Otwarcie Orb:
Spojrzenie wewnątrz biometrzycznego urządzenia obrazującego Worldcoin

Biorąc pod uwagę zakres misji Worldcoin, podchodzimy do wszystkiego z zestawem założeń opartych na prywatności, zaufaniu i przejrzystości. 

Dlatego pozostajemy zaangażowani w otwieranie kodu źródłowego tak dużej części technologii, którą tworzymy i używamy, jak to możliwe. Chcemy także umożliwić innym rozwijanie, budowanie i obsługę podobnych urządzeń, które integrują się z protokołem World ID, z ostatecznym celem pełnej decentralizacji każdej części projektu. 

Intencją tego posta jest podzielenie się konkretnymi, rzeczowymi szczegółami na temat sprzętu, który budujemy. Po trzech latach badań i rozwoju, jesteśmy podekscytowani, że możemy zaprezentować Orb, wyjaśnić na wysokim poziomie, jak działa, oraz opublikować odpowiadające pliki inżynierii sprzętu. Postrzegamy to jako ważny krok na naszej drodze do uczynienia naszego zaangażowania w przejrzystość bardziej wiarygodnym dla globalnej społeczności. 

W ciągu nadchodzących miesięcy opublikujemy więcej artykułów wyjaśniających inne części Orba i proces rejestracji.

Dlaczego potrzebowaliśmy niestandardowego sprzętu,
i dlaczego skanuje on tęczówkę?

Kiedy zaczynaliśmy Worldcoin, nie mieliśmy zamiaru opracować fizycznego urządzenia, a tym bardziej takiego przeznaczonego do obrazowania biometrycznego. Budowanie niestandardowego sprzętu jest trudne i kosztowne, i nikt nie chce tego robić, jeśli może tego uniknąć. Naszym celem było raczej swobodne dystrybuowanie nowego tokena cyfrowego każdemu na świecie, aby pomóc im uzyskać dostęp i uczestniczyć w globalnej gospodarce. Dopiero po stwierdzeniu, że biometria jest jedynym realistycznym sposobem osiągnięcia naszego celu, postanowiliśmy stworzyć Orba. 

Dowiedz się więcej o inkluzji biometrii i dlaczego Worldcoin ich używa tutaj.

Podczas eksploracji wielu różnych sposobów rozwiązania oporności Sybilli i udowodnienia unikalnej osobowości, nasze badania wykazały, że skanowanie tęczówki oferuje najdokładniejsze dane biometryczne przy akceptowalnym doświadczeniu użytkownika, które zostało pomyślnie przetestowane na dużą skalę. Dzieje się tak, ponieważ tęczówka ma silną odporność na oszustwa i bogactwo danych, co oznacza, że może być używana do dokładnego rozróżniania miliardów unikalnych ludzi. Im bardziej bogaty w dane jest wskaźnik biometryczny (np. tęczówka), tym bardziej sprawiedliwy i inkluzywny jest system.

Co ważne, fałszywe odrzucenia nie są stałe, ale zwiększają się wraz ze skalą. W końcu większość systemów osiąga limit i nie pozwala nikomu nowemu dołączyć. Oznacza to, że istniejące technologie z mniejszą bogactwem danych, takie jak FaceID, byłyby w stanie obsłużyć tylko kilka milionów osób.

Ponieważ komercyjnie dostępne urządzenia do obrazowania tęczówki nie spełniały naszych potrzeb technologicznych ani bezpieczeństwa, spędziliśmy lata na opracowywaniu własnych, aby umożliwić uniwersalny dostęp do globalnej gospodarki w najbardziej inkluzyjny sposób możliwy. Więcej szczegółów można znaleźć tutaj.

Repozytorium sprzętu Orb

Jako pierwszy krok w kierunku otwartego pozyskiwania Orb, udostępniamy wszystkie istotne, związane ze sprzętem pliki inżynierskie dla jego bieżącej wersji w naszym repozytorium. Możesz pobrać Eagle (PCBs), aby wyświetlić pliki i użyć darmowych przeglądarek CAD Autodesk. Opinie na temat ulepszeń projektowych są mile widziane i bardzo zachęcane. 

Jesteśmy świadomi, że rozwijając Orb, rozwijamy najnowocześniejsze biometrie tęczówki. Dlatego wszystkie pliki są publikowane na licencji opartej na licencji MIT, która jednak zabrania użycia licencjonowanych materiałów do celów nadzoru oraz wszelkich innych aplikacji, które mogłyby być szkodliwe dla praw jednostek. 

Reszta artykułu przeprowadzi szczegółową analizę Orba, z kilkoma anegdotami inżynieryjnymi włącznie.

Rozbiórka Orba

Trzy lata badań i rozwoju, w tym jeden rok testów w małej skali oraz jeden rok przejścia do produkcji na dużą skalę, doprowadziły do obecnej wersji Orba. 

Dzisiejszy Orb reprezentuje precyzyjny balans pomiędzy szybkością rozwoju, kompaktowością, doświadczeniem użytkownika, kosztem oraz produkcją na dużą skalę, przy minimalnych kompromisach w jakości obrazowania i bezpieczeństwie. Prawdopodobnie będą powstawać przyszłe wersje, które będą jeszcze bardziej zoptymalizowane. Jednakże obecna wersja stanowi kluczowy kamień milowy, który pozwala nam zwiększyć liczbę Orbs w terenie.

Teraz przedstawimy niektóre z najważniejszych szczegółów technicznych Orba, a także sposób działania systemu obrazowania. Ze względów bezpieczeństwa wyraźnie pominiemy mechanizmy wykrywania manipulacji, które mają na celu wychwycenie prób włamania.

Zdejmowanie obudowy

Po zdjęciu obudowy widoczne stają się płyta główna, system optyczny oraz system chłodzenia. Większość systemu optycznego jest ukryta w obudowie, która wraz z powłoką tworzy pyło- i wodoodporną środowisko, umożliwiające długotrwałe użytkowanie nawet w trudnych warunkach.

To, co widzisz, to urządzenie, które zostało udoskonalone poprzez liczne iteracje prototypów i projektowanie pod kątem produkcji (DFM).

Mechanika

Po zdjęciu osłony Orb można podzielić na cztery główne części: 

• Przód: Układ optyczny
• Środek: Płyta główna dzieli urządzenie na dwie półkule (uwaga: jej nachylenie wynosi dokładnie 23,5°, co odpowiada nachyleniu osi obrotu Ziemi)
• Tył: Główna jednostka obliczeniowa oraz aktywny system chłodzenia 
• Dół: Wymienialna bateria

Przetestowaliśmy nasze pierwsze prototypy w terenie poza laboratorium tak wcześnie, jak to możliwe. Oczywiście nauczyło nas to wielu rzeczy, w tym:

System optyczny

Przy pierwszym prototypie doświadczenie rejestracji było notoriously difficult. W ciągu roku zmodernizowaliśmy system optyczny o automatyczne ustawianie ostrości i śledzenie oczu, aby wyrównanie stało się trywialne, gdy osoba znajduje się w zasięgu ramienia Orba.

Bateria

Żadna testowana przez nas bateria nie wytrzymałaby pełnego dnia na jednym ładowaniu. Zbudowaliśmy więc niestandardową wymienną baterię opartą na ogniwach Li-Ion 18650—tym samym formacie co ogniwa używane w Tesla Model S. Bateria składa się z 8 ogniw o 3,7V napięciu nominalnym w konfiguracji 2P4S (14,8V) o pojemności bliskiej 100 Wh, co jest limitem narzuconym przez przepisy związane z logistyką. Teraz czas pracy Orba jest nieograniczony.

Obudowa

Powloka skorupy czasami pogarszała się w przypadku użytkowania ręcznego. Dlatego dodaliśmy przezroczystą powłokę o grubości 2mm, aby zoptymalizować wizualizacje oraz chronić chromowaną powłokę przed zarysowaniami i innymi uszkodzeniami. 

Diody LED UX

Aby uczynić doświadczenie użytkownika bardziej intuicyjnym, szczególnie w głośnych środowiskach, gdzie osoba może nie słyszeć dźwiękowych informacji zwrotnych, dodaliśmy pierścień LED, aby pomóc ludziom przejść przez proces rejestracji. Podobnie, wyeksponowaliśmy diody stanu obok jedynego przycisku na Orbie, aby wskazywały jego aktualny stan. 

Jak działa system optyczny

Nasze wczesne testy terenowe nauczyły nas, że doświadczenie weryfikacyjne musi być jeszcze prostsze, niż się spodziewaliśmy. 

Aby to zrobić, najpierw eksperymentowaliśmy z wieloma podejściami, które wykorzystywały lustra pozwalające ludziom na używanie ich odbicia do alignacji z systemem obrazowania Orbów. Jednak projekty, które dobrze działały w laboratorium, szybko zawodziły w prawdziwym świecie. 

Ostatecznie zbudowaliśmy system dwukamerowy z szerokokątną kamerą i teleobiektywem o regulowanym polu widzenia ~5° za pomocą 2D gimbala. To zwiększyło przestrzenny wolumen, w którym można pomyślnie ukończyć rejestrację o kilka rzędów wielkości, od małego pudełka o wymiarach 20x10x5mm dla każdego oka do dużego stożka.

Szerokokątna kamera rejestruje scenę, a sieć neuronowa przewiduje lokalizację obu oczu. Dzięki wnioskowaniu geometrycznemu kierujemy pole widzenia kamery teleobiektywowej na lokalizację oka, aby uchwycić obraz tęczówki w wysokiej rozdzielczości, który jest dalej przetwarzany przez Orba na unikalny identyfikator.

Dowiedz się więcej o naszym zaangażowaniu w ochronę prywatności tutaj.

Poza prostotą, głównym celem była jakość obrazu. Testowaliśmy wiele produktów dostępnych na rynku, ale nie znaleźliśmy wystarczająco kompaktowego obiektywu, który spełniałby nasze wymagania obrazowe i jednocześnie był przystępny cenowo. W związku z tym, nawiązaliśmy współpracę ze znanym specjalistą w branży maszynowej wizji, aby stworzyć dostosowany obiektyw.

Obiektyw  jest zoptymalizowany dla bliskiego zakresu podczerwieni i ma zintegrowany niestandardowy obiektyw ciekły, który umożliwia automatyczne ustawianie ostrości na poziomie milisekund, kontrolowane przez sieć neuronową. Jest sparowany z globalnym sensorem migawki, aby uchwycić obrazy o wysokiej rozdzielczości, bez zniekształceń.

Kamera i odpowiadające jej pulsacyjne podświetlenie podczerwone są zsynchronizowane w celu minimalizacji rozmazania ruchu i tłumienia wpływu światła słonecznego. W ten sposób Orb tworzy warunki laboratoryjne do obrazowania, niezależnie od swojej lokalizacji. Oczywiście, oświetlenie podczerwone jest zgodne z normami bezpieczeństwa dla oczu (takimi jak EN 62471:2008). 

Jakość obrazu była jedyną rzeczą, na którą nigdy nie szliśmy na kompromisy, bez względu na to, jak trudne to było. Pod względem rozdzielczości Orb przewyższa standardy branżowe o rzędy wielkości. To zapewnia podstawę dla najniższych możliwych współczynników błędów, aby z kolei zmaksymalizować inkluzywność systemu. 

Elektronika

Podczas dalszego demontażu Orb znajdziesz kilka PCB (Obwodów drukowanych), w tym przedni PCB zawierający całe oświetlenie, PCB bezpieczeństwa do wykrywania intruzów oraz PCB mostka, który łączy przedni PCB z największym PCB: główną płytą.

Płyta główna działa jako dedykowana płyta nośna dla Nvidia Jetson Xavier NX SoM zasilająca Orba. Oprócz Jetsona, głównym "wpiętym" komponentem jest 250GB dysk M.2 SSD. Dysk SSD może być używany do buforowania obrazów na potrzeby dobrowolnej opieki nad danymi i zbierania danych obrazowych. Obrazy są nieodwracalnie szyfrowane za pomocą klucza publicznego z serwera, dzięki czemu, w mało prawdopodobnym przypadku naruszenia bezpieczeństwa Orba, żadne dane nie zostaną ujawnione. Wkład danych jest opcjonalny, a usunięcie danych może być zażądane w dowolnym momencie za pośrednictwem aplikacji. 

Ponadto, mikrokontroler STM32 kontroluje krytyczne czasowo peryferia, sekwencjonuje zasilanie i uruchamia Jetsona. Orb jest wyposażony w Wi-Fi 6 i opcjonalny LTE, aby umożliwić bezproblemową łączność, a także moduł GPS do lokalizacji Orba i zapobiegania nadużyciom. Na koniec, 12-bitowy sterownik soczewek ciekłych pozwala na kontrolowanie ostrości obiektywu teleobiektywu z precyzją 0,4 mm.

Najgęściej upakowany PCB Orba to przedni PCB. Składa się głównie z diod LED. Zewnętrzne diody RGB zasilają „pierścień LED UX”. Dalej wewnątrz znajdują się 79 bliskoinfraredowych diod LED o różnych długościach fal. Orb używa diod LED 740nm, 850nm i 940nm do rejestrowania wielospektralnego obrazu tęczówki, aby uczynić algorytm wyjątkowości bardziej dokładnym i wykrywać oszustwa.

Przednia płytka PCB zawiera również kilka czujników obrazowania wielospektralnego. Najbardziej podstawowym z nich jest szerokokątny aparat, który służy do sterowania teleobiektywem irysowym. Ponieważ dajemy darmową część Worldcoin każdej osobie, która zdecyduje się zarejestrować przez Orb, motywacje do oszustw są wysokie. Dlatego uwzględniliśmy dodatkowe czujniki obrazowania w celach zapobiegania oszustwom.  

Podczas projektowania systemu zapobiegania oszustwom, zaczęliśmy od podstawowych zasad: jakie mierzalne cechy mają ludzie? Od tego momentu eksperymentowaliśmy z wieloma różnymi czujnikami i ostatecznie skoncentrowaliśmy się na zestawie, który obejmuje szerokokątną kamerę bliskiej podczerwieni, kamerę 3D typu time of flight oraz kamerę termowizyjną. System został zaprojektowany tak, aby zapewnić maksymalną prywatność, dlatego algorytmy zapobiegania oszustwom oparte na danych z tych czujników działają lokalnie. Żadne obrazy nigdy nie opuszczają urządzenia, chyba że osoba wyraźnie poprosi o wykonanie kopii zapasowej swoich danych do przyszłych aktualizacji i zgodzi się pomóc nam w doskonaleniu systemu dla wszystkich.

Co dalej

W tym poście ujawniliśmy i wyjaśniliśmy wiele z najważniejszych komponentów Orba oraz podaliśmy linki do odpowiednich plików inżynieryjnych. Postrzegamy to jako ważny krok w kierunku demonstrowania naszego zaangażowania w prywatność, zaufanie i przejrzystość. Jak stwierdzono na początku, jesteśmy zaangażowani w otwieranie jak największej części naszej technologii i ostatecznie pełne zdecentralizowanie projektu. 

Produkcja najnowszej generacji Orbs jest już w pełnym toku w Niemczech, jak również ich dystrybucja do nowych Worldcoin Operatorów w miastach na całym świecie. W rzeczywistości, już pomogli Worldcoin przekroczyć milion zapisów—ważny kamień milowy na drodze do zapewnienia powszechnego dostępu do globalnej gospodarki.