Jak działa uwierzytelnianie biometryczne za pomocą odcisku palca
Ludzie używali odcisków palców jako metody identyfikacji już przed 200 r. p.n.e. Jednak przez długi czas dopasowanie odcisku do właściciela było żmudną, ręczną pracą. W ostatnich latach obserwujemy rozkwit łatwo dostępnych czujników linii papilarnych.
Większość smartfonów jest w nie wyposażona. Umożliwiają one szybkie logowanie i bezproblemową autoryzację użytkownika. Ale jak działają skanery linii papilarnych?
Choć wydaje się to magią, w rzeczywistości proces ten jest złożonym procesem łączącym w sobie fizykę, geometrię i kryptografię.
Podstawowe pojęcia
Zanim zaczniemy, musimy wyjaśnić dwie najważniejsze kwestie: jak wygląda pobieranie odcisku palca, gdy się mu dokładnie przyjrzymy, oraz jakie są rodzaje skanerów i jak działają.
Podstawy: Anatomia opuszki palca
Jeśli przyjrzysz się teraz swoim opuszkom palców, zauważysz serię przeważnie koncentrycznych, misternych linii. To właśnie one tworzą Twój odcisk palca.
Ale to nie tylko linie. Choć w dotyku wydają się gładkie, w rzeczywistości są serią wypukłości i zagłębień. Ta konkretna struktura umożliwia działanie skanerów linii papilarnych.
Podstawy: rodzaje skanerów
Obecnie w użyciu są trzy główne typy skanerów. Wszystkie opierają się na podobnej idei, ale osiągają cel różnymi metodami.
Skanery optyczne: Są to w zasadzie specjalistyczne aparaty cyfrowe. Po umieszczeniu palca na szklanej płytce, dioda LED oświetla wypukłości. Światłoczuły mikroprocesor rejestruje odbicie. Wypukłości wydają się ciemne, podczas gdy wgłębienia (przerwy między wypukłościami) odbijają więcej światła i wydają się jasne.
Skanery pojemnościowe: Najpopularniejszy typ w nowoczesnych smartfonach. Wykorzystują one maleńkie obwody elektryczne. Ponieważ skóra jest przewodnikiem, grzbiety palców zmieniają pojemność elektryczną w kontakcie z czujnikiem, podczas gdy powietrze w zagłębieniach nie. Czujnik mierzy te drobne zmiany napięcia, aby odwzorować odcisk.
Skanery ultradźwiękowe: Emitują one fale dźwiękowe o wysokiej częstotliwości, które odbijają się od palca. Ponieważ dźwięk rozchodzi się przez skórę inaczej niż przez powietrze, czujnik tworzy trójwymiarową mapę grzbietów, zagłębień, a nawet porów. Są one bardzo bezpieczne, ponieważ „widzą” przez brud lub pot i znacznie trudniej je podrobić za pomocą obrazu 2D.
Od obrazu do dopasowania
Teraz, gdy podstawy mamy już za sobą, możemy przejść do omówienia krok po kroku, w jaki sposób skanery i oprogramowanie umożliwiają bezpieczne uwierzytelnianie.
Krok pierwszy: Przechwytywanie obrazu
Pierwszym krokiem jest zawsze uzyskanie wyraźnego obrazu odcisku palca. Różne czujniki wykorzystują do tego celu różne rozwiązania techniczne, a każda implementacja ma swoje zalety i wady. Ogólnie rzecz biorąc, nowoczesne czujniki są bardzo dokładne i uznawane za niezawodne według najwyższych standardów.
Po dotknięciu czujnika palcem, tworzony obraz ma na celu dokładne odwzorowanie grzbietów i dolin. Dzieje się tak, ponieważ dalsze kroki nie polegają na dopasowaniu rzeczywistych obrazów. Zamiast tego, sprytne wykorzystanie matematyki i mapowania cyfrowego tworzy warunki do szybkiego i niezawodnego dopasowania.
Krok drugi: przetwarzanie cyfrowe i ekstrakcja cech
Surowy obraz odcisku palca jest punktem wyjścia dla oprogramowania. Na jego podstawie przeprowadzany jest proces ekstrakcji cech. System poszukuje określonych punktów orientacyjnych, zwanych drobne szczegóły.
Zakończenia grzbietu: Miejsce, w którym pojedynczy grzbiet po prostu się kończy.
Rozgałęzienia: Miejsce, w którym pojedynczy grzbiet rozdziela się na dwa.
Krótkie grzbiety (lub kropki): Małe wyspy grzbietowe.
I wykorzystuje je do stworzenia matematycznej mapy Twojego palca. Zapisuje ich współrzędne i orientację, ignorując jednocześnie gładsze części odcisku palca.
Ponieważ jest niezwykle mało prawdopodobne, aby użytkownik zawsze naciskał palec w dokładnie tym samym miejscu i pod dokładnie tym samym kątem, faza rejestrowania może obejmować wiele obrazów, które zostaną połączone w celu utworzenia bardziej kompleksowej mapy.
Krok trzeci: Funkcje skrótu i tworzenie szablonów
Po ukończeniu mapy jest ona przepuszczana przez kryptograficzną funkcję skrótu. W tym procesie mapa zostaje „podsumowana” do wartości o stałym rozmiarze.
Proces haszowania jest nieodwracalny, co oznacza, że nie można odtworzyć obrazu odcisku palca na podstawie haszu. W ten sposób hasz mógłby być udostępniany między urządzeniami, a nawet przechwycony przez cyberprzestępcę, ale nie miałby on możliwości odtworzenia obrazu, który go wygenerował.
Po utworzeniu skrótu jest on zapisywany i używany jako punkt odniesienia, na podstawie którego przechwytywane są odciski palców na żywo.
Krok czwarty: algorytm dopasowujący
Gdy zeskanujesz palec w celu odblokowania urządzenia, system powtórzy kroki przechwytywania, wyodrębniania i haszowania.
Ponieważ te same dane wejściowe prowadzą do tego samego hasha, stanowią one idealne narzędzie do uwierzytelniania użytkownika. Oprogramowanie porównuje następnie ten nowy hash z hashem zapisanym podczas początkowej konfiguracji (rejestracji).
Ponieważ palec nigdy nie jest umieszczany dokładnie w tym samym miejscu dwa razy, algorytm nie szuka w 100% identycznego dopasowania. Zamiast tego oblicza wynik podobieństwa. Jeżeli liczba zgodnych punktów minutia przekroczy określony próg, dostęp zostanie przyznany.
Choć proces ten wydaje się niezwykle skomplikowany, nowoczesne czujniki potrafią go wykonać w mniej niż sekundę, zapewniając płynne działanie.
Popularne pytania
Tutaj znajdziesz odpowiedzi na najczęstsze pytania i wątpliwości dotyczące skanerów linii papilarnych.
Gdzie można znaleźć skanery linii papilarnych?
Czytniki linii papilarnych cieszą się dużą popularnością wśród konsumentów i w wielu branżach z różnych powodów. Przede wszystkim oferują bezpośredni i niezawodny sposób weryfikacji dostępu do urządzenia, bez konieczności zapamiętywania czegokolwiek lub noszenia ze sobą specjalnych narzędzi.
Czy skanery linii papilarnych są godne zaufania?
Tak, skanery linii papilarnych są niezwykle godne zaufania. Nie daj się zwieść faktowi, że szukają one współczynnika podobieństwa, a nie idealnego dopasowania. Współczesne skanery linii papilarnych mają współczynnik fałszywej akceptacji, czyli liczbę błędnych dopasowań odcisków palców, wynoszący mniej niż 1 na 50 000.
Czy skanery linii papilarnych są bezpieczne w obliczu zagrożeń związanych z komputerami kwantowymi?
Chociaż pojawienie się komputerów kwantowych spowoduje radykalne zmiany w wielu systemach bezpieczeństwa i będzie wymagało aktualizacji algorytmów, nie dotyczy to kryptograficznych funkcji haszujących.
W przyszłości sytuacja może ulec zmianie, jednak w obecnym stanie rzeczy oczywiste jest, że wpływ obliczeń kwantowych na funkcje skrótu można złagodzić, po prostu stosując większe wartości skrótu.
