Sistemas Biométricos. 

Sistemas biométricos.  

Un sistema biométrico se ha utilizado para referirse al campo emergente de la tecnología dedicada a la identificación de los individuos sobre la base de sus características fisiológicas o de comportamiento. La autenticación se realiza por medio de algo que la persona es (un rasgo fisiológico personal, como por ejemplo la huella dactilar, iris, rostro, etc.), o algo que la persona genera (un patrón de reconocimiento, como por ejemplo, voz, firma escrita, etc.).

Los métodos tradicionales de autenticación presentan el inconveniente de que no pueden discriminar de maneara fiable entre los individuos legítimos y los impostores; ya que puede ser olvidada o confundida. En cambio, los métodos basados en la autenticación de la identidad por medio de los rasgos físicos de un individuo proporcionan una mayor fiabilidad en la identificación personal, ya que no se pierden, no se olvidan, ni tampoco se pueden compartir. Combinando los dos métodos de autenticación permiten configurar sistemas de identificación personal más fiables.

Las primeras aplicaciones de las técnicas biométricas tuvieron lugar dentro del ámbito legal, particularmente en el ámbito forense. Sin embargo, en las últimas décadas, la expansión tecnológica en nuestra sociedad, ha creado la necesidad de diseñar sistemas auténticos de alta seguridad capaces de identificar a los distintos individuos a partir de sus rasgos biométricos. Cada uno de estos rasgos presenta sus ventajas e inconvenientes dependiendo del escenario en el que se desarrollan las aplicaciones y del grado de fiabilidad requerida.

Esquema de un sistema biométrico.  

Un sistema biométrico es esencialmente un sistema de reconocimiento de patrones, que adquiere los datos biométricos de un individuo, extrae una característica sobresalientes de un conjunto de los datos, se compara esta función, se compara contra el conjunto de características almacenada en la base de datos y ejecuta una acción basada en el resultado de la comparación. Por lo tanto, un sistema biométrico se puede componer por etapas: captura de datos, pre-procesado, una evaluación de la calidad y etapa de extracción de características, un clasificador. [1][2]

Captura de datos: Se toman los datos biofísicos del sujeto. En el cual la toma de los datos depende evidentemente de la técnica biométrica empleada, donde también se pueden encontrar variaciones para la misma técnica biométrica. Esta etapa define la interfaz hombre-máquina y, por  tanto, es esencial para el funcionamiento del sistema biométrico. Un interfaz mal diseñado puede causar un fallo al adquirir los datos biométricos y, en consecuencia, la aceptabilidad del usuario será baja. Por lo tanto una de las partes más importantes en los sistemas biométricos es la captura de los datos, ya que si los datos presentan ruido o están mal capturados el proceso posterior estará afectado y por lo tanto, los porcentajes de reconocimiento se verán afectados.

Pre-procesado: En esta etapa se adecúan los datos capturados para facilitar el tratamiento que tiene que realizar la siguiente etapa. Típicamente, los datos adquiridos se someten a un algoritmo de mejora de la señal con el fin de mejorar su calidad, realizando tareas como reconocer el inicio de una frase, medir el ruido de fondo, hacer una extracción de de bordes en la imagen capturada, localizar muestra, rotarla y ampliarla o reducirla, esto para que se encuentre dentro de los márgenes que reconoce el algoritmo siguiente. Sin embargo, en algunos casos, la calidad de los datos puede ser tan pobre que el usuario se le pide presentar los datos biométricos de nuevo

Extracción de características: A los datos biométricos de entrada se les somete a un pre-procesado y después se realiza la extracción de características sobresalientes discriminatorias extraídas para representar el rasgo subyacente. Para la extracción de características, es en el que se fundamenta la capacidad del sistema de distinguir entre sujetos. Sin embargo, debido a distintas aproximaciones al problema, este bloque puede ser muy distinto, e incluso contradictorio, para la misma técnica, creándose distintos métodos dentro de una misma técnica. Por otro lado, en algunas ocasiones, el desconocimiento sobre las características que se deben extraer, lleva a utilizar técnicas basadas en Redes Neuronales, que mediante entrenamiento de las mismas, se intentan adecuar a los resultados esperados.

Clasificador ó módulo de toma de decisiones: Una vez extraídas las características de la muestra capturada, se han de comparar éstas con las previamente almacenadas, que se denominan “patrón”. Lo más importante del modulo del clasificador, es que no se trata de una comparación binaria (o de igualdad), sino que la variación de las muestras, por variaciones en la captura o leve variación de las características de sujeto, hacen que la comparación dé como resultado una probabilidad de semejanza. Por tanto, para determinar el éxito o fracaso de la comparación, habrá que determinar un umbral en esa probabilidad. La comparación se va a realizar siguiendo los métodos utilizados en Reconocimiento de Patrones.

Características Biométricas.  

Una serie de características biométricas están siendo utilizadas en diversas aplicaciones. Cada rasgo biométrico tiene sus pros y sus contras y, por tanto, la elección de un rasgo biométrico para una aplicación determinada depende de una variedad de problemas, además de su adecuación de resultados. Jain et al., (1999) a identificado siete factores que determinan la adecuación de un físico o un rasgo de comportamiento para ser utilizado en una aplicación biométrica [2][4]. Universalidad: Todo individuo que accederá a la aplicación debe poseer el rasgo biométrico. Unicidad: El rasgo que debe ser lo suficientemente diferente entre los individuos que conforman la población. La permanencia: El rasgo biométrico de un individuo deben ser suficientemente invariable durante un período de tiempo. Un rasgo que cambia de manera significativa con el tiempo no es un sistema biométrico útil. Cuantificación: Debe existir la posibilidad de adquirir y digitalizar el rasgo biométrico con dispositivos adecuados que no causen molestias innecesarias a la persona. Además, los datos adquiridos primas deberían ser susceptibles de tratamiento con el fin de extraerlos conjuntos representativos de características. Rendimiento: La precisión en el reconocimiento y los recursos necesarios para lograr que la precisión debe cumplir con las restricciones impuestas por la aplicación. Aceptación: Los individuos en la población que utilizarán la aplicación, deben estar dispuestos a presentar su rasgo biométrico para el sistema. Fiabilidad: El rasgo permite una robustez del sistema frente a los métodos para burlar el sistema.

Funcionamiento en modo Identificación.  

En este modo de operación el sistema debe decidir a qué patrón biométrico de los que están dentro de la base de datos, si existe alguno o corresponde al patrón extraído del individuo que accede al sistema. Es decir, cuando un individuo accede al sistema no se identifica, si no que demanda al sistema ser identificado. Para tomar esta decisión el sistema deberá comparar el patrón del individuo que accede con todos los patrones de los usuarios almacenados en su base de datos [1][2][4]. Este proceso puede efectuarse de dos maneras:

Identificación en conjunto cerrado: como resultado del proceso de comparación el sistema asigna la identidad demandada a uno de los posibles usuarios del sistema, y devuelve, por lo tanto, el identificador de patrón de la base de datos que obtiene mayor semejanza en la comparación.

Identificación en conjunto abierto: en este caso, el sistema contempla la posibilidad de que el individuo que demanda ser identificado pueda no ser usuario del sistema, y por tanto como resultado del proceso, se puede producir una no correspondencia con ninguno de los patrones almacenados en la base de datos.

Funcionamiento en modo de Verificación.  

Cuando el sistema biométrico funciona de modo de verificación, el individuo que accede al sistema se identifica (reclama una identidad), y es el sistema el que se encarga de verificar si la identidad reclamada es verdadera o falsa. En este caso se da respuesta a la formulación, por parte del individuo, ¿soy yo quien afirmo ser? Para ello, el sistema extrae el patrón biométrico del individuo que reclama la identidad y la compara con el patrón correspondiente a dicha identidad (y que previamente se ha guardado en la base de datos). Si el grado de semejanza, obtenido entre el patrón adquirido y el patrón almacenado, supera un determinado umbral de decisión, se tiene como verdadera la identidad declarada, el individuo es considerado usuario legítimo y, por tanto es aceptado por el sistema. En caso contrario la identidad declarada se toma como falsa, el individuo es considerado como impostor y es rechazado por el sistema [1][2][4]. En este caso, los errores que el sistema puede cometer durante el funcionamiento en modo de verificación son: Error de falsa aceptación (FAR): el sistema decide que el patrón almacenado corresponde a la identidad declarada por el patrón de entrada, cuando en realidad no lo es, aceptando a un individuo impostor. Error de falso rechazo (FRR): en este caso, el sistema decide que el patrón almacenado no corresponde a la identidad declarada por el patrón de entrada, cuando en realidad si lo es, rechazando al legítimo. El rendimiento de un sistema de autenticación biométrica puede ser medido con el error de falsa aceptación (FA), Ecu. (1) ó con el error de falso rechazo (FR), Ecu. (2). Que están definidas como:

       [2.1 1]  

        [2.1 2] 

Una perfecta autenticación de un sistema biométrico debe tener un FRR=0 y un FAR=0 que es un poco inalcanzable en la realidad. Esto es también interesante que cualquiera de los dos valores FRR y FAR puedan ser reducidos a un pequeño número arbitrario, con el inconveniente de incrementar el otro valor.

Otro interesante valor es el Tasa de error total (TER), que está definida por:

 

           [2.1 3] 

En este punto es importante destacar el hecho de que estas medidas podrían ser desviadas por uno o ambos tipos de errores (FAR o FRR) dependiendo sólo en el número de accesos que se han utilizado en la obtención de estos errores respectivos. Esto significa que la TER siempre estará más cerca de ese tipo de error que se ha obtenido con el mayor número de accesos. La FAR y la FRR son funciones del grado de seguridad deseado. En efecto, usualmente el resultado del proceso de identificación o verificación será un número real normalizado en el intervalo [0, 1], que indicará el "grado de parentesco" o correlación entre la característica biométrica proporcionada por el usuario y la(s) almacenada(s) en la base de datos. Si, por ejemplo, para el ingreso a un recinto se exige un valor alto para el grado de parentesco (un valor cercano a 1), entonces pocos impostores serán aceptados como personal autorizado y muchas personas autorizadas serán rechazadas. Por otro lado, si el grado de parentesco requerido para permitir el acceso al recinto es pequeño, una fracción pequeña del personal autorizado será rechazada, mientras que un número mayor de impostores será aceptado

 Figura 1 Gráfica típica de la tasa falso rechazo (FRR) y la de falsa aceptación (FAR), como funciones del umbral de la 

aceptación u para el sistema biométrico. 

La figura 1 muestra una gráfica típica de la FRR y la FAR como funciones de u. En esta figura puede apreciarse un umbral de aceptación particular, denotado por u*, donde la FRR y la FAR toman el mismo valor. Este valor recibe el nombre de tasa de error de intersección (cross-over error rate) y puede ser utilizado como medida única para caracterizar el grado de seguridad de un sistema biométrico. En la práctica, sin embargo, es usual expresar los requerimientos de desempeño del sistema, tanto para verificación como

para identificación, mediante la FAR. Usualmente se elige un umbral de aceptación por reducir la FAR, en desmedro del aumento de la FRR.

ovilidad. Así, la biométrica está siendo cada vez incorporada en varias plicaciones diferentes [2]. Estas aplicaciones pueden ser categorizadas dentro de tres

ernet, uso de cajero automático o tarjeta de crédito, control de acceso físico, teléfono móvil, PDA, la

e ternos en una institución correccional, licencia de conducir, la seguridad social, el

• Aplicaciones forenses como la investigación de cadáver en identificación criminal, n de la paternidad, etc.

o muy alta [6]. Múltiples huellas

debajo de u* con el objeto de 

Aplicaciones Biométricas.  

La necesidad de técnicas fiables de autenticación de usuarios se ha incrementando a raíz de las crecientes preocupaciones sobre la seguridad y los avances rápidos en la red, la comunicación y la maprincipales grupos:

• Aplicaciones comerciales tales como la conexión de redes informáticas, electrónica de seguridad de datos, comercio electrónico, acceso a Int

gestión de los registros médicos, la educación a distancia, etc.

• Aplicaciones de gestión pública, tales como tarjetas de identificación, la gestión dinbienestar de los desembolsos, el control de fronteras, el control de pasaportes, etc.

la determinació Rasgos Biométricos.  

Huella dactilar: Las huellas dactilares son surcos que se encuentran en los dedos de los seres humanos [5]. Una huella dactilar se refiere al patrón de flujo de crestas y surcos situados en la punta de un dedo. Tradicionalmente, estos patrones se han extraído mediante la creación de una impresión en tinta de la punta del dedo sobre el papel. Pero la era electrónica, ha iniciado una serie de sensores compactos que proporcionan imágenes digitales de estos patrones. En los sistemas de verificación en tiempo real, las imágenes adquiridas por estos sensores son utilizados por el módulo de extracción de características para calcular los valores de funciones. La función de los valores típicamente corresponde a la posición y orientación de ciertos puntos críticos conocidos como puntos de minucias (extremos de las crestas y bifurcaciones Ridge) que están presentes en cada huella digita. Los seres humanos han utilizado las huellas dactilares para realizar una identificación personal desde hace siglos y la precisión demostrada ha siddactilares de una persona proveen información adicional para permitir el reconocimiento en sistemas a gran escala con varios millones de identidades.

Voz: La voz es una combinación de rasgos físicos y de comportamiento. Estas características físicas del habla humana son invariantes para un individuo, por el aspecto

habla es que las características son sensibles a una

de ica, debería automáticamente: 1) detectar si

gía similar se utiliza para escanear la parte trasera de la mano con el

itan el uso de estas técnicas para otras plicaciones: contaminación y sensibilidad, es fácil de robar; problemas de reconocimiento

conductual de las posibilidades del lenguaje a través del tiempo debido a la edad, condiciones médicas, el estado emocional, etc., no es muy distintivo y puede no ser apropiado para la identificación a gran escala [7].

Un sistema de reconocimiento de voz de texto dependiente se basa en la expresión de una frase predeterminada fija. Un sistema de reconocimiento de voz de texto independiente reconoce el hablante independiente de lo que habla. Este sistema es más difícil que un sistema de texto-dependiente ofreciendo más protección contra el fraude. Una desventaja de voz basada en el reconocimiento del serie de factores tales como el ruido de fondo. El reconocimiento del hablante es el más apropiado en base telefónica aplicaciones, pero la señal de voz suele ser degradada en calidad por el canal de comunicación.

Rostro: El reconocimiento facial es un método no intrusivo y las imágenes faciales son probablemente las características biométricas más utilizadas por los seres humanos para hacer un reconocimiento personal. Los métodos utilizados más populares son: 1) la localización y forma de los atributos faciales, como ojos, cejas, nariz, labios y mentón y la distancia entre estos o 2) el análisis global de la imagen de la cara que representa una cara como una combinación ponderada de un cierto número de caras canónicas. A pesar de que estos sistemas están actualmente disponibles en el mercado, algunos requieren unas condiciones especiales de pose, fondo o iluminación. Para que un sistema reconocimiento facial trabaje bien en la prácthay una cara presente en la imagen; 2) localizar la cara, en caso de que haya una; y reconocer la cara desde un punto de vista general, es decir, desde cualquier pose [7][1].

Termograma: El patrón de calor radiado por el cuerpo humano es característico de cada individuo y puede ser capturado por una cámara de infrarrojos de un modo parecido a una fotografía. Esta tecnología puede usarse para un reconocimiento encubierto. El sistema no requiere contacto y es no invasivo, pero la adquisición de la imagen es difícil en medios incontrolados donde haya elementos que emanen calor en las proximidades del cuerpo humano. Una tecnolopuño cerrado para determinar la estructura de las venas de la mano. Sin embargo, estos escáneres son tremendamente caros y esto hace que la implantación de esta tecnología no sea muy amplia [4].

ADN: El ADN (ácido desoxirribonucleico) es un código unidimensional único para cada persona, excepto por el hecho de que los gemelos idénticos tienen patrones ADN idénticos. A pesar de esto, es utilizado en la mayoría de los contextos de aplicaciones forenses para el econocimiento de personas. Tres hechos limr

a

automático en tiempo real; y problemas de privacidad, ya que la información sobre ciertas enfermedades puede ser obtenida del ADN [4]. Iris: El iris es la región anular del ojo comprendida entre la pupila y lo blanco del ojo. La textura visual del iris se forma durante el desarrollo fetal y se estabiliza durante los dos primeros años de vida. La textura del iris lleva información muy útil y es un distintivo para el reconocimiento personal. Cada iris es distintivo e incluso el iris de los gemelos idénticos

n diferentes. Y es posible detectar las lentes de contacto impresas con una falsa iris. La

tos sistemas. Adicionalmente, la geometría de la mano no es muy distintiva y stos sistemas no pueden desempeñar tareas de identificación de un individuo entre una

na firma es característica para cada persona. A pesar de ue la firma requiere contacto físico con un instrumento y la cooperación del individuo, ha ido ampliamente aceptado en transacciones gubernamentales, legales y comerciales como

un método de autenticación [9] [1].  

soexactitud y velocidad de los actuales sistemas de reconocimiento basados en el iris son muy prometedoras y hacen pensar en sistemas de identificación a gran escala [8]. Geometría de la mano: Los sistemas de reconocimiento por la geometría de la mano están basados en un gran número de medidas tomadas a partir de la mano humana, incluyendo su forma, tamaño de la palma y longitud y anchura de los dedos. La técnica es muy simple, relativamente fácil de usar y no muy cara. Factores medioambientales como un clima seco o anomalías individuales como piel seca no parecen tener ningún efecto negativo sobre la precisión de esegran población. Sin embargo, comercialmente ha tenido éxito y ha sido instalado en cientos de lugares[1]. Firma: La identificación por la manera de firmar es una manera relacionada con la identificación por escritura. En este caso hay una diferencia ya que el texto es siempre el mismo. La manera en que una persoqs