Sormenjälkitunnistus: biometriset lukijat, toiminta ja käyttökohteet

Tutustu sormenjälkitunnistukseen: miten biometriset lukijat toimivat, niiden edut ja käyttökohteet älypuhelimissa sekä oviturvallisuudessa — nopeaa, luotettavaa ja yksilöllistä suojaa.

Sormenjälkilukijat ovat biometrisiä turvajärjestelmiä. Niitä käytetään ovien lukituksen avaamiseen ja muissa turvallisuussovelluksissa. 2010-luvulla sormenjälkilukijat yleistyivät matkapuhelimissa.

Ihmisten sormissa on harjanteita. Tätä sormenjälkeä ei voi poistaa tai muuttaa. Jokainen sormenjälki on erilainen kuin mikään muu maailmassa. Koska yhdistelmiä on lukemattomia, sormenjälkiä käytetään paljon tunnistamiseen.

Miten sormenjälkilukija toimii?

Sormenjälkilukija lukee sormen ihon harjanteiden (ridges) ja urausten (valleys) kuvion ja tallentaa siitä digitaalisen mallin eli niin sanotun templaattin. Templaatti ei ole tavallinen kuva, vaan tiivistetty esitys tunnistettavista piirteistä (esim. minutiae-pisteet, harjanteiden suunta). Kun käyttäjä koskettaa lukijaa, järjestelmä vertailee uutta mallia tallennettuihin templetteihin ja tekee päätöksen: vahvistetaanko henkilöllisyys (vaativampi yhden henkilön varmistus) vai etsitäänkö sormenjälkeä koko rekisteristä (identifiointi).

Tyypit: miten sensori kerää tiedon

• Optiset lukijat ottavat sormen valokuvan valon avulla. Ne ovat edullisia, mutta voivat olla herkkiä naarmuille tai likaantumiselle.
• Kapasitiiviset (elektrostaattiset) lukijat mittaavat ihon ja anturin välisiä sähkökentän muutoksia ja tuottavat korkean resoluution kuvan ilman valokuvaa.
• Ultraääniantureilla (esim. älypuhelimissa uudemmat ratkaisut) mitataan ihon ja harjanteiden syvyysominaisuuksia, mikä parantaa kykyä havaita elävät kudokset ja läpäistä likaa tai kosteutta.
• Lämpötila- ja meetsausanturit tunnistavat ihon lämmön tai pinnan sähkönjohtavuuden, ja niitä käytetään usein yhdistettynä muihin tekniikoihin.

Rekisteröinti ja vertailu

Rekisteröintivaiheessa (enrollment) käyttäjän sormesta otetaan useita otoksia eri kulmista, joista muodostetaan kestävä templaatti. Vertaaminen voi olla:

• Vahvistus (verification, 1:1) — järjestelmä varmistaa, että käyttäjä on se, joka hän väittää olevansa (esim. laite pyytää PIN-koodin ja vertaa annettuun käyttäjätiliin liitettyä sormenjälkeä).
• Tunnistus (identification, 1:N) — järjestelmä yrittää löytää sormenjälkeä koko tietokannasta; tämä vaatii enemmän laskentatehoa ja optimointia.

Tarkkuus ja turvallisuus

Sormenjälkien tunnistuksen onnistumista mitataan mm. FAR:lla (False Acceptance Rate) eli väärin hyväksymisen todennäköisyydellä ja FRR:llä (False Rejection Rate) eli virheellisen hylkäyksen todennäköisyydellä. Yleensä järjestelmässä säädetään kompromissi turvallisuuden ja käytettävyyden välillä; keskiarvoinen kohta, jossa FAR ja FRR ovat yhtä suuret, kutsutaan EER:iksi (Equal Error Rate).

Sormenjälkitunnistus ei ole täydellinen: siihen voi pyrkiä huijaamaan esimerkiksi tekosormenjäljellä. Modernit järjestelmät käyttävät presentation attack detection-tekniikoita (liveness detection) kuten verenvirtauksen, ihon sähkökentän tai kolmiulotteisen rakenteen mittaamista estääkseen väärennökset. Lisäksi on tärkeää, että templaattitiedot tallennetaan suojatusti (esim. salattu ja paikallinen tallennus) — pelkkä sormenjälkikuva ei yleensä koskaan säilytetä avonaista kuvaa vaan matemaattinen malli.

Yksityisyys ja lainsäädäntö

Biometrinen tieto, kuten sormenjäljet, luokitellaan usein arkaluontoiseksi henkilötiedoksi. Euroopassa GDPR asettaa vaatimuksia: käsittelylle on oltava oikeutus (esim. suostumus tai lakisääteinen peruste), tietoja tulee käsitellä tarkoitussidonnaisesti ja säilyttää vain tarpeen mukaan. Organisaatioiden tulee dokumentoida miten biometriaa käytetään, varmistaa turvallinen tallennus ja tarjota vaihtoehtoisia tunnistusmenetelmiä niille, jotka eivät halua antaa biometriaansa.

Käyttökohteet

• Älypuhelimet ja tabletit (lukitus, mobiilimaksut)
• Ovien ja tilojen kulunvalvonta (kotilukot, toimistoratkaisut)
• Työajanseuranta ja henkilöstön kirjautumiset
• Pankkipalvelut ja maksutapahtumien vahvistus
• Rajavalvonta, poliisi ja forensiikka — rikostutkinnassa sormenjälkiä verrataan rikosrekistereihin
• Terveys- ja potilastiedon hallinta, turvallinen pääsy laitteisiin

Parhaat käytännöt ja suositukset

• Käytä monivaiheista tunnistusta — yhdistä sormenjälki PIN-koodiin tai korttiin kriittisissä sovelluksissa.
• Varmista laitteiston ja ohjelmiston päivitykset — uudet päivitykset korjaavat haavoittuvuuksia ja parantavat havaitsemista.
• Salaa templettitiedot ja pidä ne mahdollisuuksien mukaan paikallisesti laitteessa (secure enclave) tai suojatussa palvelimessa.
• Tarjoa vaihtoehtoinen kirjautumistapa niille, jotka eivät voi tai halua käyttää biometriaa.
• Puhdista anturit säännöllisesti ja seuraa asennusohjeita — lika ja kosteus heikentävät tunnistusta.

Rajoitukset ja haasteet

Sormenjälki voi muuttua vamman, palovamman, iän tai kovien työolojen seurauksena. Myös hyvin likaiset, märät tai erittäin kuivat sormet voivat heikentää tunnistusta. Lisäksi biometriaan liittyy palautumattomuuden ongelma: jos sormenjälkitieto vuotaa, sen “vaihtaminen” ei ole yhtä yksinkertaista kuin salasanan vaihto.

Tulevaisuus

Biometrian kehitys suuntaa kohti entistä luotettavampia ja vähemmän tunkeilevia ratkaisuja: yhdistetyt järjestelmät (multimodaalinen biometria), kehittyneet liveness-menetelmät, näytön alle integroitavat ultraäänianturit ja laitteistopohjaiset suojaukset. Samalla keskustelu yksityisyydestä ja lainsäädännöstä jatkuu, mikä muokkaa käytäntöjä tulevina vuosina.

Yhteenvetona: sormenjälkitunnistus on tehokas ja laajasti käytetty tapa tunnistaa ihmisiä, mutta sen käyttö vaatii huolellista toteutusta, oikeusturvaa ja vaihtoehtoisia tunnistuskeinoja.

Käytä

Tärkein käyttöalue on tietokoneiden pääsynvalvonta. Tämä on erityisen tärkeää kannettavien tietokoneiden ja kämmentietokoneiden osalta. Hintojen laskun ansiosta yhä useammat laitteet varustetaan antureilla. Muita laitteita, joissa on sisäänrakennettu sormenjälkitunnistin, ovat esimerkiksi USB-kiintolevyt, USB-muistimoduulit ja kortinlukijat. Niitä on saatavilla myös hiirissä ja näppäimistöissä.

Antureita käytetään yhä useammin rahaliikenteen turvaamiseen ja vaihtokoneiden käyttöön verkkopankissa. Tulevaisuudessa omistajan sormenjälki tallennetaan turvallisesti henkilökortteihin ja luottokortteihin, ja sitä voidaan käyttää myös sähköpostien todentamiseen digitaalisia allekirjoituksia käyttäen.

Suora fyysinen pääsy huoneisiin ja laitteisiin voidaan varmistaa myös yhdistämällä sormenjälkitunnistimet ovenavausjärjestelmiin.

 
Älypuhelin, jossa on pyöreä sormenjälkilukija  

Rakennusmuodot

Rakennemuotoja on kaksi: pysähtynyt ja liikkuva sormenjälkilukija. ^[]

• Pysähtynyt: Sormi on vedettävä pienen skannausalueen yli. Tämä on halvempi ja epäluotettavampi kuin liikkuva muoto. Kuva ei ole kovin hyvä, kun sormea ei vedetä säännöllisesti skannausalueen yli.
• Liikkeelle: Sormi makaa skannausalueella, kun skanneri kulkee sen alla. Koska skanneri kulkee säännöllisesti sormenjäljen yli, kuvat ovat parempia.

 
Monissa älypuhelimissa käytetään sormenjälkilukijoita puhelimen lukituksen avaamiseen.  

Kysymyksiä ja vastauksia

K: Mitä ovat sormenjälkiskannerit?

K: Missä sormenjälkiskannerit yleistyivät 2010-luvulla?

K: Mikä ihmisten sormissa olevissa kuvioissa on ainutlaatuista?

K: Ovatko kaikki sormenjäljet samanlaisia?

K: Miksi sormenjälkiä käytetään yleisesti tunnistamiseen?

K: Millaisissa muissa turvallisuussovelluksissa sormenjälkiskannereita käytetään?

K: Mitä on biometria?

Hae kirjaimella