Основные направления биометрии. Мерки нашей жизни: биометрия

В России около 14 миллионов айфонов, треть из них - с функцией Touch ID. Чтобы разблокировать экран смартфона, вы делитесь с Apple биометрическими данными. Пользователи всё легче отдают сокровенные данные тела. Кажется, это удобно, надёжно и помогает в борьбе с преступностью. Хотя недавний индийский инцидент с журналистами, получившими доступ к биометрическим данным миллионов сограждан, заставляет думать об обратном. Пока технологии совершенствуются, законодатели по всему миру решают, как регулировать и защищать сбор и использование биометрической информации.

Что такое биометрия?

Биометрия анализирует физические и поведенческие характеристики людей, чтобы идентифицировать их личность. В самом простом смысле, это технологии измерения человеческого тела. Существует две категории биометрических измерений: физиологические и поведенческие.

Физиологические измерения бывают двух типов: морфологические и биологические. К морфологии относятся отпечатки пальцев, форма руки, пальцев или лица, рисунок радужки и сетчатки глаза; к биологическим - анализы ДНК, слюны, крови или мочи.

Поведенческие измерения - это распознавание голоса, динамика почерка (скорость движения, ускорение, давление, наклон), динамика нажатия клавиш, способ использования объектов, походка, звук шагов, жесты.

Эти измерения можно использовать двумя разными способами: для верификации личности и для идентификации.

Верификация предполагает сравнение биометрических данных с конкретным шаблоном, который содержится в базе данных или на переносном носителе, например, смарт-карте. Эта операция позволяет удостовериться, что человек именно тот, за кого себя выдаёт.

В случае идентификации биометрические данные человека сравнивают с данными других людей в базе. Идентификация проходит успешно, если такой биометрический образец уже есть в базе данных.

Биометрия - новое явление?

Не очень-то. В 19 веке французский юрист и полицейский Альфонс Бертильон стал сравнивать физические характеристики людей для идентификации преступников. Разработанная им система антропометрии стала первым научным подходом к определению личности в криминалистике. Его разработки легли в основу дактилоскопии, системы опознания человека по следам пальцев рук. Всем известную систему придумал британский офицер Уильям Гершель - в 1877 году он выдвинул гипотезу о неизменности папиллярного рисунка на ладонях человека. Опознание преступников по отпечаткам пальцев было впервые использовано в 1902 году.

Поведенческая биометрия тоже уходит корнями в 19 век: в 1860-е операторы телеграфа, используя азбуку Морзе, распознавали друг друга по особенностям передачи “точек” и “тире”.

Где сегодня используется биометрия?

В основном - в области национальной безопасности, здравоохранения и регистрационных системах. Биометрию широко применяют компании для контроля за сотрудниками и внутренней охраны, банки - для идентификации клиентов, корпорации и соцсети - в коммерческих целях.

Как и в 19 веке, сегодня правоохранительные органы применяют биометрию , чтобы распознать преступников. Автоматизированные системы идентификации отпечатков пальцев (AFIS) обрабатывают и хранят дактилоскопические изображения, а автоматизированные биометрические системы идентификации (ABIS) содержат шаблоны для лиц, пальцев и радужки глаз. В крупных городах, аэропортах и на границах уже используют технологию живого распознавания лиц (live face recognition), которая позволяет идентифицировать лицо в толпе в режиме реального времени.

В пограничном контроле используют электронные и биометрические паспорта, где кроме фотографии владельца есть и отпечатки двух пальцев. Биометрическая инфраструктура состоит из сканеров отпечатков и камер, которые ускоряют прохождение границ. Государства вводят эти технологии для контроля миграционных потоков.

Биометрия также нужна для создания ID-карт, предоставляющих доступ к медицинскому обслуживанию, гражданской идентификации и регистрации избирателей.

Огромное количество технологий в области сбора биометрических данных разрабатывают IT-гиганты вроде Google и Facebook. Рекламодатели используют технологию распознавания лиц в реальном времени, чтобы показывать клиентам определенные объявления. Банки и розничные магазины применяют биометрию для отслеживания преступников и неблагонадежных клиентов. Компании заменяют замки от офисных помещений на сканеры радужки или отпечатков пальцев, а элитные клубы используют биометрическую информацию для идентификации важных клиентов.

В прошлом году российские банки повсеместно начали запускать пилотные проекты с применением биометрических технологий для регистрации пользователей и предоставления им онлайн-услуг. Пока в этой сфере биометрические данные будут работать наряду со стандартными системами защиты, такими как пара логин-пароль.

Насколько надежна биометрия?

Пока биометрические технологии далеки от совершенства. Физиологические показатели более стабильны по сравнению с поведенческими: меньше меняются в течение жизни и не подвержены ситуативным факторам, например, воздействию стресса. Тем не менее, история знает множество примеров , когда и такие измерения ложно принимаются или отвергаются распознающими системами. Например, лицо можно заменить фотографией или видео в высоком разрешении, а отпечатки пальцев «похитить». Известный случай произошел в 2005 году в британской тюрьме Гленочил, где заключенные влегкую научились обманывать систему замков , основанную на дактилоскопии.

Часто риск ошибки связан с условиями проведения идентификации. Некачественная фотография может заметно увеличить риск. Важно освещение, интенсивность фонового шума, положение человека в пространстве. В идеальных лабораторных условиях частота ошибок в опознании лица колеблется от 5 до 10 %.

Риски утечки данных

Во время верификации данные сверяются с биометрическим шаблоном, который сам человека хранит, например, на смарт-карте. Только пользователь имеет контроль над своими данными. В случае идентификации данные человека сверяют с данными из единой централизованной базы, а это значит, что их носитель не имеет над ними никакой власти. В такой ситуации никто не защищен от нарушения приватности и попадания биометрической информации в чужие руки.

Так, стало известно, что российские банки передали ФСБ биометрию клиентов - данные пользователей могут использовать совсем не тем способом, на который соглашался клиент.

Индийский инцидент

В начале января 2018 журналисты газеты The Tribune в городе Чандигарх заявили , что купили программное обеспечение, которое давало доступ к данным из индийской базы данных Aadhaar, у неизвестных продавцов в WhatsApp всего за £6. Aadhaar - крупная централизованная база данных, в которой хранятся имена, телефоны, адреса жителей и их биометрические данные. Удостоверяющие личность карточки Aadhaar необходимы гражданам Индии для доступа к госуслугам, получению льгот и пособий. Журналисты сообщили, что купленное ими ПО также позволяет печатать поддельные ID-карты.

Хотя Агентство Индии по уникальной идентификации (UIDAI) заявило, что журналисты получили доступ только к именам и адресам, которые не имеют смысла без биометрии, инцидент еще раз показал, насколько ненадежными могут быть подобные базы. Активисты уже критиковали Aadhaar за гибель от голода двух граждан Индии, которые не смогли получить доступ к положенным им пайкам, так как их получение требовало аутентификации в Aadhaar.

В августе 2017 года Верховный суд постановил, что неприкосновенность частной жизни является правом, гарантированным конституцией Индии. По прогнозам аналитиков, это решение заставит пересмотреть решающую роль Aadhaar в жизни индийцев.

Защита биометрических данных: где и как она работает?

Несмотря на весьма специфический характер биометрических данных, в мире практически отсутствуют правовые положения , касающиеся их защиты. В основном правовые тексты говорят о защите персональных данных и конфиденциальности в широком смысле, но иногда такое законодательство плохо адаптируется к биометрии.

В России сбор и хранение биометрических данных возможно только с согласия субъекта персональных данных в письменной форме. Этот пункт есть в законе «О персональных данных ». 1 июля 2017 года в него внесли изменения, и теперь все сайты, которые собирают и хранят любые данные о пользователях, должны внести документацию на свой ресурс. Штраф за невыполнение этих требований составит от 10 000 до 75 000 рублей за каждое обнаруженное нарушение. А осенью 2017 глава Роскомнадзора Александр Жаров призвал запретить биометрическую идентификацию несовершеннолетних при использовании ими технических устройств.

За последние 10 лет ряд законопроектов, созданных с упором на биометрические данные, появились в США, а в мае 2018 года во всех странах Евросоюза вступит в силу новый закон ЕС о защите персональных данных (General Data Protection Regulation, GDPR).

США: трое против сорока семи

В Соединенных Штатах нет единого закона, который бы регулировал сбор и использование персональных данных, в том числе биометрических. Жесткое законодательство относительно биометрии существует только в трех штатах: Иллинойсе, Техасе и Вашингтоне.

В 2008 году Иллинойс принял закон о конфиденциальности биометрической информации (BIPA), который установил строгие требования для организаций, которые собирают, покупают или как-то иначе получают биометрические данные пользователей. Закон направлен против неограниченного использования биометрии в коммерческих целях. Любое предприятие, которое получает доступ к таким данным, должно разработать общедоступную политику хранения данных, ограничить передачу или раскрытие биометрии и защищать эти данные так же, как компания защищает другую конфиденциальную информацию. BIPA устанавливает право на иск для «потерпевшего лица» и предусматривает возмещение ущерба в 1000 долларов США за каждое неосторожное нарушение и 5000 долларов - за преднамеренное. В январе 2017 года подобные законопроекты рассматривали в Коннектикуте, Нью-Хэмпшире, Вашингтоне и Аляске, но приняли только в Вашингтоне.

В 2016 году группа истцов из штата Иллинойс подала в суд на Facebook за незаконный сбор биометрических данных. Истцы утверждали, что функция распознавания лиц, с помощью которой соцсеть устанавливает метки на фотографиях, незаконно собирала и хранила данные пользователей. В 2017 в суды Иллинойса подали больше тридцати исков к компаниям, которые собирали отпечатки пальцев сотрудников, чтобы следить за рабочим временем.

В целом же в 47 штатах США компании могут использовать ПО для идентификации лиц на изображениях без согласия пользователей, если изображение находится в публичном доступе. Уже существует софт для распознавания лиц, который магазины могут использовать, чтобы идентифицировать клиентов, слишком часто возвращающих товары или предпочитающих определённый тип покупок. Благодаря Facebook сотрудники могут немедленно получить информацию о клиентах, когда они только входят в магазин, узнать, кто они, откуда, какой у них доход. С точки зрения конфиденциальности это нарушение анонимности, принципа согласия пользователя и целесообразности использования биометрических данных. Но законом в этих штатах такое не запрещено.

Евросоюз пытается вернуть приватность

В этом году шаг навстречу конфиденциальности биометрической информации делает Евросоюз: в мае 2018 года вступает в силу единый закон о защите персональных данных (General Data Protection Regulation , GDPR), принятый в 2016. Основная цель GDPR - вернуть европейским гражданам контроль над своими персональными данными и одновременно упростить нормативно-правовую базу для компаний. Под влияние этого закона попадают не только 28 стран Евросоюза, но и организации, которые имеют представительства в странах ЕС, собирают и обрабатывают персональные данные, оказывают услуги физическим лицам - гражданам Евросоюза, используют онлайн-регистрацию на сайтах и в приложениях. Поэтому закон сильно отразится , в частности, на российском бизнесе.

Закон, написанный с упором на биометрию, объединит и ужесточит все ранее существовавшие в европейских странах нормы защиты персональных данных. В частности, GDPR обязывает любую организацию запрашивать согласие пользователя до сбора данных. При этом субъект данных имеет право отозвать свое согласие в любое время. Этот принцип называется «право быть забытым».

Компании, управляющие биометрической информацией, получат огромные штрафы, если не смогут обеспечить безопасность данных. Санкции могут достигать 20 миллионов евро или 4 % от ежегодного мирового оборота.

Закон говорит о том, что использование данных должно быть ограничено. Персональные данные должны собираться и обрабатываться только для «конкретных, явных и законных целей» (принцип минимизации данных).

Китай строит цифровую диктатуру

Пока европейские страны и организации готовятся к вступлению GDPR в силу, в Китае продолжают разрабатывать систему социального кредита , которая, кажется, не оставит и следа от частной жизни в стране. К 2020 году каждому жителю Китая, в зависимости от поведения, назначат персональный рейтинг, который повлияет на доступ к госуслугам, возможность брать кредит, устраиваться на работу, определять детей в школу, делать покупки и путешествовать.

Система социального кредита основана на сборе максимального количества данных о гражданах и оценке благонадежности жителей на основе их финансового, социального и онлайн-поведения. Так, в рейтинге учитывается кредитная история, своевременность уплаты штрафов, соблюдение ПДД, покупательские привычки, время, проведённое за компьютерными играми (чем больше праздности, тем ниже рейтинг), соблюдение правил планирования семьи, частота посещения родителей, высказывания в интернете, круг общения (проводить время с людьми ниже по рейтингу будет невыгодно). Пока участие в рейтинге добровольное, но к 2020 году оно будет обязательным для всех физических и юрлиц.

Для сбора данных о гражданах правительство привлекло восемь частных компаний, которые должны разработать алгоритмы для оценки социального кредита. Среди них - China Rapid Finance, партнёр техногиганта Tencent, который поддерживает крупнейший мессенджер WeChat с более чем 850 миллионами активных пользователей. Другой игрок - Sesame Credit, управляемый Ant Financial Services Group (AFSG), дочерней компанией Alibaba. AFSG продает страховку и предоставляет кредиты для малого и среднего бизнеса, а также владеет сервисом AliPay, который используют не только для онлайн-покупок, но и для ресторанов, такси, школьных сборов, билетов в кино и денежных переводов. Для разработки системы социального кредита Sesame объединился с другими платформами, собирающими данные: Didi Chuxing, в прошлом главным китайским конкурентом Uber, и крупнейшей в стране онлайн-службой знакомств Baihe. Трудно даже представить, сколько эти компании знают о своих пользователях.

Ожидается, что с помощью тотального контроля онлайн и офлайн-поведения система будет подталкивать граждан к действиям, которые одобряет правительство, и способствовать увеличению всеобщей «искренности» и доверия . Роль систем распознавания лиц и других биометрических технологий в этом проекте будет огромной.

Возможности биометрии всё чаще оборачиваются проблемами: утечкой данных, киберпреступностью, «кражами личности». А рост применения биометрических технологий ставит новые задачи для правительств. Будут ли государства защищать анонимность своих граждан или полная прозрачность ждёт не только жителей Китая, но и всех, кто имеет аккаунт в соцсетях, пользуется телефоном и хотя бы иногда выходит из дома? Развитие технологий в любом случае потребует разработки правового поля.

Текст: Анна Козонина

По данным Всемирной Организации Здравоохранения причиной 80% смертей жителей России является стресс, вызывающий заболевания сердечно-сосудистой системы, онкологию и др. Факторы стресса формируются, как правило, самим человеком, который является активным элементом различных социумов - от семьи до народа, входит в состав системы управления социумами, эксплуатирует технику и Землю. Например, техногенные катастрофы имеют явно антропогенный характер (примерно в 70% случаев) и обусловлены неадекватным функциональным состоянием человека. Поэтому несоответствие функционального состояния человека: его здоровья, уровня профессионального подготовки и волевых качеств, целям различных социумов, системы управления и т.д. обуславливает формирование положительной обратной связи в системе "человек - внешний мир", приводящей к ортогенезу, т.е. к гибели вида.

Под функциональным состоянием человека понимают психофизиологическое явление, закономерности которого заложены в модулирующих системах головного мозга и которое проявляется на биохимическом, физиологическом, фенотипическом и поведенческом уровнях. Как и любое проявление жизнедеятельности, функциональное состояние человека должно быть описано параметрами функционального статуса и функциональной лабильности. Значения параметров функционального статуса характеризуют закономерности строения и функционирования органов, тканей, развития физиологических реакций; значения параметров функциональной лабильности - возможность реагирования системы организма, органов на внешние воздействия. Это подтверждается практикой определения лабильной компоненты функционального стояния человека комплексами физиологических реакций и вегетативных показателей. В то же время оценка функционального статуса вызывает определенные трудности.

В январе 1999 года в журнале "Успехи физиологических наук" была опубликована статья В.Г. Солониченко и Н.Л. Делоне, в которой обоснована взаимосвязь особенностей генотипа человека и информативных морфогенетических вариантов головы, шеи, радужной оболочки глаз, гребешковой кожи ладоней и др. Наибольшее практическое применение среди них получили дерматоглифический (ДФ) и иридоглифический фенотипы (ИФ). В медицине и биологии параметры ДФ и ИФ, например, используют для описания особенностей генотипа, физиологических и поведенческих реакций, симптомов наследственных и врожденных болезней, в криминалистике - для идентификации личности, в антропологии - для описания вида и т.д. В настоящее время ДФ и ИФ являются чуть ли не единственными показателями функционального статуса человека. Однако широкое применение методов дерматоглифических и иридоглифических исследований затруднено из-за субъективной оценки типов узоров, плотности стромы радужной оболочки глаз и других параметров ДФ и ИФ.

Поэтому измерение особенности формы и структуры папиллярных узоров и радужной оболочки глаз, безусловно, является актуальной задачей. В этом случае результаты многовековых исследований ДФ и ИФ будут эффективно применены в медицине, генетики, антропологии, криминалистической экспертизе, профотборе и др.

В конце 20-го века сформировалось новое направление создания современных систем защиты от несанкционированного доступа на основе использования в качестве полезной информации статические биометрические характеристики человека (БХЧ)- параметры отпечатков пальцев, изображения радужной оболочки глаза (РОГ), голоса, изображения лица, и динамические БХЧ - параметры манеры работы на клавиатуре компьютера, динамики подписи, походки, потенциально обеспечивающих возможность явной и скрытой идентификации личности.

Первые биометрические системы предназначались для обеспечения доступа к информации в ПЭВМ и банковским счетам по голосу, отпечаткам пальцев, изображениям лица и РОГ. Производители биометрических устройств справедливо полагают, что их продукция надежнее паролей и микропроцессорных карточек. Основная доля доходов приходится на биометрические технологии по отпечаткам пальцев, геометрии рук и лица. Биометрические технологии получили поддержку со стороны Microsoft, объявившей о своем намерении обеспечить поддержку биометрической верификации в различных операционных системах семейства Windows.

Таким образом, и в задачах определения функционального статуса человека, и в задачах идентификации и верификации личности один объект исследования или источник информации - биометрические характеристики человека.

Настоящая статья посвящена потенциальным возможностям применения биометрическим систем в медицине и биологии, расширяющим их возможности и при применении по прямому назначению.

Биометрические технологии

Биометрика - область знаний, изучающая методы и средства измерения и формализации персональных физических характеристик и поведенческих черт человека, а также и их использование для идентификации или верификации человека.

Биометрической характеристикой человека (БХЧ) называются результаты измерения элемента фенотипа человека или поведенческой черты, в процессе сравнения которых с аналогичными, ранее зарегистрированными БХЧ (эталон, шаблон) реализуется процедура идентификации или верификации личности.

Биометрическая система представляет собой автоматизированную систему, решающую задачи идентификации или верификации личности и реализующую следующие операции:

• регистрации выборки БХЧ от конкретного пользователя;
• формирование вектора биометрических данных из выборки БХЧ;
• формирование биометрического вектора признаков;
• сравнение биометрических векторов признаков с эталонами (шаблонами);
• принятие решения о соответствии сравниваемых БХЧ;
• формирование результата о достижении идентификации (верификации);
• принятие решения о повторении, окончании или видоизменении процесса идентификации (верификации).

Методы формирования и применения БХЧ в целях идентификации или верификации личности называются биометрическими технологиями (БТ). В БТ используются как статические, так и динамические источники БХЧ. Примеры источников статических БХЧ приведены на рисунках.

Графический образ

Используемые особенности

• Форма лица (овал, форма и размер отдельных деталей лица)
• Геометрические параметры лица - расстояния между его определенными точками
• Узор подкожных кровеносных сосудов на термограмме лица

• Структура радужной оболочки глаза
• Узор кровеносных сосудов на сетчатке

• Форма уха (контур и наклон, козелок и противокозелок, форма и прикрепление мочки и т.д.)
• Геометрические параметры уха - расстояния между определенными точками на ухе

• Геометрия руки - ширина, длина, высота пальцев, расстояния между определенными точками
• Неровности складок кожи на сгибах пальцев тыльной стороны кисти руки
• Рисунок вен на тыльной стороне кисти руки, получаемый при инфракрасной подсветке
• Узор на ладони

• Папиллярный узор как целостный образ
• Параметры минуций (координаты, ориентация, тип)
• Параметры пространственно-частотного спектра папиллярного узора

• Подпись как двумерный бинарный образ
• Подпись как функция двух координат
• Динамика подписи (сила нажима и координата времени)

Выбор источника БХЧ является основной задачей при создании конкретных БТ. Идеальная БХЧ должны быть универсальной, уникальной, стабильной, собираемой. Универсальность означает наличие биометрической характеристики у каждого человека. Уникальность означает, что не может быть двух человек, имеющих идентичные значения БХЧ. Стабильность - независимость БХЧ от времени. Собираемость - возможность получения биометрической характеристики от каждого индивидуума.

Реальные БХЧ не идеальны и это ограничивает их применение. В результате экспертной оценки указанных свойств таких источников БХЧ, как изображения и термограммы лица, отпечатков пальцев, геометрии руки, РОГ, изображения сетчатки, подписи, голоса, изображения губ, ушей, динамики почерка и походки установлено, что ни одна из характеристик не удовлетворяет требованиям по перечисленным свойствам (см. таблицу). Необходимым условием использование тех или иных БХЧ является их универсальность и уникальность, что косвенно может быть обосновано их взаимосвязью с генотипом или кариотипом человека.

Экспертная оценка свойств БХЧ

Источник БХЧ	Универсальность	Уникальность	Стабильность	Собираемость
Видеообраз лица	+++	+	++	+++
Термограмма лица	+++	+++	+	++
Отпечаток пальца	+++	+++	+++	++
Рука	++	++	++	+++
Радужная оболочка глаза	++	+++	+++	++
Сетчатка	+++	+++	++	+
Подпись	+	+	+	+++
Голос	++	+	+	++
Губы	+++	+++	++	+
Ухо	++	++	++	++
Динамика письма	++	+++	+	+++
Походка	+++	++	+	+

Как следует из таблицы, ни одна из БХЧ полностью не удовлетворяет требованиям по перечисленным свойствам. В настоящее время, несмотря на средние показатели по затратам и точности, БТ на основе отпечатков пальцев занимает лидирующее положение по продажам, что в значительной степени определяется созданным методическим, техническим и алгоритмическим заделом, хорошими эксплутационными характеристиками.

В процессе исследований были определены семантические свойства БХЧ. В частности, установлено, что в каждом отпечатке пальца существуют два типа признаков, используемые при идентификации: глобальные и локальные. К глобальным относятся: тип папиллярных узоров: дуга, петля и завиток, центр узора и дельта узора, локальный гребневой счет (ЛГС), который определяется для каждого узора как число гребней на расстоянии "дельта-центр", их ориентация и расположение на пальцах и ладонной поверхности.

К локальным признакам относят минуции (см. рисунок), определяемые как точки изменения структуры папиллярных линий (разрыв, окончание, раздвоение и т.п.). На отпечатке пальца насчитывают до 50-70 минуций. Принято считать, что в отпечатках пальцев разных людей могут встретиться идентичные глобальные признаки, а картина минуций является уникальной.

Типы минуций, используемых при дактилоскопических исследованиях

1 - фрагмент папиллярной линии
2 - начало папиллярной линии
3 - глазок
4 - бифуркация-разветвление
5 - крючок
6 - мостик
7 - островок
8 - точка
9 - окончание папиллярной линии
10 - бифуркация-слияние
11 - включения

В биометрических системах на основе РОГ сформировались два основных подхода, отличающиеся способами представления образов и эталонов. В первом подходе используются непосредственно изображения РОГ, выделенные с помощью колец или развернутые в виде прямоугольника. Во втором подходе формируется матрица штрих-кодов РОГ. Процедура получения матрицы содержит этапы выделения лица, локализацией глаз и зрачка. Значение каждого пикселя изображения сравнивается с некоторым порогом и в зависимости от результатов сравнения записывается как "0" или "1" в определенное место матрицы штрих-кодов.

Информативные морфогенетические варианты

В практике медико-генетического консультирования используются понятия информативных морфогенетических вариантов (ИМВ) или малых аномалий развития. Это аномальные варианты морфологии отдельных органов или тканей, не имеющих медицинского значения, то есть не требующих лечения. Возникновение этих вариантов связывают с эмбриональным или, что реже, с плодным периодом морфогенеза человека. В клинической генетике и синдромологии малые аномалии развития, особенно когда их насчитывается у человека более трех, важный диагностический признак, свидетельствующий о высокой вероятности серьезных нарушений морфогенеза в виде врожденных пороков развития, требующих специальной диагностики и последующих хирургических вмешательств. У человека описаны более 200 информативных морфогенетических вариантов, хотя и в клинической практике обычно используется не более 80 малых аномалий развития.

Более 70% всех ИМВ располагаются в области головы, шеи и кисти, что подтверждает возможность использования изображений лица, головы, ее элементов, изображений рук для идентификации личности. Именно ИМВ Чарльз Дарвин использовал в качестве одного из доказательств эволюционного происхождения человека, называя эти признаки "зачаточными органами". Но еще более значимым является представление Чарльза Дарвина о том, что "признаки небольшого жизненного значения для вида наиболее важны для систематика" и "...такое значение несущественных признаков для классификации зависит преимущественно от их корреляции с другими более или менее существенными признаками. Значение же комплекса признаков в естественной истории совершенно очевидно".

Особое значение среди информативных морфогенетических вариантов занимает дерматоглифика, так как узоры гребневой кожи человека характеризуются двумя, казалось бы, взаимоисключающими особенностями: с одной стороны, они уникальны для каждого человека, что используется в криминалистике, а с другой - поддаются четкой качественной и количественно типизации, что отражено в международной классификации дерматоглифики. Кроме того, генетическая детерминация узоров дермальной кожи не вызывает сомнений. К настоящему времени известно о большом количестве врожденных и наследственных заболеваний, характеризующихся изменениями дерматоглифики, а при ряде хромосомных и моногенных синдромов дерматоглифика является диагностическим методом.

Общность эмбрионального происхождения дермальной кожи и центральной нервной системы позволило предположить связь признаков дерматоглифики не только с неврологической и психиатрической патологией, но и с особенностями нормальной ЦНС. Так была обнаружена корреляция некоторых узоров дерматоглифики с определенными параметрами электроэнцефалограммы. Дерматоглифика служит и надежным маркером морфогенетических асимметрий, что, в частности, можно использовать в изучении межполушарной асимметрии мозга человека. Другие признаки дерматоглифики - минуции, применяемые в настоящее время в дактилоскопии и в биометрике для идентификации человека в медико-генетическом консультировании пока не применяются, в первую очередь из-за отсутствия возможности измерения их параметров.

Исследователи отмечают отражение на РОГ генетических особенностей. "...Радужка является непревзойденным отражателем врожденных недостаточностей, закрепленных в генотипе" Вельховер Е.С. "Радужка - единственная структура, отображающая врожденные дефекты, передаваемые по наследству до 4-го поколения" Jensen B.

Таким образом, элементы фенотипа, имеющие генетическую детерминированность: голова, лицо, уши, нос, область рта, шея, узоры гребешковой кожи ладонной поверхности, структура и цвет РОГ, туловище, стопы и др. могут быть использованы как для решения биометрических, так и для диагностических задач. Поэтому электроэнцефалограмма, электрокардиограмма, фотоплетизмограмма и другие физиологические реакции, имеющие выраженные признаки индивидуальности, также могут быть использованы в качестве источников БХЧ. Аналогичные соображения могут быть положены в основу использования для идентификации человека параметров походки, почерка и др.

Однако в медико-биологической практике наиболее широкое применение нашли результаты дерматоглифических исследований, что во многом было обусловлено возможностью регистрации красковым способом дерматоглифических изображений и созданного на этой базе существенного научного задела. К сожалению, из-за отсутствия возможности качественной регистрации других фенотипических изображений человека: РОГ, лица, головы и т.д., не удалось создать адекватный по уровню задел, обеспечивающий эффективное применение результатов иридоглифических, антропометрических и др видов исследования в медико-биологической практике.

Применение дерматоглифических исследований в медико-биологической практике

Под дерматоглифическими исследованиями понимают изучение особенностей гребешковой кожи ладоней и подошв. Наиболее доступные в распознавании и информативные параметры пальцевой дерматоглифики рук - узоры на дистальных фалангах пальцев. Различают 3 группы узоров: дуги, петли, завитки и S-узоры (см. рисунок). Интенсивность узоров (дельтовый индекс - ДИ) оценивается по наличию дельт: дуга (А) - бездельтовый узор (оценка 0), петля (L) - однодельтовый узор (оценка 1), завиток(W) и S-узор - двудельтовые узоры (оценка 2), т.е. максимальная оценка интенсивности узоров - 20, а минимальная - 0 (сумма дельт на 10 пальцах), самый простой узор - дуга, самый сложный - завиток и S-узор. Тип узора является качественной характеристикой, а гребневой счет (ГС) на каждом пальце (количество кожных гребешков внутри узора) и на 10 пальцах рук (суммарный гребневой счет - СГС) - количественной характеристикой. Фенотип пальцевой дерматоглифики определяется комбинацией узоров на 10 пальцах: A, AL, LA, ALW, L, LW, WL, W.

Типы папиллярных узоров. Определение локального гребневого счета

Дуга, А

Петля, L

Завиток, W

S-узор, S

Дерматоглифические признаки формируются на 3-5 месяце беременности одновременно и в связи с развитием нервной и эндокринной системами и не изменяются в онтогенезе. Морфогенетическая природа позволяет считать комплекс пальцевой дерматоглифики морфогенетическим маркером.

В процессе исследований была установлена диагностическая значимость дерматоглифических признаков при прогнозе: заболеваний, связанных с врожденными патологиями и пороками развития; нарушений психомоторной и психоличностной сферы, выявлена связь пальцевой дерматоглифики с физическими способностями человека, особенностями телосложения, профессиональными возможностями, темпами пренатального роста производных эктодермы, отдельными показателями нейро-миодинамического комплекса.

В простейшем случае результатом исследования дерматоглифического фенотипа человека является таблица, в которой указаны тип узоров, значения визуально определенных гребневых счетов узоров, ориентация узоров по отношению к ребру ладони (из методики).

Спортивная медицина

Прогноз уровня и характера физических возможностей человека чрезвычайно важен для решения вопросов профессиональной ориентации и подбора лиц, отличающихся адекватным виду спортивной деятельности генотипом, включающим наследственно детерминированные признаки и адаптационный диапазон.

Абрамова Т.Ф. с коллегами, используя в качестве генетических маркеров дерматоглифические признаки (ДП), при обследовании более 2000 испытуемых разного пола и уровня физических способностей, среди которых 1559 спортсменов в возрасте 14 - 36 лет разной квалификации (представители 25 видов спорта), 69 детей и взрослых в возрасте от 2 до 40 лет с врожденно ограниченным уровнем физических способностей (детский церебральный паралич - ДЦП) и контрольной группы из 202 студента московских вузов в возрасте 18-24 лет и 291 детей и подростков 4-16 лет Москвы и Московской области установили:

• закономерности изменения пальцевой дерматоглифики у представителей определенных групп видов спорта и их отдельных дисциплин в зависимости от различий биомеханики двигательных действий, доминанты основного физического качества и ведущего механизма энергообеспечения;
• взаимосвязь различия в амплуа спортсменов по времени соревновательной дистанции, специфике двигательных действий и приоритетным механизмам энергообеспечения и направления изменчивости пальцевой дерматоглифики.

Изучение дерматоглифики 299 бразильских баскетболистов и волейболистов выявило те же тенденции в уровне и соотношении основных признаков ДП в зависимости от ролевой функции у спортсменов национальной команды страны. Полученные данные были подтверждены различиями изменений ДП в квалификационной динамике: клубный уровень 1-ая лига национальная команда. Принимая во внимание неоднородность расового и этнического представительства в составе бразильских команд (негры, индейцы, португальцы, испанцы и др.), а также их высокий соревновательный рейтинг на международной арене, данные указывают на приоритет требований деятельности, перекрывающей этнические и расовые влияния.

На примере представителей академической гребли (вида спорта с широким спектром показателей физических возможностей) установлено, что фенотипы с минимальными значениями тотальных признаков пальцевой дерматоглифики и преобладанием дуговых узоров при практической элиминации завитковых узоров соотносятся с низким статусом развития физических качеств и размеров тела. Преобладание петлевых при высокой частоте дуговых узоров и низкой доли завитков маркирует предрасположенность к развитию скоростно-силовых качеств. Напротив, интегральное усложнение при полной элиминации простых узоров является указателем врожденного приоритета развития нервно-мышечной координации. Фенотипы с промежуточными значениями признаков пальцевой дерматоглифики, близкими к известным данным представителей русской популяции, отражают общую предрасположенность к развитию качества выносливости.

Изменения физических возможностей от явной скоростно-силовой доминанты к приоритету выносливости и с их завершением в виде превалирующей значимости механизмов управления координацией движений на уровне частных признаков пальцевой дерматоглифики определяются первичными изменениями характеристик первых пальцев обеих рук с начальным усложнением узоров при последующем возрастании гребневого счета. Изменения на других пальцах носят вторичный характер.

Сопоставление частот фенотипов ДП в спортивной "субпопуляции" и общепопуляционном контингенте показали, что наличие дуговых узоров является маркером низкого физического статуса, включая как основные физические качества, так и размеры тела.

При изучении особенностей ДП в случае врожденного ограничения развития двигательных возможностей также показана прямая связь снижения СГС/ДИ с низким уровнем развития физических возможностей. При сходстве значений ДИ величина СГС убывает в зависимости от тяжести заболевания, что проявляется в последовательном снижении пропорции СГС/ДИ от 10/1 - в контроле до 8/1 - в случае частичных врожденных нарушений и 7/1 в случае - тяжелых врожденных нарушений двигательных возможностей.

Обнаруженные параллели указанных признаков ДП со сниженным физическим потенциалом находят косвенное объяснение в установленных другими исследователями фактах преобладания дуговых узоров на фоне часто сниженного гребневого счета при врожденных нарушениях развития различной этиологии.

Профессиональный отбор

В настоящее время накоплено немало данных о связи узора гребневой кожи на дистальных подушечках пальцев человека (дерматоглифика) с морфо-функциональной организацией его ЦНС. Учитывая общий генетический источник развития кожи и нервной системы можно предположить, что узоры на концевых фалангах пальцев могут служить информационным маркером врожденных индивидуальных психологических особенностей личности человека, определяющих его поведение.

В результате исследований взаимосвязи расположения и ориентации пальцевых узоров и значений средней гребневой частоты (аналог ГС) на аппаратно-программном комплексе для дерматоглифических исследований "Малахит" удалось установить, что параметры дерматоглифики большого, указательного и триады других пальцев образуют систему статистически независимых признаков. При сравнении типа узоров на большом, указательном и безымянном пальцах с индивидуальными способностями обследуемых лиц оказалось, что чем сложнее тип узора, тем более развита функция системы, проекционная зона которой расположена на пальце. То есть, существует взаимосвязь ДП и особенностей строения модулирующих систем головного мозга, выполняющих основную функцию при формировании условных рефлексов (например, обучении) и при реализации безусловных рефлексов (поведении), что обуславливает возможность обоснованного профессионального отбора.

Анализ корреляционных отношений между кожными пальцевыми узорами и мотивационным состоянием человека позволяет не только спрогнозировать алгоритм поведения, но и определить оптимальную сферу его дальнейшей профессиональной деятельности. Перспективность подобного подхода была показана в исследованиях личностных характеристик студентов МГТУ им. Н.Э. Баумана (далее МГТУ) и ММА им. И.М. Сеченова (далее ММА) при оценки их профессиональных способностей. Анализ распределений значений ДИ у студентов ММА, студентов МГТУ и юношей со средним образованием (СО) позволил сделать заключение, что значения ДИ, равные 10-12 и 16-18 отражают "технические " склонности, значения ДИ: 10-16 - "гуманитарные" склонности представителей контингента.

Для оценки информативности ДП для профессионального отбора были исследованы комбинации типов пальцевых узоров у юношей - студентов ММА (57), студентов МГТУ (44) и юношей СО (118). В составе студентов также были выделены студенты (отличники), у которых средний балл успеваемости выше либо равен 4,7, предполагая, что успеваемость студентов характеризует не только их способность к обучению, но и наличие других высоких профессиональных качеств. В результате обработки полученных данных была выявлена тенденция, что сложность папиллярных узоров на 1, 6 и 7 пальцах является индикатором мотивации к получению знаний.

В качестве примера, на рисунке представлены три диаграммы типов узоров на десяти пальцах успевающих студентов МГТУ им. Н. Э. Баумана.

Диаграммы типов узоров успевающих студентов

Первый студент легко усваивает учебный материал, быстро реагирует на вопросы, инициативен, любознателен, выполняет большой объем факультативных работ, хорошо излагает мысли. Потенциальный инженер-разработчик высокого класса.

Для второго студента усвоение учебного материала требует определенных усилий и самостоятельной работы. При наличии личной мотивации к обучению или мотивации к изучению дисциплин в минисоциуме (студенческой группе) успехи в учебе будут высокими и стабильными. Максимальная сложность узора на безымянном пальце проявляется в притягательности для него практической работы, требующей координированных движений. Потенциальный инженер-испытатель, доводящий до практического применения новую разработку.

Третьему студенту для качественного усвоения учебного материала требуется большой объем самостоятельной работы. Его успехи зависят от мотивации и обусловлены огромной работоспособностью в любом виде деятельности, в том числе и умственной. Вид инженерной профессиональной ориентации - инженер-проектировщик.

Диагностика наследственных и врожденных болезней

Информация о расположении, ориентации, типа узора и значению его ЛГС позволяет установить наличие наследственных и врожденных заболеваний. Результат интерпретации зависит от выраженности дерматоглифических проявлений заболеваний. В ряде случаев, например при таких психосоматических заболеваниях, как синдром Шершевского - Тернера, синдром Клайнфельтера в пространстве ДП можно даже поставить диагноз.

Врач-генетик В.Г. Солониченко и нейрофизиолог Н.Н. Богданов установили близость узоров на одноименных пальцах у родителей и ребенка, причем возможность появления ребенка с психосоматическими заболеваниями также может быть установлена по выраженности ИМВ у родителей - практически здоровых индивидуумов. Сравнительно недавно установлено еще одно важное достоинство метода дерматоглифической диагностики - возможность выявления носительства мутантных генов у практически здоровых индивидуумов. Это было, в частности, показано на примере врожденных расщелин губы и врожденных расщелин нёба. Семейный анализ папиллярных узоров и линий показал наследственную тенденцию по всем ладонным признакам кожного покрова.

Аппаратно-программный комплекс для дерматоглифических исследований "Малахит"

Разработанный аппаратно-программный комплекс для дерматоглифических исследований "Малахит" включает в свой состав дактилосканер, компьютер, программное обеспечение (ПО), включающее в себя программу измерения и расчета комплекса дерматоглифических характеристик и базу данных, содержащую информацию о людях, исходные дактилоскопические изображения, результаты расчета и их интерпретацию, расходные материалы.

Помимо КДХ определяется еще около 40 расчетных параметров дерматоглифики, обеспечивающих возможность интерпретации ИМВ. В простейшем случае результатом исследования дерматоглифического фенотипа человека является таблица, в которой указаны тип узоров, значения визуально определенных гребневых счетов узоров, ориентация узоров по отношению к ребру ладони. По расположению, ориентации, типу узора и значению ЛГС можно установить наличие наследственных и врожденных заболеваний. Результат интерпретации зависит от выраженности дерматоглифических проявлений.

Применение биометрических технологий для иридоглифических исследований

Иридоглифическим признакам (ИП), как и дерматоглифическим, свойственна чрезвычайно высокая индивидуальная и групповая изменчивость наряду с высоким уровнем наследуемости по отдельным признакам. В то же время ИП весьма лабильны и отражают не только генетические, но и текущие изменения в организме.

Иридоглифику отличают раннее обнаружение патологического процесса, быстрота получения результатов; возможность осмотра в одном поле зрения органных и системных взаимоотношений в организме (интегральный анализ), простота и безвредность обследования. В противоположность клинической медицине, ставящей целью определение болезни, иридоглифика позволяет осуществлять широкий поиск наследственных и врожденных особенностей, а также оценить характер, условия и возможность возникновения и развития заболеваний.

Однако результаты иридоглифического исследования использовались, как правило, для дифференциальной диагностики болезней, и поэтому в определенном смысле дискредитировали метод.

РОГ - передняя часть сосудистого тракта, расположенная между роговицей и хрусталиком, имеет вид пластинки слегка эллиптической формы. Ее периферический край заходит за роговично-склеральный лимб, переходя в циллиарное тело. Горизонтальный диаметр РОГ человека в среднем составляет 12,5 мм, вертикальный - 12 мм, и имеет вид усеченного и очень уплощеного конуса. Толщина РОГ неодинакова и в среднем составляет 300 мкм.

РОГ, как и кожа ладонной поверхности и биологически активных точек (БАТ), имеет развитую архитектонику сосудов кровеносной системы и волокон нервной системы, обеспечивающих рефлекторную функцию.

Гипотетически отображение патогенных изменений проявляется на РОГ следующим образом. Пока человек здоров и его иридоневральные пути функционируют нормально, РОГ выглядит однородной, равномерно окрашенной и рельефной. В острой стадии болезни, наряду с просветлением РОГ, происходит набухание и расщепление радиальных волокон радужки и нарушается линейность трабекул. Они становятся волнистыми, спиралевидными, расслоенными задолго до появления клинических признаков заболевания. Эти процессы свидетельствуют об ослаблении сопротивляемости организма. Если острое воспаление за короткий срок заканчивается выздоровлением, то изменения на РОГ регрессируют.

Несмотря на значительное число информационных признаков РОГ (не менее 19), контролируемых параметров, значениями которых в той или иной комбинации можно описать каждый из них, всего шесть. Наиболее характерными параметрами ИП являются: цвет, форма, локализация и структура признака, которые в дальнейшем будем называть комплексом иридоглифических параметров (КИП).

Цвет характеризует адаптационные возможности организма, например, чувствительность к внешним воздействия у светлоглазых в 2 раза выше чем у лиц со светлокарими глазами и в 4 раза выше, чем у лиц с темнокарими глазами. Для достижения лечебного эффекта доза лекарств у последних должна быть большей, чем для пациентов со светлыми глазами. Как показали исследования, можно выделить четыре цвета РОГ: карие, светлокарие, серые и серые с гетерохромией.

Чем выше плотность РОГ, тем лучше способность организма сопротивляться заболеваниям, переносить изменения условий окружающей среды. Оценка этих способностей важна не только в клинической практике, при выборе тактики реабилитации конкретного пациента, но и в работе различного рода медицинских комиссий при направлении на работу в отдаленные районы, оценке усредненных репаративных особенностей социума, проживающего в загрязненном районе. В качестве примера, можно привести результаты врача Гамиуллина Ф.З, который снизил количество нетрудоспособных дней у работающих в неблагоприятных климатических условиях в двадцать раз, используя при отборе значения иридогенетических симптомов и направляя на работу только лиц с высоким иридогенетическим статусом.

Заключение

В основе формирования неадекватных психофизиологических реакций и патологий человека лежат наследственные особенности и нарушения механизмов адаптации к повышенным физическим, психоэмоциональным и интеллектуальным нагрузкам. В психофизиологическом состоянии человека можно выделить эндогенные компоненты, определяющие текущее состояние, потенциальные профессиональные способности, резистентность к неспецифическим внешним воздействиям и возможность реабилитации человека неспецифическими методами.

Параметры комбинации папиллярных узоров на пальцах рук позволяют охарактеризовать функциональный статус, отражающий аналитические и умственные способности, координированность и коммуникабельность, выносливость и реактивность личности. Знание функционального статуса позволит также определять способы коррекции стресса, выбор профессии, методы обучения, прогнозировать поведение в стрессовых ситуациях, комплиментарность социумов и др.

Пальцевая дерматоглифика в качестве морфогенетического маркера физических способностей человека вне зависимости от этнической и расовой принадлежности. С учетом широкого спектра факторов влияния на фенотипическую изменчивость (конституциональная вариативность, половой диморфизм и др.) особенности пальцевой дерматоглифики позволяют установить специфику реализации генетически детерминированного развития физических способностей человека.

В системе дактилоскопической идентификации, решающей задачу установления личности преступника, дерматоглифические исследования не нашли широкого применения. Это обусловлено, в первую очередь, правовыми аспектами этой процедуры и отсутствием специальных методов и средств в МВД. Предлагаемая система дополнительных дерматоглифических исследований не нарушает существующей системы дактилоскопирования, расширяет возможности и повышает эффективность систем профессиональной подготовки и реабилитации военнослужащих за счет индвидуального подбора методов обучения и коррекции состояний.

Разработанность дерматоглифического комплекса как морфогенетического маркера к настоящему времени достигла уровня, обеспечивающего научно обоснованное их использование в практике самых различных отраслей жизнедеятельности человека, в том числе и в биометрических системах.

РОГ имеет развитую архитектонику сосудов кровеносной системы и волокон НС, высокую концентрацию меланоцитов, изменения парамеров которых обеспечивает адаптационную и индикаторную функции РОГ и обуславливает морфологические и цветовые особенности. Изменения на РОГ определяются состоянием экстерорецептивной цепи, связывающей рецепторы внутренних органов с рецепторами (меланоцитами) ПЗ РОГ.

Свойства ИП, в основном, определяются цветом, формой, локализацией и структрурой признака. Исследования иридологических показателей ФС позволяют охарактеризовать действие генетических и внешних факторов на адаптационные возможности, репаративные способности, наличие наследственных и врожденных особенностей органов и систем, состояние иридоневральных экстерорецептивных связей и оценить особенности психоэмоционального состояния.

Для эффективного использования дерматоглифических и иридологических показателей ФС человека в системах медико-генетического консультирования, дошкольного, школьного воспитания, профориентации, в задачах клинической диагностики, медицинских комиссиях и др. необходима использовать методы измерения цвета, параметров структуры и формы для количественной оценки КДП и КИП.

Сложность технической реализации датчиков БХЧ, алгоритмов распознавания зависит от требований к репрезентативности исходных данных. Поддержание длительное время относительно стабильными условий регистрации БХЧ возможно в настоящее время для биометрических систем непосредственно контактирующих с пользователем.

С учетом результатов применения биометрической техники необходимым требованием к технических средствам устройств освещения и датчиков является выбор такой физической природы и характеристик (интенсивность, монохроматичность, поляризация и пр.) зондирующего излучения, которые могли бы обеспечить максимальный контраст и разрешение параметров аксиологической информации на БИ.

Разработанность дерматоглифического комплекса как морфогенетического маркера к настоящему времени достигла уровня, обеспечивающего научно обоснованное использование его в практике самых различных отраслей жизнедеятельности человека, в том числе и для идентификации личности.

Презентацию к данной лекции можно скачать .

Простая идентификация личности. Комбинация параметров лица, голоса и жестов для более точной идентификации. Интеграция возможностей модулей Intel Perceptual Computing SDK для реализации многоуровневой системы информационной безопасности, основанной на биометрической информации.

В данной лекции дается введение в предмет биометрических систем защиты информации, рассматривается принцип действия, методы и применение на практике. Обзор готовых решений и их сравнение. Рассматриваются основные алгоритмы идентификации личности. Возможности SDK по созданию биометрических методов защиты информации.

4.1. Описание предметной области

Существует большое разнообразие методов идентификации и многие из них получили широкое коммерческое применение. На сегодняшний день в основе наиболее распространенных технологий верификации и идентификации лежит использование паролей и персональных идентификаторов ( personal identification number - PIN ) или документов типа паспорта, водительских прав. Однако такие системы слишком уязвимы и могут легко пострадать от подделки, воровства и других факторов. Поэтому все больший интерес вызывают методы биометрической идентификации, позволяющие определить личность человека по его физиологическим характеристикам путем распознания по заранее сохраненным образцам.

Диапазон проблем, решение которых может быть найдено с использованием новых технологий, чрезвычайно широк:

• предотвратить проникновение злоумышленников на охраняемые территории и в помещения за счет подделки, кражи документов, карт, паролей;
• ограничить доступ к информации и обеспечить персональную ответственность за ее сохранность;
• обеспечить допуск к ответственным объектам только сертифицированных специалистов;
• процесс распознавания, благодаря интуитивности программного и аппаратного интерфейса, понятен и доступен людям любого возраста и не знает языковых барьеров;
• избежать накладных расходов, связанных с эксплуатацией систем контроля доступа (карты, ключи);
• исключить неудобства, связанные с утерей, порчей или элементарным забыванием ключей, карт, паролей;
• организовать учет доступа и посещаемости сотрудников.

Кроме того, важным фактором надежности является то, что она абсолютно никак не зависит от пользователя. При использовании парольной защиты человек может использовать короткое ключевое слово или держать бумажку с подсказкой под клавиатурой компьютера. При использовании аппаратных ключей недобросовестный пользователь будет недостаточно строго следить за своим токеном, в результате чего устройство может попасть в руки злоумышленника. В биометрических же системах от человека не зависит ничего. Еще одним фактором, положительно влияющим на надежность биометрических систем, является простота идентификации для пользователя. Дело в том, что, например, сканирование отпечатка пальца требует от человека меньшего труда, чем ввод пароля. А поэтому проводить эту процедуру можно не только перед началом работы, но и во время ее выполнения, что, естественно, повышает надежность защиты. Особенно актуально в этом случае использование сканеров, совмещенных с компьютерными устройствами. Так, например, есть мыши, при использовании которых большой палец пользователя всегда лежит на сканере. Поэтому система может постоянно проводить идентификацию, причем человек не только не будет приостанавливать работу, но и вообще ничего не заметит. В современном мире, к сожалению, продается практически все, в том числе и доступ к конфиденциальной информации. Тем более что человек, передавший идентификационные данные злоумышленнику, практически ничем не рискует. Про пароль можно сказать, что его подобрали, а про смарт-карту, что ее вытащили из кармана. В случае же использования биометрической защиты подобной ситуации уже не произойдет.

Выбор отраслей, наиболее перспективных для внедрения биометрии, с точки зрения аналитиков, зависит, прежде всего, от сочетания двух параметров: безопасности (или защищенности) и целесообразности использования именно этого средства контроля или защиты. Главное место по соответствию этим параметрам, бесспорно, занимают финансовая и промышленная сфера, правительственные и военные учреждения, медицинская и авиационная отрасли, закрытые стратегические объекты. Данной группе потребителей биометрических систем безопасности в первую очередь важно не допустить неавторизованного пользователя из числа своих сотрудников к неразрешенной для него операции , а также важно постоянно подтверждать авторство каждой операции . Современная система безопасности уже не может обходиться не только без привычных средств, гарантирующих защищенность объекта, но и без биометрии. Также биометрические технологии используются для контроля доступа в компьютерных, сетевых системах, различных информационных хранилищах, банках данных и др.

Биометрические методы защиты информации становятся актуальней с каждым годом. С развитием техники: сканеров, фото и видеокамер спектр задач, решаемых с помощью биометрии, расширяется, а использование методов биометрии становится популярнее. Например, банки, кредитные и другие финансовые организации служат для их клиентов символом надежности и доверия. Чтобы оправдать эти ожидания, финансовые институты все больше внимание уделяют идентификации пользователей и персонала, активно применяя биометрические технологии. Некоторые варианты использования биометрических методов:

• надежная идентификация пользователей различных финансовых сервисов, в т.ч. онлайновых и мобильных (преобладает идентификация по отпечаткам пальцев, активно развиваются технологии распознавания по рисунку вен на ладони и пальце и идентификация по голосу клиентов, обращающихся в колл-центры);
• предотвращение мошенничеств и махинаций с кредитными и дебетовыми картами и другими платежными инструментами (замена PIN-кода распознаванием биометрических параметров, которые невозможно похитить, "подсмотреть", клонировать);
• повышение качества обслуживания и его комфорта (биометрические банкоматы);
• контроль физического доступа в здания и помещения банков, а также к депозитарным ячейкам, сейфам, хранилищам (с возможностью биометрической идентификации, как сотрудника банка, так и клиента-пользователя ячейки);
• защита информационных систем и ресурсов банковских и других кредитных организаций.

4.2. Биометрические системы защиты информации

Биометрические системы защиты информации - системы контроля доступа, основанные на идентификации и аутентификации человека по биологическим признакам, таким как структура ДНК, рисунок радужной оболочки глаза, сетчатка глаза, геометрия и температурная карта лица, отпечаток пальца, геометрия ладони. Также эти методы аутентификации человека называют статистическими методами, так как основаны на физиологических характеристиках человека, присутствующих от рождения и до смерти, находящиеся при нем в течение всей его жизни, и которые не могут быть потеряны или украдены. Часто используются еще и уникальные динамические методы биометрической аутентификации - подпись, клавиатурный почерк, голос и походка, которые основаны на поведенческих характеристиках людей.

Понятие " биометрия " появилось в конце девятнадцатого века. Разработкой технологий для распознавания образов по различным биометрическим характеристикам начали заниматься уже достаточно давно, начало было положено в 60-е годы прошлого века. Значительных успехов в разработке теоретических основ этих технологий добились наши соотечественники. Однако практические результаты получены в основном на западе и совсем недавно. В конце двадцатого века интерес к биометрии значительно вырос благодаря тому, что мощность современных компьютеров и усовершенствованные алгоритмы позволили создать продукты, которые по своим характеристикам и соотношению стали доступны и интересны широкому кругу пользователей. Отрасль науки нашла свое применение в разработках новых технологий безопасности. Например, биометрическая система может контролировать доступ к информации и хранилищам в банках, ее можно использовать на предприятиях, занятых обработкой ценной информации, для защиты ЭВМ, средств связи и т. д.

Суть биометрических систем сводится к использованию компьютерных систем распознавания личности по уникальному генетическому коду человека. Биометрические системы безопасности позволяют автоматически распознавать человека по его физиологическим или поведенческим характеристикам.

Рис. 4.1.

Описание работы биометрических систем:

Все биометрические системы работают по одинаковой схеме. Вначале, происходит процесс записи, в результате которого система запоминает образец биометрической характеристики. Некоторые биометрические системы делают несколько образцов для более подробного запечатления биометрической характеристики. Полученная информация обрабатывается и преобразуется в математический код. Биометрические системы информационной безопасности используют биометрические методы идентификации и аутентификации пользователей. Идентификация по биометрической системы проходит в четыре стадии:

• Регистрация идентификатора - сведение о физиологической или поведенческой характеристике преобразуется в форму, доступную компьютерным технологиям, и вносятся в память биометрической системы;
• Выделение - из вновь предъявленного идентификатора выделяются уникальные признаки, анализируемые системой;
• Сравнение - сопоставляются сведения о вновь предъявленном и ранее зарегистрированном идентификаторе;
• Решение - выносится заключение о том, совпадают или не совпадают вновь предъявленный идентификатор.

Заключение о совпадении/несовпадении идентификаторов может затем транслироваться другим системам (контроля доступа, защиты информации и т. д), которые далее действуют на основе полученной информации.

Одна из самых важных характеристик систем защиты информации, основанных на биометрических технологиях, является высокая надежность , то есть способность системы достоверно различать биометрические характеристики, принадлежащие разным людям, и надежно находить совпадения. В биометрии эти параметры называются ошибкой первого рода ( False Reject Rate , FRR ) и ошибкой второго рода ( False Accept Rate , FAR ). Первое число характеризует вероятность отказа доступа человеку, имеющему доступ , второе - вероятность ложного совпадения биометрических характеристик двух людей. Подделать папиллярный узор пальца человека или радужную оболочку глаза очень сложно. Так что возникновение "ошибок второго рода" (то есть предоставление доступа человеку, не имеющему на это право) практически исключено. Однако, под воздействием некоторых факторов биологические особенности, по которым производится идентификация личности, могут изменяться. Например, человек может простудиться, в результате чего его голос поменяется до неузнаваемости. Поэтому частота появлений "ошибок первого рода" (отказ в доступе человеку, имеющему на это право) в биометрических системах достаточно велика. Система тем лучше, чем меньше значение FRR при одинаковых значениях FAR . Иногда используется и сравнительная характеристика EER ( Equal Error Rate ), определяющая точку, в которой графики FRR и FAR пересекаются. Но она далеко не всегда репрезентативна. При использовании биометрических систем, особенно системы распознавания по лицу, даже при введении корректных биометрических характеристик не всегда решение об аутентификации верно. Это связано с рядом особенностей и, в первую очередь , с тем, что многие биометрические характеристики могут изменяться. Существует определенная степень вероятности ошибки системы. Причем при использовании различных технологий ошибка может существенно различаться. Для систем контроля доступа при использовании биометрических технологий необходимо определить, что важнее не пропустить "чужого" или пропустить всех "своих".

Рис. 4.2.

Не только FAR и FRR определяют качество биометрической системы. Если бы это было только так, то лидирующей технологией было бы распознавание людей по ДНК, для которой FAR и FRR стремятся к нулю. Но ведь очевидно, что эта технология не применима на сегодняшнем этапе развития человечества. Поэтому важной характеристикой является устойчивость к муляжу, скорость работы и стоимость системы. Не стоит забывать и то, что биометрическая характеристика человека может изменяться со временем, так что если она неустойчива - это существенный минус. Также важным фактором для пользователей биометрических технологий в системах безопасности является простота использования. Человек, характеристики которого сканируются, не должен при этом испытывать никаких неудобств. В этом плане наиболее интересным методом является, безусловно, технология распознавания по лицу. Правда, в этом случае возникают иные проблемы, связанные в первую очередь , с точностью работы системы.

Обычно биометрическая система состоит из двух модулей: модуль регистрации и модуль идентификации.

Модуль регистрации "обучает" систему идентифицировать конкретного человека. На этапе регистрации видеокамера или иные датчики сканируют человека для того, чтобы создать цифровое представление его облика. В результате сканирования чего формируются несколько изображений. В идеальном случае, эти изображения будут иметь слегка различные ракурсы и выражения лица, что позволит получить более точные данные. Специальный программный модуль обрабатывает это представление и определяет характерные особенности личности, затем создает шаблон . Существуют некоторые части лица, которые практически не изменяются с течением времени, это, например, верхние очертания глазниц, области окружающие скулы, и края рта. Большинство алгоритмов, разработанных для биометрических технологий, позволяют учитывать возможные изменения в прическе человека, так как они не используют для анализа области лица выше границы роста волос. Шаблон изображения каждого пользователя хранится в базе данных биометрической системы.

Модуль идентификации получает от видеокамеры изображение человека и преобразует его в тот же цифровой формат, в котором хранится шаблон . Полученные данные сравниваются с хранимым в базе данных шаблоном для того, чтобы определить, соответствуют ли эти изображения друг другу. Степень подобия, требуемая для проверки, представляет собой некий порог, который может быть отрегулирован для различного типа персонала, мощности PC , времени суток и ряда иных факторов.

Идентификация может выполняться в виде верификации, аутентификации или распознавания. При верификации подтверждается идентичность полученных данных и шаблона, хранимого в базе данных. Аутентификация - подтверждает соответствие изображения, получаемого от видеокамеры одному из шаблонов, хранящихся в базе данных. При распознавании, если полученные характеристики и один из хранимых шаблонов оказываются одинаковыми, то система идентифицирует человека с соответствующим шаблоном.

4.3. Обзор готовых решений

4.3.1. ИКАР Лаб: комплекс криминалистического исследования фонограмм речи

Аппаратно-программный комплекс ИКАР Лаб предназначен для решения широкого круга задач анализа звуковой информации, востребованного в специализированных подразделениях правоохранительных органов, лабораториях и центрах судебной экспертизы, службах расследования летных происшествий, исследовательских и учебных центрах. Первая версия продукта была выпущена в 1993 году и явилась результатом совместной работы ведущих аудиоэкспертов и разработчиков программного обеспечения. Входящие в состав комплекса специализированные программные средства обеспечивают высокое качество визуального представления фонограмм речи. Современные алгоритмы голосовой биометрии и мощные инструменты автоматизации всех видов исследования фонограмм речи позволяют экспертам существенно повысить надежность и эффективность экспертиз. Входящая в комплекс программа SIS II обладает уникальными инструментами для идентификационного исследования: сравнительное исследование диктора, записи голоса и речи которого предоставлены на экспертизу и образцов голоса и речи подозреваемого. Идентификационная фоноскопическая экспертиза основывается на теории уникальности голоса и речи каждого человека. Анатомическое факторы: строение органов артикуляции, форма речевого тракта и ротовой полости, а также внешние факторы: навыки речи, региональные особенности, дефекты и др.

Биометрические алгоритмы и экспертные модули позволяют автоматизировать и формализовать многие процессы фоноскопического идентификационного исследования, такие как поиск одинаковых слов, поиск одинаковых звуков, отбор сравниваемых звуковых и мелодических фрагментов, сравнение дикторов по формантам и основному тону, аудитивные и лингвистические типы анализа. Результаты по каждому методу исследования представляются в виде численных показателей общего идентификационного решения.

Программа состоит из ряда модулей, с помощью которых производится сравнение в режиме "один-к-одному". Модуль "Сравнения формант" основан на термине фонетики - форманте, обозначающий акустическую характеристику звуков речи (прежде всего гласных), связанную с уровнем частоты голосового тона и образующую тембр звука. Процесс идентификации с использованием модуля "Сравнения формант" может быть разделен на два этапа: cначала эксперт осуществляет поиск и отбор опорных звуковых фрагментов, а после того как опорные фрагменты для известного и неизвестного дикторов набраны, эксперт может начать сравнение. Модуль автоматически рассчитывает внутридикторскую и междикторскую вариативность формантных траекторий для выбранных звуков и принимает решение о положительной/отрицательной идентификации или неопределенном результате. Также модуль позволяет визуально сравнить распределения выбранных звуков на скаттерограмме.

Модуль "Сравнение Основного Тона" позволяет автоматизировать процесс идентификации дикторов с помощью метода анализа мелодического контура. Метод предназначен для сравнения речевых образцов на основе параметров реализации однотипных элементов структуры мелодического контура. Для анализа предусмотрено 18 типов фрагментов контура и 15 параметров их описания, включая значения минимума, среднего, максимума, скорости изменения тона, эксцесса, скоса и др. Модуль возвращает результаты сравнения в виде процентного совпадения для каждого из параметров и принимает решение о положительной/отрицательной идентификации или неопределенном результате. Все данные могут экспортироваться в текстовый отчет.

Модуль автоматической идентификации позволяет производить сравнение в режиме "один-к-одному" с использованием алгоритмов:

• Спектрально-форматный;
• Статистика основного тона;
• Смесь Гауссовых распределений;

Вероятности совпадения и различия дикторов рассчитываются не только для каждого из методов, но и для их совокупности. Все результаты сравнения речевых сигналов двух файлах, получаемые в модуле автоматической идентификации, основаны на выделении в них идентификационно значимых признаков и вычислении меры близости между полученными наборами признаков и вычислений меры близости полученных наборов признаков между собой. Для каждого значения этой меры близости во время периода обучения модуля автоматического сравнения были получены вероятности совпадения и различия дикторов, речь которых содержалась в сравниваемых файлах. Эти вероятности были получены разработчиками на большой обучающей выборке фонограмм: десятки тысяч дикторов, различные каналы звукозаписи, множество сессий звукозаписи, разнообразный тип речевого материала. Применение статистических данных к единичному случаю сравнения файл-файл требует учета возможного разброса получаемых значений меры близости двух файлов и соответствующей ей вероятности совпадения/различия дикторов в зависимости от различных деталей ситуации произнесения речи. Для таких величин в математической статистике предложено использовать понятие доверительного интервала. Модуль автоматического сравнения выводит численные результаты с учетом доверительных интервалов различных уровней, что позволяет пользователю увидеть не только среднюю надежность метода, но и наихудший результат, полученный на обучающей базе. Высокая надежность биометрического движка, разработанного компанией ЦРТ, была подтверждена испытаниями NIST (National Institute of Standards and Technology)

Некоторые методы сравнения являются полуавтоматическими (лингвистический и аудитивный анализы)

Г. Двоеносова

М. Двоеносова

Биометрия - это научная дисциплина, изучающая способы измерения различных параметров человека с целью установления сходства или различия между людьми и выделения одного конкретного человека из множества других людей. Слово «биометрия» переводится с греческого языка как «измерение жизни».

ВОЗНИКНОВЕНИЕ И РАЗВИТИЕ БИОМЕТРИИ

Биометрия как наука имеет специализированные направления теоретического и прикладного характера. В прикладном аспекте биометрия рассматривается как метод идентификации человека, основанный на его физиологической или поведенческой характеристике.

Биометрические технологии идентификации личности, основанные на распознавании человека по внешним морфологическим признакам, имеют глубокие исторические корни. Способность людей узнавать друг друга по внешнему виду, голосу, запаху, походке и т.д. есть не что иное, как элементарная биометрическая идентификация.

Следующим шагом в развитии биометрии можно считать дактилоскопию, возраст которой, по некоторым данным, насчитывает три тысячи лет.1 О том, что кожный рисунок на подушечках пальцев у каждого человека индивидуален, знали еще в древней Ассирии и Вавилоне. На множестве глиняных клинописных табличек, хранящихся в Британском музее в Лондоне, рядом с именем автора в том месте, где должна быть печать, можно различить серпообразные штрихи, сопровожденные надписью: «отпечаток ногтя пальца вместо печати», или «отпечаток большого пальца», «печать пальца». Из практического опыта очевидно, что трудно получить отпечаток ногтя, не получив в то же время отпечатка пальца. Следовательно, на глиняных ассирийских и вавилонских табличках, отпечаток ногтя сделан одновременно с отпечатком пальца. Линии кожи и их контуры стерлись с течением времени, в то время как более глубокие вдавления ногтя можно различить и сегодня. Таким образом, отпечаток пальца заменял печать, удостоверяя документ. По нему можно было установить личность составителя документа. «Печать пальца» проставлялась на глиняной табличке и в качестве засвидетельствования подлинности документа другим лицом, не являвшимся автором документа. Это должно было защитить документ от подделки. Такая услуга была платной, и на документе делалась запись, сколько денег за нее было заплачено. Отпечатком пальца удостоверялись также молитвенные тексты, которые использовались во время торжественных богослужений. Таким образом, в старом Вавилоне уже знали, что с помощью отпечатка пальца можно идентифицировать личность.2

БИОМЕТРИЧЕСКИЕ МЕТОДЫ

Систематизированный биометрический подход был разработан в конце XIX в. писарем парижской полицейской префектуры Альфонсом Бертильоном. Предложенный им метод основывался на измерении антропологических параметров человека (рост, длина и объем головы, длина рук, пальцев, стоп и т.п.) с целью идентификации личности. Новый метод произвел революцию в криминалистике и получил название по имени автора - бертильонаж.3

Возобновление научного интереса к биометрии было вызвано трагическими событиями в США 11 сентября 2001 года, вследствие которых стала очевидной необходимость точной идентификации людей в местах их массового скопления. В первую очередь это коснулось безопасности транспортных систем (аэропортов, вокзалов, морских портов, метрополитена) а также паспортно-визовых, таможенных, миграционных и оперативных служб.

Традиционные технологии идентификации личности, основанные на проверке удостоверяющих личность документов, уже не отвечали этой задаче. Биометрический метод идентификации имеет в этом отношении значительные преимущества. Физиологические особенности человека: папиллярные узоры, геометрия ладони или рисунок радужной оболочки глаза и др. являются не только постоянными, но и практически неизменными его характеристиками, гарантирующими безошибочную идентификацию.

С развитием компьютерных технологий биометрический метод находит широкое применение во многих сферах деятельности. Биометрия может служить задачам удостоверения, идентификации, аутентификации и авторизации личности, поиска людей (преступников, террористов, пропавших без вести), оплаты покупок и услуг, учета использования рабочего времени и др.

Активно развивается нормативно-техническая и правовая база биометрических технологий. При Международной организации по стандартам (ISO) создан подкомитет SC37 по биометрии, в задачи которого входит оперативная разработка и утверждение единых международных стандартов использования, обмена и хранения биометрических данных. Аналогичные комитеты созданы во многих национальных органах по стандартам.4 В Федеральном агентстве по техническому регулированию и метрологии России в этих целях создан подкомитет ПК 7. Уже принят ряд международных и отечественных стандартов. Федеральным законодательством регулируется традиционная технология биометрической идентификации - дактилоскопирование5 и порядок работы с персональными данными, в том числе и биометрическими.6

Существующие в настоящее время технологии биометрической идентификации делятся на две группы: статические и динамические. Статические технологии основаны на уникальных физиологических характеристиках человека. К ним относятся: распознавание по отпечатку пальца, по форме ладони, по расположению вен на лицевой стороне ладони, по сетчатке глаза, по радужной оболочке глаза, по форме и термограмме лица, по ДНК. В основе динамических технологий биометрической идентификации - поведенческая характеристика человека. К таким технологиям относится идентификация по рукописному и клавиатурному почерку и по голосу.7

При всем многообразии биометрических методов на практике в основном используются три: распознавание по отпечатку пальца, по изображению лица (двухмерному или трехмерному - 2D- или 3D-фото) и по радужной оболочке глаза.8 Однако любой из них основан на сопоставлении данных идентифицируемого объекта и биометрического эталона.9 Такое сопоставление невозможно без записи и сохранения биометрической информации, то есть без ее документирования.

Основными инструментами автоматизированного биометрического метода являются сканер для измерения биометрической характеристики и алгоритм, позволяющий сравнить ее с предварительно зарегистрированной той же характеристикой (так называемым биометрическим шаблоном). Например, при идентификации личности по отпечатку пальца стандартная процедура состоит в том, что отпечаток пальца со сканера сначала преобразуется в графический файл, а затем - в некоторый файл специального шаблона, форма которого зависит от конкретной методики.

При ручном дактилоскопировании отпечаток пальца сразу фиксируется на носителе. Таким образом, в процессе биометрической идентификации личности мы имеем дело с особым способом документирования информации - биометрическим. Изучение способов документирования является одной из задач теории документоведения. Согласно терминологическому стандарту по делопроизводству и архивному делу документирование - это запись информации на различных носителях по установленным правилам. Правила документирования - это требования и нормы, устанавливающие порядок документирования.10

ЧТО ПОНИМАЕТСЯ ПОД СПОСОБОМ ДОКУМЕНТИРОВАНИЯ?

Стандарт не дает прямого ответа на этот вопрос. Руководствуясь стандартом, пользователь должен сам подойти к мысли, что документы создаются не только на различных материальных носителях, но и разными способами через такие понятия как «изобразительный документ», «графический документ», «аудиовизуальный документ», «кинодокумент», «фотодокумент», «иконографический документ», «фонодокумент», «текстовой документ», «письменный документ», «рукописный документ», «машинописный документ», «документ на машинном носителе»11.

В научной литературе в настоящий момент нет единства в разъяснении того, что такое способ документирования. В публикациях, посвященных изучению этого вопроса, прослеживаются два подхода. Некоторые авторы (Н.Н. Кушнаренко, Ю.Н. Столяров) рассматривают способ документирования как действие или совокупность действий. Аналогично подходит к определению способа документирования Н.С. Ларьков. Предложенная им классификация способов документирования основана на разделении их на две большие группы: традиционные и технотронные. К традиционным способам документирования отнесены начертание, высекание, выжигание, резьба, тиснение, выдавливание и т.п. К технотронным способам относятся механический, фотохимический, электромагнитный, оптический, магнитооптический, электростатический и др. способы документирования.12 Однако такая классификация не является бесспорной. Современные технологии и оборудование позволяют выполнить начертание, высекание, выжигание, тиснение и резьбу не только традиционными, но и технотронными способами.

В документоведении и архивоведении принята иная классификация способов документирования: текстовое документирование, техническое (графическое) документирование, фотодокументирование, кинодокументирование, фонодокументирование, аудиовизуальное документирование, электронное документирование.13 В основе этой классификации - результат документирования, то есть та внешняя форма, которую приобретает документ, изготовленный тем или иным способом, а не действия или их совокупность, выполняемые в процессе создания документа. Так, в результате текстового документирования получается текстовый документ, в котором информация представлена в виде текста. Изобразительный документ, созданный фотографическим способом - это фотодокумент. Документ, содержащий изобразительную и звуковую информацию - аудиовизуальный документ и т.д.14 Такая классификация сложилась в силу того, что для документоведа и архивиста большее значение имеет документ как результат документирования, а не документирование как действие. Эта классификация представляется более устойчивой. Таким образом, способ документирования определяет внешнюю форму или структуру документа. А правила документирования - его внутреннюю форму или информационную структуру.

Безусловно, способ документирования - это совокупность действий, но не только. Под способом документирования подразумеваются также процессы, процедуры, инструменты и материалы, используемые для записи информации. Следовательно, способ документирования можно рассматривать как технологию создания или производства документа. В толковом словаре русского языка технология определяется как «совокупность процессов обработки или переработки материалов в определенной отрасли производства, а также как научное описание способов производства».15 Таким образом, способ документирования - это технология записи (фиксации) информации на материальном носителе.

Принятая сегодня в документоведении классификация способов документирования может быть дополнена еще одним способом - биометрическим, в процессе которого на материальном носителе фиксируется биометрическая информация, а результатом является биометрический документ. Биометрическую информацию, на наш взгляд, нельзя отнести ни к текстовой, ни к графической, ни к изобразительной, ни к какой-либо другой. По существу, это биологическая информация, которая в зафиксированном виде приобретает значение социальной, поскольку относится к персональным данным.16

ЧТО ПРЕДСТАВЛЯЕТ СОБОЙ БИОМЕТРИЧЕСКИЙ ДОКУМЕНТ?

Возьмем в качестве примера дактилоскопическую карту. Дактилоскопическая карта содержит биометрическую (дактилоскопическую) и текстовую информацию. Получение дактилоскопической информации осуществляется путем прокатывания окрашенного черной типографской краской пальца на отведенном для него месте дактилоскопической карты. Зафиксированная дактилоскопическая информация получает вид отпечатка пальца. Текстовую информацию содержат реквизиты: фамилия, имя, отчество, гражданство, пол, дата и место рождения, сведения о регистрации по месту жительства (месту пребывания), подпись дактилоскопируемого, наименование органа исполнительной власти, получившего дактилоскопическую информацию, основание и дата проведения государственной дактилоскопической регистрации, подписи лиц, составивших дактилоскопическую карту и проверивших правильность ее составления17.

Таким образом, роль содержательной части биометрического документа играет биометрическая информация, которая обрабатывается в качестве единого целого. Реквизиты, содержащие текстовую информацию, являются идентифицирующими метаданными.

Уже сегодня можно констатировать факт разработки и функционирования некоторых видов биометрических документов, как традиционных, так и электронных. Это - дактилоскопическая карта, биометрический паспорт18, ID-карты, позволяющие создать единую систему доступа граждан к социальному пакету (системы социального обеспечения, медицинского страхования, пенсионные фонды) и др.

В настоящее время технологии биометрической идентификации личности получили распространение в процессе создания паспортно-визовых систем, транспортно-пассажирских систем, систем безопасности доступа к секретным сведениям, вопросах банковской безопасности. По мере расширения сферы применения биометрических технологий и развития их правовой базы будет умножаться и состав биометрических документов. А это дает основание рассматривать проблему биометрического документирования в числе перспективных направлений документоведения.

Министерство образования и науки Республики Казахстан

При проведении зоотехнических экспериментов, ветеринарных исследований, научных наблюдений в научно-исследовательских институтах, на опытных станциях, на фермах совхозов и колхозов возникает необходимость в выявлении таких закономерностей, которые обычно скрыты случайной формой своего проявления. Определение надежности научных диагнозов и прогнозов, выдвижение научных рекомендаций о массовом применении новых методов кормления, разведения, лечения и репродуктивного использования сельскохозяйственных животных требует установления достоверности результатов тех исследований, на основе которых делаются соответствующие выводы и даются рекомендации.

Генетический анализ, как и большинство теоретических и прикладных экспериментальных зоотехнических и ветеринарных работ, включает применение математико-статистических методов. О степени развития любой науки можно судить по тому, насколько она применяет методы математики (по К. Марксу).

Использование достижения современной биометрии - науки о способах применения принципов и методов теории вероятности и математической статистики в биологии вообще и в зоотехнии и ветеринарии в частности - позволяет выделять новые закономерности явлений жизни и событий животного мира. С помощью методов математического анализа можно установить, насколько точно достоверно данные, полученные на отдельной не большой группе животных (выборке), отражают особенности всех животных (генеральной совокупности).

Методами биометрического анализа пользуются как научные работники и специалисты животноводства, так и преподаватели, аспиранты и студенты вузов.

В настоящее время имеется много изданий фундаментальных пособий по биометрии, однако им присуща теоретическая направленность, позиционно - математическое изложение, что создает трудности студентам самостоятельно освоить и применять биометрические методы при обработке своих исследований.

Ф. Гальтон сформулировал закон регрессии , это положение нашло отражение в современной генетике под названием коэффициента наследственной детерминации аддитивного генотипа-потомка, имеющего предков в свободно скрещивающейся популяции.

Философские концепции К. Пирсона были откровенно идеалистическими, однако открытие им в области математической статистики среднее квадратичное отклонение, коэффициент вариации, метод хи-квадрат, коэффициенты прямолинейной и криволинейной корреляции нашли широкое применение как генетико-селекционных исследованиях, так и в других областях науки и техники.

Большую роль в развитии теории вероятности сыграли классические исследования великих русских математиков и.

Датский ученый изложил методические основы генетического анализа: чистые линии, математическая обработка и искусственное скрещивание.

Г. Харди (Англия) и А. Вайнберг (Германия) заложили основу для современной популяционной генетики.

В. Госсет (псевдоним Стьюдент) обосновал теорию малых выборок.

Агроном, работавший на Ротамстедской опытной станции (Великобритания), предложил метод дисперсионного анализа .

предложил ряд математических формул, применяемых в генетическом анализе, в частности, формулу выражения закона Менделя.

Велики заслуги в становлении математических методов генетического анализа.

В последнее время в нашей стране и за рубежом выпущен ряд пособий и учебников по биометрии: «Биологическая статистика» и «Введение в статистическую генетику», «Статистические методы в применении к исследованиям в сельском хозяйстве и биологии», «Биометрия», «Руководство по биометрии для зоотехников», «Биометрия в животноводстве», «Введение в генетику количественных признаков», «Биометрия» и др.

1.2 Основные понятия теории вероятности

Теория вероятности имеет дело с изучением закономерностей случайных событий. Для понимания статистического подхода к изучаемым явлениям нужно ознакомиться с некоторыми понятиями и методами теории вероятности.

Опыт - процесс, в ходе которого могут осуществляться (или не осуществляться) события, которые можно зафиксировать при наблюдениях. Известные, существующие объективно или созданные экспериментатором явления, влияющие на ход опыта, называются условиями. События, которые могут произойти в данном опыте, называются исходами. Условия данного опыта вместе с множеством исходов составляют испытание.

Событие, которое в определенных условиях происходит обязательно, называется достоверным; которое не может произойти – невозможным; которое может возникнуть, но может и не возникнуть - случайным.

Вероятность - это числовая характеристика степени возможности появления какого - либо события, которое может повториться неограниченное число раз.

Вероятность достоверного события полагается равной единице, невозможного - нулю.

Если в опыте появление одного события исключает появление другого, то эти события называются несовместимыми, в противном случае такие события называются совместимыми.

Случайность есть форма проявления необходимости и в то же время дополнение необходимости.

Диалектико-материалистические представления об объективной случайности как форме необходимости дает возможность правильно оценивать многочисленные факты статистических закономерностей в явлениях природы и в том числе в явлениях изменчивости и наследственности.

Статистические закономерности не дают возможности предсказать появление отдельных событий, так как отдельное событие имеет только свою вероятность появления. Главная особенность статистических закономерностей заключается в том, что они помогают предвидеть свойства больших совокупностей и предсказать в них частоту определенных событий.

В основе всех статистических методов, которые широко используются в статистической генетике, лежит теория вероятности. Некоторые специфические для статистической генетики методы, составляющие техническую основу, рассматривается в данной работе.

1.3 Статистическая совокупность, ее свойства, терминология и символика

Следует знать, что биометрия - это математическая статистика в приложении к явлениям живой природы. С помощью методов вариационной статистики она изучает их изменчивость и наследственность.

Объектом исследований биометрии являются животные, у которых изучают закономерности изменения и проявления признаков.

Закономерности изменчивости и наследственности устанавливаются на массовом материале, полученном на многочисленных экземплярах.

Любое количество отдельных объектов, отличаются друг от друга и в тоже время сходных по многим признакам, составляет совокупность, которую разделяют на генеральную и выборочную.

Генеральную совокупность образуют особи, которые интересуют исследования с точки зрения особенностей изменчивости и наследственности их признаков (например, совокупность всех животных какого-то стада, породы в целом или данного региона). Но, как правило, обследовать всех животных, а тем более провести на них какой - либо эксперимент, не всегда представляется возможным, так как это требует больших затрат средств и времени. Поэтому изучают (подвергают эксперименту) только часть особей генеральной совокупности.

Выборочная совокупность (выборка) – это группа особей, выделенная методом случайного отбора из генеральной совокупности для проведения на ней исследований. Выборка может с определенной степенью достоверности характеризовать всю генеральную совокупность. Чтобы выборочная совокупность более плотно отражала генеральную, необходимо учитывать такие основы положения:

Выборка должна быть вполне представительной, т. е. иметь определенное количество наиболее типичных особей генеральной совокупности;

Выборка должна быть объективной, т. е. сформированной по принципу случайного отбора без субъективных влияний на ее состав;

выборка должна быть качественно однородной (выделенные для опыта группы должны быть аналогами по видовым, возрастным, физиологическим и другим факторам).

По объему выборки делятся на малочисленные, содержащие до 30 особей, и многочисленные.

Числовые значения признака отдельных особей называют вариантами (от латинского Varians). Изменение признаков и свойств живых существ называют варьированием. Совокупность вариант, полученных при наблюдении (исследовании) без определенной систематики называют первичным (сырым) рядом. Расстановка вариант в порядке возрастания (или убывания) называется ранжированием (ранжированный ряд). Группа чисел, сгруппированная в классы в зависимости от величины изучаемого признака, называется вариационным рядом.

Существующие между биологическими признаками связи, при которых определенному значению одного признака соответствует несколько значений другого признака, варьирующей около своей средней величины, называется корреляцией.

Биологические признаки, если они выражаются при помощи счета или меры, приобретают значение математических величин: средняя арифметическая, средняя квадратическая, коэффициент изменчивости, коэффициент корреляции и ряд других. Результаты измерений признаков, как и их особенностей варьирования, взаимосвязи и наследуемости обозначается в математических работах разными символами (таблица 1).

Таблица 1

Символы	Название символа
Принятые в данной работе	В других работах по руководству по биометрии
		Дата, варианта (числовое значение признака)
		Число особей генеральной совокупности
		Число особей выборки

Продолжение таблицы 1

		Максимальное и минимальное значение признака
		Лимит, размах изменчивости
		Величина классового промежутка
		Частота (число вариант в классе)
		Числовое значение модального класса
		Отклонение классов от модального (условного, среднего)
		Поправка к условной средней
		Средняя арифметическая генеральной совокупности
		Средняя арифметическая выборки
	∑(V - M)2, S, G, SQ	Дисперсия (сумма квадратов центральных отклонений)
		Сумма квадратов условных отклонений
		Сигма (среднее квадратичное отклонение)
		Коэффициент вариации
		Дисперсия - общая, факториальная, остаточная
		Статистическая ошибка (ошибка репрезентативности)
		Разность между двумя средними
		Показатель достоверности
		Показатель достоверности разности
		Показатель достоверности Фишера (при дисперсионном анализе)