Technologia

Moje cyfrowe ciało

Numer 3/2020
Rozpoznawanie linii papilarnych jest szeroko stosowane w kontroli dostępu. Rozpoznawanie linii papilarnych jest szeroko stosowane w kontroli dostępu. Chaikom / Shutterstock
Powoli, ale nieubłaganie nasze ciało jest opisywane za pomocą narzędzi i map cyfrowych. Dotyczy to palców, oczu, sylwetki, twarzy i głosu. Wszystko dla naszej wygody – ale czy na pewno?
Biometria twarzy opiera się na rozpoznaniu pozycji charakterystycznych punktów i odległości między nimi.Franck Boston/Shutterstock Biometria twarzy opiera się na rozpoznaniu pozycji charakterystycznych punktów i odległości między nimi.

Identyfikacja człowieka za pomocą cech jego ciała jest stara jak sam świat. Mózg ludzki ma szczególne predyspozycje do zapamiętywania twarzy. Jeszcze w XIX w. w zakładach karnych urządzano „parady więźniów” – pensjonariusze chodzili w koło przed publicznością złożoną z policjantów i prokuratorów, aby ci zapamiętali ich oblicza i mogli to wykorzystać na wypadek, gdyby któryś zbiegł.

Tyle że identyfikacja tożsamości na podstawie twarzy ma wiele wad. Człowiek się starzeje, może zmienić uczesanie, przybrać inną minę, zapuścić brodę, a nawet wykonać operację plastyczną. Przełomem w kryminalistyce było zastosowanie linii papilarnych. Choć już w Babilonie stosowano odcisk palca na gorącym wosku do potwierdzenia tożsamości, to dopiero szkocki lekarz Henry Faulds systematycznie zajął się wykorzystaniem daktyloskopii w śledztwach. Legenda głosi, że podczas pobytu w Tokio zauważył, że ktoś podkrada mu ulubioną whisky z barku. Odcisk palca pozostawiony na szklaneczce naprowadził go na trop złodzieja, a potem – unikatową metodę identyfikacji osób. Opublikowana przez Francisa Galtona na podstawie jego badań monografia „Fingerprints” stała się biblią kryminologów i doprowadziła do powstania nowej dziedziny: biometrii. Nawet dzisiaj, gdy coraz częściej identyfikujemy tożsamość za pomocą innych cech, mówimy o odcisku palca, np. cyfrowym – mimo woli oddając hołd Fauldsowi i Galtonowi.

Skuteczny sposób, aby jednoznacznie zidentyfikować człowieka za pomocą cech ciała, wymaga tak zwanych trzech n. Pierwsze n to niezmienność – odciski palca, podobnie jak kod DNA i obraz tęczówki oka nie zmieniają się przez całe życie. Nie da się ich także trwale zmodyfikować – choć można chwilowo oszukać, o czym niżej. Drugie n to nieusuwalność. Ślady biometryczne niezmiernie trudno usunąć. Odciski palców są niewidoczne i tylko najbardziej doświadczeni przestępcy są w stanie je zetrzeć. Ale nie sposób usunąć mikrośladów DNA pozostawionych w miejscu, gdzie się było (włosy, naskórek, ślady śliny) – co dzisiaj jest błogosławieństwem dla śledczych, zwłaszcza w poważnych naruszeniach prawa, jak napady, morderstwa i przestępstwa seksualne. I wreszcie trzecie n to niepowtarzalność. Nie ma dwóch takich samych odcisków palców, nie ma dwóch takich samych twarzy. Nawet bliźniaki jednojajowe różnią się szczegółami.

Ręka, oko, głos

Po czym konkretnie zidentyfikować człowieka? Zacznijmy od metody najstarszej i dziś przeżywającej drugą młodość: twarz. Rozpoznawanie tożsamości na tej podstawie weszło do głównego nurtu analiz po zamachach z 2001 r.; dzisiaj jest stosowane masowo zwłaszcza przy kontroli bezpieczeństwa publicznego. Każda twarz ma pewne unikatowo położone punkty – chodzi o oczy, kości policzkowe, nos czy podbródek. Oprogramowanie – w zależności od jego generacji i wyrazistości zdjęcia – potrafi wyłowić od kilkunastu do kilkudziesięciu takich punktów. Odległości między nimi są różne. Co więcej, określono reguły, według których twarze poszczególnych typów (mężczyzn, kobiet, Azjatów, Mulatów) się starzeją. Plotka głosi, że popularny jakiś czas temu tag #tenyearschallenge, namawiający użytkowników Facebooka do wrzucania swoich zdjęć z dzisiaj i sprzed 10 lat, był „strojeniem” mechanizmów rozpoznawania tych samych twarzy mimo upływu czasu. Prawda czy nie, bez wątpienia algorytmy rozpoznawania twarzy pozwoliła udoskonalić moda na selfie – czyli wrzucanie swojej twarzy w różnych sceneriach, z różnym wyrazem, w różnym oświetleniu na sieci społecznościowe pod własnym nazwiskiem. Rozpoznawanie twarzy stosowane jest powszechnie w smartfonach do ochrony dostępu, ale nie tylko – także do rozpoznawania osób w liniach lotniczych, do określenia wieku osoby (np. przy sprzedaży alkoholu) oraz do rozpoznawania wczesnej fazy niektórych chorób.

Drugi z mechanizmów biometrii – również znany od dość dawna – to rozpoznawanie linii papilarnych. Trudność w wykorzystaniu odcisków palców przed wynalezieniem komputerów wynikała z dwóch faktów. Pierwszego – że nie można było zdjąć odcisku od osoby, która sama go nie udostępniła (podczas gdy twarz można sfotografować w przestrzeni publicznej, np. na stacji kolejowej). Drugiego – że ludzki mózg nie jest dostosowany do rozpoznawania linii papilarnych tak dobrze jak twarzy. W ciągu tysięcy lat ewolucji identyfikowanie członków rodziny i plemienia po rysach twarzy było nam niezbędne, po opuszkach palców – nigdy. Technicznie rzecz biorąc, metody biometryczne bazujące na liniach papilarnych są podobne do metod rozpoznawania twarzy: polegają na znalezieniu pewnych punktów (węzłów) charakterystycznych na dwuwymiarowym obrazie (zakończeń, załamań, trójkątnych kształtów, charakterystycznych krzywizn) i porównaniu ze wzorcem.

Krewnym odcisków palców jest trzeci mechanizm – układ żył w palcu lub całej dłoni. Obecnie uważa się tę metodę za najdoskonalszą technicznie i najbardziej pewną. Wnętrze palca (dłoni) zostaje podświetlone promieniowaniem ultrafioletowym. Nieco inaczej odbija je mięsień, a inaczej naczynie krwionośne. Układ naczyń porównuje się ze wzorcem. Ta technologia góruje nad liniami papilarnymi pod względem skuteczności. Odsetek niepoprawnych identyfikacji oscyluje pomiędzy 0,0001% FAR (fałszywa akceptacja wzorca) a 0,01% FRR (fałszywe odrzucenie wzorca). Dodatkowo, o ile na palce albo twarz można nałożyć specjalną żelową nakładkę z fałszywymi rysami, o tyle w przypadku odcięcia palca czy dłoni przestaje płynąć krew i układ żył przestaje się zgadzać.

Tęczówka to czwarta, sporo młodsza metoda – rozwinięta dopiero w erze komputerów, tj. od lat 70. ub.w. Metoda polega na podziałaniu na oko światłem widzialnym lub podczerwonym i analizie obrazu podobnej jak w przypadku żył, twarzy lub linii papilarnych – tyle że bazującej na innych punktach, kształtach i różnicach barw. Zaleta identyfikacji za pomocą tęczówki płynie z budowy samego oka – to dobrze chroniony organ, niepodatny na manipulacje (co odróżnia go np. od twarzy, którą dość łatwo przemodelować), niezmieniający się z wiekiem. Wadą tej metody jest możliwość jej „ogłupienia” za pomocą prostych sposobów. Podstawienie modelu albo nawet zwykłego zdjęcia osoby, za którą się podajemy, pozwala oszukać większość prostych czytników.

Wad tych nie ma metoda porównywania DNA, powoli wypierająca odciski palców z kryminalistyki. Bazuje ona bezpośrednio na kolejności zasad w odpowiadających sobie fragmentach nici kwasu nukleinowego, a także większych fragmentów nici (genów) i ich identyczności. Porównywanie próbek DNA daje praktycznie stuprocentową pewność – i dlatego powszechnie stosowane jest właśnie jako dowód sądowy. Wystarczy tylko odrobina materiału – ślad śliny na niedopałku, włos, mikroskopijna kropla potu, fragment paznokcia, łupież – i można znaleźć winowajcę przestępstwa. Analiza DNA przydaje się także w innych dziedzinach – przede wszystkim diagnozie chorób genetycznych, ale także w ustalaniu rodzicielstwa. W Polsce bodaj najbardziej spektakularnym sukcesem biometrii za pomocą DNA było wskazanie, które konkretnie kości znalezione pod posadzką fromborskiej katedry należały do Mikołaja Kopernika, syna Mikołaja seniora oraz Barbary z domu Watzenrode. Wadą biometrii za pomocą próbek DNA pozostaje jej wysoka cena oraz czas trwania analizy. Wymaga specjalistycznych odczynników i aparatury. Nie może być więc stosowana np. w kontroli dostępu na lotniskach, gdzie lepiej sprawdzają się analiza twarzy, oczu oraz dłoni – metody tanie i masowe.

Stosunkowo najsłabiej upowszechniła się biometria za pomocą głosu. Fala głosowa jest nagrywana i rozkładana na czynniki pierwsze za pomocą metod analitycznych i probabilistycznych. Następnie przeprowadza się porównanie wzorców – dokładnie tak jak w przypadku rysów twarzy, tęczówki czy linii papilarnych – tylko dane są inaczej przygotowywane, bazują nie na dwuwymiarowym obrazie, lecz charakterystyce fali dźwiękowej. Biometrii głosowej używa się w interaktywnej rozrywce (niektóre konsole) i w bankowości – na masową skalę zastosował ją brytyjski bank Barclays. Jej zaletą jest względna prostota, wadą zaś – niska dokładność, trudność stosowania w hałaśliwym otoczeniu oraz konieczność uczenia modelu.

Z kronikarskiego obowiązku odnotujmy także mniej popularne metody biometrii. Firma Microsoft przy okazji badań nad konsolą Xbox i czujnikiem Kinect udoskonaliła technologię biometrii całej sylwetki oraz sposobu poruszania się. Media twierdzą, że amerykańskie służby (FBI, NSA oraz kontrola graniczna) posiadają technologie rozpoznawania tożsamości na podstawie tatuaży. Wystarczy fotografia ramienia, łydki albo pleców pokrytych tuszem, a komputer jest w stanie zidentyfikować człowieka niemal ze stuprocentową pewnością.

Ale chyba najciekawsza z metod biometrycznych to badanie naszego cyfrowego odcisku palca, czyli wzorców naszego zachowania w internecie. Na podstawie lajkowanych wpisów, odwiedzanych stron, słuchanej online muzyki, a nawet sposobu wypowiedzi cyfrowe modele porównywania wzorców mogą określić naszą tożsamość z pewnością nie mniejszą niż ta, którą dają tradycyjne metody: odciski palców, tęczówka czy dłoń.

Zastosowania

Z technicznego punktu widzenia zupełnie innym problemem jest porównanie do wzorca, a innym wyszukanie go. Mówiąc prościej – odpowiedź na pytanie, czy to ten sam człowiek, jest stosunkowo łatwa. Jednak wyszukanie wzorca w zadanym zbiorze (do kogo należy twarz, oko lub dłoń?) to już zupełnie inny problem. Ta druga technologia dostępna jest w tej chwili tylko dla nielicznych – i do tego za duże pieniądze. O ile technologię porównywania wzorców można uznać za samochód osobowy średniej klasy, o tyle technologia wyszukiwania wzorców w zawierających miliony wzorców bazie danych biometrycznych to już ferrari – jeśli nie rakieta kosmiczna.

Najpopularniejszym zastosowaniem biometrii pozostaje oczywiście kontrola dostępu. Opisywane wcześniej technologie stosowane przez producentów smartfonów są tutaj najlepszym przykładem. Pokazanie twarzy do kamery odblokowuje ekrany w iPhone’ach i urządzeniach opartych na Androidzie. Czytniki linii papilarnych to dzisiaj „gratisowy” dodatek do większości smartfonów ze średniej i wyższej półki. Stosuje się je przy uzyskiwaniu dostępu do poszczególnych aplikacji, ale także do płatności elektronicznych z użyciem technologii zbliżeniowej, zamiast PIN.

W coraz większej liczbie miejsc pojawia się identyfikacja za pomocą linii papilarnych. Jedna z krajowych sieci siłowni oferuje tylko taki dostęp do swoich obiektów. Kilka polskich banków pozwala klientom na identyfikację w oddziale za pomocą biometrii – korzystając z czytników układu żył.

Czytniki wzorów naczyń krwionośnych, odcisków palca oraz twarzy stosowane są powszechnie przez rządy – m.in. europejskie i amerykański – do kontroli tożsamości osoby przekraczającej granicę. Każdy, kto starał się o amerykańską wizę, wie, że swój ślad biometryczny trzeba zostawić dwa razy: raz w ambasadzie lub konsulacie, drugi raz na granicy. Nie inaczej jest w przypadku granic strefy Schengen. Warto dodać, że większość krajów do niej należących obligatoryjnie lub opcjonalnie umieszcza w paszportach obraz biometryczny twarzy lub linii papilarnych właściciela.

Biometria jest szeroko stosowana przez policję i służby specjalne całego świata. W jakim zakresie – tego nikt tak do końca nie wie, oczywiście poza samymi funkcjonariuszami oraz firmami dostarczającymi im produkty i usługi. Niemniej identyfikacja na podstawie danych DNA (szczególnie w sprawach, które wiążą się ze stosowaniem przemocy) stanowi dzisiaj codzienność wymiaru sprawiedliwości. Codzienność stanowi także identyfikacja podejrzanych o przestępstwa na podstawie wizerunku twarzy. Dzisiaj odbywa się w dużej mierze „ręcznie” (czy raczej „ocznie”), tj. poprzez przeglądanie przez policyjnego analityka dziesiątków, a czasami setek godzin nagrań z różnych kamer. Wkrótce na większą skalę odbywać się może maszynowo, dzięki uczeniu maszynowemu i algorytmom sztucznej inteligencji.

Ciekawy i nietypowy przykład zastosowania biometrii poznaliśmy po zatonięciu promu „Estonia” – największej katastrofie morskiej w Europie. Na 93 ciała, które znaleziono we wraku lub wyrzuciło morze, w 56 przypadkach zastosowano identyfikację na podstawie uzębienia. Finlandia i Szwecja posiadały bowiem odciski obu łuków zębowych swoich obywateli w swoich archiwach medycznych.

Biometria a bezpieczeństwo

Twarz w masce gazowej, goglach i chirurgicznej maseczce lub nawet hełmie Boba Budowniczego albo Kapitana Ameryki pozostaną symbolem demonstracji, które przetoczyły się przez Hongkong w drugiej połowie 2019 r. Młodych ludzi na ulice chińskiej metropolii wyprowadziło nowe prawo, w myśl którego można by – za pośrednictwem innego państwa – przekazywać obywateli Hongkongu do Chin kontynentalnych, gdzie nie mieliby szans na uczciwy proces. Początkowo ograniczone demonstracje zamieniły się w regularne walki uliczne, w których policja i władze masowo wykorzystywały systemy inwigilacji elektronicznej bazujące na biometrii. Nawet lampy w Hongkongu wyposażono w kamery – i dlatego także one stały się celem ataków protestujących. 24 sierpnia ub.r. zniszczono kilka z 50 pierwszych (na planowanych 400), które miały przekazywać do centrum zarządzania inteligentnym miastem dane o ruchu, pogodzie i zanieczyszczeniach. Choć nie znaleziono dowodów na ich zastosowanie przeciwko demonstrantom, to wystarczyła sama taka możliwość, by w opinii protestujących stały się narzędziami inwigilacji.

Chiński rząd poza Hongkongiem (gdzie prawa obywatelskie chronione są bardziej niż w Chinach kontynentalnych) jest bodaj najbardziej zaawansowany w wykorzystywaniu biometrii w swoiście pojmowanym zarządzaniu społeczeństwem. Bez zdjęcia nie można dzisiaj w Chinach pojechać pociągiem, wziąć pożyczki, polecieć samolotem czy zrobić zakupów w sklepie samoobsługowym. Chińskie miasta należą do najbardziej nasyconych kamerami na świecie (zajmują osiem z dziesięciu najwyższych miejsc rankingu). Jakkolwiek w przeliczeniu na mieszkańca Chiny nie odstają istotnie od krajów takich jak USA czy Wielka Brytania (7–8 osób na kamerę), to sposób ich wykorzystania jest inny: w państwach zachodnich większość kamer to własność prywatna (monitoring posesji i budynków) i rząd nie ma (przynajmniej łatwo i legalnie) dostępu do transmisji. W Chinach większość kamer należy do władz i mogą one podglądać obywateli bez ograniczeń.

Masowe wykorzystywanie biometrii to uzupełnienie systemu kredytu społecznego, który rząd rozwija od 2009 r. Punkty można stracić za przechodzenie na czerwonym świetle, wyrzucanie papierków na ulicę, puszczanie psa bez smyczy, przekraczanie prędkości, a także dość zaskakujące „wykroczenia”: oszukiwanie w grach komputerowych, niezbyt regularne odwiedzanie swoich dziadków (!!!) czy niezapłacenie czynszu na czas. Dodajmy, że na razie w większości lokalnych systemów przynależność nie jest obowiązkowa, a bodźce mają charakter pozytywny (np. dostęp do zamkniętych imprez albo niższe oprocentowanie kredytu). Na (bliskim) horyzoncie majaczy jednak państwo powszechnej biometrycznej inwigilacji, na wzór tego, które stworzyli Janusz A. Zajdel w powieści „Paradyzja”, George Orwell w książce „Rok 1984” albo Andrew Niccol w filmie „Gattaca – szok przyszłości”. Ciekawostka – tytuł tego ostatniego dzieła pochodzi od zasad wchodzących w skład DNA (guanina, adenina, tymina, cytozyna).

Zanim jednak zmartwimy się życiem Chińczyków, przypomnijmy sobie o naszym podwórku. W Polsce na początku 2016 r. weszła w życie tzw. ustawa inwigilacyjna, która upoważnia służby specjalne do nieograniczonego i niekontrolowanego wglądu do rejestrów państwowych. Wśród nich – do rejestru dowodów osobistych czy paszportów, gdzie znajdują się nasze dane biometryczne. Filmowanie demonstracji (dzisiaj już rutynowe działanie policji) pozwala określić dokładnie, kto gdzie był, obok kogo stał, jaki transparent trzymał i co dokładnie skandował. W połączeniu z (iluzoryczną i wyłącznie ilościową) kontrolą nad zbieraniem informacji biometrycznych przez służby państwowe może to prowadzić do nadużyć.

Nowa biometryczna rzeczywistość

Czy przez biometrię można stracić tożsamość? Oczywiście, choć niekoniecznie w sposób, jaki przedstawiają filmy sensacyjne, tj. wyłupienie oczu i zbliżenie ich do czytnika albo przeszczep, jak w „Raporcie mniejszości”. Można natomiast podmienić wzorzec biometryczny – zamiast naszej tęczówki w hakowanej bazie danych znajdzie się tęczówka innej osoby, a my będziemy musieli bardzo długo – i niekoniecznie skutecznie – udowadniać, że my to my, choć oczy są inne od biometrycznego wzorca.

Biometria ma więc – jak każda technologia – swoje plusy i minusy; przynosi istotną zmianę, która sama z siebie nie jest ani dobra, ani zła. Stanie się jednak wkrótce naszą codziennością na lotniskach, granicach, a także – być może – w bankach, urzędach oraz przy korzystaniu ze smartfonów. Jak zwykle prawo i obyczaje będą musiały nadążyć za zmianami technologicznymi.

Jakub Chabik
inżynier informatyk, nieuleczalny geek nowych technologii

***

Metody biometryczne w pigułce

Badany element:
Palce dłoni
Metoda:
Odczyt układu linii papilarnych
Charakterystyka:
• od dawna stosowane w kryminologii
• bardzo wysoka dokładność
• wymaga posiadania wzorca

Badany element:
Twarz
Metoda:
Układ charakterystycznych elementów i odległości między punktami
Charakterystyka:
• możliwość oszukiwania za pomocą zmiany fryzury, operacji plastycznej lub po prostu zapuszczenia czy zgolenia brody
• stosowana szeroko – na fotografowanie twarzy w przestrzeni publicznej nie potrzeba zgody
• oprócz tożsamości można zidentyfikować płeć i wiek osoby

Badany element:
Dłoń
Metoda:
Układ naczyń krwionośnych w palcu lub całej dłoni
Charakterystyka:
• bardzo wysoka dokładność
• wymaga posiadania wzorca
• stosowana w bankowości i kontroli dostępu

Badany element:
Głos
Metoda:
Analiza widmowa wysokości głosu i intonacji
Charakterystyka:
• umiarkowana dokładność, zwłaszcza przez telefon
• wymaga wcześniejszego „uczenia”
• stosowana w bankowości

Badany element:
Tęczówka
Metoda:
Odczyt charakterystycznych elementów tęczówki
Charakterystyka:
• bardzo wysoka dokładność…
• …ale można ją oszukać za pomocą modelu lub obrazu
• tęczówka praktycznie nie zmienia się z wiekiem
• wymaga przybliżenia oka do czytnika

Badany element:
DNA
Metoda:
Układ zasad w nici DNA
Charakterystyka:
• bardzo wysoka dokładność
• wysoki koszt; niemożliwa do zastosowania na masową skalę
• szeroko stosowana w kryminalistyce

01.03.2020 Numer 3/2020

Czytaj także

Reklama
Reklama

Ta strona do poprawnego działania wymaga włączenia mechanizmu "ciasteczek" w przeglądarce.

Powrót na stronę główną