Разработка математического и программного обеспечения обработки биометрической информации единой системы удостоверяющих документов Социалистической Республики Вьетнам тема диссертации и автореферата по ВАК РФ 05.13.11, кандидат технических наук Хоанг Чунг Киен

• Хоанг Чунг Киен
• кандидат технических наук
• 2008

Оглавление диссертации кандидат технических наук Хоанг Чунг Киен

Введение.

Глава 1. Методы биометрической идентификации, анализ и выбор контролируемых биометрических параметров для создания удостоверяющих документов личности во Вьетнаме.

1.1. Обзор биометрических параметров.

1.1.1. Общие понятия удостоверения личности.

1.1.2. Основные биометрические параметры.

1.1.3. Принцип организации биометрических систем удостоверения личности.

1.1.4. Основные проблемы проектирования биометрических систем удостоверения личности.

1.1.5. Требования к биометрической системе удостоверения личности.

1.1.6. Биометрическая идентификация и верификация.

1.2. Методы биометрического удостоверения личности.

1.2.1. Статические методы.

1.2.2. Динамические методы.

1.3. Обзор современных стандартов биометрии.

1.3.1. Группа М1 и подкомитет БС37.

1.3.2. Стандарты, определяющие прикладной программный интерфейс для разработки биометрических систем.

1.3.3. Национальные стандарты Российской Федерации.

1.4. Обзор применения современных биометрических документов.

1.4.1. Биометрический паспорт в Мире и Вьетнаме.

1.4.2. Водительское удостоверение.

1.4.3. Электронные транспортные документы.

1.4.4. Электронные платежные пароли.

1.4.5. Электронные медицинские документы.

1.5. Анализ и выбор контролируемых биометрических параметров для создания единой системы удостоверяющих документов.

1.6. Преимущества и области применения биометрических систем удостоверения личности.

1.7. Методы биометрической идентификации во Вьетнаме.

Выводы.

Глава 2. Анализ информационных моделей контролируемых биометрических параметров и алгоритмов их обработки.

2.1. Технология, использующая распознавание отпечатков пальцев.

2.1.1. Информационные признаки отпечатков пальцев.

2.1.2. Классификация отпечатков пальцев.

2.1.3. Классы алгоритмов сравнения отпечатков пальцев.

2.1.4. Методы распознавания отпечатков пальцев.

2.2. Технология, использующая распознавание геометрии лица.

2.2.1. Информационные знаки лица человека.

2.2.2. Методы распознавания лиц.

Выводы.

Глава 3. Математическое обеспечение обработки биометрической информации для единой системы удостоверяющих документов СРВ.

3.1. Математическое обеспечение для обработки биометрической информации

3.1.1. Классификация и сравнение алгоритмов сложности и устойчивости

3.1.2. Измерение близости образа к биометрическому эталону мерой Хэмминга.

3.1.3. Аутентификация пользователя на основе контроля попадания в область распределения эталонных образцов.

3.2. Алгоритм согласования размера выделяемого образа.

3.3. Алгоритм распознавания лиц.

3.3.1. Мера близости на изображениях.

3.3.2. Представление изображения в виде матрицы изменения яркостей.

3.4. Тестирования алгоритма детекции лиц.

3.4.1. Детекция лиц на изображениях.

3.4.2. Результаты тестирования алгоритма распознавания лиц.

Выводы.

Глава 4. Разработка программного компонента обработки контролируемых биометрических параметров единой системы удостоверяющих документов СРВ.

4.1. Актуальность создания государственного сертификационного центра удостоверяющих документов.

4.2. Требования к качеству систем обработки биометрических параметров.

4.2.1. Параметры качества.

4.2.2.Этапы построения компонента обработки БИ.

4.3. Основные функции компонента обработки биометрической информации

4.4. Архитектура КОБИ.

4.5. Программное обеспечение КОБИ.

4.5.1. Выбор средств разработки.

4.5.2. Структура ПО КОБИ.

4.5.3. Структура базы лиц.

Выводы.

Введение диссертации (часть автореферата) на тему «Разработка математического и программного обеспечения обработки биометрической информации единой системы удостоверяющих документов Социалистической Республики Вьетнам»

Современную систему удостоверения личности невозможно представить без программного обеспечения обработки биометрической информации, позволяющего автоматически удостоверить личность по его физиологическим или поведенческим характеристикам.

Системы биометрической идентификации приобрели широкое распространение во многих сферах человеческой деятельности: от паспортно-визовых документов нового поколения до образования, здравоохранения, финансовых и платежных систем. Мировой рынок биометрических систем сегодня представлен десятками известных фирм (IBM, DEC, HP, Intel, Motorola, Hitachi, Toshiba, Mitsubishi, Siemens, Fujitsu).

До недавнего времени, во Вьетнаме применение биометрических методов удостоверения личности было мало распространено, применялась идентификация по отпечаткам пальцев в криминалистике и для обеспечения безопасности доступа к компьютеру и сети.

В 2006 г. компания Hitachi совместно с вьетнамской компанией Hoang Dao построила и применила систему идентификации по венам руки. В этом же году компания ADEL с вьетнамской компанией Vinh Tin выпустила дверные замки, поддерживаемые биометрической системой контроля доступа, позволяющей делать учет рабочего времени и регистрацию посетителей.

В 2007г. вьетнамский банк IncomBank применил метод идентификации по венам руки на базе программно - аппаратного комплекса компании Fujitsu. Учитывая, что Социалистическая Республика Вьетнам (СРВ) является экономически и политически активно развивающимся государством, а также, в 2006 году официально вступила во Всемирную торговую организацию, целесообразно включить компонент обработки биометрической информации (КОБИ) в структуру единого центра системы удостоверяющих документов (ЕСУД) СРВ.

Целью диссертационной работы создание математического обеспечения и соответствующего программного компонента обработки биометрической информации ЕСУД СРВ.

Основными задачами диссертационной работы являются:

• исследование биометрических параметров и методов биометрической идентификации с целью выбора контролируемых биометрических параметров (КБП) для создания ЕСУД СРВ;

• исследование алгоритмов удостоверения личности по КБП с целью оценки их эффективности;

• разработка функционала, структуры ЕСУД и спецификаций программного обеспечения КОБИ ЕСУД с учетом особенностей населения Вьетнама;

• выполнено экспериментальное исследование разработанного математического и программного обеспечения КОБИ.

Методы исследования. Результаты диссертационной работы были получены на основе использования теории системного анализа, теории распознавания образов, теории нейронных сетей и нейрокомпьютеров, методов и технологий обработки изображений, теории оптимизации, методов структурного анализа и проектирования, а также рекомендации действующих отечественных и международных стандартов по биометрическим технологиям.

Научная новизна работы определяется тем, что в работе впервые применительно к контролируемым биометрическим параметрам, выбранных с учетом особенностей населения СРВ, были получена математическая модель и разработаны по ней спецификации программного компонента обработки биометрической информации для ЕСУД СРВ.

В частности был получен ряд новых научных результатов, позволяющих спроектировать ЕСУД в интересах государственного управления СРВ, а именно:

• на основе анализа международных биометрических стандартов, биометрических методов и особенностей биометрических параметров населения СРВ, определены требования для построения ЕСУД СРВ;

• выполнен анализ и выбор контролируемых биометрических параметров для создания ЕСУД в СРВ;

• исследованы математическое и программное обеспечение в обработке биометрической информации для создания ЕСУД использования в СРВ.

Практическая ценность работы состоит в том, что полученные в ней результаты использованы Вьетнамской научно-технической г ассоциацией в Российской Федерации при подготовке проекта ЕСУД СРВ, спецификации программного обеспечения компонента обработки БИ применены компанией «УМАЗТАЛ» при разработке системы контроля доступа.

Также материалы диссертационной работы были использованы в учебном процессе МИРЭА при изучении дисциплин «Технология разработки программного обеспечения», «Системы искусственного интеллекта» и «Нейрокомпьютеры».

Апробация работы. Результаты проведенных в диссертационной работе исследований опубликованы в 7 статьях, из них в журналах из перечня ВАК - 3 статьи. Основные положения работы докладывались и обсуждались: на 56-ой и 57-ой научно-технических конференциях МИРЭА (Москва - 2007, 2008), на IX научном симпозиуме «Вьетнамская научно-техническая ассоциация в РФ» (Москва, 2007).

Основные положения, выносимые на защиту:

1. Набор контролируемых биометрических параметров, выбранных по результатам исследования и анализа биометрических характеристик населения СРВ.

2. Алгоритм обработки контролируемых биометрических параметров, составляющий основу единой системы удостоверяющих документов СРВ.

3. Математическая постановка задачи обработки биометрической информации по контролируемым биометрическим параметрам.

4. Программный компонент обработки биометрической информации ЕСУД СРВ.

Структура и объем работы

Работа состоит из введения, 4 глав, заключения, списка литературы (62 наименования) и 3 приложений. Объем основного текста составляет 145 страниц, 8 таблиц, 28 рисунков.

В главе 1 исследованы характеристики биометрических параметров в целях их актуальности для создания удостоверяющих документов личности, рассмотрены задачи и методы биометрической идентификации и верификации, определены основные шаги по решению данной задачи, выполнен анализ биометрических параметров вьетнамцев для выбора КБП, необходимых для построения спецификаций программного компонента обработки биометрической информации ЕСУД СРВ.

В главе 2 исследованы характеристики моделей представления КБП, выполнена классификация методов обработки КБП, произведено сравнение алгоритмов обработки по их сложности и устойчивости.

Большинство алгоритмов обработки КБП включают следующие основные операции:

1. Ввод и преобразование КБП в цифровую форму представления.

2. Выделение из цифровой формы представления КБП уникальных признаков, необходимых для удостоверения личности.

3. Сопоставление выделенных признаков с зарегистрированными в базе данных ЕСУД.

4. Проведение анализа на сопоставимость введенного КБП и зарегистрированного в ЕСУД.

5. Передача результатов анализа на сопоставимость в подсистемы принятия решения.

Для определения наиболее эффективного алгоритма для обработки КБП в главе 3 были протестированы алгоритмы распознавания отпечатков пальцев и геометрии лица, сделан анализ результатов тестирования, выбран алгоритм обработки биометрической информации для ЕСУД СРВ.

В главе 4 определены функции КОБИ, разработана его архитектура, структура программной реализации КОБИ для КБП, построены спецификации для программного обеспечения КОБИ.

Заключение диссертации по теме «Математическое и программное обеспечение вычислительных машин, комплексов и компьютерных сетей», Хоанг Чунг Киен

Выводы

В данной главе определены функции КОБИ, разработана его архитектура, определена структура программной реализации КОБИ для КБП.

Компонент обработки биометрической информации ЕСУД СРВ должен интегрировать две технологии удостоверения личности по отпечатку пальца и по геометрии лица.

Компонент обработки биометрической информации построен по клиент-серверной архитектуре.

Клиентская часть, отвечающая за ввод/вывод данных, включает набор различных сенсоров, автоматизированное рабочее место оператора и модули связи с внешними информационными системами.

Серверная часть, осуществляющая хранение биометрической информации, содержит базу данных (на базе средств MS SQL Server 2005), модули обработки различных типов биометрической информации и автоматизированное рабочее место администратора.

Разработанные спецификации программного обеспечения компонента обработки БИ применены компанией «VINASTAR» при разработке системы контроля доступа.

Получены следующие результаты:

1. Исследованы принципы работы, структуры и характеристики систем обработки биометрической информации с целью актуальности их применении в СРВ.

2. По результатам исследованиям особенностей населения СРВ определены контролируемых биометрических параметров для единого центра системы удостоверяющих документов.

3. Выполнено экспериментальные исследование алгоритмов обработки контролируемых биометрических параметров с целью определения наиболее эффективного.

4. Определены требования и построены результаты классификация и сравнение алгоритмов обучения по их сложности и устойчивости, тестирования алгоритма детекции лиц и распознавания лиц выбор алгоритмы использования в биометрических системах.

5. Разработаны математическое и программное обеспечение в обработке информационных признаков отпечатков пальцев и распознавания лиц для создания ЕСУД с учетом особенностей их использования в СРВ.

6. Результаты диссертации использованы при подготовке проекта разработки единой системы удостоверяющих документов СРВ.

Список литературы диссертационного исследования кандидат технических наук Хоанг Чунг Киен, 2008 год

1. В. Miller. Vital signs of identity. IEEE Spectrum, 31(2):22-30, 1994.

2. Ben-Arie J., Nandy D.A. Volumetric/Iconic Frequency Domain Representation for objects With Application for Pose Invariant Face Recognition. Analysis and Machine Intelligence. 1997.

3. Bruneli R., Poggio T. Face Recognition: Features versus Templates// IEEE Trans. 1993.

4. DARPA. Human ID at a Distance (Human ID). http ://www. darpa. mi 1/iao/HID .htm.

5. Galuskin A.I., Utjamishev R.I., Kalashikov V.P. Requirements for planning and testing of equipment for automatic medical diagnosis. Dresden, 1973.

6. Kirby M., Sirovich L. Application of the Karhunen Loeve Procedure For Characterized on of Human face. 1997.

7. Likhovidov V. Variational Approach to Unsupervised Learning Algorithms of Neural Networks. Neural Networks, vol. 10, No 2, 1997, p.p. 273-289.

8. Ruud M. Bolle, Jonathan H. Connell, Sharath Pankati, Nalini K. Ratha, Andrew W. Senior. Guide to Biometrics, 2004.

9. R. Clarke. Human identification in information systems: Management challenges and public policy issues. Information Technology and people. December 1994.

10. Turk M., Pentland A. Eigenfaces for Recognition/ Journal of Cognitive Neuroscience. 1991.

11. Аутентификация с использованием биометрических xapaicTepHCTHKhttp://www.free-lance.ru/user/shupruta/upload/f 48185e 99a0145.pdf.

12. Болл P.M., Коннел Дж.Х., Панкати Ш., Ратха Н.К., Сеньор Э.У. Руководство по биометрии. Техносфера, 2007.

13. Бочкарев C.JL, Спецификация BioAPI v 1.00: особенности ,и возможности применения: http://www.bezpeka.com/ru/lib/spec/art297.html.

14. Борзяк Э. И., Бочаров В. Я., Волкова JI. И. И др. Анатомия человека / Под ред. М. П. Сапина. М. : Медицина, т.1.

15. Брюхомицкий Ю.А., М.Н. Казарин Тестирование биометрических систем контроля доступа Россия, г. Таганрог, ТРТУ.

16. Брюхомицкий Ю.А., Казарин М.Н. Метод обучения нейросетевых биометрических систем на основе копирования областей / Электронный журнал "Перспективные информационные технологии и интеллектуальные системы". 2003. № 3 (15), С. 17-23 http://pitis.tsure.ru.

17. Брюхомицкий Ю.А., Казарин М.Н. «Исследование биометрических систем динамической аутентификации пользователей ПК по рукописному и клавиатурному почеркам» -Таганрог: Изд-во ТРТУ, 2004. 38с.

18. В. Соколов, М. Попов. Оценка обеспечение эффективности функционирования биометрического контроля в СКУД Системы безопасности №5, 2006.

19. Волчихин В.И., Иванов А.И. Биометрия: быстрое обучение искусственных нейронных сетей. -Пенза: Из-во ПензГУ-2000, 40с.

20. Vladimir Lobantsov, Ekaterina Kubysheva. Новое поколение биометрических паспортов н решений для охраны границ. Biometrics in Aviation Security 2005 Conference Moscow, Russia. http://police.sko.kz/rus/udp/driverslicense.htm.

21. Горбань A.H. Обучение нейронных сетей M.: СП Параграф, 1990,156с.

22. Горбань А.Н., Россиев Д.А. Нейронные сети на персональном компьюторе. Новосибирск: Наука, 1996, 276с.

23. Жури а л "Системы безопасности" №4-2007 С. 122-124.25.3адорожный В. Иерархия биометрических стандартов 27.

24. Иванов А.И. Биометрическая идентификация личности по динамике подсознательных движений. Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2000.- 188 с.

25. Иванов А.И. Биометрические и нейросетевые механизмы связи с криптографическими механизмами информационной безопасности / Труды научно-технической конференции «Безопасность информационных технологий. Том 4. С. 3-6, Пенза, 2003.

26. Иванов А.И. Биометрические идентификация личности по динамике подсознательных движений. Пенза. Издательство ПГУ, 2000г, 188с.

27. Иванов А.И. Нейросетевые алгоритмы биометрической идентификации личности книга 15, 2004.

28. Иванов А.И. Объединение протоколов аутентификации / Защита информации. Конфидент. М., 2002 г. № 1.

29. Иванов А.И., Сапегин J1.H., Щигунова Е.А. Прогноз качества обучения нейроподобных алгоритмов биометрической идентификации личности. Новые промышленные технологии. 1999, №3, с.88-93.

30. Иванов А.И., Сапегин J1.H., Щигунова Е.А. Синтез таблиц предсказания качества обучения технических систем. Пенза, ПНИЭИ, октября 1998г, с.65.

31. Иванов А.И. Биометрическая идентификация личности по динамике подсознательных движений. Пенза: Изд-во Пенз. гос. ун-та, 2000. 188 с.

32. Иерархия биометрических стандартов http://www.pcweek.ru/themes/detail.php?ID=65984.

33. Климакпн С.П., Петруненков A.A., Черномордик О.М. Эра биометрики www.biometricsguide.ru.

34. Кухарев Г.А. Биометрические системы: Методы и средства идентификации личности человека, 2001.

35. Леви Дж.Р., Бароки К. Секреты Internet Киев: Диалектика, 1996, 544с.

36. Маккаллок У.С., Питтс У. Логическое исчисление идей, относящихся к нервной деятельности. Автоматы М: ИЛ -1956г.

37. Мельников B.B. Защита информации в компьютерных системах-М: Финансы и статистика; Электроинформ, 1997, 368с.

38. Национальные стандарты Российской Федерации http://1 gost.net.ru/doc-7928.html.

39. Общая характеристика биометрических технологий http://www.biolinkusa.com/teclinology/biomctric.php.45.0совский С. Нейронные сети для обработки информации. М., Финансы и статистика, 2002. - 344 с.

40. Поллард Дж. Справочник по вычислительным методам статистики / Пер. с англ. B.C. Занадворова; Под ред. и с предисл. Е.М. Четыркина. М.: Финансы и статистика, 1982. - 344 с.

41. Рао С.Р. Линейные статистические методы и их применения. М., Наука, 1968. 548 с.

42. Розенблатт Ф. Принципы нейродинамики М: Мир, 1965

43. Стандарты биометрии. http://mvw.guardinfo.ru/tech/normatives/reglament/reglament6712.html.

44. Уоссермен Ф. Нейрокомпьютерная техника: Теория и практикаМ.: Мир, 1992, 240с.

45. Хайкин С. Нейронные сети: полный курс. М.: Издательский дом "Вильяме", 2006.-1104 с.

46. Хоанг Чунг Киен. Методы биометрической идентификации, преимущества и области применения биометрических систем. Сборник научных трудов по материалам 56-ой научно-технической конференции. -М.: МИРЭА, часть 1- 2007. — с. 80-84.

47. Хоанг Чунг Киен. Нейронные сети в системах биометрической идентификации личности. Сборник научных трудов по материалам 57-ой научно-технической конференции. М.: МИРЭА, часть 3- 2008. - с. 41-46.

48. Хоанг Чунг Киен. Обзор структуры систем биометрической идентификации личности. Доклады IX научного симпозиума, Вьетнамская научно-техническая ассоциация в РФ.- Москва 3-2007.-с. 334-343.

49. Хоанг Чунг Киен. Рассмотрение атак на биометрическую систему. Сборник научных трудов по материалам 56-ой научно-технической конференции. М.: МИРЭА, часть 1- 2007. - с 84-89.

50. Хоанг Чунг Киен. Анализ и выбор биометрических параметров для создания единой системы удостоверяющих документов с учетом особенностей их использования в СРВ. М.: Наукоёмкие технологии. №12,2008. - с. 61-69.

51. Хоанг Чунг Киен, Чан Конг Тан. Математическое обеспечение в обработке биометрической информации для создания биометрических паспортов в СРВ. Труды Т32(1) 2008 ИСАРАН с. 267-283.

52. Хоффман. Л.Дж., Современные методы защиты информации. М: Радио и связь, 1980.

53. Щербаков М.А. Искусственные нейронные сети: Конспект лекций. Пенза, Издательство ПГУ, 1996, 44с.

54. Филлипс П. Д., Мартин Эл., Уилсон C.JI. Пржибоски М. Введение в оценку биометрических систем. // Открытые системы. 2000

55. Электронный учебник StatSoft http://www.statistica.ru.

56. HIÊP HÖI KHOA HOC Kl THUÂT VIÊT NAM TAI LIEN BANG NGA

57. ВЬЕТНАМСКАЯ НАУЧНО ТЕХНИЧЕСКАЯ АССОЦИАЦИЯ в РФ

58. THE SCIENTIFIC AND TECHNOLOGICAL ASSOCIATION OF VIETNAM IN RUSSIA

59. Россия 117647 Тел. [phone] Москва ул. Акад. Капицы 288925 970 8898

60. Москва «11» ноября 2008 г.1. АКТ

61. Вьетнамской научно-технической ассоциации в РФ

62. Москва « 10» ноября 2008 г.11. Директор1. Нгуиен Ван Минь

63. Ученый секретарь каф. МОВС1. Скворцова Л.А.