Занимательная биометрия: Забытая технология бертильонажа вернулась и сделала дактилоскопию анахронизмом

Биометрические практики появились на Земле одновременно с хоть сколько-то осмысленной жизнью. Нам достоверно не известно, узнают ли друг друга амебы, а если узнают, то как именно. Но то, что биометрическое распознавание является основой взаимодействия теплокровных жителей планеты, сомневаться не приходится.

Уровень прокачки биометрических навыков сильно варьируется, завися от мыслительных способностей конкретного вида.  В абсолютном большинстве случаев речь идет о простой, но надежной системе распознавания «свой-чужой», и лишь высшие приматы способны запомнить сразу сотни лиц, голосов, запахов и других уникальных особенностей индивидов. Если абстрагироваться от размышлений о высших силах, именно умение отличать одних особей от других стало основой развития цивилизации. Без этого наших шерстистых предков уничтожили бы сотнями незамысловатых, но эффективных способов.

В этой связи особенно занятно, что биометрия, как научная дисциплина, оформилась совсем недавно. Если не считать несколько курьезных случаев, вроде идентификации по форме ногтей в древней Ассирии, серьезные попытки систематизировать биометрическую информацию были предприняты лишь в конце XIX века.

Точнее, своеобразные биометрические описания личности появились гораздо раньше. Помните эти строки? «Он был лет сорока, росту среднего, худощав и широкоплеч. В черной бороде его показывалась проседь; живые большие глаза так и бегали. Лицо его имело выражение довольно приятное, но плутовское. Волоса были обстрижены в кружок; на нем был оборванный армяк и татарские шаровары». Перед нами описание Емельяна Пугачева из «Капитанской дочки» Александра Сергеевича, которое представляет собой слегка олитературенную переработку ориентировки на лже-царя, рассылаемой правительством. Примерно такими же словами описывались и более законопослушные граждане в официальных документах. Вполне очевидно, что подобные описания были весьма условны и обходились злоумышленниками на раз. Например, банальным сбриванием бороды и перекраской волос.

Писарь Первого бюро полицейской префектуры Парижа Альфонс Бертильон первым придумал «оцифровывать» словесный портрет. Он стал замерять физические параметры арестованных и, накопив базу таких замеров, пришел к выводу, что рост, окружность головы или длина пальцев могут повторяться у многих людей, однако уже четыре различных физических параметра, встретившись одновременно, формируют уникальный идентификатор. Про пять и говорить нечего, это почти стопроцентное попадание, и именно таковым было максимальное количество признаков в системе классификации преступников. В 1883 году Бертильону по своей методике удалось идентифицировать заключенного, назвавшегося другим именем по причине внушительного криминального прошлого, висевшего на старом. С этого момента методика получила название бертильонажа и ее взяли на вооружение во многих странах. Лишь через 20 лет бертильонаж стал вытесняться дактилоскопией, потому что снимать отпечатки пальцев было быстрее, а карточки с «пальчиками» занимали меньше места, чем их аналоги, сделанные по системе Бертильона.

О французской методике забыли на сотню лет. Обычно после такого не возвращаются. Например, никому в голову не придет снова запустить в массовый оборот конную или паровую тягу. Но вот уже пару лет реинкарнированный бертильонаж у нас на глазах теснит царствовавшую целый век дактилоскопию.

Делать лицо

Сканеры отпечатков пальцев переехали в потребительскую технику из корпоративных систем и продуктов около 10 лет назад. Избавившись от детских болезней, они надолго (по меркам мира IT, разумеется) стали оптимальным способом идентификации владельца для всех нужд, включая покупки и другие финансовые операции.

Справедливости ради, идентификация по отпечатку пальца до сих пор признается полностью надежной далеко не всеми. Да, действительно, вероятность наткнуться на человека с точно таким же отпечатком ничтожно мала. Но, в то же время, каждый отпечаток пальца одного и того же человека также может отличаться от предыдущего. Собственно, именно из-за этого при настройке смартфона или ноутбука мы прикасаемся к сенсору десятки раз: на основании большого количества «снимков» строится усредненная модель, позволяющая опознавать владельца с не раздражающей его скоростью. Вероятность ложного распознавания при этом вырастает, причем степень огрубления сильно зависит от конкретного аппарата и от типа датчика (он бывает оптическим, емкостным или ультразвуковым).

Интересно, что изыскания в области распознавания лица в смартфонах и планшетах велись параллельно с внедрением сканеров отпечатков пальцев. Достаточно вспомнить, что возможность разблокировки аппаратов при помощи лица стала стандартной функцией еще в операционной системе Android 4.0.1, анонсированной в октябре 2011 года. Многие тогда попробовали, включая меня, но сразу вернулись на сканер или пароль, потому что работала функция просто отвратительно. Когда надо – не узнавала, а когда не надо, наоборот, узнавала.

С тех пор воз, что характерно, и ныне там. На момент написания статьи (февраль 2019 года) ни один аппарат на Android не позволял подтверждать транзакции при помощи лица. Пальцем, паролем – пожалуйста. Но не лицом. При этом разблокировка самого смартфона лицом на Android вполне обычное дело. Просто все производители осознают, что защищенность этого действия крайне низка. Поэтому зайти на рабочий экран, посмотреть фоточки в галерее, написать какую-нибудь глупость в соцсетях – всем этим рискнуть можно. А вот за деньги никто ответственности нести не хочет.

Одна не за всех

В отличие от почти плоской подушечки пальца, лицо человека трехмерно. Единственная лицевая камера, в теории, позволяет создать 3D-модель лица, но это требует много времени (десятки секунд). Мало того, что камере придется сделать несколько десятков четких снимков, так еще и самому опознаваемому придется поворачивать голову под определенными углами, чтобы камера могла выполнить свою работу.

Два обычных фотомодуля с разным фокусным расстоянием справляются с созданием 3D-модели довольно шустро, но остается проблема влияния недостаточной освещенности. Очевидно, что система, работающая при дневном свете и не работающая ночью, особой популярностью пользоваться не будет. Встраивать же вспышку и шарашить ей в лицо пользователю при каждой разблокировке невозможно. Мало того, что неэргономично, так еще и вспышка в морду уничтожает множество мелких деталей.

Техническое решение для быстрого создания 3D-модели лица существует давно и было опробовано такими грандами, как Microsoft и Intel. В основе технологии лежит использование обычного фотомодуля и инфракрасной камеры. Если обращаться уж со всем к истокам, то данное сочетание впервые было использовано в израильских ВВС. Там довольно безжалостно относятся к закупаемым американским самолетам, из которых по прибытию в Израиль извлекают всю родную электронику и устанавливают местную. Двойной сенсор использовался в модернизированных таким образом истребителях F-15 для того, чтобы летчик мог наводить ракеты на цель взглядом. Также система контролировала мимику пилота, и если он слишком долго держал глаза закрытыми, что могло свидетельствовать о ранении или гибели, обеспечивала соответствующие действия.

Выйдя на гражданку, два бывших авиационных инженера создали стартап PrimeSense, который в 2010 году позволил создать Microsoft Kinect. В 2014 году практически идентичный продукт появился у Intel под названием RealSense, двойной камеры, при помощи которой корпорация предполагала перевести компьютеры на управление помахиваниями руками в воздухе. В дальнейшем появилась идея использовать RealSense и для идентификации пользователей ПК, однако до дела практически не дошло из-за низкой распространенности камер RealSense в компьютерах и низкого же разрешения даже самых совершенных продуктов (максимум Full HD).

Между тем, PrimeSense в 2013 году купила Apple. А в 2017 году докупила другой стартап, RealFace, где главным по софту был один из разработчиков Intel RealSense. В статьях, посвященных покупке, говорили о том, что-де Apple точно копает в сторону идентификации по лицу и через несколько лет, наверное, что-то выкопает. Однако сделка по RealFace состоялась в феврале, а уже в сентябре 2017-го был представлен iPhone X без сканера отпечатков пальцев, зато с лицевой камерой TrueDepth и новой функцией Face ID.

Несмотря на то, что двойной модуль по сравнению со всеми предыдущими инкарнациями был просто крошечным (вспомните хотя бы габариты и энергопотребление Microsoft Kinect), он умел создавать 3D-карту лица по 30 000 точек. Напомню, Альфред Бертильон в своей системе использовал всего пять параметров: длину и ширину головы, а также длины среднего пальца, левой ступни и локтя. Face ID, это современное воплощение бертильонажа, фиксирует только параметры лица, зато с детальностью на четыре порядка выше. Такая точность системы позволяет фиксировать не только физические данные, но и микромимику. Характерные микротики, пульсации вен под кожей и т.д. и т.п.

Зачем оно нужно? Как ни жестоко звучит, для того, чтобы отличить живого человека от мертвого. Ну или от искусно сделанной маски. В конце прошлого года американский Forbes протестировал надежность распознавания лица флагманскими смартфонами при помощи 3D-копии лица журналиста. Все аппараты на Android, а именно LG G7, Samsung Galaxy S9, Samsung Galaxy Note 8 и OnePlus 6, отлично скушали 3D-модель, распечатанную на 3D-принтере, и только iPhone X не поддался. Собственно, в этом тесте и содержатся все причины, почему гуглофонам пока не разрешают управлять деньгами с идентификацией по лицу. Между тем, задокументированных взломов Face ID, несмотря на новизну данной технологии в таких компактных габаритах, пока не зафиксировано.

Все там будем

Я уже писал о том, как меняет пользовательский опыт бесшовная, практически незаметная для пользователя идентификация по лицу. Попробовав ее один раз, обратно на отпечаток пальца не тянет категорически, и на смартфон, не умеющий хотя бы просто разблокироваться по лицу, смотришь, как на анахронизм.

После iPhone X технология Face ID переехала в новые iPhone Xs/Xs Max, а также в относительно недорогой (насколько вообще могут быть недорогими новые аппараты Apple) iPhone Xr. Также Face ID проникла в новые iPad Pro, где работает не только в вертикальном, но и в горизонтальном режиме, чего, кстати, сильно не хватает в iPhone. Смотришь кино на весь экран, отвлекся, смартфон заблокировался, и чтобы снова продолжить просмотр приходится его крутить-вертеть. Неудобненько.

Отсутствие полноценного конкурирующего аналога Face ID в течение целых полутора лет объясняется довольно просто: эту технологию можно воспроизвести только при полном контроле над компонентами, драйверами и операционной системой, который в стане Android просто недостижим. И если даже одному или двум производителям удастся добиться такого контроля и сертифицировать систему в Google, встает проблема – из чего огород городить? Единственным на данный момент производителем модулей VCSEL (вертикально-излучающий лазер), необходимых для работы камеры TrueDepth, является американская компания Finisar. Все производимые сенсоры уходят в Apple, вложившую в компанию 390 миллионов долларов. Альтернативные VCSEL пока производятся опытными партиями и для действительно массовых продуктов по этой причине пригодны средне.

Конечно, в итоге аналоги появятся. Но на фоне этих подзатянувшихся догонялок довольно забавно звучит модное утверждение, что-де в iPhone нет никаких инноваций. Ага.

Итого

Навсегда ушло то время, когда об уровне смартфона можно было легко судить по его характеристикам. Ну серьезно, кого сейчас всерьез волнует разрешение камер флагманов или объем оперативной памяти? Я, конечно, про тех, кто эти флагманы может себе позволить, а не про любознательных, но безденежных детей.

Характеристики ничто, пользовательский опыт – всё. А с опытом-то все сложнее, чем с характеристиками, тут просто мегапикселей и гигабайт не навалишь. Вся мобильная индустрия перешла в лихорадочный режим поиска новой себя, и вот эти посыпавшиеся, как из ведра, концепты устройств с гнущимися экранами – беспомощные и отчаянные попытки перепрыгнуть через пропасть пользовательского равнодушия.

Но, есть мнение, разбег нужно было начинать раньше. И кто-то, возможно, уже там, на той стороне, готовится к следующему прыжку. Стирая пыль с хорошо забытого старого.