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指紋は、人間の指の摩擦隆起によって残される痕跡です。犯罪現場から部分的な指紋を回収することは、法医学の重要な方法です。指の水分と油分により、ガラスや金属などの表面に指紋が残ります。皮膚の摩擦隆起の頂点から紙などの滑らかな表面にインクやその他の物質を移すことで、指紋全体の意図的な痕跡を得ることができます。指紋記録には通常、指と親指の最後の関節のパッドの痕跡が含まれますが、指紋カードには通常、指の下部の関節部分も記録されます。
人間の指紋は詳細かつ固有で、改変が難しく、個人の生涯にわたって耐久性があるため、人間のアイデンティティの長期的なマーカーとして適しています。[要出典]指紋は、身元を隠したい個人を特定したり、自然災害の後に無能力者や死亡者で身元を明かすことができない人を特定したりするために、警察やその他の当局によって使用されることがあります。
指紋を証拠として使用することについては、学者、裁判官、メディアから異議が唱えられてきました。ポイントカウント法には統一基準がなく、学者は指紋照合の誤り率が十分に研究されておらず、指紋証拠には確固とした統計的根拠がないと主張してきました。[1]専門家が、文脈などの無関係な情報に惑わされることなく、指紋の特徴情報に客観的に焦点を当てることができるかどうかについての研究が行われてきました。[2]
生物学
指紋は、人間の指の摩擦によって表面に残る痕跡です。[3] 2つの指紋の照合は、最も広く使用され、最も信頼性の高い生体認証技術の1つです。指紋の照合では、指紋の明らかな特徴のみが考慮されます。[4]
指紋の成分は、水（95%～99%）と有機・無機成分から構成されています。[5]有機成分は、アミノ酸、タンパク質、グルコース、ラクターゼ、尿素、ピルビン酸、脂肪酸、ステロールで構成されています。[5] 塩化物、ナトリウム、カリウム、鉄などの無機イオンも存在します。[5]指紋の残留物には、化粧品に含まれる油、薬物とその代謝物、食品残留物などの他の汚染物質も含まれる場合があります。[6]
摩擦隆起は、指（手指と足指）、手のひら、または足の裏の表皮の隆起部分であり、摩擦隆起皮膚の1つ以上の連結した隆起ユニットで構成されています。 [出典が必要]これらは「表皮隆起」と呼ばれることもあり、真皮の真皮乳頭と表皮の乳頭間（網）ペグとの間の下層界面によって生じます。これらの独特の特徴は、胎児発育の約15週目に形成され、死後、分解が始まるまで残ります。[7]胎児の発育中、妊娠約13週目に、真皮の横の表皮の底に棚状の構造が形成されます。[7]これらの棚に沿った細胞は急速に増殖し始めます。[7]この急速な増殖により、一次隆起と二次隆起が形成されます。[7]一次隆起と二次隆起は両方とも皮膚の外層のテンプレートとして機能し、皮膚の表面に見られる摩擦隆起を形成します。[7]
これらの表皮隆起は、例えば指先が凹凸のある表面をこすったときに生じる振動を増幅し、細かい質感の知覚に関わる感覚神経に信号をよりよく伝達する役割を果たします。 [8]これらの隆起は、粗い表面をつかむのを助け、濡れた状態での表面接触を改善する可能性があります。[9]
遺伝学
科学界では、指先の皮膚紋様のパターンは遺伝性であるというコンセンサスがある。[10]一卵性双生児の指紋パターンは非常に類似している（同一ではないが）のに対し、二卵性双生児の類似性はかなり低い。[10] 12 の皮膚紋様特性について、有意な遺伝性が特定されている。[11]現在の皮膚紋様特性の遺伝モデルは、メンデル遺伝と、主要遺伝子の加法的または優性的影響を示唆している。[12]
遺伝子がパターンの一般的な特徴とそのタイプを決定するのに対し、環境要因の存在は各指紋のわずかな差別化につながります。しかし、指紋パターンに対する遺伝的影響と環境的影響の相対的な影響は一般的に不明です。ある研究では、全体の変動のおよそ 5% は小さな環境的影響によるものであると示唆されていますが、これは総隆起数を基準としてのみ実施されました。[10]指紋の膨大な多様性につながる指隆起形成メカニズムのモデルがいくつか提案されています。1 つのモデルでは、胎児表皮の基底細胞層の座屈不安定性が表皮隆起の発達に関与していると示唆されています。[13]さらに、血管と神経も隆起構成の形成に役割を果たしている可能性があります。[14]別のモデルでは、子宮内で発達中の各指を取り囲む羊水の変化により、各指紋の対応する細胞が異なる微小環境で成長することが示されています。[15]特定の個人の場合、これらのさまざまな要因が各指に異なる影響を与え、2つの指紋が同一になることを防ぎながら、類似したパターンを保持します。
指紋の遺伝の判定は、表現型の多様性によって困難になることに注意することが重要です。特定のパターンの分類は主観的であることが多く（定量的に測定する最も適切な特性についてのコンセンサスがない）、皮膚紋理のパターンの分析を複雑にします。さまざまな指紋パターンについて、いくつかの遺伝モードが示唆され、観察されています。指紋パターンのサイズを測る一般的な指標である指紋の総隆起数は、多遺伝子性の遺伝モードを持ち、複数の付加遺伝子の影響を受けることが示唆されています。 [10]ただし、この仮説は他の研究によって異議を唱えられており、個々の指の隆起数は遺伝的に独立しており、パターン形成に影響を与える付加遺伝子の存在を裏付ける証拠がないことを示しています。[16]指紋パターンの遺伝の別のモードでは、親指と他の指のアーチパターンが常染色体優性形質として受け継がれることが示唆されています。[17]アーチパターンに関するさらなる研究により、主要な遺伝子または多因子遺伝がアーチパターンの遺伝性に関与していることが示唆されています。 [18]渦巻き模様の発達に関する別のモデルは、単一の遺伝子または連鎖した遺伝子のグループがその遺伝に寄与していることを示している。[19]さらに、渦巻き模様の遺伝は対称的ではなく、パターンは特定の個人の10本の指にランダムに分布しているように見える。[19]一般に、左手と右手の指紋パターンを比較すると、指紋パターンに対する遺伝子の影響が非対称であることが示唆されるが、この観察にはさらなる分析が必要である。[20]
提案されている遺伝モデルに加えて、特定の遺伝子が指先の模様形成の要因として関係していることが示唆されている（それらが模様に影響を及ぼす正確なメカニズムはまだ研究中である）。個々の指の指隆線数の多変量連鎖解析により、薬指、人差し指、中指で特に染色体5q14.1への連鎖が明らかになった。 [21]マウスでは、遺伝子EVI1の変異が皮膚紋理の模様と相関していた。[22]ヒトにおけるEVI1の発現は指紋の模様に直接影響を及ぼさないが、四肢と指の形成に影響を及ぼし、それが今度は指紋の模様に影響を及ぼす役割を果たしている可能性がある。[22] ゲノムワイド関連研究では、3p14.1の遺伝子ADAMTS9-AS2内に一塩基多型が見つかり、これがすべての指の渦巻き模様に影響を及ぼしているようだった。 [23]この遺伝子は、皮膚で発現するADAMTS9を阻害する可能性のあるアンチセンスRNAをコードしている。 ADAMTS9-AS2の遺伝子変異が渦巻きの発達にどのように直接影響するかについてのモデルはまだ提案されていない。[23]
2023年2月の研究で、指紋上の主要な隆起の形成を制御するシグナル伝達経路としてWNT、BMP、EDARが特定され、最初の2つはチューリング反応拡散システムによって確立された反対の関係を持っています。[24] [25] [26]
分類システム
コンピュータ化以前は、大規模な指紋保管庫では手動のファイリングシステムが使用されていました。[27]指紋分類システムは、指紋をその特徴に従ってグループ化するため、指紋を大規模な指紋データベースと照合するのに役立ちます。したがって、照合が必要な照会指紋は、既存のデータベース内の指紋のサブセットと比較できます。 [ 4]初期の分類システムは、円形パターンの有無を含む、いくつかの指またはすべての指の一般的な隆起パターンに基づいていました。これにより、摩擦隆起パターンのみに基づいて、大規模なコレクションの紙の記録をファイリングおよび検索することができました。最も一般的なシステムでは、各指のパターンクラスを使用して、ファイリングシステムでの検索を支援する数値キーを形成しました。指紋分類システムには、ロッシャーシステム、フアンブセティッチシステム、ヘンリー分類システムがありました。ロッシャーシステムはドイツで開発され、ドイツと日本の両方で実装されました。ブセティッチシステムはアルゼンチンで開発され、南米全体で実装されました。ヘンリー分類システムはインドで開発され、ほとんどの英語圏の国で実装されました。[27]
ヘンリー分類システムでは、指紋の基本的なパターンはループ、渦巻き、アーチの3つであり[28]、それぞれ全指紋の60～65％、30～35％、5％を占めています。[29]また、パターンをさらに細分化するより複雑な分類システムもあり、平らなアーチやテント状のアーチ[27]、そして手の尾が向いている側に応じて放射状または尺骨状のループに分類されます。尺骨ループは、指の小指側、つまり下腕骨である尺骨に近い側から始まります。放射状ループは、指の親指側、つまり橈骨に近い側から始まります。渦巻きには、平らな渦巻き、偶然の渦巻き、二重ループ渦巻き、ピーコックアイ、複合、中央ポケットループ渦巻きなどのサブグループ分類もあります。[27]
ヘンリー分類システムにおける「一次分類番号」は、分子と分母が 1 から 32 までの整数である分数であり、10 個の指紋の各セットを 1024 個のグループに分類します (これらのグループを区別するために、分数は共通因数を除算して減算されません)。分数は、各指に 1 つずつある 10 個の指標によって決定されます。指標は、その指に渦巻きがある場合には 1 の値を取り、そうでない場合は 0 の値を取ります。これらの指標は、 右手と 左手について記述できます。下付き文字は、親指はt 、人差し指はi 、中指はm 、薬指はr 、小指はl です。分数の式は次のようになります。
たとえば、右手の薬指と左手の人差し指にのみ渦巻き模様がある場合、指紋のセットは「9/3」グループに分類されます。
9/3 = 3/1 ですが、「9/3」グループは「3/1」グループとは異なり、後者は左手中指にのみ渦巻きがあることに対応していることに注意してください。
指紋認証
指紋鑑定は、ダクチロスコピー[ 30]、隆起学[31]、または手形鑑定とも呼ばれ、人間の指やつま先、さらには手のひらや足の裏から採取した2つの摩擦隆起皮膚痕跡（ミニューシャを参照）を比較し、これらの痕跡が同一人物のものであるかどうかを判断するプロセスです。皮膚上の摩擦隆起は柔軟性がありランダムに形成されるため、2つの指や手のひらの痕跡が細部まで完全に同じになることはありません。同じ手から直後に記録された2つの痕跡でさえ、わずかに異なる可能性があります。[30]指紋鑑定は個体化とも呼ばれ、専門家、または閾値スコアリングルールに従って動作する専門コンピュータシステムが、2つの摩擦隆起痕が同じ指や手のひら（またはつま先や足の裏）に由来する可能性があるかどうかを判断します。
2024年、ディープラーニングニューラルネットワークを使用した研究により、「一般的な仮定」に反して、同一人物の異なる指の指紋は、99.99％の信頼度でその人物の指紋であると識別できることが判明しました。さらに、従来の方法で使用される特徴は、そのような識別において予測的ではありませんでしたが、特に指紋の中心付近の隆起方向が最も多くの情報を提供しました。[32]
摩擦隆起を意図的に記録するには、通常、対照的な白い背景、通常は白いカードに黒のプリンターインクを転がします。摩擦隆起は、ライブ スキャンと呼ばれる技術を使用して、通常はガラス板にデジタルで記録することもできます。「潜在指紋」は、物体または壁の表面に付着した摩擦隆起の偶然の記録です。潜在指紋は肉眼では見えませんが、「特許指紋」または「プラスチック指紋」は肉眼で見ることができます。潜在指紋は断片的であることが多く、鮮明にするには化学的方法、粉末、または代替光源を使用する必要があります。通常の明るい懐中電灯で潜在指紋を見えるようにできる場合もあります。
摩擦隆起が指紋が付く表面と接触すると、摩擦隆起上にある汗、油、グリース、インク、血液などの物質が表面に移ります。摩擦隆起の痕跡の質に影響する要因は数多くあります。皮膚の柔軟性、沈着圧力、滑り、表面の材質、表面の粗さ、沈着した物質は、潜在指紋が同じ摩擦隆起の既知の記録とは異なって見える原因となるさまざまな要因の一部にすぎません。実際、摩擦隆起沈着のあらゆる事例を取り巻く状況は独特であり、決して同じものはありません。これらの理由から、指紋鑑定士は広範囲にわたる訓練を受ける必要があります。指紋の科学的研究は皮膚紋理学と呼ばれています。
指紋採取技術
模範例
サンプル指紋、または既知の指紋とは、システムへの登録目的、または犯罪容疑で逮捕された際に対象者から意図的に採取された指紋のことです。犯罪者として逮捕された場合、サンプル指紋のセットには通常、爪の端から端まで転がした各指の指紋 1 つ、各手の 4 本の指の単純 (または平手打ち) 指紋、および各親指の単純指紋が含まれます。サンプル指紋は、ライブ スキャンを使用するか、紙のカードにインクを使用して収集できます。
潜在的
法医学では、表面から部分的に採取された指紋を潜在指紋と呼ぶ。指の水分や油脂により、ガラスなどの表面に潜在指紋が付着する。しかし、潜在指紋ははっきりと見えないため、検出には粉末をまぶす、ニンヒドリンを噴霧する、ヨウ素燻蒸する、硝酸銀に浸すなどの化学的現像が必要になることがある。[33]潜在指紋が見つかった表面や材質に応じて、異なる化学的現像方法を使用する必要があります。法医学者は、紙などの多孔質表面と、ガラス、金属、プラスチックなどの非多孔質表面に対して異なる手法を使用します。 [34]非多孔質表面では、細かい粉末とブラシを使用した散布プロセスが必要であり、その後、透明テープを使用して潜在指紋を表面から採取します。[34]
警察は犯罪現場で発見された部分的な指紋を潜在指紋と表現することが多いが、法医学者は簡単に見分けられる部分的な指紋を顕在指紋と呼ぶ。指にチョコレート、トナー、ペイント、インクが付着すると顕在指紋となる。石鹸、セメント、石膏などの柔らかい素材に付着した潜在指紋は、法医学者によってプラスチック指紋と呼ばれている。 [35]
捕獲と検出
ライブスキャンデバイス
指紋画像の取得は、自動指紋認証システムにおいて最も重要なステップであると考えられています。指紋画像の最終的な品質がこれによって決まり、システム全体のパフォーマンスに劇的な影響が出るからです。市場にはさまざまな種類の指紋リーダーがありますが、それぞれの基本的な考え方は、隆起と谷の物理的な差を測定することです。
提案されている方法はすべて、ソリッドステート指紋リーダーと光学指紋リーダーの2つの主要なファミリーに分類できます。センサーを使用して指紋をキャプチャする手順は、指を感知領域に転がしたり触れたりすることで、使用されている物理的原理（光学、超音波、静電容量、または熱 - § 指紋センサーを参照）に応じて、谷と山の違いをキャプチャします。指が表面に触れたり転がしたりすると、弾性皮膚が変形します。ユーザーが加える圧力の量と方向、皮膚の状態、および不規則な3Dオブジェクト（指）の2D平面への投影により、キャプチャされた指紋画像に歪み、ノイズ、および不整合が生じます。これらの問題により、画像に一貫性がなく不均一な不規則性が生じます。[37]そのため、取得ごとにイメージングの結果が異なり、制御できなくなります。同じ指紋でも、指をセンサープレートに置くたびに表現が変化するため、指紋を照合する作業が複雑になり、システムのパフォーマンスが低下し、結果としてこの生体認証技術の広範な使用が制限されます。
これらの問題を克服するために、2010年現在、非接触型またはタッチレス型の3D指紋スキャナーが開発されています。詳細な3D情報を取得する3D指紋スキャナーは、指を押したり転がしたりするアナログプロセスにデジタルアプローチを採用しています。隣接するポイント間の距離をモデル化することで、必要な詳細をすべて記録するのに十分な解像度で指紋を画像化できます。[38]
死体の指紋採取
人間の皮膚は死ぬまで再生する器官であり、またローションや化粧品などの環境要因も指紋採取の際の課題となっている。人間の死後、皮膚は乾燥して冷える。死んだ人間の指紋は検死の際に採取されることがある。[39]
死体からの指紋採取は、皮膚の状態に応じて様々な方法で行うことができます。死体の腐敗が進行し皮膚が乾燥している場合は、分析官が皮膚を煮沸して再調整/再水分補給を行い、水分が皮膚に戻り、細かい摩擦隆起が残るようにします。[40]指先にベビーパウダーなどの粉をブラシで塗るという方法もあります。[41]粉は摩擦隆起の溝にしみ込み、隆起が浮き上がるのが見えるようになります。[41]
潜在指紋検出
1930年代、アメリカの犯罪捜査官は、布地の表面、特に犯人が捨てた手袋の内側に潜在指紋が存在することを初めて発見しました。[42]
19 世紀後半以来、世界中の警察機関は、犯罪容疑者や犯罪被害者の身元確認に指紋識別法を採用してきました。従来の指紋採取法の基本は単純です。手足の手のひらの皮膚には、各個人に固有のパターンで隆起、いわゆる乳頭隆起が形成され、時間が経っても変化しません。一卵性双生児 ( DNAを共有) であっても、指紋は同一ではありません。潜在指紋を可視化して写真撮影できるようにする最良の方法は複雑で、たとえば指紋が残された表面の種類によって異なります。一般に、隆起パターンと指紋が付着した表面との間に高度な視覚的コントラストを生み出すには、通常は粉末または化学試薬である「現像剤」を使用する必要があります。
現像剤は、その効果を有機物または無機塩の存在に依存しますが、付着した水も重要な役割を果たすことがあります。指紋は通常、指と手のひらのエクリン腺からの水性分泌物と、主に額の皮脂腺からの物質から形成されます。この後者の汚染は、顔や髪に触れるという人間の一般的な行動によって生じます。その結果生じる潜在指紋は通常、かなりの量の水と、多数の脂肪酸とトリグリセリドを含む脂肪性の皮脂成分が混ざったアミノ酸と塩化物の微量から構成されます。尿素やアミノ酸などの少量の反応性有機物質を検出することは決して容易ではありません。
犯罪現場の指紋は、単純な粉末、またはその場で塗布された化学物質によって検出されることがあります。通常は化学物質を伴うより複雑な技術は、犯罪現場から持ち去られた物品を専門の研究所で適用することができます。これらのより洗練された技術の進歩により、世界中のより先進的な犯罪現場調査サービスの一部は、2010年の時点で、犯罪現場から回収された指紋の50％以上が研究所ベースの技術の結果として特定されたと報告しています。
法医学研究所
指紋検出の技術は数百種類報告されていますが、その多くは学術的な関心の対象に過ぎず、現在世界中のより先進的な指紋研究室で使用されている本当に効果的な方法は 20 種類程度しかありません。
ニンヒドリン、ジアザフルオレノン、真空金属蒸着などの技術は、優れた感度を示し、実用的に使用されています。指紋試薬の中には、アミノ酸と反応するニンヒドリンやジアザフルオレノンのように特異的なものもあります。エチルシアノアクリレート重合などの他の試薬は、明らかに水ベースの触媒作用とポリマー成長によって機能します。金と亜鉛を使用した真空金属蒸着は非特異的であることが示されていますが、1分子ほどの薄い脂肪層を検出できます。
より一般的な方法としては、細かい粉末を塗布する方法があり、これは皮脂沈着物や、新鮮な指紋の場合は水性沈着物に付着することで機能します。指紋の水性成分は、最初は指紋の重量の 90% 以上を占めることもありますが、非常に急速に蒸発し、24 時間後にはほとんど消えている可能性があります。指紋検出にアルゴンイオンレーザーを使用する研究に続いて、[43]主に化学的に現像された指紋を強調するためのさまざまな蛍光技術が導入されました。一部の潜在指紋の固有の蛍光も検出できます。たとえば、赤外線レーザーを使用すると、化学物質を使用せずに指紋を 3D で視覚化できます。[44]
指紋強化の運用方法に関する包括的なマニュアルは、2013年に英国内務省科学開発部によって最後に発行され、世界中で広く使用されています。[45]
2007年に提案された技術は、個人の民族、性別、食生活のパターンを特定することを目的としています。[46]
法医学的観点からの限界と影響
実際のコレクションに関する摩擦隆起印象証拠の主な制限の1つは表面環境であり、具体的には印象がある表面の多孔質性について言及しています。[47]非多孔質表面の場合、印象の残留物は表面の材料に吸収されませんが、別の表面によって汚れる可能性があります。[47]多孔質表面の場合、印象の残留物は表面に吸収されます。[47]どちらの結果も、鑑定士にとって価値のない印象か、摩擦隆起印象の破壊につながります。
分析者が摩擦隆起のパターンとその特徴を正確に識別するためには、印象の鮮明さが重要となる。[48] [49]そのため、摩擦隆起の分析は鮮明さによって制限される。[48] [49]
法廷では、摩擦尾根の識別と尾根学は事実ではなく意見証拠として分類されるべきであり、したがってそのように評価されるべきだと主張する人が多い。[50]摩擦尾根の識別が法的に認められるのは、それが法制度に追加された当時は、許容基準がかなり低かったためだと多くの人が言っている。[51]この識別プロセスの背後にある科学を確認するために行われた研究は限られている。[49]
犯罪現場の捜査
指紋に物理的に接触せず、現像液も使用しない新しい走査型ケルビンプローブ（SKP）指紋採取技術の応用により、指紋を記録しながら、その後DNA分析にかけられる素材をそのまま残すことが可能になる可能性がある。法医学的に使用可能なプロトタイプは、2010年にスウォンジー大学で開発中であり、英国内務省や英国全土のさまざまな警察、そして国際的に大きな関心を集めていた。この機器が最終的に十分な量で製造され、世界中の法医学チームで広く使用されるようになることが期待されている。[52] [53]
薬物使用の検出
人間の指紋の分泌物、皮脂、死んだ細胞には、体内に存在するさまざまな化学物質とその代謝物の残留物が含まれています。これらは、法医学的目的で検出して使用することができます。たとえば、タバコを吸う人の指紋には、ニコチンの代謝物であるコチニンの痕跡が含まれています。ニコチン自体の痕跡も含まれています。指がタバコ製品に触れただけでも、ニコチンが含まれている可能性があるため、注意が必要です。指紋をコチニン抗体を付着させた金ナノ粒子で処理し、その後、コチニン抗体に付着させた蛍光剤で処理すると、喫煙者の指紋は蛍光を発しますが、非喫煙者の指紋は暗いままです。[要出典] 2010年の時点で、同じアプローチが、コーヒーを大量に飲む人、大麻を吸う人、その他のさまざまな薬物の使用者を特定するのに使用するためにテストされています。 [54] [55]
警察データベース
米国の法執行機関のほとんどは、 500 ppi (ピクセル/インチ)で圧縮された指紋画像を効率的に保存するためのウェーブレットベースのシステムであるウェーブレット スカラー量子化(WSQ)を使用しています。WSQ は、FBI、ロスアラモス国立研究所、および国立標準技術研究所(NIST) によって開発されました。1000 ppi の空間解像度で記録された指紋については、法執行機関 (FBI を含む) はWSQ ではなくJPEG 2000 を使用します。[引用が必要]
有効
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犯罪現場で採取された指紋や犯罪の証拠品は、法医学において容疑者、被害者、その他表面に触れた人物の身元確認に利用されてきた。指紋による身元確認は、19世紀後半に警察機関内で重要なシステムとして登場した。犯罪記録保管庫に前科（偽名で記録されていることが多い）のある人物の身元確認に、人体計測に代わるより信頼性の高い方法となったのである。[30]指紋採取は、過去100年ほどの間、世界中のすべての政府で犯罪者の身元確認に利用されてきた。指紋は、犯罪歴のある人物の身元確認に、あらゆる警察機関で基本的なツールとなっている。[30]
法医学的指紋証拠の有効性は、学者、裁判官、メディアによって異議を唱えられてきた。米国では、指紋鑑定士は指紋の一致に基づく個人の識別に関する統一基準を策定していない。犯罪捜査にも指紋が使用される一部の国では、指紋鑑定士は一致が認められる前にいくつかの識別ポイントを一致させる必要がある。2 つの指紋を一致させて個人を識別するには、英国では 16 の識別ポイントが必要であり、フランスでは 12 の識別ポイントが必要である。ポイントカウント法は、一致させる指紋の特定の特徴の位置のみに焦点を当てているため、一部の指紋鑑定士から異議を唱えられている。指紋鑑定士は、2 つの指紋の間に 1 つの相違点がある場合、その指紋は同じ指のものではないとする1 相違点の原則を支持することもある。さらに、学者は、指紋の一致におけるエラー率が十分に研究されていないと主張し、指紋証拠には確実な統計的根拠がないとさえ主張している。[1]専門家が文脈などの無関係な情報に惑わされることなく、指紋の特徴情報に客観的に焦点を当てることができるかどうかについての研究が行われてきました。[2]
指紋は理論的には偽造され、犯罪現場で植え付けられる可能性がある。[56]
専門資格
指紋鑑定は、1915年に最初の法医学専門組織である国際鑑定協会（IAI）が設立された基礎となった。 [57]法医学者のための最初の専門資格認定プログラムは、1977年に設立されたIAIの公認潜在指紋鑑定士プログラムであり、厳しい基準を満たした者に資格認定証を発行し、個人の業績が正当な場合は資格認定を取り消す権限を持っていた。[58]他の法医学分野もこれに倣い、独自の資格認定プログラムを設立した。[58]
歴史
古代と中世
指紋は古代の粘土板、[59] や印章、陶器から見つかっています。 [60] [61]また、エジプトの墓の壁やミノア文明、ギリシャ、中国の陶器からも見つかっています。 [62 ]古代中国では、役人が指紋で政府文書を認証していました。紀元前200年頃、バビロニアでは契約書に署名するために指紋が使われていました。[63]楔形文字の粘土板の3Dスキャンから指紋を抽出し、GigaMesh Software Frameworkを使用しています。[64]
中国で絹と紙が発明されると、法的契約の当事者は文書に手形を押印するようになった。西暦851年より前に、中国のアラブ商人アブ・ザイド・ハサンは、中国商人が指紋を使って融資を認証しているのを目撃した。[65]
バビロニア王ハンムラビ（在位紀元前1792-1750年）の時代の文献には、逮捕された人々の指紋を法執行官が採取したことが示されている。[66]中国の秦王朝の記録には、当局が犯罪現場から証拠として指紋だけでなく手形と足形を採取したことが示されている。[67] 650年、中国の歴史家キア・クンイェンは、指紋が認証手段として使用できると述べた。[68]イランの医師ラシード・アルディーン・ハマダニ（1247-1318）は、著書『世界史』の中で、指紋で人を特定する中国の慣習について言及し、「経験上、2人の人の指がまったく同じということはあり得ない」と述べている。[69] これらの例が、古代の人々が指紋が個人を一意に識別できることを認識していたことを示しているかどうかは議論されており、これらの例は文書上の文盲のマーク、または粘土に残った陶工のマークのような偶然の残り物と同じくらい意味がないと主張する人もいます。[70]
17世紀と18世紀のヨーロッパ
16世紀後半以降、ヨーロッパの学者たちは指紋を科学的研究に取り入れようと試みた。しかし、もっともらしい結論が導き出されたのは17世紀半ば以降になってからだった。1686年、ボローニャ大学の解剖学教授 マルチェロ・マルピーギは、表面に残された指紋に隆起、螺旋、ループがあることを発見した。1788年、ドイツの解剖学者ヨハン・クリストフ・アンドレアス・マイヤーは、指紋は各個人に固有のものであると結論付けた最初のヨーロッパ人となった。[71]
19世紀
1823年、ヤン・エヴァンジェリスタ・プルキニェは9つの指紋パターンを特定した。9つのパターンにはテント状のアーチ、ループ、渦巻きが含まれており、これらは現代の法医学では指紋の隆起の詳細と見なされている。[72] 1840年、ウィリアム・ラッセル卿の殺害の後、地方の医師ロバート・ブレイク・オーバートンはスコットランドヤードに手紙を書き、指紋を調べることを提案した。[73] 1853年、ドイツの解剖学者ゲオルク・フォン・マイスナー（1829–1905）は摩擦隆起を研究し、[74] 1858年にはウィリアム・ジェームズ・ハーシェル卿がインドで指紋採取を開始した。1877年、彼はコルカタ近郊のフーグリーで署名の否認を防ぐため契約書や証書に指紋を使用することを初めて導入し[75]、年金受給者の死後に親族が金銭を取り立てるのを防ぐため政府年金受給者の指紋を登録した。[76]
1880年、東京の病院に勤務していたスコットランド人外科医ヘンリー・フォールズが、指紋の識別への有用性に関する最初の論文を発表し、印刷インクで指紋を記録する方法を提案した。 [77] ヘンリー・フォールズは、自身の研究に基づき、指紋は人間に固有のものであるとも示唆した。[78] 1886年にイギリスに戻ったフォールズは、ロンドン警視庁にこの概念を提案したが、当時は却下された。[79] 1890年代初頭まで、米国およびヨーロッパ大陸の警察は、犯罪歴を追跡するために犯罪者を確実に識別することができなかった。[80] フランシス・ゴルトンは、 1892年の著書「指紋」で、指紋分析と識別の詳細な統計モデルを発表した。彼は、「偽陽性」（2人の異なる個人が同じ指紋を持つ）の可能性は約640億分の1であると計算した。[81] 1892年、アルゼンチンの警察署長フアン・ブセティッチは、個人の指紋を記録する最初の方法を考案しました。同じ年、フランシスカ・ロハスが首を負傷した状態で発見され、彼女の2人の息子は喉を切られて死亡しているのが発見されました。ロハスは隣人を告発しましたが、残酷な尋問にもかかわらず、この隣人は罪を自白しませんでした。ブセティッチの同僚であるアルバレス警部が現場に行き、ドアに血のついた親指の跡を発見しました。それをロハスの指紋と比較すると、彼女の右親指とまったく同じであることがわかりました。その後、彼女は息子たちの殺害を自白しました。[82]これは指紋分析を使用して解決された最初の殺人事件として知られています。[83]
コルカタでは、総督評議会が犯罪歴の分類に指紋を使用すべきとする委員会の報告書を承認した後、1897年に指紋局が設立されました。局員のアジズル・ハックとヘム・チャンドラ・ボースは、指紋分類システムを開発した主な功績があり、最終的には彼らの上司であるエドワード・リチャード・ヘンリー卿にちなんで名付けられました。[84]
20世紀
フランスの科学者ポール・ジャン・クーリエは、ヨウ素の燻蒸法を使って表面に残っている指紋を紙に転写する方法を開発した。これにより、ロンドンのスコットランドヤードは1901年に指紋採取を開始し、指紋を使って犯罪者を特定できるようになった。その後すぐに、アメリカの警察も同じ方法を採用し、指紋による識別はアメリカで標準的な方法となった。[80] 1902年のシェファー事件は、指紋証拠に基づいて殺人犯を特定、逮捕、有罪判決を下した最初の事件である。アルフォンス・ベルティヨンは、歯科医のアパートで窃盗が行われ、歯科医の従業員が死体で発見された後、割れたガラスのショーケースに残っていた指紋から、数か月前に逮捕され指紋が提出されていた窃盗犯で殺人犯のシェファーを特定した。ショーケースが壊された後に指紋が付けられたことが法廷で証明された。[85]
指紋による個人の特定は、法執行機関にとって20世紀初頭から米国では不可欠であると考えられてきた。指紋を使用した遺体特定は、自然災害や人為的災害の後に価値があった。[86]米国では、FBIが統合自動指紋識別システム（IAFIS）と呼ばれる指紋識別システムとデータベースを管理しており、現在、5100万人以上の犯罪歴のある人の指紋と犯罪歴、150万人以上の民事（非犯罪）指紋記録を保管している。OBIM（旧US VISIT）は、2億6000万人以上の個人のIDを保有する、米国政府最大の生体認証識別子のリポジトリを保有している。[87] 2004年に導入されたとき、自動生体認証システム（IDENT）として知られていたこのリポジトリは、2本の指の記録の形で生体認証データを保管していた。 2005年から2009年にかけて、DHSはIAFISとの相互運用性を確立するために10枚の印刷物記録標準に移行しました。[88]
1910年、エドモン・ロカールはフランスで最初の法医学研究所を設立しました。 [80]犯罪者は指紋を残さないように手袋を着用する場合があります。しかし、手袋自体が人間の指紋と同じくらいユニークな指紋を残す可能性があります。手袋の指紋を収集した後、法執行機関はそれを証拠として収集した手袋や他の犯罪現場で収集された指紋と照合することができます。[89]多くの司法管轄区では、犯罪を犯す際に手袋を着用する行為自体が未遂罪として起訴される可能性があります。[90]
学校での指紋の使用
非政府組織（NGO）プライバシー・インターナショナルは2002年に、英国の何万人もの学童が学校で指紋採取されており、その多くは親の承諾なしに行われていると警告した。[91]同年、米国の刑務所やドイツ軍で使用されているものと同様の技術を使用するサプライヤーのマイクロ・ライブラリアン・システムズは、英国全土の350校が図書館カードの代わりにそのようなシステムを使用していると推定した。 [91] 2007年までに、3,500校がそのようなシステムを使用していると推定された。[92]英国データ保護法の下では、英国の学校はそのような慣行を行うために親の同意を求める必要はない。指紋採取に反対する親は、学校に対して個別に苦情を申し立てることしかできない。[93]欧州委員会は、現在も継続中の苦情に対し、2010年に、この慣行の比例性と必要性、および司法上の救済の欠如について「重大な懸念」を表明し、この慣行が欧州連合のデータ保護指令に違反する可能性があることを示唆した。[94]
2007年3月、英国政府は、新しいパスポートと身分証明書の計画の一環として、 11歳から15歳までの子供全員の指紋を採取し、その指紋を政府のデータベースに追加し、プライバシーの懸念から反対意見を却下することを検討していた。採取された指紋はすべて、90万件の未解決犯罪の指紋と照合される。影の内務大臣デイビッド・デイビスは、この計画を「不吉」と呼んだ。自由民主党の内務報道官ニック・クレッグは、「英国国民に知られずに監視国家を築こうとする決意」を批判した。[92]英国の教育次官アドニス卿は、学校が指紋を使用して、学校への出席や学校給食や図書館の利用状況を追跡することを擁護し、子供たちの指紋は両親の同意を得て採取され、子供たちが学校を離れたら破棄されることを貴族院に保証した。[95]英国政府に対し、学校での生体認証の利用について関係者と全面的かつオープンな協議を行うよう求める早期動議が、国会議員85名の支持を得た（早期動議686）。[96] 2010年5月に英国で保守党と自由民主党の連立政権が樹立された後、英国のIDカード制度は廃止された。[97]
学校で従来の生体認証テンプレートを使用することのセキュリティへの影響について、多くの主要な IT セキュリティ専門家が深刻な懸念を表明しており、[98]そのうちの 1 人は、「学校で「従来の生体認証」を使い始めるのは時期尚早である」という意見を表明しています。[99]生体認証システムのベンダーは、自社の製品が学校に読解力の向上、昼食待ち時間の短縮、収益の増加などのメリットをもたらすと主張しています。[100]彼らはこの見解を裏付ける独立した研究を引用していません。ある教育専門家は 2007 年に次のように書いています。「学校で生体認証を使用すると、子供たちの健康的な食事が促進されたり、読解力が向上したりすると示唆する公開された研究を 1 つも見つけることができませんでした... そのような主張を裏付ける証拠はまったくありません。」[101]
カナダのオタワ警察は、子供が誘拐されるのではないかと心配する親に対し、子供の指紋を採取するよう勧告している。[102]
指紋の欠落または欠損
非常にまれな病状である皮膚紋理症は、指紋がないのが特徴です。この病気にかかった人の指先、手のひら、つま先、足の裏は完全に滑らかですが、他の医学的兆候や症状はありません。[103] 2011年の研究では、皮膚紋理症はタンパク質SMARCAD1の不適切な発現によって引き起こされることが示されました。 [ 104 ] この病気は、先天的に指紋がないため、旅行中に本人確認をしようとすると遅延が生じるため、研究者によって移民遅延病と呼ばれています。 [103] 2011年の時点で、この病気にかかった家族は5家族しか報告されていませんでした。 [105]
ネーゲリ・フランチェスケッティ・ヤダソン症候群と網状色素性皮膚症（どちらも外胚葉異形成症の一種）の患者にも指紋がありません。これらのまれな遺伝性症候群はどちらも、細く脆い髪など、他の兆候や症状も引き起こします。
抗癌剤カペシタビンは指紋の消失を引き起こす可能性がある。[106]蜂に刺されたときなど指が腫れると、一時的に指紋が消えることがあるが、腫れが引くと指紋は元に戻る。
加齢とともに皮膚の弾力性が低下するため、高齢者の多くは指紋を捉えるのが困難です。隆起は厚くなり、隆起の頂点と溝の底の間の高さは狭くなるため、突出が少なくなります。[107]
指紋は永久に消すことができるため、犯罪者はこれを利用することで有罪判決を受ける可能性を減らすことができる。指紋の消去は、指先を焼くだけ、酸を使う、整形手術などの高度な技術を使うなど、さまざまな方法で行うことができる。[108] [109] [110] [111] [112] ジョン・ディリンジャーは酸で指を焼いたが、以前の逮捕時に採取された指紋と死後に採取された指紋は、ほぼ完全に一致していた。[113]
指紋認証
指紋は、グラフィカルな隆線と谷線のパターンとして捉えることができる。指紋はそのユニークさと永続性から、2000年代に最も広く利用される生体認証識別子として登場した。自動指紋認証システムは、法執行機関のニーズを満たすために開発され、民間用途での使用が広まった。より広く導入されたにもかかわらず、信頼性の高い自動指紋認証は依然として課題であり、パターン認識と画像処理の分野で広範囲に研究された。指紋のユニークさは、隆線と谷線の全体的なパターン、またはミニューシャと呼ばれる論理的な隆線不連続によって確立できる。2000年代には、ミニューシャの特徴が指紋の最も識別力があり信頼性の高い特徴であると考えられていた。したがって、ミニューシャの特徴の認識は、自動指紋認証の最も一般的な基礎となった。自動指紋認証に使用される最も広く使用されているミニューシャの特徴は、隆線終端と隆線分岐であった。[114]
パターン
指紋の隆起の 3 つの基本的なパターンは、アーチ、ループ、渦巻きです。
- アーチ: 隆起は指の片側から入り、中央で弧を描いて上昇し、指の反対側から出ます。
- ループ: 隆起は指の片側から入り、曲線を形成し、同じ側から出ます。
- 渦巻き状：指の中心点の周りに円形に隆起が形成されます。
科学者たちは、家族のメンバーがしばしば同じ指紋パターンを共有していることを発見しており、これらのパターンは遺伝すると考えられています。[115]
指紋機能
指紋の隆起の特徴は、ミニューシャと呼ばれるもので、以下の通りである。[116]
- 尾根の終わり: 尾根の突然の終わり
- 分岐: 1つの尾根が2つに分かれる
- 短い尾根または独立した尾根: 始まり、短い距離を移動して終わる尾根
- 島または点: 短い尾根または尾根の端にある、他のすべての尾根とつながっていない単一の小さな尾根
- 湖または尾根の囲い: 1 つの尾根が分岐し、その後すぐに再び合流して 1 つの尾根として継続する。
- 分岐点：長い尾根から短い尾根が分岐している分岐点
- 橋または交差: 2つの平行な尾根の間にある短い尾根
- デルタ：Y字型の尾根が合流する
- コア: リッジパターンの円
指紋センサー
指紋センサーは、指紋パターンのデジタル画像をキャプチャするために使用される電子機器です。キャプチャされた画像はライブスキャンと呼ばれます。このライブスキャンはデジタル処理されて生体認証テンプレート（抽出された特徴の集合）が作成され、保存されて照合に使用されます。光学、静電容量、RF、熱、圧電抵抗、超音波、圧電、MEMSなど、多くの技術が使用されています。[117]
- 光学スキャナーはデジタルカメラを使用して指紋の視覚的な画像を撮影します。
- 静電容量式または CMOS スキャナーは、コンデンサと電流を使用して指紋の画像を形成します。
- 超音波指紋スキャナーは、高周波の音波を使用して皮膚の表皮（外側）層を貫通します。
- サーマルスキャナーは、指紋の隆線と谷線の間の接触面の温度差を感知します。
家電製品のログイン認証
2000年以降、電子指紋リーダーが消費者向け電子機器のセキュリティアプリケーションとして導入されてきました。指紋スキャナは、ログイン 認証やコンピュータユーザの識別に使用できます。しかし、あまり洗練されていないセンサの中には、ゲルに鋳造された偽の指紋など、非常に単純な欺瞞方法に対して脆弱であることが判明しています。2006年には、指紋センサがラップトップ市場で人気を博しました。ThinkPad 、VAIO、HP Pavilion、EliteBookラップトップなどのラップトップに内蔵されたセンサは、スクロールホイールなどの文書スクロールのモーション検出器としても機能します。[118]
指紋認証を携帯電話に統合した最初のスマートフォンメーカーは、2011年のモトローラのAtrix 4Gと、 2013年9月10日のアップルのiPhone 5Sである。1か月後、HTCは指紋認証を搭載したOne Maxを発売した。2014年4月、サムスンはホームボタンに指紋センサーを統合したGalaxy S5を発売した。 [119]
iPhone 5Sモデルの発売後、ドイツのハッカー集団が2013年9月21日に、ガラス表面から指紋を撮影し、その画像を認証に使用してAppleの新しいTouch ID指紋センサーを回避したと発表した。この集団のスポークスマンは「これで指紋生体認証に関する人々の幻想がようやく払拭されることを願っています。変更できず、毎日どこにでも置いていくものをセキュリティトークンとして使うのは明らかに愚かなことです」と述べた。[120] 2015年9月、AppleはiPhone 6SでiPhoneのホームボタンに新しいバージョンの指紋スキャナーを組み込んだ。Touch ID指紋スキャナーの使用はオプションで、画面のロック解除やモバイルアプリの購入の支払いに設定できた。[121] 2015年12月以降、100ドルのUMI Fairなど、指紋認識機能を備えたより安価なスマートフォンが発売されている。[119] サムスンは2014年にミッドレンジAシリーズのスマートフォンに指紋センサーを導入した。[122]
2017年までに、ヒューレット・パッカード、Asus、Huawei、Lenovo、Appleは、自社のラップトップに指紋リーダーを採用していました。[123] [124] [125] Synapticsは、 SecurePadセンサーがOEMメーカーがラップトップに組み込むことができるようになったと述べています。[126] 2018年、Synapticsは、ディスプレイ内蔵指紋センサーが新しいVivo X21 UDスマートフォンに搭載されることを明らかにしました。これは、独立したセンサーではなく、タッチスクリーンディスプレイ全体に統合された最初の量産指紋センサーでした。[127]
アルゴリズム
マッチングアルゴリズムは、認証の目的で、以前に保存された指紋のテンプレートと候補指紋を比較するために使用されます。これを行うには、元の画像を候補画像と直接比較するか、特定の特徴を比較する必要があります。[128]
前処理
前処理では、余分なノイズをフィルタリングして除去することで、画像の品質を向上させます。特徴点ベースのアルゴリズムは、8 ビット グレー スケールの指紋画像でのみ有効です。その理由の 1 つは、8 ビット グレーの指紋画像が、隆起部が値 1、溝が値 0 の 1 ビット画像に画像を変換する際の基本的なベースとなるためです。このプロセスにより、エッジ検出が強化され、隆起部が黒で、溝が白で強調表示され、指紋が高コントラストで表示されます。入力画像の品質をさらに最適化するには、特徴点抽出と偽の特徴点除去という 2 つの手順が必要です。特徴点抽出は、隆起部の冗長ピクセルを削除する隆起部細線化アルゴリズムを適用することによって実行されます。その結果、指紋画像の細線化された隆起部には一意の ID が付けられ、以降の操作の実行が容易になります。特徴点抽出の後、偽の特徴点除去が実行されます。インクの量と隆起間の相互リンクの不足により、誤った特徴点が生じ、指紋認識プロセスの不正確さにつながる可能性があります。[引用が必要]
パターンベース（または画像ベース）アルゴリズム
パターンベースのアルゴリズムは、以前に保存されたテンプレートと候補指紋の基本的な指紋パターン（アーチ、渦巻き、ループ）を比較します。これには、画像が同じ方向に整列していることが必要です。これを行うには、アルゴリズムは指紋画像の中心点を見つけ、そこを中心に配置します。パターンベースのアルゴリズムでは、テンプレートには、整列された指紋画像内のパターンの種類、サイズ、および方向が含まれています。候補指紋画像は、テンプレートとグラフィカルに比較され、一致の度合いが決定されます。[129]
他の種では
他の動物の中には、特に濡れた物を登ったり掴んだりする生活を送る動物の中には、独自の指紋を発達させているものもいる。これには、ゴリラやチンパンジーなどの多くの霊長類、オーストラリアのコアラ、北米のフィッシャーのような水生哺乳類の種が含まれる。[130]ある研究によると、電子顕微鏡を使っても、コアラと人間の指紋を区別するのは非常に難しいという。[131]
フィクションでは
マーク・トウェイン
マーク・トウェインの回想録『ミシシッピ川での生活』（1883年）は、主に著者の川での暮らしを描いた作品として有名であるが、晩年の部分についても語られており、著者に語られたとされるほら話や物語も含まれている。その中には、殺人犯が指紋で特定されるという複雑でメロドラマ的な殺人事件の物語もある。[132]トウェインの1893年出版の小説『プッデンヘッド・ウィルソン』には、指紋の特定をめぐる法廷ドラマが含まれている。
犯罪小説
犯罪小説における指紋の使用は、もちろん現実の捜査での使用と足並みを揃えています。サー・アーサー・コナン・ドイルは、有名な探偵シャーロック・ホームズについて、指紋を題材にした短編小説を書きました。「ノーウッドの建築家」は 1903 年の短編小説で、1894 年を舞台にしており、血まみれの指紋が発見され、ホームズが真犯人を暴き、依頼人を解放する助けとなります。
イギリスの探偵作家R. オースティン フリーマンの最初のソーンダイク小説『赤い拇印』は 1907 年に出版され、金庫の中にあるダイヤモンドの小包とともに紙に残された血のついた指紋が描かれています。ダイヤモンドが盗まれた後、紙の指紋と一致する被告人を弁護するソーンダイク博士が、これらを中心として法医学的捜査を行います。
映画とテレビ
テレビシリーズ「ボナンザ」（1959年～1973年）では、中国人の登場人物ホップ・シンが指紋に関する知識を駆使してリトル・ジョーを殺人容疑から救い出す。
1997年の映画「メン・イン・ブラック」では、エージェントJは金属球に手を当てて10本の指紋を消す必要がありましたが、これはMIB機関がエージェントの身元を隠すために必要だとみなした行為でした。
2009 年の SF 映画「Cold Souls 」では、魂を密輸するラバが空港のセキュリティ ターミナルを混乱させるためにラテックスの指紋を付けています。彼女はウィッグとラテックスの指紋を変えるだけで身元を変えることができます。
参照
- アーダール
- カードリーダー § 生体認証、アクセス制御における生体認証技術
- 眼静脈の検証
- 指静脈認識
- 指紋認証コンテスト
- フットプリント
- 虹彩認識
- 医療用超音波検査
- 圧電性
- シャーリー・マッキー、誤認された指紋
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外部リンク
ウィキメディア・コモンズの指紋関連メディア- 「指紋」。Merriam -Webster.com 辞書。Merriam-Webster。
- インターポール指紋研究
- 米国国立標準技術研究所における指紋の研究と評価。