Biometria e documenti di identità e di viaggio

Alessandro Alessandroni

Università Roma Tre

3 Aprile 2014

AGENDA

documenti biometrici: • tipologie di documenti

• caratteristiche biometriche, formati e modalità di

memorizzazione

emissione: • come garantire qualità dei dati biometrici memorizzati

verifica: • come ottenere accuratezza del riconoscimento

biometrico

• resistenza agli attacchi (spoofing)

Principali novità rispetto al 2013

Italia

permesso di soggiorno biometrico europeo (gennaio

2014) avvio emissione con verifica al rilascio

Pronte le regole tecniche del nuovo DDU (documento

digitale unificato)

Europa

Diffusione varchi automatici (288) in 13 stati membri

Progetti europei di ricerca: nuovi scanner, spoofing,

valutazione prestazioni, evoluzione passaporto

Mondo

A fine 2014: 700 milioni di passaporti emessi da 110

stati

Perché documenti con

dati biometrici

Rendere più forte il legame tra titolare e documento

Consentire il ricoscimento automatico nei varchi di frontiera insieme al controllo automatico del documento

5

6

I dati biometrici previsti da ICAO

Le norme ICAO 9303 considerano 3 tipi di caratteristiche biometriche per i documenti elettronici: Volto (obbligatorio) Impronte (opzionali) Iride (opzionale)

Per passaporti e altri documenti di viaggio è previsto un chip RFID per la memorizzazione dei dati biometrici

Per i visti non è prevista la presenza di chip per evitare interferenze (Dati biometrici in BD)

7

Formato dati biometrici: immagine o template?

secondo le norme ICAO per ciascun tipo di dato biometrico è obbligatorio

memorizzare l’immagine

la registrazione del template associato alla immagine è opzionale

il template occupa meno spazio della immagine ed è preferibile dal punto

di vista della privacy

motivi della scelta della immagine:

indipendenza dai produttori richiede le immagini o template standard

i template standard comportano prestazioni inferiori

Documenti elettronici

conformi ICAO in circolazione

PASSAPORTI ELETTRONICI: Nel mondo 101 stati emettono passaporti elettronici conformi ICAO 500 milioni a fine 2012, 700 milioni a fine 2014

47 stati solo immagine dl volto

54 stati volto + 2 impronte (tutti gli stati membri UE)

0 stati con iride

PERMESSI DI SOGGIORNO Tutti gli stati europei emettono permessi di soggiorno elettronici

conformi ICAO e UE 380/2008 con immagine volto e 2 impronte

CARTE DI IDENTITA’ Alcuni stati europei emettono carte di indentità e-MRTD

conformi ICAO (ad esempio Olanda, Svezia, Lituania, e prossimamente Italia)

8

Documenti biometrici italiani

9

10

Visti: VIS/BMS

PARTE 2

LA FASE DI EMISSIONE

12

Accuratezza dei

sistemi biometrici

La biometria non è “esatta” al 100%

FMR (False Match Rate): il sistema accetta chi non dovrebbe

FAR (False Acceptance Rate): il sistema non accetta chi dovrebbe

FAR e FRR sono legati tra loro ed entrambi sono funzione della

soglia di sicurezza del sistema (t)

Una soglia bassa (sistema poco sicuro) determina pochi Falsi Rifiuti ma

aumenta le False Accettazioni

Una soglia elevata (sistema molto sicuro) determina poche False Accettazioni

ma aumenta i Falsi Rifiuti

EER (Equal Error Rate)

La soglia t puo essere tarata in modo

che FRR = FAR. L’errore in questo

punto operativo prende il nome di EER.

13

Principali esigenze per i dati

biometrici acquisiti e registrati

L’accuratezza dei sistemi biometrici dipende

dalla qualità dei dati acquisiti

Le prestazioni possono diminuire sensibilmente al

degradare della qualità (aumentano FAR e FRR)

Interoperabilità (standard ICAO/ISO)

Misure di Sicurezza per garantire autenticità,

integrità e riservatezza (firma digitale e altri

meccanismi crittografici)

14 14

qualità del dato biometrico acquisito

dipende da:

qualità intrinseca (ad es. impronte con ridge line poco

prominenti nel caso di lavoratori manuali e persone

anziane)

stato della caratteristica biometrica da acquisire (ad

es. pelle secca o troppo umida)

comportamento dell’utente (posizionamento non

corretto del dito, espressione e orientamento del volto)

dispositivi impiegati per la acquisizione (ad es.

scanner con elevata distorsione)

ambiente (ad es. Illuminazione, impurità sulla superfice

dello scanner)

15 15

Esempi qualità del dato biometrico

Insufficente pressione

16 16

qualità del dato biometrico

(ISO 29794-1)

Character: qualità basata sulle caratteristiche

intrinseche della fonte

Fidelity: fedeltà del campione rispetto alla fonte

Utility: utilità del campione nel sistema biometrico

17

Effetto dell’età sulla qualità

intrinseca delle impronte

12 anni

Qualità dello scanner

Parametri di qualità:

•Area acquisizione

•Accuratezza risoluzione

•Distorsione geometrica

•Risposta alle frequenze spaziali (fuoco)

•Rapporto segnale/rumore risoluzione

•Range dinamico

Alto

impatto

medio

impatto

basso

impatto

Laboratorio DigitPA

Principali parametri di qualità

degli scanner

Original

Acquisition Area Output Resolution Geometric Accuracy

Spatial Frequency

Response

Signal-to-noise

Ratio

Fingerprint Gray

Range

20

Esperimenti per valutare impatto dei

parametri di qualità delle impronte The FVC2006 DB2 has been used

1680 images: 140 fingers, 12 impressions per fingers

Acquisition area: w=17.8mm, h=25.0mm

Quality parameters considered:

Acquisition area

Output resolution

Geometric accuracy

Spatial frequency response

Signal-to-noise ratio

Fingerprint gray range

From FVC2006 ten of the best performing algorithms on DB2 have

been selected (not only minutiae-based)

Experiment size

115,920 image transformations

11,192,300 fingerprint pairs compared

23

Specifiche Scanner Impronte Digitali (single-

finger) per applicazioni PA

basate su test di laboratorio

Classe Applicazioni Area

(alt × largh)

Accuratezza

sulla

risoluzione

Distorsione

geometrica

Risposta

frequenze

spaziali

Rapporto

Segnale

Rumore

Livelli di grigio e

range dinamico

A

(10%)

Enrollment per applicazioni large-scale e per

progetti dove è importante interoperabilità tra

scanner diversi, anche di fornitori diversi

(es. Passaporto, CIE)

Verifica di identità in applicazioni large-scale

dove l’enrollment è stato eseguito con scanner

di classe A o con scanner IAFIS IQS

(es. Verifica di un Passaporto o di un Visto)

25.4mm

×

25.4mm

500dpi 1%

(IAFIS IQS)

1.5%

(IAFIS IQS)

TSI ≥ 0.20

(PIV IQS)

Dev.Std.

σ ≤ 3.5

(PIV IQS)

Formato

256 livelli grigio.

Range dinamico

almeno 150 livelli

(PIV IQS)

B

(20%)

Enrollment e verifica identità in applicazioni

medium-scale dove gli utenti possono

autenticarsi su scanner diversi

(es. CMG - Carta Ministero Giustizia)

Verifica di identità in applicazioni large-scale

in cui enrollment eseguito can scanner classe A

(es. autenticazione con CIE)

20.0mm

×

15.0mm 500dpi 1.5% 2.0% TSI ≥ 0.15

Dev.Std.

σ ≤ 5.0

Formato

256 livelli grigio.

Range dinamico

almeno 140 livelli

C

(150%)

Enrollment e Verifica di identità in applicazioni

small-scale, dove tipicamente gli utenti usano

sempre lo stesso scanner

(es. sicurezza logica o fisica in piccole

amministrazioni o singoli uffici)

16.5mm

×

12.8mm

(PIV IQS)

500dpi 2.0%

(PIV IQS)

2.5%

(PIV IQS) TSI ≥ 0.12

Dev.Std.

σ ≤ 8.0

Formato

256 livelli grigio.

Range dinamico

almeno 130 livelli

maggiore impatto minore impatto

IAFIS PIV

24

Tipo di scanner:

single-finger o 4-4-2

25

4-4-2: slap e segmentazione

Scanner di impronte single finger

con interfaccia per utente

26

27

Corretto posizionamento delle dita

Procedura di acquisizione impronte

A partire da un indice, tre immagini separate vengono catturate

(mettendo il dito per tre volte sullo scanner).

Per ogni immagine, il punteggio di qualità (NFIQ) viene calcolato.

Le immagini della impronta vengono confrontate tra loro

La migliore immagine, sulla base degli score di matching con le

altre, viene selezionata per la memorizzazione

Se nessuna delle tre immagini ha un punteggio di 1, 2 o 3,

l'operatore acquisisce l'impronta del dito successivo nella

sequenza: indice, medio, anulare e pollice

Questa procedura è conforme alla norma ISO/IEC 29196 -

Technical Report on guidance for biometric enrolment, § 8.3.3

single finger systems

28

29

Processo acquisizione impronte di una

mano

Processo Standard

Inizio del processo di cattura

Rilevamento dal dito indice

NO

SI

Esito del processo di cattura

Fine del processo di cattura

SI

Esito del processo di cattura

Esito del processo di cattura

Rilevamento dal dito pollice

Esito del processo di

cattura

SI SI

NO NO NO

Rilevamento dal dito anulare

Rilevamento dal dito medio

:

Selezione della migliore tra le immagini scartate

30 30

sw controllo qualità delle impronte acquisite

1 2 3 4 5 NFIQ

Feedback immediato sulla qualità delle impronte raccolte tramite valore NFIQ

Selezione dita con migliori impronte

Sw del NIST considerato uno standard de facto (NISTIR -7151)

31

Correlazione tra qualità (NFIQ) e

accuratezza nel matching (Sagem)

Compressione immagine impronte

L’immagine digitale delle impronte acquisite (risoluzione 500 ppi,

area di acquisizione di un pollice quadrato, profondità 8 bit) ha una

dimensione di 250 KB; per la registrazione nel microprocessore

RF è necessaria compressione per rendere dimensione

compatibile con la capacità del chip

La riduzione di qualità non deve compromettere la accuratezza del

riconoscimento biometrico in fase di verifica.

Decisione CE 3770/2009 prescrive per le impronte il ricorso alla

compressione delle immagini attraverso l'algoritmo WSQ, e indica

in circa 12 – 15 Kbyte per dito il volume di memorizzazione

necessario per le immagini compresse delle impronte digitali.

Il fattore di compressione da utilizzare non deve essere superiore

a 15:1, come prescritto dalla norma ISO 19794-4

Non devono essere effettuate compressioni multiple che

degraderebbero significativamente l‟immagine.

32

33

Aspetti ambientali

Posizionamento scanner (altezza, stabilità,

inclinazione)

Umidità, temperatura, illuminazione, polvere

Pulizia superficie

Risultati qualità impronte registrate

(30/01/2012)

NFIQ=1

NFIQ=3

NFIQ=2

Indice destro Indice

sinistro

98% NFIQ = 1,2,3

96% dito= indice

34

Verifica al rilascio

Falsi rigetti

Bassa qualità impronte

Bassa qualità intrinseca anche del migliore dito prescelto

(in particolare: minori)

Condizioni e posizionamento (dito secco, umido, scarsa

pressione, ecc.)

Scambi dito

nonostante interfacce utente con indicazione dito

35

Verifica al rilascio:

come ridurre i falsi rigetti

Falsi rigetti

Bassa qualità impronte

Soluzione a breve: verifica delle due impronte in AND e

riduzione soglia (stesso FAR con drastica riduzione FRR)

A M/L: utilizzo scanner con nuove tecnologie (contactless,

ultrasuoni, OCT…)

Scambi dito

Soluzione a breve: verifica immediata delle impronte subito

dopo acquisizione

Soluzione a M/L: utiilizzo 4-4-2

36

37

Scanner contactless

Scanner ottici

in alcuni casi bassa qualità immagine acquisita

dito secco, dito umido

scarsa pressione

deformazione

sono soggetti a spoofing

Altre tecnologie

Ultrasuoni

OTC

fotocamere

38

Volto acquisito tramite scanner foto

Degrado dovuto a stampa/acquisizione con scanner

Rischio di sostituzione o manipolazione immagine (morphing)

A B

A B

39

All.A: Esempi e linee guida per le foto

ISO/IEC 19794-5:2005(E)

40

All.A:Esempi e linee guida per le foto

ISO/IEC 19794-5:2005(E)

41 41

Esempio software controllo conformità

ICAO

42

Effetto della compressione sulle

prestazioni di riconoscimento

PARTE 3

LA FASE DI VERIFICA

Verifica dei documenti elettronici

Alle frontiere:

Postazioni fisse

Varchi automatici (Sistemi ABC)

Dispositivi mobili

Sul territorio:

Postazioni fisse

Dispositivi mobili

44

Verificare la genuinità e validità del

documento

Identificare il passeggero

Verificare l’ammissibilità del passeggero

sul territorio Nazionale e Schengen

Il controllo in frontiera:

(biometria)

SiF architettura Prima linea

degli Uffici di Frontiera

VISBanca dati

visti

SIDAFDatabse degli

specimen

SDI/SISArchivi nazionali ed

europei di polizia

Database dei documenti

smarriti o rubati

Gestore documentale

dell’ufficio di frontiera

SIF

External DBs

Verifica Impronte digitali del Permesso di Soggiorno Elettronico Italiano - Regolamento (CE) 1030/2002, del passaporto e del nuovo permesso di soggiorno 380/2008

SIF 2: Principali funzionalità biometriche

Verifica dei visti uniformi Schengen alla

frontiera (tipo C e A)

• Può essere effettuata dalle postazioni I-VIS o dalle

postazioni SIF per mezzo della cooperazione

applicativa con il sistema I-VIS

• È previsto il riscontro presso il CS-VIS del visto esibito

dal viaggiatore per mezzo del numero di visto (sticker

number) con possibilità di verifica delle impronte

acquisite al momento con quelle presenti nel sistema

centrale europeo

48

Perché varchi automatici?

Facilitare i viaggiatori mantenendo alti i livelli di

sicurezza

Fare uso più efficiente delle guardie di frontiera

49

(1)

(2/5)

(3)

(4) (6)

Processo di verifica (unico passo)

1. Lettura documenti (passaporto, permesso di soggiorno, visti) sia dati anagrafici che biometrici

2. Verifica autenticità, integrità del documento

3. Verifica eventuale presenza nominativo/impronte in banche dati nazionali e/o internazionali

4. Acquisizione caratteristiche biometriche (volto e/o impronte)

5. Verifica identità con riconoscimento biometrico

6. Verifiche opzionali (es. antispoofing, presenza di una sola persona nel varco, ecc.)

7. Apertura varco in caso di esito positivo

50

Aeroporti Regno Unito - Stansted –

Londra (unico passo) (1/2)

51

Aeroporti Regno Unito - Stansted - Londra (2/2)

52

Aeroporto Francoforte – Progetto

EasyPASS

53

Aeroporto Francoforte – Progetto EasyPASS

statistiche

≈ 50000 passaporti presentati ai varchi

≈ 43000 utenti passati con successo attraverso EasyPASS (86%)

14% tasso di rifiuto (ulteriori controlli manuali necessari da parte delle guardie di frontiera)

5.5% rifiutati a causa del fallimento del riconoscimento del volto (@FAR 0.1%)

8.5% rifiutati dal sistema a causa di altre ragioni (es. comportamenti non corretti dell’utente, verifica del documento fallita, corrispondenze segnalate su banche dati nazionali/internazionali)

54

Aeroporto Francoforte – Progetto EasyPASS

≈ 18s tempo medio per passare il varco

5-6s per leggere e controllare i dati sul passaporto

5-6s necessari all’utente per entrare e posizionarsi

correttamente nel gate

1s per il confronto del volto

5-6s necessari all’utente per uscire dal gate

55

Accuratezza del riconoscimento biometrico nei

varchi automatici (Linee guida tecniche

FRONTEX)

Volto Impronta digitale

FAR=0.1% FRR≤5% FRR≤3%

56

Sistemi ABC nel mondo al 15 Aprile

2013

57

eMRTD Pre-registrazione Pre-registrazione/eMRTD

Registrazione necessaria per gli stranieri

http://www.iata.org/whatwedo/stb/maps/Pages/passenger-facilitation.aspx

Sistemi ABC in Europa

(situazione a marzo 2013)

eMRTD Pre-registrazione Pre-registrazione/eMRTD

Fine 2013: 288 varchi in 13 stati membri

58

Considerazioni su aspetti biometrici

SPOOFING

Rischio di attacchi di tipo spoofing con false credenziali biometriche del volto (foto, video, maschere) o delle impronte

I controlli di vivezza antispoofing possono aumentare i tempi di verifica (ad esempio controllo chiusura palpebre) o fornire falsi rigetti che si aggiungono a quelli dell’algoritmo di matching

Per il riconoscimento del volto FRR elevati da 5% fino a 15-20% in condizioni non controllate

si cerca di migliorare con acquisizioni 3D o acquisizioni multiple con scelta della immagine migliore tramite misure di qualità

Per le impronte problemi di posizionamento corretto di contatto

Difficoltà di verificare le prestazioni delle soluzioni di spoofing detection

59

Face spoofing: metodi

(Foto stampata, video, maschera 3D)

60

Face spoofing: contromisure

61

Hw

thermography

SW

Motion analysis

Texture analysis

Liveness detection

Eye blinking

Lips movements

Fingerprint spoofing: contromisure

62

Hw rilevazione di caratteristiche naturali:

odore, battito e pressione del sangue, temperatura,

resistenza elettrica

Misure 3D della superfice del dito fino a una

profondità di 1,5mm con “Optical Coherence

Tomography“ (OCT)

SW

Conteggio pori

traspirazione

distorsione pelle

Considerazioni su aspetti biometrici

qualità acquisizione

Per il riconoscimento del volto FRR elevati dovuti

principalmente a illuminazione e posizione volto

si cerca di migliorare con:

acquisizioni 3D (face on the fly)

acquisizioni multiple con scelta della immagine migliore tramite misure di

qualità

Per le impronte problemi di posizionamento corretto di

contatto, superficie sporca

Si cerca di migliorare con sensori contactless (finger on the fly)

63

FIDELITY: Face on the fly

64

FIDELITY: Finger on the fly

65

VANTAGGI

Usabilità;

Tempo di acquisizione in meno di un secondo mentre la mano

è in movimento;

Nessun problema con il dito asciutto o bagnato

impatto minimo su FTE a causa cattura senza contatto;

Non ci sono impronte latenti

Le impronte vengono

acquisite facendo

scorrere la mano sopra

il sensore

INGRESS: Innovative Technology

for Fingerprint Live Scanners

ULTRASUONI

OCT (Optical Coherence Tomography)

66

Casi d’uso dei dispositivi mobili: verifiche...

...alla frontiera

...sul territorio

a piedi

in auto

67

Soluzioni presenti sul mercato:

mobili/semi-mobili

Dispositivo “tutto in uno”

Smartphone con periferiche integrate o dispositivi collegati

-------------------------------------------

tablet con periferiche integrate o con dispositivi collegati

-------------------------------------------

Valigetta rinforzata con notebook, lettore full page di documenti, scanner di impronte e fotocamera

MOBILE

SEMI- MOBILE

dispositivi mobili per acquisizione

impronte certificati da FBI

Ad aprile 2013, 53 dispositivi mobili sono certificati dalla FBI/IAFIS

con livelli SAP/FAP da 10 a 45

la lista è disponibile nel sito

https://www.fbibiospecs.org/IAFIS/Default.aspx

SAP 10 SAP 20

SAP 30 SAP 45

Aspetti critici legati alla biometria

Dispositivi per l’acquisizione Dispositivi di dimensioni contenute possono avere impatto

negativo sull’accuratezza

Disponibilità di sw (controllo qualità, algoritmi di matching, compressione/decompressione) per il sistema operativo mobile

Algoritmi di matching Versioni “light”, processori meno potenti

Test non disponibili

Aspetti legati a fattori ambientali (es. sole, luminosità)

Conseguenze su Prestazioni (FAR, FRR)

Interoperabilità

70

Alcune questioni aperte

qualità degli elementi biometrici acquisiti non soddisfacente in tutti gli stati, da migliorare (nuovi scanner, migliori procedure e controllo qualità)

statistiche sulla qualità non disponibili e metriche non condivise

algoritmi per impronte minori

soluzioni antispoofing (specialmente per varchi automatici) ancora con elevati errori

modalità di combinazione delle diverse biometrie presenti ancora da definire (multibiometria)

problemi con le PKI di firma e di verifica

71

AGID (ex Cnipa/DigitPA)

Linee guida per qualità e interoperabilità dati biometrici passaporto, permesso di soggiorno e prossimo DDU

caratteristiche dei dispositivi di acquisizione

delle foto e delle impronte

caratteristiche del sw di controllo qualità delle immagini del volto e delle impronte

caratteristiche del sw per il riconoscimento del volto e delle impronte

procedure di acquisizione delle impronte

aspetti di sicurezza e privacy

Test dei dispositivi di acquisizione e del software di verifica

In corso attività per:

Norme Tecniche sistemi biometrici

Registro dei laboratori di certificazione 72

fine

Domande?

73