý. Prst je prosvícen LED, která emituje světlo poblíž IR spektra, které pohlcuje červené krevní barvivo (hemoglobin) v cévách, a tak je možno pomocí CMOS snímače pořídit obrázek tohoto řečiště bez ohledu na prach, špínu a světelné podmínky. Pro uživatele je tato metoda přijatelnější, než skenování otisku prstu.

Analýza DNA (DNA analysis)

Tato metoda je velice drahá a značně časově náročná a pro autentizaci v podstatě nepoužitelná. I kdyby se v budoucnu podařilo nějakým způsobem náročnost zpracování snížit na akceptovatelnou a použitelnou úroveň, stále zde bude masivnímu nasazení bránit nevýhoda vycházející z toho, že je poměrně snadné získat biologický materiál, který obsahuje DNA a to bez vědomí dané osoby. Možnost zneužití by pak byla ještě větší, než je tomu u ostatních biometrických metod.

Rozpoznávání hlasu (voice recognition)

Nejprve se vytvoří otisk hlasu tzv. voiceprint a proti tomu se pak následně porovnává hlas osoby, která se autentizuje. V případě, že se daná osoba bude nacházet v rušném prostředí, muset být nežádoucí zvuky odfiltrovány. Spolehlivost této metody může být negativně ovlivněna použitím různých typů mikrofonů s různou citlivostí, frekvencí a kvalitou, ale i obyčejným nachlazením a dále skutečností, že např. členové rodiny mohou mít velice podobný hlas, nebo že spousta lidí umí hlas jiné osoby velice věrně napodobit.  Nicméně začínají se objevovat řešení, která si s těmito problémy dokážou poměrně dobře poradit.

Analýza psaní na klávesnici (keystroke pattern recognition)

Výhodou tohoto řešení je, že není potřeba instalovat žádný další HW, neboť klávesnice je přítomna na každém zařízení. Princip této metody je založen především na dynamice psaní, tedy na rychlosti s jakou jsou tisknuty jednotlivé klávesy a jaká je délka stisku daných kláves. (Nejednou byla tato metoda použita i ke zjištění a odhalení hackera, kde pomohlo i to, že dělal stejné překlepy.) Je otázka, jak bude algoritmus, který tato metoda používá reagovat na změnu techniky psaní uživatele, např. pokud uživatel absolvuje kurz psaní na počítači a začne psát všemi deseti.

Analýza rukou psaného podpisu (handwriting recognition)

Tato metoda obvykle vyžaduje instalaci digitálního pera a podložky, ale je možné, že do budoucna se bude psát přímo na dotykové displeje. Vlastní vyhodnocování ručního podpisu využívá statické charakteristiky (velikost písmen, poměr mezi nimi, křížení, obloučky, sklon písma, uzavřené oblasti) a dynamické vyhodnocování, které ověřuje vlastní proces vytváření podpisu tj. dynamika podpisu (zrychlení a přítlak v určité fázi podpisu, délka trvání, počet tahů) proti databázi referenčních podpisů.

Poznámka: Pro úplnost je třeba také dodat, že tento poslední faktor, že uživatel „něco umí“ se někdy také řadí mezi faktory, že uživatel „něco je“ a používá se např. k odlišení člověka od stroje.

A jaké jsou vaše zkušenosti s praktickým nasazením biometrických metod?

Štítky: autentizace, informační bezpečnost

Diskuse na tomto webu je moderována. Pod článkem budou zobrazovány jen takové komentáře, které nebudou sloužit k propagaci konkrétní firmy, produktu nebo služby. V případě, že chcete, aby z těchto stránek vedl odkaz na váš web, kontaktujte nás, známe efektivnější způsoby propagace.