Biometrija: naše geslo je naše telo

Že leto in pol poslušamo, da je uporaba zaščitne obrazne maske, nameščene čez nos in usta, pomemben ukrep proti širjenju novega koronavirusa. Marca letos je dr. Borut Batagelj s sodelavci na Fakulteti za računalništvo in informatiko (FRI) Univerze v Ljubljani s pomočjo metod računalniškega vida in umetne inteligence izdelal sistem za samodejno zaznavanje pravilno nošenih obraznih mask. "Če maska v celoti ne prekriva ust in nosu, sistem javi, da ni pravilno nameščena. Na trenutno največji testni množici, ki vsebuje več kot 12 tisoč obrazov, dosega 98,93-odstotno točnost," je pojasnil tedaj. Raziskovalci so v okviru vzpostavitve sistema zgradili trenutno največjo označeno zbirko obrazov z maskami, zajetimi v realnih razmerah, ki obsega več kot 60 tisoč obrazov. Zbirka je prosto dostopna in na voljo drugim raziskovalcem, da bi izboljšali svoje metode zaznave in prepoznave mask ter obrazov z maskami. 

Gre za velik uspeh naših strokovnjakov na področju biometrije, s katero se je vsak od nas že srečal na tak ali drugačen način. Če še nimate novega biometričnega potnega lista ali pametnega telefona, ki ga lahko odklenete s prstnim odtisom, obrazom ali celo šarenico, pa ste na televiziji zagotovo že videli, kako Policija pri iskanju osumljencev uporablja obrazno prepoznavo, ali slišali, da je mogoče človeka prepoznati po načinu, kako hodi. 

Biometrična je vsaka lastnost, ki jo človek ima in jo nosi 

Biometrija (gr. bios = življenje, metron = merjenje) je proces zbiranja podatkov o posameznikovih fizičnih lastnostih za identifikacijo in avtentikacijo. "Biometrična je vsaka lastnost, ki jo človek ima in jo nosi s seboj. Računalnik jo prebere in iz nje naredi edinstveno kodo, nekakšno geslo, ki je značilno samo za nas," pojasnjuje raziskovalec Batagelj. 

Biometrija obsega fiziološke meritve in meritve obnašanja. Fiziološke so lahko biološke (DNK, kri, slina, urin) ali morfološke (prstni odtis, oblika roke, oko, v zadnjem času se uporabljajo tudi vzorci žil v dlaneh ali prstih). Meritve na podlagi človekovega obnašanja pa zajemajo prepoznavanje glasu, dinamiko podpisa (pritisk, nagib, pospešek, hitrost premikanja pisala), dinamiko tipkanja, celo rokovanje s predmeti, obnašanje, hojo in kretnje. Vse te meritve sicer nimajo enake stopnje zanesljivosti – medtem ko fiziološke ostajajo vse življenje enake, se lahko druge, npr. obnašanje, skozi življenje spreminjajo. 

Alphonse Bertillon – kriminolog, ki je začel meriti ljudi 

Zgodovina razvoja biometrije je bila pestra. Kot pionirja na tem področju lahko štejemo francoskega kriminologa Alphonseja Bertilloneja. Leta 1870 se je namreč domislil, da bi izdelal nek identifikacijski sistem, bazo kriminalcev, v kateri bi s pomočjo merjenja ljudi (dolžine njihovih prstov, rok, obsega glave, višine) lažje našel povratnike. Začel je tudi s shranjevanjem fotografij obrazov – t. i. mugshot policijskimi fotografijami, kot jih poznamo danes. Ta sistem je bil uspešen in so ga povzemali številni drugi, vse dokler ni policija leta 1903 prijela napačnega človeka, ki je imel popolnoma enake mere kot storilec. Izkazalo se je, da je šlo za njegovega brata dvojčka, a bilo je prepozno – sistem je izgubil zaupanje ljudi. 

Že leta 1892 se je začel uporabljati tudi prstni odtis, kmalu zatem pa še šarenica. Prvi sistemi obrazne prepoznave so se pojavili v letih 1960 do 1970 in so bili polavtomatski, šele pozneje so se razvili sistemi, ki so vključevali tudi sam videz obraza, t. i. "face recognition". "Najbolj znan primer je iz leta 2001, ko so ta sistem prvič javno uporabili na Super Bowlu, a se je izkazal za povsem neučinkovitega, saj je v nekontroliranem okolju piskal za povsem nedolžne ljudi. To je tedaj odprlo tudi številna vprašanja o zasebnosti teh sistemov," pojasni Batagelj. 

Po terorističnem napadu 11. septembra 2001 se je za tovrstne raziskave začelo namenjati veliko denarja. Velik preboj se je zgodil deset let pozneje, ko so prišle nevronske mreže, kakršne poznamo v umetni inteligenci.

Najbolj zanesljiva je šarenica, ki se razlikuje celo pri enojajčnih dvojčkih 

Danes se s primeri biometrije srečamo na različnih področjih. "Najširša uporaba je kontrola dostopa – za dostop do naše mobilne naprave ali v določeno zgradbo potrebujemo prstni odtis, šarenico ali obraz, da opravimo verifikacijo. Druga skupina je pregon. Policija to uporablja za identifikacijo oseb ali za zagotavljanje javne varnosti. Biometrija se pogosto uporablja tudi na mejah (za mejni, potovalni, migracijski nadzor), pa za civilne identifikacije (dostop do spletne banke), na volitvah, v zdravstvu in različnih komercialnih aplikacijah (npr. dostop v trgovinah)," našteva. 

Najbolj razširjene modalnosti so prstni odtis, obraz in šarenica, ki je med temi tremi tudi najbolj zanesljiva. Nihče namreč nima enake, niti enojajčni dvojčki, poleg tega se skozi časovno obdobje ne spreminja oz. se spreminja le po velikosti, vzorec pa ostaja enak (enako je z uhljem in prstnim odtisom). Med najbolj zanesljivimi velja omeniti še strukturo žil pod kožo, ki je tudi najbolj varna, saj nam tega nihče ne more ukrasti. 

Storilca lahko izda že hoja ali uhelj 

Ko gre za razvijanje sistemov, raziskovalci v laboratoriju za računalniški vid na Fakulteti za računalništvo in informatiko v Ljubljani, v sodelovanju s kolegi na Fakulteti za elektrotehniko, po uspešnosti dosegajo sam vrh in so povsem primerljivi s tujino. Veliko so se ukvarjali s hojo, po kateri je moč identificirati človeka, imajo dobro razvit sistem za prstni odtis in šarenico, trenutno pa so najbolj osredotočeni na beločnico, obraz in uhlje. 

Batagelj je tudi sodni izvedenec na področju biometrije in mora pogosto identificirati osebo na podlagi videoposnetka nadzornih kamer. "To delo opravim tudi s pomočjo računalniških metod, od izboljšave slike, do izdelave 3D-modela, normalizacije slike ..." Kot še pravi, nikoli ne raziskuje, kako se je zgodba končala, le za kakšne odmevne primere izve iz medijev. "Eden takšnih je bil primer, ko so bili obrazi zakriti z maskami, kamere pa so bile kvalitetne in pozicionirane zelo blizu trezorja, zato je ena od njih zelo dobro zajela njihove uhlje. Pri enem storilcu so obstajale neke značilke na uhlju, ki jih je imela potem tudi obdolžena oseba." Biometrija je po njegovih besedah tista, ki poleg drugih dokazov pokaže pot k pravi odločitvi. 

"Včasih bi si želeli, da bi bili varnostni sistemi bolj kvalitetni, vedeti pa morate, da so ti vedno nameščeni na neki višini – da jih ne bi kdo prekril ali uničil – zato posnetki obrazov niso popolnoma frontalni. Tukaj potem pridejo v poštev računalniške metode," še dodaja strokovnjak. 

Zaradi policijskega programa Face Trace uveden inšpekcijski postopek

Policija za obrazno prepoznavo uporablja t. i. sistem Face trace. "Ko policisti dobijo posnetek varnostnih kamer nekega človeka ali ko s pomočjo očividca izdelajo fotorobota, uporabijo ta sistem, da po svoji evidenci poiščejo najustreznejše kandidate. Preiskovalec potem to še ročno pregleda in preveri, ali je na posnetku oz. fotografiji res ta oseba." Sistem sicer zagotavlja neko sled, da se tega ne bi izkoriščalo za druge namene, a vse te stvari je žal možno zaobiti, opozarja Batagelj.

Prav zdaj je ta sistem tudi predmet obravnave informacijske pooblaščenke. Iz njenega urada so nam sporočili, da do zdaj niso zaznali kršitev. "Še vedno pa so odprti postopki, ki jih zoper Policijo vodimo zaradi suma nezakonite obdelave osebnih podatkov v okviru postopkov ugotavljanja identitete udeležencev protestnih shodov v Ljubljani, Mariboru in v Trbovljah. V teh postopkih IP na konkretnih primerih preverja uporabo avtomatizirane primerjave fotografij. Taka uporaba bi bila namreč nezakonita, saj se modul Face Trace lahko uporablja le v okviru postopkov odkrivanja in pregona kaznivih dejanj, ne pa tudi prekrškov, kar naj bi udeleženci protestnih shodov kršili (sum kršenja ukrepov za zajezitev širjenja covida-19)," so zapisali. 

Še bolj sporna je aplikacija za primerjavo obraza Clearview, ki omogoča neposredno primerjavo z vsemi fotografijami, ki so javno objavljene na spletu. Zato je tu na mestu svarilo strokovnjaka: "Vse, kar damo na internet, je shranjeno, z našimi fotografijami se polnijo velike baze. Vsako aplikacijo, ki jo namestite, da vam spremeni ali popači obraz ... vse to se nekam pošilja in shranjuje, tudi če vam rečejo drugače. Aplikacije pa seveda niso odprtokodne, da bi vi lahko preverili, kaj se dogaja." Slovenska Policija sicer uporabo aplikacije Clearview zanika. 

Kdo pa sicer najbolj izkorišča te naše podatke? "Največji playerji na tem področju so velike korporacije, kot sta Facebook in Google. Da zgradiš dober biometrični sistem, moraš imeti poleg znanja in procesorske moči tudi veliko podatkov. Znanje in procesorsko moč imamo, z razpoložljivimi fotografijami pa je vedno težava. Facebok in Google na tem področju nimata težav – govorimo o milijonih oz. milijardah slik uporabnikov," je jasen Batagelj. 

Globoki ponaredki in razvoj deidentifikacije 

Ko gre za razvijanje tehnologij pri obravnavi osebnih podatkov, je poseg v zasebnost velik problem, še opozori. "Tega se zavedamo tudi v našem laboratoriju. Imamo skupino raziskovalcev, ki se ukvarja prav z zasebnostjo, torej z vprašanji, kako zakriti identiteto človeka. Temu rečemo deidentifikacija in deluje tako, da naš obraz na sliki ali posnetku spremeni do te mere, da ni več prepoznaven. Takšne sisteme uporabljamo v okoljih, kjer želimo zasebnost, ta ista tehnologija pa se lahko uporablja tudi za to, da obraz spremenimo v neko drugo identiteto. Gre za t. i. deepfake – globoke ponaredke, s katerimi lahko izdelamo lažne novice. A tudi tukaj ne spimo, razvijamo zelo uspešne sisteme za detekcijo takšnih ponaredkov," zagotovi. 

Zavedati se moramo namreč, da imamo pri obrazih opravka z biometričnimi podatki, ki jih nosimo s seboj. Svoje geslo ali PIN-kodo lahko kadar koli spremenimo, obraza pa ne. "Zato mora biti vsak sistem zasnovan tako, da ne hrani fotografij, pač pa samo podatke, ki so potrebni za identifikacijo, a so zakodirani v niz številk. Tudi če ga kdo ukrade, si z njim ne more nič pomagati. Vse zbirke morajo biti skrbno varovane, komunikacija pa kriptirana," še posvari.

Kaj bo na tem področju prinesla prihodnost? 

Iz obraza sicer po besedah Batagelja lahko preberemo ogromno stvari. "Psihologi imajo dodobra razdelano premikanje obraznih mišic, s pomočjo katerega lahko ugotovijo, ali človek govori resnico in ali kaže pravo čustvo. Ti sistemi so celo tako natančni, da lahko detektirajo posamezne mišice in na podlagi tega razberejo, kako močno je čustvo. Iz obraza se da razbrati tudi določene bolezni, starost, spol in raso. Tehnika, ki jo pogosto uporabljajo oglaševalci, je merjenje premikanja smeri zenice v očesu. Na tak način vedo, kam umestiti reklame. Smer gledanja, pa tudi frekvenco mežikanja, s katero se lahko lahko ugotovi utrujenost, že merijo tudi sistemi v avtomobilih. Detekcija razpoloženja je zelo pomembna tudi v fazi interakcije z roboti – ko se bo začel robot, ki z nami že komunicira, še čustveno odzivati, bomo dobili še bolj pristno komunikacijo." 

Nove metode se na tem področju razvijajo vsak dan. "Strokovnjaki so ugotovili ne samo, da imamo ljudje zelo specifičen uhelj, ampak je tudi slušni kanal pri vsakem človeku malo drugačen, zato se zvok, ki pride v uho, v vsakem ušesu drugače odbije. Tako so že izdelali slušalke, ki imajo vgrajen mikrofon in spremljajo zvok, ki se odbija v ušesu, ter je specifičen za vsakega uporabnika. Kmalu si bomo torej lahko dali slušalke v uho in nas bo sistem na podlagi tega prepoznal. Velike raziskave delajo tudi na področju elektronskih nosov – na podlagi telesnega vonja, ki ga oddajamo, je možno z elektronskimi nosovi, podobno, kot to počnejo psi, identificirati človeka. Nekateri so merili tudi odtis hrbta – ko se usedemo na stol, vsak človek drugače pritiska na naslonjalo. Tako so že naredili sisteme, ki, ko se usedemo, identificirajo, kdo se je usedel, kar nam lahko pride prav proti kraji avtomobilov," našteva. 

Vsaka lastnost oz. modalnost človeka ima svoje prednosti in slabosti, še pove Batagelj. Nekatere lahko hitro zajamemo, a so bolj ranljive. Nekatere so bolj, druge manj zanesljive. Prihodnost gre po njegovih besedah v smer kombiniranja stvari. "Tudi za odklepanje telefona je tako – šarenica se kombinira z obrazom ali prstnim odtisom. Da se neinvazivne metode, ki se jih zazna na daljavo, združijo. S tem se povečata uspešnost biometričnih metod in varnost, ranljivost sistemov pa se zmanjša. Naš cilj je, da si kar se da olajšamo življenje, a pri tem se moramo zavedati ranljivosti teh stvari in jih pravilno zaščititi," zaključi.