یک گروه پژوهشی فناوری جدیدی برای احراز هویت زیستی توسعه داده‌اند که می‌تواند کاربران را بدون ذخیره اطلاعات اثر انگشت به‌صورت داده‌های دیجیتال شناسایی کند. نتایج این پژوهش در نشریه علمی نیچر سنسورز منتشر شده است. فناوری تشخیص اثر انگشت امروزه در کاربردهای روزمره، از باز کردن قفل گوشی‌های هوشمند گرفته تا تراکنش‌های مالی و
یک گروه پژوهشی فناوری جدیدی برای احراز هویت زیستی توسعه داده‌اند که می‌تواند کاربران را بدون ذخیره اطلاعات اثر انگشت به‌صورت داده‌های دیجیتال شناسایی کند. نتایج این پژوهش در نشریه علمی نیچر سنسورز منتشر شده است.
فناوری تشخیص اثر انگشت امروزه در کاربردهای روزمره، از باز کردن قفل گوشی‌های هوشمند گرفته تا تراکنش‌های مالی و سامانه‌های کنترل دسترسی، نقش مهمی دارد. با این حال، برخلاف گذرواژه‌ها، اثر انگشت پس از افشای اطلاعات آن به‌سادگی قابل تغییر نیست و همین موضوع نگرانی‌های امنیتی مهمی ایجاد می‌کند.
در روش‌های معمول احراز هویت زیستی، ابتدا اثر انگشت به داده‌های دیجیتال تبدیل می‌شود و سپس اطلاعات به‌دست‌آمده با نمونه‌های ذخیره‌شده قبلی مطابقت داده می‌شوند. حتی اگر این اطلاعات رمزگذاری شده باشند، فرایند احراز هویت همچنان به دسترسی به داده‌های زیستی نیاز دارد و در نتیجه، احتمال بروز آسیب‌پذیری‌های امنیتی همچنان وجود خواهد داشت.
احراز هویت با استفاده از امواج فراصوت
پژوهشگران به سرپرستی پروفسور جون‌سوک رو از گروه‌های مهندسی مکانیک، مهندسی شیمی، مهندسی برق و دانشکده تحصیلات تکمیلی علوم و فناوری همگرا در دانشگاه پوهانگ کره جنوبی (POSTECH)، به همراه دکتر سوک‌هو لی و بوم‌سوک اوه، دانشجوی دوره تلفیقی کارشناسی ارشد و دکتری در گروه مهندسی مکانیک، به‌جای یافتن روشی امن‌تر برای ذخیره اطلاعات اثر انگشت، راهکار متفاوتی را در پیش گرفتند. آن‌ها اساساً فرایند ذخیره‌سازی دیجیتال و مقایسه اثر انگشت را حذف کردند.
در این فناوری، اطلاعات اثر انگشت برای تحلیل به رایانه ارسال نمی‌شود؛ بلکه محاسبات موردنیاز از طریق برهم‌کنش فیزیکی میان امواج فراصوت و اثر انگشت انجام می‌گیرد.
برای دستیابی به این هدف، گروه پژوهشی سامانه‌ای مبتنی بر فراسطح با نام شبکه عصبی پراش حلقوی یا Loop-DNN طراحی کرد. فراسطح ساختاری مصنوعی است که امکان کنترل دقیق جهت حرکت، شدت و فاز امواج فراصوت را فراهم می‌کند. در این پژوهش، این ساختار عملکردی مشابه اجزای یک شبکه عصبی مصنوعی دارد.
پژوهشگران سامانه را به‌گونه‌ای طراحی کردند که امواج فراصوت پس از عبور از فراسطح، متناسب با الگوی اثر انگشت به نقاط متفاوتی هدایت شوند.
هنگامی که اثر انگشت ثبت‌شده ارائه می‌شود، انرژی صوتی در ناحیه تعیین‌شده برای نمونه‌های مجاز متمرکز خواهد شد؛ در مقابل، اثر انگشت ثبت‌نشده انرژی را به ناحیه مخصوص نمونه‌های غیرمجاز هدایت می‌کند. بنابراین، سامانه تنها با مقایسه شدت سیگنال در این دو ناحیه می‌تواند درباره تأیید هویت تصمیم بگیرد؛ بدون آنکه نیازی به بازسازی تصویر اثر انگشت یا استخراج ویژگی‌های آن از طریق محاسبات دیجیتال جداگانه وجود داشته باشد.
کنترل دقیق‌تر امواج، دقت تشخیص را افزایش می‌دهد
پژوهشگران علاوه بر این، فاز، دامنه و وضعیت روشن یا خاموش امواج فراصوت را کنترل کردند. این کار به یک فراسطح امکان می‌دهد اطلاعات اثر انگشت را با درجات آزادی بیشتر و انعطاف‌پذیری بالاتر در دست‌کاری امواج پردازش کند.
درحالی‌که شبکه‌های عصبی پراشی متداول عمدتاً فاز امواج را تغییر می‌دهند، فناوری جدید شدت و میزان عبور امواج فراصوت را نیز کنترل می‌کند. این قابلیت، روش‌های متنوع‌تری برای استفاده و هدایت امواج در اختیار سامانه قرار می‌دهد.
در آزمایش‌هایی که با استفاده از اثر انگشت چهار نفر انجام شد، این سامانه در مجموع ۱۹۲ نمونه اعتبارسنجی به دقت ۹۷٫۹۲ درصد دست یافت. همچنین، تحلیل‌های عددی تکمیلی با استفاده از یک پایگاه داده بین‌المللی تشخیص اثر انگشت نشان داد که دقت سامانه برای یک کاربر ثبت‌شده می‌تواند به ۹۹٫۷۵ درصد برسد.
پژوهشگران همچنین مشاهده کردند که با افزایش درجات آزادی طراحی فراسطح، عملکرد سامانه در تشخیص اثر انگشت به‌طور کلی بهبود می‌یابد.
مزایای امنیتی و چالش‌های استفاده عملی
اهمیت اصلی این پژوهش در تغییر رویکرد احراز هویت زیستی نهفته است؛ به‌طوری‌که روش سنتی ذخیره‌سازی و مقایسه اطلاعات جای خود را به محاسبات فیزیکی و تصمیم‌گیری مستقیم می‌دهد. از آنجا که اطلاعات اثر انگشت به‌صورت جداگانه ذخیره نمی‌شوند، این فناوری می‌تواند خطر افشای داده‌های زیستی را کاهش دهد.
این فناوری در آینده ممکن است در حوزه‌هایی که به امنیت بالایی نیاز دارند، از جمله امور مالی، مراقبت‌های سلامت و صنایع دفاعی، مورد استفاده قرار گیرد. خودروها، گوشی‌های هوشمند و دستگاه‌های پوشیدنی نیز از دیگر کاربردهای احتمالی آن به شمار می‌روند.
با این حال، برای استفاده عملی از این فناوری هنوز موانعی وجود دارد. سامانه آزمایشی فعلی با فرکانس حدود ۴۰ کیلوهرتز کار می‌کند و برای استفاده در حسگرهای صنعتی باید به ابعاد کوچک‌تری برسد و با فرکانس‌های محدوده مگاهرتز سازگار شود. افزون بر این، توسعه سامانه برای پشتیبانی از چندین کاربر ثبت‌شده ضروری خواهد بود. گروه پژوهشی قصد دارد با ترکیب فراسطح‌های چندلایه و فناوری‌های دیجیتال، قابلیت‌های این پلتفرم را گسترش دهد.
پروفسور جون‌سوک رو، سرپرست این پژوهش، درباره اهمیت رویکرد جدید توضیح داد:
به‌جای توسعه الگوریتمی سریع‌تر یا فناوری رمزگذاری قدرتمندتر، این پژوهش نقطه آغاز فرایند احراز هویت زیستی را تغییر می‌دهد. با حذف نیاز به ذخیره‌سازی جداگانه اطلاعات زیستی، امیدواریم این رویکرد به روشی جدید برای احراز هویت تبدیل شود که خطر افشای اطلاعات اثر انگشت در حملات هکری را کاهش دهد.