Μια νέα προσέγγιση στον τομέα της βιομετρικής ασφάλειας προτείνει ερευνητική ομάδα του Πανεπιστημίου Επιστήμης και Τεχνολογίας Pohang (POSTECH) στη Ν. Κορέα, με στόχο να περιορίσει τους κινδύνους που συνδέονται με την αποθήκευση και τη διαχείριση ευαίσθητων προσωπικών δεδομένων.
Η τεχνολογία επιτρέπει την αναγνώριση δακτυλικών αποτυπωμάτων μέσω της φυσικής αλληλεπίδρασής τους με υπερηχητικά κύματα, χωρίς να χρειάζεται να δημιουργηθεί και να αποθηκευτεί μια ψηφιακή αναπαράσταση του αποτυπώματος.
Η μελέτη δημοσιεύθηκε στο περιοδικό Nature Sensors και παρουσιάζει μια διαφορετική φιλοσοφία στην ανάπτυξη συστημάτων βιομετρικής ταυτοποίησης.
ΔΙΑΒΑΣΤΕ ΕΠΙΣΗΣ
Η αναγνώριση δακτυλικών αποτυπωμάτων αποτελεί πλέον συνηθισμένη πρακτική σε πολλές καθημερινές εφαρμογές, από το ξεκλείδωμα των smartphones μέχρι τις ηλεκτρονικές συναλλαγές και τον έλεγχο πρόσβασης σε προστατευμένους χώρους.
Ωστόσο, σε αντίθεση με τους κωδικούς πρόσβασης, τα δακτυλικά αποτυπώματα δεν μπορούν εύκολα να αντικατασταθούν εάν διαρρεύσουν. Τα συμβατικά συστήματα καταγράφουν το αποτύπωμα, το μετατρέπουν σε ψηφιακά δεδομένα και το συγκρίνουν με πληροφορίες που έχουν αποθηκευτεί προηγουμένως. Ακόμη και όταν εφαρμόζεται κρυπτογράφηση, η διαδικασία εξακολουθεί να βασίζεται στη διαχείριση βιομετρικών δεδομένων, δημιουργώντας δυνητικά σημεία ευπάθειας.
Η ερευνητική ομάδα του POSTECH επέλεξε να προσεγγίσει το πρόβλημα διαφορετικά: αντί να αναζητήσει ασφαλέστερους τρόπους αποθήκευσης των αποτυπωμάτων, επιχείρησε να εξαλείψει την ανάγκη ψηφιακής αποθήκευσης και σύγκρισής τους.
Πώς λειτουργεί η νέα τεχνολογία
Της έρευνας ηγήθηκε ο καθηγητής Junsuk Rho. Η ερευνητική ομάδα ανέπτυξε ένα σύστημα που ονομάζεται loop-diffractive neural network (loop-DNN), δηλαδή ένα περιθλαστικό νευρωνικό δίκτυο με βρόχο ανάδρασης, το οποίο βασίζεται σε ειδικά σχεδιασμένες υπερηχητικές μετα-επιφάνειες.
Οι μεταεπιφάνειες είναι τεχνητές, δισδιάστατες (2D) δομές κατασκευασμένες από τον άνθρωπο, οι οποίες έχουν ιδιότητες που δεν απαντώνται στη φύση και μπορούν να ελέγχουν με ακρίβεια τον τρόπο με τον οποίο διαδίδονται τα κύματα, επηρεάζοντας την κατεύθυνση, την ένταση και τη φάση τους.
Στη συγκεκριμένη εφαρμογή, λειτουργούν ως ένα φυσικό σύστημα επεξεργασίας πληροφοριών, παρόμοιο ως προς τη λειτουργία του με ορισμένα στοιχεία ενός τεχνητού νευρωνικού δικτύου.
Όταν τα υπερηχητικά κύματα αλληλεπιδρούν με ένα δακτυλικό αποτύπωμα, η μετα-επιφάνεια κατευθύνει την ακουστική ενέργεια σε διαφορετικές περιοχές, ανάλογα με τα χαρακτηριστικά του αποτυπώματος.
Εάν το αποτύπωμα αντιστοιχεί σε έναν εγγεγραμμένο χρήστη, η ενέργεια συγκεντρώνεται σε μια περιοχή που αντιστοιχεί στην αποδοχή της ταυτοποίησης. Αντίθετα, ένα μη αναγνωρισμένο αποτύπωμα οδηγεί την ενέργεια σε διαφορετική περιοχή, η οποία αντιστοιχεί στην απόρριψη.
Έτσι, το σύστημα μπορεί να αποφασίσει εάν το αποτύπωμα είναι έγκυρο συγκρίνοντας απλώς τις εντάσεις των σημάτων στις δύο περιοχές. Δεν χρειάζεται να ανακατασκευάσει ψηφιακά την εικόνα του δακτυλικού αποτυπώματος ούτε να εξαγάγει και να συγκρίνει ξεχωριστά τα χαρακτηριστικά του μέσω συμβατικής ψηφιακής επεξεργασίας.
Επιπλέον, οι ερευνητές έλεγξαν όχι μόνο τη φάση των υπερηχητικών κυμάτων, αλλά και την έντασή τους, καθώς και τη μετάδοσή τους μέσω ενεργοποίησης και απενεργοποίησης. Με αυτόν τον τρόπο, διεύρυναν τις δυνατότητες επεξεργασίας των πληροφοριών που μεταφέρουν τα κύματα.
Υψηλή ακρίβεια αναγνώρισης
Στις δοκιμές με δακτυλικά αποτυπώματα το σύστημα κατέγραψε ακρίβεια 97,92% σε συνολικά 192 δείγματα επικύρωσης.
Παράλληλα, πρόσθετες αριθμητικές προσομοιώσεις, οι οποίες αξιοποίησαν διεθνή βάση δεδομένων δακτυλικών αποτυπωμάτων, έδειξαν ότι η ακρίβεια μπορούσε να φτάσει έως και το 99,75% για έναν εγγεγραμμένο χρήστη.
Οι ερευνητές διαπίστωσαν επίσης ότι η απόδοση της αναγνώρισης βελτιωνόταν γενικά όσο αυξάνονταν οι βαθμοί ελευθερίας στον σχεδιασμό της μετα-επιφάνειας, δηλαδή οι δυνατότητες ελέγχου της συμπεριφοράς των υπερηχητικών κυμάτων.
Τα αποτελέσματα είναι ενθαρρυντικά, ωστόσο απαιτούνται περαιτέρω δοκιμές και τεχνολογική ανάπτυξη προκειμένου να αξιολογηθεί η αποτελεσματικότητα του συστήματος σε πραγματικές συνθήκες χρήσης και σε μεγαλύτερο αριθμό χρηστών.
Η σημαντικότερη καινοτομία της μεθόδου είναι ότι μεταφέρει τη διαδικασία ταυτοποίησης από το μοντέλο «αποθήκευση και σύγκριση» σε μια προσέγγιση που βασίζεται στον φυσικό υπολογισμό και στην άμεση λήψη απόφασης.
Καθώς δεν απαιτείται ξεχωριστή αποθήκευση των δεδομένων του δακτυλικού αποτυπώματος, η τεχνολογία θα μπορούσε να μειώσει τον κίνδυνο διαρροής βιομετρικών πληροφοριών και να ενισχύσει την προστασία της ιδιωτικότητας.
Σε βάθος χρόνου, θα μπορούσε να αξιοποιηθεί σε εφαρμογές όπου η ασφάλεια της ταυτοποίησης είναι ιδιαίτερα σημαντική, όπως σε smartphones και φορητές συσκευές, σε χρηματοοικονομικές υπηρεσίες, για την ταυτοποίηση χρηστών σε συναλλαγές και συστήματα πρόσβασης, στην υγειονομική περίθαλψη για τον έλεγχο πρόσβασης σε ευαίσθητα συστήματα και πληροφορίες, σε αυτοκίνητα, για την ταυτοποίηση οδηγών και την πρόσβαση σε λειτουργίες του οχήματος ή σε αμυντικές εφαρμογές.
Αξίζει, ωστόσο, να διευκρινιστεί ότι η απουσία αποθήκευσης των αποτυπωμάτων δεν συνεπάγεται αυτομάτως πλήρη ασφάλεια. Η συνολική προστασία θα εξαρτάται και από τον σχεδιασμό, την ανθεκτικότητα και την ενσωμάτωση του συστήματος στις τελικές συσκευές.
Προκλήσεις πριν από την εμπορική αξιοποίηση
Παρά τα ενθαρρυντικά αποτελέσματα, η τεχνολογία βρίσκεται ακόμη σε πειραματικό στάδιο και πρέπει να ξεπεράσει ορισμένα σημαντικά εμπόδια.
Το σημερινό πειραματικό σύστημα λειτουργεί σε συχνότητα περίπου 40 kHz. Για την ενσωμάτωσή του σε βιομηχανικούς αισθητήρες, οι ερευνητές επισημαίνουν την ανάγκη σμίκρυνσης και μετάβασης προς τη ζώνη συχνοτήτων των MHz. Παράλληλα, απαιτείται περαιτέρω ανάπτυξη ώστε να μπορεί να υποστηρίζει περισσότερους εγγεγραμμένους χρήστες, διατηρώντας υψηλή ακρίβεια και αξιόπιστη λειτουργία.
Η ερευνητική ομάδα σχεδιάζει να εξελίξει την πλατφόρμα συνδυάζοντας πολυστρωματικές μετα-επιφάνειες με ψηφιακές τεχνολογίες, με στόχο τη διεύρυνση των δυνατοτήτων της και την προσέγγιση πρακτικών εφαρμογών.
Ο καθηγητής Junsuk Rho, επικεφαλής της έρευνας, υπογραμμίζει ότι η καινοτομία δεν αφορά απλώς έναν ταχύτερο αλγόριθμο ή μια ισχυρότερη μέθοδο κρυπτογράφησης, αλλά μια διαφορετική προσέγγιση στον ίδιο τον τρόπο λειτουργίας της βιομετρικής ταυτοποίησης.
Όπως λέει, η εξάλειψη της ανάγκης ξεχωριστής αποθήκευσης των βιομετρικών πληροφοριών θα μπορούσε να οδηγήσει σε μια νέα μέθοδο ταυτοποίησης, περιορίζοντας τον κίνδυνο έκθεσης των δακτυλικών αποτυπωμάτων μέσω κυβερνοεπιθέσεων.
Η νέα προσέγγιση του POSTECH αναδεικνύει μια διαφορετική κατεύθυνση για το μέλλον της βιομετρικής ασφάλειας: αντί να αναζητούμε μόνο καλύτερους τρόπους προστασίας ευαίσθητων δεδομένων, μπορούμε να σχεδιάζουμε συστήματα που περιορίζουν εξαρχής την ανάγκη αποθήκευσής τους.
Αν η τεχνολογία εξελιχθεί και αποδειχθεί αξιόπιστη σε πραγματικές συνθήκες, θα μπορούσε να αποτελέσει ένα σημαντικό βήμα προς ασφαλέστερες και πιο φιλικές ως προς την ιδιωτικότητα μεθόδους ψηφιακής ταυτοποίησης.
