c3d2-web/content/old-site/fileadmin/ta/11/biom.html

808 lines
15 KiB
HTML

<HTML>
<BODY>
<!-- generated by '2html' (Python), R.Wobst -->
<HEAD><TITLE>Biometrie - Grundlagen, Nutzen, Probleme</TITLE></HEAD>
<H1>Biometrie - Grundlagen, Nutzen, Probleme</H1>
<p>
<p align="center">Reinhard Wobst, r dot wobst at gmx dot de</p>
<p align="center">
@(#) Feb 11 2005, 11:13:42
</p>
</p>
<p>
<H2>1. Definition</H2>
</p>
<p>
<b>Biometrie =</b>
Anwendung mathematischer Methoden in der Biologie
<br>(60er Jahre)
</p>
<p>
<b>Biometrie =</b>
Erfassung von K&ouml;rpermerkmalen oder Bewegungen/Verhaltensweisen
zum Zweck der Authentifizierung und Identifizierung
<br>(90er Jahre)
</p>
<p>
Entwickelt seit 1972; Zitate:
<ul>
</li>
<li>
1997 ist das Jahr der Biometrie
</li>
<li>
1998 ist das Jahr der Biometrie
</li>
<li>
1999 ist das Jahr der Biometrie
</li>
<li>
2000 ist das Jahr der Biometrie
</li>
<li>
2001 ist das Jahr der Biometrie ...
</li>
</ul>
</p>
<p>
<H2>2. Einsatzweise der Biometrie</H2>
</p>
<p>
Einer biometrischen Erkennung geht
<i>immer</i>
ein
<b>Enrollment</b>
voraus, d.h. die Datenerfassung. In der Regel mehrere Versuche, um
personengebundene Schwankungen zu erkennen (Unterschied
zu PIN/Passwort/Passphrase!). Die Daten werden zu einem
<b>Template</b>
verarbeitet (nicht standardisiert).
</p>
<p>
<H4>Wahrscheinlichkeiten und Tuning</H4>
</p>
<p>
Biometrie arbeitet
<i>immer</i>
mit Irrtumswahrscheinlichkeiten, das wird zu oft vergessen!
</p>
<p>
<b>FAR =</b>
false acception rate, Prozentsatz der "irrt&uuml;mlich Durchgelassenen"
</p>
<p>
<b>FRR =</b>
false rejection rate, Prozentsatz der "irrt&uuml;mlich Abgewiesenen"
</p>
<p>
FAR und FRR sind abh&auml;ngig von Parametern des Systems, je nach Zweck kann
FAR oder FRR durch Setzen eines Schwellwertes klein gew&auml;hlt werden
(sinnvoll: mehrstufige Kontrolle, je nach Sensibilit&auml;t eines Bereiches).
</p>
<p>
<b>Crossover Error Rate =</b>
Schnittpunkt von FAR- und FRR-Kurve in Abh&auml;ngigkeit von Schwellwert.
</p>
<p>
<b>Weitere Wahrscheinlichkeiten:</b>
<ul>
</li>
<li>
Enrollment nicht m&ouml;glich (Mann arbeitet im S&auml;gewerk)
</li>
<li>
Erfassung nicht m&ouml;glich (Gesicht/Augen nicht gefunden ...)
</li>
<li>
Fehlerraten nach mehreren Versuchen (Person betrunken)
</li>
</ul>
</p>
<p>
--> Testen ist eine Wissenschaft! (BSI-Test Gesichtserkennung z.B.
fragw&uuml;rdig nach Expertenurteil) Vorsicht vor Heise-Publikationen ;-)
</p>
<p>
Immer nach Einsatzart und -zweck fragen!
</p>
<p>
<H4>VERIFIKATION: Ist das Herr Horch?</H4>
</p>
<p>
Der User loggt sich unter dem Namen "Horch" mit dem richtigen Passwort
ein, aber sein Gesicht passt nicht zum zugeh&ouml;rigen Muster:
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<img alt="(Foto)" src="bushdeer.jpg"><br>
<br>
</p>
<p>
Eine Person beweist ihre Identit&auml;t. Beispiel: digitalisiertes Passfoto
im Pass; Kombination aus Nutzername, Passwort und biometrischem Merkmal
(sinnvoll).
</p>
<p>
<br>
<br>
<H4>IDENTIFIKATION: Wie hei&szlig;t die Dame mit Turban?<br></H4>
<br>
<img alt="(Foto)" src="dameturban.jpg"><br>
</p>
<p>
An Hand biometrischer Merkmale wird eine Person identifiziert.
<br>
<b>Negatives Beispiel:</b>
Misslungene Terroristenfahndung auf Flugh&auml;fen
<br>
<b>Positives Beispiel:</b>
Verhindern, dass gleiche Person einen Pass zweimal beantragt
(funktioniert bereits); im weiteren Sinne positiv auch die AFIS-Systeme
(Fingerabdruckerkennung in der Forensik)
</p>
<p>
<br>
<br>
<H2>3. Arten der K&ouml;rpermerkmale</H2>
</p>
<p>
<ul>
</li>
<li>
Fingerabdruck
<ul>
</li>
<li>
traditionell, bekannt, kaum Irrtum au&szlig;er bei Betrug
</li>
<li>
optisch, resistiv, kapazitiv
</li>
<li>
zahllose Systeme, z.B. Siemens
</li>
<li>
Zahl der Finger wichtig, Abrollen oder nicht (Fehlerrate!)
</li>
<li>
Verschmutzung/Verletzung von Sensoren und Fingern:<br>
<br>
<br>
<br>
<img alt="(Foto)" src="blutfinger.jpg"><br>
<br>
<br>
</li>
<li>
Live check schwierig (Puls, Temperatur, Verf&auml;rbung)
</li>
<li>
F&auml;lschung zu leicht m&ouml;glich (Gelatineh&auml;utchen)
</li>
<li>
Denial of Service: In rote Henna tauchen
</li>
<li>
2-5% der Personen ungeeignet (Papillen abgeschliffen bei
Bauarbeitern; auch Kinder)
</li>
<li>
forensischer Hintergrund ruft Bedenken hervor (Entwertung der
Bedeutung von Fingerabdr&uuml;cken, F&auml;lschung wird einfacher)
</li>
</ul>
</p>
<p>
</li>
<li>
Gesichtserkennung
<ul>
</li>
<li>
relativ unverf&auml;ngliche Methode und sehr billig (kleine Webcam + PC)
</li>
<li>
Beispiele:
<ul>
</li>
<li>
FaceVACS von Cognitec:
<ul>
</li>
<li>
Im FRVT 2002 (USA) unter besten 3 weltweit
</li>
<li>
theoretisch auch eineiige Zwillinge unterscheidbar (Enrollment
entsprechend!)
</li>
<li>
320x240 Pixel Graustufen reichen (aber nicht schlechte Passfotos)
</li>
<li>
Einsatz bei Quantas Airlines (s.u.)
</li>
</ul>
</li>
<li>
ZNFace:
<ul>
</li>
<li>
von ZN Vision Technologies Bochum
</li>
<li>
"elastisches Gitternetz" und "hierarchical graph matching"
</li>
<li>
Einsatz im Zoo Hannover (s.u.)
</li>
</ul>
</li>
<li>
Visionics: Fragw&uuml;rdiger Test auf CeBIT (Buchautor als Frau erkannt)
</li>
</ul>
</li>
<li>
mathematisch sehr schwierig, langwierige Forschungen
</li>
<li>
Rechenaufwand, definierte Beleuchtung notwendig (outdoor auch 50%
Fehlerrate m&ouml;glich)
</li>
<li>
"Irrtumswahrscheinlichkeit" unter 1% (FaceVACS)
</li>
</ul>
</p>
<p>
</li>
<li>
Iriserkennung<br>
<br>
<br>
<br>
<img alt="(Foto)" src="sampleiris.jpg"><br>
<br>
<img alt="(Foto)" src="sampleiris2.jpg"><br>
(aus [2])
<br>
<br>
<ul>
</li>
<li>
Extrem sicher nach erfolgter Erkennung (verschwindende FAR)
</li>
<li>
entspricht 249 Bit reinem Zufall, auch beide Augen verschieden
(kann daher eineiige Zwillinge unterscheiden)
</li>
<li>
Forschungen durch J.Daugman (Cambridge University), s. [2]
</li>
<li>
Ger&auml;te von Panasonic, die auch mit Brillen klarkommen (drei
Infrarotblitze)
</li>
<li>
teuer, aufw&auml;ndig
</li>
<li>
Probleme bei Hornhauttr&uuml;bungen und Augenverletzungen sowie
geschwollenen Lidern
</li>
</ul>
</p>
<p>
</li>
<li>
Unterschriftserkennung:
<ul>
</li>
<li>
akzeptiert und nicht zu teuer
</li>
<li>
im Unterschied zur Unterschrift auf Papier auch Schreibdynamik
erfasst (Anpressdruck, Schreibgeschwindigkeit, Stifthaltung)
</li>
<li>
bekannt die Produkte von SoftPro (www.softpro.de)
</li>
<li>
Erkennung stark abh&auml;ngig von der Tagesform des Opfers
</li>
<li>
hohe Ablehnungsrate
</li>
<li>
nur Unterschrift, keine Schriftprobe aus Datenschutzgr&uuml;nden
</li>
</ul>
</p>
<p>
</li>
<li>
Retinamuster:
<ul>
</li>
<li>
Erkennung der Netzhaut im Auge
</li>
<li>
sehr sicher
</li>
<li>
teuer und aufw&auml;ndig
</li>
<li>
viele Vorbehalte (Augensch&auml;den bef&uuml;rchtet - unberechtigt)
</li>
</ul>
</p>
<p>
</li>
<li>
Handgeometrie:
<ul>
</li>
<li>
In den USA sehr verbreitet, das h&auml;ufigste System!
</li>
<li>
RSI (www.recogsys.com) h&auml;lt 90% Marktanteil
</li>
<li>
anscheinend kleine Fehlerquote (0.5%), Details nicht bekannt
</li>
<li>
Einsatz: Stechuhr, Mensakarte in Georgia University, Kernkraftwerke
</li>
</ul>
</p>
<p>
</li>
<li>
Stimmerkennung:
<ul>
</li>
<li>
Wenn, dann eher f&uuml;r Verifizierung
</li>
<li>
noch sehr unsicher
</li>
<li>
F&auml;lschungsm&ouml;glichkeiten durch Sprachsynthese (nicht einfach)
</li>
<li>
In Kriminalistik kommt auch noch Sprachstil (Wortwahl) hinzu
</li>
</ul>
</p>
<p>
</li>
<li>
Tastendynamik:
<ul>
</li>
<li>
Zeitabst&auml;nde zwischen Tastenanschl&auml;gen einer Passphrase
</li>
<li>
zumindest teilweise variables Merkmal (je nach Passphrase)
</li>
<li>
Problem: abh&auml;ngig von Art der Tastatur
</li>
<li>
Produkt: BioPassword von Net Nanny; zum Enrollment 15mal eintippen;
Testergebnisse: FAR = 0...5%, FRR=4-17% (!).<br>
K&ouml;nnte nettes OpenSource-Projekt sein, erfordert aber sehr viel
Qualifikation. Vorschlag: Nachtr&auml;gliche Identifizierung im Hintergrund
beim Tippen.
</li>
<li>
Nebeneffekt: W&ouml;rterbuchsuche nach Passwort bei SSH-Benutzung wurde
um Faktor 50 beschleunigt!
</li>
</ul>
</p>
<p>
</li>
<li>
exotische Biometrie:
<ul>
</li>
<li>
Venenmuster (CeBIT 2004)
</li>
<li>
Ganganalyse ("vorget&auml;uschte Schwangerschaft", in Wirklichkeit
gestohlene Textilien unter dem Kleid - erkennbar am Gang); w&uuml;rde
Erkennung &uuml;ber gro&szlig;e Entfernungen erlauben, ist aber noch sehr
unsicher, zu variabel (Forschungen in UK)
</li>
<li>
Thermografie
</li>
<li>
Schwei&szlig;dr&uuml;sen
</li>
<li>
H&auml;ndedruck
</li>
<li>
Ohrgeometrie
</li>
<li>
Fingernagelbett
</li>
<li>
K&ouml;rpergeruch
</li>
<li>
Lichtreflektion auf Haut
</li>
<li>
Fu&szlig;abdruck
</li>
<li>
EEG
</li>
<li>
und nat&uuml;rlich DNA (Utopie)
</li>
</ul>
</p>
<p>
</li>
<li>
multimodale Biometrie = Kombination mehrerer Merkmale
<br>
z.B. (ehemals) BioID: Gesichtserkennung, Stimme, Lippendynamik
(Bewegungsablauf!) ... aber extrem hohe FRR f&uuml;r sinnvollen Einsatz.
</li>
</ul>
</p>
<p>
Kurzum: Es kann alles erfasst werden!
</p>
<p>
Diskussion im Detail im besten Buch dazu [1]:<br>
<br>
<br>
<img alt="(Foto)" src="1681_biom2.jpg"><br>
</p>
<p>
Die drei Autoren kommen von FBI, CIA und MITRE ("a
non-profit-organisation, doing research of "critical national
importance" and working among others for US authorities and DoD") ...
</p>
<p>
... verstehen also ihr Handwerk und sind nicht auf Marketing
ausgerichtet (!).
</p>
<p>
<br>
<br>
<br>
<H2>4. Besonderheiten der Biometrie gegen&uuml;ber anderer Authentifizierung:</H2>
<ul>
</li>
<li>
Enrollment notwendig (pers&ouml;nliches Vorsprechen beim Erstellen eines
Passes!)
</li>
<li>
Variabilit&auml;t und Alterung von Merkmalen schwierig zu beherrschen
</li>
<li>
prinzipielle Unsicherheit (FAR, FRR) beim Einsatz beachten
</li>
<li>
Live check (abh&auml;ngig vom Einsatzszenario: Fingerabdruck, Maske,
Notebook vorhalten bei Cognitec)
</li>
<li>
Umgebungseinfl&uuml;sse (Messungen!)
</li>
<li>
Rechenaufwand (FaceVACS, Pentium 4: Sekundenbruchteile f&uuml;r
Verifikation, Probleme aber bei Identifikation unter Millionen
Templates - Templatevergleich zwar sehr schnell, aber noch zu
langsam f&uuml;r Passkontrolle mit Suche in Datenbank)
</li>
<li>
Algorithmen noch in Arbeit: Gesicht finden, Augen finden, Alterung,
Varianz (Bart/Brille/Geburtstagsfeier), Qualit&auml;t des Enrollments
messen ...
</li>
<li>
arbeitet aber gleichm&auml;&szlig;ig besser als der Mensch (Asiaten!)
</li>
<li>
multimodale Biometrie noch teuer; BioID als Beispiel (sowieso
insolvent)
</li>
<li>
immer Probleme beim Masseneinsatz, Paranoia im Zaum halten!
</li>
<li>
sollte als Erg&auml;nzung zu anderen Authentifizierungsma&szlig;nahmen
gesehen werden, richtiges Einsatzkonzept entscheidend
</li>
</ul>
</p>
<p>
<br>
<br>
<br>
<H2>5. Praktischer Einsatz - positive Beispiele</H2>
</p>
<p>
<ul>
</li>
<li>
Cognitec: Personenkontrolle f&uuml;r Quantas Airlines Sydney (6000),
arbeitet zuverl&auml;ssiger als Passkontrolleur (aber mit Fallback),
sehr gute Akzeptanz, echte Erleichterung, f&uuml;r weitere Flugh&auml;fen
geplant
</li>
<li>
Zoo Hannover: Jahreskarteninhaber identifizieren; Fingerabdrucksystem
versagte kl&auml;glich (Winter, Kinder), jetzt Gesichtserkennung mit
ZNFace - m&uuml;ndliche Aussagen positiv
</li>
<li>
Zugangskontrollen im Hochsicherheitsbereich (Handgeometrie, Retina)
</li>
<li>
Kontrolle auf "Pass-Duplikate" (und nicht auf Terroristen) - Projekte
</li>
<li>
Verhinderung von Identit&auml;tsdiebstahl:
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<img alt="(Foto)" src="1724_wom_id_sale.jpg"><br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
<br>
</li>
</ul>
</p>
<p>
<br>
<br>
<br>
<H2>6. Probleme beim Einsatz</H2>
</p>
<p>
<ul>
</li>
<li>
falsches Konzept:
<ul>
</li>
<li>
Wahrscheinlichkeit missachtet
</li>
<li>
kein Ersatz f&uuml;r Passwort (gestohlene Merkmale, schlechter Live-Test)
</li>
<li>
Biometrie arbeitet mit konstanten Merkmalen,
au&szlig;er evtl. bei Schrift und Worterkennung
</li>
</ul>
</li>
<li>
Variabilit&auml;t und Alterung ber&uuml;cksichtigen - Daten auffrischen
</li>
<li>
Umwelteinfl&uuml;sse konstant halten (negativ: Flughafen&uuml;berwachung)
</li>
<li>
Enrollment (P&auml;sse!)
</li>
<li>
Live check (alle 9 Fingerprintsensoren auf CeBIT 2004 betrogen)
</li>
<li>
Datenschutz kontra Stand der Forschungen: Frage, wie weit Privatsph&auml;re
in Zukunft in heutigem Sinne noch vorhanden sein kann
</li>
<li>
Vorbehalte, oft unrealistisch (man zeigt seine Gesicht sowieso
&ouml;ffentlich, ebenso wie die Autonummer!)
</li>
<li>
RFIDs in P&auml;ssen (security by obscurity statt Garantie f&uuml;r gute
Kryptografie) - Reichweite wurde bei Aufz&auml;hlung von Problemen
verraten:
Fernerkennung in ferner Zukunft m&ouml;glich - worst case, da Zuordnung
zu Namen m&ouml;glich!<br><br>
Versuchsmodell von Cognitec mit RFID-Pass und Gesichtserkennung:<br>
<br>
<img alt="(Foto)" src="kiosk.jpg"><br>
</li>
<li>
Verbrechersuche mit Gesichtserkennung beim Superbowl in Tampa/Florida 2001
</p>
<p>
<i>Endstand:</i>
<br>Baltimore Ravens 34
<br>New York Giants 7
<br>Identifizierungen: 19
<br>Verhaftungen: 0 (Ursache nicht bekannt)
<br> --> "Snooper Bowl" (Schn&uuml;ffler-Bowl) - heftige Proteste
<br>Untaugliches Einsatzkonzept!
</li>
<li>
Pass-Biometrie untauglich gegen Terroristen - Wahrscheinlichkeit des
unerkannten Durchschl&uuml;pfens kann sogar steigen (Schneier).<br>
Gesichtskontrolle auf US-Flugh&auml;fen wurde wieder deaktiviert, st&auml;ndig
falsche Alarme. Untaugliches Einsatzkonzept, entspricht nicht dem
Stand der Forschung!
</li>
<li>
Template-Format propriet&auml;r, zwangsl&auml;ufig
</li>
<li>
Aussagen zur Alterung noch d&uuml;rftig
</li>
</ul>
</p>
<p>
<br>
<br>
<br>
<H2>7. Fazit</H2>
</p>
<p>
<ul>
</li>
<li>
Technik ist noch in Entwicklung, noch viele Jahre lang
</li>
<li>
richtiger Einsatz entscheidend f&uuml;r Erfolg
</li>
<li>
Biometrie kann durchaus mehr Sicherheit und Komfort bringen
</li>
<li>
perspektivisch ist automatische Erkennung nicht zu verhindern
(nicht einmal f&uuml;r Frauen unter fundamental-islamistischen Regimes:
Ganganalyse, K&ouml;rpergeruch, EEG :-) --> wir tragen unsere Merkmale
in die &Ouml;ffentlichkeit und vergessen das nur zu oft (vgl. Scannen
von Autokennzeichen)
</li>
</ul>
</p>
<p>
<br>
<br>
<br>
<H2>8. Literatur</H2>
</p>
<p>
<ol>
</li>
<li>
Woodward/Orlans/Higgins: Biometrics, McGraw-Hill/Osborne 2003,
ISBN 0-07-222227-1, 50$
</p>
<p>
</li>
<li>
John Daugmans Home Page zur Iriserkennung:
www.cl.cam.ac.uk/~jgd1000
</p>
<p>
</li>
<li>
R.Wobst, Begrenzt einsatzf&auml;hig (Biometrie in Theorie und Praxis)
IT-Administrator 10/2004, S.56-60 (ISSN 1614-2888)
</p>
<p>
</li>
<li>
R.Wobst, Login per Daumendruck? Nutzen und Problematik biometrischer
Verfahren; LanLine Spezial III/01, 54-60
(online: www.awi.de > LanLine > Volltextarchiv)
</p>
<p>
</li>
<li>
R.Wobst, K&ouml;rpersprache (biometrische Verfahren);
Lanline Special III/2002, S.38-42;
www.awi.de > LanLine > Volltextarchiv - dort weitere Literatur; aktuell:
http://www.lanline.de/O/148/Y/82692/VI/10001454/VS/Daumendruck/default.aspx
</li>
</ol>
</BODY>
</HTML>