۱۰ فناوری شگفت‌انگیز تشخیص هویت به کمک شاخص‌های زیستی و بیومتریک پیشرفته

سال‌هاست که سیستم‌های امنیتی جهان از رمزهای عبور سنتی و پین‌کدهای چهاررقمی فاصله گرفته و به سمت استفاده از ویژگی‌های منحصر‌به‌فرد بدن انسان حرکت کرده‌اند. فناوری‌های بیومتریک (Biometrics) ابتدا با اسکن ساده اثر انگشت وارد زندگی روزمره ما شدند، اما با پیشرفت شبیه‌سازی‌های دیجیتال و افزایش توانایی هکرها در دور زدن روش‌های ایستای قدیمی، نیاز به شاخصه‌های پویا و جعل‌ناپذیر بیش از هر زمان دیگری احساس می‌شود. توسعه الگوریتم‌های هوش مصنوعی و سنسورهای دقیق به دانشمندان این امکان را داده است تا اعماق ویژگی‌های فیزیولوژیکی و رفتاری انسان را برای تایید هویت بکاوند.

در این مقاله می‌خواهیم ببینیم که چگونه جدیدترین متدهای علمی بیومتریک مرزهای امنیت دیجیتال را جابه‌جا کرده‌اند و آیا سیستم‌های تشخیص هویت آینده می‌توانند حتی از روی بوی بدن یا نحوه حرکت چشم‌هایتان شما را شناسایی کنند؟ این فناوری‌ها فراتر از سناریوهای فانتزی فیلم‌های علمی‌تخیلی، امروزه در مراکز نظامی و بانک‌های پیشرفته جهان به کار گرفته می‌شوند. با ما همراه باشید تا ده مورد از عجیب‌ترین و دقیق‌ترین شاخصه‌های زیستی انسان را که برای شناسایی و تایید هویت در دنیای مدرن استفاده می‌شوند، با نگاهی به تاریخچه و جزئیات علمی آن‌ها بررسی کنیم.

۱. شکل هندسی گوش؛ ساختاری منحصر‌به‌فرد و تغییرناپذیر

برخلاف بسیاری از بخش‌های بدن انسان که با افزایش سن دستخوش تغییرات گسترده و افتادگی پوست می‌شوند، ساختار غضروفی گوش خارجی تا حد بسیار زیادی شکل ثابت خود را از زمان تولد تا میانسالی و پیری حفظ می‌کند. این ویژگی منحصربه‌فرد غضروف‌های لاله گوش موجب شد تا جرم‌شناس فرانسوی، آلفونس برتیلون (Alphonse Bertillon) در اواخر قرن نوزدهم میلادی، اندازه‌گیری‌های هندسی گوش را به عنوان بخشی از سیستم شناسایی مجرمان ثبت کند. در سال‌های اخیر با ادغام دوربین‌های باکیفیت گوشی‌های هوشمند و الگوریتم‌های بینایی ماشین، استارتاپ‌هایی نظیر دکارت بیومتریکس (Descartes Biometrics) نرم‌افزارهایی را توسعه داده‌اند که هویت کاربر را با تحلیل نحوه قرارگیری لاله گوش بر روی صفحه لمسی گوشی در کسری از ثانیه احراز می‌کنند.

سیستم‌های پیشرفته اسکن گوش با استفاده از پرتوهای نوری و تحلیل زاویه‌ها و خمیدگی‌های آن، نقشه دیجیتالی ایجاد می‌کنند که ضریب خطای آن در حد یک در میلیون است. حتی دوقلوهای همسان که دارای چهره‌های کاملاً مشابهی هستند، ساختار گوش متفاوتی دارند که کار شناسایی را تسهیل می‌کند. در مقایسه با سیستم‌های تشخیص چهره که با تغییر آرایش، ریش یا عینک دچار سردرگمی می‌شوند، این روش بدون تاثیرپذیری از متغیرهای ظاهری کار خود را انجام می‌دهد. محققان بر این باورند که این روش به زودی در طراحی قفل‌های هوشمند درب‌های آپارتمانی و خودروها کاربرد تجاری گسترده‌تری پیدا خواهد کرد و سطح امنیت فیزیکی را به طرز محسوسی ارتقا خواهد داد.

۲. سیگنال‌های الکتریکی قلب؛ تپشی که امضای دیجیتال شماست

قلب انسان نه‌تنها به عنوان پمپ حیات‌بخش بدن عمل می‌کند، بلکه به واسطه فعالیت‌های الکتریکی خود، سیگنال منحصربه‌فردی تولید می‌کند که مانند یک کارت شناسایی بیولوژیکی عمل می‌نماید. این تکنولوژی که بر پایه الکتروکاردیوگرام (ECG) استوار است، در دهه گذشته توسط شرکت‌های نوآور مورد توجه قرار گرفت و به ابداع دستگاه‌های پوشیدنی نظیر مچ‌بند نایمی (Nymi) منجر شد. این مچ‌بند با اندازه‌گیری سیگنال الکتریکی قلب از مچ دست کاربر، هویت او را به طور مداوم تایید می‌کند و امکان باز کردن خودکار قفل کامپیوترها، خودروها و گیت‌های امنیتی را بدون نیاز به هیچ رمز عبوری فراهم می‌سازد.

یکی از بزرگ‌ترین مزیت‌های استفاده از نوار قلب نسبت به اثر انگشت، امنیت بیولوژیکی فعال آن است؛ بدین معنی که این سیستم تنها در حضور یک ارگان زنده با جریان خون و تپش واقعی کار می‌کند و امکان جعل آن با قالب‌های ژلاتینی یا انگشتان شبیه‌سازی‌شده صفر است. سیگنال قلبی هر فرد تحت تاثیر شکل فیزیکی، حجم بطن‌ها و ویژگی‌های فیزیولوژیکی قلب او شکل می‌گیرد و تحت فشارهای روحی نیز الگوی پایه آن تغییر نمی‌کند. امروزه با ادغام سنسورهای سنجش نوار قلب در ساعت‌های هوشمند معروفی چون اپل واچ، افق‌های جدیدی برای استفاده روزمره و عمومی از این شاخصه بیولوژیکی جهت پرداخت‌های الکترونیکی امن باز شده است.

۳. توزیع فشار و شیوه نشستن؛ شناسایی هویت از روی صندلی خودرو

هر انسانی به واسطه ساختار اسکلتی، طول استخوان‌های لگن، توزیع وزن بدن و عادات حرکتی خود، شیوه نشستن خاصی دارد که فشار منحصربه‌فردی را به سطوح زیرین وارد می‌کند. دانشمندان و مهندسان دانشگاه صنعتی شیزوکا در ژاپن با درک این موضوع، نمونه‌های اولیه‌ای از صندلی‌های خودرو مجهز به صدها سنسور فشار دقیق طراحی کرده‌اند. این سنسورها نقشه توزیع فشار سه‌بعدی از باسن و پشت ران راننده تهیه می‌کنند و آن را با داده‌های از پیش ثبت‌شده مالک اصلی تطبیق می‌دهند تا در صورت عدم تطابق، سیستم ضدسرقت خودرو فعال شود.

این روش فراتر از جنبه‌های امنیتی، راحتی فوق‌العاده‌ای را نیز برای رانندگان به همراه می‌آورد؛ زیرا صندلی پس از تایید هویت راننده، به طور خودکار ارتفاع صندلی، زاویه پشتی، آینه‌های بغل و سیستم صوتی را تنظیم می‌کند. این فناوری در صنایعی چون صندلی‌های اداری ارگونومیک برای پایش سلامت کارمندان و پیشگیری از دردهای ستون فقرات نیز کاربرد دارد. بررسی‌ها نشان می‌دهند که حتی با تغییر جزیی در وزن یا پوشیدن لباس‌های متفاوت، الگوی کلی انتقال جرم بدن به صندلی ثابت مانده و سیستم همچنان قادر است کاربر واقعی را با دقت بالا شناسایی کند.

۴. الگوهای پویای حرکت چشم؛ تایید هویت تعاملی و ضدجعل

اگرچه استفاده از اسکن ثابت عنبیه و شبکیه چشم از دهه‌های گذشته در سازمان‌های اطلاعاتی بزرگ مانند اف‌بی‌آی (FBI) مرسوم بوده است، اما هکرهای مدرن با استفاده از تصاویر باکیفیت توانسته‌اند این سیستم‌ها را دور بزنند. نسل جدید بیومتریک چشمی به جای ثبت یک تصویر ثابت، بر روی دینامیک و الگوهای پویای حرکت چشم تمرکز کرده است. هنگامی که شما یک تصویر متحرک یا یک نقطه را روی صفحه نمایش دنبال می‌کنید، ماهیچه‌های چشم شما الگوهای حرکتی بسیار ریزی به نام پرش‌های چشمی (Saccades) ایجاد می‌کنند که جعل آن‌ها کاملاً غیرممکن است.

این متد نوین امنیتی با پایش نحوه تعامل عضلات چشم با محرک‌های بصری، مطمئن می‌شود که یک عامل انسانی زنده و هوشیار در حال تماشای نمایشگر است، نه یک عکس یا ماسک شبیه‌سازی‌شده سه‌بعدی. پیاده‌سازی این روش نیاز به سخت‌افزارهای بسیار پیچیده ندارد و دوربین‌های سلفی معمولی در گوشی‌های هوشمند امروزی نیز می‌توانند این پایش حرکتی را انجام دهند. تنها چالش جدی این فناوری، نیاز به تمرکز مستقیم و عدم کارایی آن در سناریوهای سریع مانند رانندگی یا کار در شرایط نوری ضعیف است که دانشمندان در تلاش برای رفع آن هستند.

۵. توپوگرافی سه‌بعدی بینی؛ روشی نوین در تصویربرداری امنیتی

بینی به عنوان برجسته‌ترین عضو صورت، ویژگی‌های هندسی منحصربه‌فردی دارد که کمتر تحت تاثیر جراحی‌های ساده یا تغییرات سن قرار می‌گیرد. محققان دانشگاه بث (University of Bath) در بریتانیا با استفاده از سیستم‌های تصویربرداری سه‌بعدی پیشرفته متوجه شدند که بینی افراد را می‌توان در شش دسته ساختاری عمده طبقه‌بندی کرد. این ساختارها بر اساس پل بینی، پهنای پره‌ها و زاویه نوک بینی تحلیل می‌شوند و یک کد دیجیتالی یکتا برای هر فرد صادر می‌کنند که برای تایید هویت کاربرد دارد.

یکی از مزیت‌های بزرگ اسکن بینی در مقایسه با اسکن کل چهره، سرعت بالای پردازش اطلاعات و عدم تاثیرپذیری از حالت‌های مختلف بیان احساسات نظیر خنده، اخم یا گریه است. بینی یک ساختار استخوانی و غضروفی محکم دارد که فریب دادن دوربین‌های اسکنر را بسیار دشوار می‌سازد. با این حال، بزرگ‌ترین چالش پیش روی این متد بیومتریک، رواج روزافزون عمل‌های جراحی زیبایی بینی در جهان است که می‌تواند ساختار از پیش ثبت‌شده فرد را به طور کامل تغییر دهد و سیستم را با خطای عدم تطبیق مواجه سازد.

۶. نقشه رگ‌های کف دست؛ امنیت در جریان خون زنده

اثر انگشت با تمام کارایی‌های خود، به راحتی بر روی سطوح شیشه‌ای به جای می‌ماند و هکرها می‌توانند با ابزارهای ساده آن را بازسازی کنند؛ اما نقشه رگ‌های خونی درون دست کاملاً از دید پنهان است. فناوری اسکن رگ‌های دست (Vein Recognition) با تابش نور مادون قرمز نزدیک به پوست کار می‌کند که توسط هموگلوبین بدون اکسیژن در خون جذب می‌شود و در نتیجه، نقشه‌ای تاریک از رگ‌ها روی سنسور ایجاد می‌کند. این تکنولوژی که اولین بار توسط شرکت ژاپنی فوجیتسو (Fujitsu) به صورت تجاری معرفی شد، از الگوهای پیچیده و نامنظم مویرگ‌ها استفاده می‌کند.

این روش یکی از امن‌ترین پروتکل‌های بیومتریک در جهان به شمار می‌رود، زیرا جریان فعال خون در رگ‌ها لازمه اصلی کارکرد سنسور است و عملاً احتمال هرگونه جعل فیزیکی را از بین می‌برد. نقشه رگ‌های خونی در دوران جنینی شکل می‌گیرد و حتی در دوقلوهای همسان کاملاً با یکدیگر تفاوت دارد. به دلیل سطح بالای امنیت و راحتی کاربری، بانک‌ها و مراکز نظامی پیشرفته در سراسر جهان به طور فزاینده‌ای از دستگاه‌های اسکن رگ دست برای تایید تراکنش‌های مالی کلان و دسترسی به مناطق حساس استفاده می‌کنند.

۷. شناسایی از روی رایحه و بوی بدن؛ سنسورهای بویایی الکترونیکی

پوست انسان مواد شیمیایی مختلفی را از طریق غدد عرق ترشح می‌کند که در ترکیب با باکتری‌های سطح پوست، بوی منحصربه‌فردی را برای هر فرد ایجاد می‌کند که به آن امضای بویایی می‌گویند. دانشمندان دانشگاه پلی‌تکنیک مادرید با همکاری شرکت‌های حوزه فناوری، سیستم‌های بویایی الکترونیکی یا بینی‌های مصنوعی ساخته‌اند که قادرند بوی خاص افراد را آنالیز کنند. این دستگاه‌ها با تحلیل ترکیبات آلی فرار موجود در هوای اطراف فرد، می‌توانند هویت او را با دقتی نزدیک به نود درصد شناسایی کنند.

اگرچه این فناوری هنوز در مراحل اولیه توسعه خود قرار دارد، اما پتانسیل بالایی برای استفاده در گیت‌های امنیتی فرودگاه‌ها بدون نیاز به تماس فیزیکی مسافران نشان داده است. تغییرات روزمره بوی بدن ناشی از رژیم‌های غذایی مختلف، استفاده از عطرها یا ابتلا به بیماری‌های خاص از چالش‌های این متد ب شمار می‌روند؛ اما سیستم‌های هوشمند امروزی یاد گرفته‌اند که این نویزهای محیطی را فیلتر کرده و تنها بر روی هسته اصلی و پایدار ژنتیکی بوی پوست تمرکز کنند تا درصد خطای سیستم کاهش یابد.

۸. آنالیز گام‌ها و الگوی راه رفتن؛ ردیابی پویای هویت در حرکت

حرکت و راه رفتن هر انسان حاصل هماهنگی پیچیده‌ای میان سیستم عصبی، طول استخوان‌ها، حجم عضلات و مرکز ثقل بدن او است که یک امضای پویای حرکتی پدید می‌آورد. آنالیز گام‌ها (Gait Analysis) به عنوان یک روش بیومتریک غیرتماسی، ریشه‌ای در تحقیقات ارتوپدی قرن بیستم دارد که امروزه با دوربین‌های مداربسته شهری ترکیب شده است. دوربین‌های مجهز به هوش مصنوعی می‌توانند از مسافت‌های دور و بدون نیاز به همکاری داوطلبانه فرد، هویت او را بر اساس نحوه گام برداشتن تشخیص دهند.

این فناوری در سیستم‌های نظارتی مدرن کلان‌شهرها کاربرد امنیتی بسیار بالایی دارد و می‌تواند مجرمان فراری را حتی در صورت پوشاندن چهره‌شان شناسایی کند. تغییر زاویه مفاصل، شتاب حرکت پاها و نوسان‌های بالاتنه در حین راه رفتن، کدهای حرکتی یکتایی می‌سازند که تقلید یا جعل آن‌ها توسط دیگران تقریباً ناممکن است. این سیستم حتی در شرایطی که فرد بارهای سنگینی حمل می‌کند یا کفش‌های متفاوتی پوشیده است، با تحلیل توزیع جرم و دینامیک حرکتی پایه، کار شناسایی را با موفقیت انجام می‌دهد.

۹. تصویربرداری حرارتی چهره؛ نقشه‌برداری از رگ‌های سطحی پوست

در حالی که سیستم‌های تشخیص چهره متداول از نور مرئی و ثبت ویژگی‌های ظاهری پوست استفاده می‌کنند، تصویربرداری حرارتی (Facial Thermography) به اعماق پوست نفوذ می‌کند. دوربین‌های مادون قرمز حرارتی با ثبت امواج گرمایی ساطع‌شده از جریان خون در مویرگ‌های صورت، نقشه‌ای از نقاط سرد و گرم چهره رسم می‌کنند. این الگوی توزیع گرما کاملاً منحصربه‌فرد است و تحت تأثیر دمای محیط یا آرایش صورت قرار نمی‌گیرد.

استفاده از نقشه‌های حرارتی این امکان را فراهم می‌سازد تا هرگونه تلاش برای جعل هویت با استفاده از ماسک‌های سه‌بعدی سیلیکونی یا عکس‌های چاپی ناکام بماند، زیرا این اشیاء فاقد امضای حرارتی خون زنده هستند. این تکنولوژی در گمرک‌ها و مرزهای هوایی در کنار بررسی‌های امنیتی، می‌تواند برای شناسایی اولیه افراد بیمار یا تب‌دار نیز به صورت همزمان استفاده شود. این ویژگی چندمنظوره، تصویربرداری حرارتی را به ابزاری کلیدی در پدافند غیرعامل و کنترل امنیت بهداشت عمومی تبدیل کرده است.

۱۰. دینامیک تایپ کردن؛ رفتارشناسی ضربه زدن به کلیدهای کیبورد

نحوه تعامل شما با صفحه کلید کامپیوتر یا گوشی هوشمند فراتر از یک فعالیت ساده، نشان‌دهنده الگوهای عصبی و عضلانی خاص شماست که به آن بیومتریک رفتاری می‌گویند. دینامیک تایپ کردن (Keystroke Dynamics) بر اساس زمان فشردن یک کلید (Dwell Time) و فاصله زمانی بین رها کردن یک کلید و فشردن کلید بعدی (Flight Time) تحلیل می‌شود. این سیستم نرم‌افزاری بدون نیاز به سخت‌افزار اضافی، در پس‌زمینه سیستم‌عامل‌ها فعال است و امنیت حساب‌های کاربری را به طور مداوم بررسی می‌کند.

اگر هکری رمز عبور شما را سرقت کند و وارد حساب کاربری شود، سیستم به سرعت متوجه تغییر در سرعت تایپ، ریتم فواصل بین کلمات و خطاهای رایج نوشتاری او می‌شود و حساب را مسدود می‌کند. این روش امنیت مداوم (Continuous Authentication) را بدون ایجاد مزاحمت برای کاربر فراهم می‌آورد و در سیستم‌های بانکی برای جلوگیری از کلاهبرداری‌های آنلاین استفاده فراوانی دارد. از آنجا که این الگو رفتاری است، خستگی مفرط یا آسیب‌های فیزیکی دست می‌توانند به طور موقت کارایی آن را تحت تأثیر قرار دهند که برای حل آن از الگوریتم‌های یادگیری ماشین تطبیق‌پذیر استفاده می‌شود.

سوالات رایج

دکتر علیرضا مجیدی

پزشک، نویسنده و بنیان‌گذار وبلاگ «یک پزشک»

دکتر علیرضا مجیدی، نویسنده و بنیان‌گذار وبلاگ «یک پزشک».
با بیش از ۲۰ سال نویسندگی «ترکیبی» مستمر در زمینهٔ پزشکی، فناوری، سینما، کتاب و فرهنگ.
باشد که با هم متفاوت بیاندیشیم!

دربارهٔ علیرضا مجیدی در یک پزشک

مطالب مرتبط

چگونه فناوری پیشرفته دوربین به عکاسان حرفه‌ای کمک می‌کند تا عکس‌های شگفت‌انگیزی از المپیک بگیرند

قارچ‌ها و ربات‌ها؛ پیوند دنیای زیستی و فناوری‌های پیشرفته

به‌زودی اثر انگشت‌های مصنوعی می‌توانند سیستم‌های بیومتریک را فریب می‌دهند

شاخص‌ترین فیلم‌های ناتمام بزرگان سینمای دنیا در مقابل شاخص‌ترین فیلم بازیابی شده

آیا ایران فناوری پیشرفته تشخیص چهره همگانی را در دسترس دارد؟ سیستم تشخیص چهره برای جریمه عابران پیاده

پیراهنی برای اندازه‌گیری عملکرد و شاخص‌های زیستی ورزشکاران