Підходи до захисту від муляжів.

Проблема захисту біометричних систем від муляжів біометричних ідентифікаторів є однією з найскладніших як для всієї області, так і в першу чергу для технології розпізнавання відбитків пальців. Пов'язано це з тим, що відбитки пальців відносно легко одержати в порівнянні, наприклад, з райдужною оболонкою ока або 3D-формою руки, і виготовлення муляжу відбитка пальця виглядає порівняно простим завданням. Ми не будемо розповідати про технології виготовлення муляжів відбитків пальців, оскільки інформація є в достатньому обсязі в багатьох джерелах. Зупинимося на розгляді основних методів і підходів до захисту від них.

Узагальнено всі методи можна розділити на дві групи:

1. Технічні – методи захисту, реалізовані або на рівні програмного забезпечення, що працює з зображенням, або на рівні пристрою, що зчитує. Розглянемо їх докладніше:

– захист на рівні пристрою, що зчитує: полягає в тому, що в самому сканері реалізований алгоритм одержання зображення, що дозволяє одержати відбиток пальця тільки живої людини, а не з муляжу, наприклад, так працюють оптоволоконні сканери;

– захист за додатковою характеристикою: цей метод полягає в одержанні за допомогою пристрою, що сканує, деякої додаткової характеристики, за якою можна прийняти рішення, чи є наданий ідентифікатор муляжем. Наприклад, за допомогою ультразвукових сканерів можна одержувати інформацію про наявність пульсу в пальці, у деяких оптичних сканерах з високим розділенням можна визначити наявність на зображенні краплин поту та ін. Практично в кожного виробника є така «фірмова» характеристика, але вони, як правило, не афішуються, тому що, знаючи ці характеристики, набагато легше знайти спосіб обходу цього захисту;

– захист за попередніми даними: на деяких сканерах відбиток останнього пальця, що приторкався до нього, залишається на його поверхні, чим можна скористатися при виготовленні муляжу. На цей випадок захищаються за допомогою зберігання декількох останніх зображень зі сканера (для кожного виробника ця кількість різна), з якими в першу чергу порівнюється будь-яке нове зображення. А оскільки двічі прикласти абсолютно однаково палець до сканера не можна, при будь-якому збігу приймається рішення про застосування муляжу.

2. Організаційні – зміст цих методів полягає в організації процесів аутентифікації таким чином, щоб ускладнити або виключити можливість використання муляжу. Розглянемо ці методи:

– у складнення процесу ідентифікації. Метод полягає в тому, що в процесі реєстрації відбитків пальців у системі на кожного користувача реєструється кілька пальців (в ідеалі всі 10). Після цього безпосередньо в процесі аутентифікації в користувача перевіряється кілька пальців у довільній послідовності, що значно ускладнює вхід у систему за муляжем;

– мультибіометрія або багатофакторна біометрія: для аутентифікації використовується кілька біометричних технологій, наприклад, відбиток пальця й форма обличчя або сітківка ока та ін.;

– багатофакторна аутентифікація: зміст методу простий – використовувати для посилення захисту сукупність методів аутентифікації, наприклад, біометрію й смарт-карти або e-token.

 

 

Система охоронної сигнализації

 

4.1 Сучасні системи охорони периметрів

 

Периметр – перша лінія захисту

 

Сучасні електронні системи охорони досить різноманітні та ефективні. Але більшість із них мають загальний недолік: вони не можуть забезпечити раннє детектування вторгнення на територію об'єкта. Такі системи, як правило, орієнтовані на виявлення порушника, який уже проникнув на територію, що охороняється, або в будинок. Це стосується, зокрема, систем відеоспостереження – вони найчастіше за допомогою пристрою відеозапису можуть лише підтвердити факт вторгнення після того, як він уже відбувся.

Кваліфікований порушник завжди розраховує на певне тимчасове “вікно”, що проходить від моменту проникнення на об'єкт до моменту спрацьовування сигналізації. Мінімізація цього інтервалу часу є головним чинником, що визначає ефективність будь-якої охоронної системи.

Периметральна межа об'єкта є найкращим місцем для раннього детектування вторгнення, тому що порушник взаємодіє в першу чергу з фізичним периметром і створює збурювання, які можна зареєструвати спеціальними датчиками. Якщо периметр є огородженням у вигляді металевих ґрат, то його доводиться перерізувати або долати зверху; якщо це стіна або бар'єр, то через них потрібно перелізти; якщо це стіна або дах будинку, то їх необхідно зруйнувати; якщо це відкрита територія, то її потрібно перетнути.

Всі ці дії викликають фізичний контакт порушника з периметром, що надає ідеальну можливість для електронного виявлення, оскільки він створює певний рівень вібрацій, що містять специфічний звуковий “образ” вторгнення. За певних умов порушник може уникнути фізичного контакту з периметром. У цьому випадку можна використовувати “об'ємні” датчики вторгнення, які звичайно відіграють роль вторинної лінії захисту.

Датчик будь-якої периметральної системи реагує на появу порушника в зоні охорони або на певні дії порушника. Сигнали датчика аналізуються електронним блоком (аналізатором або процесором), що, у свою чергу, генерує сигнал тривоги при перевищенні заданого граничного рівня активності в зоні, що охороняється.

 

Загальні вимоги до периметральних систем

 

Будь-яка периметральна система охорони має відповідати певному набору критеріїв, деякі з яких перераховані нижче:

– можливість раннього виявлення порушника ще до його проникнення на об'єкт;

– точне проходження контурами периметра, відсутність “мертвих” зон;

– по можливості схована установка датчиків системи;

– незалежність параметрів системи від сезону (зима, літо) і погодних умов (дощ, вітер, град і т.д.);

– несприйнятливість до зовнішніх факторів “нетривожного” характеру – індустріальних перешкод, шуму транспорту, дрібних тварин і птахів;

– стійкість до електромагнітних перешкод – грозових розрядів, джерел потужних електромагнітних випромінювань та ін.;

Периметральна охоронна система повинна мати максимально високу чутливість, щоб виявити навіть досвідченого порушника. У той же час ця система має забезпечувати по можливості низьку ймовірність помилкових спрацьовувань. Причини фіктивних тривог можуть бути різними. Система може, наприклад, зреагувати на появу в зоні охорони птахів або дрібних тварин. Сигнал тривоги може з'явитися при сильному вітрі, граді або дощі. Крім того, фіктивна тривога може виникнути через “технологічні” причини: неправильний монтаж датчиків на огорожі, неправильне настроювання електронних блоків або незадовільний інженерний стан самої огорожі, що може, наприклад, вібрувати при сильному вітрі.

 

Специфіка застосування периметральних систем

 

Особливість периметральних систем полягає в тому, що звичайно вони конструктивно інтегровані з огородженням і сигнали, що генерує охоронна система, дуже залежать як від фізико-механічних характеристик огорожі (матеріалу, висоти, твердості та ін.), так і від правильності монтажу датчиків (вибору місця кріплення, методу кріплення, виключення випадкових вібрацій огорожі та ін.). Велике значення має правильний вибір типу охоронної системи, що найадекватніше відповідає даному типу огорожі.

Периметральні системи використовують, як правило, систему розподілених або дискретних датчиків, загальна довжина яких може становити кілька кілометрів. Така система має забезпечувати високу надійність у разі різких коливань навколишньої температури, дощу, снігу, сильного вітру. Тому будь-яка система має забезпечувати відповідну автоматичну адаптацію до погодних умов і можливість дистанційної діагностики.

Будь-яка периметральна система має легко інтегруватися з іншими охоронними системами, зокрема, із системою відеоспостереження.

Радіопроменеві системи

 

Такі системи містять приймач і передавач НВЧ-сигналів, які формують зону виявлення у вигляді витягнутого еліпсоїда обертання (рис.4.1). Довжина окремої зони охорони визначається відстанню між приймачем і передавачем, а діаметр зони варіюється від сантиметрів до декількох метрів.

 

 

Рисунок 4.1 – Принцип дії радіопроменевої системи

 

Принцип дії таких систем заснований на аналізі змін амплітуди й фази прийнятого сигналу, що виникають із появою в зоні стороннього предмета. Системи застосовуються там, де забезпечується пряма видимість між приймачем і передавачем, тобто профіль поверхні має бути досить рівним і в зоні охорони неповинні рости кущі, великі дерева та ін.

Застосовують радіопроменеві системи як при установці уздовж огорож, так і для охорони необгороджених ділянок периметрів. Ці системи звичайно розраховані на виявлення порушника, що перетинає рубіж охорони в повний ріст або зігнувшись.

Загальним недоліком радіопроменевих систем є наявність “мертвих” зон – чутливість системи знижена поблизу приймача й передавача, тому приймачі й передавачі сусідніх зон необхідно встановлювати з перекриттям у кілька метрів. Крім того, радіопроменеві системи недостатньо чутливі безпосередньо над поверхнею землі (30 – 40 см), що може дозволити порушникові перебороти рубіж охорони поповзом.

Відносно широка зона чутливості системи спричиняє обмеженість її застосування на об'єктах, де можливо випадкове влучення в зону виявлення людей, транспорту та ін. У таких випадках для запобігання помилкових спрацьовувань рекомендується за допомогою додаткової огорожі обладнати передзону.

Блоки радіопроменевих систем установлюють або на ґрунті (за допомогою спеціальних стійок), або на огорожі або стіні будинку. При установці системи на ґрунті потрібно підготувати охоронювану зону – спланувати територію, видалити чагарники, дерева й сторонні предмети. При експлуатації необхідно періодично косити траву й прибирати сніг. При значній висоті сніжного покриву (більше 0,5 м) необхідно змінити висоту кріплення блоків на стійках і провести їх додаткове юстирування.

Розглянемо деякі радіопроменеві периметральні системи.

Система “Гефест” призначена для охорони обгороджених і необгороджених рубежів довжиною від 10 до 200 метрів. Вона дозволяє виявляти людину, що пересувається в повний ріст або зігнувшись. Зона чутливості має висоту 2,5 м і ширину 5 м. Приймач системи аналізує зміни амплітуди сигналу й при перевищенні заданого порога включає реле тривоги. У системі застосований оригінальний алгоритм обробки виявлення з роздільним регулюванням чутливості для ближніх і середніх ділянок зони чутливості. Система не спрацьовує з появою в зоні дрібних тварин або птахів; вона стійка до впливів снігу, дощу й вітру.

У комплект постачання входять передавач, приймач, блок живлення, монтажний комплект і з’єднувальні кабелі. Діапазон робочих температур – від -40 до +50С^о, напруга живлення – 12 В, потужність 1 Вт. Забезпечено можливість дистанційного контролю працездатності системи.

Аналогічна за призначенням система “Грот” дозволяє захищати ділянки периметра довжиною до 300 м при ширині зони виявлення 6 м. Удосконалена конструкція блоків приймача й передавача дозволила підвищити однорідність електромагнітного поля й практично виключити області малої чутливості на краях зони. Система зберігає працездатність і не вимагає додаткового настроювання при висоті сніжного покриву до 70 см.

Для зон довжиною до 500 м можна використовувати радіопроменевий охоронний пристрій “Бар'єр”, який за конструктивним даними аналогічний до системи “Гефест”.

Периметральная радіопроменева система РЛД-94 випускається в трьох модифікаціях: для ділянок довжиною 30, 100 і 300 м. Модифікації на 100 і 300м є базовим комплектом (на 30 м), оснащеним додатковими відбивачами. У приладі використовується імпульсний синхронний режим роботи, що дозволяє знизити енергоспоживання й підвищити завадостійкість до впливу електромагнітних перешкод. Система РЛД-94 широко використовується в охоронних комплексах АЕС, великих підприємств, митних терміналах та ін.

Із закордонних радіопроменевих систем можна відзначити “Модель 16001” фірми Senstar-Stellar (США). Система дозволяє захищати зони довжиною до 240 м і призначена для встановлення на землі, на торці огорожі або на стіні будинку. Відмітна якість передавача — можливість регулювання кутової ширини діаграми випромінювання в межах від 11^оС до 24^оС та в такий спосіб оптимізувати поперечний переріз чутливої зони.

Всі перераховані системи забезпечують тільки одну зону охорони й застосовуються на прямолінійних ділянках периметра. На ділянках з непрямолінійною межею або при складному рельєфі місцевості потрібно використовувати багатозонну систему, що складається з декількох комплектів апаратури. Для невеликих об'єктів були розроблені багатозонні радіопроменеві системи, що мають один загальний блок обробки сигналів.

У комплект системи “Протва” входить п'ять приймально-передавальних пар і блок аналізатора сигналів. Кожна приймально-передавальна пара дозволяє захистити ділянку довжиною до 100 м. Весь комплект добре підходить для охорони, наприклад, невеликого складу — чотири зони периметра й одна зона

охорони воріт. Є режими дистанційного контролю й ручного відключення будь-якого каналу. Система живиться від мережі змінного струму (220 В або 36 В) або від джерела постійного струму 24 В. Робоча температура від –50^оС до +50^оС; вологість — до 98% (при температурі +35^о С).

Для спеціальних застосувань створена польова система “Витим”. Вона використовується для організації тимчасових рубежів охорони на непідготовлених територіях. Комплект складається з 11 приймально-передавальних пристроїв, що дозволяють організувати 10 окремих ділянок охорони довжиною по 100 м. Кожна з 11-ти стійок містить убудований акумулятор для живлення приладів. Приймачі підключені до виносного блоку індикації, що показує номер ділянки, у якому виник сигнал тривоги. Особливість системи – використання радіопроменя для подачі сигналів тривоги. Це дозволяє оперативно розгорнути систему – для установки й настроювання 10 зон потрібно не більше однієї години.

Всі перераховані вище радіохвильові детектори є “двопозиційними” пристроями – у комплект входять передавач і приймач. Простішими і дешевшими є “однопозиційні” пристрої, які є малопотужними радарами. Вони можуть застосовуватися для захисту ділянок довжиною до 20 м. Особливість однопозиційних систем у порівнянні із двопозиційними – менш чітка межа чутливої зони, “розмитість” її країв.

Однопозиційні системи “Агат-3П” і “ Агат-СП3” призначені для застосування в приміщеннях (робоча температура від –5⁰С до +50⁰ С). Електронний блок має розміри 260 х 210 х 60 мм; напруга живлення 12 В, потужність 0,5 Вт. Дальність виявлення — 16 і 20 м відповідно, поперечні розміри чутливої зони — 5 х 5 м. Однопозиційний прилад “ Агат-СП3В” можна використовувати й на вулиці (робоча температура від –40⁰С до +50⁰С). Прилад відрізняється компактністю (розмір блоку 110 х 80 х 45 мм) і малим енергоспоживанням (менше 0,1 Вт при напрузі 12...30 В). Розмір чутливої зони – 20 х 5 х 5 м. У всіх приладах серії “Агат” забезпечені регулювання чутливості й адаптивний поріг спрацьовування.

 

Радіохвильові системи

 

Чутливим елементом такої системи є пара розташованих паралельно провідників (кабелів), до яких підключені відповідно передавач і приймач радіосигналів. Навколо провідної пари (“відкритої антени”) утворюється чутлива зона, діаметр якої залежить від взаємного розташування провідників. З появою людини в зоні чутливості сигнал на виході приймача змінюється й система генерує сигнал тривоги.

При використанні радіохвильових систем на огорожах, кабелі встановлюють або на спеціальних стійках на верхньому торці огорожі, або безпосередньо на поверхні огорожі.

Випускаються модифікації радіохвильових систем також для захисту необгороджених територій. При цьому кабелі заглиблюють у ґрунт на глибину 15 – 30 см. Така система охорони є схованою, але на неї дуже впливають погодні умови, що знижують стабільність її параметрів.

Переваги радіохвильових систем перед променевими – незалежність від профілю ґрунту й точне проходження лінії огорожі.

Одна з найвідоміших охоронних пристроїв радіохвильового типу – система “Уран-М”. Дводротова лінія (рис. 4.2.) закріплюється на вертикальних або похилих кронштейнах (консолях), виконаних з діелектрика (входять у комплект поставки). Як провідники використовується дріт для польового телефонного зв'язку П-274М, що забезпечує достатню механічну міцність і стійкість до атмосферних впливів. Довжина однієї зони охорони перебуває в межах від 10 до 250 м. Відстань між сусідніми кронштейнами звичайно становить 6...8 м, у районах із сильними вітрами його рекомендується зменшувати до 3 – 4 м.

Рисунок 4.2 – Схема дводротового радіохвильового пристрою

 

Для протяжних периметрів використовують кілька комплектів“Уран-М”. Для виключення впливу сусідніх зон передбачений режим взаємної синхронізації до 22 – 25 окремих комплектів. Радіохвильові системи можна встановлювати практично на будь-яких твердих огорожах (цеглі, бетоні, металі).

До складу системи “Уран-М” входять: блок керування, що підключається з однієї сторони провідної лінії, і блок обробки сигналів, що підключається з іншої сторони лінії. Блок керування формує імпульсний високочастотний сигнал, що створює електромагнітне поле між провідниками. Зона виявлення має в поперечному перерізі вид еліпса, у фокусах якого розташовані провідники. Відстань між провідниками звичайно становить 0,4 м; при цьому зона виявлення має розмір 0,5 х 0,8 м.

Система настроюється для детектування об'єкта масою більше 30 — 40 кг і не спрацьовує при попаданні в зону птахів або дрібних тварин. Система не спрацьовує під час руху транспорту на відстані більше 3 м від чутливих провідників. Напруга живлення 20...30 В, струм живлення — не більше 100 мА. Підтримує режим дистанційного контролю працездатності. Охоронний пристрій стійкий до впливу сильного дощу, снігу, граду й вітру зі швидкістю до 20 м/сек. Електронні блоки мають розміри 255 х 165 х 110 мм, вони зберігають працездатність у температурному діапазоні від -40^оС до +40^оС^. Конструкція блоків забезпечує захист від зовнішніх електромагнітних перешкод і високої вологості.

Американська компанія Senstar-Stellar пропонує радіохвильовий пристрій “ H-Field” з кабелями, що укладаються в землю. Така система призначена для охорони відкритих просторів, підступів до об'єктів та ін. Два паралельних кабелі (приймальний і передавальний) закопуються в будь-який ґрунт на глибину 10 – 15 см і на відстані приблизно 2-х метрів один від одного (рис.4.3). Навколо кабелів над поверхнею ґрунту формується електромагнітне поле (зона виявлення) шириною 3м і висотою 1 м. Максимальна довжина однієї зони виявлення – 150 м. Кабелі підключаються відповідно до приймача й передавача (або до загального приймально-передавального блока – трансивера). Ефективність детектування порушника забезпечується тим, що для обраної частоти людське тіло є ніби антеною розміром в 1/4 довжини радіохвилі й тому порушник дуже змінює параметри прийнятого сигналу.

 

 

Рисунок 4.3 – Схема розташування кабелів системи H-Field

 

Алгоритм обробки сигналів у системі “H-Field” припускає виконання трьох умов:

– маса об'єкта, що потрапив у зону, має бути більше заздалегідь установленого значення (маса людського тіла);

– об'єкт має рухатися зі швидкістю, не меншою певного значення (у діапазоні швидкостей людини);

– зазначені умови виконуються в заданому інтервалі часу.

Система “H-Field” забезпечує приховану установку датчиків при довільному профілі лінії охорони. Кабелі нечутливі до сейсмічних і акустичних впливів, їх можна монтувати в ґрунті, під асфальтовими дорогами та ін.

Одна із сучасних радіохвильових технологій виявлення одержала назву RAFID – Radio Frequency Intruder Detection (радіочастотне детектування вторгнення). Ця охоронна система створена англійською компанією Geoquip, широко відомої своїми периметральними системами на сенсорних мікрофонних кабелях.

У найпростішому випадку система RAFID містить пари “фідерів, що випромінюють” (ФВ), один із яких є випромінювачем, а інший – приймальною антеною радіочастотного поля. Вихідний сигнал приймача постійно контролюється аналізатором.

ФВ є спеціально сконструйованим коаксіальним кабелем, що містить внутрішній провідник, ізольований діелектриком від зовнішнього екрана (рис.4.4). Зовнішній екран може бути мідний обплетенням, схожим на обплетення звичайного коаксіального кабелю. Особливістю ФВ є так звані “порти”, тобто отвори в екрані, розташовані з регулярними інтервалами. Конструкція кабелю забезпечує випромінювання електромагнітного поля при проходженні по ньому струму. Поблизу обох кабелів формується невидиме електромагнітне поле, конфігурація якого залежить від взаємного розташування ФВ.

 

Рисунок 4.4 – Конструкція випромінюючого фідера системи RAFID

 

Об'єкт, що потрапив у радіочастотне поле, змінює фазу й амплітуду прийнятого сигналу (ефект доплера), у результаті чого аналізатор генерує сигнал тривоги.

Кабелі розташовують паралельно один одному й монтуються на твердій стіні або іншому огородженні, забезпечуючи зону детектування, як показано на рис.4.5. (Відстань між кабелями і їхнє розташування визначаються конкретними вимогами замовника)

 

Рисунок 4.5 (а, б) – Зони виявлення системи RAFID

 

Кабелі системи RAFID установлюються на твердих огорожах (бетонних, цегляних, дерев’яних) або безпосередньо в ґрунті. Кількість ліній кабелю (2 або 3) і їхнє розташування на огорожі визначаються технічним завданням. Так, якщо потрібно реєструвати порушника, що намагається перелізти через огорожу, то кабелі розташовуються поблизу середньої лінії огорожі (приблизно на половині її висоти), див. рис.4.5,а. При цьому поблизу нижньої частини огорожі може залишитися нечутлива зона – алея для тварин, на яких не має реагувати система. Якщо ж потрібно виявити порушника, що тільки наближається до лінії периметра, то в цьому випадку один з кабелів кріплять у нижній частині огорожі або безпосередньо в ґрунті на деякій відстані від стіни (рис. 4.5,б).

Для обробки сигналів у системі застосований потужний процесор, що дозволяє проводити “навчання” системи безпосередньо на об'єкті. Процесор містить у пам'яті як типові сигнали вторгнення, так і нетривожні сигнали від навколишнього оточення (транспорт, що проїжджає та ін.). При збігу сигналу, що реєструється,з одним із записаних у пам'яті тривожних образів, система видає сигнал тривоги. На систему практично не виливають дощ, туман, град, сніг, дим, вона застосовується в різних кліматичних зонах.

 

Інфрачервоні системи