Biometria e riconoscimento biometrico della persona 1. La biometria

Biometria e riconoscimento biometrico della persona
1. La biometria
La biometria, nel sistema di Classificazione Decimale Dewey1 (CDD), è
accorpata alla biostatistica (CDD: 574.015195), classificata nella materia Scienze
naturali e matematica (CDD: 500), alla classe Scienze della vita (CDD: 574), per la
sezione Filosofia e teoria (CDD: 574.01).
La biometria è definita dalla Comunità scientifica internazionale2 come
l'applicazione dei metodi statistici per la soluzione dei problemi biologici che
riguardano sia l’area delle scienze biologiche che l'area delle scienze applicate3.
Il termine biometria deriva dall’etimo greco bìos (vita) e métron (misura); in
tal senso biometria significa misura della vita e nell’attuale accezione informatica si
intende l’identificazione automatica e la verifica dell’identità di un soggetto sulla
base di caratteristiche biometriche anatomiche (fisiologiche) e/o comportamentali.
2. L’evoluzione della Scienza biometrica
La biometria, come applicazione scientifica, si sviluppa nel XVII secolo
seguendo differenti linee di approfondimento. Gli iniziali studi sulla biometria si
legano alle Scienze politiche e alle descrizioni quantitative dei vari aspetti della vita
sociale e sono riconducibili al gruppo degli studiosi della Scuola Inglese4 e della
Società Reale di Londra che, nel 1662 su proposta di re Carlo II, ispirarono e
sostennero la pubblicazione degli studi di Graunt in un volume dal titolo
«Osservazioni naturali e politiche eseguite sui bollettini della mortalità» in cui si
considera per la prima volta la mortalità non come evento individuale, ma come
studio sulla collettività.
Nel 1687 Halley costruisce la prima tabella5 per rappresentare i risultati di
una indagine sull’esperienza di vita della popolazione; l'aritmetica politica diviene
l'arte di ragionare con cifre su questioni e fenomeni importanti che riguardano il
1
Da Melvil Dewey. Classificazione Decimale Dewey, Edizione 20, Edizione italiana diretta da L. Crocetti e D. Danesi, Vol. II,
p. 10. Cfr. G. Montecchi, F. Venuda Manuale di Biblioteconomia – IV Ristampa – Editrice Bibliografica, Milano 1999.
2
International Biometric Society, nella quale la funzione di Regione Italiana (RItl) viene svolta dalla Società Italiana di
Biometria (SIB) fondata nel 1963 da E. Baldacci, C. Barigozzi, G. Bortone, F. Brambilla, L. Cavalli-Sforza, L. De Carli, M.
Fraccaro, G. Maccacaro, G. Magni e R. Scossiroli.
3
La biometria e la biostatistica rientrano anche nella statistica biologica (la statistica si occupa dell'analisi quantitativa della
variabilità dei fenomeni. Tale tipo di analisi si presenta essenzialmente in due aspetti sostanzialmente diversi. La statistica
descrittiva che rappresenta lo studio della variabilità intesa come espressione del divenire di un qualunque sistema a partire
dalla misurazione di un fenomeno che riguarda l'intera popolazione. La statistica induttiva consiste nell'analisi sistematica
dell'inferenza, cioè del passaggio da un gruppo parziale di informazioni, il c.d. campione, a quello relativo alla popolazione
dalla quale il campione proviene o può provenire).
4
Si veda a tal proposito lo studio di J. Graunt (1620-1674) “…con riguardo al governo, alla religione, al commercio allo
sviluppo, al clima, alle malattie ed ai vari mutamenti della città”. Graunt insieme a W. Petty (1623-1687) fondò la Aritmetica
politica, disciplina che più tardi avrebbe assunto il nome di Demografia.
5
L’esperimento interessò la città di Breslau e la tabella prodotta sulla popolazione della città anticipò quella in uso attualmente
negli studi demografici.
1
governo6. Nello stesso periodo trova approfondimento l'approccio matematico con
l’impiego della teoria delle probabilità; fondamentali furono i contributi apportati
dalla scuola Francese7 e gli studi basati sul determinismo puro di Laplace8 e
Quételet9; quest’ultimo, in particolare, utilizzando la combinazione tra teoria e
osservazione pratica dei fenomeni presenti negli ambiti della biologia, medicina e
sociologia, si occupò dell’analisi di fenomeni umani e sociali, di aspetti demografici
e questioni di statistica morale, individuando forme di regolarità esprimibili con
formule matematiche.
Una svolta determinante per lo sviluppo della scienza biometrica si ha nel
1890 con gli studi di Galton10 che ipotizza l’impiego delle impronte digitali come
mezzo di riconoscimento della persona. Insieme a Pearson11, Galton lavorò nel
campo della biometria e dell'ereditarietà. La rivista "Biometrika"12 da loro fondata
nel 1901 é una significativa testimonianza dei contributi scientifici offerti.
Negli anni successivi, Pearson prosegue la ricerca in campo genetico
sviluppando gli studi sulla statistica descrittiva e sulle correlazioni. Tuttavia, la figura
più significativa per gli studi sulla statistica e sulla biometria moderna è
rappresentata da Fisher13, il cui contributo riguarda la teoria della stima statistica, del
campionamento e della programmazione degli esperimenti14.
In Francia, negli anni '60 Benzécri15 sviluppa l'approccio multivariato dei dati
che ha favorito lo sviluppo di particolari ambiti della statistica che implicano lo
studio di un gran numero di caratteri qualitativi e quantitativi rilevati su più unità
statistiche16.
3. La scienza biometrica ed il metodo biometrico.
La scienza biometria consente non solo di ricavare valori essenziali dai dati
sperimentali a disposizione, ma suggerisce anche i metodi che consentono di
Ad esempio: l’analisi sui rapporti tra le nascite maschili e femminili “14 a 13” in città (Londra) e “15 a 14” nelle zone rurali
(limitrofe), studio del 1687 a cura di E. Halley.
7
B. Pascal (1623-1662), P. De Fermat (1601-1665), J. Bernouile (1667-1754) che con sua opera “Ars Conjectandi” pone le
fondamenta della moderna teoria delle probabilità, T. Bayes (1702-1761) che per primo espresse la probabilità di una ipotesi
sulla base delle informazioni congiunte della probabilità che il fenomeno si realizzi nella popolazione di partenza e
analogamente in quella di provenienza del campione.
8
Si veda a tal proposito, Pierre Simon de Laplace (1749-1827) nella Teoria analitica delle probabilità del 1812.
9
A. Quételet (1796-1784), matematico e astronomo belga che sviluppò la Legge binomiale dei caratteri umani e fondatore della
Antropometria (parte della antropologia che si occupa delle misurazioni del corpo umano e delle sue parti).
10
F. Galton (1822-1911). Cugino di C. Darwin. Spinto dall'inadeguatezza delle teorie genetiche di Darwin si occupò delle
metodologie statistiche legate alla variabilità biologica ed in particolare allo studio della regressione e della correlazione tra
variabili biologiche. Egli afferma che «l'oggetto principale della biometria consiste nel fornire del materiale sufficientemente
accurato e tale da permettere di scoprire i mutamenti che sopravvengono nell'evoluzione e che sono troppo esigui per essere
altrimenti visibili». Le sue metodologie costituiscono la base di molte applicazioni statistiche in biologia, pur partendo da
asserzioni non sempre corrette.
11
K. Pearson (1857-1936). A cui si deve l’introduzione dell’impiego della statistica nel metodo scientifico.
12
In proposito si veda la pubblicazione in occasione del centenario della Rivista Biometrika (1901-2001): D. M. Titterington, D.
R. Cox Biometrika: One Hundred Years. Oxford University Press Inc., New York 2001.
13
R. A. Fisher (1890-1962).
14
La teoria della programmazione degli esperimenti e dell'analisi della varianza non ha precedenti come tecnica pratica
nell’utilizzazione dei dati sperimentali, superando le limitazioni sulle regole della statistica.
15
Benzécri, per il contributo apportato alla interpretazione dei risultati, è ritenuto il padre dell'analisi dei dati.
16
Il settore dell'epidemiologia è uno dei più importanti ambiti in cui si è sviluppato l’approccio multivariato dei dati.
6
2
estrapolare i dati sperimentali da cui ottenere il maggior numero di informazioni
rilevanti e attendibili in termini di tempo e di disponibilità. In tal senso “la biometria
è la matematica degli esperimenti biologici”17.
La chiara conoscenza di un determinato problema e delle informazioni
necessarie per risolverlo è l’elemento essenziale per lo studio quantitativo della
biometria che, al pari di tutte le altre discipline, deve porsi il problema del metodo
dell’indagine scientifica, ovvero della scelta tra:
 Il metodo deduttivo, che si fonda su principi generali fissati a priori dai quali si
ricavano per deduzione le conseguenze di certe ipotesi che possano essere
riconfermate attraverso osservazioni18.
 Il metodo induttivo, che si basa sull’osservazione sistematica di casi particolari con
cui si perviene ad una generalizzazione, ad un risultato che si può ottenere ogni
volta che l’esperimento viene ripetuto allo stesso modo19.
 Il metodo biometrico, che consente una considerevole riduzione dell’errore e un
sufficiente controllo del problema dell’incertezza presente nel metodo induttivo e
che al tempo stesso permette la ricerca di modalità di sperimentazione, di
rappresentazione delle osservazioni e di analisi dei risultati che portano a trarre
conclusioni attendibili malgrado i non trascurabili elementi di incertezza che si
devono introdurre nelle generalizzazioni.
Il metodo biometrico, dunque, consente di analizzare la variabilità del
carattere misurato e di rappresentarla in distribuzioni di frequenza20 che sono alla
base dello studio biometrico e permettono di fissare i seguenti concetti21:
 Un primo concetto della biometria deriva dalla elevata complessità e variabilità dei
processi biologici, la distribuzione di frequenza serve, dunque, a rappresentare sia i
risultati dedotti dalle osservazioni, sia le conseguenze delle ipotesi22. Le
conclusioni non riguardano valori singoli e non sono espresse in termini di giudizi
assoluti, ma in termini di media, variabilità e probabilità.
 Un secondo concetto della biometria si basa sul numero di confronti indipendenti o
unità di informazione contenuti nei dati osservati. La misurazione avviene per
mezzo dei gradi di libertà; una volta determinato il valore viene scomposto in unità
che si riferiscono a confronti di natura particolare, in tal modo si viene a
conoscenza, da un lato, del preciso numero di informazioni che al massimo
17
Cfr. G. A. Maccacaro, introduzione in K. Mather Elementi di biometria. Testi e manuali per la scienza contemporanea. Serie
di biologia e medicina. Boringheri, Torino 1972.
18
Ciò avviene quando si cerca di dedurre le conseguenze particolari di un postulato generale ricorrendo all’uso della
matematica.
19
In pratica non si può essere mai sicuri che i risultati siano esattamente ripetibili; le osservazioni, infatti, possono differire in
misura maggiore o minore, interferirà ciò che viene chiamato errore sperimentale e del quale bisognerà tenerne conto per il
futuro perché introduce nelle generalizzazioni un elemento di incertezza caratteristica del ragionamento induttivo che presenta
la rilevante problematica dell’individuare il generale iniziando dal particolare.
20
Le distribuzioni di frequenza costituiscono il metodo con cui si rappresenta la variabilità, che è una caratteristica peculiare ed
inevitabile delle osservazioni in ambito biologico e per l’analisi biometrica; infatti, quando vengono messe in relazione tra loro
le osservazioni con la finalità di comprovare e perfezionare le ipotesi, inevitabilmente ci si trova ad operare sulle distribuzioni
di frequenza dalle quali si traggono le conclusioni. Resta da stabilire in che modo viene effettuato il confronto e che tipo di
conclusioni si possono trarre.
21
K. Mather Elementi di biometria. Testi e manuali per la scienza contemporanea. Serie di biologia e medicina. Boringheri,
Torino 1972.
22
Ciò è utile sia per calcolare le proporzioni di un insieme di osservazioni che cadono in differenti classi, sia per esprimere la
probabilità con cui una osservazione compare in ogni singola classe.
3
fornisce l’esperimento; dall’altro lato, del numero di informazioni in termini di
unità necessarie per la determinazione degli effetti oggetto dell’analisi e
dell’osservazione.
 Un’ulteriore concetto della biometria, si desume dalla stretta connessione che vi è
nell’analisi degli esperimenti tra il test di significatività e la stima del parametro
che si presentano in sede di sviluppo e verifica dell’ipotesi23.
 Un ultimo concetto attiene alla quantità di informazioni su di un determinato
parametro. In tal senso, minore è la stima del parametro, maggiore è
l’informazione24; si ha, dunque, la possibilità di programmare gli esperimenti in
maniera che possano essere ricavate il maggior numero di informazioni
sull’oggetto di analisi e osservazione.
3. Il riconoscimento biometrico della persona
Gli avvenimenti degli ultimi anni, dagli attentati in America dell’11 settembre
del 2001 ai più recenti eventi terroristici che vedono coinvolta direttamente anche
l’Europa, hanno riproposto il tema della “sicurezza”, portando i governi degli Stati
interessati, gli scienziati, i sociologi e gli esperti di scienze strategiche a dichiarare
una forma di stato di allerta senza precedenti e preconizzare una vera e propria età
del terrorismo. L’evoluzione del crimine ha comportato il necessario ripensamento
delle categorie repressive e la contestuale rivisitazione delle tecniche di tutela. Si è
pensato, dunque, di ricorrere all’impiego della scienza biometrica, nel settore della
sicurezza, per sfruttare alcune caratteristiche del corpo umano uniche per ciascun
individuo come metodo di riconoscimento personale, effettuando una opportuna
distinzione tra:
 caratteristiche biometriche anatomiche (fisiologiche), a cui appartengono: il
riconoscimento dell’impronta digitale, delle caratteristiche dell’iride, delle
caratteristiche della retina, della geometria della mano, dei tratti somatici del volto.
 caratteristiche biometriche comportamentali: a cui appartengono il riconoscimento
vocale, la dinamica di apposizione della firma, le caratteristiche dell’andatura.
A questa classificazione si potrebbero aggiungere altre caratteristiche
biometriche, tra le più importanti si ricorda l’analisi del DNA che, pur
rappresentando la caratteristica biometrica per eccellenza, a causa della complessità
intrinseca, della impossibilità di operare in tempo reale e, prima fra tutte, della forte
ingerenza ed invasività della sfera più intima dell’individuo, non viene inclusa tra le
tecniche biometriche di riconoscimento previste dalle legislazioni vigenti.
Tra le tecniche di riconoscimento biometrico, la rilevazione delle impronte
digitali rappresenta la tecnica biometrica usata da più tempo in modo sistematico per
23
Nella generalità dei casi risulta impossibile effettuare una stima in assenza di una ipotesi ausiliaria che il test di significatività
deve dimostrare.
24
Può darsi una definizione in senso generale della quantità di informazione come inversamente proporzionale alla varianza
della stima.
4
il riconoscimento e l’identificazione personale25; i procedimenti di rilevazione sono
diversi e riguardano:
 il riconoscimento dell’immagine completa dell’impronta;
 il riconoscimento delle minutiae,26 cioè delle caratteristiche minori dell’impronta;
 il riconoscimento della corrispondenza tra aree specifiche dell’impronta.
La rilevazione delle caratteristiche dell’iride è da ritenersi la tecnica più
precisa, meno invasiva e sicura tra quelle presenti. Tale tecnica si basa
sull’iridologia, la scienza che studia la lettura della morfologia e del cromatismo
dell’iride come fonte di informazioni relative agli aspetti costituzionali, fisici,
psichici, patologici, ereditari dell’intero organismo e che rendono ogni individuo
unico, differente da ogni altro27. Più complicata e invasiva della precedente risulta la
tecnica per il riconoscimento della retina il cui uso, data la complessità della
rilevazione, le difficoltà nel caso di persone dotate di occhiali, a cui si aggiungono gli
alti costi per le apparecchiature, risulta confinato a particolari necessità di sicurezza.
La rilevazione dei tratti somatici del volto si basa sulla misurazione delle
caratteristiche olistiche, ossia dell’analisi di ogni singolo tratto che caratterizza il
volto nell’insieme. Tale tecnica, attraverso le foto o le immagini video in movimento,
consente di identificare una o più persone utilizzando dei database in cui sono
immagazzinati i volti28. Negli ultimi anni, in relazione agli avvenimenti terroristici
internazionali che hanno caratterizzato l’apertura di questo secolo, si stanno
diffondendo sistemi sofisticati con lo scopo di identificare (riconoscere) una classe di
individui ritenuti pericolosi29.
La rilevazione della geometria della mano è molto più semplice in quanto
consiste nella verifica delle misure e della conformazione dell’arto, combinata spesso
con la rilevazione di conduzione elettrica al fine di garantire l’effettivo contatto della
mano sulla superficie del rilevatore. Tale tecnica è utilizzata in molti progetti che
prevedono l’autenticazione biometrica nel caso di accessi frequenti con un basso
livello di sicurezza.
Per quanto riguarda le tecniche di riconoscimento biometrico che si basano
sulle caratteristiche comportamentali si può affermare che hanno trovato spazio in
quei progetti che prevedono l’autenticazione biometrica mista o multipla (rilevazione
dell’impronta digitale + riconoscimento vocale; riconoscimento dell’iride +
rilevazione della geometria della mano + dinamica di apposizione della firma, ecc.).
25
I primi schemi di classificazione per le impronte digitale risalgono agli studi di Galton nel 1892 (si veda in proposito alla
voce dell’Enciclopedia di Bioetica e Scienza Giuridica: Biometria e riconoscimento biometrico della persona). Nel 1902
Vucetich elaborò il primo metodo di classificazione per il riconoscimento dei criminali, anche se la tecnica per la raccolta delle
impronte era ancora imperfetta e poco attendibile; il metodo fu ripreso e perfezionato nel 1907 da Gasti per la Scuola Italiana di
Polizia Scientifica. Nel 1950 in America vennero sviluppati i primi sistemi automatici per il riconoscimento delle impronte
digitali grazie agli studi sviluppati dall’F.B.I. in collaborazione con il N.B.S. e con la Rockwell International Corporation.
26
Le minutiae sono delle minuscole linee presenti sull’epidermide e che formano dei vortici. Ogni impronta di un dito
comprende fino a cento minutiae che hanno la caratteristica di essere uniche per ogni individuo. Vengono denominate dagli
esperti del settore anche dèrmatoglífo (firma della pelle).
27
Cfr. Magro G, Iovane G. La biometria e i nuovi sistemi di identificazione. Rassegna dell’Arma. Rivista trimestrale, n. 3/2004.
28
I sistemi per il riconoscimento facciale più utilizzati sono: il PCA (Principal Component Analysis), che interpreta il volto
come un punto in uno spazio delle immagini e le proietta su un nuovo spazio attraverso una trasformazione lineare che
massimizza la varianza dei volti; l’LCA (Local Component Analysis), attraverso il quale si cerca di operare il riconoscimento
automatico dei volti in immagine sia statiche che in movimento.
29
G. Iovane, M. Gaeta, S. Salerno Bio-Face system. Negli Atti del Convegno NIWeek, Austin (USA) 2004.
5
La rilevazione automatizzata, ed il confronto automatizzato con dati
immagazzinati precedentemente in una banca dati sicura, prevede, secondo la
legislazione attuale, che le caratteristiche biometriche per essere utilizzate ed efficaci
debbano possedere determinate proprietà:
 invariabilità: cioè la costanza delle proprietà per un lungo periodo di tempo;
 misurabilità: le proprietà devono poter essere rilevate in condizioni normali;
 singolarità: le caratteristiche devono avere proprietà sufficientemente uniche da
permettere di distinguere una persona da qualsiasi altra;
 accettabilità: l’acquisizione di tali caratteristiche deve essere possibile per
un’ampia percentuale della popolazione;
 riducibilità: i dati acquisiti devono poter essere riassunti in un file di facile
gestione;
 affidabilità: il procedimento deve garantire un grado elevato di affidabilità e di
riproducibilità;
 privacy: il procedimento non deve violare la privacy della persona.
Date queste proprietà, il numero di caratteristiche biometriche utilizzabili si
riduce significativamente.
Molti Paesi a rischio di terrorismo hanno attivato sistemi di rilevazione e
riconoscimento biometrico delle identità e prodotto un nuovo tipo di passaporto con
informazioni biometriche al fine di rendere più affidabile l’identificazione dei
soggetti. Anche l’Italia ha promosso una serie di iniziative in tale direzione,
prevedendo l’utilizzo dell’elemento biometrico nella realizzazione di documenti quali
il passaporto biometrico e il permesso di soggiorno elettronico30.
Bibliografia di riferimento
 A.A.V.V. Brevi note sulle tecnologie biometriche in un contesto ICT. Gruppo di
studio per la definizione di iniziative nel campo della biometria. CNIPA – Italia,
1 gennaio 2004.
 A.A.V.V. Documento di lavoro sulla biometria. Gruppo di lavoro per la tutela dei
dati personali presieduto da S. Rodotà – Istituito a norma dell’art. 29 della
Direttiva 95/46/CE – Bruxelles, 13 giugno 2003.
 A.A.V.V. Autorità di controllo comune Schengen. II parere 2004 SIS II.
Bruxelles, 19 maggio 2004.
 Balaam L. N. Fondamenti di Biometria. Testi scientifici modulari – Serie di
biologia 2. ISEDI, Milano 1978.
 Biasotti A. Le tecnologie biometriche. Sicurezza, contrattualistica e privacy. EPC
Libri, 2002.
30
Si veda a tal proposito il documento del CNIPA Brevi note sulle tecnologie biometriche in un contesto ICT. Gruppo di Studio
per la definizione di iniziative nel campo della biometria. Roma, gennaio 2004.
6
 Bodmer W. F., Cavalli-Sforza L. L. Genetica Evoluzione Uomo. Volume secondo
– Genetica di popolazioni e genetica biometrica. A. Mondatori Editore, Milano
1977.
 Leonardi A. La gestione dei dati personali in Europol. Rassegna dell’Arma.
Rivista trimestrale, n. 3/2001.
 Magro G, Iovane G. La biometria e i nuovi sistemi di identificazione. Rassegna
dell’Arma. Rivista trimestrale, n. 3/2004.
 Mather K. Elementi di biometria. Testi e manuali per la scienza contemporanea.
Serie di biologia e medicina. Boringheri, Torino 1972.
 Rasi G. Il punto di vista dell’Autorità Garante per la tutela dei dati personali. VI
Convegno: La Biometria entra nell’e-government. CNIPA – Roma 23 novembre
2004.
 Salvi F., Chiandotto B., a cura di Biometria. Principi e metodi per studenti e
ricercatori biologi. Piccin Editore, Padova 1978.
 Scardovi I. , Monari P. Metodologia statistica in biologia e medicina. UTET,
Torino 1993.
 Titterington D. M., Cox D. R. Biometrika: One Hundred Years. Oxford
University Press Inc., New York 2001.
 Wayne. Daniel W. Biostatistics: A Foundation for Analysis in the Health
Sciences. Fourth Edition. John Wiley & Sons, New York-Chichester-BrisbaneToronto-Singapore 1987.
Firma estensore della parte di voce:
Gianpasquale Preite
Università degli Studi di Lecce
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Firma responsabile del settore:
Donato Antonio Limone
Professore Ordinario (IUS/20)
Preside della Facoltà di Giurisprudenza
Università Telematica TEL.M.A. di Roma
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