Cómo funcionan los mecanismos de autorización biométrica de huellas digitales

Contenido del artículo

• Tipos de escáneres de huellas digitales
• Escáner óptico
• Escáneres de semiconductores
• Escáner de ultrasonido
• Análisis de huellas digitales y comparación
• Características del patrón papilar.
• Procesamiento de imagen
• Comparación de huellas digitales
• Protección de datos de huellas digitales
• Conclusión

Hace más de cien años, la humanidad aprendió a establecer una personalidad mediante huellas digitales. Ahora esta tecnología se usa en cada segundo teléfono y aumenta significativamente el nivel de seguridad en comparación con los códigos PIN. Pero, ¿cómo funcionan exactamente estos escáneres? Me interesé y, habiéndolo descubierto, te lo contaré.

Tipos de escáneres de huellas digitales

Hay varias formas diferentes de obtener una imagen de huella digital. Vamos a tomarlos en orden.

Escáner óptico

Este tipo de sensor funciona de acuerdo con un principio simple: hay un sensor fotosensible (en la mayoría de los casos es un  CCD , que se usa en muchas cámaras modernas) y varios pequeños emisores de luz que iluminan la superficie del dedo.

La luz se refleja desde un patrón papilar y, varía de si un rayo de luz golpea una cresta o un hueco, su intensidad específica.

El vidrio exterior de dicho escáner es delgado para causar el efecto de una  reflexión interna completamente perturbada . Debido a este efecto, la luz en los puntos de contacto de la piel con el vidrio, en las crestas, se refleja completamente en el fotosensor.

Puede observar este fenómeno con un vaso de agua: coloque el dedo en un lado del vidrio y mire en el otro, verá claramente su huella.

Los sensores de este tipo son muy voluminosos: necesita una cámara grande y un pequeño emisor de luz, por lo que casi nunca se usan. Hay otro problema: la luz puede reflejarse igualmente desde la piel y otro material, y por lo tanto es demasiado fácil falsificar una huella digital.

Escáneres de semiconductores

Dichos escáneres usan semiconductores que cambian sus propiedades cuando se tocan. Responde a varios parámetros: calor, conductividad, presión.

Los sensores térmicos responden a los cambios en la conductividad de un semiconductor en función de la temperatura. El aire y la piel transmiten calorías a diferentes velocidades, los sensores registrados y obtenemos una imagen de la impresión.

Los sensores de presión responden a la presión de cada área pequeña de la piel en la superficie del conductor, registran la diferencia de presión de las depresiones y crestas. Pero estos escáneres son muy frágiles y, por lo tanto, fácilmente inútiles: cualquier presión excesiva en la superficie puede desactivar por completo parte de los sensores, haciendo que todo el escáner quede inoperativo.

Los sensores capacitivos usan sensores CMOS, que actúan como pequeños condensadores para pasar una pequeña carga a través de la superficie del dedo. La capacidad del aire y la piel para aislar la corriente eléctrica con frecuencia: cuanto más grande es el condensador, más aire entre el sensor y la piel.

El último método es el más universal: dicho sensor es compacto y puede acomodar hasta cuarenta mil sensores por centímetro cuadrado. Este tipo de sensores está instalado en la mayoría de los dispositivos de Apple, Xiaomi, Samsung y otros líderes del mercado móvil.

Y a pesar de que los escáneres de este tipo son más difíciles de enganchar que los ópticos, la capacidad de crear un falso aún permanece: no solo la piel tiene todos los efectos de los que dependen estos escáneres. La falsificación a este nivel ya es un orden de magnitud más complicado: necesita un trabajo delicado con materiales, una impresión de alta calidad y un pequeño laboratorio.

Escáner de ultrasonido

Los sensores ultrasónicos utilizan un reloj preciso y un principio similar a un ecosistema: el emisor emite un pulso de alta frecuencia, que se refleja desde la superficie del dedo y está registrado por el sensor. La señal que ha caído en la región de la cuenca viaja una distancia mayor y, en consecuencia, tarda más tiempo en regresar que la señal que se refleja desde la cresta.

Tal dispositivo sensor le permite obtener una imagen clara del patrón papilar, que tiene en cuenta no solo el hecho de tocar, sino también la profundidad de cada área individual de la piel. Esto permite que la imagen sea aún más precisa, aunque el escaneo lleva más tiempo y el costo del dispositivo es mayor.

Sin embargo, además de la alta precisión, los escáneres ultrasónicos tienen otra ventaja competitiva tangible, que obliga a los fabricantes a invertir cada vez más en su simplificación y abaratamiento: cuentos sensores no requeridos. Por lo tanto, la integración de un escáner de huellas digitales directamente en la pantalla no solo es posible, sino también relativamente simple.

Los fabricantes de teléfonos inteligentes no solo experimentan con esta tecnología en los laboratorios, sino que también han logrado implementar en algunos de los modelos más nuevos: los escáneres Samsung S10 Plus, Huawei P30 Pro, One Plus 7, Xiaomi Mirad en pant

Análisis de huellas digitales y comparación

Una huella digital consiste en un conjunto de patrones repetitivos: formas. Muy a menudo, el análisis de huellas digitales lleva un cabo sobre su base.

Características del patrón papilar.

Cada característica se puede atribuir a uno de dos grupos: global, que puede ver una vista simple, y local, que consistía en las características estructurales de cada línea papilar individual.

Arch, loop y curl son los patrones globales más comunes. También puede intentar mirar su dedo y encontrarlos, porque cada persona tiene estos signos. Pero generalmente no son únicos; ellos solos no son precisos para una identificación precisa. Pero estos patrones se utilizan para la detección preliminar de registros adicionales en grandes bases de datos de huellas digitales, por ejemplo, en el Ministerio del Interior.

Las señales locales (minutos) son mucho más interesantes para el análisis. Además, es importante no solo lo que son, sino también dónde están en la imagen. Los minutos en sí mismos son formas geométricas simples que pueden ser detectadas en la imagen por busto.

Hay dos tipos de características locales: terminaciones y ramas (en medicina, bifurcaciones). Puede encontrarlos en la impresión terminada, pero es casi imposible de ver sin una lupa en su propio dedo.

Procesamiento de imagen

La imagen se toma en blanco y negro y luego se reduce un tamaño tal que cada línea papilar tenga solo un píxel de ancho. Después de las transformaciones, analizar la huella digital se vuelve más fácil y más conveniente.

El siguiente paso es dividir las imágenes en bloques separados de tres por tres píxeles de tamaño, en el centro debe tener un píxel lleno de la línea papilar. Si hay exactamente uno o tres píxeles más alrededor de este píxel, entonces este bloque se considera una característica que se almacena en la memoria junto con el tipo de atributo y sus coordenadas.

Si el bloque cae al final de la línea papilar, esta línea debería caer de alguna manera en el centro del bloque, pero no debería abandonarlo. Si el bloque es una rama, entonces una línea ingresa al centro del bloque y dos salen de ella, en total tres líneas convergen en un punto.

Los datos de cada uno de estos bloques, junto con el tipo de patrón local, se escriben en la memoria y luego se usan para la comparación cada vez durante la autorización.

Comparación de huellas digitales

Para comparar, debe escanear nuevamente, solo transformar la imagen y divídala en bloques. Dicha partición le permite comparar bloques en caso de que la posición del dedo haya cambiado entre mediciones.

La comparación de los bloques en sí no es tan trivial como nos gustaría: en primer lugar, es necesario eliminar las consecuencias del desplazamiento y la rotación del dedo. La mayoría de las veces esto se logra mediante una búsqueda exhaustiva (aunque algunos escáneres no lo hacen, simplemente ignoran las impresiones demasiado rotadas). En el segundo lugar, los bloques que comienzan a compararse en pares, y el programa intenta encontrar dos bloques del mismo tipo en el mismo lugar.

La proporción de cuentos pares encontrados desde el número total de características afectadas sirve como una especie de «confianza» en el algoritmo de comparación de las huellas digitales afectadas a la misma persona. Se sorrenderá, pero para una persona esta característica es solo del 45 al 55%.

Esto se debe a la calidad de impresión está lejos de ser ideal. Debido a la contaminación o un dedo aplicado incorrectamente, es posible que las secciones enteradas de la imagen no estén disponibles para el análisis. Y, a pesar de esto, en la mayoría de los casos, incluso un umbral del 40% para el escáner es suficiente para determinar con precisión a la persona.

Protección de datos de huellas digitales

¿Cómo son los «dedos» almacenados en la memoria? Después del análisis, cambiamos en descripciones de las posiciones y tipos de bloques. Además, estos datos generalmente se cifran o almacenan en una memoria interna especial (protegido por el sistema operativo) o en un chip separado para los códigos claves y contraseñas. Por lo general, se utiliza AES con una longitud de clave de más de 128 bits como algoritmo de cifrado, lo que garantiza la seguridad completa de nuestros datos bios

En los dispositivos Apple, por ejemplo, esta clave se almacena en el sistema Secure Enclave, que se encuentra en un chip separado. Los fabricantes de teléfonos inteligentes Android resuelven este problema de diferentes maneras: a menudo, la elección recae en los chips de ejecución segura de Qualcomm (por ejemplo, Qualcomm Trusted Execution Environment, consulte  PDF ) o  ARM TrustZone .

Conclusión

Como puede ver, no hay nada complicado en el escáner de huellas dactilares en sí: cada mecanismo que se utiliza aquí no puede llamarse un gran avance en el campo de la física o la informática. Sin embargo, una combinación tan conveniente de todas estas pequeñas piezas y algoritmos en un solo dispositivo nos permite pasar menos tiempo en cosas insignificantes como escribir una contraseña.