Oggi sblocchiamo lo smartphone con il volto o l’impronta digitale, ma domani potrebbe bastare semplicemente il nostro battito cardiaco. Ne è convinto un gruppo di ricercatori cinesi, australiani e danesi di diverse facoltà universitarie, fra cui Soochow University, Aalborg University e Macquarie University, che ha appena pubblicato uno studio scientifico.
che prova a rispondere a una domanda apparentemente banale: “E se il dispositivo che già indossiamo nelle orecchie tutti i giorni potesse riconoscerci dal modo in cui ci batte il cuore, senza che noi facciamo nulla?”.
Il sistema si chiama AccLock e sfrutta un componente che ormai si trova nella maggior parte degli auricolari bluetooth, l'accelerometro, per leggere le micro-vibrazioni che il cuore produce a ogni battito e che si propagano attraverso le ossa fino al condotto uditivo. L'idea è trasformare l'auricolare in una chiave biometrica continua, capace di verificare che a indossarlo sia ancora il legittimo proprietario.
Perché le soluzioni attuali non bastano
Oggi l'autenticazione biometrica passa quasi sempre da un’impronta digitale, oppure il riconoscimento facciale o un codice. Tutti metodi che funzionano bene al momento dello sblocco, ma che hanno un punto debole evidente: una volta che il dispositivo è considerato affidabile, lo resta. Se non è settato lo standby a breve termine, chiunque può accedere e lo smartphone o il computer non se ne accorge. Per superare questo limite, la ricerca degli ultimi anni si è spostata sull'autenticazione continua, quella che verifica in background, momento per momento, che la persona attiva sul dispositivo sia sempre la stessa.
Anche su questo fronte, però, le opzioni disponibili hanno problemi pratici. Gli smartwatch con sensore cardiaco sono diffusi ma non così tanto. Le soluzioni basate sugli auricolari richiedono solitamente che l'utente faccia qualcosa, schioccare i denti, parlare, masticare, oppure si basano sull'altoparlante che emette suoni e disturba la riproduzione musicale.
Esiste poi un filone recente che usa i microfoni interni degli auricolari con cancellazione attiva del rumore per ascoltare letteralmente i battiti, ma si parla di dispositivi costosi e i suoni cardiaci, già deboli, vengono coperti da qualunque rumore di sfondo.
La risposta? Leggere il cuore con un accelerometro
AccLock parte da un'osservazione fisiologica nota da tempo. Ogni volta che un ventricolo si contrae e pompa il sangue nell'aorta, il corpo riceve un piccolo contraccolpo meccanico, una specie di sommovimento. Quelle vibrazioni viaggiano attraverso lo scheletro e i tessuti e arrivano fino alla testa e al condotto uditivo. Sono talmente piccole che noi non le percepiamo, ma un accelerometro sensibile sì. Il segnale che ne deriva si chiama ballistocardiogramma e ha una forma riconoscibile, con un picco dominante che corrisponde al momento del pompaggio del sangue.
I ricercatori hanno rilevato due dettagli. Primo, che il segnale di ogni persona è abbastanza diverso da quello degli altri, per la combinazione unica di anatomia, posizione del cuore, geometria delle ossa e dinamica della contrazione. Secondo, che il segnale della stessa persona resta stabile nel tempo, anche dopo essersi tolti e rimessi gli auricolari, e perfino cambiando il modello di cuffia. Su un campione di test basato su 33 partecipanti, la correlazione tra registrazioni dello stesso utente in sessioni diverse è risultata altissima, mentre tra utenti diversi crolla quasi a zero. È esattamente quello che serve a una biometria: stabile dentro la persona, distinguibile fra le persone.
Le tre sfide tecniche, in parole semplici
Per arrivare a un sistema davvero funzionante c'è di mezzo un percorso non banale. La prima sfida riguarda il rumore. L'accelerometro non capta solo il cuore: registra anche la respirazione, le micro-oscillazioni della testa, il movimento del busto, le scosse di un colpo di tosse, lo sbattere delle palpebre. Gli autori distinguono due categorie di disturbo. Da una parte ci sono i rumori intrinseci, sempre presenti, contro i quali usano filtri matematici classici. Dall'altra ci sono gli eventi sporadici, come una scossa di testa improvvisa, per i quali serve un algoritmo che si accorga in tempo reale che è successo qualcosa di anomalo e regoli al volo i suoi parametri.
La seconda sfida è di campionamento. Il battito cardiaco di una persona contiene due tipi di informazione mescolati insieme: i tratti universali, comuni a tutti gli esseri umani perché il cuore funziona allo stesso modo, e i tratti specifici, quelli che distinguono gli individui. Il problema è che i tratti universali sono molto più forti e tendono a nascondere quelli individuali. Per separarli, i ricercatori hanno costruito un modello di intelligenza artificiale, detta HIDNet, che durante l'addestramento viene letteralmente messo in concorrenza con se stesso: una parte della rete cerca di estrarre l'identità, un'altra parte cerca di estrarre tutto il resto, e un meccanismo matematico forza le due parti a non sovrapporsi.
La terza sfida è quella più orientata all'uso reale. Quasi tutti i sistemi biometrici richiedono di essere addestrati da zero per ogni nuovo utente, il che significa raccogliere dati, etichettarli, attendere. Poco pratico. AccLock aggira il problema imparando una sola volta, su un gruppo iniziale di persone, come si misura la distanza tra due battiti cardiaci diversi. A quel punto, per registrare un nuovo utente basta acquisire un breve campione e calcolare una soglia personale. Quando arriva una nuova autenticazione, il sistema confronta il battito con il modello registrato: se la distanza è sotto la soglia, si conferma l’identificazione; se è sopra, no.
I risultati da interpretare
Sui 33 partecipanti coinvolti, AccLock ha registrato un tasso di falsi accessi del 3,13% e un tasso di falsi rifiuti del 2,99%. In termini concreti, su cento tentativi di accesso da parte di un estraneo, circa tre passerebbero indebitamente, e su cento tentativi del legittimo proprietario, circa tre verrebbero respinti per errore. Sono numeri lontani dalla perfezione, ma sufficienti per una autenticazione continua, dove il sistema controlla decine di volte al minuto e un singolo errore isolato non compromette nulla.
Le potenziali applicazioni immaginate sono moltissime. Si pensi all’apertura di una porta di casa senza prendere in mano nulla, perché gli auricolari hanno già confermato l’identità al sistema di accesso. Lo stesso vale per la verifica del biglietto personale su un mezzo pubblico. Oppure un portatile o un comune computer lasciato aperto: il sistema si accorge che chi indossa gli auricolari non è il proprietario e ne blocca l'accesso. Tutto questo senza altoparlanti che emettono suoni, senza sensori dedicati, senza che l'utente debba premere, parlare o muoversi in modo particolare.
Cosa resta da verificare
Il lavoro è ancora un prototipo accademico. Trentatré partecipanti sono pochi per dichiarare vittoria, e i test sono stati condotti in condizioni più controllate di quelle che si troverebbero nella vita reale, dove uno cammina, corre, parla, mastica, si arrabbia in macchina. Resta da capire cosa succede al segnale durante uno sforzo fisico intenso, o quando la frequenza cardiaca varia molto per emozione o stress. Resta da verificare il comportamento su decine di modelli di auricolari diversi, con sensori di qualità eterogenea. E resta tutto il capitolo della privacy: il battito cardiaco è un dato sanitario, e un sistema che lo registra in continuazione solleva domande che oggi nessun produttore di cuffie ha ancora dovuto affrontare.
Il messaggio dello studio, però, è chiaro. La biometria del futuro forse non passerà più da un dito appoggiato su un sensore o da uno sguardo a una telecamera, ma da qualcosa di molto più discreto: il modo in cui il tuo cuore fa vibrare le ossa del cranio mentre si ascolta la musica. Se la tecnologia si dimostrerà robusta anche fuori dal laboratorio, sarà uno dei rari casi in cui un'innovazione di sicurezza non domanda nulla, perché lavora a nostra insaputa, dentro un oggetto che già indossiamo.
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