Cuprins

Introducere……………………………………………………………………….................….....2

Capitolul I. Modalităţi de acces folosind tehnologii biometricce........................3

1.1 Tehnologii de biometrie a amprentei digitale….......................................................4

Macrocaracteristicile amprentei………………….….............................................6

Microcaracteristicile amprentei …………………….…......................…...............9

Reprezentarea degetului…………………………………….……........................13

1.2 Tehnologii de biometrie a feţei………………………………………….…............17

1.3 Tehnologii de biometrie a vocii.................................................................................19

1.4 Tehnologii de biometrie a irisului.............................................................................21

Descrierea generală a biometriei irisului................................................................21

Capturarea imaginii irisului...................................................................................23

1.5 Tehnologii de biometrie a ADN-ului........................................................................24

1.6 Caracteristicile unui sistem biometric bun..............................................................26

Capitolul II. Implementarea hardware a sistemului de acces...........................35

2.1 Sistemul de achiziţie...................................................................................................35

Modul AT89S52.....................................................................................................36

IButton...................................................................................................................40

Tastatură 4x4.........................................................................................................43

2.2 Sistemul de comandă..................................................................................................47

Modul AT89C2051................................................................................................47

Afişajul LCD 2x16 caractere.................................................................................48

2.3 Dispozitiv amprentă digitală.....................................................................................52

2.4 Comunicaţia serială............ ......................................................................................53

Capitolul III. Aplicaţia software a sistemului de acces......................................60

3.3 Funcţiile folosite în descrierea programului............................................................60

3.2 Descriere programului...............................................................................................68

Concluzii...........................................................................................................................75

Bibliografie......................................................................................................................76

1

Introducere

Tehnologia biometrică are o utilizare pe scară tot mai largă în domeniul aplicaţiilor de acces,

unde acurateţea identificării sau a verificării unui individ este esenţială pentru securitate.

Succesul implementării depinde de selecţia celui mai potrivit sistem de recunoaştere pentru

aplicaţii specifice, realizându-se astfel o soluţie personalizată în concordanţă cu nivelul impus de

securitate. Proprietatea tehnologiei biometrice de a realiza legătura între individ şi acţiune sau

tranzacţie oferă avantajul prevenirii utilizării de către persoane neautorizate, eliminând astfel

posibile fraude în sistem.

Un sistem de acces bazat pe carduri poate controla dar nu poate face legătura între card şi

persoană, acesta putând fi pierdut, împrumutat sau reprodus.

Sistemele care utilizează PIN (numere de identificare personală) presupun ca un singur

individ să ştie acel cod specific care îi poate autoriza accesul, dar nu se poate face legătura între cel

care a introdus PIN-ul şi cel care beneficiază efectiv.

Biometria elimină toate aceste dezavantaje, ceea ce duce la reducerea eforturilor

administrative. De exemplu un card pierdut sau distrus are ca efect înlocuirea urmată de noua

înregistrare. Când numărul evenimentelor de acest gen devine tot mai mare, administrarea cardurilor

atrage după sine creşterea costurilor.

Biometria identifică o persoană prin intermediul unei caracteristici umane unice: forma şi

dimensiunea palmei, o amprentă, faţa sau mai multe trăsături ale ochiului. Aceste elemente nu pot fi

pierdute, uitate sau furate, aşa cum se întâmplă cu parolele sau cardurile de identitate.

Dacă scopul unui sistem de control acces este de a controla unde pot sau nu să aiba acces

unele persoane, atunci doar un dispozitiv biometric va fi cu adevărat eficient.

Prin urmare, biometria este folosită la uşa a mii de firme din toată lumea, la porţile către

pistele marilor aeroporturi şi la intrarea în alte spaţii unde este dezirabilă combinaţia între securitate

şi confort.

Sistemul de acces bazat pe cititorul de amprente se poate folosi în cadrul unor activităţi mici,

cu număr redus de persoane şi în cazul unor locaţii cu număr foarte mare de persoane cum ar fi

depozitele, sediile mari de firmă, sediile de bănci, hoteluri, săli de conferinţe, expoziţii.

Utilizarea unui astfel de sistem bazat pe cititoarele de amprente oferă siguranţă în colectarea

şi procesarea datelor, elimină erorile şi subiectivismul prelucrării manuale şi asigură respectarea

accesului. Cititoarele de amprentă se curăţă uşor, au costuri extrem de mici faţă de investiţia

necesară altor sisteme bazate pe alte metode de acces (cartele).

2

Capitolul I

Modalităţi de acces folosind tehnologii biometrice

Biometria (gr. bios = viaţă, metron = măsură) cuprinde metode de recunoaştere unică a

oamenilor pe baza uneia sau mai multor trăsături intrinseci fizice sau comportamentale. În

informatică, în special, biometria este folosită ca o formă de gestionare a accesului de identitate şi de

control al accesului. Este utilizată de asemenea, pentru a identifica indivizi în grupuri aflate sub

supraveghere. Caracteristicile biometrice pot fi împărţite în două clase principale:

Fiziologice, sunt legate în general de formele corpului. Exemplele includ, dar nu sunt

limitate la amprente, geometria mâinii, recunoaşterea feţei, recunoaşterea irisului care a înlocuit-o

în mare măsură pe cea a retinei, ADN şi odor/miros.

Comportamentale, sunt legate de comportamentul unei persoane. Exemplele includ, dar nu

sunt limitate la ritmul tastării, mers şi voce. Unii cercetători au inventat termenul de comportametrie

pentru această clasă a datelor biometrice.

Biometria poate fi definită prin nivelul de implicare pe care utilizatorul trebuie să o asigure

pentru a fi măsurat biometric. Implicarea utilizatorului într-un sistem biometric se împarte în două

categorii:

Biometria pasivă

Biometria pasivă nu cere ca utilizatorul să se supună activ masurătorilor. Aceste tipuri de

sistem sunt numite în general ascunse. Acestea nu cer utilizatorului să fie conştient că este măsurat

biometric. Aceste sisteme sunt văzute de asemenea ca invadând intimitatea utilizatorului. Sunt

folosite în general în aplicaţiile de supraveghere.

Pentru folosirea în aplicaţii de supraveghere, o bază de date conţinând persoane cunoscute

trebuie corelată iar apoi sistemul supravegează pentru măsurătoarea biometrică identificatoare.

Aceste sisteme sunt normal influenţate într-o mare măsură de mediul în care sunt folosite.

Biometria pasivă este mai potrivită pentru folosire în sisteme de identificare decât pentru

sistemele de autentificare. Biometria pasivă nu furnizeaza în mod normal un singur rezultat.

Normal, rezultă un set de persoane şi un operator uman care face identificarea finală.

Exemple de biometrie pasivă sunt:

-faţa;

-vocea;

-mersul;

3

Biometria activă

Biometria activă cere ca utilizatorul să se supună activ măsurătorii. Aceste tipuri de sisteme

sunt numite, în general, deschise. Ele cer utilizatorului să fie conştient că este măsurat biometric.

Aceste sisteme sunt văzute ca unele ce respectă intimitatea utilizatorilor săi.

Biometria activă este folosită în general în aplicaţii ce autentifică identitatea utilizatorilor.

Aceasta se bazează pe faptul că utilizatorul face o afirmaţie despre identitatea sa. Utilizatorul

furnizează o identitate de utilizator (user ID) sau orice alt identificator unic.

Utilizatorul furnizează apoi măsuratoarea biometrică pentru a-şi susţine afirmaţia. În acest

caz există un nivel ridicat de siguranţă obţinut la fel ca în cazul identităţii utilizatorului. Biometria

activă nu este dependentă de mediul înconjurător ca şi biometria pasivă.

Exemple de biometrie activă:

-amprenta digitală;

-geometria palmei;

-scanarea retinei;

-scanarea irisului.

1.1. Tehnologii de biometrie a degetului

Biometria amprentei digitale este cea mai larg folosită şi acceptată. Din moment ce amprenta

este folosită ca formă de identificare de multă vreme, este şi acceptată dar este privită şi cu

suspiciune. Oamenii acceptă în general că amprentele sunt unice şi pot fi folosite la identificarea

unei persoane. Această încredere provine din folosirea amprentelor de către lege, dar în acelaşi timp

acest lucru cauzează şi frică. Unele persoane implicate în autentificare prin amprenta digitală pentru

accesul în reţea s-au exprimat că acest lucru îi face să se simtă ca nişte criminali. Acest sentiment

poate duce la frica de biometrie a amprentei digitale.

Folosirea biometriei trebuie însoţită de instruirea adecvată. Prin aceasta, biometria va fi

privită ca suport al intimităţii, nu o tehnologie de temut. Chiar şi cu această grijă a folosirii

amprentelor, biometria degetelor rămâne cea mai larg acceptată dintre toate tipurile de biometrie.

Priviţi-vă amprentele ! Ce caracteristici vedeţi ? Sunt bine definite sau neclare? Aveţi

degetele uscate sau uleioase ? Ce fel de muncă sau hooby aveţi care să aibă legătură cu mâinile

dumneavoastră ?

Textura şi calitatea pielii de pe degete influenţează în mare măsură cât de bine va fi

reprezentată o amprentă. Serviciul şi pasiunile pe care cineva le are, pot influenţa calitatea unei

amprente. Persoanele care muncesc cu mâinile mult timp tind să aibă amprente mai groase şi mai

4

puţin definite. Aceşti factori influenţează folosirea biometriei amprentei digitale. Unele dispozitive

de scanare a amprentei digitale sunt mai bune pentru scanarea amprentelor uscate, mai puţin definite

şi altele sunt mai bune pentru tipul de amprente uleioase.

Descrierea generală a amprentelor digitale

Identificarea după amprenta digitală este cea mai matură metodă biometrică, fiind

implementată la un nivel incipient încă din anul 1960.

Figura 1.1 Referitor la amprenta digitală

Cititorul din imaginea de mai sus este folosit pentru o captare în timp real a amprentei

digitale. Cititorii pot fi bazaţi pe principii optice, termale sau ultrasonice, dar cel mai des utilizat este

cititorul optic. Imaginea rezultată este alb-negru, cu o rezoluţie cuprinsă între 500-1.000 DPI (Dots

Per Inch). Compresia JPEG nu este potrivită pentru imaginile amprentelor digitale, de aceea se

folosesc formate de compresie prin care nu rezultă pierderi ale detaliilor, de exemplu, formatul TIFF

sau algoritmul de compresie WSQ.

Figura 1.2 Referitor la amprenta digitală (metoda „minutiae”)

Amprentele nu sunt comparate cu imagini, ci se foloseşte o metodă bazată pe puncte

caracteristice numite „minutiae”. Metodele de identificare a amprentelor, bazate pe „minutiae”,

localizează punctele „minutiae” şi creează o hartă a locaţiilor acestora pe suprafaţa degetului.

5

Punctele „minutiae” sunt reprezentate de caracteristici unice pentru fiecare amprentă în

parte, cum ar fi: terminaţiile de creste, bifurcaţiile sau divergenţele.

Totuşi, cititoarele pentru acces control bazate pe amprentă, relativ ieftine, sunt diferite faţă

de procedurile de mai sus. Sistemul FBI de exemplu preia imaginile tuturor celor zece degete, în

timp ce un produs de control al accesului bazat pe amprentă poate capta imaginea unuia sau a două

degete pentru verificare. Apoi pot crea un şablon printr-un proces similar cititoarelor de geometrie

palmară, pentru comparaţii locale.

Datorită problemelor ridicate de timpul de utilizare, controlul accesului bazat pe amprentă

poate fi aplicat cel mai bine în cadrul unor grupuri mici de utilizatori. Datorită costului şi

dimensiunii, sunt o alegere perfectă pentru aplicaţiile de verificare a unei singure persoane, cum ar fi

controlul accesului logistic, unde sunt folosite pentru înregistrarea la PC-uri sau reţele de computere.

După testări îndelungate, guvernul israelian a concluzionat că tehnologia care combină

cititoarele palmare cu sistemele faciale este cea mai potrivită pentru necesităţile de securitate,

eficienţă şi convenabilitate ale unei noi aplicaţii pentru un sistem de control al punctelor de trecere a

frontierei. Amprentele digitale sunt identificate atât prin macrocaracteristici cât şi prin

microcaracteristici.

Macrocaracteristicile amprentei digitale.

Macrocaracteristicile unei amprente includ:

a) modelele muchiilor ;

b) suprafaţa modelelor muchiilor ;

c) punctul central ;

d) punctul delta ;

e) liniile tip ;

f) numărul muchiilor .

Acestea sunt, după cum denotă şi numele, de dimensiuni mari. În general, o caracteristică

este considerată macrocaracteristică dacă aceasta poate fi observată de ochiul uman în mod

nemijlocit. Cea mai vizibilă macrocaracteristică este modelul muchiilor. Altele pot fi observate doar

dacă amprenta are muchiile bine definite, luminozitatea este bună iar vederea celui care o observă

este foarte bună.

a) Modelele muchiilor

Arc – Arcurile reprezintă aproximativ 5% din modelul muchiilor la un eşantion dat de

persoane. Arcurile sunt diferite de bucle prin faptul că arcurile sunt mai deschise. Arcurile pot la

rândul lor să formeze o subgrupă numită arcuri deschise.

6

Buclă – Buclele reprezintă 60% din modelele muchiilor. Acestea pot coti la stânga sau la

dreapta sau pot fi bucle duble. O buclă dublă are o buclă spre dreapta şi una spre stânga, conforme

evidenţierii fiecăreia.

Spirală – Spiralele reprezintă aproximativ 35% din modelele muchiilor. Ele se definesc prin

cel puţin o muchie care face un cerc complet.

Arc Buclă Spirală

Figura 1.3 Modelele muchiilor

b) Suprafaţa modelelor muchiilor

Aceasta este suprafaţa amprentei în care toate macrocaracteristicile sunt întâlnite. Este

definită prin fluxurile de margini divergente care formeaza o „delta”.

Figura 1.4 Suprafaţa modelelor muchiilor

c) Punctul central

Acesta se găseşte în centrul imaginii degetului. Poate sau nu să corespundă cu centrul

suprafeţei modelelor muchiilor. Este folosit ca punct de referinţă pentru măsurarea punctelor

minuţioase şi pentru clasificare. Clasificarea este organizarea amprentelor digitale bazată pe modelul

muchiilor.

7

Figura 1.5 Punctul central

d) Punctul „delta”

Punctul „delta” este punctul de pe prima bifurcaţie a muchiei, sfârşitul brusc al muchiei,

întâlnirea a două muchii, un punct, o muchie fragmentată sau orice punct pe o muchie la cel mai

apropiat centru de divergenţă a două linii, localizat pe/sau chiar în faţa punctului lor de divergenţă.

Este un punct fix folosit să faciliteze numărarea sau detectarea muchiilor. În figura

următoare, punctul delta a fost mărit.

Figura 1.6 Punctul „delta”

e) Liniile tip

Liniile tip sunt două muchii paralele distincte ce definesc suprafaţa modelului de muchii. În

figura următoare liniile tip sunt cele două muchii închise la culoare în secţiunea mărită.

Figura 1.7 Liniile tip

8

f) Numărul muchiilor

Se referă la numărul de muchii care se intersectează cu o linie pentru fiecare imagine a

degetului. Pentru fiecare punct delta în imaginea degetului va fi un set de muchii corespunzător între

acesta şi punctul central. În figura 1.8, setul de muchii de la punctul delta la punctul central are 12

muchii.

Figura 1.8 Numărul muchiilor

Microcaracteristici ale amprentei digitale

După cum denotă şi denumirea, microcaracteristicile nu pot fi observate cu ochiul liber. Un

număr mare de scannere prezente pe piaţă au o rezoluţie destul de mare încât pot număra şi porii.

Microcaracteristicile unei amprente sunt constituite din puncte minuţioase clasificate după:

a) tipul lor ;

b) orientare ;

c) frecvenţa spaţială ;

d) curbură ;

e) poziţia .

a) Tipul

Există tipuri diferite de detalii minuscule:

1) terminaţia muchiei ;

2) bifurcaţia muchiei ;

3) divergenţa(abaterea) muchiilor ;

4) punct sau insulă ;

5) îngrăditură sau lac ;

6) muchia scurtă .

1) Terminaţia muchiei

O terminaţie a muchiei este o întrerupere a unei muchii sau un punct în care o muchie se

termină brusc.

9

Figura 1.9 Terminaţia muchiei

2) Bifurcaţia muchiei

Bifurcaţia unei muchii este împărţirea în două sau mai multe muchii a unei muchii de

origine.

Figura 1.10 Bifurcaţia muchiei

3) Divergenţa muchiilor

Divergenţa muchiei apare atunci când două muchii situate paralel se separă în două

direcţii opuse. În figura următoare cele două muchii se separă în punctul în care o altă muchie are o

bifurcaţie.

Figura 1.11 Divergenţa muchiilor

4) Punct sau insulă

Un punct sau insulă înseamnă că o muchie este destul de scurtă să fie percepută ca un singur

punct sau linie (insulă). În figura 1.12 putem observa un grup de 3 puncte sau insule.

10

Figura 1.12 Punct sau insulă

5) Îngrăditură sau lac

O îngrăditură (lac) se formează când o muchie se bifurcă şi se uneşte din nou. Aceasta lasă o

vale înconjurată de muchia care se reuneşte. În figura 1.13, muchia a creat două îngrădituri.

Figura 1.13 Îngrăditură sau lac

6) Muchie scurtă

O muchie scurtă este o muchie de lungime redusă, dar nu atât de scurtă astfel încât să fie

considerată un punct sau o insulă. În figura 1.14, se pot observa două muchii scurte şi două puncte.

Observaţia este că muchiile scurte au o imagine liniară iar punctele arată circular.

Fig 1.14 Muchie scurtă

11

b) Orientarea

Orientarea se referă la discuţia generală în care o caracteristică pare să fie direcţionată. În

figura 1.15, ambele suprafeţe mărite conţin bifurcaţii dar orientarea lor este diferită. Bifucaţia din

suprafaţa mărită a palmei stângi va avea o înclinare generală de aproximativ 1. Bifurcaţia de pe

palma mâinii drepte va avea o înclinare generală de -1.

Figura 1.15 Orientarea

c) Frecvenţa spaţială

Frecvenţa spaţială poate fi privită ca densitatea muchiilor în jurul unui punct minuscul. În

figura 1.16, frecvenţa spaţială este mai mare în jurul insulei din dreapta sus decât bifurcaţia din

stânga mijloc.

Figura 1.16 Frecvenţa spaţială

d) Curbura

Curbura este rata schimbării direcţiei unei muchii. În figura 1.17 mărită în stânga sus, rata

schimbării direcţiei este scăzută, cuburile muchiilor fiind mai plate. În dreapta jos, în figura 2.15,

rata schimbării este mai mare, curburile muchiilor fiind mai strânse.

12

Figura 1.17 Curbura

e) Poziţionare

Poziţionarea se referă la locaţia relativă a punctelor minuscule. Se poate face referire la

acestea folosind grila euclidiană‚ şi având origine fie în punctul central fie în delta. În fig 1.18,

originea se află în punctul central. Numerele de la sfârşitul fiecărei axe sunt la valoarea lor maximă.

În exemplul nostru, putem găsi o bifurcaţie la(1, -1) şi un grup de puncte la (-1, 1,5).

Fig 2.16 Poziţionare

Figura 1.18 Curbura

Reprezentarea degetului

Am văzut din ce este constituită o amprentă digitală în biometrie. Din moment ce biometria

amprentei digitale este biometrie activă, utilizatorul trebuie să se supună scanării şi trebuie să-şi

pună degetul pe scanner pentru a obţine imaginea lui.

Scanarea poate fi făcută cu tehnologii diferite dar în general, toate capturează o imagine a

degetului. Un scanner al amprentei digitale captureză imaginea şi apoi transmite fie imaginea, sau

dacă este un dispozitiv performant, un răspuns al scanării amprentei.

Tehnologia folosită la scanarea degetelor se împarte în două categorii de bază:

a) Scannere optice

b) Scannere cu silicon

13

a) Scannerele optice sunt compuse din semiconductor complementar de oxid de metal

(CMOS) şi dispozitiv de încărcătură cuplată (CCD). Scannerele cu silicon conţin frecvenţă

capacitivă, termică şi radio. Scannerele optice folosesc optica pentru a aduna imagini ale degetului.

Optica este o parte a unui sistem de filmat ce capturează lumina reflectată de la o sursă, de

obicei printr-o prismă. Indiferent dacă tehnologia cu cameră de filmat folosită este CCD sau CMOS,

principiile de bază pentru reprezentarea imaginii sunt aceleşi.

Pentru a obţine imaginea amprentei digitale, dispozitivul va avea :

- Placă – folosită la reprezentarea degetului ;

- Prismă – folosită pentru reflectarea imaginii luminate în cameră ;

- Sursă de lumină – folosită pentru iluminarea amprentei. Aceasta este de obicei o reţea de

diode emiţătoare de lumină (LED-uri).

- Camera – folosită la capturarea imaginii degetului .

Diferenţa dintre tehnologia CCD şi CMOS se reduce la implementarea şi folosirea lor .

CCD este cea mai veche dintre ele şi a intrat pe piaţă la începutul aniilor ′70. În deceniile

următoare, a fost rafinată şi îmbunătăţită pentru reproducerea cu acurateţe a imaginilor. CCD este

folosită pentru aproape orice cerinţă de reprezentare digitală a imaginilor. Dezavantajele tehnologiei

CCD sunt nevoia de voltaj mare pentru operarea şi costul electronicelor auxiliare folosite la dirijarea

cererilor complexe de sincronizare. CCD, de asemenea, oferă o imagine capturată ca un flux

secvenţial de date. Astfel, dacă o aplicaţie pe imagine urmăreşte doar o anumită parte din imagine,

trebuie să proceseze întreaga imagine. CMOS este noua tehnologie de imagine bazată pe silicon.

Din moment ce procesorul de imagine se bazează pe silicon, poate fi confecţionat în orice

linie de producţie care face şi cipuri de silicon. Capacitatea sa de a folosi producţia generalizată face

ca CMOS să fie un dispozitiv mai ieftin.

Din moment ce CMOS este o componentă în stare solidă, poate fi folosit ca bază pentru

sistemele cu cip. În acest tip de desing al cipului, toate electronicele necesare unei anumite sarcini

pot fi consolidate într-un singur pachet electronic. Altfel spus, un singur cip ar putea să preia

funcţiile de reprezentare a imaginii, procesare a semnalului, rularea unui hub pe port USB şi

criptarea. Astfel, costul total al sistemului poate fi redus.

Tehnologia CMOS are două variante şi anume:

Prima este aranjamentul pasiv unde o ieşire a unui rând sau coloane de pixeli este detectată

de un singur amplificator pentru rând, coloană sau pentru întreaga imagine. Astfel, pentru a folosi un

singur amplificator, este necesară o capacitate mai mare atât la intrarea cât şi la ieşirea

14

amplificatorului. Aceasta poate creşte zgomotul de semnal şi poate reduce sensibilitatea

dispozitivului. Astfel tehnologia CMOS poate avea o rezoluţie mai mică în comparaţie cu CCD.

Acest fapt este văzut prin prisma dezvoltării tehnoloogiilor de pixeli activi, unde fiecare

pixel are propriul său amplificator în primul stadiu. Prin aceasta, capacitatea cerută se diminuează şi

zgomotul de semnal scade. De asemenea rezoluţia de semnal creşte. Alegerea unui sistem biometric

al amprentei digitale ce foloseşte fie tehnologia CMOS, fie tehnologia CCD, se reduce la întrebări

de costuri şi funcţii. Dacă aplicaţia biometrică nu are restricţii la consumul de electricitate, atunci

tehnologia CCD este bună. Pe de altă parte, costurile de producţie ale dispozitivului CMOS vor

micşora preţurile mai rapid. Este important de ştiut atunci dacă dispozitivul CMOS ce va fi folosit

va fi implementat cu tehnologie de pixeli activi sau pasivi.

b) Scannerele cu silicon

În general, scannerele cu silicon cer prezentarea unei amprente direct pe o bucată de silicon.

După cum se ştie, siliconul este un material sensibil şi susceptibil la descărcări electrostatice.

Acest material promite reducerea costurilor în ciuda dezavantajelor sale.

Costul redus vine din două direcţii:

Prima ca şi dispozitivul CMOS poate fi fabricat în aproape oricare linie de asamblare bazată

pe silicon.

A doua, în procesul de reconstruire a imaginii degetului, se vine fie prin „citirea” degetului

fie prin reconstruirea din imagini multiple a amprentei, bucăţi mai mici de silicon pot fi folosite. Cea

de-a doua opţiune reduce costul din moment ce se cere o bucată de silicon mai mică. Ca şi

tehnologia optică, indiferent de tipul de reconstruire a imaginii folosit la un scanner pe silicon,

operaţiile de bază sunt aceleaşi. Degetul este perceput într-un anumit fel, lucru care produce un

semnal de ieşire care poate fi măsurat cu tipul adecvat de silicon .

Astfel, pentru obţinerea unei imagini sunt cerute necesare următoarele elemente comune:

Placa – în funcţie de tehnologia de amprentare, aceasta poate fi sau nu bucată de silicon.

Generatorul de semnal – acesta generează semnalul de percepţie care va fi preluat de silicon.

Suprafaţa de contact – poate fi folosită pentru descărcarea electrostatică sau ca parte a

generatorului de semnal.

Senzorul de silicon – acesta este partea din silicon a senzorului care primeşte semnalul

reflectat de la amprenta digitală. Fiecare tip specific de senzor cu silicon este descris în continuare:

1) Senzorul capacitiv a fost primul scaner pe silicon scos pe piaţă. Primele scannere aveau

defecţiuni frecvente datorate descărcărilor electrostatice. Îmbunătăţirile recente ale dispozitivelor au

redus frecvenşa acestora dar încă există probleme.

15

2) Senzorii capacitivi funcţionează pe principiul potenţialului capacitiv. Aceasta înseamnă

că atunci când muchiile unei amprente iau contact cu stratul de silicon, se creează o presiune mai

mare pe suprafaţa atinsă de muchii decât pe suprafaţa corespunzătoare şanţurilor care nu ating

siliconul. Detaliile sunt în felul următor:

Siliconul conţine o serie de condensatori grupaţi strâns pe cip. Circuitul conductor al

fiecărui condensator este un amplificator operaţional inversor.

Un amplificator operaţional inversor funcţionează prin modificarea curentului de ieşire bazat

pe schimbările curentului de intrare. Astfel pentru a obţine o imagine de la condensator, cele două

suprafeţe ale condensatorului sunt descărcate şi apoi aplică fiecăreia o încărcătură electrică fixă. În

timp ce muchiile unui deget se aproprie şi fac contact cu suprafaţa cipului, capacitatea acelui circuit

creşte. Creşterea capacităţii indică prezenţa unei muchii. Şanţurile unei amprente nu cresc

capacitatea, neexistând contactul cu pielea. Astfel, toate circuitele conductoare sunt interogate şi o

imagine a degetului se crează pentru comparaţie.

3) Senzorul termic de amprentare nu se bazează pe generarea externă a semnalului. Senzorii

termici folosesc căldura corpului drept semnal de măsurare.

La contactul cu suprafaţa senzorului, muchiile şi şanţurile furnizează o diferenţă de

temperatură. Diferenţa de temperatură este măsurată în funcţie de temperatura nominală a senzorului

înainte şi după contactul cu degetul. Diferenţa generează un semnal prin efect piroelectric. Timpul

de măsurare a diferenţei de temperatură nominală şi măsurată este în microsecunde. Aceasta permite

reprezentarea rapidă a imaginii. Astfel, acest senzor este ideal pentru preluarea rapidă a măsurătorii.

În capturarea rapidă a imaginii, degetul alunecă de-a lungul unei bucăţi subţiri de silicon şi

imaginea degetului este reconstruită din porţiuni capturate distincte. Factorul de capturare fiind

foarte mic , costul siliconului pentru senzor este mai scăzut pentru că se pot face mai mulţi senzori

dintr-o fâşie de silicon.

4) Senzor cu frecvenţa radio. Un senzor de amprentare prin frecvenţă radio funcţionează

prin reprezentare ţesutului de sub piele. Pentru aceasta, senzorul se foloseşte de două plăcuţe care

generează un câmp electric între ele. Degetul intrând în contact cu o plăcuţă, semnalul se atenuează

iar această scădere este capturată de senzoriii din siliconul din stratul interior. Muchiile degetelor

atenuează mai mult semnalul decât şanţurile.

Acest tip de senzori funcţionează bine şi în cazul degetelor uscate şi exfoliate dar şi dacă

degetele sunt învelite în material.

16

Concluzie:

Biometria amprentelor digitale reprezintă o alegere bună existând multe soluţii pe piaţă şi

permiţând companiei să evalueze soluţia cea mai potrivită.

Faptul că această tehnologie este matură atrage după sine faptul că este şi familiară, lucru

care este permis atacatorilor să studieze şi să incerce diferite tipuri de atacuri asupra dispozitivelor

de amprentare.

O companie trebuie să evalueze structura de risc şi să aleagă calea de mijloc între

convenienţă şi securitate.

Partea de securitate implică analiza nivelului de efort necesar compromiterii sistemului şi

posibila pierdere de date sau timp.

1.2. Tehnologii de biometrie a feţei

Biometria feţei este folosită de oricine în fiecare zi. Faţa este prima carecteristică definitorie

folosită la identificarea cuiva, fiindcă faţa este primul lucru la care ne gândim când ne amintim cum

arată cineva. O folosim şi depindem de ea pentru recunoaştere. Încrederea în capacitatea noastră de a

recunoaşte pe cineva după faţă poate să ne şi păcălească. Fiecare am confundat o persoană cu alta, la

un moment dat. Pentru mulţi, inclusiv pentru părinţi, gemenii constituie o problemă unică. Unii

gemeni pot fi atât de asemănători că până şi părinţii îi identifică prin alte mijloace.

Creierul uman este complex şi unii spun că este cel mai puternic computer din lume. Are

funcţii specializate pentru simţuri dar şi acesta poate fi păcălit. Nu este deloc surprinzător că metoda

biometriei feţei este adesea controversată. Poate reda acelaşi nivel de acurateţe ca alte biometrii şi

poate fi folosit într-un mediu de securitate ?

Descrierea generală a biometriei feţei

Faţa este făcută din mai multe şi diferite micro şi macroelemente. Macroelementele includ

gura, nasul, ochii, pomeţi, bărbia, buzele, fruntea şi urechiile. Microcaracteristicile includ distanţele

dintre macrocaracteristici, ale caracteristicii de referinţă şi dimensiunea sa. De asemenea,

imperceptabil de către ochiul uman este faptul că trupurile şi feţele noastre emană căldură care poate

fi măsurată cu camerele de infraroşii. Toate aceste trăsături pot fi folosite de sistemele de biometrie

a feţei la autentificarea unei persoane.

Reprezentarea feţei

Orice aparat foto digital, cu o rezoluţie suficientă (min. 1Mpixel, min. 3X zoom), poate fi

folosit pentru obţinerea imaginii feţei în condiţii de iluminare acceptabile, dar trebuie menţionat

faptul că, cu cât imaginea sursă este mai bună din punct de vedere calitativ, cu atât creşte şi

17

acurateţea recunoaşterii. Algoritmul de recunoaştere a imaginii poate fi bazat pe 2 sau 3 dimensiuni

ale proprietăţilor feţei. Sistemele de recunoaştere facială folosesc, de obicei, doar informaţiile alb-

negru, culorile (dacă există) fiind folosite doar pentru localizarea feţei. În cazul unei iluminări slabe

se pot folosi şi camere cu infraroşu pentru sistemele de recunoaştere facială.

Caracteristicile imaginilor faciale în contextul documentelor de călătorie sunt diferenţiate şi

definite în cadrul standardului ISO/IEC 19794-5 după cum urmează: “imagine facială de bază”,

”imagine facială frontală”, “imagine facială frontală completă” şi “imagine facială caracteristică”.

Acest standard reprezintă baza recomandărilor ICAO. Pentru sistemele de recunoaştere

facială primul pas este localizarea feţei în cadrul imaginii. Apoi, caracteristicile faciale sunt extrase.

Tehnologia de recunoaştere facială s-a dezvoltat în două direcţii: măsurarea metricii faciale

şi crearea unei matrici a caracteristicilor feţei. Metrica feţei constă în măsurători ale

caracteristicilor feţei (poziţionarea ochilor, nasului, bărbiei, precum şi distanţele dintre acestea). O a

doua metodă constă în compararea imaginii faciale cu un şablon predefinit de caracteristici faciale,

creându-se astfel o matrice a caracteristicilor proprii persoanei.

Figura 1.19 Biometria feţei

Sistemele de recunoaştere facială prezintă încă probleme în cazul diferenţierii unor persoane

cu trăsături foarte similare, cum ar fi gemenii identici, dar şi în cazul unor schimbări drastice ale

imaginii feţei. Totuşi, algoritmii moderni au o rată de recunoaştere superioară personalului uman.

De multe ori, sistemele faciale sunt combinate cu o altă tehnologie. De exemplu, s-a

dezvoltat o tehnologie biometrică duală, care combină tehnologiile de recunoaştere a geometriei

mâinii cu cele faciale. Sistemul funcţionează cu succes împreună cu documentele de călătorie şi

asigură o autentificare triplă a feţei, cardului şi mâinii.

Imaginile feţei pot fi capturate prin scanarea pe viu a feţei sau prin fotografii sau filme.

18

Unii algoritmi nu sunt compatibili cu fotografiile sau imaginile video şi astfel sunt necesare

alte tipuri de măsurători. Dacă este vorba de reprezentarea unei fotografii, atunci un scanner cu

rezoluţie mare va fi folosit iar fotografia este procesată într-un şablon al feţei.

Camerele cu infraroşii folosite la reprezentarea facială nu sunt luate în considerare în cele ce

urmează fiindcă nu sunt potrivite ca dispozitive biometrice de securitate. Preţul şi dimensiunile lor le

face să nu fie practice şi uşor de instalat. Camerele ce se folosesc în prezent pentru securitatea

accesului sunt aceleaşi ca cele folosite pentru videoconferinţe. Au costuri reduse din moment ce

folosesc tehnologiile de imagini CCD şi CMOS. De asemenea sunt destul de mici pentru a fi

instalate pe birou, nu au nevoie de panouri speciale de obţinere a imaginii şi suportă conexiuni

standard cum ar fi USB.

Concluzii:

Biometria feţei reprezintă un sistem atractiv de acces. Analiza trăsăturilor locale furnizează

cel mai potrivit algoritm bazat pe anumite supoziţii. Totuşi, există dezavantaje şi anume că

utilizatorului i se cere să stea într-o lumină bună şi cât mai nemişcat. De asemenea, biometria feţei

fiind pasivă, există griji în ceea ce priveşte atacarea sistemului şi intimitatea.

În consecinţă, o companie trebuie să-şi evolueze riscurile şi să găsească balanţa între

acceptarea din partea utilizatorilor, costuri şi securitate. Partea de securitate presupune analiza

nivelului de efort necesar compromiterii sistemului şi posibila pierdere a datelor şi a timpului.

1.3. Tehnologii de biometrie a vocii

Folosirea autentificării biometrice prin voce pare naturală şi potrivită. Vocea este o sursă

foarte importantă de sunet pentru simţul auzului. Interpretarea vocii percepute poate să ne spună

multe despre cineva. Poate să ne indice distanţa la care acea persoană se află de noi, emoţia şi cel

mai important, putem asocia vocea cu o persoană pe care noi o ştim.

Ca şi în cazul recunoaşterii feţei, cu toţii am greşit gândind că recunoaştem o voce când de

fapt nu era aşa. Aceasta se poate să se fi întâmplat datorită condiţiilor acustice în care am auzit

vocea. În plus, percepţia noastră despre direcţie şi distanţă apreciate după sunete, poate fi şi ea

păcălită. Pentru a testa acest lucru, punem o persoană să stea în spatele nostru şi să vorbească dintr-o

anumită direcţie. Apoi luam un tub de hârtie şi îl punem la urechea cea mai apropiată de cel care

vorbeşte. Punem persoana să vorbească din nou. Surprinzător, acea persoană pare să fie mai aproape

pe partea opusă şi asta pentru că unda de sunet parcurge o distanţă mai mare până la ureche. Astfel,

atunci când măsoară timpul parcurs de sunet până la ambele urechi, creierul este păcălit şi crede că

persoana este mai aproape pe partea opusă.

19

Aceasta demonstrează că până şi cea mai complexă maşinărie, creierul uman, poate fi păcălit

de sunet şi implicit de vocea umană. Dacă până şi creierul uman poate fi păcălit, pare logic ca şi un

sistem de biometrie a vocii să poată fi păcălit.

Descrierea generală a biometriei vocii

Senzorii audio şi de altă natură recepţionează până la 7 nivele ale tonurilor nazale, vibraţiilor

gâtului şi laringelui, a presiunii exercitate asupra aerului de către voce. Majoritatea sistemelor

utilizează un echipament similar cu cel al telefoanelor. Urmând indicaţiile, subiectul ridică

receptorul şi introduce un cod PIN prin tastare de la butoanele telefonului. La semnalul auzit prin

receptor, subiectul pronunţă parola de acces, care poate fi PIN-ul + numele sau o propoziţie formată

din 4 până la 6 cuvinte. Se repetă de până la 4 ori. Timpul necesar este mai mic de două minute.

Dimensiunea fişierului rezultat variază între 1.000 şi 10.000 de biţi, în funcţie de producător.

Aceste sisteme operează doar ca verificatori ai identităţii. Răspunsul auditiv este primit prin

receptor. Unele sisteme însă includ şi un răspuns vizual. Operaţiunea durează până la 10-14 secunde.

Sunt utilizate diferite metode, inclusiv măsurarea presiunii aerului, care este în creştere

atunci când se pronunţă consoanele “p” sau “t”. Unele sisteme mai sofisticate cer utilizatorului să

pronunţe diverse cuvinte, în ordine arbitrară, dintr-o listă de 10 cuvinte înregistrate.

Când vorbim, cuvintele pot fi împărţite în componente individuale numite fenome. Fiecare

fenom este redat cu intensitate, cadenţă şi flexiune. Aceste trei aspecte ale vocii fac ca fiecare voce

să fie unică. Deşi suntem indivizi unici putem să părem foarte asemănători din punct de vedere al

sunetelor.

Această asemănare vine din influenţele culturale şi regionale, din forma unui accent. De

asemenea preluam din familie câteva flexiuni şi accente. Aceasta înseamnă că dacă petreci destul

timp în preajma unei anumite persoane, poţi prelua câteva caracteristiciale vocii sale. Deloc

surprizător, toţi la un moment dat am crezut că auzim vorbind o anumită persoană când de fapt, era

alta.

Vocea este o metodă biometrică psihologică şi comportamentală. Asta înseamnă că este

influenţată de corpul nostru şi de mediul în care ne găsim. De exemplu, copiilor care cresc şi ajung

la pubertate, li se schimbă vocea. Cu cât înaintăm în vârstă, vocea capătă alte nuanţe. În plus, vocea

noastră este diferită într-o sală de operă sau cabină de telefon, ambele având proprietăţi acustice care

vor afecta sunetul vocii noastre. Prin urmare este posibil ca vocea noastră să nu sune mereu la fel şi

aceasta pune problema folosirii vocii drept metodă biometrică acceptabilă pentru securitatea

reţelelor.

20

După cum s-a discutat, vocea se poate schimba în funcţie de factorii psihologici şi de mediu.

Prin urmare, ambii trebuiesc luaţi în considerare la evaluarea biometriei vocii.

Concluzii:

Biometria vocii este o opţiune interesantă pentru securitatea reţelelor. Oferă uşurinţă în

folosire şi un hardware relativ ieftin. Nu invadează intimitatea uilizatorului şi poate fi folosit zilnic

şi uşor.

Inconvenientele ar fi înregistrarea unui vocabular destul de mare pentru a putea fi folosit,

sensibilitatea la condiţiile de mediu şi fiziologice cum ar fi o simplă răceală. Astfel, pentru

acomodarea la aceste inconveniente, este necesar un echilibru între FAR şi FRR. Din nou,

convenabilitatea versus securitatea reţelei fac ca acest tip de biometrie să nu fie la fel de bun ca

altele pentru autentificare în reţea.

1.4. Tehnologii de biometrie a irisului

Folosirea irisului pentru autentificarea biometrică este relativ nouă. Toţi algoritmii

comerciali folosiţi azi, se bazează pe algoitmul original patentat de John Daugman de la

Universitetea din Cambridge.

În anul 1994, mecanismul irisului era pregătit şi disponibil pentru licenţă. De atunci „Iradian

Tehnologies” a cumpărat algoritmii şi drepturile asociate. „Iradian Tehnologies” a licenţiat şi alte

companii să construiască aplicaţii bazate pe algoritmii irisului.

O trăsătură biometrică puternică şi de încredere generează un model simplu de comparat şi

nu are FAR. Şi rata FRR de 0.22% pentru trei încercări este foarte scăzută.

Cu un FAR înalt şi un FRR mic, biometria irisului funcţionează foarte bine atât la

identificare cât şi la verificare. Este clar că irisul are cel mai bun nivel de acurateţe dintre toate

metodele biometrice .

Descrierea generală a biometriei irisului

Ideea utilizării caracteristicilor irisului pentru identificarea persoanelor a apărut pentru prima

dată într-o carte de oftalmologie, scrisă de către James Doggarts în 1949. Până în anii 1980 acest

subiect era de domeniul SF-ului, apărând doar în filmele cu James Bond. În anul 1987 alţi doi

oftalmologi, Aran Safir şi Leonard Flom, brevetează ideea, iar în 1989 se adresează lui John

Daugman (atunci profesor la Universitatea Harvad) să încerce să elaboreze algoritmi matematici

pentru scanarea irisului. Aceşti algoritmi (IrisCod), pe care Dr. J.Daugman i-a brevetat în 1994, sunt

baza tehnologiilor scanării irisului din zilele noastre. IrisScan Inc. (ulterior transformată în Iridian

Technologies) este cea mai mare companie din lume care a dezvoltat tehnologia de recunoaştere a

21

irisului. Dr. John Daugman, proprietarul companiei şi inventatorul algoritmelor, a primit în anul

1997 Premiul pentru Tehnologia Informaţiei, iar în 2000, a demonstrat tehnologia de identificare a

persoanelor pe baza irisului într-un spectacol numit „Experienţa Mileniului”, organizat la Milenium

Dome în Anglia. Acest proiect a fost considerat unul din cele mai actuale şi mai importante din

lume. Astfel, începând cu anul 2000, tehnologia de scanare a irisului a fost implementată în cele mai

diverse şi importante domenii: sistemul bancar, aeroporturi, instituţii guvernamentale, strategice,

private etc.

Irisul este inelul colorat ce înconjoară pupila, iar caracteristicile acestuia sunt unice, chiar şi

în cazul gemenilor sau al ochilor stâng şi drept ai aceleiaşi persoane. O cameră alb-negru în

infraroşu apropiat, amplasată la o distanţă de 10 – 40 cm, fotografiază topologia irisului. Trebuie

menţionat faptul că topolgia irisului se menţine stabilă în decursul vieţii. Şi în cazul recunoaşterii

după iris, există un format standardizat al imaginii.

Figura 1.20 Biometria Irisului

Odată ce imaginea alb-negru a ochiului este obţinută, algoritmul localizează irisul în cadrul

acesteia şi creează un cod pentru iris (folosind metoda Gabor). Atunci când se creează codul irisului,

algoritmul trebuie să ia în considerare condiţiile de iluminare – acest lucru făcându-se dinamic –

precum şi faptul că, odată cu pupila, şi irisul suferă schimbări de mărime, în funcţie de iluminare.

Avantajele irisului ca sistem biometric: gradul de individualitate a irisului depăşeşte cu mult

amprenta digitală. Variabilitatea: 244 grade de libertate la iris, amprenta digitală dispune doar de 60-

70 grade. Chiar şi numai la identificarea a 75% de IrisCod-uri şansa repetabilităţii ar fi de 1 la 10

miliarde de miliarde. Metoda rivalizează cu determinarea testelor ADN prin acurateţe, precizie,

stabilitate, informativitate. Metoda este igienică, confortabilă, rapidă: irisul poate fi scanat relativ

usor, neinvaziv, non-contact, de la distanţă. Analiza imaginii şi criptarea (formarea IrisCod-ului)

imaginii durează 1 secundă. Timpul de căutare: 100.000 Iris Cod-uri pe secundă. Această tehnologie

garantează un nivel ridicat de confidenţialitate şi siguranţă.

22

Cataracta, reflexii ale corneei, transplantul de cornee sau cristalin, lentilele de contact,

ochelarii nu sunt un impediment pentru scanarea irisului unei persoane şi formarea unui IrisCod

corect. Irisul înruneşte toate calităţile necesare unui sistem biometric de identificare şi are mai multe

avantaje: pe primul loc este certitudinea individualităţii, imaginea irisului se poate prelua repede,

uşor, neinvaziv, de la distanţă. Fiind o metodă non-contact, înlesneşte trecerea unui număr mare de

persoane, într-un timp foarte scurt. Nu există pericolul transmiterii infecţiilor, iar echipamentele nu

necesită dezinfecţie.

Capturarea imagini irisului

Irisul este vizibil cu ochiul liber ca o textură asemănătoare mozaicului. Acesta se vede când

un spectru vizibil de lumină iluminează irisul.

Aceste caracteristici pot fi redate la distanţe de până la un metru unele faţă de celelalte cu

tehnologia potrivită. Tehnologia cuprinde în mod normal o cameră monocromatică CCD cu

rezoluţie de 480 x 640. Este folosită să extragă un cadru de aproximativ 100-140 de pixeli în rază

pentru a captura irisul suficient.

Un utilizator căruia i se scanează irisul trebuie să privească într-o cameră şi să primească

indicaţii dacă să direcţioneze camera sus, jos, la stânga, la dreapta, mai aproape sau mai departe.

Odată ce camera este poziţionată corect, se capturează un cadru şi irisul este localizat.

Concluzii:

Biometria irisului este rapidă, robustă, uşor de comparat şi rezistă la atacuri mai bine ca orice

altă trăsătură. Deci, acest tip de biometrie ar trebui să fie ideală pentru securitate. Din punct de

vedere tehnologic aceasta ocupă primul loc.

Biometria irisului nu a depăşit toate celelalte tipuri de biometrie şi nu a fost larg răspândită

deoarece există câteva motive ,şi anume:

a) Costurile hardware-ului – Camere speciale sunt încă necesare şi aceste camere trebuie să

aibă propria sursă unică de lumină. Astfel, se pot face doar mici economii din scara de redare a

imaginii pentru reducerea costurilor hardware-ului. Cercetările în domeniu, ce se fac în prezent, vor

furniza şi produsele cu costuri mici pe viitor .

b) Percepţia utilizatorilor – Chiar dacă este clar că lumina infraroşie folosită este perfect

sigură, doar gândul că îi intră lumină în ochi este descurajant pentru utilizator.

c) Poziţionare – Încercarea de a poziţiona irisul corect cere multe coordonare. Astfel, unii nu

vor putea folosi niciodată produsul şi alţii se vor adapta foarte greu. Unele camere folosesc tehnici

de recunoaştere a ochiului pentru a poziţiona şi focaliza singure obiectivul. Aceste soluţii, deşi mai

23

bune, cresc costurile camerei şi tot vor necesita o anumită capacitate de coordonare din partea

utilizatorului.

d) Dimensiuni – Chiar dacă dimensiunea camerei a fost folosită la aceea a unei camere de

birou supradimensionată, este totuşi destul de mare . Dacă dimensiunile camerei vor scădea, vor fi

mai uşor de găsit spaţiu pentru instalarea sa. Toate aceste probleme de mai sus vor fi rezolvate cu

ajutorul timpului, al banilor şi al avansării tehnologiei.

1.5. ADN (acidul dezoxiribonucleic) este o structură chimică din care se formează

cromozomii.

O bucată dintr-un cromozom care stabileşte o trăsătură specifică se numeşte genă.

Structural, ADN-ul este un dublu helix: două componente ale materialului genetic în spirală

una în jurul celeilalte. Fiecare componentă conţine o secvenţă de baze (denumite şi nucleotide). O

bază este una din patru produse chimice (adenină, guanină, citozină şi timină).

Cele două componente ale ADN-ului sunt conectate la fiecare bază. Fiecare bază se va lega

doar o altă bază, astfel: adenina (A) se va lega doar de timină (T), iar guanina (G) se va lega I. doar

de citozină (C).

Figura 1.21 Biometria ADN-ului

Ce este amprenta ADN?

Structura chimică a ADN-ului la toată lumea este la fel. Singura diferenţă între oameni (sau

orice animal) este ordinea de perechi de baze. Întrucât există milioane de perechi de baze din ADN

pentru fiecare persoană, fiecare persoană are o secvenţă diferită a ADN-ului.

Folosind aceste secvenţe, fiecare persoană ar putea fi identificată numai prin secvenţa de

perechi de baze ale ADN. Dar, pentru că există atât de multe perechi de baze, ar dura foarte mult

timp. Oamenii de ştiinţă pot folosi o metodă mai rapidă, datorită repetării modele în ADN.

http://www.sfetcu.com/ro/content/A

24

Aceste modele nu dau, totuşi, o "amprentă" unică, dar ele sunt în măsură să determine dacă

două eşantioane de ADN sunt de la aceeaşi persoană, sau dacă sunt sau nu de la oameni. Oamenii de

ştiinţă folosesc un număr mic de secvenţe de ADN care diferă mult la fiecare individ, şi le

analizează pentru a obţine o anumită probabilitate a unei potriviri.

Metoda Southern Blot

Southern Blot este o modalitate de a analiza modelele genetice care apar în ADN-ul unei

persoane. Aceasta implică izolarea ADN-ului în cauză de restul materialului (chimic, prin utilizarea

unui detergent, care să spele restul materialelor, sau prin presiune), tăierea ADN-ul în mai multe

bucăţi de diferite dimensiuni, sortarea bucăţilor pe ("electroforeza gelului"), denaturarea ADN-ului

(contopirea celor două componente în una singură, prin încălzire sau tratare chimică a ADN în gel),

aplicarea gelului cu ADN fracţionat pe o hârtie de nitroceluloză, şi analiza propriu-zisă cu ajutorul

unei sonde genetice radioactive.

VNTR

Fiecare componentă a ADN-ului are piese care conţin informaţii genetice despre dezvoltarea

organismului (exoni) şi piese care, aparent, nu oferă nicio informaţie relevantă (introni). Intronii

conţin secvenţe repetate de perechi de baze denumite Repetiţii în Tandem a Numerelor Variabile

(Variable Number Tandem Repeats, VNTR), care conţin între 20 şi 100 de perechi de baze. Fiecare

persoană are VNTR specifice. Proba preparată pentru verificare VNTR şi analizată prin metoda

Southern Blot printr-o reacţie de hibridizare reprezintă adevărata amprentă ADN.

VNTR pentru o anumită persoană conţine întotdeauna informaţii genetice transmise de

părinţi. Deoarece modelele VNTR sunt moştenite genetic, o reţea VNTR a unei anumite persoane

este mai mult sau mai puţin unică. Cu cât sunt analizate mai multe probe VNTR ale unei persoane,

cu atât mai corectă este analiza.

Aplicaţii ale amprentei ADN

Paternitate şi maternitate: Pentru că o persoană moşteneşte VNTR de la părinţii săi, reţelele

VNTR pot fi folosite pentru a stabili paternitatea şi maternitatea. Modele sunt atât de specifice încât

un model VNTR poate fi reconstituit chiar dacă sunt cunoscute chiar şi numai modelele VNTR ale

copiilor. Analiza modelelor VNTR părinte-copil se foloseşte pentru identificări standard, dar şi în

cazuri mai complicate de confirmare a naţionalităţii, adopţii şi parentalitate biologică.

Identificarea în criminalistică: ADN-ul izolat din sânge, păr, celulele pielii, sau alte dovezi

genetice rămase la locul unui delict, poate fi comparat, prin intermediul modelelor VNTR, cu ADN-

ul unui suspect pentru a determina vinovăţia sau nevinovăţia. Modele VNTR sunt, de asemenea,

utile în stabilirea identităţii une victime

http://www.sfetcu.com/ro/book/Identificarea

25

Identificarea obişnuită a persoanelor: Noţiunea de utilizare a amprentelor digitale a ADN-

ului ca un fel de cod bare genetice pentru a identifica indivizi este folosită dar este discutabilă.

Tehnologia necesară pentru a izola, păstra şi analiza apoi milioane de modele VNTR foarte

specifice este scumpă şi nepractică. Există metode de identificare obişnuite care vor prevala în

viitorul apropiat.

Probleme legate de amprentarea ADN

Ca aproape orice altceva în lumea ştiinţifică, nici amprentarea ADN nu este 100% sigură.

Rezultatul unei astfel de analize este de fapt o probabilitate ca persoana în cauză să fie

persoana căreia îi aparţine modelul VNTR analizat. Probabilitatea de eroare aproximată este de 1 la

20, deci destul de mare. Probabilitatea de potrivire a amprentei ADN aparţinând unei anumite

persoane trebuie să fie rezonabil de mare - mai ales în cauzele penale, unde pe baza ei se stabileşte

vinovăţia sau nevinovăţia unui suspect.

1.6. Caracteristicile unui sistem biometric bun

Caracteristicile definitorii ale unui sistem biometric bun sunt :

Utilizatorii acceptă voluntar dispozitivul biometric ;

Utilizatorilor li se pare uşor de folosit ;

Costurile totale ale tehnologiei şi beneficiile asigură profitul ;

Tehnologia este implementabilă şi uşor de întreţinut ;

Tehnologia nu este invazivă ţi necesită supunerea activă a utilizatorului ;

Tehnologia este matură şi de încredere ;

Utilizatorii se adaptează repede la dispozitiv .

Pentru biometriile examinate, fiecare caracteristică a fost evaluată pe a scară de la 1 la 10. O

biometrie ideală a fost definită ca având nota 10 la fiecare categorie.

Ceea ce urmează este examinarea fiecărui tip de biometric:

Biometria degetului, caracteristici.

Biometria degetului are un punctaj bun comparat cu biometria ideală.

Punctele forte ale biometriei degetului sunt aplicabilitatea şi maturitatea iar punctele slabe

sunt costurile şi profitul.

Ceea ce urmează este o examinare a fiecărei caracteristici pentru biometria degetului:

a) Acceptarea.

Biometria degetului este cea mai veche şi cea mai studiată metodă identificare biometrică.

26

Oamenii o acceptă datorită vechimii sale şi datorită faptului că este o biometrie activă, ceea

ce înseamnă că utilizatorul trebuie să se supună activ sistemului biometric pentru identificare.

Nu se clasifică ca fiind ideală pentru că unora li se pare folosirea amprentei foarte

asemănătoare cu amprentarea folosită în cazul încălcării legii.

b) Uşurinţa

Uşurinţa folosirii biometriei amprentelor digitale a crescut foarte mult. Noii senzori

disponibili şi folosirea ergonomiei îmbunătăţite au dus la această creştere. Unele dispozitive nu sunt

optime pentru toate degetele iar altele pot să nu funcţioneze bine cu toate tipurile de degete.

c) Profit

Scăderea costurilor dispozitivelor, aplicabilitatea şi instruirea fac ca această tehnologie să fie

eficientă din punct de vedere al costurilor. Biometria fiind folosită în locul parolelor de acces sau ca

un factor puternic de autentificare numai economiile din resetarea parolelor aduc un profit foarte

atractiv.

d) Instalarea

Instalarea se referă la uşurinţa cu care dispozitivul ajunge pe birou şi devine funcţionalbil.

Dispozitivele biometrice pentru amprente digitale au devenit mult mai mici.

Conexiunea prin USB a eliberat dispozitivele de legarea serie sau potrturile paralele şi

munca asociate acestor metode.

e) Caracter non-invaziv

Biometria degetului, fiind asociată cu dispozitivele active ce capturează doar o trăsătură

exterioară, respectă intimitatea utilizatorului mai mult ca alte metode.

f) Maturitatea

Tehnologiile biometrice ale amprentelor sunt cele mai vechi şi studiate. Studiul lor şi

vechimea pe piaţă au permis maturizarea până la un punct în care cercetările în domeniu se

orientează spre caracteristici foarte dificil de implementat.

g) FAR

Nivelul este oarecum important în funcţie de nevoile de instalare. Instalarea făcută pentru

convenabilitate cere ca FAR să fie la un nivel la care utilizatorii să se poată autentifica la un nivel

semnificativ. Dacă prima grijă este securitatea, o creştere a FAR va duce la o scădere a

convenabilităţii pentru utilizator.

27

h) FRR

Nivelul FRR este oarecum important în funcţie de nevoile de instalare. Instalarea

convenabilă pentru utilizator cere ca FRR să fie la un nivel cât mai mic pentru ca verificarea sau

autentificarea să fie totuşi cât mai sigură.

i) Dimensiuni

Datorită spaţiului limitat pentru birou, nu este surprinzător că utilizatorii trebuiesc să-şi

câştige acest spaţiu. Din nou, printr-un design bun şi maturitate, acest dispozitiv şi-a redus

semnificativ spaţiul ocupat pe birou.

j) Acomodare

Un utilizator se comodează cu un sistem biometric al amprentei destul de repede. Asta

decurge din faptul că zilnic folosim mâinile pentru orice şi astfel am dobândit dexteritate şi

coordonare. Punerea degetului pe un scanner este relativ simplă dar necesită puţină coordonare.

Ce face o biometrie bună?

O biometrie bună este definită în termeni de :

acceptarea de către utilizator ;

uşurinţa în folosire ;

costuri tehnologice ;

capacitate de instalare(implementare);

caracterul invaziv al tehnologiei;

maturitatea tehnologiei;

timpul necesar pentru ca utilizatorul să se acomodeze cu sistemul.

Uşurinţa în utilizare

Succesul oricărei tehnologii depinde de uşurinţa utilizării sale. Dacă o tehnologie este greu

de folosit, consumatorii nu o vor cumpăra. Companii care aşteptau produse de succes au cheltuit

timp şi resurse considerabile în acest sens. Pentru biometrie, cele 3 direcţii importante în termeni de

uşurinţa de utilizare sunt:

ergonomia ;

FRR;

software biometric.

Ergonomia

Companiile definesc uşurinţa de folosire a produselor în termeni de ergonomie.

28

Ergonomia descrie relaţia interacţiunii umane cu folosirea unui produs. Ergonomia în

domeniul biometriei are o mare importanţă. Un dispozitiv biometric care nu se potriveşte formei

umane va fi dat la o parte. Proprietăţile ergonomice pe care un dispozitiv trebuie să le aibă variază

de la un aparat la altul şi în funcţie de felul biometriei folosite. În general, un dispozitiv trebuie să se

folosească de interacţiunea naturală cu omul, să îşi ia datele biometrice singur.

De exemplu, un cititor de amprentă digitală nu trebuie să-i ceară utilizatorului să-şi rotească

mâna într-un fel ciudat. O cameră de recunoaştere a figurii nu trebuie să ceară utilizatorului să

întindă gâtul astfel încât faţa să fie bine delimitată de corp.

FRR

Alt aspect al uşurinţei în utilizare este FRR-ul sistemului biometric. Dacă folosirea

algoritmului biometric cauzează un FRR crescut, atunci utilizatorul nu gaseşte sistemul uşor de

folosit. Acesta cere ca utilizatorul să facă un număr mai mare de încercări de autentificare

biometrică, lucru ce va conduce la frustrarea şi acceptarea din partea utilizatorului.

Software biometric

Alt aspect al oricărui sistem biometric este software-ul care controlează dispozitivul

biometric. Dacă software-ul cu care utilizatorul trebuie să lucreze nu este uşor de folosit, atunci

interacţiunea cu dispozitivul va fi dificilă. Spre exemplu, dacă software-ul care capturează imaginea

biometrică nu furnizează nici un feedback utilizatorului său, atunci acestuia îi va fi mai greu să se

supună biometriei. În acest caz, utilizatorul va încerca „orbeşte” să-şi prezinte trăsăturile biometrice.

De asemenea, dacă software-ul furnizează prea mult feedback sau cere cu prea multă

exactitate detalii pentru măsurare, acest lucru poate scădea uşurinţa în folosire.

Costul tehnologiei

Indiferent de cât de uşor de folosit este un sistem biometric, nu va avea succes dacă este prea

scump. Costul tehnologic al unui sistem biometric este compus din următoarele:

a) costul dispozitivelor;

b) costuri de instalare;

c) suport,întreţinere.

a) Costul dispozitivelor

Costul unui dispozitiv biometric depinde de tipul de trăsătură biometrică pe care o măsoară.

Costul dispozitivului poate diferi şi în cazul aceluiaşi tip de biometrie. În funcţie de

trăsăturile şi funcţionalitatea oferită, diferenţa de preţ poate urca până la 100%. Un dispozitiv

biometric bun va furniza o balanţă între cost şi funcţionalitate. Orice companie care achiziţionează

un sistem biometric ar trebui să examineze în primul rând ce caracteristici sunt necesare. Alegerea

29

dispozitivului este o balanţă între caracteristicile de sucuritate şi costul dispozitivului. Dacă se

doreşte securizarea unei aplicaţii corporate a unei cărţi telefonice, probabil veţi avea nevoie de un

astfel de dispozitiv decât dacă aţi securiza secretele comerciale ale companiei.

Un dispozitiv bun, în termeni de costuri, va întâmpina necesităţile aplicaţiei şi nu va depăşi

bugetul alocat proiectului.

b) Costuri de instalare

Odată, dispozitivul biometric selectat şi software-ul pregătit, acestea trebuie puse în

funcţionare. În funcţie de software şi dispozitivul biometric selectate, trebuiesc distribuite

dispozitivele periferice, software-ul legat la periferice şi posibil trebuiesc, instalate servere.

Aceste costuri sunt adesea trecute cu vederea în alegerea unei soluţii biometrice. Chiar dacă

hardware-ul este la un preţ rezonabil, costurile puneri sale în funcţiune poate constitui un factor

limitat.

O bună soluţie biometrică este cea care permite instalarea eficientă din punct de vedere al

preţului hardware-ului şi software-ului.

c) Suport, întreţinere

Odată ce software-ul şi hardware-ul devin funcţionabile, mai există şi costurile de întreţinere

a instalaţiei. Dacă dispozitivul este predispus la eşec sau generează un nivel crescut de FRR, atunci

costurile asociate cu întreţinerea sa vor fi mari. Utilizatorii vor apela la biroul de ajutor pentru

ghidare. De asemenea, dacă masurătoarea nu este eficientă, atunci utilizatorii vor trebui să

folosească metode auxiliare de autentificare. Aceste eşecuri şi costuri de întreţinere vor scădea

foarte mult beneficiile aşteptate ale soluţiei biometrice. Reducerea costurilor la alegerea

software-ului şi hardware-ului în stadiul alegerii pot duce la costuri mai mari de întreţinere, în final.

O bună soluţie biometrică este una uşor de întreţinut şi care să permită flexibilitate în

alegerea hardware-ului şi software-ului.

Capacitate de instalare(implementare)

Înainte de decizia asupra hardware-ului şi software-ului, un alt factor trebuie luat în

considerare. Implementarea soluţiei este acolo unde „cauciucul întâlneşte drumul”. Dacă soluţia

propusă este la un preţ bun şi este acceptată de utilizatori, totuşi poate să nu fie fezabilă dacă nu este

aplicabilă. Gradul de aplicabilitate al unei soluţii este determinat de :

a)dimensiunile dispozitivului;

b) cerinţele de mediu;

c) cerinţele infrastructurii;

d) minimum de clienţi / cerinţele sistemului central;

30

e) metodologia de aplicare susţinută de alegerea hardware-ului şi software-ului.

a) dimensiunile dispozitivului

Oricine a trecut prin birourile de companii va spune că spaţiul atribuit unui angajat este în

scădere. Acest lucru se reflectă asupra biroului de lucru pe care un angajat îl are. Nu este fezabil să

trebuiască să încadrezi un dispozitiv care are nevoie de mult spaţiu. De asemenea, apropierea dintre

angajaţi, distanţa mică faţă de celălalt poate duce la funcţionarea defectuasă a dispozitivelor

biometrice.

Spre exemplu, un dispozitiv de măsurare a geometriei palmei care are nevoie de mult spaţiu

nu este practic într-o încăpere mică şi aglomerată. Un sistem de recunoaştere a vocii care necesită un

nivel redus de zgomot ambiental, poate să nu funcţioneze optim într-un mediu aglomerat al

compartimentului de comerţ.

Prin urmare, un dispozitiv biometric bun este cel al cărui dimensiuni pot fi încadrate în

mediul utilizatorului.

b) Cerinţele de mediu

Mediul în care un utilizator lucrează poate să nu fie compatibil cu anumite tipuri de

dispozitive biometrice. După cum am văzut, dispozitivele de recunoaştere a vocii nu funcţionează

optim în încăperi cu zgomot ambiental înalt. Unele medii sunt influenţate de asemenea de

temperatură sau umiditate. În condiţii de frig, căldură, umiditate sau aer uscat, alegerea

dispozitivului este afectată. Tipul de activitate a utilizatorului poate şi el genera efecte de mediu

asupra dispozitivului biometric. Spre exemplu, muncitorii din fabrici, care au un conţinut ridicat de

grăsime sau solvenţi pe mâini, nu sunt buni candidaţi la biometria bazată pe mână. O cameră curată

ridică de asemenea probleme pentru un număr de dispozitive biometrice.

Un dispozitiv biometric bun va lua în considerare mediul de lucru şi domeniul de activitate

ale utilizatorilor finali.

c) Cerinţele de infrastructură

Un sistem biometric poate însemna mai mult decât dispozitivul şi software-ul. Poate să fie

bazat pe infrastructura existentă a companiei ori a poate să necesite implementarea unei noi

infrastructuri. De exemplu, dacă sistemul biometric ales cere autentificarea serverului principal,

atunci trebuie procurat un server de hardware. Stocul de date principal de care se va folosi sistemul

biometric trebuie asigurat.

Nevoia de implementare a unei noi infrastructuri, nu va creşte costurile doar prin cheltuieli

capitale ci şi prin întreţinerea ce decurge din aceasta. Un bun sistem biometric va folosi

infrastructura existentă.

31

d) Pretenţiile minime ale clientului / ale serverului

Majoritatea companiilor trec printr-o înnoire tehnologică la fiecare trei sau patru ani când

compania va achiziţiona tehnologie nouă care va funcţiona până la următoarea înnoire tehnologică.

Sistemul biometric ales nu trebuie să spună clar doar care este sistemul său minim de

configurare ci şi ce este utilizabil. De exemplu, mulţi producători de sisteme fac o listă cu cerinţe

minime de operare. Totuşi, aceste condiţii minime ale sistemului de operare sunt uneori abia

suficiente pentru încărcarea sistemului. În acelaşi timp, un sistem biometric poate să însumeze

cerinţe minime foarte modeste dar autentificarea să dureze mai mult. Acest lucru poate să nu fie

acceptabil utilizatorilor efectivi.

Un sistem biometric bun va furniza performanţă adecvată bazat pe tehnologia apărută în anul

precedent. Astfel, majoritatea corporaţiilor sunt fie cu un an în urma acestui prag minim sau se

apropie de o înnoire tehnologică.

e) Metodologia de implementare susţinută de alegerea hardware-ului şi a software-ului

Odată ce un sistem biometric trebuie implementat, este puţin probabil ca o întreagă

corporaţie să fie înregistrată în baza de date dintr-o dată. Înregistrarea rapidă nu este realizabilă şi

nici încercarea de a face acest lucru nu ar fi prudentă. Înregistrarea în baza de date în faze are un risc

scăzut şi este cea mai de succes. În timpul unei înregistrări în stadii, compania va opera în trei medii

diferite:

Primul va fi status quo-ul său, sau „fără sistem biometric”, al doilea va fi un hibrid între

vechi şi nou, iar în final compania va ajunge la rurale totală. Cele trei faze pot fi privite din

perspectiva unei companii, a unei linii de afaceri sau a unei locaţii. Alegerea rulării unei întregi

companii în funcţie de linia de afaceri sau de regiunea geografică nu ar trebui să fie dictată de

tehnologie.

Un bun sistem biometric va permite implementarea flexibilă a soluţiei bazată pe metodologia

cea mai bună pentru companie şi utilizatorii săi.

Invazia tehnologiei

Din perspectiva utilizatorului, un bun dispozitiv biometric nu va fi invaziv atunci când este

folosit. Invazia unui dispozitiv poate fi privită din perspectiva tehnologiei folosită la biometria

selectată sau din cea a nivelului de implicare cerut de utilizator. Tehnologia folosită la măsurarea

unei trăsături biometrice poate duce la invadarea utilizatorului. Spre exemplu, o cameră folosită la

amprenta digitală este mai puţin invazivă decât folosirea unei camere şi lumini pentru scanarea

retinei. Utilizatorii consideră scanarea trăsăturilor biometrice interne mai invazivă decât

32

măsurătorile externe. Nivelul de implicare a utilizatorului în sistemul biometric poate de asemenea

să influenţeze percepţia sentimentului de invadare. O măsurătoare biometrică la care utilizatorul

trebuie să se supună voit este considerată mai puţin invadatoare decât una prin care dispozitivul îşi

ia singur măsurătoarea. De exemplu, scanarea degetului, mâinii, a irisului sau a retinei cer

utilizatorului să se supună activ măsurătorii. Biometria vocii, a feţei şi a mersului sunt considerate

mai invazive. Tipul de invadare nu are legătură cu mecanismele acumulării de date biometrice cât cu

pierderea controlului asupra măsurilor biometrice ale utilizatorului. Deci, o biometrie bună este una

care nu invadează intimitatea utilizatorului atunci când este folosită.

Maturitatea tehnologiei

Alegerea unui sistem biometric trebuie făcută ţinând cont de vechimea sa pe piaţă. Se poate

spune că o tehnologie biometrică mai matură şi mai testată pe piaţă este cea mai bună alegere şi aşa

se şi întâmplă în general. Fiecare generaţie de tehnologie biometrică s-a înbunătăţit. Pentru unii,

îmbunătăţirea vine din metodele de măsurare a unei trăsături biometrice, dimensiunile

dispozitivului, costul acestuia şi ergonomie. Aceste lucruri vor fi îmbunătăţite de la an la an. În ce

punct are loc decizia de cumpărare? Compania aştepta tehnologia anului viitor până să o

achiziţioneze? Răspunsul depinde de aplicaţia necesară. Dacă trăsăturii biometrice care va fi supusă

măsurătorii corespunde deja un dispozitiv de încredere existent pe piaţă, atunci aceste trebuie

cumpărat. Costul unui dispozitiv poate să scadă dacă sunt făcute îmbunatăţiri în confecţionare dar

poate să îşi crească dacă i se adaugă alte funcţiuni. Când se verifică maturitatea unei tehnologii,

trebuie în primul rând considerat faptul că o tehnologie trebuie să fie testată, produsă în masă şi nu

în stadiul iniţial de lansare.

Timpul necesar de acomodare a utilizatorului

Succesul unui sistem biometric va depinde de populaţia de utilizatori ce se vor acomoda cu

acesta. Prin acomodare la tehnologie, nivelul de confort al utilizatorului creşte, la fel şi

productivitatea sa. Alegerea unui dispozitiv biometric poate fi influenţată de cum şi dacă are loc

acomodarea. Sistemele biometrice ergonomice, uşor de folosit şi mature încurajează utilizatorii să

se acomodeze mai repede decât cele inconfortabile, greu de folosit şi imature. Anumite caracteristici

ale diferitelor dispozitive pot ajuta în această problemă. De exemplu un scanner de amprentă digitală

cu o suprafaţă mare va permite utilizatorului să se obişnuiască mai repede decât cu un scanner cu o

suprafaţă a imaginii mai mică. Un sistem de biometrie a feţei care nu cere utilizatorului să stea

nemişcat va fi mai uşor de folosit decât unul care cere acest lucru. Un bun sistem biometric este

acela care va ajuta, prin caracteristicile şi ergonomia sa, utilizatorul să se acomodeze cu folosirea sa.

33

Ce face un sistem biometric să fie bun pentru securitatea reţelei? Un sistem biometric bun

pentru securitatea reţelei are următoarele caracteristici:

utilizatorii vor accepta voit dispozitivul;

utilizatorii îl găsesc uşor de folosit;

costurile totale ale tehnologiei vor aduce un profit convenabil;

tehnologia poate fi implementată şi întreţinută;

tehnologia nu este invazivă şi cere utilizatorului să se supună activ folosirii sale ;

tehnologia este matură şi de încredere ;

utilizatorii se obişnuiesc repede cu dispozitivul .

Din lista condiţiilor de mai sus, multe dispozitive corespunzătoare pot fi găsite. Scopul

folosirii dispozitivului, tipurile de utilizatori şi locaţia în care aceştia vor folosi dispozitivul vor ajuta

la restrângerea numărului de dispozitive corespunzătoare.

Concluzie:

Există două tipuri de biometrie: activă şi pasivă. Un dispozitiv biometric activ va proteja şi

va respecta intimitatea utilizatorului. Dincolo de a şti dacă un dispozitiv dăunează sau nu intimităţii,

trebuie precizat dacă acesta este bun folosind următoarele măsurători cuantificabile:

acceptarea de către utilizator ;

uşurinţa în folosire ;

costurile tehnologiei ;

capacitatea de implementare;

invazia tehnologiei ;

maturitatea tehnologiei ;

timpul necesar de acomodare a utilizatorului .

Dintre toate aceste măsuri cuantificabile, acceptarea de către utilizator este cea care are

nevoie de analiză aprofundată. Celelalte măsuri sunt uşor de înţeles şi definit. Selectarea unui

dispozitiv biometric este determinat de:

- scopul în care dispozitivul va fi folosit ;

- tipurile de utilizatori ;

- locaţia în care dispozitivului va fi folosit .

34

Capitolul II

Implementarea hardware a sistemului de acces

Sistemul modern pentru securizarea accesului implementat în acest proiect este format din

următoarele elemente pentru punerea în practică:

calculator;

sistem de achiziţie;

sistem de comandă;

dispozitiv amprentă digitală;

convertor RS232/RS485.

Schema bloc a sistemului propus în acest proiect este prezentată în figura 2.1

Figura 2.1 Schema bloc a sistemului propus

2.1. Sistemul de achiziţie

Componentele principale ale sistemului de achiziţie folosit pentru tastatură şi ibutton sunt

următoarele:

modul AT89S52

ibutton

tastatură 4x4 (linii şi coloane)

35

2.1.1 Modul AT89S52

AT89S52 este un microcontroler compatibil cu marea familie Intel MCS-51, este creat de

către Atmel, lucru indicat de iniţialele "AT".

Figura 2.2 Modul AT89S52

Caracteristici:

compatibilitate cu familia MCS 51;

UCP pe 8 biţi la o frecvenţă de maxim 33MHz;

RAM: 256 Bytes;

memorie Flash: 8K Bytes;

32 de linii de programare pentru intrare/ieşire cu caracter general;

8 surse de înterupere organizate pe 2 niveluri de priorităţi;

3 timere/countere de câte 16 biţi;

Watchdog Timer;

doi pointeri de date;

1 port serial (full duplex UART);

interfaţă de programare ISP de 8K Bytes;

acceptă până la 10 000 de rescrieri;

conţine oscilator;

durată de programare scurtă.

Acest microcontroler are un consum scăzut, însă CMOS-ul de 8 biţi îi dă performanţe

ridicate, având o memorie Flash internă de 8K octeţi.

Acesta este realizat utilizând tehnologia cu memorie nevolatilă şi densitate ridicată ce

aparţine Atmel şi este compatibil cu standardul 80C51. Chip-ul Flash permite memoriei să fie

reprogramată intern sau programată de către o memorie nevolatilă.

36

Prin combinarea a unui UCP de 8 biţi cu memorie Flash programabilă pe nucleu monolitic,

Atmel AT89S52 este microcontroler foarte puternic ce are o flexibilitate ridicată şi este astfel soluţia

perfectă pentru multe aplicaţii de control.

Configuraţia pinilor:

AT89S52 este un microcontroler cu 40 de pini, semnificaţia acestora fiind exprimată în

continuare. În paranteză este menţionat numărul pinului ţinând cont de faptul că pinul 1 este în

stânga sus, iar pinul 40 în dreapta sus.

Vcc(40): tensiune de alimentare;

GND(20): împământarea;

Port 0(39 - 32): Portul 0 este un port bidirecţional de intrare/ieşire pe 8 biţi. Ca port de ieşire,

fiecărui pin i se alocă 8 intrări TTL. Când pinii portului 0 sunt înscrişi cu valoarea 1 logic, aceştia

pot fi folosiţi ca intrări de impedanţe ridicate. Portul 0 poate de asemenea fi configurat ca fiind

partea mai puţin semnificativă de adrese sau date în timpul accesului la programul extern şi la datele

din memorie. Portul 0 este de asemenea cel care primeşte codul în timpul programării Flash şi dă ca

rezultat biţii în urma programului de verificare. Închiderea tranzistorului este obligatorie pe perioada

verificării programului.

Port 1 (1-8): Portul 1 este de asemenea un port bidirecţional de intrare/ieşire având pull-up

intern (tranzistorul este automat închis). Buferele de ieşire ale portului 1 pot suporta 4 intrări TTL.

Când portul 1 este înscris cu valoarea 1 logic, adică tranzistorul este închis, putem utiliza

portul pentru citire, altfel, pentru cazul în care tranzistorul este deschis utilizăm portul pentru scriere.

Portul 1 primeşte de asemenea partea mai puţin semnificativă a biţilor adresei în timpul

programării şi verificării Flash. În plus, pinii 0 şi 1 ai portului 1, pot fi configuraţi ca timer-e şi

counter-e, iar pinii 5, 6, 7 sunt utilizaţi pentru Interfaţa de Programare.

Port 2 (21-28): Portul 2 este, de asemenea, un port bidirecţional de intrare/ieşire pe 8 biţi cu

pull-up intern. Având acelaşi mod de funcţionare ca şi portul 1, în raport cu tranzistorul existent.

Portul 2 este cel care ne dă biţii cei mai semnificativi ai adresei în timpul extragerii din

memoria externă şi în timpul accesului la memoria externă de date care utilizează adrese de 16 biţi.

În acest mod de utilizare, Port-ul 2 utilizează un pull up intern puternic la emiterea valorii 1

logic. În timpul accesului la memoria externă de date care utilizează adrese de 8 biţi, portul 2 este

utilizat pentru Registrele cu Funcţii Speciale. Portul 2 de asemenea primeşte partea cea mai

semnificativă a biţilor de adresă şi câteva semnale de control în timpul programării şi verificării

Flash.

37

Port 3 (10-17): Portul 3 este, de asemenea, un port bidirecţional de intrare/ieşire pe 8 biţi cu

pull-up intern, comportându-se la fel ca portul 1 si 2. Portul 3 primeşte semnale de control pentru

programarea şi verifcarea memoriei Flash. Alte funcţii speciale pe care le poate îndeplini portul 3

sunt:

pinul 0 are ca funcţie alternativă, intrare a portului serial (RXD);

pinul 1 este utilizat şi ca ieşire a portului serial (TXD);

pinii 2 si 3 sunt utilizaţi pentru întreruperi externe (#INT0, #INT1);

pinii 4 şi 5 pot fi utilizaţi alternativ ca timere (T0 şi T1);

pinul 6 este utilizat pe post de semnal extern de scriere către memorie (#WR);

pinul 7 este utilizat pe post de semnal extern de citire din memorie (#RD).

RST (9): RST are rol de resetare a intrării. O valoare ridicată pe acest pin între două cicluri

maşină, în timp ce oscilatorul funcţionează, resetează dispozitivul. Acest pin acţionează high pentru

98 de perioade ale oscilatorului după ce watchdog-ul se opreşte.

Pentru a dezactiva această caracteristică se utilizează bitul DISRTO din Regiştrii cu Funcţii

Speciale mai exact de la adresa 8EH. În starea implicită a bitului DISRTO, caracteristica de RESET

HIGH este activă.

ALE/#PROG (30): Acronimul ALE provine de la Adress Latch Enable, iar acesta este cel care

comandă buffer-ul ce memorează partea mai puţin semnificativă a adresei. În timpul programării

memoriei Flash acest pin are rolul de programare a pulsurilor de intrare: #PROG(Program Pulse

Input). Pentru operaţiile obişnuite, ALE emite la o perioadă de timp constantă, egală cu 1/6 din

frecvenţa oscilatorului şi poate fi utilizat pentru temporizări externe sau pe post de ceas.

Pentru doritori, funcţia pe care ALE o execută poate fi dezactivată prin setarea bitului Regiştrilor

Speciali de la adresa 8EH cu valoarea 0 logic. Cu acest bit setat, ALE este activ doar pentru

instrucţiunile MOVX şi MOVC. Dezactivarea bitului ALE nu are nici un efect asupra

microcontrolerului dacă este în modul extern de execuţie.

PSEN (29): Acronimul PSEN reprezintă Program Store Enable şi reprezintă semnalul de

comandă pentru memoria program externă. Când AT89S52 execută cod al memoriei program

externe, #PSEN este activat de 2 ori pentru fiecare ciclu al maşinii, excepţie când activarea

semnalului #PSEN este omisă în timpul accesului la memoria de date externă.

EA / VPP (31): Acronimul EA semnifică External Access Enable. #EA trebuie să fie legat la

GRD pentru a putea activa dispozitivul pentru extragerea de cod din memoria program externă

38

începând cu adresa 0000H până la adresa FFFFH. Pentru execuţii interne de program #EA trebuie să

fie legat la Vcc.

XTAL1 (19): XTAL1 este utilizat ca intrare a oscilatorului inversor amplificat şi ca intrare ceas

a circuitului operaţional.

XTAL2 (18): XTAL2 reprezintă ieşirea oscilatorului inversor amplificat.

Memorie date

Watchdog Timer(WDT) este utilizat ca o metodă de reconstituire în situaţii în care UCP-ul este

supus unor probleme software. WDT-ul constă într-un numărător pe 14 biţi şi un Watchdog Timer

Reset (WDTRST) ce se află în RFS. Implicit, WDT este dezactivat, pentru activare, utilizatorul scrie

01EH şi 0E1H succesiv în registrul WDTRST, adică în locaţia 0A6H a RFS-ului. Când WDT este

activ, el va inc