Download Sistema de Identificación mediante Huella Digital

TECNIA,Vol 8 N°03, págs.11-17, 1999
Universidad Nacional de Ingeniería
Lima - Perú
Sistema de Identificación mediante Huella Digital
José Luque A., Alejandro Barrios R. - IEEE Student Members
ABSTRACT
En los actuales procesos de admisión, se carece de sistemas que nos permitan tener una total
seguridad de la identidad de un postulante; sin embargo, esto se podría solucionar haciendo
uso de alguna técnica de identificación personal. Una de estas técnicas, que nos proporciona
además una excelente confiabilidad es la biometría, en especial la técnica de reconocimiento
mediante la huella digital. El tema presentado consta del diseño y realización de una
aplicación cliente-servidor que mediante un sensor térmico de huellas asociado, tendrá como
objetivo el reconocimiento de la persona mediante su huella digital. La información será
almacenada en un servidor de base de datos, y accesada mediante una aplicación
desarrollada bajo el entorno Windows, con el software de programación visual Borland
Delphi.
Palabras Claves: biometría, bases de datos, sensores térmicos
I. INTRODUCCION
Usualmente las empresas y organismos necesitan mantener políticas de seguridad adecuadas para restringir el
acceso a su personal o a sus usuarios. Esta seguridad se vuelve realmente importante, cuando se trata de
proteger información valiosa o se realicen transacciones que involucren costes económicos. Tradicionalmente los
métodos de identificación, confían en un identificador externo para validar a sus usuarios: una tarjeta, un código
o una contraseña; que pueden ser extraviados u olvidados.
En este trabajo se presenta una forma de mejorar dichas medidas de seguridad, mediante un sistema de
identificación, basado en el análisis de la información proporcionada por la huella digital de la persona, lo que
nos garantiza una identificación única y confiable
Este tipo de sistemas encuentra múltiples aplicaciones en diversos campos donde se necesite mantener
restricción de acceso a usuarios: en la Banca, Crédito y beneficios electrónicos; seguridad de redes e Internet;
control de acceso físico, etc.
En el presente trabajo nos concentraremos en la realización de un sistema de identificación y verificación de
huellas digitales a emplearse en el proceso de admisión de la Universidad Nacional de Ingeniería.
Varios aspectos se tuvieron que tomar en cuenta para el diseño inicial; es decir, se orientó el trabajo hacia el
desarrollo de una aplicación con las características necesarias que nos garantice una máxima seguridad en la
identificación del usuario y que además, nos permita visualizar los datos personales de las personas, por ejemplo
su huella digital y foto.
La principal novedad del sistema implementado, es el uso de un sensor térmico de imágenes de huella digital,
basado en un chip de silicio. El contacto directo con el chip protegido produce la imagen.
El método tradicional de identificación consistente en un identificador externo, y que realmente no resulta tan
eficiente contra el fraude, ha sido reemplazado por un nuevo método más apropiado: la identificación biométrica.
II. El Sensor de Huella Digital
El sensor usado está basado en un chip de silicio de tipo térmico. El contacto directo con el chip produce la
imagen; ni luz ni ondas ópticas son requeridas, pues el calor del propio dedo produce todo lo necesario para la
construcción de la imagen.
El chip es mucho más pequeño que el dedo mismo. Para obtener la imagen de la huella, el usuario debe barrer
su dedo sobre el dispositivo. El dispositivo genera muchas pequeñas imágenes de la huella; luego mediante un
algoritmo reconstruye esas diminutas imágenes en una sola, que puede ser tratado de la misma manera que las
obtenidas con los sensores ópticos o capacitivos.
Este algoritmo de reconstrucción de la imagen se realiza en dos pasos:
Primero se calcula la deslocalización relativa entre dos piezas.
Segundo, conociendo la deslocalización, las piezas son juntadas en una sola y completa imagen.
La deslocalización relativa de las piezas es calculada usando un esquema muy simple: se realiza una búsqueda de
las mismas líneas en ambas piezas haciendo la suma de las diferencias absolutas de cada pixel. Se realizan varios
ensayos en las direcciones x e y, y se mantienen las que mejor coinciden. Esta búsqueda es posible, porque el
dedo se mueve siempre en la misma dirección, y generalmente a la misma velocidad.
Fig. 1: Reconstrucción de la imagen.
El mecanismo biométrico consta de tres partes: un mecanismo de captura, un mecanismo de procesamiento y un
medio de almacenamiento. El primer paso en el sistema biométrico es llamado enrolamiento, en el que varios
ejemplos de huellas digitales son capturados o sensados por el mecanismo de captura. Estos ejemplos son luego
pasados a un mecanismo de procesamiento como una computadora, que extrae características únicas del
ejemplo para crear una plantilla; una representación matemática o visual del ejemplo que toma mucho menos
espacio que el ejemplo original y que típicamente no puede ser regresado al ejemplo biométrico original. Esta
plantilla es luego almacenado en algún tipo de medio, como un disco duro.
Cuando un usuario previamente enrolado decide tener acceso a través del sistema, el usuario presentará su
biometría al mecanismo de captura una vez más. El sistema de procesamiento hará luego una de estas dos
acciones dependiendo de la aplicación: Si el sistema de procesamiento estuviera comparando el ejemplo
biométrico actual con una sola plantilla almacenada, el sistema estaría efectuando una verificación uno a uno. Si
en cambio, el sistema estuviera comparando el ejemplo biométrico con una base de datos de muchas plantillas
almacenadas previamente, muchas de las cuales no son del propio usuario, el sistema estaría ejecutando la
identificación buscando a través de cada plantilla, verificando si alguna coincidiese. Este método es conocido
como búsqueda uno a varios. Si en cualquier situación la comparación coincide, se garantiza el acceso; caso
contrario, el sistema lo niega.
Es importante notar que la identificación biométrica se basa en un principio de umbral. Esto significa, que es casi
imposible capturar la biometría de la misma forma cada vez que se usa para el acceso; por lo tanto el sistema no
puede esperar un 100% de coincidencia. Para aplicaciones muy seguras, podemos permitir falsos rechazos
debidos al alto nivel de seguridad. El umbral debería establecerse muy alto, de modo que las biometrías actuales
con un nivel de coincidencia de aproximadamente 90% con la plantilla sean permitidos. En aplicaciones donde
los niveles de seguridad no sean muy altos se puede establecer un umbral alrededor de 65-70%.
El dispositivo usado tiene ciertas ventajas con respecto a otros tipos de sensores, dado que la técnica de
sensado termal se basa en el hecho de que la piel misma es la que toca al sensor en las crestas, y el aire (u otro)
en los valles. A nivel de pixels, el efecto físico que produce la diferencia entre crestas y valles es la diferencia
entre la conductividad termal de la piel y el aire, por lo que es importante el contacto entre el dedo y el sensor
considerado.
No se necesitan tener valles muy profundos para crear una señal, al contrario de los sensores capacitivos que
directamente miden esta característica. Además los sensores capacitivos son muy sensitivos a la espesura del
recubrimiento; si el recubrimiento es muy espeso, se medirá una muy pequeña señal. Para un sensor capacitivo,
si la espesura del recubrimiento es C, y la profundidad del valle es D, se debe medir la diferencia entre C y
C+D. D puede estar entre 20 y casi 0 micras, en el caso de huellas pobres, y C debe estar al menos en el rango
de 1 micra para ser lo suficientemente resistente para su uso repetitivo.
Los sensores capacitivos son altamente sensitivos a la presión; cuando se la incrementa, disminuye la distancia
entre el chip y el valle. Con mucha presión, la imagen será casi sólida. Además los extremos de temperatura
afectan adversamente al chip. Finalmente, los chips capacitivos son altamente sensitivos al campo eléctrico por
naturaleza, y la descarga electrostática puede convertirse en un problema.
El chip utilizado es resistente a la descarga electrostática, pues las descargas producidas por el hecho de
introducir el dedo en el sensor no son medidas, y además la última capa del sensor esta completamente cubierta
por una sábana de titanio, conectada a tierra, y recubierta por una capa no conductiva que contribuye al
aislamiento.
La mayoría de los sistemas se benefician del uso de un dedo húmedo vs. un dedo seco. Con un dedo húmedo,
las crestas recubiertas en contacto con el sensor pueden crear una imagen más clara y detallada, si las crestas
están secas, el dedo no se cubre bien con la superficie del sensor, y la imagen es menos detallada. Según el
fabricante, el chip térmico usado en este trabajo ha sido probado con dedos secos obteniendo altos resultados.
III. Descripción de la Aplicación
Para el desarrollo de la aplicación se utilizó el Servidor de Bases de Datos sobre Linux "MySQL" debido a su
robustez y porque cumplió con los requerimientos necesarios, de tal manera que la interfaz con la aplicación fue
transparente y confiable.
Se optó por el lenguaje de programación visual "Borland Delphi 3.0" como software de desarrollo para el diseño
de la aplicación, ya que posee grandes capacidades para desarrollo de aplicaciones de bases de datos en el
modo cliente/servidor, además esta aplicación se desarrolla sobre Windows NT 4.0. A través del programa
cliente se efectúa el enlace con el equipo sensor, mediante el puerto de la tarjeta adaptadora.
Fig. 2: Diagrama de Bloques del Sistema
Se tomaron en cuenta los siguientes criterios para el desarrollo de sistema:
1. Ingreso de un nuevo usuario a la base de datos.
2. Identificación de un usuario.
3. Búsqueda y consulta.
La identificación de un usuario es una de las partes más importantes de la aplicación, pues es la que se encarga
de realizar la verificación entre la huella digital ingresada por el usuario y la existente que se encuentra
almacenada en el servidor de base de datos en una etapa anterior. Como las plantillas contienen características
únicas del ejemplo biométrico actual, la verificación se realiza utilizando rutinas de comparación entre las
plantillas, generadas a partir de las imágenes de la huella, proporcionadas por el software que controla al sensor
de huella digital. La comparación efectuada se hace uno a uno; es decir, se compara la imagen biométrica
ingresada actualmente, con una sola plantilla de todas las almacenadas en la base de datos
Dentro de las rutinas que se desarrollaron dentro del programa se consideró la implantación de un sistema de
búsqueda de inscritos en la base de datos, de acuerdo a la información proporcionada por el operador.
Dicha consulta se podría realizar directamente al utilizar la huella digital de la persona, que nos colocaría en el
tipo de identificación uno a varios; de otro modo se podría realizar la consulta ubicando primeramente a la
persona mediante alguna identificación proporcionada por el operador (datos personales) y luego realizar la
comparación de la huella digital (identificación uno a uno) para la aceptación de los datos probados.
En la figura 3 se puede apreciar una pantalla de uno de los procedimientos realizados que nos permite visualizar
los datos de la persona ( modo edición de datos ).
Fig. 3: Aplicación desarrollada (Edición de Datos)
El sensor de huella digital es integrado a la aplicación mediante una interface tipo PCI, la tarjeta adaptadora va
directamente conectada a uno de los slots de la PC. Dado que no hay un procesador incorporado al chip, éste
no es usado para reconstruir la imagen, sino que se emplean rutinas de software con conexión a una PC para
realizar esa función.
Fig. 4: Diagrama Esquemático del Equipo Sensor
La reconstrucción de la imagen de la huella digital requiere de las siguientes acciones:
Detectar cuando el dedo toca al sensor: esta es la señal para comenzar el proceso.
Adquirir los pedazos de la imagen de huella, y detectar cuando el dedo ya no está más sobre el sensor
para detener la adquisición.
Calcular la deslocalización relativa de las piezas de imágenes obtenidas.
Reconstruir la imagen completa juntando las piezas extraídas.
Fig. 4: Diagrama de adquisición de la imagen.
Mientras que en los sensores capacitivos, la gran dificultad es la presión que se debe ejercer al dedo para
obtener mejores imágenes, en el sensor térmico que estamos usando, la dificultad que se encuentra es la
velocidad del barrido del dedo sobre el chip sensor. Se pueden tolerar velocidades del dedo de hasta 40
pul/seg, aunque a ésa velocidad el dedo puede incluso no tocar al sensor.
IV. Conclusiones
En el pasado, para el procesamiento de huellas digitales automatizadas o computarizadas era necesario una larga
cantidad de material de procesamiento. El costo de desarrollo de tales sistemas reducía su uso a aplicaciones
específicas y a organismos motivados que podían seguir con todos los costos del proyecto. Hoy en día los
procesadores poseen el poder necesario para ese procesamiento y sus precios siguen decreciendo.
Con la puesta en marcha de este sistema, la identificación se vuelve mucho más confiable, evitando el uso de
contraseñas, tarjetas y otros, que pueden luego ser violados por personas no autorizadas; en ese sentido, la
construcción de este mecanismo beneficiará en gran medida el desarrollo de la seguridad electrónica y se podrá
contar con sistemas bastante seguros y eficaces.
Referencias
[1]
[2]
[3]
[4]
Delphi Programmer´s Guide: Borland
Especificaciones Técnicas del Sensor: Thomson-CSF Semiconducteurs.
BERGDATA FingerPrint System Library : April 05, 1999.
MySQL Reference by Randy Jay Yarger, George Reese & Tim King: 1st Edition July 1999.
[5] Object-Oriented Analysis and Design with applications, 2nd Edition. Benjamin/Cummings.
G. Booch, 1994.
Para mayores referencias diríjase a la siguiente dirección
[email protected]