Visão geral de um sistema biométrico

Um sistema biométrico é, essencialmente, um sistema de reconhecimento de padrões que busca extrair o padrão mais distintivo de uma pessoa, armazená-lo para depois comparar como novas amostras e determinar a identidade de cada amostra dentro de uma população.

Assim sendo, um sistema biométrico típico tem pelo menos cinco componentes principais: componente de apresentação e captura de dados biométricos; componente de processamento do dado biométrico e extração do template; componente de armazenamento do template; componente de comparação de templates e decisão; e o canal de transmissão. Esse mesmo sistema tem dois processos importantes: processo de cadastro e o processo de identificação.

Componentes

Apresentação e captura dos dados biométricos

O traço biométrico precisa ser apresentado a um sensor, que irá transformar a informação em uma representação digital (foto, vídeo, áudio, etc). É um componente crítico do sistema porque qualquer apresentação de traço biométrico introduz uma componente comportamental (e psicológica). Essa componente comportamental pode variar amplamente entre usuários, aplicações e entre os testes de laboratório e o ambiente operacional. A saída do sensor é uma combinação do traço biométrico, da forma como o traço foi apresentado ao sensor e das características técnicas do sensor.

Mudanças em qualquer um desses fatores pode afetar a capacidade de reconhecer um indivíduo e até mesmo de diferenciá-los dos outros indivíduos da população. Felizmente a apresentação e as características técnicas do sensor podem ser padronizados até um certo ponto. Normalmente esse sensores são câmeras, scanners, microfones, tablets, teclados, etc, adaptados ou não para o uso da biometria. Como o sensor define a interface entre homem e máquina, é fundamental para determinar a performance, aceitação e custo do sistema biométrico.

Processamento do dado biométrico e extração do template

Esse componente transforma a representação digital do traço biométrico em um template. Normalmente isso é feito através da segmentação da representação digital, avaliação (e melhoria) da qualidade e extração de características únicas. A segmentação identifica na representação digital a parte útil que será tratada, o que depende do traço biométrico em uso. No reconhecimento facial, por exemplo, é necessário localizar e separar a face da pessoa do fundo da imagem. A avaliação de qualidade visa determinar se existe informação útil e em que quantidade com o objetivo de determinar se a amostra é boa ou se o sistema deve pedir uma nova coleta. A extração das características únicas de cada indivíduo é a parte mais complexa de todo o sistema. As características únicas (features) são extraídas através de diversas técnicas de processamento de imagens, reconhecimento de padrões, estatística, inteligência artificial e visão computacional. O processo usado para extração é muitas vezes patenteado e sempre mantido em segredo pelas empresas.

Algumas características são obvias como a distância entre elementos da face, velocidade e pressão de uma assinatura, velocidade volume e frequência da fala; mas existem uma infinidade de maneiras engenhosas de extrair características e outra infinidade de características disponíveis para serem extraídas, por isso é seguro afirmar que a biometria ainda vai evoluir muito principalmente na extração de características.

O conjunto das características extraídas é representado matemáticamente e armazenado num registro chamado template. O template é uma forma compacta e segura de se armazenar a representação matemática do traço biométrico. Compacto porque normalmente tem menos de 1k byte e seguro porque normalmente não é possível reverter o template e transformá-lo novamente no traço biométrico do indivíduo.

A quantidade, qualidade e reprodutibilidade das informações extraídas é extremamente importante para a performance dos sistemas biométricos, isso ajuda explica porque alguns traços biométricos são mais interessantes do que outros. A impressão digital, por exemplo, possui características chamadas minúcias formadas de maneira aparentemente aleatória e em quantidade e que portanto permitem distinguir entre indivíduos de forma extremamente segura mesmo considerando toda a população do planeta.

Armazenamento do template

O armazenamento do template é um componente que apresenta crescente desafio e muitas opções de implementação. Com a popularização da biometria, base de dados contendo milhões de pessoas se tornou realidade e os recursos para garantir a segurança, qualidade, manutenção e gerenciamento desses dados podem ser enormes e o risco, em caso de perda de dados, considerável.

Os templates podem ser armazenado de 3 formas em sistemas biométricos: no sensor ou PC local, repositório central, cartão. O armezenamento local, em PC ou no próprio sensor propicia o desenvolvimentos de sistemas mais simples com processamento local, mas os templates ficam bastante vulneráveis. O armazenamento em repositório num ambiente seguro é a escolha mais adequada para sistemas de médio e grande porte, mas precisa ser projetado para o volume de requisições que serão tratadas centralizadamente. O armazenamento em cartão é atrativo por duas razões. Primeiro, não requer armazenamento local nem central e, segundo, o usuário carrega o seu template consigo, podendo usá-lo em qualquer leitor autorizado. Do ponto de vista da privacidade pode se argumentar que o usuário carrega seu template consigo, não dependendo de terceiros. Uma desvantagem é o cartão em si, já que a biometria eliminar os cartões. Outra ponto importante é que o sistema pode, sem o usuário saber, ainda reter seu template em um repositório central.

Comparação de templates e decisão

Na comparação de templates os valores matemáticos das características extraídas dos traço biométrico são comparados para determinar o seu grau de correlação ou similaridade, num processo chamado de matching (comparação). O processo de comparar dois templates biométrico resulta numa pontuação (score) que na maioria dos sistemas é comparado contra um limiar (threshold). A decisão é tomada de acordo com a relação entre a pontuação e o limiar.

O processo de casamento envolve a comparação de dois templates, um template de cadastro e um template de verificação. Nos sistemas de verificação a comparação é feita somente entre templates da mesma pessoa, que tem que se pré identificar. Nos sistemas de identificação, a comparação é feita em toda a base de dados.

Dois templates de uma mesma pessoa nunca são iguais devido a variações na apresentação e captura de dados. A pontuação dos sistemas de casamento apontam quanto eles são similares, mas não dizem se é ou não a pessoa. Dependendo da complexidade da biometria e do subsistema de aquisição teremos índices consideráveis de pessoas que terão baixas pontuações. Não há sistema de biometria que garanta 100% de exatidão entre o cadastro e a verificação.

Uma vez gerado uma pontuação, o sistema biométrico irá comparar essa pontuação com um limiar. Esse limiar, determinado pelo administrador, informa qual a pontuação necessária para que a comparação seja considerada um casamento de templates (embora os templates nunca sejam iguais). Limiares podem ser determinados a cada tentativa de casamento, por tipo de transação e até por usuário. O limiar determina, na prática, o quão seguro um sistema biométrico vai ser, o que não seria possível com um sistema baseado em senhas ou cartões.

Canal de transmissão

O canal de transmissão é um componente comum a todos os outros sistemas de informação. E assim como em outros sistemas, nos sistemas biométricos ele é muito importante para definir a arquitetura do sistemas, a política de segurança e privacidade. O canal de comunicação pode ser interno do sistema biométrico ou se utilizar da infraestrutura de comunicação existente. A comunicações entre componentes do sistema biométrico pode ocorrer, por exemplo, através da USB, rede local, Intranet e Internet. Cada canal tem suas particularidades que devem ser consideradas num projeto de sistema.

Processos

Cadastro (enroll)

No cadastro o traço biométrico é apresentado ao sistema com o objetivo de armazenar um template do indivíduo no banco de dados. A preocupação com a qualidade deve ser grande e é comum que sejam capturadas várias amostras para a criação de um template 'ideal'. O cadastro mau feito é garantia de problemas na hora da comparação. É comum o cadastramento de dados biográficos do indivíduo nesse momento bem como a verificação de documentos para garantir um cadastro correto. Como resultado o sistema deve informar do sucesso ou não do cadastro.

Comparação (match)

A comparação se utiliza de todos os componentes do sistema biométrico, porem de forma diferente do cadastro. Normalmente se captura apenas uma amostra da biometria e o seu processamento pode ser simplificado, já que a preocupação agora é com velocidade. O template não é armazenado no repositório, pelo contrário os templates existentes no repositório é que são requisitados para a comparação com o template recém capturado. Como resultado o sistema deve retornar sim ou não.