outline - university of urbino · 2008. 5. 15. · • invecchiamento, diverse espressioni facciali...

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Sistemi BiometriciSistemi Biometrici

BIOLAB BIOLAB -- BiometricBiometric System LabSystem Lab

UniversitUniversitàà di Bologna di Bologna (( Web site: http://Web site: http://biolab.csr.unibo.itbiolab.csr.unibo.it ))

Sistemi BiometriciSistemi Biometrici 2

OutlineOutline

Riconoscimento di persone e biometriaRiconoscimento di persone e biometria

Sistemi biometrici: definizioneSistemi biometrici: definizione

Sistemi basati su volto e impronte digitaliSistemi basati su volto e impronte digitali

Panoramica sulle caratteristiche biometrichePanoramica sulle caratteristiche biometriche

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Riconoscimento di personeRiconoscimento di personeEsempi di richieste che emergono abitualmente in organizzazioni pubbliche e private:

• Questa persona è autorizzata a entrare in questa struttura?

• Questo individuo ha il permesso di accedere a queste informazioni?

• Questa persona ha già presentato in precedenza una domanda d’assunzione?

Come riconoscere una persona?3.14159

Qualcosa che l’utenteCONOSCE

Qualcosa che CONTRADDISTINGUEl’utente

Qualcosa che l’utentePOSSIEDE


Qualcosa che lQualcosa che l’’utente utente POSSIEDEPOSSIEDE

MagneticMagnetic card, chip card, ...card, chip card, ...• una chiave d’accesso che autorizza il possessore a

effettuare un’operazione (es. carta bancomat)

Le carte di credito possono essere rubate dalla buchetta delle lettere!Le carte di credito possono essere rubate dalla buchetta delle lettere!

Problemi– possono essere rubate

– possono essere prestate– possono essere copiate– in realtà il sistema autentica l’oggetto, non il

possessore!

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Qualcosa che lQualcosa che l’’utente utente CONOSCECONOSCEPassword, PINPassword, PIN

• un’informazione facile da ricordare

facile da indovinare

Su www.NYTimes.com site, 1000 utenti ogni giorno dimenticano la loro passwordSu www.NYTimes.com site, 1000 utenti ogni giorno dimenticano la loro password

Gli hackers riescono tipicamente a indovinare piùdel 30% delle password di una reteGli hackers riescono tipicamente a indovinare piùdel 30% delle password di una rete

Problemi:– Può essere rubata, spiata e

suscettibile ad attacchi da parte di hackers

– facile da condividere– le password vengono

spesso dimenticate


Qualcosa che CONTRADDISTINGUE lQualcosa che CONTRADDISTINGUE l’’utenteutente

LL’’uso di caratteristiche biometriche rappresenta uso di caratteristiche biometriche rappresenta la la forma piforma piùù antica di riconoscimento:antica di riconoscimento:

• Volto• Voce• Impronta• Firma

• “You are your authenticator”(Schneier, Secrets and Lies: Digital Security in a Networked World)

• Una grandezza biometrica viene descritta come una caratteristica fisiologica o comportamentale che possa essere misurata e successivamente identificata al fine di attestare l’identità di una persona.

Biometrics is the science and technology of authentication (i.e. establishing the identity of an individual) by measuring the subject person’s physiological or behavioral features. The term is derived from the Greek words “bios” for life and “metron” for measure.

From Wikipedia, the free encyclopedia.

Biometrics is the science and technology of authentication (i.e. establishing the identity of an individual) by measuring the subject person’s physiological or behavioral features. The term is derived from the Greek words “bios” for life and “metron” for measure.

From Wikipedia, the free encyclopedia.

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StoriaStoriaI reperti piI reperti piùù antichiantichi

• Graffiti che mostrano mani con le linee delle impronte enfatizzate

• Impronte digitali impresse nella creta in antichi reperti cinesi

PionieriPionieri• Nel 1686, Marcello Malpighi, professore di anatomia

all’Università di Bologna, annotò nei suoi scritti la presenza di linee, spirali e loop nelle impronte.

• Dr. Henry Faulds pubblicò un articolo (Nature, Ottobre 28,1880) suggerendo che le impronte potevano essere utilizzate per la "scientific identification of criminals“.

• Alphonse Bertillon sviluppò un sistema per il riconoscimento dei criminali. In 1883 Bertillon identificò il primo criminale abituale usando il suo nuovo sistema di misurazioni biometriche.


Storia: il sistema Storia: il sistema BertillonBertillon

La scheda in cui registrare le informazioni

Caliper compassSliding compassAltri strumenti

Il sistema Il sistema BertillonBertillon si basava sulla misura delle dimensioni di certe parti del si basava sulla misura delle dimensioni di certe parti del corpo. Queste misure erano studiate in modo tale che, in teoria,corpo. Queste misure erano studiate in modo tale che, in teoria, potessero potessero identificare univocamente ogni persona e non cambiassero duranteidentificare univocamente ogni persona e non cambiassero durante il corso il corso della vita adulta.della vita adulta.

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Riconoscimento biometricoRiconoscimento biometricoCon il termine “riconoscimento biometrico” si fa riferimento all’uso di caratteristiche fisiologiche o comportamentali distintive per il riconoscimento automatico di individui.

comportamentalicomportamentali

firma, voce, stile di battitura, ...

fisiologichefisiologiche

impronta, mano, iride, retina, volto, dna,...

Nota: probabilmente tutte le caratteristiche biometriche sono in realtàuna combinazione di caratteristiche fisiologiche e comportamentali e non dovrebbero essere classificate in maniera esclusiva come appartenenti a una delle due categorie.


Vantaggi dellVantaggi dell’’uso di caratteristiche biometricheuso di caratteristiche biometricheLe password o i Le password o i tokentoken utilizzati per lutilizzati per l’’identificazione sono metodiidentificazione sono metodidi autenticazione di autenticazione ““innaturaliinnaturali””!!

• Non possono attestare con sicurezza l’identità della persona, ma semplicemente garantire che l’utente sia a conoscenza di un’informazione o possegga un determinato oggetto.

Le caratteristiche biometriche sono il metodo di autenticazione Le caratteristiche biometriche sono il metodo di autenticazione ““naturalenaturale””

• VantaggiLe caratteristiche biometriche non possono essere perse, prestate, rubate o dimenticateSolo le caratteristiche biometriche possono garantire la reale presenza della persona

• SvantaggiNon garantiscono un’accuratezza del 100%Esistono utenti che non possono utilizzare alcune tecnologieLe caratteristiche possono mutare nel tempo

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ObiettivoObiettivoRiconoscimento di persone attraverso tecniche non Riconoscimento di persone attraverso tecniche non intrusive, con costi e sicurezza appropriati per la intrusive, con costi e sicurezza appropriati per la particolare applicazione.particolare applicazione.

Qual è il sistema

biometrico ideale per il

controllo degli accessi?


Campi dCampi d’’applicazioneapplicazioneControllo accessi, controllo risorse, controllo presenze,

sorveglianza ambientale

Identificazione agli aeroporti

o alle frontiere

Login al computer,

transazioni sicure,

commercio elettronico

Carta d’identità, servizi

sociali, votazioni,

identificazione di criminali

…

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ModalitModalitàà di riconoscimentodi riconoscimento

Verifica (Autenticazione): Sono chi dichiaro di essere?Sono chi dichiaro di essere?• Confronto uno a uno al fine di determinare se l’identità dichiarata

dall’utente è vera o no

Identificazione: Chi sono?Chi sono?• Confronto uno a molti al fine di

stabilire l’identità dell’individuo


Architettura di un sistema biometricoArchitettura di un sistema biometrico

Biometriccharacteristic SensorSensor A/DA/D Feature

extractorQualitycheckerQualitychecker Template

storageTemplatestorage

ComputerEnrollment Biometrictemplate

Biometriccharacteristic SensorSensor A/DA/D Matcher

(1 match) Templatestorage

Templatestorage

ComputerVerification Biometrictemplate

Featureextractor

True / False Claimedidentity

Biometriccharacteristic SensorSensor A/DA/D

Matcher(N matches) Template

storageTemplatestorage

ComputerIdentification N biometrictemplates

Featureextractor

User’s identity or“user not identified”

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TemplateTemplate

DefinizioneDefinizione• Dati caratteristici e codificati ottenuti

dalle feature uniche di un dato biometrico

Un elemento fondamentale di un sistema biometricoUn elemento fondamentale di un sistema biometrico• Per il matching vengono utilizzati i template, non gli esempi• Quantità di dati inferiore rispetto agli esempi (es. 1/100, 1/1000)• Un template “non dovrebbe permettere di ricostruire” un esempio

valido• La dimensione favorisce la criptatura e la memorizzazione su più

supporti• Template diversi vengono generati ogni volta che un individuo

fornisce un esempio biometrico


MatchingMatchingI sistemi biometrici I sistemi biometrici non forniscono non forniscono un match al 100%un match al 100%

Il risultato del match (Il risultato del match (““punteggiopunteggio””) viene confrontato con una ) viene confrontato con una soglia soglia prefissataprefissata, per prendere la decisione finale (, per prendere la decisione finale (““matchmatch”” o o ““no matchno match””))

Soglia=0.5, Punteggio=0.9 Soglia=0.5, Punteggio=0.6 Soglia=0.5, Punteggio=0.3

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VariabilitVariabilitàà intraintra--classeclasse


SimilaritSimilaritàà interinter--classeclasseDue persone diverse possono avere lo stesso aspettoDue persone diverse possono avere lo stesso aspetto

Gemelli Padre e figlio

www.marykateandashley.com news.bbc.co.uk/hi/english/in_depth/americas/2000/us_elections

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Rumore nei dati acquisitiRumore nei dati acquisiti


VoltoVolto

Una delle caratteristiche biometriche piUna delle caratteristiche biometriche piùù accettateaccettate• È uno dei metodi di riconoscimento utilizzati più comunemente

dagli esseri umani• L’acquisizione del volto è un’operazione non intrusiva

Un problema di riconoscimento molto difficileUn problema di riconoscimento molto difficile• Invecchiamento, diverse espressioni facciali• Variazioni nell’ambiente (es. sfondo complesso, illuminazione)• Variazioni nella posizione del volto rispetto alla telecamera

Non rappresenta la scelta migliore per applicazioni che Non rappresenta la scelta migliore per applicazioni che richiedono un elevato grado di sicurezzarichiedono un elevato grado di sicurezza

• La tecnologia attuale non ha ancora raggiunto un grado di accuratezza comparabile ad altre caratteristiche biometriche

• Bassa resistenza agli attacchi

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Riconoscimento del volto: applicazioniRiconoscimento del volto: applicazioni•• Video sorveglianza automatica Video sorveglianza automatica

(aeroporti, super (aeroporti, super bowlbowl) )

•• Controllo accessiControllo accessi

•• Identificazione da foto Identificazione da foto segnaletichesegnaletiche

•• Comunicazioni multimediali Comunicazioni multimediali (es. facce sintetiche) (es. facce sintetiche)

•• HumanHuman computer interface computer interface (HCI), es. controllo attivit(HCI), es. controllo attivitààautomobilistiautomobilisti

Video sorveglianza: Super Video sorveglianza: Super BowlBowl Face Face ScanScan

http://www.merl.com/projects/driverhead


Localizzazione del voltoLocalizzazione del volto

sfondo semplice / sfondo complessosfondo semplice / sfondo complesso condizioni dcondizioni d’’illuminazione illuminazione differentidifferenti

rotazionirotazioni scale diverse (distanza dalla telecamera)scale diverse (distanza dalla telecamera)

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Approcci al riconoscimento del voltoApprocci al riconoscimento del voltoMetodi basati su immagini 2DMetodi basati su immagini 2D


Approcci al riconoscimento del voltoApprocci al riconoscimento del voltometodi basati sullmetodi basati sull’’uso di modelli 3Duso di modelli 3D

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Approcci al riconoscimento del voltoApprocci al riconoscimento del voltoHome Home environmentenvironment


Volto o impronta?Volto o impronta?

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ImpronteImpronteVantaggi

• Elevato potere discriminante e unicità• Non mutano nel corso della vita di una persona

(anche se possono variare temporaneamente a causa di tagli e abrasioni)

• Pubblicamente riconosciute come affidabili• Gemelli identici hanno impronte diverse

Svantaggi• Sporcizia sul sensore o sul dito può

compromettere il riconoscimento• Alcune persone presentano impronte di bassa

qualità intrinseca• Associazione con “criminalità”


MacroMacro-- e e micromicro--caratteristichecaratteristiche delle improntedelle impronte

Un’impronta è composta da un insieme di linee (ridge line), che scorrono principalmente parallele, creando un pattern (ridgepattern)

Un’impronta è composta da un insieme di linee (ridge line), che scorrono principalmente parallele, creando un pattern (ridgepattern)

Talvolta le ridge line producono macro-singolarità locali, chiamate whorl (O), loop (U) e delta (D)

Talvolta le ridge line producono macro-singolarità locali, chiamate whorl (O), loop (U) e delta (D)

Le minuzie, o caratteristiche di Galton, vengono determinate a partire dalle terminazioni o biforcazioni delle ridge line

Le minuzie, o caratteristiche di Galton, vengono determinate a partire dalle terminazioni o biforcazioni delle ridge line

biforcazione

terminazione

ridge line

whorlwhorl

deltadelta

looploop

core

Il punto più a nord della ridge line più interna

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Anatomia delle impronte digitaliAnatomia delle impronte digitali


Localizzazione di minuzieLocalizzazione di minuzie

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PerchPerchéé il il matchingmatching di impronte di impronte èè coscosìì difficile?difficile?Spostamenti e rotazioni, parziali sovrapposizioni, distorsioni nSpostamenti e rotazioni, parziali sovrapposizioni, distorsioni non on lineari, pressione e condizioni della pelle, rumore, errori lineari, pressione e condizioni della pelle, rumore, errori nellnell’’estrazione di estrazione di featurefeature

scarsa sovrapposizione

elevata distorsione non lineare

condizioni della pelle molto diverse

Coppie di immagini della stessa impronta, che erroneamente non sono state riconosciute come tali dalla maggior parte degli algoritmi sottomessi a FVC2002


Resistenza alla contraffazioneResistenza alla contraffazione•• Con gli opportuni strumenti e la giusta esperienza, Con gli opportuni strumenti e la giusta esperienza, èè possibile possibile

creare un dito finto (silicone, gelatina, ...) a partire da quelcreare un dito finto (silicone, gelatina, ...) a partire da quello vero lo vero o da uno da un’’impronta latente (piimpronta latente (piùù arduo)arduo)

•• A oggi non sembrano esistere soluzioni complete al problema A oggi non sembrano esistere soluzioni complete al problema (anche se alcuni sensori risultano pi(anche se alcuni sensori risultano piùù difficilmente attaccabili di difficilmente attaccabili di altri)altri)

•• Finger Finger alivenessaliveness detection: uno dei settori in cui la ricerca detection: uno dei settori in cui la ricerca scientifica scientifica èè pipiùù attiva negli ultimi anniattiva negli ultimi anni

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BioLab BioLab -- Biometric System LabBiometric System LabUniversitUniversitàà didi BolognaBolognahttp://http://biolab.csr.unibo.itbiolab.csr.unibo.it

outline - university of urbino · 2008. 5. 15. · • invecchiamento, diverse espressioni facciali...

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