سنسور اثر انگشت و انواع آن

سنسور اثر انگشت

اثر انگشت انسان یکی از عجایب خلقت است. اگر بخواهیم به زبان امنیت اطلاعات بگوییم، هر انسانی که متولد می شود همراه خود یک کارت شناسایی همیشه قابل دسترس در اختیار دارد. همه ما روی انگشتان خود یک طراحی منحصر به فرد داریم، که به تنهایی و به معنای واقعی کلمه معرف هویت شما است و در نوک انگشتان تان جای گرفته، پس همیشه همراهتان است

انسان ها برجستگی های کوچکی روی پوست انگشتان دارند و این سازگاری خاص بسیار به نفع اجداد گونه بشر بوده است. الگوی برجستگی ها و فرورفتگی ها روی انگشتان دست، گرفتن اشیا را به وسیله انگشتان به دلیل اصطکاک آسان تر می کند. به دلیلی مشابه، آج لاستیک به چسبندگی خودرو روی جاده کمک می کند و مانع از سر خوردن خودرو می شود.

علاوه بر فاکتورهای زیادی که منجر به تعیین آرایش ژنتیکی اثر انگشت شما در وهله اول می شود، تعداد عوامل محیطی بی شماری موثر بر شکل گیری خطوط سر انگشتان نیز وجود دارد. درست مانند شرایط آب و هوایی که ابرها را شکل داده یا خط ساحلی سواحل را به وجود آورده اند، تمام روند توسعه به قدری تصادفی و آشفته است، که در تمام دوره تاریخ بشری، تقریبا هیچ شانسی برای تشکیل دو الگوی یکسان  و دقیقا مانند هم نمی توان متصور بود.

 

در نتیجه، اثر انگشت هر انسانی نشانگری منحصر به فرد برای او محسوب می شود، و این امر حتی برای دو قلوهای یکسان نیز صدق می کند. و در حالی که دو اثر انگشت در نگاه اول در واقع ممکن است مثل هم به نظر برسند، یک پژوهش گر مجرب یا یک نرم افزار تحلیلی پیشرفته می توانید پی به تفاوت های روشن و از پیش تعریف شده ببرد.
این ایده اساسی تجزیه و تحلیل اثر انگشت است، که هم در بررسی و اثبات جرم و جنایت به کار گرفته می شود و هم برای تامین امنیت. وظیفه اسکنر اثر انگشت این است که جایگزین یک تحلیلگر انسانی شده و به وسیله جمع آوری نمونه های اثر انگشت کار مقایسه آن با نمونه یا نمونه های دیگری که قبلا ثبت کرده را انجام دهد. در بخش های بعد ، خواهیم فهمید که اسکنرهای اثر انگشت چگونه این کار را انجام می دهند.

 

 

 

روش های اسکن اثر انگشت به شره زیر است

 

1) سنسور نوری (اپتیکال optical):

 

در این نوع سنسورها، از نور مرئی برای تهیه اثر انگشت استفاده می شود. در حقیقت این سنسورها همان سنسورهای موجود در دوربین دیجیتال که عمدتاً CCD یا CMOS  هستند، می باشند. سطح این نوع سنسورها از تعداد زیادی المان حساس به نور تشکیل شده است که این المان ها نور برگشتی از انگشت را به جریان الکتریسیته تبدیل می کنند. طرز کار این سنسور به این صورت است که در ابتدا نوری به انگشت تابیده می شود.

 

 

2) سنسور خازنی (capacitance):

 

در این نوع از سنسورها، از اصول کارکرد خازن ها استفاده می شود. سطح این سنسور، از المان های ( پیکسل های ) خازنی تشکیل شده است که هر المان، وظیفه ثبت یک پیکسل از تصویر نهایی را دارد. اندازه این المان خازنی، از اندازه عرض برآمدگی اثر انگشت نیز کمتر است. هر کدام از این المان ها به عنوان یک خازن به کار می رود. هر المان از دو قطعه فلزی تشکیل شده است که این دو قطعه فلزی با هم، به عنوان یک خازن به کار می روند. البته در ابتدا ظرفیت این خازن ثابت است. اما هنگامی که انگشت بر روی سنسور قرار می گیرد، به دلیل اینکه سطح انگشت هم به عنوان دی الکتریک و هم به عنوان صفحه سوم به کار می رود، ظرفیت این پیکسل خازنی نیز تغییر می کند.

 

 

3) سنسور حساس به فشار:

 

این سنسور از دولایه تشکیل شده است که این لایه ها با نزدیک شدن به هم ( اعمال فشار بر لایه ها) مقدار جریان متفاوتی را به خروجی ارسال می کنند. با توجه به اینکه بر آمدگی های اثر انگشت ، فشار بیشتری را نسبت به فرورفتگی ها اعمال می کنند، پس جریان خروجی در برآمدگی های اثر انگشت، از فرورفتگی ها بیشتر است . به شکل فوق توجه نمایید.
این مقدار اختلاف جریان الکتریکی بین برآمدگی ها و فرو رفتگی ها کافی است، تا بتوانیم تصویری از اثر انگشت را بدست آوریم. جریان های دریافتی از این المان ها، به واحد پردازش مرکزی ارسال می شوند و سپس بر اساس هر جریان، مقداری بین 0 تا 255 از طیف خاکستری اختصاص داده می شود و در نهایت تصویری از اثر انگشت پدید می آید.

 

                      

 

 4) سنسور امواج مافوق صوت:

 

امواج مافوق صوت، فرکانس بالایی دارند و می توانند تا لایه ای از پوست انگشت نفوذ کنند. در این سنسور، ابتدا موجی با فرکانس بالا ( مافوق صوت )، به سطح انگشت ارسال می شود و سپس این سنسور، انرژی دریافتی این امواج را از سطح انگشت، اندازه گیری می کند. با توجه به اینکه مقدار انرژی دریافتی از برآمدگی های اثر انگشت، از فرورفتگی ها بیشتر است، پس جریان خروجی سنسور نیز متفاوت خواهد بود. جریان های دریافتی از سنسور به واحد پردازش مرکزی ارسال می شوند و سپس بر اساس هر جریان، مقداری بین 0 تا 255 از طیف خاکستری اختصاص داده می شود و در نهایت تصویری از اثر انگشت پدید می آید، به تصویر زیر توجه نمایید.

 

   تحلیل و آنالیز

 

این مرحله بسیار مهم است. چون بیشتر الگوریتم های تطابق دو اثر انگشت، بر اساس این نقاط مشخصه عمل می کنند و این نقاط باید به طور دقیق از تصویر اثر انگشت، استخراج شده و علامت گذاری شوند. اما چرا نقاط مشخصه؟ همانطور که می دانید عمده مصرف سیستم های تشخیص هویت، در سیستم های تعبیه شده است( مانند سیستم حضور و غیاب). سیستم های تعبیه شده از نظر پردازشگر مرکزی و میزان حافظه، دارای محدودیت هستند. ضمناً اگر الگوریتمی وجود داشته باشد که دو تصویر را تنها بر اساس شکل ظاهری مقایسه کند، قابل پیاده سازی در سیستم های تعبیه شده نیست، چون در این حالت باید تک تک پیکسل های دو تصویر پردازش شوند و این مستلزم داشتن پردازشگر مرکزی قدرتمند و میزان زیادی حافظه است. اما توسط نقاط مشخصه، فقط ویژگی هایی مانند مکان این نقاط و … علامت گذاری شده و ذخیره می شوند. ضمن آنکه سرعت کار نیز در عین داشتن کیفیت بالا می رود.

 

بنا بر این اکثر سیستم های اسکنر اثر انگشت به مقایسه ویژگی های خاصی از اثر انگشت می پردازند، که به طور کلی به عنوان «جزئیات» (minutiae) شناخته می شوند. به طور معمول، محققان زیست شناسی و کامپیوتر بر روی مناطقی تمرکز می کنند که یک برجستگی به پایان رسیده یا جایی که یک خط برجستگی به دو خط تجزیه شده (bifurcations). در مجموع ، گروهی از ویژگی های متمایز گاهی اوقات به نام typica. نامیده می شوند.
سیستم نرم افزاری اسکنر از الگوریتم های بسیار پیچیده ای برای تشخیص و تجزیه و تحلیل این جزئیات استفاده می کند. ایده پایه ای این است که اندازه گیری موقعیت نسبی جزئیات، بر اساس همان شیوه ای که شما ممکن است در موردش بدانید یعنی انتخاب بخشی از آسمان و مشخص کردن موقعیت نسبی ستاره ها اندازه گیری شود. یک راه ساده برای توضیح آن، در نظر گرفتن اشکالی است که زمان شما خطوط مستقیم بین آنها رسم می کنید، جزئیات مختلفی  تشکیل می دهند. اگر دو اثر، سه برجستگی و دو تقسیم خطوط یا bifurcations داشته باشند، احتمال این موضوع را که دو اثر مشابه و یکی باشند را بالا خواهد برد.
برای دریافت تطابق، سیستم اسکنر نیازی به یافتن تمام الگوهای جزئیات در هر دو نمونه اسکن شده و سابقه آرشیوی ندارد، بلکه باید به سادگی تعداد کافی از الگوها را پیدا کند که در دو نسخه اسکن شده و آرشیوی واضح تر است. تعداد دقیق این الگوها با توجه به برنامه نرم افزاری اسکنر متفاوت است و هر چه بیشتر باشد سیستم از دقت بالاتری برخوردار است.

 

                              

 

 

   جوانب مثبت و منفی

 

برای یک سیستم امنیتی راه های مختلفی  وجود دارد که بتواند از مجاز بودن دسترسی کاربر اطمینان حاصل کند. بیشتر سیستم های امنیتی  برای رسیدن به این هدف، بیشتر به دنبال یکی از موارد زیرهستند:

 

•  کاربر برای احراز هویت چه در اختیار دارد؟
• کاربر چه می داند؟
• کاربر کیست؟

 

برای ورود به سیستم با استفاده از روش “چه در اختیار دارید؟”، شما نیاز به نوعی “رمز یا نشانی” ، مانند کارت هویت با تراشه مغناطیسی خواهید داشت. در سیستم مبتنی بر روش “چه می دانید؟” از شما وارد کردن رمزعبور یا شماره پین را خواسته می شود. و بالاخره روش”شما کیستید؟” در عمل به دنبال شواهد فیزیکی می گردد که ثابت کند شما همان شخص مجاز هستید ( این شواهد فیزیکی می تواند به طور خاص اثر انگشت ، صدا یا الگوی عنبیه باشد.)

 

سیستم های “احراز هویت فیزیکی” مانند اسکنر اثر انگشت نسبت به سیستم های دیگر مزایایی دارند. به چند نمونه از این مزایا توجه کنید:

 

• جعل کردن صفات فیزیکی که منحصر به هر شخص می باشند، بسیار سخت تر از جعل کارت شناسایی است.
• شما هرگز قادر نخواهید بود یک الگوی اثر انگشت را مانند یک رمزعبور حدس بزنید.
• شما نمی توانید اثر انگشت، عنبیه یا صدای خود را مانند کارت شناسایی جا گذاشته یا گم کنید.
• شما نمی توانید همانند فراموش کردن رمزعبور، اثرانگشت خود را فراموش کنید!

 

اما به همان اندازه که این روش موثر و ایمن است، به طور حتم مصون از خطا نیست و ناگزیر معایب عمده ای نیز بر این سیستم وارد است. اسکنر نوری همیشه نمی تواند بین یک عکس از اثر انگشت و اثر انگشت حقیقی تمایز قائل شود و اسکنر خازنی را گاهی اوقات می توان با قالبی ساخته شده از انگشت فرد مجاز فریب داد. همچنین اگر کسی به اثر انگشت ثبت شده کاربر مجاز دسترسی یابد، می تواند اسکنر را فریب دهد. در بدترین شرایط، فرد جانی حتی می تواند انگشت کاربر مجاز را قطع کرده و با استفاده از آن به سادگی از حصار امنیتی گذر کند. البته بعضی از اسکنرها دارای سنسورهای اضافی ضربان و حرارت هستند تا زنده بودن انگشت را با آن تایید کنند، و با این امکانات نمی توان توسط قالب معمولی یا انگشت قطع شده سیستم را فریب داد، اما حتی این سیستم ها را نیز می توان با قالب ژلاتینی آماده شده که روی یک انگشت واقعی قرار می گیرد فریب داد!

 

برای حصول اطمینان از این سیستم های امنیتی، یک ایده خوب این است که تجزیه و تحلیل های بیومتریک را با سیستم های متدوال و مرسوم احراز هویت ترکیب کنیم، مانند ترکیب اسکن فیزیکی با یک رمزعبور (به همان روشی که مثلا یک دستگاه خودپرداز بانک نیاز به یک کارت بانکی و رمز هر دو با هم دارد)
مشکل واقعی سیستم های امنیتی بیومتریک میزان خسارتی است که هنگامی که فردی قصد سرقت اطلاعات هویتی را داشته باشد به بار می آید. اگر شما کارت اعتباری خود را گم کنید و یا به طور تصادفی به فردی رمزعبور آن را لو بدهید، همیشه می توانید درخواست صدور یک کارت جدید داده و یا رمزعبور را تغییر دهید. اما اگر کسی اثر انگشت شما را به هر طریق سرقت کند، بقیه عمر خود را در ترس و نگرانی سپری خواهید نمود. شما دیگر قادر به استفاده از اثر انگشت خود به عنوان شکلی از شناسایی و احراز هویت نخواهید بود (اعتبار هویت خود را از دست می دهید).

 

اما حتی با وجود این نقاط ضعف قابل توجه، اسکنرهای اثر انگشت و در کل سیستم های بیومتریک، ابزاری عالی برای شناسایی و احراز هویت به شمار می آیند. آنها در آینده ، به احتمال زیاد تبدیل به بخشی جدایی ناپذیر از زندگی روزمره اغلب مردم خواهند شد، درست مانند کلید، کارت های عابر بانک و رمزعبور در زندگی روزمره انسان ها.

 

نظرات شما عزیزان: