A ну-ка дыхните! Нестандартная биометрия 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.

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. 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.