Biometrické metody autentizace jsou výhodné

Biometrické metody, které se odlišují více faktory, se dají využít pro různá řešení zabezpečení. Jednou z nejspolehlivějších metod je porovnávání vzorů oční duhovky, která se vyznačuje vysokou přesností a stálostí.

Zabezpečení počítačových a finančních systémů hraje v  poslední době velmi významnou roli. Mnohdy totiž vyžadují zapamatování si většího množství hesel nebo vlastnictví tokenů, které mohou být zapomenuty, ztraceny nebo v  nejhorší variantě dokonce ukradeny. Poslední případ může vyústit v  katastrofální následky pro uživatele, resp. vlastníka daného systému. Takové systémy jsou již z  principu potenciálně zranitelné.

Řešením mohou být biometrické systémy, jež jsou založeny na fyziologických charakteristikách člověka. V ideální situaci přinášejí větší míru zabezpečení a v  posledních letech se dočkaly nejen firemních aplikací (např. zabezpečení na letištích, biometrické pasy, čtečky otisků prstů na laptopech atd.).

Biometrie je odvětví vědy, ve které jsou lidé automaticky identifikováni nebo verifikováni díky poznatkům z medicíny, matematiky, fyziky a dalších odvětví na základě svých psychických (podpis, hlas, chůze) nebo fyzických charakteristik (obličej, prst, ucho, oční duhovka, sítnice, geometrie ruky), které se v  průběhu života nemění, a když už ano, tak mírně. Základním principem fungování autentizace tedy v  případně biometriky není, co uživatelé mají (tokeny), ani co znají (PIN, hesla), ale kdo jsou. Úkolem je rozpoznat u jedince vzorky fyzického nebo psychického charakteru, u kterých bez ztráty na obecnosti teoreticky předpokládáme, že jsou trvalé.

Společně s progresivním civilizačním pokrokem a fluktuací obyvatel však vyvstává nebezpečí přenosu závažných onemocnění. Za této situace se bezdotykové biometrické kontroly zdají být ideálním řešením, především pak autentizace pomocí oční duhovky, která pro uživatele přináší komfort nejen při prvotním snímání, ale i při následné kontrole.

První úspěšná implementace systému rozpoznávání oční duhovky proběhla již bezmála před dvaceti lety, a to díky profesoru Johnu Daugmanovi z  britské Cambridge University. Ten se stal uznávanou kapacitou v  oboru, jeho práce je však docela pochopitelně zabezpečena americkým patentovým úřadem. Důsledkem je nemožnost nezávisle pokračovat a rozvíjet jeho metody pro kódování a rozpoznávání vzorů, které se například v  testech laboratoře univerzity Kanpur v  Indii ukázaly ve srovnání s  algoritmy od dalších odborníků Avila, Li Ma a Tisse jako nejspolehlivější (přesnost přibližně 99,9 procenta).

Specifika oční duhovky
Duhovka je barevná část oka kolem panenky, určuje její rozměr, a tím také množství světla, které dopadne na sítnici. Začíná se formovat během třetího měsíce těhotenství. Tento proces je dokončen v  osmém měsíci, přestože změna barvy duhovky může probíhat až do jednoho roku po narození. Duhovka je dostatečně komplexní částí lidského těla, aby se dala využít pro biometrické procesy, a zároveň se nikdy během lidského života samovolně nemění.
Rozpoznávané vzory oční duhovky mají velkou variabilitu, rozeznáváme kolem 250 až 260 tzv. stupňů volnosti (degrees of freedom), což z  oční duhovky dělá jednu z nejperspektivnějších oblastí autentizace pomocí biometrických údajů.

Zmiňovaná neměnnost je velice důležitá při opětovném kontrolním snímání. Například u lidského obličeje dochází ke změnám vlivem stárnutí, na úspěšnosti správného rozpoznání se ovšem také podepisuje aktuální psychický stav uživatele nebo míra osvětlení v místnosti. U oční duhovky se nic takového neprojevuje. Navíc je chráněna uvnitř oka proti vnějším vlivům, a zaujímá proto v  biometrice kvůli spolehlivosti autentizace význačné postavení.

Přestože je duhovka velice malým orgánem (průměr přibližně 11 mm), její výhodou je velká variabilita mezi lidmi. Dokonce ani jednovaječná dvojčata nemají stejné vzory, stejně tak se liší duhovka každého oka i samotného člověka. Duhovka je specifická například svými rýhami, prstenci nebo pigmentovými skvrnami. Je tedy jako předmět zkoumání velice komplexní a při využití pro biometrické účely pak extrémně bezpečná.

U skenovaného vzorku duhovky musí proběhnout jako u každé biometrické metody test živosti. Ten je uskutečněn poměrně jednoduše, a to úpravou intenzity světla, která změní šířku zornice. Autentizace oční duhovkou ovšem také vyžaduje přítomnost oční duhovky v  oku. Tento požadavek má své opodstatnění, podle statistik amerického National Eye Institute se totiž s  vadou zvanou aniridie (absence duhovky) narodí 1,8 dítěte ze sta tisíc. Poměr na jednu stranu zanedbatelný, na druhou stranu je třeba počítat při návrhu systému i s  touto případnou eventualitou a umožnit přístup za mimořádných okolností i jiným způsobem.

Při rozpoznávání oční duhovky je také třeba zabezpečit určitou robustnost systému. To znamená, že výsledek bude shodný nezávisle na pozici, velikosti a orientaci vzorů. Cílem je dosáhnout reprezentace, jež je invariantní k  velikosti snímaného obrazu (tedy vzdálenosti duhovky od snímací kamery), k  velikosti zřítelnice a umístnění duhovky na naskenovaném obrázku, její rotaci a úhlu ke kameře.

Nalezení duhovky
Proces autentizace oční duhovkou se dělí na několik fází. V  první řadě je pochopitelně třeba získat obrázek oka. Toho je dosaženo monochromatickou CCD kamerou a infračerveným zářením vhodným i pro získávání vzorů i z  tmavě pigmentovaných očí, přestože některé systémy využívají širokoúhlé optiky pro přibližné nalezení očí, a teprve následná přesnější lokalizace duhovky je uskutečněna kamerou s  vyšším rozlišením. Minimálním udávaným poloměrem pro snímek duhovky je 70 pixelů, současné systémy však využívají pro přesnější lokalizaci rozlišení až 140 pixelů.

Po získání obrázku o požadované velikosti probíhají jeho analýza a výpočet tzv. iris kódu. Středy a poloměry zornice a duhovky musí být odhadnuty nezávisle na rozměrech nasnímané duhovky z  důvodu možné nesoustřednosti obou orgánů. K  tomu slouží tzv. integrodiferenciální operátor (v celé lokalizaci je využíváno více takových matematických nástrojů).

Cílem lokalizace je detekce a osamostatnění duhovkové tkáně od ostatních částí obrazu, jako jsou víčka, řasy a jiné nepotřebné elementy (dochází i k  detekci případného mrknutí oka), přičemž z  principu není vyžadován dokonalý kruhový tvar duhovky a zornice. Duhovka je postupným procesem zaostřována a její obrys zjemňován až na přesnost jednoho pixelu. Taková přesnost umožňuje při dalším následném zpracování zahrnout všechny duhovkové vzory. Čím přesnější bude určení polohy a souřadnic, tím lépe a rychleji budou autentizační systémy pracovat. Po nalezení středu je vypočítán poloměr panenky díky nalezení průměru k  maximálnímu počtu po sobě následujících nul v  kódu ve čtyřech různých směrech.

Autor studuje aplikovanou informatiku na FI MU a pracuje jako technical writer ve společnosti IBM Czech Republic