Почему отпечатки пальцев уникальны

Обновлено: 28.06.2024

Наш мир наполнен загадками, и если тебе кажется, что он унылый — ты просто не там ищешь. Стоит копнуть чуть поглубже, и самые обычные вещи становятся незнакомыми, будто видишь их впервые. Интересно то, что человечество решает крайне сложные задачи, вроде столкновения частиц на Большом адронном коллайдере и запуска роверов на Марс, но до сих пор мало что знает о себе и об окружающем мире. Думаешь, мы утрируем? Вот несколько необъяснимых явлений, которые докажут правдивость этого утверждения.

1. Почему одна рука доминирует над другой

По статистике, в мире около 90% правшей, и левши, скорее, являются аномалией. Но почему вообще возникает разделение на правшей и левшей? Мы не знаем. Причем интересно то, что разделение на доминирующую и подчиненную руку — это вовсе не осознанный выбор человека, а что-то врожденное, закрепленное в генах. Ученые не понимают, почему так происходит.

Существует теория, что доминирование правой руки закреплено строением мозга. Это происходит из-за того, что речевой центр находится в левом полушарии мозга. Это полушарие контролирует не только речь, но и чтение, письмо, запоминание фактов, и в целом отвечает за логику и анализ. А так как левое полушарие отвечает за правую сторону тела, это и делает правую руку доминирующей, так как конечность используется для визуализации речи.

2. Почему количество генов отличается от вида к виду, но не влияет на сложность организма

Тебе, наверное, кажется, что у людей больше всего генов, ведь мы — венец творения природы, и обладаем сложным разумом, способным изобретать компьютеры и ядерные реакторы. Спешим тебя расстроить, количество генов в твоем организме составляет всего 20 тысяч штук, что значительно меньше, чем оценка ученых в начале исследований генома человека — 100 тысяч.

Ну и что, ведь у других видов генов намного меньше, не так ли? На самом деле нет. Ученые выяснили, что, к примеру, у обычного помидора более 31 тысячи генов, а у риса и кукурузы 50 тысяч. И ладно бы генетически модифицированные растения, но ведь нас обгоняют даже дафнии, которые имеют почти 31 тысячу генов. Это при том, что дафнии — микроскопический планктон.

Получается, что количество генов не влияет на сложность организма. Но тогда зачем более простым растениям и животным такой огромный набор генома, по сравнению с нами, и почему у нас их так мало? Прибавь к этому еще и тот факт, что полезные гены нашего вида составляют около 1,5% от всего генома, а остальное — что-то вроде мусора и остатков генов вирусов.

3. Почему кошки мурлыкают

Кошки были приручены человеком несколько тысяч лет назад, и с тех пор мы стали их верными рабами. Особенно радует людей звук, который мы называем мурлыканьем. Мы знаем, как происходит этот процесс: мышцы гортани сжимаются и разжимаются, из-за чего воздух внутри нее вибрирует. Но для чего этот звук нужен?

Многие ответят, что мурлыканье — это что-то вроде звуков удовлетворения, ведь оно возникает только когда ты гладишь питомца. Но было замечено, что кошки мурлыкают, к примеру, во время родов, когда испытывают сильную боль, и даже находясь при смерти. Выдвигалось предположение, что это работает как обезболивающее, но пока что это одна из теорий.

4. Почему коровы пасутся в определенном направлении

Если ты хоть раз наблюдал за пасущимися коровами издалека, то мог заметить, что большинство из них выбирает определенное направление и стоит в сторону юга. Это заметили и ученые, которые, просмотрев спутниковые снимки со всей планеты, пришли к выводу, что около 70% всех животных на них направлены в сторону юга. Получается, что коровы обладают чем-то вроде компаса, который заставляет их направлять тело с севера на юг. Но зачем?

Коровы не являются мигрирующими животными и пасутся в определенной местности, поэтому им не нужно ориентироваться по полюсам, как, к примеру, птицам. Высказывается предположение, что таким образом они одновременно нагревают и охлаждают тело, но пока что точно непонятно, зачем коровы выбирают такое направление. Интересно и то, что около 30% остальных животных смотрят куда угодно, но не на юг. То есть это не жестко закрепленное в генах поведение, которое заставляет парнокопытных направлять свое тело в определенном направлении в отсутствии опасностей.

5. Почему мы и другие живые существа зеваем

Независимо от того, почему людям и другим существам хочется зевать, неясна природа этого явления. По одной из теорий, при зевании выделяются гормоны, которые увеличивают частоту сердечных сокращений и приток воздуха, что хоть и на короткое время, но бодрит. Но зачем такой механизм работает перед сном, когда мы уже ложимся спать, и мозг понимает, что бодрить тело не нужно?

По другой теории, зевание позволяет быстро охладить перегревшийся мозг. Но ведь бывает и так, что начинаешь зевать даже когда замерз, так что это тоже не ответ.

Другой интересный вопрос — почему мы зеваем, видя, как зевает кто-то другой? Ученые связывают это с социальной эмпатией, но опять же не ясно, зачем повторять за другим человеком. Да, есть полезная эмпатия, вроде тошноты при виде человека, которого рвет, ведь этот механизм помогал предотвратить отравление всей стаи наших предков, питавшейся одной едой. Но зачем зевать в ответ?

6. Зачем нам отпечатки пальцев

В одной из наших статей мы задавались примерно тем же вопросом, но только о том, зачем людям уникальные отпечатки пальцев. Но зачем они нужны нам вообще? В прошлом, да и сейчас некоторыми учеными поддерживается теория о том, что отпечатки пальцев помогают нам лучше захватывать и удерживать предметы. Но, как оказалось, если бы мы имели более гладкую структуру пальцев, это бы позволило увеличить трение и площадь соприкосновения с другими предметами, так что, выходит, эти бороздки наоборот делают нас более неуклюжими.

По другой теории, отпечатки пальцев появились для того, чтобы улучшить восприятие других предметов, но опять же — это не точно.

Генетический паспорт человека. Что это? Если вы скажете, что держали его в руках, то будете неправы. Он всегда при нас. Этот важный документ мы носим на кончиках наших пальцев. Цель работы: исследовать отпечатки пальцев и доказать их уникальность.

Вложение	Размер
manglyus_otpechatki_paltsev.docx	326.08 КБ

Предварительный просмотр:

Городское научное соревнование

Автор: Манглюс Дмитрий,

учащийся 6А класса

Введение……………………………………………………..3
Литературный обзор………………………………………. 4
Основная часть

2.1. Методика исследования………………………………..8

2.2. Практическая часть (исследование на уникальность

Отпечатков пальцев) …………………………………. 9

Генетический паспорт человека. Что это? Его имеет каждый из нас. Если вы скажете, что никогда не держали его в руках, то будете неправы. Он всегда при нас. Этот важнейший документ мы носим на кончиках наших пальцев. Линии, украшающие верхние фаланги пальцев (называют их папиллярными линиями) — это генетический паспорт человека.

Через пальцы, осязание мы получаем огромный процент информации об окружающем мире только потому, что на кончиках пальцев очень много нервных окончаний. Можно сказать, что мы впитываем знание об окружающей среде, пропуская информацию через эти узоры, а наши эмоции, реакция на внешние раздражители также проходят через наши папиллярные рисунки.

Цель исследования : исследовать отпечатки пальцев и доказать уникальность моих отпечатков.
Задачи исследования:
1. Изучить литературу по данной теме

2.Изучить отпечатки пальцев у родственников, одноклассников и сравнить их между собой (практическая часть)

3.Сделать анализ и выводы

Отпечатки пальцев являются уникальными и неповторимыми, позволяющими точно опознать человека, что в современном мире является крайней необходимостью не только для предотвращения преступлений, но и совершения иных действий человека в быту и на работе.

Если отпечатки пальцев индивидуальны, то их можно использовать как личный пароль (код).

С давних времен люди использовали отпечатки пальцев. Их следы сохранились на многих древнейших памятниках планеты, достоверно известно, что еще в Древнем Вавилоне, используя глиняные таблички, делали оттиски пальца. Считалось, что данным оттиском, должны резервироваться различного рода документы государственного характера, т.к. он фактически являлся росписью, которая считалась уникальной в своем роде. Через пальцы, мы получаем огромный процент информации об окружающем мире только потому, что на кончиках пальцев очень много нервных окончаний. Можно сказать, что мы впитываем знание об окружающей среде, пропуская информацию через эти узоры, а наши эмоции, реакция на внешние раздражители также проходят через наши папиллярные рисунки.

Строение папиллярного узора у каждого человека уникально. Классификация папиллярных узоров различает такие основные элементы: петли, завитки и дуги. Петля – узор, включающий потоки линий, которые входят и выходят с одной стороны. Завиток – узор с круговыми выступами. Дуга – узор, в котором потоки линий входят с одной стороны и выходят с другой стороны.

Дактилоскопия – это способ опознания человека по следам пальцев и ладоней его рук, основанный на неповторимости рисунка кожи. Широко применяется в криминалистике.

Папиллярный узор – это рисунок кожи рук, формирующийся из папиллярных линий и бороздок, образующих различные формы на эпидермисе.

Кожный покров рук человека имеет анатомические особенности. Он включает три основных слоя: верхний — эпидермис, дерму и подкожную жировую клетчатку. Кожа состоит из 3 основных слоёв: верхнего – эпидермиса, который имеет в основном защитную функцию; среднего – дермы, выполняющего жизненно важные физиологические функции (опорную, механическую, осязательную) и подкожной клетчатки.

Дерма кожи имеет два слоя: сосочковый и сетчатый. Второй слой состоит из плотной ткани, а первый формируется из разнообразных по форме и величине сосочков или папиллей. Сосочки расположены парами в виде линейных рядов, перемежающихся бороздками. Эпидермис с точностью копирует рельеф сосочкового слоя дермы, образуя линии в виде валикообразных выступов или папиллярных линий, разделенных бороздками.

Папиллярные узоры рук обладают рядом свойств. К основным из них относятся: индивидуальность, относительная неизменяемость, восстанавливаемость, способность отпечатываться на предметах.

Дактилоскопия применяется не только в криминалистической сфере. Такое устройство как сканер отпечатка пальца сейчас находит разнообразные применения. Его устанавливают на ноутбуки, смартфоны, клавиатуры, флеш-накопители, замки, сейфы, а также применяют в виде отдельных внешних устройств и терминалов.

Сегодня смартфон стал настолько привычным предметом, что уже сложно найти человека, который бы не обладал этим. Они являются хранилищами важной личной и даже финансовой информации. И эта информация нуждается в надежной защите, на страже которой стоит сканер отпечатков пальцев в смартфоне.

Дерматоглифика - наука, изучающая узоры на пальцах. Ее родоначальник англичанин Френсис Гальтон, опубликовавший монографию об отпечатках пальцев в конце ХIХ века. Термин "дерматоглифика" появился меньше века назад - в 1926 году и переводится, как "гравировка кожи". Папиллярные узоры на подушечках пальцев формируются еще в утробе матери и не исчезают после смерти. Они не меняются в течение жизни.

Раньше жила всемирно известная шпионка Мата Хари. Я невольно обратил внимание на то, что она почти всегда ходила в перчатках. Носила она их для того, чтобы не оставлять отпечатки своих пальцев, так как у каждого человека свой уникальный узор пальцев.

Предметом дактилоскопической экспертизы является идентификация лица оставившего отпечатки пальцев на месте преступления, а также срок их давности.

Посмотрите на свои подушечки пальцев, вы видите узоры? Это и есть наши отпечатки. Отпечатки пальцев – это папиллярные линии, образующие узор на подушечках пальцев.

След руки человека позволяет:

- установить особенности руки, лица, оставившего след;

-идентифицировать человека по отображениям узоров папиллярных линий;

- определить примерный возраст лица, оставившего след;

-провести предварительное расследование, на предмет совпадения папиллярного узора на месте преступления с подозреваемым лицом.

Интересным фактом является то, что на 7 месяце беременности плод человека уже имеет сформировавшийся индивидуальный папиллярный узор на коже. Более того, даже у близнецов, при одинаковом наборе клеток ДНК, отпечатки пальцев разные!

Сканирование отпечатка пальца в современных мобильных телефонах используется вместо ввода пароля для разблокировки телефона. Специальный сенсор распознает сложную комбинацию узоров на пальце. Операционная система распознает отпечаток пальца, сравнивает его с хранящимся в телефоне и таким образом определяет, держит ли устройство владелец или какой-то другой человек — стоит ему открывать доступ к данным или нет.

То есть мы рождаемся с заранее определенным рисунком на пальцах. И потом не меняется в течение всей жизни. Поэтому создаются все новые и новые устройства идентификации личности и применяются в различных областях деятельности человека. На сегодняшний день существует Институт Дерматоглифики, который находится в г. Екатеринбурге.

После изучения литературы по данной теме я узнал:

1. Узор на пальцах формируются у человека ещё в утробе матери и продолжает сохраняться в течение всей жизни.
2. Узоры линий остаются постоянными. Даже после заживления раны на кончике пальца новая кожа восстанавливает первоначальный рисунок линий.
3. Любые попытки устранить этот рисунок или даже пересадить кожу оказывается безуспешными. Узор остаётся навсегда.
4. Узоры становятся больше по мере роста человека, но сам рисунок не изменяется никогда.
5. У взрослого человека отпечатки пальцев видны лучше, чем у ребёнка.

2.1. Методика эксперимента

Что нам понадобится для эксперимента

А главное - добровольцы (по желанию) - одноклассники; родители.

Ход эксперимента (методика)

Положите руку на лист белой бумаги.
Обведите контур вашей руки карандашом.
Используйте карандаш, чтобы рисовать на отдельном листе бумаги. Образец руки должен быть больше, чем ваша рука. Заштрихуйте руку, которая нарисована на белом листе бумаги, карандашом.
Приложите мизинец к нарисованной ладошке, поводите им влево и вправо, чтобы подушечка мизинца почернела.
Поместите кусок широкой прозрачной липкой ленты на мизинец. Мягко прижмите ленту.
Медленно удалите кусок ленты. Там, где был ваш отпечаток, должен остаться темный круг.
Поместите ленту в контур мизинца, который вы сделали ранее.
Повторите этот процесс с четырьмя другими пальцами на вашей руке.
Как только вы закончите, изучите свою работу с помощью увеличительного стекла. Возможно, вы сразу увидите различные типы линий на разных пальцах? Эти волнистые и вьющиеся линии классифицируются как дуги, петли и витки. Арки похожи на миниатюрные горы, петли входят в одну сторону пальца, прежде чем выходить с той же стороны, а витки выглядят, как круги.
Также вы можете воспользоваться альтернативным способом и снять отпечатки пальцев с помощью специальной подушечки с краской.
Попросите каждого добровольца приложить свой правый указательный палец к подушечке. Затем переместите окрашенный палец на один из 5-см квадратов из белой бумаги. Обязательно напишите имя человека на обратной стороне квадрата. Дайте вашему добровольцу одноразовую салфетку, чтобы смыть чернила.
Как вы думаете, у членов вашей семьи будут такие же папиллярные узоры, как у вас, с такими же дугами, петлями и витками? Запишите свое предположение или гипотезу в своей записной книжке.
Повторите этот же процесс с членами вашей семьи. Поскольку это занимает несколько минут, вы можете работать с каждым членом семьи по одному.
Как только вы закончите, пришло время изучить полученные данные. Снова достаньте увеличительное стекло и начните сравнивать папиллярные узоры членов вашей семьи. Помните дуги, петли и витки? Используйте ваши маркеры, чтобы отметить различия. Вы нашли хотя бы два одинаковых узора?

2.2. Исследование на уникальность моих отпечатков

Мне стало интересно – все ли подручные вещества и средства подходят для дактилоскопирования.

Так, вместо краски я использовал: грифель от карандаша, муку, активированный уголь. В ходе опытов я выяснил, что в домашних условиях с помощью подручных средств невозможно выявить и изъять пригодный отпечаток – следы получаются нечеткими, смазанными и при наклеивании на скотч часть следа осыпается.

Проделав все опыты, мне стало интересно узнать, какие узоры на пальцах преобладают среди моих одноклассников – дуговые, петлевые или завитковые?

Чтобы это понять, я провел следующий опыт: на уроке биологии я показал ребятам как самостоятельно сделать отпечатки пальцев. Потом я собрал эти листочки и уже дома, с помощью лупы, я рассматривал каждый отпечаток и делал отметки. Оказалось, что среди всех отпечатков 1 место занимают петлевые узоры, 2 место – завитковые, 3 место – дуговые.

Потом захотел почувствовать себя юным детективом и доказать, что отпечатки пальцев являются строго индивидуальными.

На основе полученных данных я доказал, что отпечатки пальцев у всех разные. Поэтому можно утверждать, что сегодня дактилоскопия представляет собой самый надежный способ идентификации личности.
Однако на вопрос, зачем природе понадобились эти замысловатые узоры, окончательного ответа нет до сих пор. Существуют две основных версии.
Во-первых, отпечатки пальцев оставляют видимые части рубчиков.
Эти рубчики способствуют удержанию предмета в руках. Поверхность кожи как бы создана по тому же принципу, что и поверхность автомобильных шин. У нас образовалась целая система желобков, гребней и выемок, чтобы отводить воду от пальцев. Во-вторых, наличие узора повышает чувствительность кожи к движениям и вибрациям. Я прочитал, что каждый из наших десяти отпечатков пальцев совершенно уникален, и они остаются практически неизменными в течение всей жизни!

Итогом исследовательской работы стало достижение поставленной цели, овладение навыками снимать отпечатки пальцев. Эти знания можно использовать не только на уроках биологии, но и в разных других областях информационных технологий. Распознавание отпечатков пальцев является индивидуальным и подходит для разностороннего применения, в том числе, для объектов, где традиционно используются ключи, карты доступа и пароли. Технология идентификации по отпечаткам пальцев используется повсеместно уже сейчас. Изучив литературу и проведя собственное исследование, я могу сделать вывод о том, что моя гипотеза: отпечатки пальцев являются уникальным кодом, позволяющим точно идентифицировать человека по отпечаткам - подтвердилась.

Полученные результаты исследовательской работы можно применять в школе на уроках биологии, классных часах и оказание помощи выпускникам в профессиональном самоопределении.

Надеюсь, что данная работа заинтересует школьников, и многие захотят более подробно изучить такую науку, как криминалистика. Также исследователи отмечают такую закономерность, что по отпечаткам указательных пальцев можно определить темперамент человека. Поэтому в следующей работе постараюсь доказать эту закономерность и выяснить какой тип темперамента преобладает у учащихся моего класса.

В следующем году мы (семиклассники) будем получать паспорт гражданина Российской Федерации. И многие мои одноклассники, возможно, будут проходить процедуру дактилоскопии.

Открытия, сделанные в исследовательской работе, вдохновили нас на мысли о применении сканеров, считывающих отпечатки пальцев.

Также, предполагаю, что в скором будущем, в общественном транспорте, вместо кондуктора будут установлены сканеры, считывающие отпечатки пальцев и взимающие плату за проезд, пассажиру необходимо будет лишь приложить к устройству свой палец.

Возможно, появятся сканеры, распознающие отпечатки пальцев и устанавливающие личность в течение нескольких секунд, которые помогут увеличить безопасность пропускного режима не только аэропортов, но и автовокзалов, многих других общественных мест. К примеру, крупные футбольные матчи: приложив палец к сканеру, аппарат выдаст информацию о поведении человека при конфликтных ситуациях в качестве болельщика.

Мы ежедневно оставляем сотни своих отпечатков пальцев на рабочем месте, в общественном транспорте, магазине и т.д. Если бояться сенсора отпечатков пальцев, то стоит надевать резиновые перчатки уже сейчас, сразу, после изучения нашей исследовательской работы.

Людям же практичным, которые привыкли использовать свое время рационально, наверняка уже известны открытия, связанные с идентификацией личности по отпечаткам пальцев. Данный способ – это экономия главного ресурса поколения XXI века – времени, возможность экономии данного ресурса для новых открытий.

Привет, Geektimes! Наличие сканера отпечатков пальцев в смартфоне в последнее время для многих стало одним из главных факторов при выборе устройства для покупки. Хотя данный тип биометрической технологии безопасности отнюдь не новый, компактными и дешевыми сканеры отпечатков научились делать сравнительно недавно. Но задумывались ли вы о том, что происходит, когда вы подносите свой палец для разблокировки телефона? Мы вот решили разобраться и просим всех заинтересовавшихся под кат.

Если смотреть с точки зрения физиологии, отпечаток пальца — это определенный набор выступов с индивидуальными порами, которые разделены между собой впадинами. А поскольку он связан с тепловыми и электрическими характеристиками кожи, для получения его изображения можно использовать как тепло, так и свет, и электрическую емкость (или все вместе).

Существует целый ряд разновидностей сканеров отпечатков пальцев — некоторые применяются на секретных объектах (вместе с анализом походки и другими фишками, конечно же), другие уже вошли в жизнь владельцев современных смартфонов как нечто обыденное. Если обобщить, можно выделить три основные группы сканеров отпечатков:

Оптические
Полупроводниковые (кремниевые)
Ультразвуковые

Оптические сканеры

Они, как следует из названия, используют оптические методы получения изображения отпечатка. Этот метод является самым старым методом захвата отпечатков пальцев: фотография отпечатка обрабатывается при помощи специальных алгоритмов, которые обнаруживают уникальные гребни и выступы. Полученное изображение сравнивается с заложенными в системе, после чего пользователю отправляется положительный или отрицательный ответ. Оптические сканеры подразделяются на FTIR-сканеры, оптоволоконные, протяжные, роликовые, электрооптические и бесконтактные.

В сканерах FTIR используется эффект нарушенного полного внутреннего отражения (Frustrated Total Internal Reflection). В данном случае свет падает на границу раздела двух сред, после чего одна часть световой энергии отражается от границы, а вторая проникает через нее во вторую среду. Сколько энергии будет отражено, определяется углом падения: когда он достигает определенной величины, от границы раздела отражается вся световая энергия, что и называется полным внутренним отражением.

При контакте отпечатка пальца (более плотной среды) с менее плотной пучок света проходит через границу в точке полного внутреннего отражения. Так что будут отражены только те пучки света, попавшие в точки, к которым не приложен капиллярный узор поверхности пальца. Далее CCD или CMOS фиксирует итоговую световую картинку поверхности пальца.

Оптоволоконные сканеры работают несколько иначе. По сути мы имеем оптоволоконную матрицу, при этом каждое её волокно заканчивается фотоэлементом. Каждый фотоэлемент фиксирует остаточный свет, который прошёл через палец, в той точке, где отпечаток прикасается к поверхности сканера. Далее данные всех элементов агрегируются и на их основании получается изображение отпечатка пальца.

В электрооптических сканерах используется специальный полимер, в составе которого есть светоизлучающий слой. На нем отражается неоднородность электрического поля пальца у поверхности сканера, после чего высвечивается отпечаток пальца. Остальную работу проделывают фотодиоды, преобразующие все в цифровой вид. Протяжные сканеры — одни из самых интересных, поскольку в этом случае палец не прикладывается к поверхности сканера, как мы привыкли, а проводится по считывателю, который представляет собой узкую полоску. Принцип их работы во многом схож с FTIR-сканерами, о которых упоминалось ранее.

При использовании бесконтактных сканеров вам даже не придется контактировать с поверхностью сканирующего устройства. Палец прикладывается к специальному отверстию, его подсвечивают снизу несколько источников света, линза собирает информацию, затем данные проецируются на CMOS, где преобразуются в изображение отпечатка пальца.

Оптические сканеры довольно легко обмануть, поскольку они захватывают только 2D-изображение — в этом один из их главных недостатков. В наше время они уже отошли на второй план, тем не менее во многих сферах до сих пор используются. Но уж точно не на секретных объектах и не там, где серьезно заботятся о безопасности: для этого и придумали кремниевые (полупроводниковые) и ультразвуковые сканеры.

Кремниевые (полупроводниковые) сканеры

Основное отличие полупроводниковых сканеров от оптических в том, что в данном случае изображение получается с помощью свойств полупроводников, которые изменяются в местах контакта отпечатка пальца с поверхностью сканера. Полупроводниковые сканеры реализуют несколькими способами, но наиболее распространенный из них — емкостный.

В емкостных сканерах для получения изображения отпечатка применяется эффект изменения емкости p-n-перехода полупроводникового прибора, когда гребень узора отпечатка соприкасается с полупроводниковой матрицей. Одна из модификаций емкостного сканера — когда основным модулем для сканирования является конденсатор. То есть традиционное изображение отпечатка не создается: вместо этого сбор данных осуществляется с помощью массивов крошечных цепей конденсатора. Поскольку конденсаторы хранят электрический заряд, когда палец контактирует со сканером, заряд будет изменен там, где гребень прикасается к пластине. Там, где на узоре впадины, заряд останется практически неизменным.

Изменения заряда отслеживаются, тем самым захватываются данные об отпечатке. Затем они преобразуются в цифровые, после чего начинается поиск отличительных и уникальных атрибутов отпечатка — они сравниваются с сохраненными для сравнения отпечатками.

Емкостные сканеры сейчас нашли признание у производителей смартфонов за счет оптимального соотношения цены и качества. У них низкая себестоимость и высокая степень защиты от муляжей — обмануть, конечно, можно, но это будет не так просто. Первым смартфоном от Xiaomi со сканером отпечатков пальцев стал Redmi Note 3, он же используется в одной из новинок компании — Xiaomi Mi Max. Не отказывается от емкостного сканера и OnePlus в своём OnePlus 3.

Из полупроводниковых сканеров также активно используются чувствительные к давлению и термо-сканеры, но не в смартфонах. В первом случае изображение поверхности пальца получается при помощи давления, которое оказывают выступы папиллярного узора на элементы поверхности, однако защита от муляжей здесь довольно низкая. В термо-сканерах используется температурная карта поверхности пальца, которая и преобразуется в цифровое изображение. Подделать такой отпечаток гораздо сложнее.

Остальные виды полупроводниковых сканеров по сути представляют собой разновидность емкостных, протяжных или термо-сканеров.

Ультразвуковые сканеры

Еще несколько лет назад данный тип сканирования отпечатков пальцев был слишком дорогим, однако с развитием технологий он добрался и до смартфонов. Ультразвуковой тип характеризуется сканированием поверхности пальца при помощи ультразвуковых волн и измерения расстояния между источником волн и рельефом отпечатка по отраженному эху.

Ультразвуковой импульс передается на палец перед сканером — часть его поглощается, а другая часть возвращается к приемнику. После этого она распознается в зависимости от гребней, впадин и других уникальных элементов отпечатка. Чем дольше происходит сканирование, тем лучше распознаются дополнительные данные об отпечатке — в результате получаются подробные 3D-изображения.

На CES 2016 Qualcomm представила технологию Sense ID — усовершенствованный 3D-датчик сканера, который собирает намного больше индивидуальной информации. Ультразвук проникает через металлические поверхности, стекло и некоторые пластмассы и получает не двухмерную, а подробную трехмерную карту отпечатка пальца.

Qualcomm Sense ID — ультразвуковой сканер отпечатков

И что, это действительно безопасно?

Конечно, любой сканер отпечатков пальцев можно обмануть. Емкостные сканеры старого образца плохо воспринимали мокрые или холодные пальцы, в современных смартфонах (том же Redmi Pro) эта проблема уже практически решена и сканер срабатывает очень быстро. В определенном плане ультразвуковые сканеры безопаснее, но до рынка эта тенденция скорее всего доберется только через пару лет. Изготовить слепок пальца сложно, еще сложнее применить его для разблокировки современного смартфона.

Уязвимость сканеров отпечатков пальцев в первую очередь заключается в реализации технологии производителями смартфонов. Яркий пример — Samsung и HTC в своих смартфонах Galaxy S5 и One Max хранили изображения с отпечатками пальцев пользователей в общем разделе файловой системы. Это был простой незащищенный файл .bmp — другими словами, обычная картинка. Сейчас такое уже почти не встречается, поскольку производители используют либо специальный чип, либо отдельную область в чипсете для хранения информации об отпечатках: у Qualcomm это Snapdragon Mobile Security, у ARM — TrustZone, у Apple — Secure Enclave. TrustZone активно использует Huawei: технология анализирует отпечатки пальцев в отдельной операционной системе на выделенном виртуальном процессоре, куда не может добраться даже основная система. А значит, к сканам отпечатков пальцев не смогут получить доступ и сторонние приложения.

Очень интересно реализована область Secure Enclave у Apple. По сути это сопроцессор, который использует шифрованную память и включает в себя аппаратный генератор случайных чисел. При изготовлении каждый такой сопроцессор имеет свой уникальный идентификатор — он неизвестен ни другим компонентам системы, ни самой Apple (по крайней мере, так говорят в компании). Secure Enclave обрабатывает данные с датчика Touch ID: процессор не может прочитать информацию об отпечатке и сразу перенаправляет ее сопроцессору. Данные шифруются при помощи алгоритма AES.

Заметили, что iPhone просит пароль каждый раз после перезагрузки? Пароль является ключом для расшифровки отпечатков пальцев — он активируется при любых обстоятельствах, свидетельствующих о постороннем вмешательстве: добавление нового отпечатка, выключение смартфона, пять неверных попыток разблокировки и так далее. Кстати, в том числе поэтому кнопку с Touch ID нужно беречь — если она сломается и вы ее поменяете на неоригинальную, то сканер отпечатков ~~превратится в тыкву~~ работать не будет. А что вы хотели? Безопасность.

Тем не менее и у Apple все не так совершенно, правда здесь уже вину стоит переложить на разработчиков приложений. Если кто-то подсмотрит пароль владельца iPhone, он сможет разблокировать смартфон, добавить свой отпечаток, а затем авторизоваться во всех приложениях с Touch ID (мессенджерах, банковских и так далее), даже если их пароли отличны от системного. Начиная с iOS 9.0 разработчики могут устанавливать проверку (об этом недавно был пост на Geektimes) на появление новых отпечатков в момент запуска приложения, однако, многие, как правило, этой рекомендацией не пользуются.

Ну и что делать?

Ответ простой и очевидный — пользоваться! Сканеры отпечатков пальцев уже вошли в нашу жизнь как безопасная альтернатива запоминанию логинов и паролей, и владельцы смартфонов с соответствующей функциональностью что-то не жалуются. Взломать можно всё, однако, сейчас уровень безопасности сканеров действительно высокий, к тому же технология не стоит на месте и развивается — ультразвуковые сканеры в смартфонах тому подтверждение.

1. Xiaomi Mi Max 16GB ROM 4G Phablet за $169.99 по купону MIMAXS (до 31-го декабря)

2. OnePlus 3 4G Smartphone за $445.99 по купону GBOPlus (до 31-го декабря)

3. XiaoMi Mi5 5.15 inch 64GB 4G Smartphone за $356.99 по купону Mi5gb (до 31-го декабря)

4. LeTV Leeco Le Max 2 4G Phablet за $219.99 по купону LeTVGBS (до 31-го декабря)

5. Xiaomi Redmi Pro MIUI 8 4G Phablet за $255.99 по купону MIUI8 (до 31-го декабря)

Сферы применения отпечатков пальцев и оттисков ладоней всё шире. По следу руки теперь не только находят преступников, прикосновением пальца можно открыть двери дома или автомобиля, разблокировать телефон и рассчитаться за обед. Но что если, с годами отпечатки изменились, или у кого-то еще будут такие же рисунки на пальцах?

Строение кожи на ладонях рук и подошвах стоп человека отличается от строения кожи других частей тела. Эпидермис в этих местах покрыт замысловатой сеткой из линий, петель и крючков, папиллярный же узор состоит из многочисленных валиков и бороздок, расположенных параллельно друг другу. Эти линии соединяются в уникальный рисунок, найти второй такой же — невозможно.

Отпечатки в истории

Линии на руках интересовали людей с древности. Изображения руки с папиллярными узорами пальцев и ладони были обнаружены на ассирийских и вавилонских глиняных табличках, керамике и черепках в виде печати, с вдавленным отпечатком пальца. Следы ладоней обнаруживали на стенах египетских гробниц, греческой и китайской керамике, на кирпичах и плитках из древнего Вавилона и Рима.

Уже во II тысячелетии до нашей эры вавилоняне поняли, что узор на ладонях и пальцах уникален, и стали использовать их в качестве подписи при заключении правового договора (их оформляли на глиняных табличках), чтобы защитить от подделки. Китайцы в III тысячелетии до нашей эры изготавливали глиняные печати — имитаторы индивидуального отпечатка пальца.

В Европе внимание на отпечатки пальцев в 1684 году обратил английский врач Нихимах Грю, он первым описал папиллярные линии пальцев и структуру кожного покрова ладоней. В 1858 году сэр Уильям Джеймс Гершель, проживавший в Индии, решил регистрировать отпечатки пальцев. Это было связано с тем, что при выдаче зарплаты одни и те же лица получали деньги несколько раз, ставя вместо подписи крестик. В 1877 году он ввёл оставление отпечатков пальцев при составлении контрактов.

Интересно то, что предложивший использовать отпечатки для изобличения преступников сотрудник полиции Генрих Фолдс за свою идею был осмеян начальством и уволен. Но в конце XIX века антрополог Фрэнсис Гальтон (двоюродный брат Чарльза Дарвина) вдохновился наработками Фолдса и опубликовал ставшей классической научную работу об идентификации по отпечаткам пальцев.

С 1892 года в Англии начинается дактилоскопическая регистрация преступников. Постепенно эта практика распространилась по всей Европе. Преступники пользовались скальпелем, обжигали пальцы кислотой, чтобы изменить отпечатки пальцев, однако их попытки были тщетны — обмануть природу и дактилоскопию не удавалось.

Главная улика

Снимают отпечатки пальцев на месте преступления так — находя жирный след от руки на твёрдой поверхности, наносят на него специальный порошок, чтобы окрасить отпечаток, лишние частицы стряхивают кисточкой, затем прикладывают кусочек дактилоскопического скотча и берут в работу. Отпечаток на поверхности предмета, если он изолирован, может храниться годами.

А как собирают биометрические данные с подозреваемых мы все много раз видели в кино — на ладонь наносят специальную краску, а затем целиком и каждый палец по отдельности прикладывают к бумаге. Желательно, чтобы руки были сухими и чистыми, тогда рисунок скопируется без искажений.

Автоматические дактилоскопические информационные системы позволяют обнаруживать сходные по строению следы, изъятые ранее с мест нераскрытых преступлений, устанавливать, кем предположительно оставлены поступившие и имеющиеся в коллекции следы, устанавливать личности неопознанных трупов.

В базе данных отпечатков хранятся сотни тысяч следов, но далеко не все из них принадлежат преступникам. По закону, пройти дактилоскопическую экспертизу обязаны военнослужащие, сотрудники правоохранительных органов, частные детективы, госслужащие и еще ряд категорий граждан.

Поскольку с автоматизированными системами возможности расширились и работа пошла значительно быстрее, то стало возможным пополнять базу данных отпечатков всех желающих. Сдавать свои отпечатки никто из обычных людей не обязан, но, как отмечают в полиции, каждый день возникают ситуации, когда это данные могли бы пригодиться. Например, в случае пропажи человека, установления личности людей, страдающих амнезией и так далее.

Ключ, который нельзя забыть дома

Сегодня отпечатки пальцев также применяют в системах пропуска на секретные объекты и защиты. Индивидуальный узор на пальцах служит ключом, который всегда с собой, а также доступом к мобильному телефону или компьютеру, которого нет больше ни у кого.

Области применения дактилоскопии всё шире, сейчас даже тестируют доступ по отпечатку в автомобиль. Понятно, что за технологией будущее, поэтому вопрос с безопасностью становится острее. А что если система перестанет узнавать мои отпечатки? Вдруг мои отпечатки попадут в руки посторонних и они воспользуются ими?

И интернете много историй о том, как злоумышленникам удалось снять отпечаток пальца, перенести на силиконовый имитатор пальца и взломать систему пропуска и мобильные телефоны. Это возможно, но лишь теоретически, поскольку, чтобы создать такую имитацию, отпечаток должен быть снят с чистой, обезжиренной кожи.

И тем не менее, ошибки в системах могу быть. Эксперт разделил их на две группы — в первом случае сканер пропускает неавторизованного по отпечатку пальца пользователя, во втором — система блокирует доступ авторизованному пользователю. По словам Пермякова, ошибки первого рода в смартфонах случаются лишь в 0,5% случаев, а ошибки второго рода бывают чаще, но лишь у 3% владельцев.

Ещё одно перспективное направление — применение отпечатка в платёжных системах. Сбербанк тестирует специальный терминал, по которому школьник может рассчитаться за обед, приложив к сканеру ладонь. Также, системы Visa и MasterCard планируют выдавать деньги по предъявлению отпечатка пальца.

Читайте также: