WhoFi: gdy router staje się szpiegiem
Wyobraź sobie system monitoringu, który nie potrzebuje kamer, nie jest zależny od oświetlenia i potrafi zidentyfikować konkretną osobę, nawet gdy ta znajduje się za przeszkodą.
Brzmi jak technologia z filmu science fiction? A jednak, naukowcy z Uniwersytetu La Sapienza w Rzymie opracowali system WhoFi, który do reidentyfikacji osób (czyli osób, które już wcześniej były w danym miejscu) wykorzystuje wyłącznie sygnały Wi-Fi.
Tradycyjne systemy nadzoru wideo, choć powszechne, borykają się z licznymi problemami. Ich skuteczność drastycznie spada przy słabym oświetleniu, gdy obiektyw jest częściowo zasłonięty lub gdy obserwowana osoba znajduje się pod niekorzystnym kątem. Ostatnio w Arxiv pojawiła się interesująca praca pt. „WhoFi: Deep Person Re-Identification via Wi-Fi Channel Signal Encoding”, która doprowadziła mnie do prostego wniosku: kamery to przeżytek. WiFi jest wszędzie i ono wystarczy. Zaciekawieni? Czytajcie dalej.
Jak „widzi” sygnał Wi-Fi?
Niemal każdy z nas jest otoczony falami radiowymi emitowanymi przez routery. Gdy poruszamy się po pomieszczeniu, nasze ciało wchodzi w interakcję z tymi falami – odbija je, pochłania i zniekształca w unikalny sposób. Te subtelne zmiany w sygnale mogą zostać precyzyjnie zmierzone. Starsze technologie pozwalały mierzyć jedynie ogólną siłę sygnału (RSSI), co nie wystarczało do precyzyjnych zadań.
Jednak nowoczesne systemy Wi-Fi dostarczają znacznie bardziej szczegółowych danych, znanych jako Channel State Information (CSI). CSI to w zasadzie szczegółowa „mapa” opisująca, jak sygnał dotarł z nadajnika do odbiornika, uwzględniając wszystkie odbicia i zakłócenia po drodze. Co najważniejsze, fale radiowe przenikają przez ubrania i wchodzą w interakcję nie tylko z powierzchnią naszego ciała, ale także z jego wewnętrzną strukturą – kośćmi, organami i tkankami. Powoduje to powstanie unikalnej „radiowej sygnatury biometrycznej”, która jest trudna do podrobienia i charakterystyczna dla każdej osoby. Tak, dobrze czytacie. To w jaki sposób fale radiowe z domowego routera WiFi przenikają przez Twoje ciało może być cechą biometryczną, jednoznacznie Ciebie identyfikującą.
WhoFi, czyli sztuczna inteligencja wkracza do akcji
Skoro sygnatura przenikania fal radiowych przez obiekt w postaci egzemplarza homo sapiens jest odczytywalnym wzorcem, to badacze zatrudnili „eksperta od wzorców”, czyli, jak się domyślacie, sztuczną inteligencję. System WhoFi, zaprezentowany we wspomianej publikacji naukowej na platformie arXiv , to potok przetwarzania danych oparty na głębokiej sieci neuronowej (DNN), który uczy się rozpoznawać te unikalne sygnatury. Proces składa się z kilku etapów. Najpierw surowe dane CSI są oczyszczane i poddawane tzw. augmentacji, czyli sztucznemu dodawaniu zakłóceń czy przesunięć w czasie, co uodparnia model na drobne fluktuacje sygnału w świecie rzeczywistym.
Sercem systemu jest modułowy model sztucznej inteligencji. Składa się on z enkodera, który analizuje sekwencję danych CSI i wyodrębnia z niej najważniejsze cechy, oraz z modułu sygnatury, który na ich podstawie tworzy finalny, skondensowany wektor liczbowy – unikalny „radiowy odcisk palca” danej osoby. Naukowcy przetestowali trzy różne architektury enkodera: LSTM, Bi-LSTM oraz Transformer. To właśnie ta ostatnia, znana m.in. z napędzania dużych modeli językowych, okazała się bezkonkurencyjna.
Testy w laboratorium i zaskakujące wnioski
Skuteczność WhoFi została zweryfikowana na publicznie dostępnym zbiorze danych NTU-Fi. Zawiera on zapisy sygnału Wi-Fi dla 14 różnych osób, które poruszały się po wyznaczonym obszarze, mając na sobie różne ubrania czy plecak. Wyniki okazały się niezwykle obiecujące. Model oparty na architekturze Transformer osiągnął skuteczność na poziomie 95,5% w metryce Rank-1. Oznacza to, że w ponad 95% przypadków system poprawnie zidentyfikował osobę już przy pierwszej próbie.
Badania przyniosły też kilka intrygujących spostrzeżeń. Okazało się na przykład, że modele osiągały lepsze wyniki, gdy zrezygnowano z jednego z kroków wstępnego filtrowania danych. Sugeruje to, że proces ten mógł niechcący usuwać z sygnału subtelne, ale istotne dla identyfikacji przez AI informacje, które sami ludzcy badacze uznali za nieistotne. Co ciekawe, najlepsze rezultaty osiągnięto przy użyciu relatywnie prostej, jednowarstwowej architektury Transformer, co dowodzi, że w tym przypadku większa złożoność modelu niekoniecznie prowadziła do lepszej wydajności. To także zaleta z tego względu, że prostsza struktura transformera oznacza szybsze przetwarzanie danych.
Prace nad WhoFi to dopiero początek. Wyobraźcie sobie świat, w którym każdy router Wi-Fi w kawiarni, galerii handlowej czy na ulicy może cichcem tworzyć waszą radiową sygnaturę – bez waszej wiedzy, bez zgody. Inteligentne domy, które dbają o nasze bezpieczeństwo, czy globalna sieć dyskretnego nadzoru? Granica między tymi rzeczywistościami jest cienka, a jej przekroczenie zależy od tego, kto i jak wykorzysta tę technologię. Pytanie brzmi: czy chcemy żyć w świecie, w którym nawet fale radiowe znają nasze imię? Odpowiedź niestety jest brutalna. Już w nim żyjemy…
