cahtНаучный вестник МГТУ ГАCivil Aviation High Technologies2079-06192542-0119Moscow State Technical University of Civil Aviation (MSTU CA)10.26467/2079-0619-2021-24-2-93-104caht-1810Research ArticleТРАНСПОРТTRANSPORTРазвитие биометрических систем идентификации пассажиров на основе средств помехоустойчивого кодированияDevelopment of biometric systems for passenger identification based on noise-resistant coding meansГладкихА. А.GladkikhA. A.

Гладких Анатолий Афанасьевич, доктор технических наук, профессор, профессор

Ульяновск

Anatoliy A. Gladkikh, Doctor of Technical Sciences, Professor

Ulyanovsk

a_gladkikh@mail.ruВолковА. К.VolkovA. K.

Волков Александр Константинович, кандидат технических наук, доцент

Ульяновск

Alexander K. Volkov, Сandidate of Technical Sciences, Associate Professor

Ulyanovsk

volkovalex8@rambler.ruУласюкТ. Г.UlasyukT. G.

Уласюк Татьяна Георгиевна, аспирант, старший преподаватель

Ульяновск

Tatiana G. Ulasyuk, Post-graduate Student, Senior Lecturer

Ulyanovsk

oabuvauga@mail.ruУльяновский институт гражданской авиации имени Главного маршала авиации Б.П. БугаеваРоссияUlyanovsk Institute of Civil Aviation Named after Air Chief Marshal B.P. BugaevRussian Federation20212404202124293104Copyright © Гладких А.А., Волков А.К., Уласюк Т.Г., 20212021Гладких А.А., Волков А.К., Уласюк Т.Г.Gladkikh A.A., Volkov A.K., Ulasyuk T.G.Данная работа распространяется под лицензией Creative Commons Attribution 4.0.This work is licensed under a Creative Commons Attribution 4.0 License.https://avia.mstuca.ru/jour/article/view/1810

В работе рассматриваются вопросы применения биометрических технологий для идентификации личности пассажиров. Целью работы является проведение анализа возможностей повышения надежности функционирования различных биометрических устройств идентификации путем использования кодов коррекции ошибок. Представлены основные элементы и принцип функционирования классической биометрической системы. На основании рекомендаций Международной организации гражданской авиации (ИКАО) представлены особенности процедуры распознавания пассажиров по изображениям лица. Рассмотрены варианты реализации биометрических процедур аутентификации пассажиров, и сделан вывод, что при централизованных баз биометрических данных существуют проблемы конфиденциальности и защиты информации. Проблемы характеризуются возможностью компрометации биометрических образов, что потенциально может привести к утрате их конфиденциальности и невозможности дальнейшего использования для идентификации личности. Более надежной представляется организация процедуры аутентификации пассажиров с одновременным применением биометрических параметров и бесконтактных SMART-карт. SMART-карты используются для распределенного хранения биометрических и других дополнительных данных, тем самым нивелируя недостатки доступа к централизованным базам данных. Показано, что следующим шагом в развитии данной области является применение биометрической криптографии, предполагающей «связывание» ключей шифрования и паролей с биометрическими параметрами субъекта. Рассмотрен принцип работы «нечеткого экстрактора» как одного из вариантов преобразователя «биометрия-код». Показана целесообразность и необходимость совершенствования в рассматриваемых системах средств помехоустойчивого кодирования. Предлагается использование алгоритмов перестановочного декодирования данных, способных адекватно соответствовать именно задачам биометрической идентификации. На основе результатов статистического моделирования оптических каналов связи определяются необходимые и достаточные условия применения средств перестановочного декодирования для двоичных кодов, решается задача минимизации объема памяти когнитивной карты перестановочного декодера за счет выделения орбит перестановок и использования образующих комбинаций циклов в качестве указателей эталонных матриц. Предлагается результативный алгоритм поиска уникального номера орбиты и соответствующей ему эталонной матрицы при формировании приемником произвольной перестановки символов из множества допустимых перестановок.

The paper deals with the issues of using the biometric technologies to establish identity of a passenger. The purpose of the article is to analyze the techniques of enhancing reliability of various biometric identification facilities by means of using error correction codes. The basic elements and the principle of the classical biometric system functioning are presented. On the basis of the International Civil Aviation Organization (ICAO) recommendations, the procedure features of pattern recognition are presented. The versions to adopt the biometric passenger authentication procedures are under consideration. The conclusion is drawn that with the centralized biometric databases the issues of confidentiality and information security exist. The problems are characterized by the possibility of biometric images compromise, which can potentially lead to the loss of their confidentiality and the impossibility of their further usage for personal identification. The passenger authentication procedure involving the simultaneous use of biometric parameters and contact-free SMART cards seems more reliable. SMART cards are used for distributed storage of biometric and other additional data, thus neutralizing the disadvantages of access to the centralized databases. It is shown that the subsequent step in the development of this domain is the application of biometric cryptography proposing "linking" encryption keys and passwords with the biometric parameters of the subject. Consideration is given to the principle of "fuzzy extractor" operation as one of the variants for the "biometrics-code" converter. Feasibility and necessity of upgrading the means of noise-resistant coding in the systems being studied are shown. The use of permutation decoding data algorithms capable of adequately corresponding to the particular problems of biometric identification is proposed. On the basis of the results of optical communication channels statistical modeling, the necessary and sufficient conditions for application of the permutation decoding tools for binary codes are determined. The problem to minimize memory amount for the permutation decoder cognitive map due to the permutation orbits allocation and usage of the generated loops combinations as pointers of reference plane is solved. The resulting algorithm for finding a unique orbit number and its corresponding reference plane by means of receiver formation of arbitrary parameters permutation from the set of permissible permutations is proposed.

пассажирбиометрияаутентификациянечеткий экстракторперестановочное декодированиециклорбитаpassengerbiometricsauthenticationfuzzy extractorpermutation decodinglooporbitReferencesБолл Р.М. Руководство по биометрии / Р.М. Болл, Д.Х. Коннел, Ш. Панканти, Н.К. Ратха, Э.У. Сеньор. М.: Техносфера, 2007. 368 с.Bolle, R.M., Connell, J.H., Pankanti, Sh., Ratha, N.K. and Senior, A.W. (2004). Guide to Biometrics. Springer-Verlag, New York, 364 p. DOI: 10.1007/978-1-4757-4036-3Sinha P. Face recognition by humans: nineteen results all computer vision researchers should know about / P. Sinha, B. Balas, Y. Ostrovsky, R. Russell // Proceedings of the IEEE. 2006. Vol. 94, no. 11. Pp. 1948–1962. DOI: 10.1109/JPROC.2006.884093Sinha, P., Balas, B., Ostrovsky, Y. and Russell, R. (2006). Face recognition by humans: nineteen results all computer vision researchers should know about. Proceedings of the IEEE, vol. 94, no. 11, pp. 1948–1962. DOI: 10.1109/JPROC.2006.884093Jain A.K., Duin P.W., Mao J. Statistical pattern recognition: a review // IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence. 2000. Vol. 22, no 1. Pp. 4–37. DOI: 10.1109/34.824819Jain, A.K., Duin, P.W. and Mao, J. (2000). Statistical pattern recognition: a review. IEEE Transactions on Pattern Analysis and Machine Intelligence, vol. 22, no. 1, pp. 4–37. DOI: 10.1109/34.824819Крюков Д.А. Модели функционирования персональных систем идентификации с процедурами помехоустойчивого кодирования и декодирования хранимых данных [Электронный ресурс] // Электронное научно-техническое издание «Наука и образование: научное издание МГТУ им. Н.Э. Баумана». 2012. № 10. DOI: 10.7463/1012.0486630 (дата обращения: 23.01.2021).Kryukov, D.A. (2012). Action models of personal identification systems with antinoise coding procedures. Scientific edition of Bauman MSTU Science & Education, no. 10. DOI: 10.7463/1012.0486630 (accessed 23.01.2021).Juels A., Wattenberg M. A fuzzy commitment scheme // Proceedings of the 6th ACM conference on Computer and communications security, 1999. Pp. 28–36. DOI: 10.1145/319709.319714Juels, A. and Wattenberg, M. (1999). A fuzzy commitment scheme. Proceedings of the 6th ACM conference on Computer and communications security, pp. 28–36. DOI: 10.1145/319709.319714Dodis Y., Reyzin L., Smith A. Fuzzy extractors: how to generate strong keys from biometrics and other noisy data [Электронный ресурс] // Advances in Cryptology – EUROCRYPT 2004: Lecture Notes in Computer Science / Под ред. С. Cachin, J.L. Camenisch. 2004. Vol. 3027. Pp. 523–540. DOI: 10.1007/978-3-540-24676-3_31 (дата обращения: 28.01.2021).Dodis, Y., Reyzin, L. and Smith, A. (2004). Fuzzy extractors: how to generate strong keys from biometrics and other noisy data. Advances in Cryptology – EUROCRYPT 2004: Lecture Notes in Computer Science. In Cachin C., Camenisch J.L. (eds.)., vol. 3027, pp. 523–540. DOI: 10.1007/978-3-540-24676-3_31 (accessed 28.01.2021).Hao F., Anderson R., Daugman J. Combining crypto with biometrics effectively // IEEE Transactions on Computers. 2006. Vol. 55, no. 9. Pp. 1081–1088. DOI: 10.1109/TC.2006.138Hao, F., Anderson, R. and Daugman, J. (2006). Combining crypto with biometrics effectively. IEEE Transactions on Computers, vol. 9, no. 55, pp. 1081–1088. DOI: 10.1109/TC.2006.138Al-Saggaf A.A. Secure method for combining cryptography with iris biometrics // Journal of Universal Computer Science. 2018. Vol. 24, no. 4. Pp. 341–356. 9Al-Saggaf, A.A. (2018). Secure method for combining cryptography with iris biometrics. Journal of Universal Computer Science, vol. 24, no. 4, pp. 341–356.. Peng L. (2012). An effective biometric cryptosystem combining fingerprints with error correction codes / Y. Xin, Q. Hua, C. Kai, L. Eryun, T. Jie [Электронный ресурс] // Expert Systems with Applications. 2012. Vol. 39. Pp. 6562–6574. DOI: 10.1016/j.eswa.2011.12.048 (дата обращения: 23.01.2021).Peng, L., Xin, Y., Hua, Q., Kai, C., Eryun, L. and Jie, T. (2012). An effective biometric cryptosystem combining fingerprints with error correction codes. Expert Systems with Applications, vol. 39, pp. 6562–6574. DOI: 10.1016/j.eswa.2011.12.048 (accessed 23.01.2021).Ахметов Б.Б. Технология использования больших нейронных сетей для преобразования нечетких биометрических данных в код ключа доступа: монография / Б.Б. Ахметов, А.И. Иванов, В.А. Фунтиков, А.В. Безяев, Е.А. Малыгина. Алматы: ТОО «Издательство LEM», 2014. 144 c.Akhmetov, B.B., Ivanov, A.I., Funtikov, V.A., Bezyaev, A.V. and Malygina, E.A. (2014). Tekhnologiya ispolzovaniya bolshikh neyronnykh setey dlya preobrazovaniya nechetkikh biometricheskikh dannykh v kod klyucha dostupa: Monografiya [Technology of using large neural networks for converting fuzzy biometric data into access key code: Monograph]. Almaty: TOO "Izdatelstvo LEM", 144 p. (in Russian)Gladkikh A.A. Noiseless coding algorithm based on cognitive processing of biometric data in system of digital identification of passengers / A.A. Gladkikh, An.K. Volkov, Al.K. Volkov, R.Z. Ibragimov // Journal of Physics: Conference Series (ITBI 2019). 2019. Vol. 1333, iss. 3. Pp. 1–5. DOI: 10.1088/1742-6596/1333/3/032022Gladkikh, A.A., Volkov, An.K., Volkov, Al.K. and Ibragimov, R.Z. (2019). Noiseless coding algorithm based on cognitive processing of biometric data in system of digital identification of passengers. Journal of Physics: Conference Series (ITBI 2019), vol. 1333, issue 3, pp. 1–5. DOI: 10.1088/1742-6596/1333/3/032022Gladkikh A.A. Cognitive decoding of redundant block codes in the system of processing and protection of biometric data of air passengers / A.A. Gladkikh, Al.K. Volkov, An.K. Volkov, V.M. Il'in, D.A. Kozlov // IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (MIST: Aerospace – 2019), 2019. Vol. 734. Pp. 1–6. DOI: 10.1088/1757-899X/734/1/012163Gladkikh, A.A., Volkov, Al.K., Volkov, An.K., Il'in, V.M. and Kozlov, D.A. (2019). Cognitive decoding of redundant block codes in the system of processing and protection of biometric data of air passengers. IOP Conference Series: Materials Science and Engineering (MIST: Aerospace2019), vol. 734, pp. 1–6. DOI: 10.1088/1757-899X/734/1/012163

The authors declare that there are no conflicts of interest present.