Устройство регистрации биометрических параметров для двухфакторной аутентификации личности

Изобретение относится к ультразвуковым устройствам регистрации биометрических параметров. Устройство регистрации биометрических параметров для двухфакторной аутентификации личности, содержащее приемопередающий ультразвуковой элемент с системой сканирования образца измерения, выполненной с возможностью восстановления изображения образца измерения, и со сферической акустической линзой, в области фокусировки которой установлена мезоразмерная частица с характерным поперечным размером области фокусировки не менее λ/2, где λ - длина волны используемого излучения в среде со скоростью звука в материале частицы относительно скорости звука в окружающей среде в диапазоне от 0,5 до 0,83, жидкостную ячейку с иммерсионной средой, в которой находятся внешняя поверхность сферической акустической линзы, мезоразмерная частица и внутренняя поверхность акустически прозрачной пластины, выполненной с возможностью расположения на ее внешней по отношению к сферической акустической линзе стороне образца измерения и установленной между сферической акустической линзой и образцом измерения. При этом устройство дополнительно содержит блок регистрации, а слева от сферической акустической линзы установлен генератор ультразвуковых волн сверхмалой длины, напротив которого установлен приемник ультразвуковых сигналов, при этом выход приемника ультразвуковых сигналов выполнен с возможностью подключения к входу устройства аутентификации личности, система сканирования образца измерения выполнена с возможностью передачи изображения образца измерения на устройство аутентификации личности, вход блока регистрации выполнен с возможностью подключения к выходу устройства аутентификации личности, а приемник ультразвуковых сигналов установлен с возможностью размещения между ним и акустически прозрачной пластиной образца измерения. Технический результат изобретения - минимизация вероятности неправильной аутентификации личности предлагаемым устройством с целью предотвращения доступа злоумышленников к защищаемому объекту посредством спуффинг-атак за счёт обеспечения возможности дополнительной аутентификации личности путём фиксации её уникальных биометрических данных - геометрии кости дистальной фаланги пальца и соотношения тканей пальца: костной, мышечной и жировой. 1 ил.

Устройство регистрации биометрических параметров для двухфакторной аутентификации личности, содержащее приемопередающий ультразвуковой элемент с системой сканирования образца измерения пальца, выполненной с возможностью восстановления изображения образца измерения пальца, и со сферической акустической линзой, в области фокусировки которой установлена мезоразмерная частица с характерным поперечным размером области фокусировки не менее λ/2, где λ – длина волны используемого излучения в среде со скоростью звука в материале частицы относительно скорости звука в окружающей среде в диапазоне от 0,5 до 0,83, жидкостную ячейку с иммерсионной средой, в которой находятся внешняя поверхность сферической акустической линзы, мезоразмерная частица и внутренняя поверхность акустически прозрачной пластины, выполненной с возможностью расположения на ее внешней по отношению к сферической акустической линзе стороне образца измерения пальца и установленной между сферической акустической линзой и образцом измерения пальца, отличающееся тем, что устройство дополнительно содержит блок регистрации биометрических параметров – геометрии кости дистальной фаланги пальца, ткани пальца: костной, мышечной и жировой, а слева от сферической акустической линзы установлен генератор ультразвуковых волн сверхмалой длины, напротив которого установлен приемник ультразвуковых сигналов, выполненный с возможностью приема волн, прошедших через указанные ткани образца измерения, при этом выход приемника ультразвуковых сигналов выполнен с возможностью подключения к входу устройства аутентификации личности, система сканирования образца измерения пальца выполнена с возможностью передачи изображения образца измерения пальца на устройство аутентификации личности, вход блока регистрации выполнен с возможностью подключения к выходу устройства аутентификации личности, а приемник ультразвуковых сигналов установлен с возможностью размещения между ним и акустически прозрачной пластиной образца измерения пальца.

Изобретение относится к ультразвуковым устройствам регистрации биометрических параметров с высоким разрешением и может быть использовано в системах ограничения доступа в защищаемые объекты, к техническим средствам, транспортным средствам и т.д., основанным на аутентификации личности путём фиксации её уникальных биометрических данных.

Известно устройство для регистрации отпечатков пальцев (R.Gr. Maev, E.Yu. Bakulin, A. Maeva, and F. Severin High Resolution Ultrasonic Method for 3D Fingerprint Recognizable Characteristics in Biometrics Identification / M.P. et al. (eds.), AcousticalImaging, AcousticalImaging 30, DOI 10.1007/978-90-481-3255-3_2, C _ SpringerScience+BusinessMedia B.V. 2011, pp. 11-16), содержащее приемопередающий ультразвуковой элемент со сферической акустической линзой, жидкостную ячейку (иммерсионную среду) и акустически прозрачную пластину, установленные между акустической линзой и образцом измерения (палец), при этом образец непосредственно расположен на внешней стороне поверхности акустически прозрачной пластины по отношению к акустической линзе, а также системы сканирования исследуемого образца и восстановления его изображения на экране видеоконтрольного устройства. В ультразвуковом устройстве регистрации отпечатков пальцев акустическая волна, возбуждаемая передающим ультразвуковым элементом, фокусируется акустической линзой. Исследуемый объект сканируется в фокальной плоскости линзы. Акустическая волна, отраженная от объекта, принимается акустической линзой приемного элемента. В ультразвуковом устройстве регистрации отпечатков пальцев использовался сканирующий акустический микроскоп Tessonics AM-1103 (TessonicsCorp., Canada) в качестве передающего и приемного ультразвуковых элементов, работающий в импульсном режиме. При этом использовался метод работы на отражение. На частоте 50 МГц акустическая линза обеспечивала пространственное разрешение 15 мкм. При этом поверхность пальца была прижата к акустически прозрачной пластине. Акустический гель использовался между пластиной и пальцем для лучшего акустического контакта.

Существенным недостатком данного устройства является низкое пространственное разрешение, ограниченное дифракционным пределом формирующей системы.

Наиболее близким к заявляемому изобретению по технической сущности и достигаемому техническому результату является ультразвуковое устройство для регистрации отпечатка пальца (пат. РФ № 184082, опубл. 15.08.2018, авторы Минин И.В., Минин О.В.), содержащее приемопередающий ультразвуковой элемент со сферической акустической линзой, жидкостную ячейку, акустически прозрачную пластину, установленную между акустической линзой и образцом измерения, выполненную с возможностью расположения на ее внешней, по отношению к акустической линзе, стороне образца измерения, и систему сканирования образца измерения, выполненную с возможностью восстановления и передачи его изображения на экран видеоконтрольного устройства, при этом в области фокусировки акустической линзы установлена мезоразмерная частица с характерным поперечным размером области фокусировки не менее λ/2, где λ - длина волны используемого излучения в среде со скоростью звука в материале частицы относительно скорости звука в окружающей среде в диапазоне от 0,5 до 0,83.

Существенным недостатком известного из пат. РФ № 184082 устройства является его уязвимость. В этом устройстве для регистрации отпечатка пальца осуществляется дактилоскопическое сканирование (регистрация отпечатка пальца) с помощью ультразвуковых волн. Это устройство способно сканировать только папиллярный узор подушечки пальца в связи с большой длиной (низкой частотой) генерируемого им ультразвуковой волны. Большое количество исследований (Миронова, Н.Г. Методы антиспуфинга в системах биометрической идентификации и верификации / Н. Г. Миронова // Информационные технологии обеспечения комплексной безопасности в цифровом обществе: сборник материалов IV Всероссийской молодежной научно-практической конференции с международным участием, Уфа, 21-22 мая 2021 года. - Уфа: Башкирский государственный университет, 2021. - С. 43-51. - DOI 10.33184/itokbco-2021-05-21.8. - EDN KQXTMO; https://www.kaspersky.ru/blog/sas2020-fingerprint-cloning/28101/, дата обращения 10.01.2024 г.) подтверждает уязвимость такого устройства для аутентификации личности.

Устройство по прототипу и аналогичные ему устройства подвержены спуффинг-атакам, т.е. взлому с помощью муляжа, изготовленного путем копирования папиллярного узора жертвы. Злоумышленники могут изготовить муляж пальца из силикона, пластилина или пластика, отпечатав его на 3D-принтере, и т.д. Большая часть ультразвуковых дактилоскопических сканеров воспринимает муляж за настоящий палец субъекта данных (https://www.kaspersky.ru/blog/sas2020-fingerprint-cloning/28101/, дата обращения 10.01.2024 г.)

Задачей изобретения является усовершенствование устройства для аутентификации личности, позволяющее производить двухфакторную аутентификацию личности.

Техническим результатом заявленного изобретения является минимизация вероятности неправильной аутентификации личности предлагаемым устройством с целью предотвращения доступа злоумышленников к защищаемому объекту посредством спуффинг-атак за счёт обеспечения возможности дополнительной аутентификации личности путём фиксации её уникальных биометрических данных - геометрии кости дистальной фаланги пальца и соотношения тканей пальца: костной, мышечной и жировой.

Технический результат достигается тем, что устройство регистрации биометрических параметров для двухфакторной аутентификации личности, содержащее приемопередающий ультразвуковой элемент с системой сканирования образца измерения, выполненной с возможностью восстановления изображения образца измерения, и со сферической акустической линзой, в области фокусировки которой установлена мезоразмерная частица с характерным поперечным размером области фокусировки не менее λ/2, где λ - длина волны используемого излучения в среде, со скоростью звука в материале частицы относительно скорости звука в окружающей среде в диапазоне от 0.5 до 0.83, жидкостную ячейку с иммерсионной средой, в которой находятся внешняя поверхность сферической акустической линзы, мезоразмерная частица и внутренняя поверхность акустически прозрачной пластины, выполненной с возможностью расположения на ее внешней по отношению к сферической акустической линзе стороне образца измерения и установленной между сферической акустической линзой и образцом измерения, дополнительно оборудуют блоком регистрации, а слева от сферической акустической линзы устанавливают генератор ультразвуковых волн сверхмалой длины, напротив которого устанавливают приемник ультразвуковых сигналов, при этом выход приемника ультразвуковых сигналов выполняют с возможностью подключения ко входу устройства аутентификации личности, систему сканирования образца измерения выполняют с возможностью передачи изображения образца измерения на устройство аутентификации личности, вход блока регистрации выполняют с возможностью подключения к выходу устройства аутентификации личности, а приемник ультразвуковых сигналов устанавливают с возможностью размещения между ним и акустически прозрачной пластиной образца измерения.

Двухфакторная аутентификация личности предлагаемым устройством достигается тем, что устройство дополнительно оборудуют блоком регистрации, а слева от сферической акустической линзы устанавливают генератор ультразвуковых волн сверхмалой длины, напротив которого устанавливают приемник ультразвуковых сигналов, при этом выход приемника ультразвуковых сигналов выполняют с возможностью подключения ко входу устройства аутентификации личности, систему сканирования образца измерения выполняют с возможностью передачи изображения образца измерения на устройство аутентификации личности, вход блока регистрации выполняют с возможностью подключения к выходу устройства аутентификации личности, а приемник ультразвуковых сигналов устанавливают с возможностью размещения между ним и акустически прозрачной пластиной образца измерения.

Установка слева от сферической акустической линзы генератора ультразвуковых волн сверхмалой длины позволяет сформировать поток ультразвуковых волн для облучения различных тканей образца измерения (кости дистальной фаланги пальца и тканей пальца: костной, мышечной и жировой) с возможностью последующей визуализации. Использование ультразвуковых волн сверхмалой длины (сверхвысокой частоты) позволяет получить изображение биологических структур тканей биологических объектов, в частности, пальца с высоким разрешением (https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fmats.2021.733358/full, дата обращения 19.04.2024).

Установка напротив генератора ультразвуковых волн сверхмалой длины приемника ультразвуковых сигналов обеспечивает возможность фиксации потока ультразвуковых волн сверхмалой длины, несущего информацию о биологических структурах тканей образца измерения (кости дистальной фаланги пальца и тканей пальца: костной, мышечной и жировой).

Выполнение выхода приемника ультразвуковых сигналов с возможностью подключения ко входу устройства аутентификации личности позволяет передать информацию о биологических структурах тканей образца измерения (кости дистальной фаланги пальца, хрящи, сухожилия, мышечные и жировые ткани) с выхода приемника ультразвуковых волн на вход устройства аутентификации личности, которое осуществляет аутентификацию исследуемой личности по двум характеризующим её факторам: папиллярному узору образца измерения (пальца) и информации о его тканях (кости, хрящи, сухожилия, мышечные и жировые ткани).

Оборудование устройства блоком регистрации с возможностью подключения его входа к выходу устройства аутентификации личности позволяет при совпадении исследуемых факторов с эталонными, установленными в устройстве аутентификации личности, зафиксировать в памяти блока регистрации время измерения, фамилию, имя и отчество аутентифицируемой личности.

Выполнение системы сканирования образца измерения с возможностью передачи изображения образца измерения на устройство аутентификации личности позволяет осуществить сравнение этого изображения с хранящимся в базе данных устройства аутентификации личности изображением папиллярного узора образца измерения исследуемой личности.

Установка приемника ультразвуковых сигналов с возможностью размещения между ним и акустически прозрачной пластиной образца измерения позволяет обеспечить прохождение ультразвуковых волн сверхмалой длины через ткани образца измерения для получения информации о биологических структурах этих тканей.

Таким образом, совокупность предложенных признаков позволяет достичь заявленного технического результата.

На фиг. 1 представлена функциональная схема предлагаемого устройства регистрации биометрических параметров для двухфакторной аутентификации личности.

Устройство регистрации биометрических параметров для двухфакторной аутентификации личности, содержит (фиг. 1) блок регистрации 10, приемопередающий ультразвуковой элемент 12, например, пьезоэлектрический преобразователь из LiNBO₃, с системой сканирования образца измерения 1, выполненной с возможностью восстановления изображения образца измерения, и со сферической акустической линзой 3, в области фокусировки которой установлена мезоразмерная частица 4, выполненная из рексалита (скорость звука 2311 м/с) в форме сферы или куба, с характерным поперечным размером области фокусировки не менее λ/2, где λ - длина волны используемого излучения в среде со скоростью звука в материале частицы относительно скорости звука в окружающей среде в диапазоне от 0.5 до 0.83, и жидкостную ячейку 6 с иммерсионной средой 5. В жидкостной ячейке 6 с иммерсионной средой 5, например, водой (скорость звука 1490 м/с) находятся внешняя поверхность акустической линзы 3, мезоразмерная частица 4 и внутренняя поверхность акустически прозрачной пластины 7. Акустически прозрачная пластина 7 выполнена с возможностью расположения на ее внешней по отношению к сферической акустической линзе 3 стороне образца измерения (пальца) 8 и установлена между сферической акустической линзой 3 и образцом измерения (пальцем) 8.

Слева от сферической акустической линзы 3 установлен генератор 2 ультразвуковых волн сверхмалой длины, а напротив него установлен приемник ультразвуковых сигналов 9. Выход приемника ультразвуковых сигналов 9 выполнен с возможностью подключения ко входу устройства аутентификации личности 11. Система сканирования образца измерения 1 выполнена с возможностью передачи изображения образца измерения 8 на устройство аутентификации личности 11. Вход блока регистрации 10 выполнен с возможностью подключения к выходу устройства аутентификации личности 11. Приемник ультразвуковых сигналов 9 установлен с возможностью размещения между ним и акустически прозрачной пластиной 7 образца измерения 8.

Устройство регистрации биометрических параметров для двухфакторной аутентификации личности работает следующим образом.

Аутентифицируемая личность вставляет палец (образец измерения 8) в пространство между акустически прозрачной пластиной 7 и приемником ультразвуковых сигналов 9, прижимает к внешней стороне акустически прозрачной пластины 7 подушечку образца измерения 8 (пальца) (фиг. 1), запуская процесс сканирования. Акустическая волна (фиг. 1), сформированная приемопередающим ультразвуковым элементом 12, фокусируется акустической сферической линзой 3 на мезоразмерную частицу 4, которая расположена в области фокуса акустической линзы 3 на акустически прозрачной пластине 7.

В результате интерференции поверхностных акустических волн мезоразмерная частица 4, установленная в области фокусировки акустической линзы 3, формирует область с повышенной концентрацией акустической энергии и с поперечными размерами порядка λ/3-λ/4, где λ длина волны излучения. Система сканирования образца измерения 1 сканирует этой областью поверхность образца измерения 8 (пальца), плотно прижатого к внешней поверхности акустически прозрачной пластины 7. Часть направленного на образец измерения 8 (палец) импульса акустической волны поглощается, а часть отражается. Интенсивность отраженного ультразвукового импульса зависит от гребешковых выступов и впадин папиллярного узора образца измерения 8 (пальца), уникальных для каждого человека. Отраженный от образца измерения 8 (пальца) импульс (эхо-сигнал) через мезоразмерную частицу 4 и акустическую линзу 3 попадает на систему сканирования образца измерения 1 приемопередающего ультразвукового элемента 12.

Расстояния между источником ультразвуковых волн системы сканирования образца измерения 1 (источник ультразвуковых волн системы сканирования образца измерения 1 на фиг. 1 не показан, как не относящийся к существу изобретения) и гребешковыми выступами и впадинами папиллярного узора образца измерения 8 (пальца) определяются системой сканирования образца измерения 1 по параметрам отраженного от этих выступов и впадин эхо-сигнала.

По окончании сканирования система сканирования образца измерения 1 приемопередающего ультразвукового элемента 12 (фиг. 1) передает информацию о папиллярном узоре образца измерения 8 (пальца) на вход устройства аутентификации личности 11 и одновременно подает на вход генератора ультразвуковых волн сверхмалой длины 2 сигнал, по которому генератор ультразвуковых волн сверхмалой длины 2 автоматически активируется и формирует поток ультразвуковых волн сверхмалой длины. Сформированный поток ультразвуковых волн сверхмалой длины проходит через акустически прозрачную пластину 7, находящуюся в жидкостной ячейке 6 с иммерсионной средой 5, и различные ткани образца измерения 8 (пальца), а затем - на вход приемника ультразвуковых сигналов 9. Приемник ультразвуковых сигналов 9 фиксирует полученный поток ультразвуковых волн сверхмалой длины, прошедших сквозь образец измерения 8 (палец) и несущих информацию о биологических структурах его тканей (кости дистальной фаланги пальца, ткани пальца: костной, мышечной и жировой), передает эту информацию на вход устройства аутентификации личности 11, которое аутентифицирует исследуемую личность путем сравнительного анализа данных измерения, полученных предлагаемым устройством, с хранящимися в базе данных устройства аутентификации личности 11 двух факторов, характеризующих исследуемую личность: папиллярного узора образца измерения 8 (пальца) и информацию о биологических структурах образца измерения 8 (кости, хрящи, сухожилия и мышечные ткани). При совпадении этих двух исследуемых факторов с соответствующими факторами, хранящимися в базе данных устройства аутентификации личности 11, устройство аутентификации личности 11 подает со своего выхода сигнал на вход блока регистрации 10 об аутентификации личности. Блок регистрации 10 фиксирует в своей памяти время измерения, фамилию, имя и отчество аутентифицируемой личности.