Membuka Orb:
Melihat ke dalam Peranti Pengimejan Biometrik Worldcoin

Memandangkan skop misi Worldcoin, kami mendekati segala-galanya dari satu set prinsip asas berdasarkan privasi, kepercayaan dan ketelusan. 

Itulah sebabnya kami tetap komited untuk membuka sumber sebanyak mungkin teknologi yang kami cipta dan gunakan. Kami juga ingin membolehkan orang lain membangun, membina dan mengendalikan peranti serupa yang berintegrasi dengan protokol World ID, dengan matlamat utama untuk mendesentralisasikan sepenuhnya setiap bahagian projek. 

Tujuan catatan ini adalah untuk berkongsi butiran khusus dan substantif mengenai perkakasan yang kami bina. Setelah tiga tahun penyelidikan & pembangunan, kami teruja untuk mempamerkan Orb, menjelaskan secara umum bagaimana ia berfungsi dan mengeluarkan fail kejuruteraan perkakasan yang berkaitan. Kami melihat ini sebagai langkah penting dalam perjalanan kami untuk menjadikan komitmen kami terhadap ketelusan lebih dipercayai oleh komuniti global. 

Sepanjang beberapa bulan akan datang, kami akan menerbitkan lebih banyak artikel yang menerangkan bahagian-bahagian lain dari Orb dan aliran pendaftaran.

Mengapa kami memerlukan perkakasan khusus,
dan mengapa ia mengimbas iris?

Apabila Worldcoin bermula, kami tidak bercadang untuk membangunkan alat fizikal, apatah lagi satu alat yang dibina untuk pengimejan biometrik. Membangunkan perkakasan khusus adalah sukar dan mahal, dan tiada siapa yang mahu melakukannya jika mereka boleh mengelakkannya. Sebaliknya, matlamat kami adalah untuk mengagihkan token digital baru secara percuma kepada semua orang di dunia sebagai cara untuk membantu mereka mengakses dan menyertai ekonomi global. Hanya selepas membuat kesimpulan bahawa biometrik adalah satu-satunya cara yang realistik untuk mencapai matlamat kami, kami memulakan usaha untuk mencipta Orb. 

Ketahui lebih lanjut tentang inklusi biometrik dan mengapa Worldcoin menggunakannya di sini.

Semasa kami meneroka banyak cara yang berbeza untuk menyelesaikan penentangan sybil dan membuktikan keunikan seseorang, penyelidikan kami menunjukkan bahawa pengimbasan iris menawarkan biometrik paling tepat dengan pengalaman pengguna yang boleh diterima yang telah diuji berjaya pada skala besar. Ini kerana iris mempunyai rintangan penipuan yang kuat dan kekayaan data, yang bermaksud ia boleh digunakan untuk membezakan secara tepat antara berbilion manusia unik. Semakin kaya data penanda biometrik (contohnya, iris), semakin adil dan inklusif sistem tersebut.

Pentingnya, penolakan palsu tidak tetap tetapi meningkat dengan skala. Akhirnya, kebanyakan sistem menemui halangan dan tidak membenarkan sesiapa yang baru untuk menyertai. Ini bermakna bahawa teknologi yang sedia ada dengan data yang kurang kaya seperti FaceID hanya dapat menampung beberapa juta orang sahaja.

Oleh kerana peranti pengimejan iris yang tersedia secara komersial tidak memenuhi keperluan teknologi atau keselamatan kami, kami menghabiskan masa bertahun-tahun untuk mengembangkan peranti kami sendiri bagi membolehkan akses universal kepada ekonomi global dengan cara yang paling inklusif mungkin. Maklumat lebih lanjut boleh didapati di sini.

Repositori perkakasan Orb

Sebagai langkah pertama ke arah sumber terbuka Orb, kami melepaskan semua fail kejuruteraan berkaitan perkakasan untuk versi semasanya dalam repositori kami. Anda boleh memuat turun Eagle (PCBs) untuk melihat fail-failnya dan menggunakan pemapar CAD Autodesk secara percuma. Maklum balas untuk penambahbaikan reka bentuk adalah dialu-alukan dan sangat digalakkan. 

Kami sedar bahawa, dengan mengembangkan Orb, kami memajukan biometrik iris yang terkini. Itulah sebabnya semua fail diterbitkan di bawah lesen yang berpandukan lesen MIT tetapi melarang penggunaan bahan berlesen untuk aplikasi pemantauan serta mana-mana aplikasi lain yang boleh memudaratkan hak individu. 

Baki artikel ini akan melalui pembongkaran Orb, dengan beberapa anekdot kejuruteraan disertakan.

Pembongkaran Orb

Tiga tahun R&D, termasuk satu tahun ujian lapangan skala kecil dan satu tahun peralihan kepada pembuatan berskala besar, telah membawa kepada versi Orb semasa. 

Orb hari ini mewakili keseimbangan tepat antara kelajuan pembangunan, kekompakan, pengalaman pengguna, kos dan pengeluaran pada skala besar dengan kompromi yang minima dibuat pada kualiti pengimejan dan keselamatan. Mungkin akan ada versi masa depan yang dioptimumkan lebih lanjut. Walau bagaimanapun, versi semasa mewakili satu peristiwa penting yang membolehkan kami meningkatkan bilangan Orb di lapangan.

Kini kami akan membawa anda melalui beberapa butiran kejuruteraan yang paling penting mengenai Orb, serta cara sistem pengimejan berfungsi. Untuk tujuan keselamatan, kami hanya akan secara eksplisit meninggalkan mekanisme pengesanan gangguan yang bertujuan menangkap percubaan pencerobohan.

Menanggalkan Cengkerang

Apabila menanggalkan cengkerang, papan utama, sistem optik dan sistem penyejukan menjadi kelihatan. Kebanyakan sistem optik tersembunyi dalam penutup yang, bersama-sama dengan cengkerang, membentuk persekitaran kalis habuk dan air untuk membolehkan penggunaan jangka panjang walaupun dalam persekitaran yang mencabar.

Apa yang anda lihat adalah peranti yang telah diperhalusi melalui beberapa iterasi prototaip dan reka bentuk untuk pembuatan (DFM).

Mekanik

Sebaik sahaja cangkerang dikeluarkan, Orb boleh dibahagikan kepada empat bahagian teras: 

• Depan: Sistem optikal
• Tengah: Papan utama memisahkan peranti kepada dua hemisfera (nota: kecondongannya adalah tepat 23.5°, yang bersamaan dengan kecondongan paksi putaran bumi)
• Belakang: Unit pengkomputeran utama serta sistem penyejukan aktif 
• Bawah: Bateri boleh tukar

Kami menguji prototaip pertama kami di luar makmal seawal mungkin. Sudah tentu, ini mengajar kami banyak pengajaran, termasuk:

Sistem Optik

Dengan prototaip pertama, pengalaman mendaftar adalah sangat sukar. Selama setahun, kami menaik taraf sistem optik dengan autofokus dan penjejakan mata supaya penjajaran menjadi mudah apabila seseorang berada dalam jarak lengan dari Orb.

Bateri

Tiada bateri yang kami cuba boleh bertahan sepanjang hari dengan satu cas. Jadi kami membina bateri boleh tukar khas berdasarkan sel Li-Ion 18650—bentuk yang sama seperti sel yang digunakan dalam Tesla Model S. Bateri terdiri daripada 8 sel dengan voltan nominal 3.7V dalam konfigurasi 2P4S (14.8V) dengan kapasiti hampir 100Wh, yang merupakan had yang ditetapkan oleh peraturan berkaitan logistik. Sekarang tiada had untuk masa aktif Orb.

Cangkerang

Lapisan cangkerang kadang-kadang merosot dalam penggunaan pegangan tangan. Oleh itu, kami menambah cangkerang jernih 2mm untuk mengoptimumkan visual serta melindungi lapisan krom daripada calar dan haus yang lain. 

UX LEDs

Untuk membuat pengalaman pengguna lebih intuitif, terutama dalam persekitaran yang bising di mana seseorang mungkin tidak dapat mendengar maklum balas bunyi, kami menambah cincin LED untuk membantu membimbing orang melalui proses pendaftaran. Begitu juga, kami mendedahkan LED status di sebelah satu-satunya butang pada Orb untuk menunjukkan keadaan semasanya. 

Bagaimana Sistem Optik Berfungsi

Ujian lapangan awal kami mengajar kami bahawa pengalaman pengesahan perlu lebih mudah daripada yang kami jangkakan. 

Untuk melakukan ini, kami mula-mula bereksperimen dengan banyak pendekatan yang menampilkan cermin yang membolehkan orang menggunakan pantulan mereka untuk selari dengan sistem pengimejan Orb. Walau bagaimanapun, reka bentuk yang berfungsi dengan baik di makmal dengan cepat rosak di dunia nyata. 

Kami akhirnya membina sistem dua kamera yang menampilkan kamera sudut lebar dan kamera telefoto dengan sudut pandang boleh laras ~5° melalui gimball 2D. Ini meningkatkan volum spatial di mana pendaftaran boleh disiapkan dengan berjaya dengan beberapa peringkat magnitud, dari kotak kecil 20x10x5mm untuk setiap mata kepada kon besar.

Kamera sudut lebar menangkap adegan, dan jaringan neural meramalkan lokasi kedua-dua mata. Melalui inferens geometri, kami mengarahkan bidang pandang kamera telefoto ke lokasi mata untuk menangkap imej resolusi tinggi iris, yang kemudiannya diproses oleh Orb menjadi pengenal pasti unik.

Ketahui lebih lanjut mengenai komitmen kami terhadap privasi di sini.

Selain kesederhanaan, kualiti imej adalah fokus utama. Kami telah menguji banyak produk di pasaran tetapi tidak menemui lensa yang cukup kecil yang memenuhi keperluan pencitraan kami sambil tetap berpatutan. Oleh itu, kami bekerjasama dengan pakar terkenal dalam industri visi mesin untuk membina lensa yang disesuaikan.

Lensa ini  dioptimumkan untuk spektrum inframerah dekat dan mempunyai lensa cecair tersuai bersepadu yang membolehkan autofokus milisaat yang dikawal oleh rangkaian neural. Ia dipadankan dengan sensor shutter global untuk menangkap imej resolusi tinggi tanpa distorsi.

Kamera dan pencahayaan inframerah berdenyut yang sepadan diselaraskan untuk mengurangkan gerakan kabur dan menekan pengaruh cahaya matahari. Dengan ini, Orb mencipta keadaan persekitaran makmal untuk pencitraan, tidak kira lokasinya. Tidak perlu dikatakan lagi, pencahayaan inframerah mematuhi piawaian keselamatan mata (seperti EN 62471:2008). 

Kualiti gambar adalah perkara yang kami tidak pernah berkompromi walau sesukar mana sekalipun. Dari segi resolusi, Orb adalah jauh di atas piawaian industri. Ini menyediakan asas untuk kadar ralat paling rendah yang boleh dicapai, seterusnya memaksimumkan keterangkuman sistem. 

Elektronik

Apabila membongkar Orb lebih lanjut, anda akan menemui beberapa PCB (Papan Litar Bercetak), termasuk PCB depan yang mengandungi semua pencahayaan, PCB keselamatan untuk pengesanan pencerobohan dan PCB jambatan yang menghubungkan PCB depan dengan PCB terbesar: papan induk.

Papan induk bertindak sebagai papan pembawa khusus untuk Nvidia Jetson Xavier NX SoM yang memberi kuasa kepada Orb. Selain Jetson, komponen utama lain yang “disambungkan” adalah SSD M.2 250GB. SSD boleh digunakan untuk menyimpan sementara imej untuk pemeliharaan data sukarela dan pengumpulan data imej. Imej dikenkripsi secara tidak boleh diterbalikkan dengan kunci awam dari pelayan supaya, dalam kes yang tidak mungkin berlaku bahawa Orb dikompromi, tiada data akan terdedah. Sumbangan data adalah pilihan dan penghapusan data boleh diminta pada bila-bila masa melalui aplikasi. 

Selanjutnya, mikropengawal STM32 mengawal periferal kritikal masa, urutan kuasa, dan but Jetson. Orb dilengkapi dengan Wi-Fi 6 dan LTE pilihan untuk membolehkan sambungan yang lancar serta modul GPS untuk mencari Orb dan mencegah penyalahgunaan. Akhirnya, pemacu lensa cecair 12 bit membolehkan kawalan fokus lensa telefoto dengan ketepatan 0.4mm.

Papan PCB yang paling padat bagi Orb adalah papan PCB hadapan. Ia terutamanya terdiri daripada LED. LED RGB paling luar menyediakan kuasa kepada "cincin LED UX." Lebih ke dalam, terdapat 79 LED inframerah dekat dengan panjang gelombang yang berbeza. Orb menggunakan LED 740nm, 850nm dan 940nm untuk menangkap imej multispektral iris bagi menjadikan algoritma keunikan lebih tepat dan mengesan penipuan.

PCB depan juga menempatkan beberapa sensor pengimejan multispektrum. Yang paling asas adalah kamera sudut lebar, yang digunakan untuk mengarahkan kamera iris telefoto. Memandangkan kami memberikan bahagian percuma Worldcoin kepada setiap orang yang memilih untuk mendaftar melalui Orb, insentif untuk penipuan adalah tinggi. Oleh itu, kami menyertakan sensor pengimejan tambahan untuk tujuan pencegahan penipuan.  

Apabila mereka bentuk sistem pencegahan penipuan, kami bermula dari prinsip asas: ciri-ciri yang boleh diukur yang dimiliki oleh manusia? Dari situ, kami bereksperimen dengan banyak sensor berbeza dan akhirnya berkumpul kepada satu set yang termasuk kamera sudut lebar inframerah dekat, kamera masa penerbangan 3D dan kamera haba. Sistem ini direka bentuk untuk membolehkan privasi maksimum, jadi algoritma pencegahan penipuan berdasarkan input daripada sensor tersebut dijalankan secara tempatan. Tiada imej yang pernah meninggalkan peranti melainkan seseorang secara eksplisit meminta untuk menyandarkan data mereka untuk kemas kini masa depan dan bersetuju untuk membantu kami memperbaiki sistem untuk semua orang.

Apa Seterusnya

Dalam kiriman ini, kami mendedahkan dan menerangkan banyak komponen terpenting Orb dan memautkan kepada fail kejuruteraan yang berkaitan. Kami melihat ini sebagai langkah penting ke arah menunjukkan komitmen kami terhadap privasi, kepercayaan dan ketelusan. Seperti yang dinyatakan di awal, kami berdedikasi untuk menjadikan sebanyak mungkin teknologi kami sebagai sumber terbuka dan akhirnya mendesentralisasi sepenuhnya projek ini. 

Pembuatan generasi terbaru Orbs sudah berjalan dengan baik di Jerman, serta pengedarannya kepada Pengendali Worldcoin baru di bandar-bandar di seluruh dunia. Malah, mereka sudah membantu Worldcoin mencapai lebih dari satu juta pendaftaran—satu pencapaian penting dalam menyediakan akses universal kepada ekonomi global.