Jak działa rozpoznawanie twarzy w telefonie? Biometria bez tajemnic

W 2017 roku Apple zaprezentowało światu Face ID. To system rozpoznawania twarzy, który miał zastąpić czytnik linii papilarnych.

Początkowo wielu użytkowników traktowało to jako ciekawostkę lub przejaw sztucznej inteligencji rodem z filmów science fiction.

Siedem lat później rozpoznawanie twarzy stało się standardem nie tylko w telefonach, ale także na lotniskach, w bankach, na stadionach i w systemach kontroli dostępu do biur.

Jak więc działa ta technologia? Czy jest bezpieczna? I czy naprawdę można ją oszukać za pomocą zdjęcia?

Od płaskiego zdjęcia do trójwymiarowej mapy

Pierwsze systemy rozpoznawania twarzy w smartfonach opierały się na analizie zwykłego zdjęcia z przedniego aparatu. Porównywały one kluczowe punkty twarzy - odległość między oczami, szerokość nosa, kształt szczęki - z wcześniej zapisanym wzorcem.

Problem polegał na tym, że taki system był stosunkowo łatwy do oszukania dobrze wykonanym zdjęciem.

Nowoczesne systemy, takie jak Apple Face ID czy podobne rozwiązania w telefonach Android, działają zupełnie inaczej. Zamiast analizować płaskie zdjęcie, budują trójwymiarową mapę twarzy za pomocą promieniowania podczerwonego lub laserowego.

W przypadku Face ID, telefon wyposażony jest w projektor TrueDepth, który emituje ponad 30 tysięcy niewidzialnych punktów światła podczerwonego na twarz użytkownika.

Następnie kamera podczerwieni odczytuje, jak te punkty uległy zniekształceniu przez rzeźbę twarzy. Dzięki temu system tworzy precyzyjną, trójwymiarową mapę głębi zawierającą ponad 30 tysięcy punktów danych.

Sztuczna inteligencja analizuje unikalne cechy

Sam zestaw punktów to jednak za mało. Kolejnym krokiem jest przekazanie tych danych do neuralnego procesora wbudowanego w układ telefonu. W przypadku iPhone'a jest to tzw. Neural Engine.

Neural Engine porównuje zeskanowaną mapę twarzy z wcześniej zapisanym wzorcem użytkownika. Ale nie robi tego poprzez proste porównywanie obrazków.

Zamiast tego zamienia twarz na wektor matematyczny. To ciąg liczb opisujących unikalne cechy biometryczne. Im bardziej wektor zeskanowanej twarzy przypomina wektor zapisanego wzorca, tym większe prawdopodobieństwo, że to ta sama osoba.

System uczy się także na bieżąco. Jeśli użytkownik założy okulary, zapuści brodę lub zacznie nosić makijaż, algorytm stopniowo aktualizuje swój model. Dzięki temu rozpoznawanie jest nadal skuteczne.

Oczywiście w ramach ścisłych reguł bezpieczeństwa, które nie pozwalają na drastyczne zmiany.

Bezpieczeństwo - czy da się oszukać system

Apple podaje, że szansa na przypadkowe odblokowanie telefonu przez inną osobę za pomocą Face ID wynosi 1 na 1 000 000. Dla porównania, w przypadku Touch ID szansa ta wynosi 1 na 50 000.

To pokazuje, jak bezpieczna jest trójwymiarowa biometria w porównaniu z płaskimi skanami.

Ale czy można oszukać Face ID? Apple testowało system na profesjonalnie wykonanych maskach, fotografiach i makietach twarzy.

Zwykłe zdjęcie nie działa, ponieważ system wymaga trójwymiarowej głębi. Nawet wysokiej jakości maska silikonowa zazwyczaj nie wystarcza, choć w przeszłości pojawiały się doniesienia o udanych atakach przy użyciu bardzo drogich, profesjonalnych prototypów.

Warto jednak pamiętać, że nie wszystkie systemy rozpoznawania twarzy są tak samo bezpieczne. Wiele tańszych smartfonów Android nadal używa wyłącznie przedniego aparatu i analizuje tylko płaskie zdjęcie. Takie rozwiązania można oszukać znacznie łatwiej - czasem wystarczy wydrukowana fotografia lub film na innym telefonie.

Rodzaje systemów rozpoznawania twarzy

Na rynku dostępnych jest kilka różnych technologii rozpoznawania twarzy. Różnią się zarówno sposobem działania, jak i poziomem bezpieczeństwa.

Poniższa tabela pokazuje najpopularniejsze rozwiązania:

| Technologia | Jak działa | Bezpieczeństwo | Przykłady | |-------------|------------|----------------|-----------| | 3D strukturalne światło | Projektor punktów IR + kamera głębi | Bardzo wysokie | iPhone (Face ID), Huawei Mate | | ToF (Time of Flight) | Laser mierzy czas powrotu fali świetlnej | Wysokie | Samsung Galaxy, niektóre flagowce | | Stereo vision | Dwa aparaty tworzą głębię przez paralaksę | Średnie | Niektóre telefony Xiaomi | | 2D z aparatu | Analiza zwykłego zdjęcia | Niskie | Tanie smartfony, systemy dostępowe |

Prywatność - gdzie trafiają Twoje dane biometryczne

Jednym z najczęstszych obaw użytkowników jest kwestia prywatności. Czy Apple lub Google przechowują nasze twarze na swoich serwerach? W przypadku większości nowoczesnych systemów odpowiedź brzmi: nie.

Dane biometryczne są przetwarzane wyłącznie lokalnie, w specjalnie izolowanym chipie bezpieczeństwa w telefonie. W iPhone'ach jest to Secure Enclave, w Pixelach - Titan M.

Twój wzór twarzy nigdy nie opuszcza urządzenia. Nie jest synchronizowany z chmurą ani udostępniany aplikacjom trzecim. Aplikacje mogą jedynie otrzymać informację „tak" lub „nie" od systemu operacyjnego.

Inaczej wygląda sytuacja w przypadku systemów biometrycznych używanych przez instytucje publiczne - np. na lotniskach czy w bankach. Tam dane biometryczne są zazwyczaj przechowywane w centralnych bazach danych, co rodzi zupełnie inne wyzwania etyczne i prawne.

Rozpoznawanie twarzy poza smartfonami

Technologia ta wykracza daleko poza odblokowywanie telefonów. Dziś rozpoznawanie twarzy znajduje zastosowanie w wielu branżach i sektorach gospodarki, często w sposób, którego nie zauważamy na co dzień.

W systemach płatności, szczególnie w Chinach, płatność twarzą jest codziennością w sklepach, restauracjach i centrach handlowych.

W kontroli dostępu do budynków biometryczne terminale coraz częściej zastępują tradycyjne karty zbliżeniowe. Eliminują one problem zgubionych lub sklonowanych kart.

W weryfikacji tożsamości online banki i instytucje finansowe używają rozpoznawania twarzy do potwierdzania tożsamości przy zakładaniu konta czy zaciąganiu pożyczek.

Systemy nadzoru miejskiego wykorzystują kamery z analizą twarzy do identyfikacji poszukiwanych osób w tłumie.

W medycynie z kolei algorytmy potrafią wykrywać wczesne objawy chorób genetycznych na podstawie charakterystycznych rysów twarzy.

Co to oznacza dla Ciebie

Rozpoznawanie twarzy to wygodna i generalnie bezpieczna metoda biometryczna. O ile używasz urządzenia, które naprawdę skanuje twarz w trzech wymiarach.

Jeśli zależy Ci na bezpieczeństwie, warto pamiętać o kilku podstawowych zasadach.

Jak dbać o bezpieczeństwo biometryczne

• Wybieraj telefony z 3D biometrią - unikaj modeli opierających się wyłącznie na przednim aparacie 2D. Takie rozwiązania mogą być oszukane prostym zdjęciem.
• Nie udostępniaj zdjęć twarzy w niezaufanych aplikacjach - choć systemy lokalne w telefonach są bezpieczne, zdjęcia zamieszczone w mediach społecznościowych mogą posłużyć do ataków na słabsze systemy biometryczne.
• Zwracaj uwagę na regulaminy - szczególnie przy korzystaniu z biometrii w instytucjach publicznych i bankach. Upewnij się, że wiesz, gdzie i jak długo przechowywane są Twoje dane biometryczne.

Technologia rozpoznawania twarzy rozwija się w zastraszającym tempie. To, co jeszcze kilka lat temu wydawało się futurystyczne, dziś jest codziennym narzędziem w kieszeni każdego z nas.

Warto rozumieć, jak działa, by korzystać z niej świadomie i bezpiecznie.