3 - Intro alla Biometria

Question 1

Qual è il problema della biometria?

Answer 1

Il problema della biometria, di una certa rilevanza, corrisponde al verificare se l’identità dichiarata corrisponde all’identità reale.

Question 2

Cos’è la biometria?

Answer 2

La biometria è una disciplina che si occupa dell’identificazione e della misurazione di caratteristiche biologiche e comportamentali uniche di un individuo. Queste caratteristiche vengono utilizzate per riconoscere, autenticare e verificare l’identità di una persona.

Le caratteristiche biologiche utilizzate nella biometria possono includere impronte digitali, riconoscimento del volto, geometria delle mani, impronte palmari, struttura dell’iride, modelli vocali e genetica. Le caratteristiche comportamentali possono comprendere la firma, la scrittura a mano, la dinamica di digitazione sulla tastiera, il modo di camminare e persino il comportamento nell’utilizzo di dispositivi elettronici.

L’obiettivo principale della biometria è quello di fornire un metodo accurato e affidabile per l’identificazione delle persone, superando le limitazioni dei tradizionali metodi basati su password o carte di identificazione. Le caratteristiche biometriche sono considerate uniche per ogni individuo e difficili da falsificare, rendendo la biometria una forma di autenticazione sicura.

Question 3

Come funzionano la verifica e il riconoscimento in un sistema biometrico?

Answer 3

La verifica e il riconoscimento sono due concetti fondamentali nell’ambito dei sistemi biometrici. Entrambi si basano sul confronto dei dati biometrici acquisiti con quelli memorizzati per stabilire l’identità di un individuo, ma differiscono nell’approccio e nell’obiettivo. Ecco come funzionano la verifica e il riconoscimento in un sistema biometrico:

-Verifica:
La verifica biometrica, anche chiamata autenticazione o verifica unimodal, è un processo in cui l’identità di un individuo viene verificata rispetto a un’identità reclamata. Ad esempio, quando si utilizza un lettore di impronte digitali per accedere a un dispositivo, il sistema confronta l’impronta digitale appena acquisita con l’impronta digitale memorizzata dell’utente registrato per determinare se corrispondono. La verifica si concentra sulla conferma che l’identità reclamata sia corretta.

Il processo di verifica coinvolge i seguenti passaggi:

-Acquisizione dei dati biometrici dell’utente.
-Preprocessing dei dati biometrici per migliorarne la qualità.
-Estrazione delle caratteristiche salienti dai dati biometrici.
-Confronto delle caratteristiche biometriche estratte con quelle memorizzate nell’archivio.
-Calcolo di una misura di similarità o corrispondenza tra i dati acquisiti e quelli memorizzati.
-Decisione basata sulla misura di similarità per determinare se l’identità reclamata è stata verificata o meno.

La verifica è un processo veloce e di solito richiede solo il confronto con un singolo modello biometrico memorizzato.

-Riconoscimento:
Il riconoscimento biometrico, anche chiamato identificazione o riconoscimento multimodale, è un processo in cui l’identità di un individuo viene identificata tra un gruppo di individui senza una pretesa specifica di identità. Ad esempio, quando si utilizza il riconoscimento facciale per identificare una persona in un’immagine di sorveglianza, il sistema confronta il volto acquisito con i volti memorizzati di tutti gli individui nel database per trovare una corrispondenza.

Il processo di riconoscimento coinvolge i seguenti passaggi:

-Acquisizione dei dati biometrici dell’utente.
-Preprocessing dei dati biometrici per migliorarne la qualità.
-Estrazione delle caratteristiche salienti dai dati biometrici.
-Confronto delle caratteristiche biometriche estratte con quelle memorizzate per tutti gli individui nel database.
-Calcolo di una misura di similarità o corrispondenza tra i dati acquisiti e quelli memorizzati per tutti gli individui nel database.
-Decisione basata sulla misura di similarità per determinare l’identità corrispondente all’individuo.

Il riconoscimento è un processo più complesso e richiede il confronto con tutti i modelli biometrici memorizzati nel database.

Question 3

Quali sono le proprietà di una caratteristica biometrica?

Answer 3

1. Universalità: quando si sceglie una biometrica, ogni persona deve possedere tale biometria;
2. Distintività (Unicità): due persone devono essere sufficientemente distinguibili in base a tale biometria;
3. Permanenza (Stabilità): la biometria deve rimanere invariante (rispetto ai termini di confronto) nel tempo;
4. Misurabilità (Collezionabile): essa deve essere misurabile quantitativamente.
5. Performance (Efficacia/Efficienza): l’acquisizione, l’estrazione delle caratteristiche e il confronto delle entità non devono essere costose in termini di tempo, memoria ed efficienza del sistema;
6. Accettabilità: la procedura di acquisizione deve essere tollerata da una vasta porzione della popolazione (utenti a cui viene sottoposta la biometrica);
7. Eludibilità: la probabilità che il sistema venga raggirato o indotto in errore deve essere minimizzata.

Question 4

Come funziona l’architettura di un sistema biometrico?

Answer 4

Un sistema biometrico comprende diverse componenti che lavorano insieme per acquisire, elaborare, memorizzare e confrontare i dati biometrici al fine di verificare o identificare l’identità di un individuo. Di seguito sono illustrate le componenti principali di un sistema biometrico:

Acquisizione dei dati biometrici: Questa fase coinvolge la raccolta delle caratteristiche biometriche di un individuo. Può includere l'utilizzo di sensori o dispositivi specializzati per acquisire i dati biometrici, ad esempio un lettore di impronte digitali, una telecamera per il riconoscimento del volto o un sensore per la scansione dell'iride. Durante questa fase, le caratteristiche biometriche vengono catturate e convertite in un formato digitale.

Preprocessing: I dati biometrici acquisiti possono contenere rumore o informazioni irrilevanti. Pertanto, il preprocessing viene eseguito per migliorare la qualità dei dati biometrici. Questa fase può coinvolgere operazioni come la riduzione del rumore, la normalizzazione delle dimensioni, l'equalizzazione dell'illuminazione e altre tecniche per ottimizzare i dati biometrici.

Estrazione delle caratteristiche: Durante questa fase, vengono estratte le caratteristiche salienti dai dati biometrici. Ad esempio, nel caso delle impronte digitali, vengono individuati punti di minuzie e modelli distintivi. Nell'analisi del volto, vengono estratti punti di riferimento, proporzioni facciali o altri attributi rilevanti. Queste caratteristiche estratte vengono convertite in una rappresentazione numerica o un modello biometrico.

Memorizzazione dei dati biometrici: Le caratteristiche biometriche estratte vengono memorizzate in un database o un sistema di archiviazione sicuro. Questa fase richiede la protezione e la sicurezza dei dati biometrici per evitare accessi non autorizzati o abusi.

Confronto e corrispondenza: Durante la fase di confronto, i dati biometrici di un individuo vengono confrontati con quelli memorizzati nel database per verificare o identificare l'identità. Questa fase può coinvolgere algoritmi di confronto che confrontano i modelli biometrici e calcolano una misura di similarità o una corrispondenza tra i dati acquisiti e quelli memorizzati.

Decisione: In base al risultato del confronto, viene presa una decisione sull'identità dell'individuo. Nella verifica, viene determinato se i dati biometrici corrispondono all'identità reclamata. Nell'identificazione, viene cercata una corrispondenza tra i dati biometrici acquisiti e tutti i dati memorizzati per identificare l'individuo.

Feedback e output: Infine, il sistema biometrico produce un output che può essere un'esito di verifica o identificazione, una conferma o un rifiuto dell'accesso, o altre informazioni pertinenti. Il sistema può anche fornire un feedback all'utente per guidarlo durante l'acquisizione dei dati biometrici, ad esempio indicazioni su come posizionare correttamente una mano o un volto.

È importante sottolineare che la sicurezza e la privacy sono aspetti critici nell’architettura di un sistema biometrico. I dati biometrici devono essere protetti e archiviati in modo sicuro, e le politiche di accesso e utilizzo dei dati devono essere rigorosamente definite per garantire la privacy degli individui e prevenire abusi o frodi.

Question 5

Come si calcolano le prestazioni di un sistema biometrico

Answer 5

Per calcolare le prestazioni di un sistema biometrico, vengono utilizzate diverse metriche che valutano l’efficacia e l’accuratezza del sistema stesso. Le metriche comuni includono:

Tasso di errore di tipo I (FAR - False Acceptance Rate): Indica la probabilità che il sistema accetti erroneamente un individuo non autorizzato. Viene calcolato dividendo il numero di accettazioni erronee (false accettazioni) per il numero totale di tentativi di autenticazione da individui non autorizzati.

FAR = Numero di false accettazioni / Numero totale di tentativi da individui non autorizzati

Tasso di errore di tipo II (FRR - False Rejection Rate): Indica la probabilità che il sistema rifiuti erroneamente un individuo autorizzato. Viene calcolato dividendo il numero di rifiuti erronei (false rigetti) per il numero totale di tentativi di autenticazione da individui autorizzati.

FRR = Numero di false rigetti / Numero totale di tentativi da individui autorizzati

Tasso di errore complessivo (EER - Equal Error Rate): Rappresenta il punto in cui il FAR e il FRR sono uguali. Indica il tasso di errore in cui la probabilità di accettazione erronea e la probabilità di rifiuto erroneo sono bilanciate.

Precisione: Indica la percentuale di correttezza delle identificazioni o verifiche effettuate dal sistema. Viene calcolata dividendo il numero di identificazioni o verifiche corrette per il numero totale di tentativi.

Precisione = Numero di identificazioni o verifiche corrette / Numero totale di tentativi

Rendimento (Throughput): Indica il numero di transazioni di autenticazione che il sistema può gestire in un determinato periodo di tempo.

Oltre a queste metriche, possono essere considerate anche altre misure, come il tasso di fallimento al primo tentativo, il tempo di elaborazione, la sensibilità agli attacchi di presentazione (spoofing), la robustezza alle variazioni ambientali e altre.

Le prestazioni di un sistema biometrico possono variare a seconda delle caratteristiche biometriche utilizzate, delle modalità di acquisizione, degli algoritmi di confronto e degli scenari di utilizzo. Pertanto, è importante valutare e confrontare le prestazioni del sistema in base alle specifiche esigenze dell’applicazione e ai contesti operativi.