La biometria (dalle parole greche bìos = "vita" e métron = "conteggio" o "misura") è la «disciplina che studia le grandezze biofisiche allo scopo di identificarne i meccanismi di funzionamento, di misurarne il valore e di indurre un comportamento desiderato in specifici sistemi tecnologici».Biometria, Enciclopedie on line, Istituto dell'Enciclopedia italiana Treccani
Le dimensioni del cranio e la conformazione dell'apparato scheletrico, in termini di proporzione fra le sue componenti, sono fra le prime variabili studiate nella storia della biometria. L’autenticazione tramite riconoscimenti biometrici è usata nell’informatica come forma di identificazione e di controllo sugli accessi. È inoltre utilizzata per riconoscere individui sotto sorveglianza mentre si trovano insieme ad altre persone.
Gli identificatori biometrici sono caratteristiche distintive e misurabili usate per etichettare e descrivere un individuo. Gli identificatori biometrici sono spesso classificati come caratteristiche fisiche o caratteristiche comportamentali. Le caratteristiche fisiche si riferiscono alla forma del corpo. Alcuni esempi possono essere le impronte digitali, le vene delle dita o del palmo della mano, la forma del viso, il DNA, l’impronta della mano, la geometria della mano, il riconoscimento dell’iride o della retina dell’occhio. Le caratteristiche comportamentali, invece, sono strettamente legati alle abitudini di una persona, includendo ma non limitandosi al ritmo di battitura, l’andatura e alla voce.
I metodi più tradizionali del controllo sugli accesso includevano sistemi di identificazioni basati su carte di riconoscimento, come la patente di guida o il passaporto, e sistemi basati sulla conoscenza di informazioni, quali la password o al PIN. Dato che gli identificatori biometrici sono unici da individuo a individuo, sono molto più affidabili nel verificare l’identità rispetto a metodi basati su documenti o informazioni; comunque, l’insieme degli identificatori biometrici solleva preoccupazioni riguardo all’uso finale di queste informazioni.
Applicazioni Fra le principali applicazioni della biometria vi sono le seguenti: analisi di caratteristiche tipiche di popolazioni di viventi; studio delle associazioni genetiche fra specie; epidemiologia; medicina (diagnosi); farmacologia (dosaggio); tassometria; identificazione degli individui.
Attualmente, la maggior parte degli sforzi della comunità scientifica e della ricerca industriale è orientata allo studio di quelle variabili che permettono l'identificazione affidabile degli individui. Le tecniche biometriche di identificazione sono infatti finalizzate a identificare un individuo sulla base delle sue peculiari caratteristiche fisiologiche o comportamentali, difficili da alterare o simulare. Tra le variabili più frequentemente prese in esame: impronte digitali, geometria della mano e del volto, conformazione della retina o dell'iride, timbro e tonalità di voce.
Funzionalità biometriche Molti diversi aspetti della fisionomia, chimica o comportamento umano possono essere utilizzati per l’identificazione biometrica. La selezione di un particolare biometrico per essere utilizzato in un’applicazione specifica coinvolge molteplici fattori. Jain, insieme al suo gruppo di collaboratori, (1999) identificò sette fattori da utilizzare per valutare l’idoneità di qualsiasi tratto da utilizzare nell'autenticazione biometrica. Universalità significa che ogni persona che usa quel sistema deve possedere quel tratto. Unicità significa che il tratto dovrebbe essere sufficientemente differente per ogni individuo in modo tale da renderlo unico e distinguibile dagli altri. Permanenza legata alla maniera in cui il tratto evolve nel tempo. Nello specifico, un tratto con una “buona” permanenza resterà ragionevolmente invariato nel tempo continuando a rispettare le specifiche dell’algoritmo. Misurabilità (collezionabilità) riferita alla facilità nell'acquisizione o nella misurazione del tratto. Performance riferita all’accuratezza, velocità e robustezza della tecnologia usata. Accettabilità riferita a quanto bene gli individui in una buona percentuale della popolazione accettano la tecnologia dato che il loro tratto biometrico verrà registrato e valutato. Circonvenzione legata alla facilità di un tratto nel poter essere imitato usando uno strumento o sostituito. Un corretto uso biometrico dipende molto dall’applicazione. Alcune tecniche biometriche saranno meglio di altre in base ai requisiti dei livelli di convenienza e sicurezza. Nessuna singola tecnica biometrica soddisferà i requisiti di ogni possibile applicazione.
Il diagramma a blocchi illustra i due metodi di base per un sistema biometrico. Per prima cosa, durante la verifica (o autenticazione) il sistema comparerà il tratto biometrico registrato con lo specifico tratto raccolto nel database per verificare l’identità che l’individuo rivendica. Al fine di verificare l’identità di una persona, il sistema segue tre passi. Il primo consiste nel generare e memorizzare nel database tutti i modelli degli utenti. Nel secondo passo, alcuni campioni sono abbinati a modelli di riferimento per generare i punteggi di riconoscimenti riusciti e di impostori, in modo da calcolare una soglia di errore.
Infine, il terzo passo consiste nel test del sistema. Questo processo può essere accompagnato da una carta, un username o da un codice seriale (per esempio un PIN) per indicare con quale modello deve essere comparato [note 3].
Secondariamente, in modalità identificazione il sistema compara il profilo con tutti i modelli registrati nel database provando a riconoscere l’identità dell’individuo sconosciuto. Il sistema riuscirà a identificare l’individuo se la comparazione del campione biometrico con un utente registrato nel database rientrerà all’interno della soglia prestabilita in fase di progettazione. La modalità identificazione può essere utilizzata sia per “riconoscimento positivo” (in questo modo l’utente non deve fornire nessuna informazione sul modello da comparare) sia per “riconoscimento negativo” della persona “durante il quale il sistema stabilirà se la persona è colei che afferma di essere (implicitamente o esplicitamente) oppure no”. Quest’ultima funzione può essere eseguita soltanto tramite metodi biometrici dato che altri metodi di riconoscimento come password, PIN o chiavi sono inefficaci.
La prima volta che una persona utilizza un sistema biometrico è chiamata registrazione. Durante la registrazione, vengono raccolte le informazioni biometriche e registrate. In usi successivi, le informazioni biometriche vengono cancellate e comparate con le informazioni raccolte durante la fase di registrazione. È importante notare che l’immagazzinamento e il recupero di quest’ultime in queste tipologie di sistemi deve essere sicuro per garantire la robustezza dell’applicazione. Il primo blocco (sensore) è l’interfaccia tra il mondo reale e il sistema; esso deve acquisire tutti i dati necessari. Il più delle volte si occupa di acquisire un’immagine, ma può cambiare in base alle caratteristiche desiderate. Il secondo blocco esegue tutti i processi necessari prima dell’inizio della comparazione: deve rimuovere gli oggetti inutili dell’immagine, migliorare i dati di input (per esempio rimuovere rumori di sottofondo), usare qualche tipo di normalizzazione, etc. Il terzo blocco le vengono estratte le caratteristiche necessarie. Questo passo è importante dato che le caratteristiche devono essere raccolte nella maniera migliore possibile. Un vettore di numeri o un’immagine con proprietà particolari possono venire utilizzate per creare un modello. Un modello è una sintesi delle caratteristiche rilevanti estratte dalla fonte. Elementi della misurazione biometrica che tendenzialmente non sono utilizzate nell’algoritmo di comparazione sono scartate in modo tale da ridurre le dimensioni del file e proteggere l’identità della persona.
Durante la fase di registrazione, il modello è semplicemente immagazzinato da qualche parte (su una carta magnetica o in un database o in entrambi). Durante la fase di comparazione, il modello ottenuto è sottoposto alla comparazione per confrontarlo con altri modelli già esistenti, stimando la distanza tra gli altri utilizzando un algoritmo qualsiasi (per esempio la distanza di hamming). Il programma predisposto alla comparazione analizzerà il modello con quello in input. Questo verrà quindi utilizzato per qualsiasi uso o scopo specificato (per esempio l’entrata in un'area riservata). L’uso di tecniche biometriche in una determinata applicazione dipende dalle caratteristiche misurate e dai requisiti dell’utente. Nel scegliere un particolare biometrico, i fattori da considerare includono: prestazioni, accettabilità sociale, facilità di elusione e/o spoofing, robustezza, copertura della popolazione, dimensioni delle attrezzature necessarie e deterrenza dal furto d’identità. La selezione della biometria basata sui requisiti dell’utente considera i sensori e la disponibilità del dispositivo, tempo di calcolo e affidabilità, costo, grandezza del sensore e consumo di potenza.
Sistemi biometrici multimodali I sistemi biometrici multimodali utilizzano molteplici sensori o sistemi biometrici per superare le limitazioni dei sistemi biometrici unimodali. Un esempio è il sistema di riconoscimento dell’iride che può essere compromesso dall’invecchiamento dell’iride o il sistema per lo scanner di impronte digitali dal logoramento delle dita. Mentre i sistemi biometrici unimodali sono limitati dall’integrità degli identificatori biometrici, per i sistemi biometrici multimodali risulterà più difficile soffrire di queste limitazioni basandosi su molte caratteristiche. I sistemi biometrici multimodali possono ottenere una collezione di informazioni dallo stesso marcatore (per esempio molte immagini dell’iride o molteplici scansioni dello stesso dito) o informazioni da differenti passaggi biometrici (richiesta di uno scan delle impronte digitali, riconoscimento della voce, un codice detto a voce).
I sistemi biometrici multimodali possono fondere più sistemi biometrici unimodali sequenzialmente, simultaneamente, una combinazione di questi, o in serie, in modo da riferirsi rispettivamente a una modalità di accesso sequenziale, parallela, gerarchica o di integrazione seriale. L’unione di informazioni biometriche può servire per il riconoscimento di un individuo su diversi livelli. In caso di unione a livello di funzionalità, i dati stessi o le funzionalità estratte da più elementi biometrici vengono fusi. L’unione dei livelli di punteggio della comparazione consolida il risultato generato dai diversi classificatori nelle diverse modalità. In conclusione, in caso di unione a livello decisionale, i risultati finali dei molteplici classificatori sono combinati attraverso tecniche quali il voto di maggioranza. La combinazione di diversi livelli di unione è reputata molto più efficace degli altri livelli di fusione perché i set di informazioni combinati contengono molte più informazioni riguardo ai dati biometrici in input rispetto al confronto su comparazione o la decisione tramite dei classificatori. Perciò, l’unione di livelli combinati è considerata più efficiente dato che permette riconoscimenti e risultati molto più precisi.
Attacchi di tipo spoof consistono nel sottoporre falsi tratti biometrici al sistema biometrico, e sono una grave minaccia che può ridurre la loro sicurezza. I sistemi biometrici multimodali sono intrinsecamente più resistenti agli attacchi di tipo spoof, ma studi recenti hanno dimostrato che possono essere aggirati anche da un singolo tratto biometrico falso.
Performance I seguenti indicatori sono utilizzati per quantificare le perfomance dei sistemi biometrici: