Молодогвардейцев 454015 Россия, Челябинская область, город Челябинск 89085842764
MindHalls logo

Статические характеристики биометрической подписи

Доклад на обозначенную тему был подготовлен мной для выступления в ВУЗе, решил опубликовать, чтобы труд не пропадал зря. Работа не отличается высшей степенью качества, но вдруг кому-нибудь пригодится.

Итак, поговорим о классической рукописной подписи, как биометрической характеристике человека.

Исторически сложилось так, что подпись является самым распространенным способом подтверждения документов, а именно: подтверждение подлинности, согласия сторон, закрепление различных сделок, подтверждение авторства и как следствие — невозможность отказа от авторства. Всем нам знакома эта биометрическая характеристика, ее использовали еще задолго до появления ЭВМ, она кажется обычной, «родной» и незыблемой.

Вопрос об актуальности подделки рукописной подписи

Учитывая огромное распространение подписи, вопрос ее подделки стоит достаточно остро. Проблема в том, что визуально достаточно сложно отличить настоящую подпись от подделки, ведь даже две подписи одного и того же человека могут визуально отличаться (об этом нам говорит богатая статистика).

Небольшое отступление. Вообще в такой науке, как биометрия очень многое опирается на богатую статистическую базу. Это кажется странным, но так оно и есть — работа  с биометрикой это во многом работа с многомиллионными базами образцов и результатов тестов.

Традиционно для проверки подлинности подписи проводится почерковедческая экспертиза (графологическая экспертиза почерка и подписи), это ряд судебных криминалистических экспертиз, целью которых является установление исполнителей рукописных текстов и подписей, а также условий их выполнения — состояние волнения человека, алкогольное опьянение и так далее.

Интересный факт

Для подписи существует целых 4 уровня фальсификации в зависимости от уровня подготовки атакующего:

  • Подделка с нулевым усилием;
  • Подделка после тренировки;
  • Подделка из-за плеча;
  • Профессиональная подделка.

Для других биометрических характеристик не существует такого точного определения качества фальсификаций.

Немного о графологической экспертизе и экспертах

Основными статическими признаками, на которые обращают внимание при ручной верификации подписи, являются:

  • Количество вертикальных наклонных компонентов;
  • Размеры символов относительно друг друга (относительный размер символов);
  • Размеры и форма петель;
  • Глубина следа на бумаге;
  • Скорость создания подписи (когда копируют, скорость меньше, следовательно, больше чернил остается на бумаге);

Эти признаки могут и должны быть легко собраны и проанализированы во время верификации подписи. Самый полный перечень признаков наверняка узнать не так просто, для того и существуют эксперты в этой области.

Собрав все необходимые данные, как мы видим среди них не только статические, но и динамические характеристики подписи, эксперт готов ответить на интересующие вопросы.

Вопросы, на которые может ответить экспертиза:

  • Принадлежит ли почерк конкретному лицу;
  • Кто именно выполнил рукописный текст: мужчина или женщина;
  • В какой обстановке выполнен рукописный текст (во время движения транспорта, при слабом освещении, на холоде и т.д.)
  • В каком именно состоянии находится исполняющий эту процедуру (состояние аффекта, алкогольное опьянение, болезнь, наркотическое опьянение и др.).
  • Возможно ли изменение почерка преднамеренно (например, подписывает левой, если обычно пишет правой).
  • Не дописаны ли цифры и слова к данному тексту другим лицом.

Обратиться за такой экспертизой можно, например, в НАУЧНО-ИССЛЕДОВАТЕЛЬСКИЙ ИНСТИТУТ СУДЕБНОЙ ЭКСПЕРТИЗЫ

Вопрос о необходимости автоматизировать верификацию подписи

Если это экспертиза, то, следовательно, есть специально обученный человек — эксперт, а ручной труд, сколь профессиональным бы он не был всегда медленнее (и зачастую дороже) труда вычислительной машины, поэтому встает задача создания автоматических устройств распознавания-верификации подписи. Такие системы должны иметь достаточно высокий уровень точности распознавания, высокую скорость принятия решения и быть дешевле, чем приглашение специального эксперта и проведения графологической экспертизы.

Кроме того, количество транзакций верифицированных с помощью подписи колоссально, поэтому вопрос автоматизации актуален.

Следовательно, введение автоматизации в процесс сбора и верификации подписи повлекло бы за собой следующие положительные изменения:

  • Увеличение скорости аутентификации;
  • Уменьшение стоимости;
  • Разгрузка документооборота – если люди меньше возятся с бумажками, они больше занимаются полезным для фирмы делом;

Существует два направления в области автоматизации сбора и верификации подписи: анализ динамических и анализ статических характеристик подписи. Обратим внимание на статические характеристики.

Признаки, используемые при автоматическом распознавании:

  • Отношение длины подписи к её ширине;
  • Центр подписи;
  • Угол наклона подписи;
  • Угол наклона между центрами половин подписи.

Теперь несколько слов непосредственно о методах автоматизации верификации подписи по ее статическим характеристикам.

На основе алгоритмов распознавания образов — подпись фотографируется/сканируется, считывается планшетом и разбивается на участки следующим образом. Вычисляются координаты геометрического центра всей подписи, а затем подпись разбивается на два участка относительно центра масс. Далее разбиение продолжается на каждом участке. После завершения разбиения каждому участку подписи ставится в соответствие эллипс инерции. Эллипсом инерции в данном случае называется эллипс, центр которого совпадает с геометрическим центром участка подписи, а сам эллипс строится аналогично эллипсу инерции физического тела, принимая массу точки подписи за единицу. Таким способом строится пирамидальное представлением подписи эллиптическими примитивами. В дальнейшем сравнение осуществляется между представлениями подписи.

Геометрический центр — точка, расстояние которой до всех остальных минимально.

На основе приближения кривыми — Происходит разбиение массива точек подписи на участки, например, по принципу выделения локальных экстремумов по осям или разбиение точками пересечения линий подписи. После этого на каждом из участков проводится кривая по какому-нибудь закону на основе набора точек участка. Таким образом, каждому участку сопоставляется массив коэффициентов, задающих кривую. Сравнение двух подписей осуществляется сопоставлением соответствующих участков подписей и дальнейшим сравнением коэффициентов

На основе вычисления матрицы расстояний — Матрица, элементами которой являются расстояния между всеми точками подписи. Расстояния должны быть обязательно центрированы относительно среднего значения, нормированы на максимальную величину. Матрица составляется именно из нормированных значений.

Область применения подписи, как биометрической характеристики

Область применения подписи наверное самая широкая из всех рассматриваемых нами биометрических характеристик, огромный документооборот в:

  • банковском деле;
  • медицине;
  • страховом деле;
  • электронной коммерции;

Возможность:

  • автоматизация офисной деятельности;
  • автоматизацию подписания государственных бумаг;
  • учёт рабочего времени.
  • и многое другое

В каждой из этих областей введение автоматизации, как самой подписи, так и ее верификации существенно снизит временные и денежные(как минимум бумаги будет тратится в разы меньше) затраты.

Таким образом, из достоинств систем автоматической аутентификации по статическим признакам подписи можно выделить:

  • Подпись неотчуждаема (в отличии, например, от ЭЦП);
  • Для статических характеристик необходимо не такое дорогое оборудование, как для динамических;
  • В идеале нет необходимости заказывать графологическую экспертизу в случае подозрения на подделку подписи;
  • Решит проблемы с документооборотом;

Недостатки систем автоматической аутентификации

  • Необходимость оснащаться сканерами или планшетами;
  • Не такая высокая точность верификации по сравнению с использованием динамических признаков;
  • Статические признаки проще подделать, чем динамические;
  • Высокая зависимость от психологического и физического состояния человека;

Критерии подписи, как биометрической характеристики

  • Универсальность — Универсальность подписи достаточно велика, подавляющее большинство людей способны придумать себе подпись и использовать ее.
  • Уникальность — Не найдется двух людей с абсолютно одинаковой подписью, уникальность высокая.
  • Собираемость, доступность — Собираемость и доступность, безусловно, хорошие — листок бумаги и ручка.
  • Стабильность — Вопрос о стабильности подписи довольно спорный, ничего не мешает человеку просто взять и сменить свою подпись. Но что касается статических параметров подписи, они достаточно стабильны во времени при условии, что физиологически человек здоров и не подвержен различным влияниям (алкоголь, наркотики).
  • Эффективность — В целом эффективность на приемлемом уровне, хотя все же верификация подписи по динамическим характеристикам пользуется большим успехом и развивается гораздо интенсивнее.

Так как все-таки динамические характеристики подписи считаются более перспективными, то и планшетов больше на рынке для этих характеристик, но все они могут просто перенести подпись в электронный вид, где распознаванием по статическим характеристикам займется уже какой-нибудь софт.

Но и для статических и для динамических характеристик остается проблема внедрения. Если на западе уже можно расписаться на планшете за посылку, то в России нет такого доверия к сбору подписи планшетом или сканером.