Proyecto Biometria

UNIVERSIDADE DA CORUÑA

FACULTADE DE INFORMÁTICA Departamento de Tecnoloxías da Información e as Comunicacións

PROXECTO FIN DE CARREIRA DE ENXEÑERÍA TÉCNICA EN INFORMÁTICA DE XESTIÓN

Sistema de gestión de huellas dactilares en formato digital

Autor: José Antonio Orgueira Pérez Tutor: Antonino Santos del Riego A Coruña, enero de 2003

Agradecimientos

A mis padres, familiares, amigos y compañeros de facultad porque sin ellos nada sería posible.

A todos los que me ofrecieron su ayuda desinteresada en los foros de Internet consultados.

A Nino, por todo.

A todos ellos, Gracias.

Sistema de Gestión de huellas dactilares en formato digital

Resumen Este proyecto constituye un acercamiento al ámbito de la biometría. En concreto, nos centraremos en el reconocimiento de huellas dactilares, desarrollando un sistema que, sobre el soporte de una base de datos, permita una gestión de las entidades involucradas sobre una arquitectura cliente-servidor.

El sistema hará la autenticación de los usuarios a través de un dispositivo lector de huellas dactilares. En el proceso de autenticación se utiliza el algoritmo de comprobación de plantillas basadas en la obtención de minucias.

Tanto la gestión de la base de datos como las comprobaciones de usuarios registrados estarán orientadas a la WEB, pudiéndose realizar cualquiera de las tareas a través de un navegador.

Palabras claves Biometría,

Autenticación,

Reconocimiento,

Huellas

dactilares,

Web,

Tomcat,

Apache, Java, JSP, Javabeans, MySQL

3

Sistema de Gestión de huellas

Índice

dactilares en formato digital

ÍNDICE 1. INTRODUCCIÓN

6

2. DOMINIO DE APLICACIÓN. AUTENTICACIÓN Y HUELLAS DACTILARES

2.1. Autenticación de usuarios

9

2.2. Autenticación biométrica

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2.3. Huellas dactilares

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3. ESTADO DEL ARTE 3.1. Huella digital por ultrasonidos

20

3.2. Los dedos de gelatina de Matsumoto

21

3.3. Algoritmo de huellas

23

4. METODOLOGÍA 4.1. Modelado

36

4.2. Lenguajes y herramientas

53

4.3. Diseño y desarrollo

74

5. VALIDACIÓN DEL SISTEMA

6. CONCLUSIONES

111

113

4

Sistema de Gestión de huellas

Índice

dactilares en formato digital

ANEXO I: Manual del Administrador ANEXO II: Comando de creación de tablas

114 127

BIBLIOGRAFÍA

129

DIRECCIONES WEB

131

ÍNDICE DE FIGURAS

132

ÍNDICE DE TABLAS

134

5

Introducción

1. INTRODUCCIÓN En el ámbito de las tecnologías de la seguridad, uno de los problemas fundamentales a solventar es la necesidad de autenticar de forma segura la identidad de las personas que pretenden acceder a un determinado servicio o recinto físico. De este modo, surge la biometría, también conocida como técnicas de identificación biométrica, con el objetivo de resolver este problema a partir de las características propias de cada individuo, como la voz, huella dactilar, rostro, etc.

Éstas técnicas de identificación biométrica, frente a otras formas de autenticación personal como el uso de tarjetas o PINes (Personal Identification Number), o número de identificación personal, como el usado en cajeros automáticos, tienen la ventaja de que los patrones no pueden perderse o ser sustraídos, ni pueden ser usados por otros individuos en el caso de que lleguen a tener accesible nuestra tarjeta personal y, o, PIN.

Se debe tener en cuenta que gran parte de los sistemas de autenticación actuales están basados únicamente en el uso de una tarjeta personal y, o, un PIN, con sus consecuentes problemas de seguridad.

Sea cual sea la técnica seleccionada para una determinada aplicación, tendremos que ponderar en cada caso las restricciones o peculiaridades que pueden tener cada una de las técnicas, frente al grado de seguridad añadido que conseguimos y del que anteriormente no disponíamos. Estas características vienen dadas básicamente por los siguientes aspectos: ü Necesidad de un dispositivo de adquisición específico (lector de huella dactilar, micrófono, cámara, etc.) allí donde esté el usuario.

6

Introducción

ü Posible variabilidad con el tiempo del patrón a identificar (afonías, catarros en voz, uso de gafas/bigote/barba en el rostro, etc.). ü Probabilidad de error individual de cada una de las técnicas (en función de la técnica elegida). ü Aceptación por parte del usuario de cada una de las técnicas, en función de si son o no técnicas intrusivas, cómodas, que mantengan (o al menos lo parezca) la privacidad, sencillas de usar, etc.

De este modo, en función de la situación en que necesitemos realizar una autenticación segura del usuario, se buscará cuál es la técnica (ó combinación de técnicas)

biométrica

más

adecuada

en

función

de

los

cuatro

parámetros

fundamentales anteriormente mencionados.

En este contexto, el objetivo de este proyecto es el desarrollo de un sistema de gestión de huellas dactilares en formato digital. Estamos interesados en que los usuarios que lo soliciten puedan pasar a formar parte de nuestra base de datos, para lo cual les permitiremos mandarnos sus datos y las imágenes digitalizadas de sus huellas, pudiendo enviarnos un número variable de estas, una por cada uno de los dedos. Tras la solicitud, será el administrador del sistema el que se encargue, de la gestión de la información generada (altas, bajas, modif.).

Por ultimo el sistema dispondrá de la posibilidad de la autenticación de un usuario dado de alta previamente, donde se capturará la huella de esta persona y se comparará contra la de la base de datos enviada con anterioridad. Debemos para ello, desarrollar una base de datos, con los datos de interés sobre la persona, así como con las imágenes digitalizadas de sus huellas.

7

Introducción

Todo el proceso se realizara a través de Internet, sobre una arquitectura cliente-servidor.

Los objetivos principales del proyecto son: ü

Diseño y desarrollo de una base de datos con información sobre los usuarios e imágenes de sus huellas dactilares.

ü

Diseño y desarrollo del sistema de gestión.

ü

Integración de un algoritmo de autenticación sobre las huellas facilitadas.

ü

Validación del sistema.

8

Dominio de la aplicación

2. Domino de aplicación. Huellas dactilares en formato digital

2.1 Autenticación de Usuarios En la actualidad uno de los requisitos primordiales de los sistemas informáticos son los mecanismos de seguridad que han de incluir al menos un sistema que permita identificar a las entidades (elementos activos del sistema, generalmente usuarios) que intentan acceder a los objetos (elementos pasivos, como ficheros o capacidad de cómputo), mediante procesos tan simples como una contraseña o tan complejos como un dispositivo analizador de patrones de la retina.

Los sistemas que habitualmente utilizamos para identificar a una persona, como el aspecto físico o la forma de hablar, son demasiado complejos para una computadora; el objetivo de los sistemas de identificación de usuarios no suele ser identificar a una persona, sino autenticar que esa persona es quien dice ser realmente. Aunque seguramente ambos términos nos parecerán equivalentes, para una computadora existe una gran diferencia entre ellos: imaginemos un sistema de identificación biométrico basado en el reconocimiento de la retina; una persona miraría a través del dispositivo lector, y el sistema sería capaz de decidir si es un usuario válido, y en ese caso determinar de quién se trata; esto es identificación.

Sin embargo, lo que habitualmente hace el usuario es introducir su identidad (un número, un nombre de usuario, etc.) además de mostrar sus retinas ante el lector. En este caso, el sistema no tiene que identificar a esa persona, sino autenticarlo: comprobar los parámetros de la retina que está leyendo con los registrados en una base de datos como identificativos del usuario. En este caso, se está reduciendo el

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Dominio de la aplicación

problema de una población potencialmente muy elevada a un grupo de usuarios más reducido, el grupo de usuarios del sistema que necesita autenticación.

Los métodos de autenticación se suelen dividir en tres grandes categorías, en función de lo que utilizan para la verificación de identidad: (a) algo que el usuario sabe, (b) algo que éste posee, y (c) una característica física del usuario o un acto involuntario del mismo. Esta última categoría se conoce con el nombre de autenticación biométrica.

Es fácil identificar ejemplos de cada uno de estos tipos de autenticación: un password es algo que el usuario conoce y el resto de personas no, una tarjeta de identidad es algo que el usuario lleva consigo, la huella dactilar es una característica física del usuario.

Por supuesto, un sistema de autenticación puede, y debe, para incrementar su fiabilidad, combinar mecanismos de diferente tipo, como en el caso de una tarjeta de crédito unida al PIN de los cajeros automáticos o en el de un dispositivo generador de claves para el uso de One Time Passwords.

Cualquier sistema de identificación (aunque se les llame así, recordemos que realmente son sistemas de autenticación) ha de poseer unas determinadas características para ser viable; obviamente, ha de ser fiable con una probabilidad muy elevada, económicamente factible para la organización y ha de soportar con éxito cierto tipo de ataques, por ejemplo, ataques por fuerza bruta.

Además de estas características se tiene otra, no técnica sino humana, pero quizás la más importante: un sistema de autenticación debe ser aceptada por los usuarios, que serán al fin y al cabo quienes lo utilicen. Por ejemplo, imaginemos un potencial sistema de identificación para acceder a los recursos de la Universidad, consistente en un dispositivo que fuera capaz de realizar un análisis de sangre a un usuario y así

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Dominio de la aplicación

comprobar que es quien dice ser; seguramente sería barato y altamente fiable, pero nadie aceptaría dar un poco de sangre cada vez que desee consultar su correo.

2.2. Autenticación biométrica A pesar de la importancia de la criptología en cualquiera de los sistemas de identificación de usuarios, existe otra clase de sistemas en los que no se aplica esta ciencia, o al menos su aplicación es secundaria. Es más, parece que en un futuro no muy lejano estos serán los sistemas que se van a imponer en la mayoría de las situaciones en las que se haga necesario autenticar a un usuario. En general son más amigables para el usuario, no va a necesitar recordar passwords o números de identificación complejos y, como se suele decir, el usuario se puede olvidar la tarjeta de identificación en casa, pero nunca se olvidará de su mano o su ojo, y son mucho más difíciles de falsificar que una simple contraseña o una tarjeta magnética. Las principales razones por la que no se han impuesto ya en nuestros días es su elevado precio,

fuera

del

alcance

de

muchas

organizaciones,

y

su

dificultad

de

mantenimiento.

Estos sistemas son los denominados biométricos, basados en características físicas del usuario a identificar. El reconocimiento de formas, la inteligencia artificial y el aprendizaje son las ramas de la informática que desempeñan el papel más importante en los sistemas de identificación biométricos; la criptología se limita aquí a un uso secundario, como el cifrado de una base de datos de patrones de retinas, o la transmisión de una huella dactilar entre un dispositivo analizador y una base de datos.

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Dominio de la aplicación

La autenticación basada en características físicas existe desde que existe el hombre y, sin darnos cuenta, es la que más utiliza cualquiera de nosotros en su vida cotidiana: a diario identificamos a personas por los rasgos de su cara o por su voz. Obviamente aquí el agente reconocedor lo tiene fácil porque es una persona, pero en el modelo aplicable a redes de comunicaciones el agente ha de ser un dispositivo que, basándose en características del sujeto a identificar, gestione el acceso a un determinado recurso.

Los dispositivos biométricos tienen tres partes principales: ü

Un mecanismo automático que lee y captura una imagen digital o analógica de la característica a analizar.

ü

Una entidad para manejar aspectos como la compresión, almacenamiento o comparación de los datos capturados con los registrados en una base de datos (que son considerados válidos).

ü

Una interfaz de aplicaciones.

El proceso general de autenticación sigue unos pasos comunes a todos los modelos de autenticación biométrica: captura o lectura de los datos que el usuario a validar presenta, extracción de ciertas características de la muestra (por ejemplo, las minucias de una huella dactilar), comparación de tales características con las registradas en una base de datos, y decisión de si el usuario es válido o no.

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Dominio de la aplicación

En la figura 1 se muestra la estructura clásica del Diagrama de Bloques de un Sistema de Reconocimiento Biométrico.

Obtención de los Modelos de la BD

Persona Incógnita

Adquisición de datos Autentificador

Preproc. de la Señal

Extracción de Características Decisión

Algoritmo de Reconocimiento

Figura 1. Diagrama Sistema Reconocimiento Biométrico

Es en la Decisión donde principalmente entran en juego las dos características básicas de la fiabilidad de todo sistema biométrico: las tasas de falso rechazo y de falsa aceptación. Por tasa de falso rechazo (False Rejection Rate, FRR) se entiende la probabilidad de que el sistema de autenticación rechace a un usuario legítimo porque no es capaz de identificarlo correctamente, y por tasa de falsa aceptación (False Acceptance Rate, FAR) la probabilidad de que el sistema autentique correctamente a un usuario ilegítimo; evidentemente, una FRR alta provoca descontento entre los usuarios del sistema, pero una FAR elevada genera un grave problema de seguridad, proporcionando acceso a un recurso a personal no autorizado.

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Dominio de la aplicación

Para determinar las prestaciones de un sistema biométrico se suele utilizar la tasa de éxito (Success Rate, SR) que responde a una combinación de los dos factores anteriores:

SR= 1 – (FAR +FRR)

El FAR y el FRR responden a parámetros inversamente proporcionales, por tanto, variarán en función de las condiciones prefijadas por el programa de identificación biométrica. Así si por ejemplo se tiene que utilizar el programa en un entorno de máxima seguridad, se intentará que el FAR sea lo más pequeño posible, aunque esta acción signifique de forma explícita, el incremento drástico del factor FRR.

Por lo tanto se debe fijar un parámetro o umbral que permita igualar los dos factores, asegurando de esta manera el óptimo funcionamiento del sistema. Este umbral se denomina tasa de error igual (Equal Error Rate, ERR), y es el que determinará, finalmente, la capacidad de identificación del sistema. En la figura 2 se muestra la relación dicha relación.

Figura 2. Relación entre FAR, FRR y ERR

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Dominio de la aplicación

2.3. Huellas dactilares Típicamente la huella dactilar de un individuo ha sido un patrón bastante bueno para determinar su identidad de forma inequívoca, ya que está aceptado que dos dedos nunca poseen huellas similares, ni siquiera entre gemelos o entre dedos de la misma persona. Por tanto, parece obvio que las huellas se convertirían antes o después en un modelo de autenticación biométrico: desde el siglo pasado hasta nuestros días se vienen realizando con éxito clasificaciones sistemáticas de huellas dactilares en entornos policiales, y el uso de estos patrones fue uno de los primeros en establecerse como modelo de autenticación biométrica.

Cuando un usuario desea autenticarse ante el sistema sitúa su dedo en un área determinada, el área de lectura. Aquí se toma una imagen que posteriormente se normaliza mediante un sistema de finos espejos para corregir ángulos, y es de esta imagen normalizada de la que el sistema extrae las minucias (ciertos arcos, bucles y remolinos de la huella) que va a comparar contra las que se tiene en la base de datos. Es importante resaltar que el sistema no analiza la huella en sí sino las minucias, concretamente la posición relativa de cada una de ellas.

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Dominio de la aplicación

Figura 3. Huella dactilar con minucias

Las huellas de los dedos presentan como característica principal, la presencia de un conjunto de crestas o partes donde la piel se eleva sobre las partes más bajas o valles existentes entre las crestas. Con respecto a estas crestas se definen dos características particulares que obedecen al termino de minucias: ü Final de cresta (ridge ending). Característica definida como el punto donde la cresta acaba de forma abrupta. ü Bifurcación de la cresta (ridge bifurcation). Característica definida como el punto en el que la cresta se bifurca en dos o más crestas.

Estas dos características quedan unívocamente definidas a partir de su localización (coordenadas x, y respecto al sistema de coordenadas central de la imagen) y de su orientación (ángulo θ).

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Dominio de la aplicación

Está demostrado que dos dedos nunca pueden poseer más de ocho minucias comunes, y cada uno tiene al menos entre 30 y 40 de éstas. En la figura 3 se muestra una imagen de una huella digitalizada con sus minucias. Si la comparación de las posiciones relativas de las minucias leídas con las almacenadas en la base de datos es correcta, se permite el acceso al usuario, denegándose obviamente en caso contrario.

Los sistemas basados en reconocimiento de huellas son relativamente baratos, en comparación con otros biométricos, como los basados en patrones de retinas. Sin embargo, tienen en su contra la incapacidad temporal de autenticar usuarios que se hayan podido herir en el dedo a reconocer. Un pequeño corte o una quemadura que afecte a varias minucias pueden hacer inútil al sistema. También elementos como la suciedad del dedo, la presión ejercida sobre el lector o el estado de la piel pueden ocasionar lecturas erróneas.

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Estado del Arte

3. Estado del Arte

Algunos aeropuertos experimentan tecnologías de seguridad que basadas en el reconocimiento del iris y la mano. La identificación dactilar es uno de los más extendidos; el rostro, el menos invasivo. La asignatura pendiente, la estandarización.

Poner el dedo en un escáner, hablar por un micrófono o mirar de cerca a una cámara puede ser suficiente para pasar el control de seguridad y acceder a una instalación o sistema informático. La tecnología biométrica ha traspasado los laboratorios de espionaje, recintos militares y gubernamentales para extender sus aplicaciones al mercado empresarial y de consumo.

Algunos expertos consideran que el reconocimiento del rostro puede ser la herramienta más útil para la identificación en aeropuertos. Las cámaras de seguridad graban a distancia y permiten comparar las capturas con bases de datos de imágenes. De hecho, uno de estos sistemas se utilizó en la última edición de la final de fútbol americano, la Super Bowl, celebrada en Tampa, Florida. Los aeropuertos de San Francisco y Nueva York emplean sistemas que reconocen la geometría de la mano de los empleados. El mismo sistema se utiliza en el aeropuerto israelí de Tel Aviv para los pasajeros frecuentes de las líneas aéreas El Al. En Heathrow (Londres) se está realizando una experiencia con 2.000 pasajeros norteamericanos de las aerolíneas British Airways y Virgin Atlantic (deben estar registrados y grabar el iris en una base de datos). En la actualidad la extensión masiva de estos sistemas se ve frenada por la falta de estándares. Demasiados sistemas propietarios. Microsoft, uno de los fundadores del BioAPI, estándar propuesto en 1995 por el Biometric Consortium patrocinado por el

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Estado del Arte

Gobierno de Estados Unidos, salió del grupo de 60 empresas y agencias para crear su propia tecnología. El Departamento de Defensa cuenta con una organización y un laboratorio de biométrica, donde prueba la utilidad de los más de 600 productos existentes en el mercado. El Departamento de Energía desarrolla un escáner holográfico que analizará, a través de ondas de radio y en tres dimensiones a los pasajeros para comprobar si esconden armas.

La industria está concentrada en los sistemas de identificación dactilar. En general, son los más económicos; los más baratos sobre los 120 € . Los expertos consideran que para no atentar contra la intimidad una de las mejores opciones es usar sistemas híbridos que almacenen los datos biométricos en tarjetas inteligentes e infraestructuras de clave pública. De esta forma se evita que la información se encuentre en bases de datos. En la actualidad están en estudio sistemas que analizan el olor humano, las venas de la mano o la forma de andar.

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Estado del Arte

3.1 Huella digital por ultrasonidos Este esquema funciona por ultrasonidos, lo que evita los fallos que hasta ahora se producían con la lectura óptica por suciedad en la piel o en el dispositivo de escaneo. La empresa valenciana especializada en tecnologías de seguridad Mundiscan Electronic Systems ha presentado recientemente el primer sistema infalible de identificación por huella dactilar basado en ultrasonidos.

Se trata de una tecnología desarrollada en la última década, que ha demostrado una alta fiabilidad al extraer los rasgos más característicos e inequívocos de las personas para posteriores procesos de identificación. Este nuevo sistema, sustituye al de identificación por huella dactilar basado en la tecnología óptica. Esta última tecnología ocasionaba problemas debido a las dificultades de lectura, si la piel o el dispositivo de escaneo se encontraban sucias, algo que provocaba consecuentemente un rechazo en el mercado. Mundiscan Electronic Systems es la única empresa que a través del uso de los ultrasonidos ha conseguido superar este problema imponiendo un método de identificación infalible. La tecnología es aplicable a los controles de edificios que requieren un alto nivel de seguridad como aeropuertos,

bancos,

sedes

gubernamentales,

empresas

privadas,

instalaciones

militares o prisiones.

El sistema biométrico por ultrasonidos consiste en el envío de ondas de diferentes frecuencias que rebotan contra la base de la huella y el dispositivo de escaneo, penetrando cualquier tipo de suciedad encontrada en los dedos como grasa, polvo o manchas de tinta. De esta forma, se obtiene una imagen sin errores de las crestas y los valles del dedo escaneado, consiguiendo una gran precisión en la captura de la imagen que facilitará los procesos identificativos posteriores.

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Estado del Arte

3.2 Los dedos de gelatina de Matsumoto Recientemente ha salido publicada una noticia que está provocando un debate sobre la valoración de la biometría: un criptógrafo japonés llamado Matsumoto ha descubierto un método para engañar con un "dedo de gelatina" a 11 sensores biométricos en el 80% de los intentos.

El estudio se basa en conseguir una huella artificial que engañe a los sistemas de autenticación. El profesor Matsumoto muestra como conseguir artificialmente una huella que puede servir como la original.

Hacer una huella artificial directamente de una huella real: ü Materiales: Plástico moldeable, lámina de gelatina sólida ü Como hacer un molde: Poner el plástico en agua caliente para ablandarlo, presionar el dedo contra el, obteniendo el molde. ü Preparación del material: Mezclar la gelatina con un liquido en una proporción del 50 %, añadir agua hirviendo (30cc) a la gelatina sólida (30g) en una botella y mezclarlos. ü Como hacer una huella falsa: Verter el líquido en el molde, meterlo en un refrigerador para que enfríe y se obtiene la huella.

Matsumoto ha realizado el test sobre 11 dispositivos biométricos en el mercado. No olvidemos que existen dispositivos con biosensor que garantizan que con un dedo de gelatina no va a poder realizarse la intrusión.

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Estado del Arte

Dependiendo del nivel de seguridad deseado se puede optar por una solución de seguridad más efectiva, por ejemplo, el uso de biosensores, cámaras de vigilancia, combinaciones de varias biometrías, combinaciones con smart cards y PinPad, etc.

Al igual que con cualquier sistema de seguridad, existen vulnerabilidades y soluciones para las mismas. Por primera vez se está dotando de una inteligencia a nuestras máquinas por medio del reconocimiento preciso del usuario que interactúa con el sistema, y esto solo lo podemos conseguir con reconocimiento biométrico.

El “dedo de gelatina” ha provocado un avance en algunos fabricantes y para otros, más previsores, les ha confirmado algo que podía pasar.

De todas formas, todos ellos día a día siguen realizando test de otro tipo de posibles vulnerabilidades para crear una evolución y un acercamiento asintótico al punto limite de seguridad del 100%.

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Estado del Arte

3.3 Algoritmos de huellas Autenticación significa comprobar si un individuo es quien dice ser. El algoritmo de autenticación que se utiliza en el presente proyecto, está formado por dos bloques: en primer lugar se extraen las minucias características de la huella “actual” del usuario que se va a autenticar (algoritmo de extracción de minucias) y, en segundo lugar, se comparan esas minucias características de su huellas con las minucias almacenadas en la base de datos en forma de “plantilla” (algoritmo de comparación de minucias).

Cuando hablamos de huella “actual”, se hace referencia a la huella situada sobre el lector de huellas dactilares (también huella “en vivo”), mientras que la “plantilla” se corresponde

con

las

características

extraídas

de

una

huella

anteriormente,

normalmente para ser almacenada en una base de datos.

Se dice que un usuario ha sido autenticado si las características extraídas de la huella “actual” coinciden con las de la “plantilla” dentro de un límite de tolerancia para el algoritmo de comparación de minucias.

3.3.1 Algoritmo de extracción de minucias Una de las tareas más importantes en un sistema de reconocimiento de huellas es la extracción de las minucias de una imagen capturada de una huella. Debido a las imperfecciones de la imagen adquirida, en algunos casos el algoritmo de extracción puede obviar algunas minucias, y en otros se pueden añadir minucias falsas . Las imperfecciones de la imagen pueden también generar errores al determinar las coordenadas de cada minucia y su orientación relativa en la imagen.

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Estado del Arte

Todos estos factores contribuyen a disminuir

la fiabilidad del sistema de

reconocimiento, puesto que el reconocimiento de huellas dactilares está basado en la comparación, dentro de unos límites de tolerancia, del patrón biométrico, o conjunto de minucias extraídas, adquirido “en vivo” y el almacenado.

A continuación describiremos en profundidad cada una de las fases de este algoritmo y lo que se consigue en estas.

3.3.1.1 Normalización de la imagen El objetivo de esta fase es disminuir el rango de variación de grises entre los valles y las crestas de la imagen para facilitar el proceso en las siguientes etapas.

Figura 4. (a)Huella original (b) Huella normalizada

3.3.1.2 Cálculo del campo orientación El campo orientación representa la orientación local de las crestas que contiene la huella. Para estimarlo, la imagen se divide en bloques de 16x16 píxeles y se calcula la inclinación para cada píxel, en coordenadas x e y. Debido a la carga

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Estado del Arte

computacional del proceso de reconocimiento, es suficiente aplicar una máscara de 3x3 píxeles para el calculo de la inclinación en cada píxel.

Figura 5. (a) Huella orientada (b) Campos realineados

El ángulo de orientación se calcula a partir de la información de la inclinación. Frecuentemente, en algunos bloques, el ángulo de orientación no se calcula correctamente debido a ruidos y daños en los valles y las crestas de la imagen capturada. Como no pueden existir variaciones significativas del ángulo entre bloques adyacentes, se aplica un nuevo filtro “espacial” de 5x5 píxeles al campo orientación estimado para reordenar correctamente todos los segmentos. La figura 5(a) muestra el campo orientación obtenido a partir del cálculo de la inclinación. La figura 5(b) muestra los campos realineados después de aplicar el filtro “espacial”.

3.3.1.3 Selección de la zona de interés Debido a que la imagen contiene “ruido” de fondo, el algoritmo puede generar minucias fuera del área ocupada por la huella. Para evitar este problema, se selecciona el área de imagen, definida por todos los bloques de 16x16, en la que existe una alta variación del nivel de grises en la dirección normal de las crestas existentes (el campo orientación normal de las crestas se había calculado

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Estado del Arte

previamente). Después de esto el área de la imagen con ruido, que será excluido en las siguientes etapas, se define por bajas variaciones en todas las direcciones. En la figura 6 se muestran las variaciones de una huella y la región de interés obtenida a partir de esta.

Figura 6. (a) Variaciones de la huella (b) Región importante

3.3.1.4 Extracción de crestas Para decidir si un píxel pertenece o no a una cresta dada, es necesario filtrar la imagen de la huella con dos máscaras adaptables, ambas capaces de incrementar el nivel de gris el la dirección normal de la cresta. La orientación de la máscara se adapta a cada bloque de 16x16 píxeles, dependiendo los ángulos obtenidos del campo orientación realineados de la figura 5(b).

Si el nivel de gris de un píxel excede un umbral en las dos imágenes filtradas, se considera que el pixel pertenece a la cresta; de otra forma se asigna a un valle, produciendo una imagen binaria de la huella. Las dimensiones de la máscara son LxL y están definidas por las ecuaciones dadas en (1) y (2).

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Estado del Arte

 u −u  1 −  δ  h1 (u, v ) =  2Πδ ⋅ e  0 

  

0

2

, si : u0 = E[(vc − v )ctg(θ ) + uc ] , en otro caso

 v −v  1 −  ⋅e  δ h2 (u , v) =  2Π δ  0 

0

  

2

, si : v0 = E [(u c − u )tg (θ ) + vc ] , en otro caso

∀u, v ∈ [1, L] donde u y v son las coordenadas de un píxel en la máscara; (uc, vc) es el centro de la máscara; θ, es el ángulo de orientación de la cresta en cada bloque de la imagen, y δ, es un parámetro para ajustar la función máscara al ancho de la cresta. La figura 7(a) muestra la imagen filtrada con una de las máscaras “espaciales”. La figura 7(b) representa la imagen binaria obtenida después de aplicar un umbral, produciendo bordes de crestas lisos.

Figura 7. (a) Imagen filtrada (b) Imagen binaria obtenida

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Estado del Arte

3.3.1.5 Perfilar las crestas Para simplificar el proceso en las siguientes etapas, se filtra la imagen para perfilar las crestas de la huella y eliminar las manchas de ciertas áreas. Para conseguir esto, se extraen primero los componentes de baja frecuencia y a continuación se eliminan a la imagen original, proporcionando los componentes de alta frecuencia necesarios para perfilar las crestas, como se deduce de: p[u , v] = f [u, v ] + λ ⋅ fH [u,v ] = f [u, v ] + λ ⋅ ( f [u, v] − f L[u, v ])

donde p[u,v], es el resultado de perfilar la imagen; f[u,v], es la imagen binaria; fH[u,v] y fL[u,v] son, respectivamente, las imágenes de alta y baja frecuencia; y λ es un factor (λ>0), que determina el grado de perfilación. En la figura 8(a) se muestra el resultado de la huella después de aplicarle el primer filtro. Se puede aplicar un nuevo filtro para eliminar las crestas falsas debidas a manchas en la imagen. En este caso se utiliza una máscara “espacial” capaz de adaptar su orientación localmente a la orientación de la cresta.

Figura 8 . (a) Imagen después del primer filtro perfilador (b) Imagen después del segundo filtro perfilador con máscara espacial

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Estado del Arte

3.3.1.6 Simplificación En este paso se aplican dos algoritmos consecutivos paralelos de simplificación, para reducir a un único píxel el ancho de las crestas en la imagen binaria. Estas operaciones son necesarias para simplificar es siguiente análisis estructurale de la imagen para la extracción de las minucias de la huella.

La simplificación se debe realizar sin modificar la estructura original de las crestas de la imagen. Durante este proceso, el algoritmo no puede calcular mal los comienzos, finales y, o bifurcaciones de las crestas, ni las crestas se pueden romper.

3.3.1.7 Eliminar imperfecciones Después de la simplificación, dependiendo de la calidad de la imagen, las imperfecciones estructurales de la huella original permanecen en un cierto grado. Esto conlleva crestas rotas, crestas falsas y huecos; así que, es necesario aplicar un algoritmo para eliminar todo las líneas que no se corresponden a crestas y un algoritmo para enlazar crestas rotas. La figura 9(a) muestra la imagen adelgazada obtenida una vez aplicado el algoritmo de adelgazamiento y eliminación de imperfecciones.

Figura 9. (a) Imagen después de la simplificación y eliminación de imperfecciones (b) Patrón de minucias después del proceso de eliminación de conjuntos

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Estado del Arte

3.3.1.8 Extracción de minucias En la última etapa, se extraen las minucias de la imagen simplificada, obteniendo el patrón biométrico de la huella (plantilla). Este proceso conlleva la determinación de: (i) si un píxel pertenece o no a una cresta y, (ii) si es así, si es una bifurcación, comienzo o final de cresta obteniendo así un grupo de candidatos a minucias. A continuación, todos los puntos en el borde de la zona de interés se borran. Entonces, puesto que la densidad de minucias por unidad de área no puede exceder un cierto valor, todos los conjuntos de puntos candidatos cuya densidad excede este valor son sustituidos por una simple minucia localizada en el centro del conjunto. En la figura 9(b) se muestra el patrón de minucias resultante.

Una vez finalizado el proceso de extracción de minucias la plantilla contiene entre 70 y 80 minucias. En la figura 10 se muestra el patrón de minucias obtenido superpuesto sobre la imagen de la huella normalizada:

Figura 10. Patrón de minucias

30

Estado del Arte

3.3.2. Algoritmo de comparación de minucias Con el emparejamiento se determina si dos huellas son del mismo dedo o no. Las dos características usadas en el emparejamiento de huellas son los finales y las bifurcaciones de las crestas (minucias).

A continuación se explica en detalle cada una de las etapas del algoritmo de comparación de minucia:

Para cada minucia detectada, se almacenan los siguientes parámetros: ü Coordenadas x e y de la minucia. ü Orientación definida como la orientación local de la cresta asociada. ü El tipo de minucia, que puede ser final de cresta o bifurcación. ü La cresta asociada.

Para la comparación de las minucias se utilizarán las coordenadas polares de estas.

3.3.2.1 Alineación del conjunto de minucias

Si denotamos por P al conjunto M de minucias en la imagen plantilla tenemos que:

(

P = (x1P , y1P ,θ 1P ) ,...,(x MP , yMP ,θ MP ) T

T

)

y llamando Q al conjunto de N minucias en la imagen de “entrada” (la que se va a compara con la imagen plantilla) tenemos:

31

Estado del Arte

(

Q = (x1Q , y1Q ,θ 1Q ) ,..., (x QN , y QN ,θ NQ ) T

T

)

Para cada minucia Pi (1 ≤ i ≤ M ) y Qj (1 ≤ j ≤ N ) en el conjunto de minucias de la imagen de “entrada” y de la plantilla, denotamos rotate[i][j] como el ángulo de rotación entre la imagen de “entrada” y la plantilla, tomando Pi y Qj como el punto de referencia de la imagen. Si podemos tomar Pi y Qj como un par de minucias, las crestas asociadas de Pi y Qj son iguales dentro de un cierto grado rotate[i][j], que asumiremos de un valor entre 0 y 360, en otro caso pondremos rotate[i][j] como 400 para representar el hecho de que Pi y Qj no se corresponden con un par de minucias.

Figura 11. Alineación de la cresta de entrada y la cresta plantilla

Si Pi y Qj

no son del mismo tipo, se asigna 400 a rotate[i][j]. Por otra parte

denotaremos por R y r a las crestas a las que pertenecen de las minucias Pi y Qj . Se compara R con r para obtener las diferencias de estas dos crestas de acuerdo a la ecuación siguiente: Diff _ dist =

1 L ∑ R( d i ) − r ( d i ) L i =0

32

Estado del Arte

Diff _ ang =

1 L ∑ R (αi ) − r (αi ) L i= 0

Donde L es el número de puntos grabados. R(di) es la distancia desde el punto i en la cresta R a la minucia Pi. R(α i ) es el ángulo entre la línea que conecta el punto i sobre la cresta R a la minucia Pi y la orientación de la minucia Pi ; r(di ) y r(α i ) tienen significados similares.

Si Diff_dist es más grande que Td o diff_ang es mayor que To , se pone rotate[i][j] a 400. De otra forma calculamos rotate[i][j] como:

Rotate[i][j] = dir_Temp – dir_in Donde dir_temp es la orientación de Pi y dir_in es la orientación de Qj. Para alinear el conjunto de minucias de entrada con el conjunto de minucias de la plantilla en la coordenada polar, lo que se necesita hacer es trasladar las minucias de la imagen de entrada y las de la plantilla a coordenadas polares con respecto a las minucias de referencia Pi y Qj, y a continuación añadir el ángulo rotate[i][j] al ángulo radial de la coordenada polar de cada minucia de “entrada”. Es decir, para una minucia (xi, yi, θi)T aplicamos la siguiente ecuación:

(

) (

)

2 2   xi − x r + xi − y r    ri   r     y − y  −1 i     e i = tan + rotate [ i ][ j ]    x − xr     i  θi     r  θi − θ   

Donde (xr, yr, θr)T es la coordenada de la minucia de referencia, y (ri, ei, θi)T es la representación de la minucia en el sistema de coordenadas polares (ri representa la

33

Estado del Arte

distancia radial, ei representa el ángulo radial, y θi ; representa la orientación de la minucia con respecto a la minucia de referencia).

3.3.2.2 Comparación de las minucias alineadas

Los pasos del algoritmo de comparación de minucias son los siguientes: 1) Para i (1 ≤ i ≤ M ) y j (1 ≤ j ≤ N ) , si rotate[i][j]=400, se repite este paso y se elige otro Pi y Qj , sino se va al paso 2. Si se ha hecho para todos los pares de minucias, se va al paso 5.

2) Poner Pi y Qj como minucia de referencia. Convertir cada minucia en el conjunto de minucias de la plantilla y conjunto de minucias de entrada al sistema de coordenadas polares con respecto a la correspondiente minucia de referencia a través del método descrito al final de la sección 2.1.

3) Representar las minucias de la plantilla y de la entrada en el sistema de coordenadas polares como cadenas simbólicas, concatenando cada minucia en orden creciente de ángulos radiales:

(( = ((r

Pi s = r1 p , e1p , θ 1p

Qis

Q 1

) ,..., (r T

)

p M

(

, e Mp , θ Mp

, e1Q ,θ 1Q ,..., rNQ , e QN ,θ NQ T

) ))

)

T

T

4) Comparar las cadenas resultantes Pis y Qjs para encontrar el nivel de coincidencia de Pis y Qjs. Asignar a m_score[i][j] el valor del resultado. Continuar en el paso 1.

34

Estado del Arte

5) Encontrar el máximo valor de m_score[i][j] y usarlo como el nivel de coincidencia del conjunto de minucias de la entrada y la plantilla. Si el nivel de coincidencia es mayor que un umbral, se considera que la imagen de “entrada” se originó a partir de la misma huella que la plantilla, sino se considera que las dos imágenes provienen de dedos diferentes.

35

4. Metodología

Para el desarrollo del proyecto, seguiremos una metodología clásica, que incluirá los siguientes pasos:

1. Modelado. Análisis del dominio de la aplicación.

a. Estudio de los actores del sistema b. Estudio de los casos de uso c. Estudio de las clases del dominio d. Estudio y desarrollo de la base de datos

2. Selección de las herramientas de desarrollo 3. Diseño y desarrollo de la(s) aplicación(es) 4. Validación de la arquitectura resultante

4.1 Modelado En primer lugar se hace un análisis del problema, usuarios, requisitos funcionales, etc. Para ello utilizaremos el Lenguaje Universal de Modelado (“Unified Modeling Language”, UML en lo sucesivo) pues constituye un estándar utilizado ampliamente en el desarrollo de software.

Puesto que va a ser este el lenguaje que vamos a utilizar para modelar nuestra aplicación,

haremos

una

breve

introducción

y

resaltaremos

sus

principales

características:

36

Lenguaje Unificado de Modelado

4.1.1. El Lenguaje Unificado de Modelado El UML es un estándar para escribir “planos” de software. El UML se puede utilizar para visualizar, especificar y documentar los artefactos de un sistema que involucran una gran cantidad de software.

El UML es apropiado para modelar desde sistemas de información en empresas hasta aplicaciones distribuidas basadas en Web, como es este caso, e incluso para sistemas de tiempo real.

Es un lenguaje muy expresivo, que cubre todas las vistas necesarias para desarrollar y luego desplegar tales sistemas.

El UML es un lenguaje y por lo tanto se constituye como un método de desarrollo de software. UML es independiente del proceso, aunque para utilizarlo óptimamente se debería usar en un proceso que fuese dirigido por los casos de uso, centrado en la arquitectura, iterativo e incremental.

Un lenguaje proporciona un vocabulario y las reglas para combinar palabras de ese vocabulario con el objetivo de posibilitar la comunicación. El lenguaje de modelado es un lenguaje cuyo vocabulario y reglas se centran en la presentación conceptual y física de un sistema.

El modelado proporciona una compresión del sistema. Nunca es suficiente un único modelo. Más bien, para comprender cualquier cosa, a menudo se necesitan múltiples modelos conectados entre sí, excepto en los sistemas más triviales. Para sistemas con una gran cantidad de software, se requiere un lenguaje que cubra las diferentes vistas de la arquitectura de un sistema mientras evoluciona a través del ciclo de vida del desarrollo del software.

37

Lenguaje Unificado de Modelado

El vocabulario y las reglas de un lenguaje como el UML indican cómo crear y leer modelos bien formados, pero no dicen que modelos se deben crear ni cuando se deberían crear. Esta es la tarea del proceso de desarrollo de software.

UML es un lenguaje para visualizar UML es algo más que un simple montón de símbolos gráficos. Mas bien detrás de cada símbolo en la notación UML hay una semántica bien definida. De esta manera, un desarrollador puede escribir un modelo en UML, y otro desarrollador, o incluso otra herramienta, puede interpretar ese modelo sin ambigüedad.

UML es un lenguaje para especificar En este contexto, especificar significa construir modelos precisos, no ambiguos y completos. UML cubre la especificación de todas las decisiones de análisis, diseño e implementación que se deben de realizar al desarrollar y desplegar un sistema con gran cantidad de software.

UML es un lenguaje para construir UML no es un lenguaje de programación visual, pero sus modelos se pueden conectar de forma directa con una gran variedad de lenguajes de programación, entre los que está Java. Esta correspondencia permite ingeniería directa, la generación de código a partir de un modelo UML en un lenguaje de programación.

UML es un lenguaje para documentar Una organización de software que trabaje bien produce toda clase de artefactos además de código ejecutable: requisitos, arquitectura, diseño, código fuente, etc. Tales artefactos no son solo los entregables de un proyecto, también son críticos en el control, la medición y comunicación que requiere un sistema durante su desarrollo y después de su despliegue.

38

Lenguaje Unificado de Modelado

El UML cubre toda la documentación de la arquitectura de un sistema y todos sus detalles. UML también proporciona un lenguaje para expresar requisitos y pruebas. Finalmente, UML proporciona un lenguaje para modelar las actividades de planificación de proyectos y gestión de versiones.

39

Actores del sistema

4.1.2. Actores del sistema

Nuestro sistema cuenta con dos tipos de usuarios, llamados actores en UML.

Usuario

Administrador

Figura 12. Actores del sistema

Actor Administrador: Es el encargado de mantener los datos de la base de datos. Su trabajo consiste en dar altas, bajas y modificaciones de los usuarios en la base de datos. Todo su trabajo podrá ser realizado a través de la web, previa autenticación biométrica, de la que se encarga el servidor.

Actor usuario: Representa la persona que hace el envío de la imagen de su huella así como los datos referentes a ella, a través de la web, para pasar a formar parte de la base de datos. Tiene también la posibilidad de autenticarse para verificar que su huella y datos se han incorporado a la base de datos.

40

Casos de uso

4.1.3 Casos de uso Casos de uso del Actor Administrador

En la figura 12 se muestra el diagrama de casos de uso para el actor “Administrador”.

Alta_admin <>

<<uses>>

<<uses>>

<>

Administrador

Modificación

Gestión

(from Actores) <<uses>>

Visualización

<<uses>>

<>

Baja

Autent_admin

Figura 13. Casos de uso de Administrador

41

Casos de uso

El caso “Gestión” es el más general, representa la interacción del administrador con el sistema, cuando realiza las tareas de administración. Hace uso, además del caso de uso “Autenti_admin.”, que autenticará al administrador.

El caso “Autenti_admin” representa la autenticación del actor ante el sistema, que nos permitirá tener control sobre los privilegios correspondientes a cada actor.

Para este caso de uso se va a usar la autenticación biométrica, que nos va a asegurar el acceso exclusivo, por parte del administrador, a las páginas desde las que se realizan las tareas de administración (altas, bajas, modificaciones).

El caso de uso “Alta del administrador” (Alta_admin.) tiene como fin introducir un usuario, que previamente lo halla solicitado, en la base de datos de nuestra aplicación. Para ello lo que realiza es el cambio de valor de un campo de la tabla de usuarios.

Se trata de cambiar el campo Alta de ‘F’ a ‘T’, es decir de False a True. De este modo un usuario con el campo Alta a ‘T’ estará dado de alta en la base de datos, mientras que uno que lo tenga a ‘F’, se encontrará en espera.

El caso de uso “Baja” borrará de la base de datos a un usuario, tanto los datos personales como los datos de las huellas enviadas. En este último punto se eliminarán físicamente las imágenes de las huellas, así como las plantillas generadas a partir de estas.

42

Casos de uso

La “Modificación” se encarga como su propio nombre indica de la modificación de los datos referentes a un usuario (excepto la clave primaria), que ya halla sido dado de alta en la base de datos. Se mostrarán, en primer lugar, los datos actuales de un usuario, y se le permitirá al administrador introducir los cambios que desee, para luego actualizar estos datos en la base de datos.

La “Visualización” consiste, en un primer momento, en dar una lista de los usuarios de la base de datos, para a continuación mostrar todos los datos que constan referentes al usuario seleccionado.

Por lo tanto este proceso se realizará para altas, bajas y modificaciones con el fin de que el administrador sepa en todo momento lo que está realizando. Así primero se visualizarán todos los usuarios y una vez seleccionado uno, se le mostrará la información completa referente a este, para que confirme la operación que está a punto de realizar.

43

Casos de uso

Casos de uso del Actor Usuario

La figura 13 representa los casos de uso del actor “Usuario”.

Alta_nuevo_usu

Alta_usuario

Alta_existente_usu

Usuario

<<use>>

(from Actores)

generar_plantilla Autenticar

Figura 14. Casos de uso Usuario

El caso de uso “Alta” realizado por los usuarios vía web, se especializa en dos: en primer lugar están los usuario que por primera vez solicita el alta en nuestra base de datos, en segundo lugar tenemos a los usuarios que ya hayan solicitaron el alta en algún momento y posteriormente deciden enviar alguna otra huella.

Para el primer caso (Alta_nuevo_usu), se le presentará al usuario un formulario para que introduzca tanto los datos personales como, la posibilidad de enviar una imagen de cada una de sus huellas.

44

Casos de uso

En el segundo caso (Alta_existente_usu), el usuario ya realizó en algún momento el caso anterior, y decide enviar más huellas. Para este caso, el usuario se tendrá que identificar para confirmar que ya consta en la base de datos, y se le dará la posibilidad del envió de imágenes nuevas.

El caso de uso “Autenticar” representa la validación final del sistema, ya que consiste en la comprobación de la identidad de un usuario que con anterioridad haya pasado a formar parte de la base de datos.

Se autentica la huella “en vivo” de un usuario con la plantilla generada en el momento del alta. Si el dedo que en ese momento está sobre el lector pertenece a un usuario que ,con anterioridad, había enviado la huella de ese mismo dedo, la autenticación será exitosa. En caso contrario se le indicará el motivo del fracaso: bien porque no es un usuario registrado o bien porque estando en la base de datos no coincide el dedo que tiene sobre el lector con alguna de las imágenes de huellas que haya enviado.

El caso “Generar plantilla” genera una plantilla a partir de una imagen. Esta plantilla almacena las características (minucias) extraídas de la huella, que la van a hacer única. De esta manera guardamos información referente a la persona, pero que no la compromete en ningún momento, utilizándose para autenticar la huella en “vivo”.

La utilización de estas plantillas tiene como principal ventaja el tamaño de estas, ya que mientras una imagen de una huella ocupa unos 100 Kb, la plantilla nos ocupa aproximadamente 1 Kb , y reúne

toda información utilizada en el algoritmo de

autenticación, que nos va a servir para diferenciar unas huellas de otras.

45

Lenguajes y Herramientas

4.1.4. Base de Datos La aplicación de gestión de huelas dactilares se basa en el mantenimiento de una base de datos que recoge toda la información referente a los usuarios y sus huellas dactilares. Por lo tanto, necesitaremos crear esa base de datos.

La base de datos va a estar formada por tres tablas con las que mantenemos la información sobre los usuarios en una de ellas (tabla usuarios), información sobre las huellas en la otra (tabla huellas), y una última en la que mantendremos la información que concierne al administrador (tabla admin).

En el desarrollo de esta base de datos utilizaremos un enfoque entidad-relación, para posteriormente, convertir el modelo resultante en un modelo relacional, que será implementado directamente en el sistema gestor de base de datos elegido.

En primer lugar, realizaremos un análisis de los requisitos de nuestro sistema. ü

Referente a la persona, nos interesan sus datos personales, dirección, teléfono, etc, siendo el identificador único de cada persona su DNI.

ü

Cada persona podrá hacer un envío entre una y diez imágenes de huellas, una por cada uno de sus dedos.

ü

Las huellas se asociarán a los usuarios por medio del DNI de estos.

ü

Las huellas se asociarán a una mano y a un dedo de la persona que los envió.

46

Lenguajes y Herramientas

ü

A partir de cada huella se generará una plantilla característica de la misma, que agilizará el proceso de autenticación.

ü

Para la autenticación del administrador se mantendrá una plantilla, extraída a partir de su huella, en la base de datos.

En nuestro caso mantendremos en la base de datos tanto las imágenes de las huellas como las plantillas generadas. Este no es el procedimiento habitual ya que precisamente la ventaja de almacenar las plantillas es la de no guardar información relevante del usuario, como lo son sus huellas. Además, a partir de las plantillas no hay forma de reconstruir las huellas, por lo que la identidad del usuario está totalmente protegida.

Otra ventaja de los sistemas biométricos que almacenan las plantillas características de las personas, es que estas plantillas son del orden de 100 veces menores que las imágenes a partir de las que se generan. Por lo tanto, la base de datos será considerablemente menor.

De lo expuesto anteriormente, obtenemos la lista de candidatos a entidades del dominio y otra con las posibles relaciones.

Ca Candidatos a Entidades

Ca Candidatos a Relaciones

US USUARIO

TI TIENE: huella

H HUELLA

PE PERTENECE: usuario

SS ADMINISTRADOR

T

Tabla 1. Candidatos a Entidad y Relación

47

Lenguajes y Herramientas

4.1.4.1. Modelo Entidad-Relación Para un estudio de la estructura de los elementos del dominio, así como de sus relaciones, utilizaremos el modelo Entidad-Relación (ER). La figura 14 muestra el modelo entidad-relación resultante:

Persona

id_persona

Dirección CP

Nombre

Nombre

Plantilla Provincia Localidad Pais

1

email http

Administrador

Usuario

id_huella N

mano

Huella dedo plantilla

Figura 15. Modelo Entidad-Relación

48

Lenguajes y Herramientas

4.1.4.2. Diccionario de datos

Entidad Administrador

Persona que, como su nombre indica, se va a encargar de administrar la base de datos de usuarios y huellas.

Atributos: ID_ADMINISTRADOR

Numérico. Clave principal.

NOMBRE

Nombre del Administrador.

PLANTILLA

Plantilla generada a partir de la huella.

Clave Principal: ID_ADMINISTRADOR Clave alternativa: NOMBRE

Entidad Huella

Imagen digitalizada de la huella enviada por un usuario.

Atributos: ID_HUELLA

Clave principal de la huella

ID_USUARIO

Identificador del usuario al que pertenece la huella.

MANO

Mano a la que pertenece la huella.

DEDO

Dedo al que pertenece la huella.

PLANTILLA

Plantilla que se obtiene a partir de la imagen

Clave principal: ID_HUELLA

49

Lenguajes y Herramientas

Entidad Usuario

Persona que nos envía su/s huella/s en formato digital y que pasarán a formar parte de nuestra base de datos.

Atributos: ID_USUARIO

Numérico. Clave principal.

NOMBRE

Nombre del Usuario.

DIRECCIÓN

Dirección donde reside el usuario, será una cadena de texto.

C.P.

Código Postal del lugar de residencia del usuario.

LOCALIDAD

Localidad de residencia del usuario.

PROVINCIA

Provincia de residencia del usuario.

PAIS

País de residencia del usuario.

EMAIL

Dirección correo del usuario.

WEB

Página web del usuario.

ALTA

Estado en el que se encuentra (T/F).

Clave Principal: ID_USUARIO Clave alternativa: NOMBRE

Relación Huella – Usuario

Relación “tener”. Una huella concreta pertenece a un usuario, mientras que un usuario tiene desde una a diez posibles huellas en la base de datos. Por lo tanto, estamos ante una relación 1:N.

50

Lenguajes y Herramientas

4.1.4.3. Modelo Relacional

El estudio del modelo entidad-relación nos lleva al siguiente esquema de tablas, que compone un modelo relacional completo del dominio de la aplicación.

Tabla Administradores

ID_ADMINISTRADOR

Entero

No nulo

NOMBRE

Texto

No nulo

PLANTILLA

Texto

No nulo

Clave principal: ID_ADMINISTRADOR Dependencias Funcionales ID_ADMINISTRADOR -> NOMBRE, PLANTILLA 3º Forma Normal

Tabla Usuarios

ID_USUARIO

Entero

No nulo

NOMBRE

Texto

No nulo

DIRECCIÓN

Texto

No nulo

C.P.

Entero

LOCALIDAD

Texto

PROVINCIA

Texto

PAIS

Texto

EMAIL

Texto

WEB

Texto

ALTA

Texto

No nulo

51

Lenguajes y Herramientas

Clave principal: ID_USUARIO Clave alternativa: NOMBRE

Dependencias Funcionales

ID_USUARIO -> NOMBRE, DIRECCIÓN, C.P., LOCALIDAD, PROVINCIA , PAIS, EMAIL, WEB

NOMBRE -> ID_USUARIO, DIRECCIÓN, C.P., LOCALIDAD, PROVINCIA , PAIS, EMAIL, WEB

3º Forma Normal

Tabla Huellas

ID_HUELLA

Texto

No nulo

USUARIO

Entero

No nulo, Clave foránea

MANO

Texto

No nulo

DEDO

Texto

No nulo

PLANTILLA

Texto

No nulo

Clave principal: ID_HUELLA Clave foránea: USUARIO referencia ID_USUARIO en tabla Usuarios.

Dependencias Funcionales ID_HUELLA -> USUARIO, MANO, DEDO, PLANTILLA.

3º Forma Normal

52

Lenguajes y Herramientas

4.2 Lenguajes y herramientas

4.2.1 Programación Web La idea de usar la Web como un entorno de aplicaciones se fue desarrollando con el tiempo, de modo que cada etapa de innovaciones tecnológicas servía de trampolín para la aparición de nuevas ideas. El primer modelo operativo consistía simplemente en un servidor Web que enviaba los documentos que se le pedían. En este entorno, el contenido no cambiaba a no ser que alguien proporcionara una nueva versión del documento. La figura 15 muestra este entorno.

Navegador Web

Servidor Web GET/doc.html

...

Documentos HTML

Figura 16. Modelo de servidor de documentos estáticos

53

Lenguajes y Herramientas

HTTP (Hypertext Transfer Protocol) es un protocolo de petición/respuesta simple en el que el navegador Web solicita un documento, normalmente utilizando el comando GET, y el servidor Web devuelve el documento en forma de un flujo de datos HTML (Hypertext Markup Language), precedido por unas cuantas cabeceras descriptivas.

Rápidamente se hizo evidente que si una persona podía revisar los documentos gestionados por el servidor Web, también podía hacerlo un programa de texto procesado como una secuencia de comandos Perl. El navegador Web no aprecia la diferencia porque el resultado de una petición HTTP sigue siendo un flujo de datos en HTML. Más aún, el navegador puede enviar algo más que una simple petición: puede enviar parámetros, incluyéndolos en la URL (Universe Reason Locate) o enviando un flujo de datos con la petición. Esto sugiere que una petición HTTP puede interpretarse como una consulta a una base de datos y los resultados de la consulta se pueden usar para construir dinámicamente un documento HTML. Con el desarrollo del servidor Web NCSA HTTPd llegó una nueva especificación, los CGI (Common Gateway Interface).

El servidor Web invoca a un programa CGI como respuesta a cierto tipo de peticiones, generalmente peticiones de documentos de un directorio concreto o nombres de fichero con una extensión específica, como por ejemplo .cgi. Los parámetros de la petición se pasan como pares clave/valor y las cabeceras de respuesta como variables de entorno. El programa lee estos parámetros y las cabeceras, realizan la tarea de la aplicación con la que se está trabajando, y entonces genera una respuesta HTTP. La respuesta se envía al navegador Web solicitante como si fuera un documento estático corriente.

54

Lenguajes y Herramientas

La figura 16 ilustra el flujo del proceso.

Navegador Web

Servidor Web GET/cgi-bin/pgm …

Programa CGI

Base de datos

Figura 17. Contenido dinámico generado por una secuencia de comandos CGI

Los CGI normalmente generan un nuevo proceso para cada petición HTTP. Esto supone un problema cuando el tráfico es escaso, pero provoca sobrecarga cuando el nivel de tráfico aumenta. En esta situación, los CGI no se ajusta, a nuestras necesidades.

Se produjo una mejora significativa con la parición, en 1997, de la API Servlet de Java, que fue seguida rápidamente por la API JSP (acrónimo de Java Server Pages, las Paginas Java en servidor). Esta tecnología lleva todo el potencial de Java al servidor Web, con conectividad a base de datos, acceso a trabajo en red, operaciones de subprocesos y, sobre todo, un modelo de proceso diferente.

55

Lenguajes y Herramientas

Los servlets y las páginas JSP operan desde un solo ejemplar o instancia que permanece en la memoria y utiliza múltiples subprocesos para responder a distintas peticiones de forma simultánea. La figura 17 muestra ilustra el uso de esta tecnología.

Navegador Web

Servidor Web GET / requestURI

…

Motor de servlets

Servlets

Página JSP

Servicios J2EE

Base de datos

Otros servicios

Figura 18. Aplicaciones dinámicas usando servlets, JSP y J2EE.

56

Lenguajes y Herramientas

El modelo de aplicación Web ha ido evolucionando a medida que la Web ha ido madurando y la experiencia lograda en cada fase ha determinado los requisitos para la siguiente. La oleada inicial de Java en cliente en forma de applets fue muy popular, pero acabó causando decepción al aplicarse en la práctica. La utilidad de los applets estaba limitada por el considerable número de incompatibilidades entre navegadores, por los excesivos períodos de descarga con modems lentos y por las restricciones de seguridad. Debido a esto el desarrollo de los applets se hizo más lento y la tecnología Java en servidor se convirtió en el mayor área de crecimiento.

Java en el servidor no sufre las restricciones del entorno applet. No aparecen inconsistencias del navegador porque no es necesario que este posea una máquina virtual Java. El navegador sólo tiene que generar HTML, y esto lo puede hacer razonablemente bien hasta los navegadores más antiguos. No es precisa la configuración del cliente ni la descarga desde otros recursos de extensos archivos de clase. Del mismo modo, las consideraciones de seguridad se limitan a aquellas ya gestionadas por el servidor Web, que está normalmente en un entorno cerrado con controles separados.

57

Lenguajes y Herramientas

4.2.2 El lenguaje Java Para el uso de la API del lector tenemos varias posibilidades: una es el uso de la API C/C++ que nos viene con la documentación del dispositivo de huellas dactilares disponible, y que nos llevaría a la utilización de la tecnología CGI del lado del servidor; la otra posibilidad con la que contamos es el uso de Java aprovechando las clases Java (java wrappers) que nos vienen con el entorno de desarrollo para el programador.

El uso de CGI nos llevaría a utilizar la tecnología de Microsoft ASP (Active Server Pages) para la generación dinámica de páginas, y todo ello trabajando bajo el Servidor de Microsoft (IIS). Por el otro lado el uso de Java como leguaje de servidor nos llevaría a utilizar JSP (Java Server Pages) para la generación dinámica de páginas; pudiendo optar por una serie de servidores que funcionen como contenedores de servlets: JRun, Tomcat, etc.

Hemos optado por el uso de Java y sus tecnologías Servlets, JSP y Javabeans como lenguaje para el desarrollo de los distintos módulos de la aplicación por una serie de motivos que discutimos a continuación:

Java presenta una serie de ventajas frente a otros lenguajes, entre los cuales destacamos los siguientes: ü

Seguridad

El modelo de seguridad de Java tiene tres componentes principales:

el

cargador

de

clases,

el

verificador

bytecode

y

SecurityManager.

58

Lenguajes y Herramientas

El verificador bytecode se asegura de que el programa se haya compilado correctamente, que obedezca a las restricciones de acceso de la VM (Virtual Machine, en castellano Maquina Virtual) y que el programa no acceda a datos privados sino tiene que hacerlo.

El cargador de clases según recupera las clases de la red de trabajo, se almacenan en servidores Web independientes, de esta forma se evita que cargue por error una clase que pretenda ser un complemento a la clase principal o que interfiera en el proceso de carga de las clases procedentes de otro servidor.

SecurityManager es el encargado de establecer la política de acción de la VM. La política de seguridad determina las actividades que puede efectuar la VM y bajo qué casos. ü

Core API

La interfaz Core API proporciona un conjunto de funciones comunes a todas las plataformas que puedan trabajar con Java.

La interfaz se divide en paquetes, que son grupos de clases que pueden desarrollar una serie de funciones. En uno de estos paquetes se encuentra las bases del lenguaje de programación, tales como el control de texto y proceso de errores. ü

Estándares abiertos

En la actualidad la VM se puede utilizar con más de una decena de combinaciones de hardware y sistemas operativos. Los archivos escritos en este lenguaje no se han de compilar en todas las plataformas.

59

Lenguajes y Herramientas

Lo importante es que dichas plataformas trabajen con la VM. Una aplicación en Java que se escriba hoy, se ejecutará en todas las plataformas que trabajen con la VM, aunque aún no se haya creado. ü

Distribuido y dinámico

El cargador de la VM busca los archivos class que se encuentran en una red o en un disco duro, proceso completamente transparente al usuario, haciendo que la distribución de las aplicaciones en Java sea completamente transparente. Estas propiedades permiten que el explorador compatible con Java se adapte automáticamente a los protocolos que

obtiene desde un

nuevo sitio Web. ü

Orientada a objetos

La Programación Orientada a Objetos, u Object Oriented Programming (OOP), es una forma de escribir un software que se puede volver a utilizar y cuyo mantenimiento es realmente sencillo. Java es un lenguaje de programación orientado a objetos. De hecho, Core API es un conjunto de componentes OOP que se conoce como librería class. Las librerías class permiten que los programadores se ahorren muchos dolores de cabeza cuando han de desarrollar nuevos proyectos. ü

Multitarea

Una aplicación monotarea tiene un thread (hilo de proceso) que será quien se encargue de ejecutar todo lo que se le pida. Con este sistema únicamente puede desarrollar una tarea cada vez.

60

Lenguajes y Herramientas

Las aplicaciones multitarea pueden utilizar varios thread a la vez durante la ejecución. Estos thread se comunican entre sí, por lo que podrán cooperar entre ellos pareciendo, de cara al usuario, que el programa lo está ejecutando un único thread, pero más rápido que con las aplicaciones monotarea. ü

Administración de memoria y recolección de “basura”

El sistema recupera la memoria temporal en el momento tras cierta cantidad de tiempo sin que el programa activo la solicite. De esta forma se libera al desarrollador de una parte tediosa del trabajo.

La ingeniería de componentes ha hecho posible que se lleven

a cabo grandes

avances en hardware y en tecnología electrónica. La programación basada en componentes lleva esta idea al mundo del software. En el ámbito Java , esto es lo que significa JavaBeans.

Un bean de Java es un componente elemental reutilizable de software. Se trata de bloques de construcción que sirven para crear aplicaciones. Para que los beans funcionen sólo se necesita la VM Java. Esto permite que los beans bien construidos se utilicen en cualquier entorno Java: applets, servlets, páginas JSP o aplicaciones Java autónomas. Por su parte , los servlets son clases Java que amplían la funcionalidad de un servidor Web mediante la generación dinámica de páginas Web. Un entorno de ejecución denominado motor de servlets administra la carga y descarga del servlet, y trabaja con el servidor Web para dirigir peticiones a los servlets y enviar la respuesta a los clientes.

Puesto que hemos optado por la utilización de servlets en detrimento de la interfaz CGI, vamos a explicar alguna de sus ventajas principales:

61

Lenguajes y Herramientas

ü

Rendimiento

La tecnología CGI normalmente inicia un nuevo proceso para gestionar cada petición que les llega. Los servlets, al contrario, se cargan cuando se solicitan por primera vez y permanecen indefinidamente en la memoria. El motor de servlets carga un solo ejemplar o instancia de la clase Servlet y le lanza peticiones empleando un conjunto de subprocesos disponibles (threads o hilos). La mejora del rendimiento con este sistema es considerable. ü

Simplicidad

Los servlets se ejecutan en una VM en un entorno de servidor controlado y solo necesitan el HTTP básico para comunicarse con sus clientes. No es preciso que el cliente tenga un software especial, ni siquiera en los navegadores antiguos. ü

Sesiones http

Aunque los servidores HTTP no tienen capacidad para recordar detalles de una petición previa del mismo cliente, la interfaz API Servlet proporciona una clase HttpSession que permite superar esta limitación. ü

Acceso a la tecnología Java

Al ser aplicaciones Java, los servlets tienen acceso directo a toda la gama de características Java, como el uso de subprocesos, acceso a redes y conectividad a base de datos.

62

Lenguajes y Herramientas

ü

Comunicación

Como cada invocación de un programa CGI desencadena un proceso independiente, la comunicación entre ellos se debe hacer con frecuencia a través de ficheros, lo que puede ralentizar bastante la operación. Si estos programas pertenecen a un mismo servidor, su intercomunicación suele ser igualmente problemática. ü

Seguridad

Algunas variantes de CGI tienen graves problemas de seguridad. Aunque se utilicen los últimos estándares o lenguajes relativamente seguros, el sistema no ofrece garantías suficientes de protección.

Una Página Java en servidor,o “Java Server Pages” (JSP) es una plantilla para una página Web que emplea código Java para generar un documento HTML dinámicamente. Las páginas JSP se ejecutan en un componente del servidor conocido como contenedor de JSP, que las traduce a servlets Java equivalentes. Por esta razón los servlets y las páginas JSP están íntimamente relacionados. Lo que se puede hacer con una tecnología es, en gran medida, también posible con la otra; aunque cada una tiene sus capacidades propias. Como son servlets, las páginas JSP tienen todas las ventajas de los servlets, pero además tienen ventajas propias: ü

Se vuelven a compilar automáticamente cuando es necesario.

ü

Como están en el espacio común de documentos del servidor Web, dirigirse a ellas es más fácil que dirigirse a los servlets.

ü

Como las páginas JSP son similares al HTML, tienen mayor compatibilidad con las herramientas de desarrollo Web.

63

Lenguajes y Herramientas

JavaScript es un lenguaje de programación creado por Netscape con el objetivo de integrarse en HTML y facilitar la creación de páginas interactivas sin necesidad de utilizar scripts de CGI o Java.

El código de programa de JavaSript, llamado script, se introduce directamente en el documento HTML y no necesita ser compilado, es el propio navegador el que se encarga de “traducir” dicho código.

Gracias a JavaScript podemos desarrollar programas que se ejecuten directamente en el navegador (cliente) de manera que éste pueda efectuar determinadas operaciones o tomar decisiones sin necesidad de acceder al servidor.

64

Lenguajes y Herramientas

4.2.3 Herramientas Apache ha sido desarrollado por diversos de usuarios que han tenido que reparar sus fallos alguna vez y que han agregado funciones al software del servidor web, disponible en los primeros días de la World Wilde Web.

Es uno de los mejores servidores de Web utilizado en la red Internet desde hace mucho tiempo, únicamente le hace competencia un servidor de Microsoft, el IIS. Por lo que éste servidor es uno de los mayores triunfos del software libre.

La configuración y administración de Apache está basada en un sistema de ficheros, editable desde un editor de textos. Las características principales de Apache son las siguientes: ü

Permite

instalar

los

servicios

de

aplicación

CGI,

Perl

y

Java.

Opcionalmente, y como medida común de acceso a Internet por los equipos de la empresa, dispone de un servicio proxy, permitiendo especificar la seguridad de acceso a Internet, así como impedir el acceso no deseado desde el exterior. ü

Implementa los últimos protocolos, aunque se base en HTTP/1.1

ü

Puede ser adaptado a diferentes entornos y necesidades, con los diferentes módulos de apoyo y con la API de programación de módulos.

ü

Incentiva la realimentación de los usuarios, obteniendo nuevas ideas, informes de fallos y parches para solucionar los mismos.

65

Lenguajes y Herramientas

ü

Funciona sobre un gran número de plataformas (Unix, Linux, Vms, Win32,OS2).

ü

Módulos cargados dinámicamente.

ü

Utilización de SSL para transacciones seguras.

ü

Soporte para host virtuales.

ü

Alto desempeño.

Para conseguir que nuestro servidor web sea un servidor seguro, es conveniente utilizar la tecnología SSL (Secure Socket Layer) que detallamos a continuación:

SSL

es una tecnología desarrollada por Netscape en 1994 junto con su primer

navegador, para asegurar la privacidad y fiabilidad de las comunicaciones entre dos aplicaciones.

Utiliza

un

sistema

de

cifrado

asimétrico

pública/privada para negociar una clave de sesión que se

basado

en

claves

utilizará para establecer

una comunicación basada en cifrado simétrico. SSL es el protocolo de cifrado más utilizado en Internet en estos momentos y es el más usado en servidores web donde se solicita información confidencial, además es abierto y de dominio público, y su implementación es sencilla.

La seguridad de SSL actualmente proporciona servicios de cifrado de datos, servidor de autenticación, integridad de mensaje y autenticación de cliente para una conexión TCP/IP.

66

Lenguajes y Herramientas

ü Cifrado de datos

La información transferida se cifra utilizando un algoritmo de clave secreta, capaz de cifrar grandes volúmenes de información en muy poco tiempo, por lo que resultará ininteligible en manos de un atacante, garantizando así la confidencialidad. ü Autenticación de servidores

El usuario puede asegurarse de la identidad del servidor al que se conecta y al que posiblemente envíe información personal confidencial. De esta forma se evita que un usuario se conecte a un servidor “impostor” que haya copiado las páginas del servidor al que suplanta. Estos ataques se conocen como Web spoofing, y se utilizan para hacerse con las contraseñas y números de tarjeta de crédito de los usuarios. ü Integridad de mensajes

Se

impide

que

pasen

inadvertidas

modificaciones

intencionadas

o

accidentales en la información mientras “viaja” por Internet. ü Autenticación de cliente

Permite al servidor conocer la identidad del usuario, con el fin de decidir si puede acceder a ciertas áreas protegidas. En este caso, el cliente debe tener instalado un certificado en su computadora o en una tarjeta inteligente, que le permitirá autenticarse ante el servidor web. Se evitan así ataques comunes de captación de contraseñas mediante el uso de analizadores de protocolos (sniffers) o el ataque por fuerza bruta con contraseñas.

67

Lenguajes y Herramientas

SSL puede tener una clave de sesión de 40 bits o de 128 bits, dicha clave es generada en cada transacción. La longitud de la clave hará más difícil romper

el

cifrado. La mayoría de los navegadores soportan una clave de 40 bits para sesiones SSL, mientras que las últimas versiones soportan claves de sesión de 128 bits.

Las funciones son:

ü

Verificación de la Identidad

Emitir al servidor del cliente un Certificado Digital único, asegurándole la autenticidad a las personas que visitan su servidor web y permitiendo que las comunicaciones se cifren para obtener una mayor privacidad, y confiabilidad en las transacciones de comercio o de comunicaciónes.

ü

Mantener la seguridad

Un servidor SSL debe mantener la seguridad e integridad de la información a través del método de clave pública/privada.

ü

Facilidad de Utilización

A pesar de la gran seguridad que debe tener, el servicio debe ser de fácil uso para los clientes sin grandes traumatismos que ocasionen confusiones.

Utilizaremos Apache como servidor de páginas web estáticas, y lo enlazaremos con Tomcat, trabajando este como contenedor de servlets. De esta forma liberamos de trabajo a Tomcat, que lo utilizamos solo cuando realmente necesitamos la potencia de Java, y utilizaremos Apache para el resto, aprovechando su robustez.

68

Lenguajes y Herramientas

Tomcat, uno de los proyectos de código abierto liderado por la Apache Software Foundation, es una aplicación web basada en Java creada para ejecutar servlets y páginas JSP, siendo la implementación oficial de referencia de las especificaciones Servlet 2.3 y JSP 1.2.

Hemos decidido la utilización de Tomcat por los siguientes motivos: ü

Es “gratuito” y de “código libre”.

ü

Utilizaremos JSP para la generación dinámica de páginas.

ü

Nos permitirá la utilización de JavaBeans que nos facilitará implementar la lógica de la aplicación en base a componentes, con lo que conseguimos programar nuestra aplicación orientada a objetos.

ü

Proporciona una total integración con el sistema operativo Windows NT/2000/XP.

Además para realizar la tarea de transferir un fichero al servidor, desde nuestras páginas JSP, hemos utilizado un módulo desarrollado en Java, totalmente gratuito y disponible en la red, es el JspSmartUpload.

JspSmartUpload es un paquete de clases Java, que nos permitirán transferir ficheros a nuestro servidor. En nuestro caso utilizaremos este módulo para que los usuarios que lo deseen nos transfieran las imágenes digitalizadas de sus huellas dactilares.

69

Lenguajes y Herramientas

Vamos a explicar alguna de las características de este paquete: ü

Simple y Completo

Solo se necesitan unas pocas líneas de código en nuestra aplicación JSP para realizar la tarea de transferir ficheros. Provee todas las características que se necesitan para transferir uno o más ficheros al servidor web usando un navegador. De la misma forma, todos los ficheros pueden ser registrados en una base de datos. ü

Control total sobre el proceso de subida de ficheros

Los objetos y métodos del módulo jspSmartUpload, permiten el acceso a toda la información sobre los ficheros transferidos (tamaño, nombre, tipo, extensión, etc.), incluso sin salvar los ficheros a disco. ü

Gestión de formularios mixtos

JspsmartUpload proporciona un control total sobre formularios mixtos, cargando tanto campos de ficheros como campos de formularios. ü

Control total sobre los ficheros enviados

Las características restrictivas de jspSmartUpload permiten mantener un control total sobre los ficheros transferidos al servidor. Por ejemplo, se puede limitar la transferencia de ficheros de acuerdo al tamaño y tipo de los mismos.

70

Lenguajes y Herramientas

Para albergar nuestra base de datos tenemos una gran cantidad de sistemas gestores de bases de datos. Barajando las distintas características de cada uno finalmente hemos optado por el uso de MySQL.

Una característica importante es que consume muy pocos recursos, tanto de CPU como de memoria. Se sacrificaron algunas características esenciales en sistemas más “serios” con este fin

Ventajas ü

Buenos rendimientos. Mayor velocidad tanto al conectar con el servidor como al servir consultas.

ü

Utilidades de administración (backup, recuperación de errores, etc).

ü

Control de acceso, en el sentido de qué usuarios tienen acceso a qué tablas y con qué permisos.

JDBC (Java Data Base Connectivity) proporciona una interfaz estándar con el servidor de base de datos. Provee una API que podemos usar sin importar qué base de datos se esté usando. La conectividad de la base de datos de Java es un marco de programación para los desarrolladores de Java que escriben los programas que tienen acceso a la información en bases de datos, hojas de calculo, y archivos "planos". JDBC se utiliza comúnmente para conectar un programa con una base de datos,

sin importar qué

software de administración o gestor de base de datos se utilice para controlarlo. De esta manera, JDBC es una plataforma cruzada . La figura 18 muestra un esquema de uso de la interfaz JDBC:

71

Lenguajes y Herramientas

Interfaz JDBC

Driver ODBC

Driver Sybase

Driver Oracle

Base Access

Base Sybase

Base Oracle

Figura 19. Interfaz JDBC Sin importar la localización, la plataforma, o el programa piloto de la fuente de datos (Oracle, Microsoft, etc.), el JDBC se conecta con una fuente de datos proporcionando una colección de extensiones (class) que contienen las clases abstractas de la interacción de la base de datos. La ingeniería del software en los programas con JDBC también conduce a la reutilización modular. Para poder acceder a MySQL desde nuestras aplicaciones necesitaremos un “driver”. Utilizaremos la ultima versión disponible en su la página oficial de MySQL, el MySQL Connector/J 3.0.1

Mysql Connector es un “driver” creado por Mysql AB que nos permitirá trabajar con Mysql desde programas escritos en Java. A diferencia de otros “drivers”, este es de libre

distribución,

y

tiene

un

buen

rendimiento.

MySQL Connector/J es un “driver” nativo de Java que convierte las llamadas generadas por JDBC en el protocolo de red que utiliza la base de datos de Mysql. Permite al desarrollador trabajar con el lenguaje de programación Java y de esta

72

Lenguajes y Herramientas

forma

construir

programas

que

interactuan

con

Mysql.

Analizando todas estas opciones hemos decidido utilizar las siguientes tecnologías en el desarrollo del presente proyecto: ü

Sistema gestor de base bases de datos MySQL.

ü

JDBC para el acceso a la base de datos utilizando SQL.

ü

Apache como servidor de páginas web estáticas.

ü

Generación dinámica de páginas con JSP sobre el servidor Tomcat.

ü

Javabeans para implementar nuestra aplicación totalmente orientada a objetos, utilizando clases Java.

ü

El paquete Jspsmartupload para transferir los ficheros al servidor de nuestra aplicación.

73

Diseño e Implementación

4.3 Diseño y desarrollo 4.3.1 Despliegue La figura 19 muestra el diagrama de despliegue de la aplicación.

Computadora del Usuario

Servidor de la aplicación

Terminal del Administrador

Lector de huellas

Servidor Web

Base de Datos

Figura 20. Despliegue de la aplicación

74

Diseño e Implementación

La aplicación reside en el servidor de la aplicación, con acceso directo a la base de datos. Tanto las tareas de los usuarios como las del administrador se podrán realizar desde un simple navegador desde sus computadoras personales, conectándose vía web al servidor de la aplicación.

4.3.2 Gestión

La figura 20 muestra el esquema de los distintos paquetes software desarrollados, así como sus dependencias.

Clases Java

Clases jspSmartUpload

Clases Auxiliares

ClasesDominio

Clases Interfaz

Clases

Clases

Fingerprint

mySql-connector

Figura 21. Paquetes de la aplicación

75

Diseño e Implementación

4.3.2.1 Clases Java

Este paquete representa las clases nativas de Java. Entre las que se encuentran las incluidas en los paquetes estandares: java.lang., java.util., java.io., java.awt., etc.

4.3.2.2 Clases Auxiliares Este paquete contiene las clases desarrolladas para facilitar la aplicación. La figura 21 muestra estas clases.

tElemento

tPersona

(from Logical View)

(from Logical View)

ID

Listar

Mostrar

id_persona

Superclase genérica de cualquier clase del dominio

timagen (from Logical View) id_imagen

Clase para listar

Clase para

el contenido de

mostrar todos los

la base de

datos referentes a

datos

un usuario

recoger

Clase que nos facilita el manejo del valor de los campos de los formularios

Figura 22. Clases Auxiliares.

76

Diseño e Implementación

4.3.2.3 Clases Dominio Las clases del dominio son el resultado del planteamiento del problema, en la forma de situaciones sacadas del mundo real. La figura 22 muestra el diagrama de clases del dominio.

tElemento (from Logical View) ID

tPersona

timagen

(from Logical View) id_persona

(from Logical View) id_imagen

Huella (from Logical View) Administrador

Usuario

(from Logical View)

(from Logical View)

id_usu mano

login

nombre

dedo

password

dirección

plantilla

c.p. alta_admin()

localidad

alta()

baja()

provincia

generar_plantilla()

login()

pais

borrar()

estado

inicializar() recuperar()

alta_usu() autenticar() actualizar() recuperar() inicializar()

Figura 23. Clases del dominio

77

Diseño e Implementación

4.3.2.4 Clases Interfaz Este paquete contiene las clases propias de la interfaz de la aplicación, son clases que se utilizan para mostrar y capturar información referente a las clases del dominio. En el caso de nuestra aplicación se trata de páginas, tanto html como jsp. La figura 23 muestra el diagrama de clases de la interfaz.

Index

autenti_admin

usu_alta

ad_alta

ad_borrar

usu_huellas

autenticación

ad_modif

Figura 24. Clases Interfaz

Cada clase representa una página alojada en nuestro servidor, que nos mostrará la información que necesitemos en cada momento en función de la tarea que se vaya a realizar.

Index: Esta clase representa la página de inicio de nuestra aplicación y desde la que se podrá acceder a cada página en función de lo que se desee hacer.

78

Diseño e Implementación

PAGINAS ADMINISTRADOR

Autenti_admin: En esta página se pide al administrador que se identifique ante el sistema, se utilizará autenticación biométrica para controlar el acceso a las páginas desde las que realizar las tareas de administración.

Opción Alta Administrador

ad_alta: Esta clase representa la página en la que se muestran los usuarios que estén en la base de datos, en espera de ser dados de alta, para que el administrador decida a quien desea dar de alta.

Opción Baja Administrador

ad_borrar: Lista los usuarios dados de alta, para que el administrador decida a quien quiere dar de baja.

Opción Modificar Administrador

ad_modif.: Clase encargada de mostrar los usuarios que están dados de alta en la base de datos, para que el administrador elija el que desee modificar.

PAGINAS USUARIO

Opción Alta nuevo usuario

Usu_alta: Muestra el formulario que debe rellenar el usuario nuevo que quiera pasar a formar parte de nuestra base de datos, tanto con campos para los datos personales como para que nos envíe los ficheros con las imágenes.

79

Diseño e Implementación

Opción enviar huellas Usuario existente

Usu_huellas: En caso está pensado para aquel usuario que ya solicitó pasar a formar parte de la base de datos, y que pasado un tiempo decide mandar nuevas huellas. Se le solicita que se identifique como usuario existente y se le permite mandar nuevas huellas.

Opción Autenticar Usuario

Autenticación: En la página de autenticación se pedirá la identificación al usuario, la mano y el dedo sobre el que se va a realizar la validación. Una vez introducidos se capturará la huella del usuario y se autenticará con la de la base de datos.

80

Diseño e Implementación

4.3.2.5 Clases jspSmartUpload La figura 24 muestra el diagrama de clases del módulo JspSmartUpload:

SmartUpload

SmartUpload() getFiles() getRequest() getBinaryData() getSize()

Request

setAllowedFilesList() setContentDisposition() setDeniedFilesList() setDenyPhysicalpath() setMaxFileSize()

getParameter() getParameterName() getParameterValues()

setTotalMaxFileSize() downloadField() downloadFile() save() upload() uploadlnFile()

File

fileToField() getBinaryData() getContentDisp() Files

getContentString() getContentType() getFieldName()

getCount()

getFieldExt()

getFile()

getFileName()

getSize()

getfilePathName() getSize() getSubTypeMIME() getTypeMIME() isMissing() saveAs()

Figura 25. Clases JspSmartUpload

81

Diseño e Implementación

4.3.2.5. Clases mysql-connector Estas clases conectan con el gestor de base de datos desde las páginas jsp y beans. A esta clase pertenece por ejemplo la clase Driver.class

que permite crear una

instancia del driver que nos conectará con la mysql. Otras clases también importantes son: Connection.class, ResultSet, etc.

4.3.2.6. Clases Fingerprint Estas clases pertenece a la API Java que permite acceder tanto al lector de huellas, como a las funciones propias de la clase Fpr, la cual posibilita la autenticación y la generación de una plantilla a partir de una imagen de huella.

82

Diseño e Implementación

Diagramas de Secuencia y Colaboración

A

continuación

mostraremos

los

diagramas

de

secuencia

y

colaboración

correspondientes a cada uno de los casos de uso de nuestro sistema:

Diagrama de Secuencia: Autenticar Administrador

: Interfaz

: Aplicación

: Administrador

: Administrador

Entrar Pedir datos

Identificacion

Aceptar Pedir dedo

Poner dedo

autenticar( )

Figura 26. Secuencia de Autenticar Administrador

83

Diseño e Implementación

Diagrama de Colaboración: Autenticar Administrador

1: Entrar 4: Identificacion 5: Aceptar

2: 6: : Aplicación

: Interfaz

3: Introducir datos : (Administrador)

9:

8:

7: autenticar( )

: Administrador

Figura 27. Diagrama de colaboración, caso Autenticar Administrador

84

Diseño e Implementación

Diagrama de Secuencia: Visualización

: Administrador

: Interfaz

: Aplicación

Pulsar tarea Listar usuarios

Seleccionar usuario Mostrar usuario

Mostrar datos

Figura 28. Secuencia de Visualización

85

Diseño e Implementación

Diagrama de Colaboración: Visualización

1: Tarea 4: Seleccionar usuario

: Interfaz

7: Mostrar datos : (Administrador)

3:

2: Listar usuarios

6:

5: Mostrar usuario

: Aplicación

Figura 29. Diagrama de colaboración, caso Visualización

86

Diseño e Implementación

Diagrama de Secuencia: Alta Administrador

: Interfaz

: Administrador

: Aplicación

: Administrador

Pulsar alta Listar usuarios

Seleccionar usuario Mostrar usuario

Mostrar datos

Confirmar OK alta_admin( )

Figura 30. Secuencia de Alta Administrador

87

Diseño e Implementación

Diagrama de Colaboración: Alta Administración

1: Alta 4: Seleccionar usuario 9: OK : Interfaz

7: Mostrar datos 8: Confirmar

: (Administrador)

2: Listar usuarios 5: Mostrar usuario 10:

3: 6: 13:

12: : Aplicación

: Usuario

11: alta( )

Figura 31. Colaboración, caso Alta Administrador

88

Diseño e Implementación

Diagrama de Secuencia: Baja

: Interfaz

: Administrador

: Aplicación

: Administrador

: Huella

Pulsar Baja Listar usuarios

Seleccionar usuario Mostrar usuario

Mostrar datos

Confirmar OK

baja( )

borrar( ) Borrar huella

Figura 32. Secuencia de Baja

89

Diseño e Implementación

Diagrama de Colaboración: Baja

2: Listar usuarios 1: Baja

5: Mostrar usuario

4: Seleccionar usuario

10:

9: OK : Interfaz

: (Administrador)

: Aplicación

7: Mostrar datos 8: Confirmar

3: 6: 15:

12:

14:

11: baja( )

13: borrar( ) Borrar huella

: Huella

: Administrador

Figura 33. Diagrama de colaboración, caso Baja

90

Diseño e Implementación

Diagrama de Secuencia: Modificación

: Interfaz

: Administrador

: Aplicación

: Usuario

Pulsar modif. Listar usuarios

Seleccionar usuario Mostrar usuario

Mostrar datos

Modificar datos

Confirmar OK

actualizar( )

Figura 34. Secuencia de Modificación

91

Diseño e Implementación

Diagrama de Colaboración: Modificación

1: Modif 4: Seleccionar usuario 8: Modifficar datos 10: OK : Interfaz

7: Mostrar datos 9: Confirmar

: (Administrador)

3: 6:

2: Listar usuarios 5: Mostrar usuario 11:

14:

13: : Aplicación

: Usuario

12: actualizar( )

Figura 35. Diagrama de colaboración, caso Modificación

92

Diseño e Implementación

Diagrama de secuencia: Alta Usuario nuevo

: Interfaz

: Aplicación

: Usuario

: Huella

: Usuario

Pulsar alta Mostrar formulario

Introd. datos

Aceptar

alta_usu( )

alta( ) Alta huella

Figura 36. Secuencia de Alta usuario nuevo

93

Diseño e Implementación

Diagrama de Colaboración: Alta Usuario nuevo

1: Pulsar alta 4: Introd. datos 5: Aceptar

2: Mostrar formulario 6: : Interfaz

: Aplicación

3:

: (Usuario)

11:

10: 8: Crear huella

7: Alta usuario

9: alta( )

: Huella : Usuario

Figura 37. Diagrama de colaboración, caso Alta usuario nuevo.

94

Diseño e Implementación

Diagrama secuencia: Alta usuario existente

: Aplicación

: Usuario

: Huella

: Usuario

Pulsar Alta exist. Mostrar formulario

Introducir datos

Aceptar

alta( ) alta huella

Figura 38. Secuencia de Alta usuario existente

95

Diseño e Implementación

Diagrama de Colaboración: Alta Usuario existente

1: Pulsar alta 4: Introd. datos

2: Mostrar formulario

5: Aceptar

6: : Interfaz

: Aplicación

3: 9:

: (Usuario)

8:

Crear huella

7: alta( )

: Huella

Figura 39. Diagrama de colaboración, caso Alta usuario existente

96

Diseño e Implementación

Diagrama secuencia: Autenticar Usuario

: Interfaz

: Aplicación

: Usuario

: Usuario

Pulsar autenticar Pedir datos

Introducir Datos

OK

Pedir dedo

Poner dedo

Autenticar

Figura 40. Secuencia de Autenticar

97

Diseño e Implementación

Diagrama de colaboración: Autenticar

1: Pulsar autenticar 4: Introducir datos

2: Pedir datos

5: OK

6: Pedir dedo

8: Poner dedo

9: : Interfaz

: Aplicación

3: : (Usuario)

7: 12:

11:

10: Autenticar

: Usuario

Figura 41. Diagrama de colaboración, caso Autenticar

98

Diseño e Implementación

4.3.3 Visualización En este apartado se mostrarán las funciones e interfaz de la aplicación considerando cada una de las pantallas de la misma.

Página principal Desde la página principal, se accede tanto a las tareas de administración como a las utilidades de usuario.

Figura 42. Pantalla página principal

99

Diseño e Implementación

Alta Usuario nuevo En esta pantalla se muestra un formulario con los campos de los datos personales requeridos a los usuarios que quieran darse de alta en el sistema. Además se incluye un campo para cada uno de los dedos de ambas manos, gestionando el envío de las imágenes digitalizadas de los mismos.

Figura 43. Pantalla Alta usuario nuevo

100

Diseño e Implementación

Alta Usuario existente En esta pantalla se muestra un formulario con los campos de los datos personales requeridos

para identificarlo como un usuario existente. Además se incluye un

campo para cada uno de los dedos de ambas manos, gestionando el envío de las imágenes digitalizadas de los mismos.

Figura 44. Pantalla Alta usuario existente

101

Diseño e Implementación

Autenticar Usuario En esta pantalla comprobamos que un usuario que se haya dado de alta en la base de datos con alguna imagen de huella, se autentica correctamente. Comparamos la imagen “en vivo”, la que está sobre el lector, con la que está en la base de datos, y mostramos el resultado.

Figura 45. Pantalla Autenticación I

102

Diseño e Implementación

Tras obtener los datos solicitados en la pantalla de la figura 39, se inicia el proceso de autenticación. Si la autenticación tiene éxito se muestra la imagen del dedo del usuario, así como diversos datos referentes a esta: calidad de la imagen, tamaño, características adquiridas en el proceso de captura, nivel de coincidencia con la huella en la base de datos, etc.

Figura 46. Pantalla Autenticación II.

103

Diseño e Implementación

Autenticar Administrador

En esta pantalla se le solicita al administrador que se autentifique para controlar el acceso a las páginas exclusivas del administrador. Este esquema de autenticación utiliza el propio del proyecto sobre el dispositivo lector de huellas dactilares.

Figura 47. Pantalla Autenticar Administrador

104

Diseño e Implementación

Alta Administrador En esta página el administrador accede a la lista de usuarios en estado de espera para ser dados de alta definitivamente. Seleccionando un usuario se dará de alta definitivamente en la base de datos de la aplicación.

Figura 48. Pantalla Alta AdministradorII

105

Diseño e Implementación

A continuación se muestran todos los datos referentes al usuario, que constan en la base de datos, para que el administrador si lo desea confirme el alta:

Figura 49. Pantalla Alta administrador II

106

Diseño e Implementación

Baja Administrador Esta página proporciona una relación de los usuarios dados de alta en la base de datos para que el administrador gestione posible bajas. El proceso de baja borra tanto los datos personales como las huellas y plantillas que se hayan podido generar.

Figura 50. Pantalla Baja AdministradorI

107

Diseño e Implementación

A continuación se muestran todos los datos referentes al usuario, que constan en la base de datos, para que el administrador si lo desea confirme la baja:

Figura 51. Pantalla Baja Administrador II

108

Diseño e Implementación

Modificar Administrador En esta página se podrán modificar los datos personales de un usuario dado de alta en la base de datos, al pulsar sobre la opción modificar por parte del administrador. En primer lugar, se visualiza una página con los usuarios dados de alta (figura 49).

Figura 52. Pantalla Modificar I

109

Diseño e Implementación

Una vez seleccionado un usuario, se accede a una pagina (formulario) en la que se tienen todos sus datos. En esta página se introducen los cambios que se deseen, datos que posteriormente se actualizarán.

Figura 53. Pantalla Modificar II

110

Validación

5. Validación del sistema En la validación de nuestro sistema usamos utilizamos base de datos que contiene 50 imágenes de huellas dactilares, pertenecientes a 5 personas distintas de las que tendremos una imagen por cada dedo.

Cada imagen en la base de datos se compara con su propia plantilla y con las otras 49 plantillas. Si la comparación de una huella con una plantilla del mismo dedo resulta exitosa, se considera una autenticación correcta, en caso contrario, estamos ante un falso rechazo. Si se obtiene una autenticación correcta al comparar una huella con otra que no pertenece al mismo dedo, estamos ante lo que se denomina una falsa aceptación.

Utilizaremos los valores del porcentaje de autenticación y del porcentaje de rechazo como parámetros para la estimación de la fiabilidad del sistema. Denotando al número de falsos rechazos como num_rechazadas, num_correctas al número de autenticaciones correctas y numero_falsas al número de falsas aceptaciones obtenemos porcentaje de autenticación y del porcentaje de rechazo de la siguiente forma:

porcentaje de autenticación =

num_correctas × 100 num _ correctas + numero _ falsas

porcentaje de rechazo =

111

num _ rechazadas × 100 50

Validación

La tabla 2 muestra los valores obtenidos en el sistema desarrollado en el proyecto:

Usuario 1 Usuario 2 Usuario 3 Usuario 4 Usuario 5

% Autenticación 99.9 % 99.88 % 99.65 % 99.45 % 98.94 %

% Rechazo 13.32 % 12.82 % 12.13 % 13.72 % 10.41 %

Tabla 2. Porcentaje de autenticación y porcentaje de rechazo

Como se puede observar los valores son óptimos ( 99.5 % de media).

112

Conclusiones

6. Conclusiones En este proyecto se incluye una pequeña introducción a la biometría y dentro de esta al reconocimiento por huella digital. Quizás sería aventurarse demasiado asegurar que dentro de unos años la biometría estará implantada en tantos lugares que nos será familiar y hasta cotidiano.

Aunque parezca algo un tanto futurista, sobre todo pensando en otro tipo de reconocimiento como los basados en sensores de calor o geometría facial, la tecnología avanza a pasos agigantados, sobre todo en las últimas décadas, y no sería raro que se empezara por implantar en computadoras de acceso restringido y con información muy crítica, como en empresas, bancos, etc. Desde ese momento, el que cualquier persona tenga un sistema biométrico en su computadora de sobremesa hay un paso, o un abismo dependiendo por donde avance la tecnología.

En concreto, para el desarrollo de este proyecto, se adquirió un lector de huellas digitales por menos de 200 $.

En este proyecto se ha desarrollado una aplicación cliente-servidor que permite una gestión eficiente de huellas dactilares. Esta aplicación permitirá llevar a cabo diversos estudios sobre esta tecnología en un futuro cercano, especialmente en el desarrollo nuevos algoritmos de autenticación biométrica.

113

Manual de Administrador

ANEXO I: Manual de Administrador

Gestión de huellas dactilares en formato digital

Manual de Administrador V1.0

Instalación Base de datos Para instalar la base de datos en el sistema sobre el que va a trabajar se tiene que:

Instalación de MySQL Primero se debe obtener una copia de una distribución de MySQL. Para el desarrollo del presente proyecto se utilizó la última versión disponible MySQL-3.23.49.

Para instalar la distribución, se descomprime en un directorio vacío y se ejecuta el setup.exe. Por defecto, MySQL para Windows está configurado para instalarse en ‘C:\mysql’, si se quiere instalar en algún otro directorio, se puede instalar en ‘C:\mysql’ primero, y luego moverla al destino deseado. Si se mueve a otro destino, se deberá indicar la localización de cada cosa añadiendo una opción --basedir en el arranque del servidor.

114

Manual de Administrador

Por ejemplo, si se ha movido la distribución MySQL a ‘D:\programas\mysql’ se deberá arrancar mysqld de la siguiente forma:

C:\> D:\programas\mysql\bin\mysqld –basedir D:\programas\mysql

‘mysql –help’ muestra todas las opciones que se le pueden pasar a mysqld en el arranque.

En las últimas versiones de MySQL, se puede crear un fichero ‘C:\my.cnf’ que configura todas las opciones por defecto para el servidor MySQL. Copiar el fichero ‘\mysql\my-xxxx.cnf’ a ‘C:\my.cnf’ y editarlo para adecuarlo a la configuración. Especificar todos los “caminos” con ‘/’ en lugar de ‘\’. Si se utiliza ‘\’ se deberá especificar dos veces, ya que ‘\’ es el carácter escape en MySQL.

Para instalar MySQL como un servicio en Windows2000, sistema operativo sobre el que se desarrolla la aplicación, se hará lo siguiente:

C:\> C:\mysql\bin\mysql-nt –install

Para iniciar y parar el servicio MySQL, se utilizan con los siguientes comandos respectivamente:

C:\> NET START mysql

(iniciar MYSQL)

C:\> NET STOP mysql

(parar MYSQL)

Una vez instalado, se podrá “arrancar” utilizando el SMC (Services Manager Control) que se encuentra en el panel de control; o usando el comando NET START mysql. Si se requiere alguna opción, se deberá especificar como “Startup parameters” en la SMC antes de iniciar el servicio MySQL. Una vez que se esté

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ejecutando, mysqld-nt se puede parar usando Mysqladmin, desde la utilidad SMC o por medio del comando NET STOP mysql.

Si no se quiere arrancar mysql-nt como un servicio, se arrancará de la siguiente forma:

C:\> C:\mysql\bin\mysqld-nt --standalone o

C:\> C:\mysql\bin\mysqld-nt –standalone --debug

Tras instalar correctamente MySQL, se deberá añadir nuestra base de datos para que pueda ser utilizada por la aplicación. Concretamente se trata de un directorio llamado base que situamos en el directorio data en la ubicación de instalación de MySQL:

D:\mysql\data\base

Esta base de datos contiene las tres tablas que requiere nuestra aplicación para su funcionamiento: usuarios, huellas, administradores.

Servidor Apache Instalación Apache El software de Servidor Apache está disponible en el sitio web del Grupo Apache y en decenas de sitios mirrow de todo el mundo. Se debe obtener una distribución binaria gratuita de Apache, apache, disponible en su página web oficial http://www.apache.org.

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Ejecutamos el archivo binario y seguimos las pantallas típicas de instalación de una aplicación windows, eligiendo durante este proceso el directorio de instalación que más nos interese.

Para iniciar, detener y reiniciar el servidor teclearemos lo siguiente:

C:\\Apache.exe

(iniciar apache)

C:\\Apache.exe - k shutdwon

(detener apache)

C:\\Apache.exe - k restart

(reiniciar apache)

Utilizaremos la opción reiniciar para que tenga efecto cualquier cambio realizado en los archivos de configuración de Apache, sin necesidad de detener y volver a iniciar el servidor.

Para probar que funciona nuestro servidor escribiremos en nuestro navegador http://localhost:[puerto]/ y comprobaremos que nos muestra la pagina de bienvenida de Apache. El parámetro puerto será por defecto 8080, pudiéndolo modificar en el archivo de configuración httpd.conf.

Instalación SSL Primero se deben tener los módulos mod_ssl y OpenSSL, que podemos obtener en el sitio http://www.modssl.org/contrib/. Para la instalación de SSL en Apache deberemos introducir una serie de cambios en su fichero de configuración httpd.conf que describimos a continuación:

En primer lugar se deben añadir los siguientes parámetros:

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Port 443 Listen 80 Listen 443 ServerName www-mi-servidor.com

Para comprobar que el puerto 443 funciona correctamente se debe escribir en nuestro navegador http://mi-servidor.com:443/.

Se debe descomprimir el archivo Apachemodssl.zip en un nuevo directorio. Copiar los archivos ssleay32.dll y libeay32.dll del directorio Apache\openssl\bin al directorio Windows\System en caso de Win9x o WINNT/System32 en caso de WinNT/2000.

Para la creación del certificado de prueba se deben seguir los pasos:

openssl req -config openssl.cnf -new -out mi-servidor.csr Esto crea un certificado de requisición de firma y una llave privada. Cuando pregunte por "Common name (p.e. tu nombre de dominio)" se debe dar exactamente el nombre de dominio (p.e. www.mi-servidor.com). El certificado pertenece al nombre del servidor y los navegadores emiten un aviso de inconformidad si el nombre no coincide.

openssl rsa -in privkey.pem -out mi-servidor.key Esto remueve la contraseña de la llave privada. Se debe entender lo que significa esto; mi-servidor.key debe ser solamente legible por el servidor Apache y el administrador. Se debe borrar el archivo .rnd porque contiene información entrópica para la creación de la llave y podría usarse para ataques criptográficos contra tu clave privada.

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Manual de Administrador

openssl x509 -in mi-servidor.csr -out mi-servidor.cert -req -signkey mi-servidor.key Esto crea un certificado con firma propia(llamémoslo un certificado casero) que puedes usar en tanto obtienes uno de validez oficial proveniente de una autoridad certificada..

A continuación crear el directorio \conf\ssl y mover los archivos miservidor.key y mi-servidor.cert en el. Copiar todos los archivos de la distribución de Apache_mod_ssl en el directorio de instalación original de Apache.

Localizar las directivas LoadModule en el archivo httpd.conf y añadir lo siguiente al final de los existentes:

LoadModule ssl_module modules/mod_ssl.so AddModule mod_ssl.c

Además se debe añadir lo siguiente al final del archivo httpd.conf:

SSLMutex sem SSLRandomSeed startup builtin SSLSessionCache none

SSLLog logs/SSL.log SSLLogLevel info

SSLEngine On SSLCertificateFile conf/ssl/my-server.cert SSLCertificateKeyFile conf/ssl/my-server.key

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Manual de Administrador

Iniciar el servidor desde la línea de comandos con el propósito de ver los mensajes de error que impiden iniciar Apache. Si algo no funciona, Apache escribe mensajes significativos en la pantalla y, o en los archivos error.log y SSL.log en el directorio Apache\logs.

Servidor Tomcat Instalación Tomcat La instalación de Tomcat requiere tener instalado previamente JRE (Java Runtime Environment) conforme al JRE 1.1 o superior, incluyendo algún sistema con plataforma Java2. Se necesita un compilador Java, como el incluido en el JDK (Java Development Kit) 1.1 o superior.

Tras instalar este software en nuestra computadora se debe obtener el archivo binario de versión apropiada de jakarta-tomcat. En el proyecto se utiliza jakarta-tomcat3.3.1.

Se ejecuta el binario y se instala el servidor en el directorio deseado. A continuación se añaden

las variables de entorno java, para que Tomcat pueda utilizarlos. En

nuestro caso se hará lo siguiente:

Mi Pc-> Propiedades-> Avanzado-> Variables de entorno

en variables del sistema se añaden las variables:

JAVA_HOME - d:\jdk TOMCAT_HOME - d:\jakarta-tomcat

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Manual de Administrador

Para iniciar y parar el servidor se abrirá una ventana DOS y se procederá de la siguiente forma:

D:\jakarta-tomcat\bin\startup.exe

(iniciar Tomcat)

D:\jakarta-tomcat\bin\shutdown.exe

(parar Tomcat)

Para

verificar

que

funciona

se

puede

acceder

a

http://localhost:[puerto]/

comprobando que muestra la pagina de bienvenida de Tomcat. El parámetro puerto será por defecto 80, pudiendose cambiar en el archivo de configuración de Tomcat web.xml, para no tener conflictos con el servidor web Apache.

Teniendo el servidor instalado correctamente, se está en situación de alojar nuestra aplicación. Para su despliegue, la aplicación debe situarse en un único archivo denominado Web archive (war). En nuestro caso la aplicación está “empaquetada” en el archivo ‘proyecto.war’.

Tomcat, permite que el archivo .war simplemente quede en el directorio /webapps. Cuando se reinicia Tomcat, el archivo .war se “desempaqueta” y se valida, y nuestra aplicación queda disponible. Esto es lo que se debe hacer con proyecto.war.

El próximo paso es indicarle a nuestra aplicación el lugar donde hemos instalado Tomcat, para ello añadiremos el contexto a nuestro archivo web.xml, que se encuentra en el directorio WEB-INF de nuestra aplicación.

La aplicación hace uso del directorio donde tenemos instalado Tomcat, por ello introduciendo una variable que le indique este directorio, obteniendo una aplicación independiente del lugar donde se instale.

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Manual de Administrador

Con el parámetro ‘directorio’, indicamos el camino completo desde el directorio de instalación de Tomcat, hasta el directorio donde se almacenarán las huellas y plantillas (upload).

Introduciremos el parámetro ‘directorio’ en web.xml, y lo inicializaremos al directorio de nuestra instalación, finalizando en el directorio upload, en donde se almacenarán las huellas y plantillas, de la siguiente forma:

<param-name>directorio <param-value>D:/t/webapps/proyecto/upload/

Enlazar Apache con Tomcat Para enlazar el servidor web Apache con el contenedor de servlets Tomcat necesitamos instalar el módulo mod_jk en el directorio correspondiente de Apache.

Descargamos el fichero mod_jk.dll en la dirección http://www.apache.org/dist/ y lo copiamos al subdirectorio modules dentro del directorio de Apache .

Al

ejecutar

Tomcat,

se

crea

tomcat>\conf\tomcat-apache.conf,

automáticamente

el

fichero

c:\
lo copiamos con otro nombre p.e. c:\
tomcat>\conf\mio-tomcat-apache.conf. Esto es necesario porque vamos a modificarlo, pero Tomcat lo sobrescribe cada vez que arranca con lo que perderíamos las modificaciones si no lo renombramos.

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Manual de Administrador

Del nuevo fichero hay que quitar todas las referencias a JServMount y cambiarlas por JkMount (no se pueden mezclar JServ y mod_jk). Además al principio del fichero hay que poner las siguientes líneas:

LoadModule jk_module libexec/mod_jk.dll AddModule mod_jk.c JkWorkersFile c:\\conf\workers.properties JkLogFile c:\\logs\mod_jk.log JkLogLevel warn JkMount /*.jsp ajp13 JkMount /servlet/* ajp13 JkMount /otherworker/*.jsp remoteworker

Por último añadimos al final del fichero de Apache conf\httpd.conf la línea:

include c:\\conf\mio-tomcat-apache.conf

con esto indicamos a Apache las nuevas directivas para los servlets. Ya tenemos instalado el módulo. Arrancamos en primer lugar Tomcat y a continuación Apache; en este último al arrancar debe de salir un mensaje que indique que estamos utilizando mod_jk.dll (algo similar a mod_jk.dll running).

Hay que tener en cuenta que Tomcat siempre se debe arrancar antes que Apache, y si se para, hay que parar Apache y volver a arrancat Tomcat primero. A continuación se describe lo que contiene cada directorio de nuestra aplicación:

Directorio Raíz Contiene las páginas .html de nuestra aplicación, entre las que se encuentra la página de inicio.

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Manual de Administrador

Directorio JSP Como su propio nombre indica contiene las páginas .jsp, que junto con las páginas .html forman la interfaz de nuestra aplicación.

Directorio Recursos Aquí se mantienen los archivos (imágenes, botones, iconos, etc) que se van a usar en las páginas de la aplicación.

Directorio Upload Aquí es donde se transfieren las imágenes de las huellas de los usuarios. Además mantiene las plantillas generadas por la aplicación a partir de las imágenes de huellas digitalizadas.

Directorio Admin Este es un subdirectorio de Upload y en el mantendremos las plantillas de los administradores que tengan privilegios para gestionar la aplicación.

Directorio WEB-INF Aquí está el archivo descriptor de despliegue web.xml, que se utiliza para configurar los servlets y otros recursos que forman parte de la aplicación web. Además incluye dos subdirectorio, el lib y classes:

Directorio lib Contiene los archivos .jar. Las clases de cualquier archivo .jar que se encuentre en este directorio se ponen automáticamente a disposición del cargador de clases sin tener que estar explícitamente listadas en la ruta de clases.

Aquí es donde situaremos las librerías de clases para el acceso al lector de huellas (FPJni.jar) y las clases que nos permitirán acceder a MySQL desde las páginas (mysql-connector-java-3.0.1-beta-bin.jar).

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Manual de Administrador

Directorio classes Este directorio contiene servlets y otras clases. Aquí se pueden ubicar los paquetes que utilizados en la aplicación, en nuestro caso el paquete jspSmartUpload (com) y las clases desarrolladas para modelar la aplicación: usuario, huella y administrador.

JspSmartUpload Todos

los

ficheros

jspsmartUpload

vienen

en

un

fichero

comprimido

jspSmartUpload.zip. Se descarga el archivo comprimido, y se descomprime en un directorio temporal asegurándonos de que la estructura de directorios está intacta. Si por ejemplo, se extrae el fichero en ‘/temp’, se debería tener lo siguiente:

Para poder utilizar este paquete en las páginas JSP de nuestra aplicación, se tendrá que ubicar en el directorio de la aplicación. Concretamente la estructura de directorio de Tomcat nos indica que hay que situarlo en el directorio WEB-INF\classes.

Lector de huellas Para instalar el hardware de captura de huellas que se utiliza en el proyecto se introduce el CDROM que viene con el lector y seguimos el menú se instalación, seleccionando la opción Development Toolkit.

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Manual de Administrador

La instalación copiará el archivo ‘FPJni.dll’ en el directorio d:\winnt\system32 de nuestro disco duro, que se corresponde con el directorio de Windows2000. Este archivo es el que contiene el código que implementa todo lo que se puede hacer con el lector: capturar huella, salvar huella, comparar huella, generar plantilla, ...

La API Java que se utiliza en nuestra aplicación esta en el archivo jar ‘FPJni.jar’, que

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no

son

más

que

un

conjunto

de

clases

“empaquetadas”.

Comandos de creación de tablas

Anexo II: Comando de creación de tablas Para la creación de las tablas de la base de datos, se incluye a continuación una serie de comandos SQL, utilizando los comandos SQL92 (ANSI SQL) soportados por MySQL, se decidiera migrar la aplicación a otra base de datos estos comandos nos facilitarían las cosas. Por otra parte MySQL soporta SQL92, aunque le añada algunas extensiones.

En el caso de utilizar un Sistema gestor de base de datos relacional, a los comandos de creación se les tendrá que unir los comandos de autorizaciones y vistas pertinentes, que serán propios del entorno de trabajo.

Para garantizar la integridad referencial, se tiene en consideración que no se pueden cambiar las claves principales.

Tabla Administradores CREATE TABLE ADMINISTRADORES ( ID_ADMINISTRADOR INTEGER PRIMARY KEY, NOMBRE VARCHAR(15) NOT NULL, PLANTILLA VARCHAR(15) NOT NULL );

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Comandos de creación de tablas

Tabla Usuarios CREATE TABLE USUARIOS ( ID_USUARIO INTEGER PRIMARY KEY, NOMBRE VARCHAR(50) NOT NULL, DIRECCION VARCHAR(50), CP INTEGER, LOCALIDAD VARCHAR(20), PAIS VARCHAR(15), ALTA CHAR(1) );

Tabla Huellas CREATE TABLE HUELLAS ( ID_HUELLA INTEGER PRIMARY KEY, MANO CHAR(1) NOT NULL, DEDO CHAR(1) NOT NULL, PLANTILLA VARCHAR(15) NOT NULL, Id_usuario INTEGER, CONSTRAINT FOREING KEY (Id_usuario) REFERENCES USUARIOS(ID_USUARIO) ON DELETE CASCADE, );

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Bibliografía

Bibliografía [1] Damon Hougland, Aarón Tavistock. “Guía esencial JSP”. Pearson Educación S.A, Madrid, 2002.

[2] Phil Hanna. “JSP. Manual de referencia”. McGraw-Hill, Madrid, 2002.

[3] John Zukowski.”Programación en Java 2”. Ediciones Anaya Multimedia, Madrid, 1999.

[4] Rich Bowen & Ken Coar, Servidor Apache al Descubierto. Pearson Educación, S.A. Madrid, 2000.

[5] Lemay, Laura, “Aprendiendo HTML 4 para web en una semana”. Prentice Hall, México, 1998.

[6] Juan Carlos Orós, “Diseño de páginas Web interactivas con JavaScript”. RA-MA Editorial, Madrid, 1998.

[7] Graham Hamilton, Rick Cattell, Maydene Fisher, “JDBC Database Access with Java - A tutorial and annotated reference”. Addison-Wesley, Massachussets, 1997.

[8] Herbert Schidt, “Java 2 - Manual de Referencia”. McGraw-Hill, Madrid, 2001

[9] Agustín Froure Quintas, “Java Server Pages – Manual de usuario y tutorial”. RAMA, Madrid, 2002

129

Bibliografía

[10] Jayson Falke, Ben Galbraith, Romin Irani, ... “Fundamentos Desarrollo Web con JSP”. Anaya Multimedia, Madrid, 2002

[11] G.Booch, J. Rumbaugh, I. Jacobson, “El Lenguaje Unificado de Modelado. Addison Wesley, Madrid, 1999.

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Direcciones web

Direcciones web

http://desaweb.forosdelweb.com

http://www.programacion.com

http://www.javahispano.org -

- Foros del Web

- Java en castellano. Foros de debate

Java en Castellano

http://www.programadores.com.sv -

Comunidad salvadoreña de programadores

http://www.mysql.com - MySQL

http://java.sun.com -

Pagina oficial sobre Java y tecnologías

http://www.jspsmart.com -

JspSmartUpload para subir ficheros

http://jakarta.apache.org - Tomcat

http://www.ii.uam.es/~abie/ - Asociación de Biometría Informática Española

http://www.ictnet.es/ICTnet/cv/comunidad.jsp?area=engInf&cv=biometrica - Comunidad de Biometría

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Índice de Figuras

Índice de figuras Figura 1. Diagrama Sistema Reconocimiento Biométrico .............................. 13 Figura 2. Relación entre FAR, FRR y ERR ...................................................... 14 Figura 3. Huella dactilar con minucias ............................................................ 16 Figura 4. Huella original y huella normalizada ................................................ 24 Figura 5. Huella orientada y campos realineados ............................................ 25 Figura 6. Variaciones de la huella y región importante ................................... 26 Figura 7. Imagen filtrada e imagen binaria .................................................... 27 Figura 8 . Imagen después del primer filtro perfilador e imagen después del segundo filtro perfilador con máscara espacial ......... 28 Figura 9. Imagen después del adelgazamiento y eliminación de imperfecciones y patrón de minucias después del proceso de eliminación de conjuntos ................................................................... 29 Figura 10. Patrón de minucias ........................................................................... 30 Figura 11. Alineación de la cresta de entrada y la cresta plantilla ................. 32 Figura 12. Actores del sistema ........................................................................... 40 Figura 13. Casos de uso de Administrador ...................................................... 41 Figura 14. Casos de uso Usuario ....................................................................... 44 Figura 15. Modelo Entidad–Relación ............................................................... 48 Figura 16. Modelo de servidor de documentos estáticos ................................ 53 Figura 17. Contenido dinámico por secuencia de comandos CGI ................. 55 Figura 18. Aplicaciones dinámicas usando servlets, JSP y J2EE .................. 56 Figura 19. Interfaz JDBC .................................................................................. 72 Figura 20. Despliegue de la aplicación ............................................................. 74 Figura 21. Paquetes de la aplicación ................................................................. 75 Figura 22. Clases Auxiliares .............................................................................. 76 Figura 23. Clases del dominio ............................................................................ 77 Figura 24. Clases Interfaz .................................................................................. 78

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Índice de Figuras

Figura 25. Clases JspSmartUpload ................................................................... 81 Figura 26. Secuencia de Autenticar Administrador ....................................... 83 Figura 27. Diagrama de colaboración, caso Autenticar Administrador ...... 84 Figura 28. Secuencia de Visualización ............................................................. 85 Figura 29. Diagrama de colaboración, caso Visualización ............................. 86 Figura 30. Secuencia de Alta Administrador ................................................... 87 Figura 31. Colaboración, caso Alta Administrador ....................................... 88 Figura 32. Secuencia de Baja ............................................................................ 89 Figura 33. Diagrama de colaboración, caso Baja ............................................ 90 Figura 34. Secuencia de Modificación .............................................................. 91 Figura 35. Diagrama de colaboración, caso Modificación ............................. 92 Figura 36. Secuencia de Alta usuario nuevo ................................................... 93 Figura 37. Diagrama de colaboración, caso Alta usuario nuevo .................... 94 Figura 38. Secuencia de Alta usuario existente .............................................. 95 Figura 39. Diagrama de colaboración, caso Alta usuario existente .............. 96 Figura 40. Secuencia de Autenticar .................................................................. 97 Figura 41. Diagrama de colaboración, caso Autenticar ................................. 98 Figura 42. Pantalla página principal ................................................................ 99 Figura 43. Pantalla Alta usuario nuevo ............................................................ 100 Figura 44. Pantalla Alta usuario existente ........................................................ 101 Figura 45. Pantalla Autenticación I ................................................................. 102 Figura 46. Pantalla Autenticación II ................................................................ 103 Figura 47. Pantalla Autenticar Administrador ............................................... 104 Figura 48. Pantalla Alta administrador I ......................................................... 105 Figura 49. Pantalla Alta administrador II ....................................................... 106 Figura 50. Pantalla Baja administrador I ........................................................ 107 Figura 51. Pantalla Baja Administrador II .................................................... 108 Figura 52. Pantalla Modificar I ........................................................................ 109 Figura 53. Pantalla Modificar II ....................................................................... 110

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Índice de Tablas

Índice de Tablas Tabla 1. Candidatos a Entidad y Relación ....................................................... 47 Tabla 2. Porcentaje de autenticación y porcentaje de rechazo ...................... 110

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