A ну-ка дыхните! Нестандартная биометрия по запаху

Изучаем свежую работу про биометрическую аутентификацию при помощи анализа запаха изо рта.

Как работает аутентификация по запаху

Группа исследователей из нескольких японских университетов недавно опубликовала интересную работу, которая описывает принципиально новый способ биометрической аутентификации: по, скажем так, анализу дыхания. Идея ученых напоминает тестирование на наличие паров алкоголя в выдыхаемом воздухе, которому иногда подвергаются автолюбители, а профессиональные водители и представители сложных профессий вообще проходят его на регулярной основе.

Однако это только общее сходство. Предложенный в исследовании способ значительно сложнее: во-первых, требуется определить в составе воздуха наличие не одного, а нескольких химических соединений. А во-вторых, призвана эта процедура не просто установить концентрацию интересующих веществ, а отличить одного человека от другого по общей химической картине.

Но… Зачем?

Преимущество работы академических исследователей заключается в том, что им совсем не обязательно ставить перед собой практические цели! То есть делают они это, что называется, потому что могут.

В целом же анализ выдыхаемого воздуха считается достаточно актуальной темой. В комбинации с последующей обработкой данных при помощи машинного обучения в этом направлении достигнуты серьезные успехи, например в диагностике заболеваний по дыханию. Ну а если системы анализа есть в наличии, алгоритмы обучения тоже имеются, почему бы не исследовать и тему аутентификации?

Как работает аутентификация по запаху

На первом этапе работы подопытным придется «надышать» основу для измерений. Потом этот воздух пропускается через 16-канальный анализатор — исследователи пробовали собирать данные с меньшего количества датчиков, но от этого эффективность метода сразу же понизилась.

Каждый из каналов отдельно фиксирует содержание в воздухе определенного химического соединения. Записывается не только интенсивность сигнала с датчиков, измеряется также изменение этой интенсивности в зависимости от времени.

Схематическое описание системы аутентификации по запаху

Так работает система аутентификации по запаху на данном этапе. Источник

В результате получается достаточно большой массив данных, в обработке которого участвует алгоритм машинного обучения. После обучения на тестовых данных алгоритм достаточно точно определяет человека по его дыханию.

Насколько это надежно?

В результате эксперимента японским ученым удалось точно определить человека по запаху в 97% случаев. Насколько это хорошо или плохо? Чтобы полностью корректно ответить на этот вопрос, данных в исследовании недостаточно.

Общую эффективность можно сравнить с данными исследования 2016 года, в котором подробно разбираются особенности оценки биометрических систем. Если не вдаваться в детали, надежность метода «по выдоху» ничем не уступает возможностям распространенных сканеров отпечатков пальцев и даже слегка превосходит технологии распознавания лица.

Cводная информация о надежности различных технологий биометрической аутентификации

Cводная информация о надежности различных технологий биометрической аутентификации. Источник

Однако, как подчеркивается в упомянутом выше исследовании 2016 года, также важно учитывать соотношение ложноотрицательных (не узнали зарегистрированного пользователя) и ложноположительных (пропустили чужака) срабатываний. C ложноотрицательными срабатываниями мы встречаемся каждый день, когда нас не узнает наш же смартфон, — невелика проблема. А вот ложноположительные срабатывания — это, очевидно, более неприятно, поэтому и вес у них по-хорошему должен быть выше. Так вот, детальной информации о том, как обстоят с этим дела у аутентификации по запаху, в исследовании не хватает.

Помимо всего прочего, авторы работы по анализу дыхания также ссылаются на предыдущие исследования — в том числе свои собственные, — и фиксируют прогресс по сравнению, например, с химическим анализом человеческого пота. Да, такой способ аутентификации тоже исследовался!

Насколько это практично?

Тут стоит напомнить описание метода, приведенное выше. Исследователи использовали дорогостоящую лабораторную аппаратуру, которую нельзя просто так взять и засунуть в ноутбук, телефон или даже в автомобиль. Да, для машин выпускаются замки, блокирующие зажигание, если в выдыхаемом воздухе обнаружен алкоголь, но требующееся для аутентификации по запаху оборудование на порядок сложнее и дороже.

Если изучить работу подробнее, обнаруживаются и другие причины, почему в обозримом будущем мы не будем дышать на смартфон для разблокировки. Выше мы уже упоминали, что для повышения точности оценивался также срок распада определенных химических соединений в течение некоторого времени — так вот, занимает этот процесс аж 40 минут!

Дальше еще сложнее: все испытуемые перед исследованием шесть часов не принимали пищу. Авторы отмечают, что на точность результатов может повлиять как недавно съеденный ужин, так и содержащиеся в выдыхаемом воздухе соединения, сопутствующие ряду заболеваний. Позволим себе предположить, что «сбить настройку» могут и легкий аромат перегара, и банальная простуда.

Итого: с точки зрения «здесь и сейчас» практического смысла в данной технологии не очень много. Но это, безусловно, интересное направление исследований, которое в будущем может получить свое развитие — если не в форме аутентификации типа «дышите в трубочку», то, например, в виде улучшенных систем медицинской диагностики.

Советы

Школа и киберугрозы

Почему в сфере образования следует внимательно относиться к кибербезопасности и как правильно защитить школу от возможных атак.

Как путешествовать безопасно

Собираетесь в отпуск? Мы разработали руководство для путешественников, которое поможет провести время с удовольствием, безопасно и полностью отвлечься от рутины.