Dado o âmbito da missão da Worldcoin, trabalhamos sempre com base num conjunto de princípios fundamentais alicerçados na privacidade, na confiança e na transparência.
É por isso que continuamos comprometidos o mais possível com a divulgação do código da tecnologia que criamos e usamos. Também queremos capacitar outros a desenvolver, construir e operar dispositivos similares que se integrem com o protocolo World ID, com o objetivo final de descentralizar completamente cada parte do projeto.
A intenção desta publicação é divulgar dados específicos e substantivos sobre o hardware que estamos a construir. Após três anos de P&D, estamos entusiasmados em apresentar o Orb, explicar de forma geral como ele funciona e liberar os arquivos de engenharia de hardware correspondentes. Consideramos que fazê-lo é um passo importante na nossa jornada para tornar o nosso compromisso com a transparência mais fiável para a comunidade global.
Nos próximos meses, publicaremos mais artigos explicando outros partes do Orb e o processo de inscrição.
Porque precisamos de hardware personalizado
e por que digitalizamos a íris?
Quando a Worldcoin começou, não pretendíamos desenvolver um dispositivo físico, muito menos um dispositivo construído para captura de imagens biométricas. Construir hardware personalizado é difícil e dispendioso, e toda a gente evita fazê-lo, se puder. O nosso objetivo era distribuir gratuitamente um novo token digital a todas as pessoas no mundo como uma forma de ajudá-las a aceder à economia global e participar na mesma. Foi somente depois de concluir que a biometria é a única forma realista de alcançar o nosso objetivo que nos propusemos criar o Orb.
Saiba mais sobre a inclusividade da biometria e porque a Worldcoin a usa aqui.
À medida que explorámos muitas formas diferentes de resolver a resistência Sybill e provar a personhood única, a nossa pesquisa mostrou que a digitalização da íris é o método de biometria mais preciso, proporcionando uma experiência de utilizador aceitável que tem que sido testada com sucesso em grande escala. Isto deve-se ao facto de a íris ter uma forte proteção contra fraude e uma grande riqueza de dados, o que significa que pode ser usada para diferenciar com precisão milhares de milhões de seres humanos únicos. Quanto mais rico em detalhes for o marcador biométrico (por exemplo, a íris), mais justo e inclusivo será o sistema.
É importante ressalvar que as falsas rejeições não são constantes, mas que aumentam com a escala. A maioria dos sistemas acaba por chegar a um beco sem saída e não permite que nenhuma pessoa nova entre. Isso significa que as tecnologias atuais com menos riqueza de dados, como o FaceID, são capazes de integrar apenas alguns milhões de pessoas.
Como os dispositivos de imagem da íris disponíveis comercialmente não satisfaziam as nossas necessidades de tecnologia ou segurança, desenvolvemos durante anos os nossos próprios dispositivos para possibilitar o acesso universal à economia global da forma mais inclusiva possível. Podem ser encontrados mais detalhes aqui.
O repositório de hardware do Orb
Como primeiro passo para abrir o código do Orb, divulgamos os ficheiros de engenharia relevantes relacionados com o hardware na sua versão atual no nosso repositório. Podes transferir a Eagle (PCB) para visualizar os ficheiros e usar os visualizadores do Autodesk CAD gratuitamente. Ficaremos muito agradecidos pelos comentários sobre melhorias na conceção.
Estamos cientes de que, ao desenvolver o Orb, estamos a promover biometria da íris de última geração. É por isso que todos os ficheiros são publicados no âmbito de uma licença baseada na licença do MIT, que proíbe o uso dos materiais licenciados para aplicações de vigilância, bem como quaisquer outras aplicações que possam prejudicar os direitos dos indivíduos.
O resto do artigo mostrará o Orb por dentro, incluindo algumas notas de engenharia.
O Orb por dentro
Três anos de I&D, incluindo um ano experimental em pequena escala e um ano de transição para produção em larga escala, levaram à versão atual do Orb.
O Orb atual é um equilíbrio preciso entre velocidade de desenvolvimento, compacidade, experiência do utilizador, custo e produção em larga escala, com cedências mínimas em termos da qualidade das imagens e da segurança. Provavelmente, haverá versões futuras ainda mais otimizadas. No entanto, a versão atual constitui um marco importante que nos permite aumentar o número de Orbs no terreno.
Agora vamos apresentar alguns dos detalhes de engenharia mais importantes do Orb, bem como o funcionamento do sistema captura de imagem. Para fins de segurança, deixaremos explicitamente de fora apenas os mecanismos de deteção de adulteração destinados a detetar tentativas de invasão.
Olhar lá para dentro
Ao retirarmos o invólucro, a placa principal, o sistema ótico e o sistema de refrigeração ficam visíveis. A maior parte do sistema ótico está oculta num gabinete que, juntamente com o invólucro, forma um ambiente resistente à poeira e à água para possibilitar o uso prolongado, mesmo em ambientes difíceis.
O que se vê é um dispositivo que foi refinado por meio de várias iterações de protótipo e design para fabricação (design for manufacturing, DFM).
Fig. 1
Dentro do Orb
O Orb consiste em dois hemisférios separados pela placa principal, que é inclinada em 23.5°—o ângulo do eixo de rotação da terra. A placa principal contém uma poderosa unidade de computação para possibilitar o tratamento local e garantir máxima privacidade. A metade frontal do Orb contém o sistema ótico selado. O sistema óptico consiste em vários sensores multiespectrais para verificar a vivacidade e uma câmera de visão estreita habilitada com gimbal 2D para capturar imagens de alta resolução da íris. O outro hemisfério contém o sistema de refrigeração e também ao altofalantes. Pode inserir-se uma bateria substituível na parte inferior para garantir funcionamento ininterrupto num ambiente móvel.
Mecânica
Uma vez retirado o invólucro, o Orb pode ser dividido em quatro partes principais:
- Frente: o sistema ótico
- Meio: A placa principal separa o dispositivo em dois hemisférios (nota: sua inclinação é exatamente 23.5°, equivalente à inclinação do eixo rotacional da Terra)
- Atrás: a unidade de computação principal e o sistema de refrigeração ativo
- Parte inferior: uma bateria substituível
Fig. 2
Apresentação CAD de todos os componentes relevantes
Com o material do gabinete retirado (por exemplo, o gabinete à prova de poeira do sistema ótico), tornam-se visíveis todos os componentes relevantes do Orb. Tal inclui a lente personalizada, otimizada para imagens de luz infravermelha próxima e foco automático rápido e durável. A frente do sistema ótico é vedada por um filtro ótico para proteção contra a poeira e para minimizar o ruído do espectro visível, com o objetivo de otimizar a qualidade da imagem. Na parte de trás, um componente de plástico no invólucro cromado permite um posicionamento otimizado da antena. O invólucro cromado é coberto por um invólucro transparente para evitar a deterioração gradual do revestimento.
Realizámos um período experimental fora do laboratório dos nossos primeiros protótipos o mais cedo possível. Naturalmente, aprendemos muito, incluindo:
Sistema ótico
Com o primeiro protótipo, a experiência de inscrição era notoriamente difícil. Ao longo de um ano, atualizámos o sistema ótico com foco automático e rastreio ocular, o que garante que o alinhamento se torna trivial quando a pessoa está a um braço de distância do Orb.
Bateria
Nenhuma bateria que experimentámos durava um dia inteiro com uma única carga. Então, construímos uma bateria intercambiável personalizada baseada em células Li-Ion 18650—o mesmo formato das células usadas em um Tesla Model S. A bateria consiste em 8 células com uma voltagem nominal de 3,7V em uma configuração 2P4S (14,8V) com uma capacidade próxima a 100Wh, que é um limite imposto por regulamentos relacionados à logística. Agora não há limite para o tempo de atividade do Orb.
Fig. 3
Bateria substituível personalizada
A bateria personalizada do Orb é feita de células Li-Ion 18650 (as mesmas células usadas em muitos carros elétricos). Com quase 100Wh, a capacidade é otimizada para a vida útil da bateria enquanto cumpre com as regulamentações de transporte. Um conector USB-C torna o processo de recarga conveniente.
Invólucro
Por vezes, o revestimento do invólucro deteriorava-se com a utilização portátil. Portanto, adicionamos uma capa transparente de 2mm tanto para otimizar a aparência quanto para proteger o revestimento cromado de arranhões e outros desgastes.
Experiência de utilizador com LEDs
Para tornar a experiência de utilizador mais intuitiva, especialmente em ambientes barulhentos onde uma pessoa pode não conseguir ouvir os sons emitidos pelo dispositivo, acrescentámos um anel de LED para orientar as pessoas durante o processo de inscrição. Da mesma forma, expusemos os LED de estado ao lado do único botão do Orb para indicar o seu estado atual.
Como funciona o sistema ótico
Os nossos primeiros períodos experimentais ensinaram-nos que a experiência de verificação devia ser ainda mais simples do que tínhamos previsto.
Para tal, experimentámos primeiramente muitas abordagens com espelhos que permitiam que as pessoas usassem o seu reflexo para se alinharem com o sistema de captura de imagem do Orb. No entanto, os modelos que funcionaram bem no laboratório falharam rapidamente no mundo real.
Acabamos construindo um sistema de duas câmeras com uma câmera de ângulo largo e uma câmera telefoto com um campo de visão ajustável de ~5° por meio de um cardan 2D. Isso aumentou o volume espacial em que um cadastro pode ser concluído com sucesso em várias ordens de magnitude, de uma pequena caixa de 20x10x5mm para cada olho até um grande cone.
Fig. 4
Lente telefoto e cardan 2D
O principal sistema de imagem do Orb consiste em uma lente telefoto e um sistema de espelho gimbal 2D, um sensor de câmera com obturador global e um filtro óptico. O espelho móvel aumenta o campo de visão do sistema de câmara em mais de duas ordens de grandeza. A unidade ótica é vedada por um filtro de espectro visível preto que isola a ótica de alta precisão da poeira e transmite apenas a luz infravermelha próxima. O processo de captura da imagem é controlado por diversas redes neurais.
A câmara grande angular regista a cena e uma rede neural prevê a localização dos olhos. Por meio de inferência geométrica, direcionamos o campo de visão da câmara teleobjetiva para a localização de um olho para capturar uma imagem de alta resolução da íris, que é posteriormente processada pelo Orb num identificador exclusivo.
Saiba mais sobre o nosso compromisso com a privacidade aqui.
Além da simplicidade, a qualidade da imagem foi o foco principal. Testámos muitos produtos disponíveis no mercado, mas não encontrámos uma lente suficientemente compacta para satisfazer os nossos requisitos de imagem e que fosse, ainda assim, acessível. Desta forma, estabelecemos uma parceria com um especialista conhecido na indústria de equipamentos de visão automática para construir uma lente personalizada.
A lente é otimizada para o espectro infravermelho próximo e possui uma lente líquida personalizada integrada que permite um foco automático em milissegundos controlado por rede neural. Está associada a um sensor de obturador global para capturar imagens de alta resolução e sem distorção.
Fig. 5, a)
Lente teleobjetiva personalizada
A lente teleobjetiva foi criada a pedido da Orb. O vidro é revestido de modo a otimizar a captura de imagens no espectro infravermelho próximo. Uma lente líquida integrada permite um foco automático durável de milissegundos. A posição da lente líquida é controlada por uma rede neural de modo a otimizar o foco. Para capturar imagens sem desfocagem devido a movimento, o sensor de obturador global é sincronizado com iluminação pulsada.
b) Uma comparação da qualidade da imagem do Orb do Worldcoin com o padrão da indústria mostra claramente os avanços que fizemos em termos de espaço
A câmara e a iluminação infravermelha pulsada correspondente são sincronizadas para minimizar a desfocagem devido a movimento e eliminar a influência da luz solar. Dessa forma, o Orb cria condições de ambiente de laboratório para geração de imagens, independentemente da sua localização. Não é preciso dizer que a iluminação infravermelha está em conformidade com os padrões de segurança ocular (como EN 62471:2008).
A qualidade da imagem foi a única coisa em que nunca cedemos, independentemente da dificuldade. Em termos de resolução, o Orb está muito acima do padrão da indústria. Tal é importante para garantir taxas de erro o mais baixas possíveis, o que, por sua vez, maximiza a inclusão no sistema.
Eletrónica
Se desmontarmos ainda mais o Orb, encontramos várias placas de circuito impresso (Printed Circuit Boards, PCB), incluindo o PCB frontal contendo toda a iluminação, o PCB de segurança para deteção de intrusão e o PCB de ponte que conecta o PCB frontal com o maior PCB: a placa principal.
Fig. 6
A frente da placa principal
A parte frontal da placa principal contém condensadores que alimentam a iluminação pulsada de luz infravermelha próxima (certificada como segura para os olhos). Também existem catalisadores para alimentar a deformação da lente líquida no sistema ótico. Um microcontrolador controla o tempo preciso dos periféricos. Um SSD M.2 criptografado pode ser usado para armazenar imagens para custódia de dados voluntária e coleta de dados de imagens. Essas imagens são protegidas por uma segunda camada de criptografia irreversível por meio da chave pública de um servidor, pelo que, no caso improvável de um Orb ser comprometido, nenhum dado será exposto. A contribuição de dados é opcional e a eliminação de dados pode ser solicitada em qualquer momento por meio da aplicação. Uma abertura para cartão SIM permite conectividade LTE opcional.
Fig. 7
A parte de trás da placa principal
A parte de trás da placa principal contém vários conectores para elementos ativos no sistema ótico. Além disso, um módulo GPS permite a localização precisa do Orbs para fins de prevenção de fraudes. O Orb conta com um módulo Wi-Fi que permite transferir códigos da íris para garantir que cada pessoa se consegue inscrever apenas uma vez. Por fim, a placa principal hospeda um Nvidia Jetson Xavier NX que executa várias redes neurais em tempo real para otimizar a captura de imagem, realizar deteção anti-falsificação local e calcular o código da íris localmente no sentido de maximizar a privacidade.
A placa principal atua como uma placa de transporte personalizada para o Nvidia Jetson Xavier NX SoM que alimenta o Orb. Além do Jetson, o outro componente "plugado" principal é um SSD M.2 de 250GB. O SSD pode ser usado para armazenar imagens em buffer para detenção de dados voluntária e recolhe de dados de imagem. As imagens são criptografadas de forma irreversível com uma chave pública do servidor de modo que, no caso improvável de um Orb ser comprometido, nenhum dado seja exposto. A contribuição de dados é opcional e a eliminação de dados pode ser solicitada em qualquer momento por meio da aplicação.
Além disso, um microcontrolador STM32 controla periféricos críticos no tempo, sequencia energia e inicializa o Jetson. O Orb está equipado com Wi-Fi 6 e LTE opcional para permitir conectividade contínua, bem como um módulo GPS para localizar o Orb e prevenir uso indevido. Finalmente, um driver de lente líquida de 12 bits permite controlar o foco da lente telefoto com uma precisão de 0,4mm.
O PCB mais compactado do Orb é o PCB frontal. É composto principalmente por LED. Os LED RGB mais externos alimentam o “anel de LED UX”. Mais adiante, há 79 LEDs próximos ao infravermelho de diferentes comprimentos de onda. O Orb usa LEDs de 740nm, 850nm e 940nm para capturar uma imagem multiespectral da íris para tornar o algoritmo de exclusividade mais preciso e detectar fraudes.
Fig. 8
Placa de circuito impresso frontal com iluminação infravermelha próxima
O PCB frontal alimenta a iluminação multiespetral, bem como os sensores de prevenção de fraude. A iluminação brilhante (que está certificada como segura para os olhos) é necessária para a captura de imagens de alta qualidade, como num estúdio fotográfico. Os algoritmos de prevenção de fraude que funcionam com base nos sensores multiespetrais foram projetados para evitar falsificação e são executados localmente no Orb para máxima privacidade. Nenhum dado destas imagens é transferido, a menos que tal seja especificamente solicitado por uma pessoa. Os LED circulares no espectro visível na borda do PCB permitem uma reação precisa do utilizador.
O PCB frontal também hospeda vários sensores de imagem multiespetrais. A câmara mais básica é a grande angular, que é usada para direcionar a câmara teleobjetiva da íris. Como estamos a distribuir um free share da Worldcoin a cada pessoa que optar por se inscrever por meio do Orb, os incentivos para a fraude são altos. Portanto, incluímos mais sensores de imagem para fins de prevenção de fraudes.
Ao projetar o sistema de prevenção de fraudes, partimos do raciocínio do primeiro princípio: quais características mensuráveis têm os seres humanos? A partir daí, experimentamos com muitos sensores diferentes e, por fim, convergimos para um conjunto que inclui uma câmera grande angular próxima ao infravermelho, uma câmera de tempo de voo 3D e uma câmera térmica. O sistema foi projetado para possibilitar o máximo de privacidade, sendo os algoritmos de prevenção de fraude baseados na informação gerada por esses sensores executados localmente. Nenhuma imagem sai do dispositivo, a menos que uma pessoa solicite explicitamente a cópia de segurança salvaguarda dos seus dados para atualizações futuras e concorde em ajudar-nos a melhorar o sistema para toda a gente.
O que vem a seguir
Nesta publicação, revelamos e explicamos muitos dos componentes mais importantes do Orb e vinculamo-los aos ficheiros de engenharia correspondentes. Consideramos que se trata de um passo importante para demonstrar o nosso compromisso com a privacidade, a confiança e a transparência. Conforme declarado no início, estamos empenhados em abrir o código da nossa tecnologia tanto quanto possível e, por fim, descentralizar totalmente o projeto.
A produção da última geração do Orb já está em andamento na Alemanha, bem como a respetiva distribuição para novos Operadores da Worldcoin em cidades por todo o mundo. Na verdade, já contribuíram para que Worldcoin ultrapassasse mais de um milhão de inscrições– um marco importante no caminho para proporcionar acesso universal à economia global.
Isenção de responsabilidade
Nota explicativa: A Tools for Humanity (TFH) liderou a pesquisa inicial e o desenvolvimento do protocolo Worldcoin, incluindo o Orb. Este ano, antes do lançamento da rede descentralizada, a organização sem fins lucrativos Worldcoin Foundation ira assumir a responsabilidade de facilitar a participação e o desenvolvimento contínuos do protocolo. A Worldcoin Foundation continuará a apoiar e a fazer crescer a comunidade Worldcoin até que a mesma se torne autossuficiente, enquanto que a TFH apoiará a Fundação, inclusivamente fabricando e transportando os Orbs. Atualmente em beta, a Worldcoin espera ser lançada no primeiro semestre de 2023.