CONTROLE DE ACESSO POR BIOMETRIA E ARDUÍNO

Recife - PE 2019 GABRIELA ALVES LEITE DE OLIVEIRA CONTROLE DE ACESSO POR BIOMETRIA E ARDUÍNO Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Curso Técnico em Eletrônica do SENAI Areias, como requisito parcial à obtenção do título de Técnico em Eletrônica. Comissão examinadora Orientador: Prof. Fernando Barretto Nome completo do orientador Docente em: Escola Técnica SENAI Areias Examinador 1: Eng. Fernando José Campos da Silva Barretto Filho CREA/PE: 181013594-0 Docente em: Escola Técnica SENAI Areias À minha família. agradecimentos Agradeço agradeço agradeço agradeço agradeço agradeço agradeço agradeço agradeço. Impressão digital. ABSTRACT The aim of this paper is to approach the operation of an automated system using a locking mechanism via microcontroller, using a biometric system for access control.

The proposal of using a biometric system aims to bring greater security and reliability, as it is a technology that allows to identify only each individual, since each human being has unique characteristics. For this work to be put into practice, it is necessary to develop systems for user authentication. For the realization of this work proposal, the Arduino microcontroller was adopted and the biometry adopted was the fingerprint. Sistemas biométricos 19 2. Verificação e identificação 20 2. Aplicações 21 2. Tecnologia de impressão digital 21 2. Tipos de sistemas biométricos 25 2. Linguagem de referência para a programação 34 2. Funções 35 2. Bibliotecas 35 2. Comunicação 36 2. Temporização 36 3 CONCLUSÃo 37 Referências 37 1 Introdução Em um mundo onde a segurança é algo primordial, em que tanto as famílias como as empresas que não prezam por administrá-la de uma maneira prioritária, acabam colocando suas famílias, funcionários e/ou patrimônios em risco.

A abordagem metodológica utilizada foi a baseada em referências bibliográficas em literaturas presentes nas bibliografias deste trabalho. Eles se basearam em monografias, dissertações e outras formas que conferem robustez ao desenvolvimento da temática adotada. Deste modo, Andrade (2001) destaca que a pesquisa bibliográfica é de grande relevância para a elaboração de diversos trabalhos. A pesquisa bibliográfica é habilidade fundamental nos cursos de graduação, uma vez que constitui o primeiro passo para todas as atividades acadêmicas. Uma pesquisa de laboratório ou de campo implica, necessariamente a pesquisa bibliográfica preliminar. Através da biometria, criou-se uma opção interessante para identificar de forma automatizada os usuários, minimizando-se as possibilidades de falhas humanas ou a necessidade de ação humana. O reconhecimento biométrico é feito através de características físicas ou comportamentos de cada pessoa.

Exemplos: impressões digitais, voz, dentre outros (HIRAI, 2017). Como grandes vantagens oferecidas pela escolha da biometria “impressão digital”, é que não tem como falsificar e nem esquecer. Além disso, sua conferência só é possível pessoalmente, o que descarta a possibilidade de furto da chave ou transmissão. MENEZES, 2018). reconhecimento de padrões Antes mesmo de se colocar em prática, se faz importante a realização de simulações, visando o aprendizado e a prevenção de situações inesperadas, diminuindo-se os riscos advindos da colocação em prática e minimizando-se a possibilidade de novos custos de implementação devido a mudança no projeto. A implementação de algoritmos utilizando-se o reconhecimento de padrões (RP), visa a classificação de objetos em categorias ou classes, o que configura um grande desafio ao ser humano (NOGUEIRA, 2011).

Em se tratando de técnicas de reconhecimento de padrões, pode-se afirmar haver uma vasta gama de possibilidades de aplicações, voltada para diversas áreas, especialmente, para a da informática. Algumas aplicabilidades incluem: data mining, classificação de documentos, previsões financeiras; organização e recuperação de bancos de dados multimídia e biometria, que é a identificação pessoal baseada em vários atributos físicos ou comportamentais. Este projeto obteve sucesso e foi sendo aprimorado com relação ao seu design. A empresa Locknetics foi selecionada para criar o acessório e controle de circuitos para a fechadura eletromagnética, e a empresa acabou sendo vendida para a Ingersoll Rand Security Technologies (VELOSO, 2012). Colaboradores da antiga empresa Locknetics criaram outras empresas criando novos bloqueios. Saphirstein continuou criando tecnologias de bloqueios eletromagnéticos em várias outras empresas de Connecticut.

Várias empresas dos EUA, Ásia e Canadá se estabeleceram para criar produtos acessórios para a fechadura eletromagnética direta (de acordo com a figura 1) (VELOSO, 2012). Bom desempenho: desbloqueiam imediatamente quando a energia é cortada, permitindo a liberação rápida em vista de outros bloqueios. Sturdy: sofrem menos danos de golpes variados em vista de fechaduras tradicionais (VELOSO, 2012). biometria A utilização dos atributos biológicos para reconhecimento em dispositivo de identificação é conhecida “biometria”, e seu uso é interessante, visto que o ser humano possui características biométricas únicas. Do grego, Bios significa vida, e metron, medida. Exemplos: impressão digital, reconhecimento facial, dentre outros. Uma grande vantagem da impressão digital é que são únicas para cada pessoa, não havendo a possibilidade de haver alguém com as mesmas características.

A palma da mão até os dedos e a planta dos pés possuem sulcos concêntricos que permitem segurar ou se apoiar com mais atrito permitindo segurar ou se apoiar em objetos ou superfícies. Os pontos dos sulcos, que são curvos, bifurcados e partidos, são denominadas minúcias. Segue abaixo, conforme a figura 3, as particularidades de uma impressão digital (NOGUEIRA, 2011). Figura 3 – Detalhes particulares em uma impressão digital Fonte: Nogueira (2011) Possuindo atributos singulares, trata-se de pontos que podem ser medidos: aspectos conjuntos das minúcias, posições relativas e quantidades, que são características únicas de cada pessoa. Características biométricas Requisitos necessários para determinação de um atributo biométrico como uma característica biométrica: • Universalidade: todas as pessoas devem possuir o atributo a ser verificado (MENEZES, 2018); • Unicidade: deve haver duas pessoas satisfatoriamente diferentes com relação ao atributo a ser verificado; Tabela 1 - Comparativo entre as principais características biométricas Fonte: Veloso (2012) • Imutabilidade: não haver variação por um certo tempo (MENEZES, 2018); • Desempenho: recursos necessários para que se obtenha uma exatidão no reconhecimento aceitável e ao trabalho ou causas ambientais que possam interferir na precisão do reconhecimento (NOGUEIRA, 2011); • Aceitabilidade: mostra a aceitação das pessoas pelo sistema biométrico; • Mensurabilidade: a característica deve ser possível de ser medida; • Proteção: nível de ser passível ou não de falsificação (NOGUEIRA, 2011).

Requisitos de um sistema biométrico: ser inofensivo, bem aceito pelas pessoas, robusto prevenindo assim, falsificações ou ataques. Também é indispensável que ele apresente soluções imprescindíveis para cada tipo de biometria, bem como rapidez e exatidão (MENEZES, 2018). Sistemas biométricos Os sistemas biométricos possuem a função de realizar a verificação e identificação de pessoas através do reconhecimento dos padrões, diferenciando-os e os dividindo em diferentes categorias. Através de sensores biométricos que fazem parte do sistema, é possível escanear e capturar os dados biométricos, permitindo o registro e armazenamento na base de dados, de acordo com a Figura 5. Caso o nível de similaridade entre os dados for maior do que um certo limite determinado (limiar), o usurário será autenticado, do contrário, não será.

Verificação e identificação A verificação e identificação são maneiras de se autenticar pessoas atendendo assim, ao principal objetivo dos sistemas biométricos. Entende-se por verificação a apresentação da pessoa de sua característica biométrica geralmente, junto à digitação de um código chave 1:1 (um para um), ou seja, é comparada sua identidade com apenas uma referência, o que ajuda otimizar o tempo de processamento. Se baseia na indagação que é o princípio da verificação: “O usuário é quem alega ser?” (MENEZES, 2018). A identificação é realizada com a apresentação de somente a característica biométrica como chave para a busca. De acordo com a Tabela 1, são características da impressão digital: • Média universalidade: pelo fato de uma parcela da população não ser capaz de usar a impressão digital devido a falhas em suas impressões, problemas genéticos ou outros; • Alta unicidade: as impressões digitais são únicas, não havendo possibilidade de haver uma pessoa com mesma impressão digital do que a outra.

• Imutabilidade: a impressão digital não muda com o tempo; • Média Mensurabilidade: devido a pequenos machucados nas impressões digitais, ou devido ao fato de o usuário posicionar errado seu dedo e o coletor falhar (MENEZES, 2018). O processamento se dá início na obtenção da característica biométrica, que recebe a figura preto e branca da impressão digital, que se apresentam como linhas. Essa figura pode ser copiada utilizando-se tinta e papel, sendo depois digitalizada por meio de um equipamento digitalizador (scanner). Também é possível fazer essa obtenção da impressão digital de maneira imediata, mediante um coletor de digital. Figura 7 – Tipos fundamentais de impressões digitais Fonte: Menezes (2018) Conforme mostrado na Figura 8, através do estudo das minúcias é possível determinar doze pontos necessários para que se caracterize incontestável comprovação científica e jurídica.

Figura 8 – Algumas minúcias verificadas em uma impressão digital Fonte: Menezes (2018) Ao realizar a “verificação automática”, deverá ser considerado: • translação do dedo; • rotação do dedo; • pressão do dedo aplicada no sensor; • distorção causada pela elasticidade da pele; Na “verificação baseada em diferentes minúcias” (modo mais usado), os programas de computadores consideram a fórmula para minúcia sendo: m = (x, y, θ). Tal fórmula contém a indicação do posicionamento 2D da minúcia e sua direção rotacional. Desvantagens da utilização da impressão digital como autenticação biométrica: • Qualidades de digitais variáveis; • Sensores muito econômicos podem enganar (MENEZES, 2018). Vantagens da utilização da impressão digital como autenticação biométrica: • boa aceitação social; • baixo custo; • facilidade de coleta.

A taxa de erro que ocorre em um sistema biométrico não pode ser estabelecida teoricamente, e sim, por meio de estatísticas, pois além dos tipos de erros serem diversificados, devido a causa lógica que acontecem em cada sistema biométrico, podem acontecer diversas definições de erros associados. São dois os tipos de erros que podem ocorrer: • False Match (FM): erro do tipo I - constatar que as amostras são semelhantes, mas na verdade, são amostras de usuários diferentes. A regularidade com que isso acontece ocorre é chamada de False Match Rate (FMR) (MENEZES, 2018); • False Nom-Match (FNM): Erro do tipo II - constatar que as amostras são diferentes, mas na verdade, são amostras do mesmo usuário. A regularidade com que isso acontece ocorre é chamada de False Nom-Match Rate (FNMR).

Para sistemas biométricos se utilizam mais os termos FA e FR, enquanto em algoritmos de comparação, utiliza-se mais os termos FM e FNN. Há vários tipos desse leitor, que são: * ÓTICO – o dedo é posto em cima de uma das faces de um prisma. A luz é projetada de outra face e na terceira, tem uma câmera que captura a imagem; * EMISSOR DE LUZ – o dedo fica em contato com uma fina camada de material especial que produz um número pequeno de fótons que são percebidos por um sensor que fica embaixo; TÉRMICO – tem sensores térmicos que percebem o contato dos dedos; CAPACITIVO – constituído de minúsculos capacitores que, descarregam sua tensão e esses valores são aferidos por um circuito lógico e enviado para um conversor A/D (analógico-digital) que converte esse valor em escala de cinza (VELOSO, 2012).

Leitores biométricos de impressão digital Os leitores de impressão digital se difundiram por todos os lugares onde é possível ler uma digital, seja autoescolas, cartórios eleitorais, delegacias de polícia e teclados. Tem duas funcionalidades fundamentais: conseguir uma imagem do dedo e necessita saber se molde dos sulcos da amostra “bate” com o molde dos sulcos que foram captadas anteriormente. Existem diversas formas de se conseguir a imagem do dedo de um indivíduo. O dispositivo CCD produz uma imagem contrária do dedo, com as partes mais escuras simbolizando maior luz refletida – sulcos e partes mais claras, simbolizando menor luz refletida – vales entre os sulcos. O processador procura ter certeza que a imagem é bastante visível, examinando a sombra média dos pixels e, caso esteja muito escuro ou muito claro, recusa a imagem.

No caso disso acontecer, o leitor adequa o tempo de exposição para que possa penetrar mais luz (ou não) e faz uma releitura. Caso o nível esteja apropriado, o leitor passa a examinar como está a imagem. O processador repara várias linhas que possuem movimento horizontal e vertical pela imagem. O processador verifica esta saída e estabelece se ela pertence a um sulco ou vale. A partir da leitura de cada célula do sensor, ele pode preparar uma imagem da impressão digital, similar a captada pelo leitor ótico. PLATAFORMA ARDUÍNO O projeto contemplando o Arduíno iniciou-se no ano de 2005 na Itália, com a intenção de se produzir um equipamento com a capacidade de realizar projetos mais baratos, o que sem dúvidas, o distingue de outras plataformas semelhantes presentes no mercado e todos os praticantes e/ou desenvolvedores podem contribuir ou trabalhar com ele, por ser um equipamento com software livre (BRAGA et al.

Figura 9 – Modelos do Arduino Fonte: Nogueira (2011) O Arduíno é uma plataforma de código aberto para a confecção de protótipos em eletrônica, de utilização prática e fácil, normalmente usado para a implementação de dispositivos que possibilitem interação com o meio, assim, é chamado também de sistema embarcado ou embutido (MENEZES, 2018). Esta plataforma tem uma camada simples de programa, chamada de camada de inicialização ou gerenciador de inicialização, com um meio que possibilita a interação facilitada a partir de um computador. Figura 10 – Arquitetura do Arduino Fonte: Veloso (2012) O microcontrolador ATmega possui quatorze pinos que podem ser de entrada e saída digital (inclusive podem ser usados como saídas pulsadas), seis entradas analógicas, controlador Universal Serial Bus (USB), botão para RESET, fonte de alimentação, um oscilador a cristal de 16 megahertz (MHz) e um conector ICSP (In Circuit Serial Programmer).

Para o seu uso, é só ligar a um computador por meio de um cabo USB, utilizar uma bateria ou fonte retificada (VELOSO, 2012). Ele pode ser alimentado pela USB ou por outra fonte de alimentação externa. Os pinos de alimentação são: • 5V: é a alimentação usada para o microcontrolador e os demais componentes inseridos na placa. Ela vem do pino 9V a partir de um regulador na própria aplicação ou ser abastecida pela USB ou outra fonte de 5V (VELOSO, 2012); • X1: fornecimento externo de energia, utilizando tensão contínua na faixa de 9 a 12 V. A placa possui um fusível que protege a USB do dispositivo contra a possibilidade de curto-circuito e sobrecarga de corrente. Embora os computadores possuam proteção interna para isso, este componente funciona como uma proteção adicional.

Caso uma corrente de aproximadamente 500 mA chegue na USB, o fusível abre e cessa a passagem de fluxo de corrente até que o curto ou a sobrecarga não existam mais (NOGUEIRA, 2011). USB: utilizada para gravar os programas; realizar a alimentação da placa e a comunicação serial entre dispositivo e computador (NOGUEIRA, 2011). Ambiente de programação A programação é fundamentada em uma linguagem atual, denominada processing. As funcionalidades essenciais são: • Estruturas de controle (if, break, else) (VELOSO, 2012); • Sintaxe básica; • Operadores booleanos (NOGUEIRA, 2011); • Operadores aritméticos e comparativos; • Operadores de bits (NOGUEIRA, 2011); • Acesso a ponteiros; • Operadores compostos (VELOSO, 2012); Os valores de referências são: • Variável de escopo e de qualificação; • Tipos de dados; • Conversões (char(), byte(), int(),. VELOSO, 2012). O programa do Arduíno possui diversas funcionalidades e constantes que ajudam na implementação, que são: • setup() (NOGUEIRA, 2011); • loop(); • Constantes; • Bibliotecas (VELOSO, 2012).

Funções Outras funcionalidades presentes na plataforma são: • Analógico I/O - analogReference() analogRead() analogWrite() – PWM; • Digital I/O - pinMode () digitalWrite () digitalRead () (NOGUEIRA, 2011); • Tempo - millis() micros() delay() delayMicroseconds()(NOGUEIRA, 2011); • Avançado I/O - tone() noTone() shiftOut() pulseIn()(NOGUEIRA, 2011); • Matemática - min() max() abs() constrain() map() pow() sqrt(); • Números aleatórios - randomSeed() random()(NOGUEIRA, 2011); • Trigonometria - sin() cos() tan() (NOGUEIRA, 2011); • Bits e Bytes - lowByte() highByte() bitRead() bitWrite() bitSet() bitClear() bit(); • Interrupções externas - attachInterrupt() detachInterrupt()(NOGUEIRA, 2011); • Interrupções - interrupts() noInterrupts(); • Comunicação Serial (NOGUEIRA, 2011). Bibliotecas A utilização de bibliotecas oportuniza um ambiente de programação mais expandido e variado, sobretudo, se for relacionado com o uso de estruturas, funções e valores, somente. Como opção para trabalhos futuros, pode expandir o projeto, com o objetivo de alinhá-lo aos novos conceitos de tecnologias atuais, como por exemplo, Internet das Coisas, sistemas inteligentes.

Referências BRAGA, S. A. et al. Projetos de extensão do Engenheiro. R. Captura de sinal biométrico utilizando Arduíno. Trabalho de Conclusão de Curso apresentado ao Instituto Municipal de Ensino Superior de Assis, como requisito de Curso de Bacharelado em Ciência da Computação. Assis, SP. VELOSO, C.