کالبدشکافی فیس‌آیدی: گوشی شما واقعاً چگونه چهره‌تان را در تاریکی می‌شناسد؟

هر بار که به صفحه قفل شده گوشی خود نگاه می‌کنید، یک لیزر میکروسکوپی در کسری از ثانیه بیش از ۳۰ هزار نقطه نامرئی از نور مادون قرمز را به سمت صورت شما شلیک می‌کند. این اتفاق در سکوت کامل و بدون اینکه چشم انسان قادر به دیدن آن باشد رخ می‌دهد. سیستم تشخیص چهره در این لحظه در حال ثبت یک عکس سلفی ساده نیست، بلکه در حال نقشه‌برداری از توپوگرافی سه‌بعدی و دقیق اجزای صورت شماست.

هنگامی که اپل در سال ۲۰۱۷ سیستم فیس‌آیدی (Face ID) را معرفی کرد، ادبیات بازاریابی این شرکت وعده یک قفل‌گشایی جادویی و بی‌نقص را می‌داد. اما در پسِ نام تجاری پر زرق و برق «TrueDepth»، یک سیستم نوری پیچیده و مینیاتوری نهفته است که برای حل یکی از بزرگترین چالش‌های امنیتی طراحی شده است: چگونه می‌توان به یک ماشین ثابت کرد که شما واقعاً خودتان هستید، آن هم در تاریکی مطلق؟[3]

برای درک این فناوری، باید از لنز دوربین سلفی معمولی عبور کنیم. این سیستم بر سه قطعه سخت‌افزاری مجزا متکی است: یک روشن‌کننده محیطی (Flood Illuminator)، یک پروژکتور نقطه‌ای (Dot Projector) و یک دوربین مادون قرمز. این قطعات در کنار هم، فضایی را ایجاد می‌کنند که نور مرئی در آن هیچ اهمیتی ندارد.

فرآیند با روشن‌کننده محیطی آغاز می‌شود. این قطعه، صورت شما را در نوری از جنس مادون قرمز غرق می‌کند. این مرحله به دوربین اجازه می‌دهد تا چهره شما را حتی در تاریک‌ترین اتاق‌ها به وضوح ببیند؛ قابلیتی که دوربین‌های استاندارد مبتنی بر نور مرئی از انجام آن عاجزند.[1]

سپس نوبت به پروژکتور نقطه‌ای می‌رسد. این قطعه که از فناوری لیزرهای ساطع‌کننده سطح با کاواک عمودی (VCSEL) بهره می‌برد، شبکه‌ای متشکل از ۳۰ هزار نقطه مادون قرمز را روی صورت شما می‌تاباند. این نقاط مانند یک پتوی نامرئی روی پستی و بلندی‌های چهره شما می‌نشینند.[5]

در مرحله بعد، دوربین مادون قرمز وارد عمل می‌شود تا ببیند این نقاط دقیقاً کجا فرود آمده‌اند. از آنجایی که صورت انسان یک سطح صاف نیست، این شبکه نقطه‌ای در اطراف بینی، چشم‌ها و گونه‌های شما دچار اعوجاج و تغییر شکل می‌شود. دوربین این تغییر شکل‌ها را می‌خواند و فاصله دقیق هر نقطه تا لنز را محاسبه می‌کند.

نتیجه این محاسبات، یک نقشه عمق (Depth Map) بسیار دقیق است. چیزی که سیستم در این لحظه می‌بیند، یک عکس رنگی از شما نیست، بلکه یک «ابر نقاط» (Point Cloud) هندسی است که چهره شما را به شکل مجموعه‌ای از مختصات سه‌بعدی توصیف می‌کند.[2][3]

دقیقاً در همین نقطه است که تفاوت این فناوری با سیستم‌های تشخیص چهره اولیه در گوشی‌های اندرویدی مشخص می‌شود. سیستم‌های قدیمی‌تر که تنها بر دوربین‌های سلفی دوبعدی متکی بودند، به راحتی با گرفتن یک عکس چاپ شده یا یک ویدیو از صاحب گوشی فریب می‌خوردند.

از آنجا که فیس‌آیدی به داده‌های عمق نیاز دارد، یک عکس تخت فوراً توسط سیستم رد می‌شود. علاوه بر این، سیستم به گونه‌ای طراحی شده که نیازمند «توجه» کاربر است؛ به این معنی که چشمان شما باید باز باشند و مستقیماً به دستگاه نگاه کنند تا فرآیند تایید هویت تکمیل شود.[1]

پس از ثبت نقشه عمق، این داده‌های خام به «موتور عصبی» (Neural Engine) پردازنده ارسال می‌شوند. در اینجا، شبکه‌های عصبی که با میلیون‌ها چهره در شرایط نوری و زوایای مختلف آموزش دیده‌اند، این هندسه سه‌بعدی را به یک بردار ریاضی پیچیده تبدیل می‌کنند.[1][2]

این نمایش ریاضی سپس به «منطقه امن» (Secure Enclave) تحویل داده می‌شود. منطقه امن یک تراشه کاملاً مجزا و ایزوله در داخل پردازنده اصلی گوشی است که سیستم‌عامل و اپلیکیشن‌ها هیچ‌گونه دسترسی مستقیمی به آن ندارند.[1][3]

در داخل این گاوصندوق دیجیتال، بردار ریاضی جدید با الگوی ریاضی که در روز اول راه‌اندازی گوشی از چهره شما ساخته شده بود، مقایسه می‌شود. اگر میزان تطابق از حد نصاب تعیین شده فراتر برود، منطقه امن کلید رمزنگاری را برای باز کردن قفل دستگاه آزاد می‌کند.[1]

نکته حیاتی در مورد حریم خصوصی این است که تصویر واقعی چهره شما هرگز در هیچ‌کجا ذخیره نمی‌شود. الگوی ریاضی ساخته شده نیز هرگز از منطقه امن خارج نمی‌شود، در فضای ابری پشتیبان‌گیری نمی‌گردد و به سرورهای اپل ارسال نمی‌شود.[1][3]

با وجود اینکه ادبیات بازاریابی اپل ادعا می‌کند نرخ پذیرش اشتباه (False Acceptance Rate) در این سیستم یک در یک میلیون است، اما واقعیت‌های فیزیکی نشان داده‌اند که این فناوری بی‌نقص نیست. دوقلوهای همسان و گاهی اوقات خواهر و برادرهایی با شباهت ژنتیکی بسیار بالا، می‌توانند این محاسبات ریاضی را فریب دهند.[1][3]

با این حال، با عبور از ادعاهای تبلیغاتی و بررسی مکانیزم واقعی، مشخص می‌شود که ترکیب نقشه‌برداری سه‌بعدی مادون قرمز و پردازش ایزوله سخت‌افزاری، یکی از امن‌ترین سیستم‌های احراز هویت بیومتریک را خلق کرده است که تاکنون در یک دستگاه مصرفی در دسترس عموم قرار گرفته است.[4]