Human Identification Based on Electrocardiogram and Palmprint

In this paper, a new approach in human identification is investigated. For this purpose, we fused ECG and Palm print biometrics to achieve a multimodal biometric system. In the proposed system for fusing biometrics, we used MFCC approach in order to extract features of ECG biometric and PCA to extract features of Palm print. The features undergo a KNN classification. The performance of the algorithm is evaluated against the standard MIT-BIH and POLYU databases. Moreover, in order to achieve more realistic and reliable results, we gathered Holter ECG recordings acquired from 50 male and female subjects in age between 18 and 54. The numerical results indicated that the algorithm achieved 94.7% of the detection rate.DOI:http://dx.doi.org/10.11591/ijece.v2i2.29

Individual identification via electrocardiogram analysis

Background: During last decade the use of ECG recordings in biometric recognition studies has increased. ECG characteristics made it suitable for subject identification: it is unique, present in all living individuals, and hard to forge. However, in spite of the great number of approaches found in literature, no agreement exists on the most appropriate methodology. This study aimed at providing a survey of the techniques used so far in ECG-based human identification. Specifically, a pattern recognition perspective is here proposed providing a unifying framework to appreciate previous studies and, hopefully, guide future research. Methods: We searched for papers on the subject from the earliest available date using relevant electronic databases (Medline, IEEEXplore, Scopus, and Web of Knowledge). The following terms were used in different combinations: electrocardiogram, ECG, human identification, biometric, authentication and individual variability. The electronic sources were last searched on 1st March 2015. In our selection we included published research on peer-reviewed journals, books chapters and conferences proceedings. The search was performed for English language documents. Results: 100 pertinent papers were found. Number of subjects involved in the journal studies ranges from 10 to 502, age from 16 to 86, male and female subjects are generally present. Number of analysed leads varies as well as the recording conditions. Identification performance differs widely as well as verification rate. Many studies refer to publicly available databases (Physionet ECG databases repository) while others rely on proprietary recordings making difficult them to compare. As a measure of overall accuracy we computed a weighted average of the identification rate and equal error rate in authentication scenarios. Identification rate resulted equal to 94.95 % while the equal error rate equal to 0.92 %. Conclusions: Biometric recognition is a mature field of research. Nevertheless, the use of physiological signals features, such as the ECG traits, needs further improvements. ECG features have the potential to be used in daily activities such as access control and patient handling as well as in wearable electronics applications. However, some barriers still limit its growth. Further analysis should be addressed on the use of single lead recordings and the study of features which are not dependent on the recording sites (e.g. fingers, hand palms). Moreover, it is expected that new techniques will be developed using fiducials and non-fiducial based features in order to catch the best of both approaches. ECG recognition in pathological subjects is also worth of additional investigations

Biometric Systems

Because of the accelerating progress in biometrics research and the latest nation-state threats to security, this book's publication is not only timely but also much needed. This volume contains seventeen peer-reviewed chapters reporting the state of the art in biometrics research: security issues, signature verification, fingerprint identification, wrist vascular biometrics, ear detection, face detection and identification (including a new survey of face recognition), person re-identification, electrocardiogram (ECT) recognition, and several multi-modal systems. This book will be a valuable resource for graduate students, engineers, and researchers interested in understanding and investigating this important field of study

Advanced Biometrics with Deep Learning

Biometrics, such as fingerprint, iris, face, hand print, hand vein, speech and gait recognition, etc., as a means of identity management have become commonplace nowadays for various applications. Biometric systems follow a typical pipeline, that is composed of separate preprocessing, feature extraction and classification. Deep learning as a data-driven representation learning approach has been shown to be a promising alternative to conventional data-agnostic and handcrafted pre-processing and feature extraction for biometric systems. Furthermore, deep learning offers an end-to-end learning paradigm to unify preprocessing, feature extraction, and recognition, based solely on biometric data. This Special Issue has collected 12 high-quality, state-of-the-art research papers that deal with challenging issues in advanced biometric systems based on deep learning. The 12 papers can be divided into 4 categories according to biometric modality; namely, face biometrics, medical electronic signals (EEG and ECG), voice print, and others

Embedded platform for ECG biometric recognition

Trabalho Final de Mestrado para obtenção do grau de Mestre em Engenharia de Electrónica e TelecomunicaçõesMuitas das tarefas diárias do ser humano requerem processos que validem a identidade do utilizador. Cartões de identificação, chapas de identificação militar, senhas e códigos são as estratégias mais usuais no campo da validação e identificação de utilizador. Apesar do amplo uso de tais mecanismos, os meios de autenticação baseados na entidade ou no conhecimento do sujeito levantam graves problemas de segurança no que diz respeito ao risco de fraude e roubo de identidade. O uso de características físicas ou comportamentais dos seres vivos como forma de identificálos unicamente, é o tópico da Biometria [bio (vida) + metria (medida)]. A principal vantagem destes sistemas é a dependência completa no individuo, não existindo nenhuma sujeição a objetos ou à memorização de códigos, como ocorre nas estratégias tradicionais. Isto leva a uma maior utilização de sistemas biométricos a fim de aumentar a dificuldade de falsificação de credencias, visto este ser a principal falha dos sistemas de reconhecimento pessoal tradicionais. Por exemplo, uma foto pode fingir um rosto, a íris do olho pode ser falsificada por lentes de contacto e até mesmo a impressão digital pode ser trocada por um dedo de gel. Este trabalho propõe um sistema de reconhecimento biométrico baseado em sinais electrocardiográficos (ECG). As diferenças de potencial podem ser obtidas pela colocação de elétrodos sobre a superfície do corpo e medindo a tensão entre eles. O sistema de aquisição dos sinais ECG deste trabalho é constituído por dois elétrodos colocados um em cada membro superior do utilizador, preferencialmente nas mãos, para um aquisição mais cómoda. A fim de tornar esta solução móvel e facilmente transportável para qualquer local, é proposto um sistema embebido autónomo para autenticação humana baseada no ECG de cada indivíduo. Normalmente, os sistemas baseados em ECG usam hardware capaz de adquirir o sinal e um micro-controlador para enviar os sinais para um computador onde é realizado o tratamento dos dados. Em alternativa, o objetivo deste trabalho é conceber de um prototipo capaz de adquirir e processar o sinal ECG de diferentes indivíduos e, através de um algoritmo de extração e classificação de padrões, autenticar ou identificar as pessoas em questão. Este prototipo será baseado num sistema embebidos capaz de autenticar ou identificar indivíduos em tempo real sem recurso a um computador pessoal ou a qualquer plataforma de processamento externa. O problema do reconhecimento humano com base em biometria, é tipicamente dividido em várias fases (independentemente do tipo de biométrica) típicas de um sistema de reconhecimento de padrões: • Aquisição do sinal biométrico por sensores; • Pré-processamento do sinal de acordo com o sistema adotado; • Extração das características necessárias ao reconhecimento; • Seleção das características mais discriminativas do sujeito; • Classificação das características escolhidas e decisão de qual a correspondência da mesma na base de dados. Nesta abordagem o sinal ECG obtido é segmentado por batimento cardíaco, usando o pico R (complexo R, incluído no complexo QRS, nomes dados às ondas características constituintes do ECG) como ponto de pesquisa para a segmentação. Dois algoritmos de segmentação são estudados, Hamilton e Slope Sum Function (SSF), sendo o SSF a solução implementada no sistema embebido pelas suas propriedades de execução em tempo real. Outra particularidade da implementação do algoritmo SSF é que este foi desenvolvido para detetar pulsos de pressão arterial e é aqui adaptado para a deteção do complexo R, constituinte do sinal ECG. A extração de características do sinal ECG segmentado é baseada na análise do sinal no domínio da frequência e segue um algoritmo proposto por Odinaka. Cada batimento cardíaco é analisado por troços obtidos pela segmentação do sinal em várias janelas sobrepostas. É calculada a transformada de Fourier de cada janela segmentada (em que normalmente é usada uma janela de Hamming para melhor estimativa) e estimada uma distribuição de gaussiana (caracterizada por uma média e desvio padrão) para cada intervalo de frequência que caracteriza o batimento cardíaco típico em analise. Posteriormente, para treino, é estimada a distribuição gaussiana para as janelas extraídas de cada segmento e calculada a sua média entre todos os segmentos. São estas as características guardadas na base de dados para futura comparação com novas aquisições para se efetuar o reconhecimento dos batimentos. A cada nova aquisição, é confirmada a veracidade do utilizador, e é feita uma atualização dos valores da base de dados com os novos adquiridos, através de uma média ponderada. Com este método é possível contornar o efeito temporal nos sinais ECG. É de conhecimento comum que com a evolução da idade do individuo, os seus sinais fisiológicos sofrem pequenas alterações e o ECG não é exceção. Para a transformada de Fourier foi aumentado a dimensão do array para aumentar a definição nas baixas frequências, onde a informação requerida para o reconhecimento pessoal é preponderante. Neste trabalho, o sistema foi implementado para garantir uma execução em tempo real. As amostras do sinal ECG não podem ser perdidas e o processo de autenticação tem que ser realizado de forma muito eficiente de modo a permitir o funcionamento em tempo real. Para isto é necessária a escolha de hardware capaz de concretizar este objetivo. A possibilidade do uso de um microprocessador foi descartada pela sua baixa versatilidade e alto custo de desenvolvimento. Os sistema ASIC e FPGA, também foram descartados pelos elevados custos de desenvolvimento e aquisição. Foi escolhido então, um sistema de desenvolvimento baseado num micro-controlador (MCU) com arquitetura ARM Cortex 4. O MCU escolhido, STM32F4-Discovery, conta com uma grande versatilidade, baixo consumo de energia (100mA), grande velocidade de processamento (168MHz), integração de DSP e unidade de virgula flutuante. Memoria interna não volátil também é necessária, a fim de conservar as características de treino de cada individuo. O sistema é projetado para ser autónomo, não-intrusivo e fácil de usar em diferentes cenários. Isto é conseguido combinando a facil utilização de apenas dois elétrodos, um em cada membro superior, com um sistema embebido alimentado por bateria com processamento em tempo real e capacidade de visualização de resultados. O sistema foi validado em duas fases. Em primeiro lugar os algoritmos foram validados usando uma base de dados já testada em estudos anteriores, e foi comprovado que o sistema tem uma percentagem de identificação de 89% e 10% de taxa de erros em autenticação. Finalmente foram realizadas novas aquisições que comprovaram a eficiência do sistema. Com 11 sujeitos na base de dados o sistema conta com uma taxa de identificação de 100% e um taxa de erros de autenticação de 9.3%. Utilizando as propriedades dos sinais ECG, este sistema torna-se um plataforma fiável, eficaz e eficiente. Problemas cardíacos humanos, como arritmias são um problema que fazem descer o rendimento do sistema. O sistema realizado é uma prova de conceito que ilustra como os sistemas embebidos podem mudar o mundo dos sistemas de autenticação pois proporcionam segurança e uma utilização muito fácil para toda a população.Abstract: Traditional strategies for authentication are either entity-based or knowledge-based, like PIN numbers, passwords and ID cards. This raises serious security problems, concerning the risk of identity theft as these mechanisms are widely spread. They are a part of many daily tasks and they are dependent on objects or memories. This work prompts to change these mechanisms for a secure and ubiquitous biometric reckoning system based on the electrocardiographic (ECG) signal. It includes the study of all the steps required for the development of a biometric system, namely: acquisition, processing and classification. In the acquisition, the ECG signal is obtained from two electrodes placed at each limb to a electronic device that filters and amplifies the raw signal to be able to be converted to digital in the microcontroller, using the internal Analogue-to-Digital Converter; In the processing phase, the signal is digitally filtered and segmented in heartbeats. Features are selected and extracted using one algorithm created by Odinaka and herein modified to increase performance in low bandwidth ECG signals; In classification, extracted features are compared, using nearest neighbour algorithm, with data stored in the database in order to classify each heartbeat. The work develop and implement a working prototype based on an embedded system (ARMBased Cortex4 32 bit RISC STM32F407VGT6). Acquisition modules, processing units and algorithms are studied and developed on a prototype for identification and authentication mobile system based on the ECG. The lack of mobile real-time reckoning systems makes this thesis a challenging and self-motivated work. Unique, continuous acquisition and non-intrusive are the main characteristics of the ECG signals. These properties make ECG based reckoning system a reliable and effective platform. Preliminary evaluation showed a 100% identification rate and a 9.3% equal error rate at the authentication procedure. These results came form an acquired database of 11 subjects, with test and train sequences acquired in different procedures. Human heart problems, like arrhythmias are a challenging problem that drop the reckoning performance of the system. This kind of embedded solutions can change the world of authentication systems in order to provide security and be easy-to-use for the general population

Performance comparison of intrusion detection systems and application of machine learning to Snort system

This study investigates the performance of two open source intrusion detection systems (IDSs) namely Snort and Suricata for accurately detecting the malicious traffic on computer networks. Snort and Suricata were installed on two different but identical computers and the performance was evaluated at 10 Gbps network speed. It was noted that Suricata could process a higher speed of network traffic than Snort with lower packet drop rate but it consumed higher computational resources. Snort had higher detection accuracy and was thus selected for further experiments. It was observed that the Snort triggered a high rate of false positive alarms. To solve this problem a Snort adaptive plug-in was developed. To select the best performing algorithm for Snort adaptive plug-in, an empirical study was carried out with different learning algorithms and Support Vector Machine (SVM) was selected. A hybrid version of SVM and Fuzzy logic produced a better detection accuracy. But the best result was achieved using an optimised SVM with firefly algorithm with FPR (false positive rate) as 8.6% and FNR (false negative rate) as 2.2%, which is a good result. The novelty of this work is the performance comparison of two IDSs at 10 Gbps and the application of hybrid and optimised machine learning algorithms to Snort

A Survey on Biometrics and Cancelable Biometrics Systems

Now-a-days, biometric systems have replaced the password or token based authentication system in many fields to improve the security level. However, biometric system is also vulnerable to security threats. Unlike password based system, biometric templates cannot be replaced if lost or compromised. To deal with the issue of the compromised biometric template, template protection schemes evolved to make it possible to replace the biometric template. Cancelable biometric is such a template protection scheme that replaces a biometric template when the stored template is stolen or lost. It is a feature domain transformation where a distorted version of a biometric template is generated and matched in the transformed domain. This paper presents a review on the state-of-the-art and analysis of different existing methods of biometric based authentication system and cancelable biometric systems along with an elaborate focus on cancelable biometrics in order to show its advantages over the standard biometric systems through some generalized standards and guidelines acquired from the literature. We also proposed a highly secure method for cancelable biometrics using a non-invertible function based on Discrete Cosine Transformation (DCT) and Huffman encoding. We tested and evaluated the proposed novel method for 50 users and achieved good results