RU2622879C1 - Method for biometric person identification by profilograms of papillary pattern - Google Patents

Abstract

FIELD: physics.

SUBSTANCE: method provides information security by using the biometric identification based on the finger papillary pattern, wherein the use of the identification by the papillary pattern profilogram provides additional security levels for the biometric person identification systems by obtaining and analyzing the data.

EFFECT: increasing the reliability of the identification.

3 dwg

Description

Translated fromRussian

Предлагаемый способ относится к области информационной безопасности, конкретно к системам биометрической идентификации на основе папиллярного узора пальца.The proposed method relates to the field of information security, specifically to biometric identification systems based on a papillary finger pattern.

Известен аналог заявляемого объекта «Способ сканирования рисунка кожных линий и устройство для его осуществления» (РФ Патент №2168206). Способ заключается в помещении анализируемой части тела со сканируемым рисунком кожных линий на выпуклое основание, прозрачное для сканирующего излучения, сканировании анализируемой части тела потоком сканирующего излучения от источника излучения через выпуклое основание и регистрации приемником отраженного излучения. Технический результат достигается благодаря тому, что при контакте с выпуклым основанием анализируемой части тела создается усилие для перемещения основания относительно неподвижной опоры с обеспечением по меньшей мере полного перемещения помещенной на него анализируемой части тела относительно потока сканируемого излучения.A known analogue of the claimed object "The method of scanning the pattern of skin lines and a device for its implementation" (RF Patent No. 2168206). The method consists in placing the analyzed part of the body with a scanned pattern of skin lines on a convex base that is transparent to the scanning radiation, scanning the analyzed part of the body with a stream of scanning radiation from the radiation source through the convex base and registering the reflected radiation with the receiver. The technical result is achieved due to the fact that upon contact with the convex base of the analyzed part of the body, an effort is created to move the base relative to the fixed support, ensuring at least complete movement of the analyzed part of the body placed on it relative to the stream of scanned radiation.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого объекта, является сканирование исследуемой части тела с помощью дактилоскопических сканеров.Signs of an analogue that coincide with the essential features of the claimed object is the scanning of the investigated part of the body using fingerprint scanners.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: недостаточная надежность данного способа при использовании поддельных биометрических носителей, невозможность идентифицировать наличие пространственно-объемного рельефа сканируемой области.Reasons that hinder the achievement of the technical result are: insufficient reliability of this method when using fake biometric media, inability to identify the presence of a spatial-volumetric relief of the scanned area.

Известен аналог заявляемого объекта «Способ биометрической идентификации» (РФ патент №2286599). Способ включает в себя считывание информации о биометрической характеристике пользователя, сравнение полученной информации с образцом и защиту от поддельной статистической биометрической характеристики. Технический результат достигается благодаря тому, что для защиты от поддельной биометрической характеристики измеряют изменение во времени статистической биометрической характеристики, определяют параметры изменения статистической биометрической характеристики и отвергают вводимую статистическую биометрическую характеристику как поддельную при отклонении указанных параметров от установленной нормы. В качестве статистической биометрической характеристики используют отпечаток пальца, а изменение во времени при снятии отпечатка пальца определяют по временной зависимости площади контактной поверхности отпечатка пальца.A known analogue of the claimed object "Method of biometric identification" (RF patent No. 2286599). The method includes reading information about the biometric characteristics of the user, comparing the received information with the sample and protection against fake statistical biometric characteristics. The technical result is achieved due to the fact that, in order to protect against a fake biometric characteristic, the time-dependent change of the statistical biometric characteristic is measured, the parameters of the change of the statistical biometric characteristic are determined, and the introduced statistical biometric characteristic is rejected as fake when these parameters deviate from the established norm. A fingerprint is used as a statistical biometric characteristic, and the time change when taking a fingerprint is determined by the time dependence of the area of the contact surface of the fingerprint.

Данная конструкция биометрической системы идентификации позволяет повысить надежность системы за счет измерения изменения во времени статистических характеристик.This design of the biometric identification system allows you to increase the reliability of the system by measuring the change in time of statistical characteristics.

Признаками аналога, совпадающими с существенными признаками заявляемого объекта, являются: сканирование рисунка отпечатка пальца, выявление всех геометрических особенностей рисунка (всех контрольных точек).Signs of an analogue that coincide with the essential features of the claimed object are: scanning a fingerprint picture, revealing all the geometric features of the picture (all control points).

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: недостаточная надежность данного способа при использовании поддельных биометрических носителей, невозможность идентифицировать наличие пространственно-объемного рельефа сканируемой области.Reasons that hinder the achievement of the technical result are: insufficient reliability of this method when using fake biometric media, inability to identify the presence of a spatial-volumetric relief of the scanned area.

Из известных аналогов наиболее близким является «Способ аутентификации личности по рисунку отпечатка пальца и устройство для его реализации» (РФ патент №2355307). Способ включает в себя формирование биометрического шаблона, при формировании которого дополнительно используют контрольные точки, встречающиеся не во всех примерах рисунков отпечатков пальцев. После выделения всех контрольных точек рисунка и статистических особенностей рисунка окружающих их областей выделяют дополнительные контрольные точки, где особенности рисунка отсутствуют, и после выявления статистических параметров областей, окружающих эти точки, запоминают положение и параметры всех контрольных точек полученного расширенного биометрического шаблона. При аутентификации контролируют отсутствие в проверяемом рисунке отпечатка пальца контрольных точек в местах расположения дополнительных контрольных точек. При аутентификации извне или от внутреннего генератора случайных чисел задают личный код пользователя, задают связи сети искусственных нейронов, обучают нейронную сеть преобразовывать параметры рисунка в личный код пользователя. После обучения уничтожают информацию о личном коде пользователя, а также часть данных в описании расширенного биометрического шаблона.Of the known analogues, the closest is the "Method of authentication of the person according to the fingerprint and the device for its implementation" (RF patent No. 2355307). The method includes the formation of a biometric template, the formation of which additionally use control points that are not found in all examples of fingerprint patterns. After selecting all the control points of the drawing and the statistical features of the drawing of the areas surrounding them, additional control points are identified where there are no features of the drawing, and after identifying the statistical parameters of the areas surrounding these points, the position and parameters of all the control points of the obtained extended biometric template are remembered. During authentication, the absence of control points in the verified fingerprint at the locations of additional control points is checked. When authenticating from outside or from an internal random number generator, the user's personal code is set, the network of artificial neurons is connected, the neural network is trained to convert the picture parameters to the user's personal code. After training, information about the user's personal code, as well as part of the data in the description of the extended biometric template, is destroyed.

Данный способ биометрической системы идентификации позволяет повысить надежность системы за счет выделения контрольных точек рисунка и определения их статистических особенностей.This method of a biometric identification system allows to increase the reliability of the system by highlighting the control points of the figure and determining their statistical features.

Признаками прототипа, совпадающими с существенными признаками заявляемого объекта, являются: сканирование рисунка отпечатка пальца, выявление всех геометрических особенностей рисунка (всех контрольных точек), статистической оценке контрольных точек и сравнение результатов с образцом.Signs of the prototype that coincide with the essential features of the claimed object are: scanning a fingerprint picture, identifying all geometric features of the picture (all control points), statistical evaluation of control points and comparing the results with the sample.

Причинами, препятствующими достижению технического результата, являются: невозможность идентифицировать наличие пространственно-объемного рельефа сканируемой области.Reasons that hinder the achievement of the technical result are: the inability to identify the presence of a spatial-volumetric relief of the scanned area.

Задача предлагаемого способа - повышение надежности системы биометрической аутентификации личности человека через повышение стойкости защиты устройств к атакам подбора за счет получения профилограммы анализируемой части тела и анализа рельефа полученного папиллярного узора, что позволит системе биометрической аутентификации личности отличить истинный папиллярный узор от его графического изображения или слепка.The objective of the proposed method is to increase the reliability of the system of biometric authentication of a person’s identity by increasing the resistance of device protection to selection attacks by obtaining a profilogram of the analyzed part of the body and analyzing the relief of the resulting papillary pattern, which will allow the system of biometric authentication of the person to distinguish the true papillary pattern from its graphic image or impression.

Технический результат достигается за счет получения профилограммы анализируемой части тела и анализа рельефа полученного папиллярного узора, что позволяет повысить надежность биометрической аутентификации личности человека через повышение стойкости защиты устройств к атакам подбора.The technical result is achieved by obtaining a profilogram of the analyzed part of the body and analyzing the relief of the resulting papillary pattern, which allows to increase the reliability of biometric authentication of a person’s identity through increasing the resistance of device protection to selection attacks.

Для достижения необходимого технического результата предложен способ биометрической идентификации личности по профилограммам папиллярного узора, включающий считывание геометрических особенностей папиллярного узора, выделение контрольных точек, а также статистическое описание области рисунка, окружающего каждую контрольную точку, включающее измерение высоты рельефа полученного изображения и угла наклона стенок папиллярных линий, анализ полученных данных, сравнение полученной информации с биометрическим шаблоном, отличающийся тем, что измерение статистических параметров проводят по профилограмме считываемого объекта, полученной с помощью методик атомно-силовой микроскопии, а анализ рельефа полученного папиллярного узора осуществляют путем анализа профилограммы.To achieve the required technical result, a method is proposed for biometric identification of a person using profilograms of a papillary pattern, including reading the geometric features of the papillary pattern, highlighting control points, as well as a statistical description of the area of the pattern surrounding each control point, including measuring the height of the relief of the resulting image and the angle of inclination of the walls of the papillary lines , analysis of the obtained data, comparison of the obtained information with a biometric template, different t m that measurement is carried out by statistical parameters profilogram readable object obtained by techniques of atomic force microscopy and analysis of the resulting relief fingerprint analysis is performed by profilograms.

Заявляемый способ биометрической идентификации личности по профилограммам папиллярного узора можно осуществить с помощью биометрической системы идентификации, состоящей из стандартного сканера отпечатков пальцев со встроенным профилометром.The inventive method of biometric identification of persons by profilograms of a papillary pattern can be implemented using a biometric identification system consisting of a standard fingerprint scanner with an integrated profilometer.

На Фиг. 1 схематично изображено предлагаемое устройство, состоящее из стандартного сканера отпечатков пальцев 1, содержащего прозрачное окно для графического считывания папиллярного узора 2, в котором расположена узкая щель 3 для встроенного профилографа 4.In FIG. 1 schematically shows the proposed device, consisting of astandard fingerprint scanner 1, containing a transparent window for graphically reading thepapillary pattern 2, in which there is anarrow slot 3 for the built-inprofiler 4.

На Фиг. 2 изображен пример изображения анализируемой части тела и линии, вдоль которой строится профилограмма папиллярного узора.In FIG. 2 shows an example of the image of the analyzed part of the body and the line along which the profilogram of the papillary pattern is built.

На Фиг. 3 изображен пример полученной профилограммы и выделены основные ее характеристики: высота папиллярного узора h, ширина папиллярного узора d, расстояние между папиллярными линиями 1, угол наклона стенок папиллярных линий α.In FIG. Figure 3 shows an example of the obtained profilogram and its main characteristics are highlighted: the height of the papillary pattern h, the width of the papillary pattern d, the distance between thepapillary lines 1, the angle of inclination of the walls of the papillary lines α.

Работает биометрическая система идентификации следующим образом.The biometric identification system works as follows.

В процессе работы система биометрической аутентификации личности человека с помощью стандартного сканера отпечатка пальцев 1 (Фиг. 1) получает рисунок папиллярного узора пальца (Фиг. 2), проводит анализ полученного изображения и определяет идентифицируемую личность. При этом через щель 3 на поверхности окна для считывания графической информации 2 встроенный профилометр (лазерный или стилусный профилометр на основе атомно-силовой микроскопии и др.) также проводит измерение рельефа поверхности в заданном участке анализируемой части тела. Система биометрической идентификации личности проводит анализ полученной профилограммы, на основе которого получает информацию о геометрических особенностях считываемого объекта: высота h и ширина d папиллярных линий, расстояние между ними 1, угол наклона стенок α. Затем система биометрической идентификации личности сравнивает полученные результаты с биометрическим шаблоном, соответствующим биометрическому шаблону пользователя, в случае расхождения полученных результатов с биометрическим шаблоном пользователя система биометрической идентификации личности отказывает в доступе пользователю.In the process, the biometric authentication system of a person’s identity using a standard fingerprint scanner 1 (Fig. 1) receives a picture of a papillary finger pattern (Fig. 2), analyzes the resulting image and determines an identifiable identity. Moreover, through aslit 3 on the surface of the window for readinggraphic information 2, an integrated profilometer (laser or stylus profilometer based on atomic force microscopy, etc.) also measures the surface topography in a given area of the analyzed part of the body. The biometric personality identification system analyzes the obtained profilogram, on the basis of which it receives information about the geometric features of the object being read: height h and width d of papillary lines, the distance between them is 1, the angle of inclination of the walls α. Then, the biometric identification system compares the results with a biometric template corresponding to the user’s biometric template, in the event of a discrepancy between the results and the user’s biometric template, the biometric identification system refuses access to the user.

Система биометрической идентификации личности проводит анализ профилограммы следующим образом.A biometric personality identification system analyzes the profilogram as follows.

Для нейтрализации кривизны считываемого объекта из полученной профилограммы вычитается ее аппроксимирующая кривая n-го порядка. Затем по данной профилограмме строится гистограмма высот, на которой будут присутствовать два пика, соответствующие координатам вершин и дна папиллярных линий, а расстояние между этими пиками будет соответствовать средней высоте папиллярного узора h. Затем на профилограмме выделяются участки, попадающие в окрестность координаты вершин папиллярных линий, статистический анализ длин которых позволит получить среднее значение ширины папиллярного узора d. Также на профилограмме выделяются участки в окрестности координаты дна папиллярных линий, анализ длин которых позволит получить среднее значение расстояния между папиллярными линиями 1. Фрагменты профилограммы, не вошедшие в окрестности координат вершин и дна папиллярных линий, соответствуют боковым стенкам папиллярного узора, используя координаты крайних точек каждого фрагмента, можно вычислить угол наклона этих стенок α.To neutralize the curvature of the object being read, the approximating curve of the nth order is subtracted from the obtained profilogram. Then, according to this profilogram, a height histogram is constructed, on which there will be two peaks corresponding to the coordinates of the vertices and the bottom of the papillary lines, and the distance between these peaks will correspond to the average height of the papillary pattern h. Then, sections that fall into the vicinity of the coordinates of the vertices of the papillary lines are highlighted on the profilogram, a statistical analysis of the lengths of which will allow us to obtain the average value of the width of the papillary pattern d. Also, sections are identified on the profilogram in the vicinity of the coordinates of the bottom of the papillary lines, an analysis of the lengths of which will allow us to obtain the average value of the distance between thepapillary lines 1. Fragmentogram fragments not included in the vicinity of the coordinates of the vertices and the bottom of the papillary lines correspond to the side walls of the papillary pattern, using the coordinates of the extreme points of each fragment, you can calculate the angle of inclination of these walls α.

Известно, что большинство систем биометрической идентификации в качестве входных данных используют графическое изображение анализируемой части тела и на основе анализа этого изображения проводят идентификацию личности. Однако данные системы не способны идентифицировать и провести анализ объемного рельефа данного изображения. В условиях современных технологий и возможностей злоумышленники могут использовать высокоразрешающую фото- и видеотехнику, для того чтобы получить качественное графическое изображение анализируемой части тела пользователя или получить доступ к объектам, с которыми взаимодействовал пользователь и оставил на них свои потожировые следы. После чего злоумышленники могут предоставить для считывания системе идентификации фотографию или слепок анализируемой части тела пользователя и получить доступ к защищаемому объекту или важной информации.It is known that most biometric identification systems use a graphic image of the analyzed part of the body as input and, based on the analysis of this image, carry out identification of the person. However, these systems are not able to identify and analyze the volumetric relief of a given image. In the conditions of modern technologies and capabilities, attackers can use high-resolution photo and video equipment in order to get a high-quality graphic image of the analyzed part of the user's body or to gain access to objects that the user interacted with and left traces of them on them. After that, attackers can provide a photograph or a snapshot of the analyzed part of the user's body for reading to the identification system and gain access to the protected object or important information.

Отличие предложенного способа от способов-прототипов состоит в том, что проводится анализ не только графического изображения анализируемой части тела, не несущего информации об его рельефе, но и дополнительно проводится анализ рельефа анализируемой части тела и определяются ключевые пространственные характеристики папиллярного узора.The difference between the proposed method and the prototype methods is that it analyzes not only a graphic image of the analyzed part of the body that does not carry information about its relief, but also analyzes the relief of the analyzed part of the body and determines the key spatial characteristics of the papillary pattern.

Данный способ повышения надежности системы биометрической идентификации личности по профилограммам папиллярного узора позволит повысить стойкость системы биометрической идентификации личности к атакам подбора.This method of increasing the reliability of the system of biometric identification of the person according to profilograms of the papillary pattern will increase the resistance of the system of biometric identification of the person to attacks of selection.

Таким образом, предлагаемый способ представляет собой способ повышения надежности системы биометрической идентификации личности по профилограммам папиллярного узора, позволяющий измерять рельеф анализируемой части тела и угол наклона стенок папиллярного узора.Thus, the proposed method is a way to improve the reliability of the system of biometric identification of the person according to profilograms of the papillary pattern, which allows you to measure the relief of the analyzed part of the body and the angle of inclination of the walls of the papillary pattern.

Таким образом, по сравнению с аналогичными способами предлагаемый способ биометрической идентификации личности позволяет повысить надежность биометрической аутентификации личности пользователя через повышение стойкости защиты устройств к атакам подбора.Thus, in comparison with similar methods, the proposed method for biometric identification of a person allows to increase the reliability of biometric authentication of a user's identity by increasing the resistance of device protection to selection attacks.

Claims (1)

Translated fromRussian

Способ биометрической идентификации личности по профилограммам папиллярного узора, включающий считывание геометрических особенностей папиллярного узора, выделение контрольных точек, а также статистическое описание области рисунка, окружающего каждую контрольную точку, включающее измерение высоты рельефа полученного изображения и угла наклона стенок папиллярных линий, анализ полученных данных, сравнение полученной информации с биометрическим шаблоном, отличающийся тем, что измерение статистических параметров проводят по пространственно-объемному рельефу поверхности папиллярного узора, полученного с помощью методик атомно-силовой микроскопии, а анализ рельефа полученного папиллярного узора осуществляется путем анализа профилограммы.A method for biometric identification of a person by profilograms of a papillary pattern, including reading the geometric features of the papillary pattern, highlighting control points, as well as a statistical description of the area of the pattern surrounding each control point, including measuring the height of the relief of the received image and the angle of inclination of the walls of the papillary lines, analysis of the data obtained, comparison information obtained with a biometric template, characterized in that the measurement of statistical parameters is carried out in a wide GOVERNMENTAL surface-relief volume papillary pattern obtained using atomic force microscopy methods, and analysis of the resulting relief fingerprint analysis is performed by profilograms.

Images