OTEKON’14 7. Otomotiv Teknolojileri Kongresi 26 – 27 Mayıs 2014, BURSA PARMAK İZLİ EHLİYET KONTROL SİSTEMİ (PİEKS) Hasan Köse*, Serdar Kokar*, Ahmet H. Ertaş** Karabük Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Otomotiv Mühendisliği Bölümü, Karabük Karabük Üniversitesi, Mühendislik Fakültesi, Biyomedikal Mühendisliği Bölümü, Karabük * ** ÖZET Bu çalışmada güvenli araç kullanımını sağlamak amacıyla geliştirilen parmak izli ehliyet kontrol sistemi detaylı olarak tanıtılmıştır. Parmak izli ehliyet kontrol sistemi, sisteme yüklü olan parmak izi bilgisi ile kişinin ehliyetine yüklenmiş olan parmak izi bilgisinin karşılaştırılması temeline dayalı olarak çalışmaktadır. Karşılaştırma işlemi ile verilerin eşleşmesi durumunda araç çalışmakta, aksi durumda araç çalışmamaktadır. Aracın çalışması durumunda okutulan parmak izi bilgisi veri tabanına kaydedilmekte ve bu şekilde aracın hangi zaman dilimlerinde kimler tarafından kullanıldığı tespiti de yapılmaktadır. Geliştirilen bu sistem sayesinde ehliyetsiz araç kullanımının önüne geçilmiş ve güvenli araç kullanımı sağlanmış olacaktır. Anahtar kelimeler: Akıllı kart, Parmak izi okuyucu, Emniyetli araç kullanımı DRIVING LICENSE CONTROL SYSTEM BASED ON FINGERPRINT ABSTRACT In this article driving license control system based on fingerprint for safety driving was explained in detail. Driving license control system simply compares the fingerprints which are pre-loaded to the system and loaded to the driving license. If the data match then the vehicle's engine starts, if not the vehicle's engine does not start. After the starting of vehicle's engine, fingerprint information is recorded by data base. This recording will provide the information who has drive the vehicle and in which time interval. With the aid of this developed system unlicensed driving can be prevented and safety driving can be provided. Keywords: Smart card, Fingerprint reader, Safety driving Trafik kazalarının birçok sebebi vardır. Bunlar temel olarak araç, yol ve sürücü kaynaklı olmak üzere üç ana kategoride incelenebilir. Özellikle Türkiye gibi gelişmekte olan ülkelerde sürücü kaynaklı trafik kazalarının nedenlerinden biri ehliyetsiz araç kullanımıdır. Ehliyetsiz araç kullanımına bağlı trafik kazaları ehliyeti olmadığı halde trafiğe çıkmak isteyen kişilerin kontrol edilmesi ile önlenebilir. 1. GİRİŞ Günümüzde gelişen teknoloji ile birlikte araç fiyatlarındaki düşüşler ve buna bağlı olarak bireylerin alım gücünün artışı trafikteki araç sayısının ve haliyle trafik kaza oranlarının artışına yol açmıştır. Bu durum bilim adamları ve araştırmacıları kazaların sebeplerini araştırmaya ve kazalara bağlı olarak özellikle ölümle sonuçlanan kayıpları en aza indirecek şekilde önlemler almaya itmektedir. 1 özelliği sayesinde kişisel veya ticari bilgilerin yetkili kişiler tarafından görülebilmesini sağlar. Veri taşıma, taşınan verinin güvenliği ve taşıma kolaylıkları nedeni ile her geçen gün çeşitlenen ve daha yaygın olarak kullanılan bir teknolojidir. Akıllı kartın yapısı incelendiğinde genel olarak bir bilgisayar sisteminde olan temel parçaları (daha düşük hız ve kapasitelerde olmak kaydı ile) bünyesinde barındırdığı görülür. Ana işlemci (CPU), Salt okunur bellek (rom), Rastgele erişimli bellek (ram), Silinebilir-programlanır salt okunur bellek (eeprom), Yardımcı işlemci (coprocessor), İç veriyolu (internal-bus), Kullanıcıya özel donanım güvenliği (dedicated HW security) ise sahip olduğu donanımlardır [5]. Temel donanımları ile beraber örnek bir çip Şekil. 1 de gösterilmiştir. Yüzyıllardan beri insanoğlu, kişiye özgü fiziksel karakterleri (yüz, ses, parmak izi v.b.) veya davranışsal karakterleri (yürüyüş şekli) kullanarak [1, 2] tanımlama yapmaya çalışmakta ve buna bağlı olarak güvenliği sağlayacak programlar geliştirme gayretindedir. Tanımlamalarda yaygın olarak kullanılan karakter ise parmak izi [3] ve uzuv olarak insan elidir [4]. Örneğin parmak izinin yaygın olarak kullanılmasının en önemli sebebi kopyalanmasının ve kullanımının çok kolay olması ve tespiti için kompleks donanımlara da ihtiyaç duyulmamasıdır [3]. Parmak izinin bahsi geçen avantajlarıda dikkate alınarak, yapılan bu çalışmada ehliyetsiz olarak araç kullanımının engellenmesi amacıyla bir sistem geliştirilmiştir. Bu sistem temel olarak sürücünün parmak izine ve ehliyetinin kontrolüne dayanmaktadır. 2. SİSTEMİN DETAYLARI Parmak izli ehliyet kontrol sistemi tasarımı adından da anlaşılacağı üzere parmak izi ve ehliyet bilgilerine dayanmaktadır. Sistem; temel olarak akıllı kart, kart okuyucu ve mikro-denetleyiciden oluşmaktadır. Sistemin çalışması aşağıdaki gibi özetlenebilir: 1) Parmak izi okuyucusu tarafından taratılan parmak izi verisi mikro-denetleyiciye gönderilir, 2) Ehliyete yüklenmiş olan parmak izi bilgisi kart okuyucu vasıtasıyla okunarak yine mikrodenetleyiciye gönderilir, 3) Mikro-denetleyici bu iki birimden gelen parmak izi verilerini karşılaştırır, 4) Eğer bu iki veri birbiriyle eşleşirse sistem aracın çalışmasına izin verir, eşleşmez ise sistem aracın çalışmasına izin vermez, 5) Sistem aynı zamanda aracın çalıştığı durumlardaki parmak izi verilerini kaydederek aracın kim tarafından kullanıldığını da hafızasında tutmaktadır. Şekil 1. Temel donanımları gösterilen örnek bir çip Çalışmada kurulan sistemde ehliyet sahibinin parmak izi verisi akıllı karta hex kodlar (onaltılık kod) şeklinde yazılmıştır. Akıllı kart okuyucuya yerleştirildiğinde içerisindeki veri okunmakta ve karşılaştırma işlemi gerçekleştirilmektedir. Kullanılan akıllı kart SLE5542 ve SLE4442 ile uyumlu çalışmaktadır. Yazma ve okuma fonksiyonu bulunmaktadır ve silinebilir-programlanır salt okunur bellek (eeprom) 256x8 bit şeklinde düzenlenmiştir. Çalışmada kullanılan akıllı kartın sahip olduğu diğer özellikler aşağıda sıralanmıştır: Bu şekilde; parmak izi tanıma sistemiyle akıllı kart teknolojisinin birlikte kullanılarak ehliyeti olmayan kişilerin araba kullanmasının önüne geçilmiş ve aracın ne zaman kim tarafından kullanıldığı bilgisinin veri tabanına kayıt edilmesi sağlanmış olacaktır. 1) Kartın hafızası parmak izinin taratılmasıyla elde edilen verinin boyutundan daha büyüktür, 2) Kartın içerisindeki verinin değiştirilmesinin önlenmesi amacıyla kartta şifreleme özelliği bulunmaktadır, 3) Kullanılan kart okuyucu ile uyumludur. 2.1. Akıllı Kart Akıllı kart; içinde bir işlemci ve/veya bellek birimi bulunduran, bir okuyucu ile eşleştiği zaman farklı uygulamalar için gerekli işlem gücüne sahip plastik bir karttır. Akıllı kart kontrollü erişim sağlayabilme 2.2. Kart Okuyucu 2 Kart okuyucular temel olarak akıllı kartın takıldığı ve kart içerisindeki bilgilerin okunduğu cihazlardır [6]. Bu çalışmada kullanılan kart okuyucu; içerisine takılan kartın içerisindeki ID kodunu okuyarak elde ettiği veriyi mikro-derleyiciye gönderen eleman niteliği taşımaktadır. Kullanılan kart okuyucuya ait teknik bilgiler Tablo 1 de verilmiştir. Kart okuyucunun seçimi esnasında dikkate alınan noktalar aşağıda sıralanmıştır: kıvrımların açılarını ve belli noktaların birbirlerine uzaklığını algılayarak belli bir şifreleme algoritması oluşturur. Bu algoritmaya dayalı olarak daha önceden cihaz içerisinde kaydedilen bir parmak izi tekrar cihaza okutulduğunda eşleştirme gerçekleşir [7]. Parmak izi tanıma, algoritması alınan görüntü üzerinden her bir parmak izi için farklı ve tek olan parmak izi özelliğini çıkartır ve kişiye özel bir ID kod oluşturularak veri tabanına kaydeder. Parmak izi tanımlamada kullanılan okuyucular parmak izi temasından kaynaklanabilecek sorunlara karşı farklı olarak tercih edilebilmektedir. Buradaki amaç farklı çalışma ortamlarında en iyi parmak izi görüntüsünü almaktır [8]. 1) Hazırlanan sistemin bir araca monte edileceği ve bu nedenle az yer kaplaması gerektiği düşüncesi ile olabildiğince küçük ebatlarda kart okuyucu kullanılmıştır, 2) Kart okuyucunun parmak izi verisini akıllı karta yüklemesi gerektiğinden, yazma; daha sonra mikroderleyiciye parmak izi verisinin gönderilmesi ihtiyacından dolayı, okuma işlemlerini yapabilecek özellikte olması istenmiştir. Bu şekilde tek kart okuyucuyla hem okuma hemde yazma işlemleri yapılmıştır. Tablo 1. Kart okuyucusuna ait teknik bilgiler Şekil 2. Örnek parmak izi Tip USB full speed, 4 hat : +5V, GND, D+, D- Güç Kaynağı USB’den Hız 12 Mbps Standart ISO 7816 Class A,B ve C (5V, 3V, 1.8V), T=0 ve T=1 Besleme Akımı Maksimum 50 mA Akıllı Kart Okuma\Yazma Hızı Maksimum 344,086 bps Parmak izi okuyucusu tasarlamış olduğumuz sistem içerisinde parmak izinin okutulduğu birim olarak görev alır. Parmak izi okutulduğunda ID kodu oluşturulmakta ve bu kod mikro-derleyiciye gönderilmektedir. Eğer eşleşme işlemi olumsuz sonuçlanırsa tekrardan parmak izi okutulur. Kullanılan parmak izi okuyucuya ait teknik bilgiler Tablo 2 de verilmiştir CLK Frekansı 4 MHz Tablo 2. Parmak izi okuyucusuna ait teknik bilgiler Kart Konektörü Temaslı Uyumluluklar USB Full Speed Microsoft, WHQL 2000, Server 2003, XP, Vista, Server 2008, R2, Windows 7 Tanımlama algoritması Çalışma gerilimi Güç Çalışma sıcaklığı Tanımlama hızı PC ile haberleşme şekli 2.3. Parmak İzi Tarayıcı Parmakların uç bölgeleri insanların biyometrilerine uygun olarak benzersiz olarak yaratılmıştır. Bir başka ifade ile bu yapıların aynısının hatta bir benzerinin bulunması mümkün değildir. Bu nedenle günümüzde parmak izi en güvenilir şifreleme yöntemi olarak kullanılmaktadır. Parmak ucu bölgesinde yer alan bir nevi haritaya benzeyen yapı (Şekil 2) aslında girinti ve çıkıntılardan meydana gelir. Parmak izi okuma cihazları bu girinti ve çıkıntıların birbirine mesafesini, HSA8.0 220 V AC 50 Hz 5 V DC 0°C - 50°C < 1 saniye RS232, RS485, TCP\IP ve USB 2.4. Mikro-denetleyici Bir mikroişlemcili sistemi meydana getiren temel bileşenlerden mikroişlemci, bellek ve G/Ç birimlerinin, bazı özellikleri kırpılarak (azaltılarak) tek bir entegre içerisinde üretilmiş biçimine mikro-denetleyici (microcontroller) denir. Denetim teknolojisi gerektiren uygulamalarda kullanılmak üzere tasarlanmış olan mikro-denetleyiciler, mikroişlemcilere göre çok daha basit ve ucuzdur. Endüstrinin her kolunda kullanılan 3 mikro-denetleyiciler; otomobillerde, kameralarda, cep telefonlarında, fotokopi ve çamaşır makinelerinde, televizyonlarda, oyuncak vb. cihazlarda sıklıkla kullanılmaktadır [9]. Tasarlanan sistem içerisinde Programlanabilen arayüz denetimci (PIC) ailesinden 16F877A (Şekil 3) mikro-denetleyicisi kullanılmıştır. PIC, Microchip firması tarafından üretilen, Harvard mimarisine ve RISC işlemcisine sahip bir mikro-denetleyicidir [10]. PIC kullanılmasındaki asıl sebep mikro-denetleyicinin programlanmasının kolay olması ve hazırlanan yazılımın PIC kullanılması durumunda kolaylıkla kontrol edilebiliyor olmasıdır. Şekil 4. Tasarımın şematik görünüşü Sistemin çalışması aşağıdaki gibi özetlenebilir: 1) Sistemin çalışması için öncelikle ehliyette parmak izi bilgisi bulunması gerekir. Bunun sağlanması ancak ehliyet alınırken verilen parmak izi bilgisinin ehliyete yüklenmesi ile gerçekleşmektedir, 2) Araç sürücüsü araca bindikten sonra yarım kontak yaparak akımın aküden cihaza gelmesini sağlar, 3) Sürücü ehliyetini, kart okuyucu bölmesine yerleştirir, 4) Daha sonra, sürücü parmak izi bilgisinin okunmasını sağlamak amacıyla parmağını parmak izi okuyucuya tarattırır, 5) Parmak izi ve kart okuyucularından sağlanan veriler mikro-denetleyicide değerlendirilir. Eğer iki veri eşleşirse yeşil lamba, eşleşmez ise kırmızı lamba yanar (Şekil 4). 6) Aküden cihaza gelen akım yeşil lambanın yanması durumunda elektronik kontrol ünitesine ulaşır. Sonrasında kontak anahtarının tam çevrilmesiyle marş motoru çalıştırılır ve volan döndürülerek motora ilk hareket verilir. Cihaz, parmak izi bilgileri eşleştiği takdirde, bu bilgiyi hafızasına kaydederek aracın hangi zaman aralığında kim tarafından kullanıldığını kayıt altına alır. 7) Cihaz parmak izi okuyucusu ile ehliyetten gelen bilgilerin eşleşmediğini tespit ederse akımın geçişini engeller ve akım elektronik kontrol ünitesine ulaşamaz. Böylelikle aracın çalışması engellenmiş olur. Şekil 3. PIC 16F877A genel görünümü PIC 16F877A mikro-denetleyicisinin özellikleri aşağıdaki gibi sıralanabilir: temel 1) İşlem hızı DC-20 MHz dir, 2) 8 Kword flash rom programlama belleği, 368 byte kullanıcı ram belleği ve 256 byte eeprom belleği olmak üzere 3 adet bellek bloğu vardır, 3) Statik ram üzerinde 32 adet özel işlem kaydedicisi vardır, 4) 8 bitlik veri yolu (databus) vardır, 5) Kaynak akımı 25 mA’dir, 6) Power-up, osilatör başlatma ve özel tip zamanlayıcıların yanında devre içi debugger’a sahiptir. 3. SİSTEMİN TASARIMI VE ÇALIŞMASI Geliştirilen sisteme ait şematik görünüş Şekil 4 de ve sistem içerisindeki bilgi akışı da Şekil 5 de görülmektedir. Şekil 5. Sistem içerisindeki bilgi akışı 4 4. MİKROİŞLEMCİ PROGRAM İÇERİĞİ Sistem sayesinde sürücülerin ehliyetlerine kendi parmak izi bilgilerinin yüklendiği takdirde, sürücülerin ehliyet kontrollerinin rahatlıkla yapılabileceği görülmüştür. Sistemin kullanımı ile ehliyetsiz araç kullanımının önüne geçilebileceğinin ve bunun yanında aracın kullanımı söz konusu olduğunda kimler tarafından kullanıldığının tespitinin de mümkün olabileceği gösterilmiştir. Bir başka ifade ile güvenli araç kullanımının sağlanması ve ehliyetsiz araç kullanımına bağlı trafik kazalarının önlenebilmesi mümkün olabilecektir. Sürücülerin araç kullandıkları zaman dilimlerinin kayıt altına alınması ile araç çalınmaları, trafik kazaları vb. durumlarda güvenlik güçlerinin işi kolaylaşacaktır. Mikro-denetleyici içerisine yüklenecek programın içeriği ve çalışması esnasında izlediği basamaklar şu şekilde gerçekleşmektedir: 1) Kontak anahtarı çevrildiğinde sisteme enerji girişi sağlanmış olmaktadır. Mikro-denetleyici artık faal durumdadır, 2) Sürücüden ilk olarak kartı bölmesine yerleştirmesi istenmektedir. Mikro-denetleyici okunan bilgiyi yazılımda belirtilmiş olan adrese yazar, 3) Daha sonra sürücüden parmağını okutması istenir. Parmak okutulduğunda oluşan veri yazılım içerisinde belirtilen adrese yazdırılır, 4) Bu iki işlem gerçekleştikten sonra mikrodenetleyici adreslere kayıt edilmiş olan verileri karşılaştırır, 5) Karşılaştırma işleminden olumsuz sonuç alınırsa mikro-denetleyici tekrar parmağın okutulmasını ister, 6) Karşılaştırma işlemi olumlu sonuçlanır ise 1) elektronik kontrol ünitesine (ECU) akım geçişine izin verir, 2) parmak izi datasını, tarihi ve saati kayıt eder. KAYNAKLAR 1. Prabhakar, S., Pankanti, S., Jain, A.K., 2003, "Biometric Recognition: Security and Privacy Concerns", IEEE Security & Privacy. 2. Podio, F.L., 2001, "Biometrics - Technologies for Highly Secure Personal Authentication", ITL Bulletin: National Institute of Standards and Technology-Technology Administration U.S. Department of Commerce. 3. Komarinski, P., Higgens, P.T., Higgins, K.M., Fox, L.K., 2005, "Automated Fingerprint Indentification Systems (AFIS)", Elsevier Academic Press. 4. Ross, A., 1999, "A Prototype Hand Geometrybased Verification System", Department of Computer Science and Engineering, Michigan State University, MI, USA. 5. Garfinkel, S., Rosenberg, B., 2005, "RFID: Applications, Security and Privacy". 6. Wolfgang, R., Wolfgang, E., 2010, fourth edition "Smart Card Handbook". 7. Hawthorne, M. R., 2009, "Fingerprints: Analysis and Understanding", CRC Press. 8. Ramotowski, R. S., 2012, "Lee and Gaensslen's Advances in Fingerprint Technology", CRC Press. 9. Gürdal, S., 2012, "CCS C ile PIC Programlama", Altaş Yayıncılık, İstanbul. 10. Şahin, H., Dedeoğlu, K. S., 2012, "MikroC ve PIC18F4550", Altaş Yayıncılık, İstanbul. 11. UniFinger (version 4.5) User's Guide. 12. Script Tool (version 3) User's Guide. 13. CCS C User's Guide. İlk prototipin hazırlanması aşamalarında parmak izi datasının elde edilmesinde UniFinger (versiyon 4.5) [11] programı kullanılmıştır. Bu program serial port ile bilgisayara bağlanan parmak izi okuyucuyu kontrol etmektedir. İstenirse parmak izi verisi hex. kodları şeklinde, istenirse resim olarak elde edilebilmektedir. Bu çalışmada hex. kodları kullanılmıştır. Akıllı karta elde edilen verinin yazılmasında ACS firması tarafında oluşturulan Script Tool 3 [12] adlı program kullanılmıştır. Bu programın kullanımı ile istenilen herhangi bir bilgi akıllı karta yazılabilmekte, okunabilmekte ve değiştirilebilmektedir. İstenirse bir daha değiştirilememek ve görüntülenememek üzere bilgi yüklenebilmektedir. Mikroişlemci olarak kullanılan PIC’in programlanmasında CCS C [13] adlı program kullanılmıştır. 5. SONUÇ Geliştirilen sistem bütün ehliyetlere ehliyet sahiplerinin parmak izi bilgilerinin yüklendiği kabul edilerek kartlara kopyalanan 5 farklı kişinin parmak izi bilgileri kullanılarak test edilmiş ve sistemin efektif olarak çalıştığı tespit edilmiştir. 5