الملخص:

مع تطور العلم والتقنية أصبحت الكلمة السرية بمفردها وسيلة سهلة للوصول إليها من قبل قراصنة الإنترنت، كما أن كثرة المواقع والأجهزة التي تحتاج إلى كلمات سرية لدخولها سببت مشكلة لدى الكثير من الأشخاص في حفظ كمّ هائل من الكلمات السرية، ونتيجة لهذا الكمّ الهائل من الكلمات السرية بيّنت الإحصائيات أن 81% من الأشخاص يستخدمون كلمات معروفة وسهلة و 30% من الأشخاص يقومون بكتابة كلماتهم السريّة في ملفاتهم ليتم الرجوع إليها وقت الحاجة[10]. و بسبب الخسائر الكبيرة الناتجة عن هاتين المشكلتين التي يتعرض لها آلاف الأشخاص يومياً على مستوى العالم، اتجه العلماء إلى وسيلة أخرى أكثر أماناً وراحة للمستخدم، وهي ما تسمى بالسمات الحيوية.

تقدم هذه الورقة نبذة بسيطة عن أشهر السمات الحيوية المستخدمة للتحقق من هوية الشخص والتعرف عليه. و تم التركيز في هذه الورقة على إحدى هذه السمات الحيوية وهي البصمة الصوتية وتطبيقاتها. حيث شاع استخدام البصمة الصوتية كدليل في القضايا الأمنية لإدانة المتهم بجريمته أو رفعها عنه. وتستخدم البصمة الصوتية أيضاً في كثير من الأعمال اليومية مثل: الدخول إلى جهاز الحاسوب، الدخول إلى المنزل، الدخول إلى الحسابات الشخصية بالبنك، الدخول إلى المصاعد الإلكترونية. و تعتبر البصمة الصوتية بديلاً جيداً للأشخاص الذين يواجهون صعوبة في التعامل مع الفأرة أو لوحة المفاتيح لجهاز الحاسوب.

والبصمة الصوتية تتميز عن بقية السمات الحيوية بأنها ترتبط بالتحدث مع النظم الحاسوبية وبالتالي فهي طريقة آمنة لمتابعة المستخدم في جميع العمليات والتحقق بأنه الشخص نفسه المصّرح له استخدام هذه العمليات، بخلاف ما يحدث في الكلمات السرية التي تعطي المستخدم كامل الصلاحيات لعمل أي عملية بمجرد الدخول إلى النظام.

 

1- المقدمة:

الحمد لله القائل في كتابه العزيز ” سنُريهِم آياتُنا في الآفاقِ وفي أنفُسِهِم حتى يتبيّن لهُم أنّه الحَقّ ” (سورة فصلت، الآية:53) والصلاة والسلام على سيدنا محمد وعلى آله وصحبه أجمعين وبعد :

كان الناس في الماضي يعتمدون على القفل والمفتاح في حماية أموالهم وممتلكاتهم وأصبحوا اليوم يستخدمون وسائل متطورة بفضل الله سبحانه وتعالى ثم بفضل التطور الكبير في وسائل أمن وحماية الأموال والممتلكات. فمن هذه الوسائل استخدام الكلمات السريّة، و لكن نتيجة للتقدم في وسائل وأساليب الجرائم الإلكترونية وسرقة الأرقام السرية وتزويرها، توجّه العلماء إلى استخدام الخصائص الفيزيائية للإنسان ( السمات الحيوية) التي جعلها الله سبحانه وتعالى مميزة وفريدة في جسم كل شخص. ومن هذا السمات الحيوية : بصمة الإصبع، بصمة الشبكية، بصمة الصوت، بصمة الرائحة، بصمة الشفاه، البصمة الوراثية، بصمة الوجه، بصمة الأذن، بصمة الظفر، بصمة القزحية( انظر صورة رقم1)

فعلى سبيل المثال كانت المطارات تعتمد في إثبات هوية الشخص على التدقيق البشري حيث يطابق موظف الأمن صورة الجواز مع الشخص نفسه. و لمّا دخل علم السمات الحيوية في هذه العملية أصبحت عملية إثبات الهوية قائمة على إدخال الجواز في أجهزة إلكترونية ليتم التطابق مع السمات الحيوية للتأكد من هوية صاحب الجواز. [1]

ولقد ذكر الله سبحانه وتعالى في القرآن الكريم آيات عدّة تدل على كيفية التعرف على الشخص عن طريق الخصائص الفيزيائية التي وهبها الله سبحانه وتعالى له. ومن الأمثلة على ذلك قوله تعالى: “ولما فصلت العير قال أبوهم إني لأجد ريح يوسف لولا أن تفندون” ( سورة يوسف، الآية: ٩٤ ) حيث استخدم يعقوب عليه السلام حاسة الشم عندما كان كفيفا ليتعرف على رائحة ابنه يوسف عليهما السلام [3]، وقوله تعالى: ” بلى قادرين على أن نسوي بنانه” ( سورة القيامة، الآية: 4) حيث فسّر العلماء تسوية البنان أي التفرد بين البشر في بصمات الأصابع. [1]

ولقد استخدم الصينيون واليابانيون السمات الحيوية منذ ثلاثة آلاف سنة حيث كانوا يستخدمون بصمة الأصبع في ختم العقود والمواثيق، إلا أن اعتبار السمات الحيوية كدليل جنائي أمام المحكمة بحيث يستفاد منها في التعرف على الجاني لم يحصل إلا في القرن التاسع عشر الميلادي. [1]

تسعى هذه الدراسة إلى تقديم مفهوم السمات الحيوية وأنواعها والتركيز على ماهية البصمة الصوتية وخصائصها الأساسية، إضافة إلى تطبيقات البصمة الصوتية ومميزاتها وسلبياتها. وتم التوضيح في ثنايا الدراسة باستخدام الصور التوضيحية والأمثلة ما أمكن والتدليل على ما هو موجود في القرآن الكريم من تطبيقات للبصمة الصوتية، حيث تم جمع المعلومات لهذه الدراسة بالرجوع إلى الكتب و الدراسات ذات العلاقة المتوافرة على الشبكة العنكبوتية.

وتمثل نتائج هذه الدراسة فائدة لمجموعة من المستفيدين يأتي في مقدمتهم الأكاديميين المتخصصين في حقل الحاسب الألي وأيضاً الممارسين في نفس المجال ، إضافة إلى ذلك يستفيد الطلاب المتخصصين أكاديميا من هذه الدراسة لربطها الجانب العملي بالجانب التطبيقي. كما يستفيد من الدراسة عموم القراء الغير متخصصين لأهمية الموضوع لهم في حياتهم العملية.

الكلمات المفتاحية:
السمات الحيوية، القياسات الحيوية، التحقق البيولوجي، القياسات البيولوجية، البيانات الحيوية، البصمة الصوتية، التعرف الصوتي.

 

2- نبذة عن السمات الحيوية:[4]

وهب الله سبحانه وتعالى كل شخص بصمات معينة يتم بها معرفته و تميزه عن بقية البشر . يطلق على هذه البصمات كلمة Biometrics التي تتكون من مقطعين إغريقيين الأول: Bio- ويعني “حياة” والمقطع الثاني: Metrics- ويعني “يقيس” ولقد ترجمت إلى العربية بعدة كلمات منها: السمات الحيوية.

و يقصد بالسمات الحيوية (Biometrics ) :

قياس الخصائص الفيزيائية للشخص للتحقق من هويته. و كانت بداية ظهور فكرة البصمة لكامل اليد والرجل في القرن الرابع الهجري في دولة الصين، حيث يوضع الحبر على كامل اليد والرجل ثم يبصم بها على الورق. ثم ظهرت بصمة الأصبع كدليل في القضايا الجنائية في بريطانيا في القرن التاسع عشر الميلادي والتي كان يعتقد أنها البصمة الوحيدة في جسم الإنسان. و مع تقدم العلم اكتشف العلماء أن هناك بصمات عددية في جسم الإنسان تميزه عن غيره، مثل: بصمة العين، بصمة الوجه، بصمة العرق، بصمة الشفاه.

ويمكن تصنيف السمات الحيوية كالتالي:
1- الصنف الأول: سمات تعكس طبيعة وشكل الجسم البشري وتسمى (وسائل مباشرة)، ومنها: بصمة العين ، بصمة الوجه، بصمة اليد، بصمة القزحية، بصمة الشبكية.
2- الصنف الثاني: سمات تعكس تصرف وسلوك الجسم البشري وتسمى (وسائل مباشرة)، ومنها: بصمة التوقيع، بصمة الخط والكتابة.
3- الصنف الثالث: سمات مزدوجة( سمات تعكس طبيعة وشكل الجسم البشري وسمات تعكس تصرف و سلوك الجسم البشري) وتسمى (وسائل غير مباشرة)، ومنها: البصمة الصوتية، أثر قدم الإنسان.

3- البصمة الصوتية:

 البصمة الصوتية :(Voice Recognition)

“هي استخدام البيانات الحيوية (الصوت) من خلال جهاز إدخال (Input Device)، في تطبيقات أمن المعلومات أو التطبيقات الأخرى كتحويل الصوت إلى نص مكتوب أو إدخال أوامر الكومبيوتر المختلفة صوتياً” [3] ، و توضح الصورة رقم 2 رسم الموجة الصوتية في أحد برامج تحليل الصوت.

بدأ اهتمام العلماء بالتعرف على الصوت في القضايا الأمنية، بعد حدوث ” قضية الولايات المتحدة ضد همبتان” سنة 1935 م، والتي حدثت في الولايات المتحدة الأمريكية. حيث أن همبتان اتُهم باختطاف ابن العقيد تشارلز لندبيرغ، وأثناء التحقق من القضية قال تشارلز: بأن صوت المتهم هو نفسه الذي سمعه عبر الهاتف يطلب فدية لابنه المختطف. وبالفعل تم إدانة همبتان والحكم عليه بالإعدام. ومن ذلك الوقت بدأ العلماء بالاهتمام بالبصمة الصوتية كدليل في القضايا الأمنية للتحقق من المجرم [7]. ولقد تم اكتشاف البصمة الصوتية على يد العالم الأمريكي لورنس كريستي.

4- موقع البصمة الصوتية من السمات الحيوية الأخرى:

يوضح الرسم أدناه مقارنة بين البصمة الصوتية والسمات الحيوية الأخرى: بصمة الوجه، بصمة العين، بصمة الوجه، بصمة الأصبع. من حيث الصحة والتكلفة وإمكانية التطفل. فالرسم البياني يوضح أنّ تكلفة ونسبة صحة البصمة الصوتية متوسطة، بينما نسبة إمكانية التطفل منخفضة (انظر صورة رقم 3 ).

توضح الصورة رقم 4 نسبة استخدام السمات الحيوية في التطبيقات لعام 2006 الصادر من المجموعة الدولية للسمات الحيوية، حيث يوضح الرسم أن نسبة استخدام البصمة الصوتية 4.4%. ومما يلاحظ من الرسم أن بصمة الأصبع تشكل أكبر نسبة استخدام بواقع 43.60 % وهذا يعود لأسباب منها: ضرورة استخدام بصمة الإصبع في بعض التطبيقات التقنية، و قناعة المستخدم باستخدام بصمة الإصبع.

5- إعجاز البصمة الصوتية في القرآن الكريم: [10]

يعتبر صوت الإنسان كبصمات الأصابع لا تتشابه، فكل شخص يولد بصوت مميز وفريد عن الآخر. قال تعالى: “حتى إذا أتوا على واد النمل قالت نملة يا أيها النمل ادخلوا مساكنكم لا يحطمنكم سليمان وجنوده وهم لا يشعرون” ( سورة النمل: آية 18).
جعل الله سبحانه وتعالى لسيدنا سليمان عليه السلام لصوته بصمة، جعلت النمل تعرفه و تميزه عن بقية الخلق.

 

6- خصائص البصمة الصوتية:

تعتمد البصمة الصوتية على مبدأين مهمين هما: [4] 1- أن لكل إنسان جهازا صوتيا فريدا لا يشابهه أحد فيه: ويقصد بالجهاز الصوتي هي أعضاء الجسم التي تساعد في إخراج الصوت مثل: الفم اللسان، القفص الصدري..الخ من حيث شكل وحجم الأعضاء وارتباط بعضها ببعض.
2- أن لكل إنسان نظاما عصبيا فريداً يتحكم في الجهاز الصوتي: ولا يقصد بالنظام العصبي هنا هو الجهاز العصبي بالكامل وإنما جزء من النظام العصبي الذي يتحكم بأعضاء الجهاز الصوتي. حيث ينفرد كل شخص بطريقة نشأة معينة يكتسب من خلالها اللغة وتشكيل شخصيته مما يجعل له طريقة مميزة عن البقية في الكلام.

إن لكل إنسان موجات صوتية يختلف بها عن بقية البشر بخصائصها. ومما يتصف به الجهاز الصوتي – كبقية الأجهزة الحيوية – أنها تتأثر بالعوامل الخارجية، ومن العوامل الخارجية التي تتأثر بها البصمة الصوتية : نزلات البرد، الغضب، التقدم بالعمر. توضح الصورة رقم 5 تأثّر الرسم الطيفي لنفس المتحدث أثناء تحدثه في بيئة هادئة ودون مؤثرات خارجية والأخرى أثناء وضع الكمامة على الفم. [11]

7- طرق الكشف عن البصمة الصوتية (طريقة التعرف على المتحدث آلياً):[4]

هناك عدّة طرق للكشف عن البصمة الصوتية منها: التعرف على المتحدث عن طريق استخدام حاسة السمع، و التعرف على المتحدث عن طريق استخدام حاسة البصر، و التعرف على المتحدث آلياً. وفي هذا البحث سنقتصر على توضيح طريقة التعرف على المتحدث آلياً فقط.
يقصد بالتعرف على المتحدث آلياً: أن يتم تصميم برامج حاسوبية مهمتها مقارنة الأصوات، وتحديد ما إذا كان صوت شخص ما هو نفسه الصوت الذي تم تسجيله مسبقاً. إن من أهم ما يميز صوت الإنسان هو عدم القدرة على تقليد ه، فالصوت المقلد يشبه الصوت الأصلي عند سماعه من قبل الإنسان ولكن البرامج الحاسوبية تستخدم طرقا مختلفة تماما مما يجعلها قادرة على التمييز بين الصوت الأصلي والمقلد. ومن أشهر الشركات الحالية التي توفر أنظمة للبصمة الصوتية للدخول إلى المواقع عبر الشبكة العنكبوتية هو موقع (Opensesame.com) حيث أُخذ اسمه من قصة علاء الدين والمغارة التي كان بابها يتعرف على علاء الدين عن طريق صوته، فينفتح عند سماعه جملة ” افتح يا سمسم” والتي ترجمت إلى Open sesame.
توضح صورة رقم 6 خطوات عملية التعرف على المتحدث آلياً:
1- التقاط الصوت: في هذه المرحلة يتم أخذ البيانات الحيوية ( الصوت) من المستخدم.
2- استخراج الخصائص: في هذه المرحلة يتم استخراج الخصائص الحيوية من البيانات الحيوية التي تم التقاطها في المرحلة السابقة.
3- بناء نموذج للمتحدث: في هذه المرحلة يتم بناء نموذج خاص للمتحدث يميزه عن بقية المتحدثين.
4- مقارنة النماذج: في هذه المرحلة يتم مقارنة نموذج المتحدث الناتجة من المرحلة السابقة مع نماذج سابقة له ولمتحدثين آخرين مخزنة في قاعدة بيانات.
5- اتخاذ القرار: في هذه المرحلة يتم مطابقة النتائج للخروج بقرار إما الرفض أو القبول.

8- مميزات البصمة الصوتية: [4]

1- لا تحتاج البصمة الصوتية إلى أجهزة متخصصة لالتقاط البيانات الحيوية من الشخص مثل بصمة الأصبع وبصمة العين، فسماعة الهاتف أو لاقط الصوت المرفق مع أجهزة الحاسوب يقوم بالمهمة.
2- عالجت البصمة الصوتية مشكلة السرقة والتزوير للأرقام السرية و البطاقات.
3- باستخدام البصمة الصوتية يمكن التعرف والتحقق من الشخص عن بعد.
4- ساعدت البصمة الصوتية الأشخاص على عدم حفظ الأرقام السرية.
5- حصرت البصمة الصوتية الاستخدام على الأحياء فقط.
6- سرّعت البصمة الصوتية من عملية التحقق من الهوية، فالتطبيقات المبنية على البصمة الصوتية لا تتطلب وجود موظف.
7- تعتبر البصمة الصوتية بديل جيد للأشخاص الذين يواجهون صعوبة في التعامل مع الفأرة أو لوحة المفاتيح للحاسوب.
8- البصمة الصوتية طريقة آمنة لمتابعة المستخدم في جميع العمليات والتحقق بأنه الشخص نفسه الذي يحق له استخدام هذه العمليات، بخلاف ما يحدث في الكلمات السرية التي تسمح للمستخدم كامل الصلاحيات لعمل أي عملية بمجرد الدخول إلى النظام.

9- سلبيات البصمة الصوتية: [4]

1- تتأثر البصمة الصوتية بالضوضاء، حيث أن الضوضاء يسبب حجب أو تغيير في الموجات الصوتية.
2- تتأثر البصمة الصوتية بالحالة النفسية للمتحدث.
3- تطور أجهزة التقنية مكّنت المحتالين من تغيير خصائص الصوت.
4- البصمة الصوتية – كبقية السمات الحيوية- لا يمكن تغييرها أو استبدالها إذا دعت الحاجة لذلك لأنها معتمدة على خصائص فيزيائية للمستخدم.
5- البصمة الصوتية – كبقية السمات الحيوية- معرّضة لإمكانية حصول الخطأ عند التعرف على المستخدم.
6- حصرت البصمة الصوتية الاستخدام على الأشخاص الأصحاء، فالبصمة الصوتية لا تصلح للأشخاص المصابين بداء البُكم.

.

 

10- تطبيقات البصمة الصوتية: [4]

تستخدم البصمة الصوتية في كثير من التطبيقات، منها:
1- التعرف على المتهمين في الجرائم و القضايا الأمنية.
2- الدخول إلى قواعد البيانات مثل: جوازات السفر، الجامعات ومدارس الطلاب، السجلات الطبية، سجلات الموظفين.
3- الدخول إلى العمليات المالية، مثل: البنوك، الأسواق التجارية، مكاتب الطيران والسفر والسياحة.
4- الدخول الجسدي، مثل: المنزل، المكتب، السيارة.
5- استخدام الأجهزة، مثل: أجهزة الحاسوب، أجهزة التصوير، أجهزة منزلية، المصاعد الإلكترونية.

 

الخلاصة:

عرضنا في هذه الورقة نبذة مختصرة عن أنواع السمات الحيوية التي تستخدم في التحقق من هوية الشخص. وتم التفصيل في نوع واحد من هذه السمات وهي البصمة الصوتية وبيان موقع البصمة الصوتية من بقية السمات الحيوية. فالبصمة الصوتية لها تطبيقات تهم المختصين في علم الجريمة والأدلة الجنائية، فمن خلال البصمة الصوتية يمكن التعرف على المتهمين وإدانتهم بجريمتهم أو رفعها عنهم. وتستخدم البصمة الصوتية أيضاً في الدخول إلى أجهزة الحاسوب ، و المنزل، و الحسابات الشخصية في البنك.
و هناك طرق متعددة للكشف عن البصمة الصوتية ومن أشهر هذه الطرق طريقة التعرف الآلي على المتحدث حيث يتم إدخال الصوت في برنامج يمر بمراحل مختلفة للتحقق من هوية المتحدث.

المراجع:

1- الباز، عباس أحمد، ” البصمة البصرية والصوتية ودورهما في الإثبات الجنائي شرعاً وقانونياً”، 1428 هـ ، متوفر على الموقع الالكتروني:http://www.nauss.edu.sa/Ar/CollegesAndCenters/ResearchesCenter/Achivemen… تاريخ أخر زيارة: ذو الحجة 1430 هـ.
2- الجطيلي، فهد.، ” BIOMETRICS القياس الحيوي” ، متوفر على الموقع الإلكتروني: http://coeia.edu.sa/index.php/ar/asuurance-awarness/articles/49-authenti… . تاريخ آخر زيارة: ذو الحجة ، 1430 هـ.
3- الطويرقي، طارق. ” تقنية القياسات الحيوية Biometrics “، 1424 هـ،متوفر على الموقع الالكتروني: http://www.aawsat.com/details.asp?section=13&article=175893&issueno=8962 . تاريخ آخر زيارة: ذو الحجة 1430 هـ
4- الغامدي، منصور. ” البيانات الحيوية : البصمة الصوتية “، 1426هـ ، متوفر على الموقع الالكتروني: http://www.mghamdi.com/VP.pdf . تاريخ آخر زيارة: ذو الحجة 1430هـ.
5- الغامدي، منصور. “البصمة الصوتية: أمد بداية التصويت أنموذجا”، متوفر على الموقع الالكتروني: http://www.mghamdi.com/VP_VOT.pdf . تاريخ آخر زيارة: ذو الحجة 1430 هـ.
6- الغامدي، منصور. ” البصمة الصوتية” ،1426هـ، متوفر على الموقع الالكتروني: http://www.mghamdi.com/ . تاريخ آخر زيارة: ذو الحجة 1430هـ.
7- الغامدي، منصور. ” التعرف على المتحدث من خلال صوته: ” البصمة الصوتية””. متوفر على الموقع الإلكتروني: http://www.mghamdi.com/ تاريخ آخر زيارة: ذو الحجة 1430هـ.
8- الغثبر،خالد. ، القحطاني، محمد. ، ” أمن العلومات بلغة ميسرة”. الطبعة الأولى. صفحة 57-58.
9- المعتصم، نزار محمد.، ” التعرف على الصوت”. متوفر على الموقع الإلكتروني: http://www.kutub.info/library/open.php?cat=1&book=601 . تاريخ آخر زيارة: ذو الحجة 1430هـ
10- عيد، محمد السقا ، ” البصمة بين الإعجاز والتحدي” . متوفر على الموقع الالكتروني: http://geniusgate.net/vb/t8047.html . تاريخ أخر زيارة: ذو الحجة 1430 هـ.

11- AlGamdi, M., “voiceprint”: Voice Onset Time as a Model, [Online] available: http://www.mghamdi.com/VP_VOT.pdf . Access: November, 2009.

12- Ciampa, M., ” Security+ guide to network security fundamentals”, 2005. pp. 80-81.
13- Khan, M., “Biometrics: Changing the Paradigm of Personal Identification”,2009. [Online] available: http://coeia.edu.sa/images/stories/biomatric_lecture.pdf. Access: November, 2009.
14- Mishra, A., “Authentication simplified-an introduction to biometrics”,2008. [Online] available: http://www.slideshare.net/ideamonk/identification-simplifies-an-introduction-to-biometrics . Access: November, 2009.
15- Sebastaio, J., ” Ecrime practical biometrics”, [Online] available: http://www.slideshare.net/jorges/ecrime-practical-biometric . Access: November, 2009.
16- Sharama, A.,”biometrics”,2008. [Online] available: http://www.scribd.com/doc/2954484/BIOMETRICS . Access: November, 2009.

الملحقات:
مصطلحات مهمة:
– التعرف على المتحدث (speaker recognition): ” التحليل الأكوستي ( الموجات الصوتية للكلام) لمعرفة هوية المتحدث.” [4]

– تحقيق المتحدث (speaker verification): ” هو مطابقة الخصائص الصوتية لكلام متحدث ما مع الخصائص الصوتية المخزنة سلفا لكلامه، وتستخدم في حالات الدخول إلى أنظمة حاسوبية أو فتح أبواب” . [4]

– مصطلح speech يعني الكلام ، أما مصطلح voice فإنه يعني الأصوات سواء كانت صوت بشر أو صوت حيوان أو صوت جهاز. [9]

– مصطلح (multimodal) : ويعني أن الشخص يستخدم أكثر من بصمة في نفس الوقت للتحقق من هويته [13] (انظر صورة رقم7 )