WO2000043960A1 - Verfahrend und system zur fälschungssicherung bei biometrischer personenerkennung - Google Patents

Verfahrend und system zur fälschungssicherung bei biometrischer personenerkennung Download PDF

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    • G07C9/37—Individual registration on entry or exit not involving the use of a pass in combination with an identity check using biometric data, e.g. fingerprints, iris scans or voice recognition

Definitions

  • the invention relates to a method and a system for preventing counterfeiting in biometric person recognition.
  • Biometric person recognition methods are considered to be particularly reliable because they use person-specific features. However, biometric person recognition is not completely secure against counterfeiting. A particular danger arises from so-called "play attacks", in which a person's biometric data record is imported into a system without authorization, so that the recognition system supposedly recognizes a person's biometric data and, for example, grants access to a protected area or enables the execution of a specific transaction.
  • the person before, during or after the acquisition of the personal data which are used for biometric identification of the person, the person is caused to carry out a specific movement and a check is carried out to determine whether the person has carried out this movement before proceeding with the identification of the person becomes.
  • the invention thus uses an interactive method and system to ensure that a real user, namely the person who wants to gain access to a secure area, is actually in front of the device and not a copy.
  • the eye position and thus the viewing direction of a person is determined for this by means of a video camera.
  • any object that the person is supposed to be looking at is predefined on a screen, and by detecting the position of the eye it can be recognized whether the person is actually looking in the predefined viewing direction.
  • the position of a finger on a digitizing tablet or the like can also be detected instead of the eye position.
  • a marking can be displayed on the tablet at various points and it can be detected whether the user is placing his finger on the different marking positions.
  • biometric data of the face, the fingerprint or the like
  • video or other detection means checked against stored reference data in order to determine whether the user is concerned an authorized person acts.
  • FIG. 1 shows a flow chart of a preferred embodiment of the method according to the invention
  • Fig. 2 is a schematic block diagram representation of the system according to the invention for biometric person recognition.
  • a first step 8 an error counter j is set to 0 and the number J of admissible failed attempts is e.g. set to 3.
  • a test iteration counter n is set to 0 and the number N of test runs is e.g. set to 3, any other suitable number can be chosen.
  • the video image of a test person is recorded and saved in digital form.
  • an object is displayed on a screen at a random position and the test person is asked to look at the object.
  • step 16 the pair of eyes of the test person is recorded, i.e. recorded by video and converted into digital form, and the viewing direction is determined.
  • the method described in the patent DE 196 322 37 can be used.
  • step 18 it is checked whether the gaze direction of the test person goes to the object displayed on the screen, it being possible to predefine a specific time interval within which the gaze direction must lie in the correct direction. If it does not, the process flow goes back via steps 32 and 34 to step 10, so that the iteration counter n remains at 0; the entire recognition process is restarted.
  • step 24 the biometric recognition, which can proceed, for example, as described in patent application DE 198 47 261.
  • Fig. 2 shows a very simplified representation of the system according to the invention for person recognition according to a preferred embodiment with its basic elements.
  • the system comprises a monitor 26, a camera 28 and a control and evaluation unit 30.
  • On the monitor 26 an object 32 is displayed at an arbitrarily selectable position in order to direct the direction of view of a test person (not shown).
  • the camera 28 can be used to record a video image of the test person, and in particular the face of the test person or more particularly the eyes of the test person, which is digitized and processed in the control and evaluation unit 30 in accordance with the method described above.
  • the invention has the great advantage that it can be implemented using standard hardware, such as a conventional PC with monitor and a video camera, and that it does not require a special environment. By specifying a larger number of randomly selected object positions on the monitor, an arbitrarily high degree of security can be created.
  • biometric recording methods than the optical scanning of a test person are also possible, e.g. the recording of a fingerprint at different, predefinable positions on a display and detection screen by means of thermal, capacitive or other methods.
  • the method and system according to the invention can be used in the future for automatic and biometric access control.
  • An upstream, downstream or interspersed procedure in the recognition process for checking the direction of the eyes, the position of a finger or the like ensures that the person recognition is actually carried out with a living person.
  • Only the basic principles of the invention have been explained above, without going into the details of the known methods for biometric person recognition. Such are described, for example, in the referenced patent application DE 198 47 261 or in the publications mentioned therein. It is within the skill of the average specialist to choose a person recognition method that is suitable for the respective application.

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Fälschungssicherung bei biometrischer Personenerkennung, mit denen wenigstens ein biologisches Merkmal einer Person erfasst und in Personendaten transformiert wird und die Personendaten mit Referenzdaten verglichen werden, um die Person zu identifizieren. Vor, nach oder während der Identifikation der Person wird diese veranlasst, eine steuerbare Bewegung auszuführen, und diese Bewegung wird erfasst. Insbesondere werden nacheinander auf einem Bildschirm an verschiedenen Positionen Objekte dargestellt, und es wird überprüft, ob die Blickrichtung der Person dem Objekt folgt, um festzustellen, dass sich tatsächlich eine lebende Person und nicht eine Kopie vor dem Erkennungssystem befindet.

Description

Verfahren und System zur Fälschungssicherung bei biometrischer Personenerkennung
Die Erfindung betrifft ein Verfahren und ein System zur Fälschungssicherung bei biometrischer Personenerkennung.
Es gibt Verfahren und Systeme zur biometrischen Personenerkennung, die sich auf eine Kombination aus Gesichtserkennung und Lippenbewegungserkennung stützen. Ein solches Verfahren ist z.B. in der deutschen Patentanmeldung 198 47 261 derselben Anmelderin beschrieben, auf die Bezug genommen wird. Bei der Personenerkennung unterscheidet man zwischen der Identifikation einer Person unter vielen - d.h. der Beantwortung der Frage „Wer ist die Person?" - und der Verifikation einer Person - d.h. dem Vergleich der Personendaten mit einem bestimmten Datensatz oder der Beantwortung der Frage „Ist die Person diejenige, die sie vorgibt zu sein?". Beide Fälle der Personenerkennung sind von der Erfindung umfaßt.
Biometrische Personenerkennungsverfahren gelten als besonders zuverlässig, weil sie personenspezifische Merkmale verwenden. Jedoch ist die biometrische Personenerkennung nicht vollständig gegen Fälschungen sicher. Eine besondere Gefahr geht aus von sogenannten „Re- play- Attacken", bei denen der biometrische Datensatz einer Person unberechtigt in ein System eingespielt wird, so daß das Erkennungssystem vermeintlich die biometrischen Daten einer Person erkennt und dieser beispielsweise Zutritt zu einem geschützten Bereich gewährt oder die Durchfuhrung einer bestimmten Transaktion ermöglicht.
Aus dem Stand der Technik sind auch Methoden zur Absicherung der personenspezifischen Zugangsdaten bekannt. Bei diesen Sicherungs verfahren muß beachtet werden, daß ein grundlegender Unterschied zwischen der biometrischen Personenerkennung und anderen üblichen Schutzmechanismen, wie der Vergabe einer Geheimzahl oder eines Passwortes, besteht. Während nämlich dann, wenn eine Geheimzahl oder ein Passwort in falsche Hände gerät, ein Mißbrauch dadurch verhindert werden kann, daß diese gesperrt und neu vergeben werden, ist es praktisch unmöglich, eine neue biometrische Zugangskennung zu vergeben, weil diese naturgemäß personenspeziflsch ist. Wenn z.B. der Datensatz eines Fingers bei einem Fingerab- drucksystem unrechtmäßig ausgespäht wird, kann dieses Merkmal einer Person nicht neu vergeben werden. Das gleiche gilt für ein Gesichtserkennungssystem, weil zum Erkennen einer bestimmten Person kein anderes Gesicht als das eben dieser Person verwendet werden kann.
Um solche Arten des Mißbrauchs abzuwehren, werden heute bereits bei der Aufnahme der biometrischen Personendaten bestimmte Sicherheitsmaßnahmen ergriffen. Diese sind z.B. darauf gerichtet festzustellen, ob sich wirklich die Person vor dem Aufnahmegerät befindet, die erfaßt werden soll, oder nur eine „Kopie", wie eine fotografische Abbildung. Im Falle der Gesichtserkennung kann z.B. bei der Aufnahme darauf geachtet werden, daß intrinsische Bewegungen innerhalb des Gesichts vorhanden sind, um den Gebrauch eines Fotos auszuschließen. Es ist offensichtlich, daß solche Sicherheitsmaßnahmen nicht unüberwindbar sind, weil zur „Überlistung" des Systems beispielsweise anstelle eines Fotos auch eine Videoaufnahme verwendet werden könnte.
Noch schwieriger ist der Schutz bereits aufgenommener biometrischer Personendaten. Wenn eine unberechtigte Person in den Besitz der aufgezeichneten Personendaten kommt, besteht nahezu keine Möglichkeit zu verhindern, daß diese die Personendaten mißbräuchlich in ein Zugangsdatennetz einspeist und dadurch Zugang zu dem System erlangt.
Es ist daher eine Aufgabe der vorliegenden Erfindung, ein neues Verfahren und ein System zur biometrischen Personenerkennung anzugeben, die einen besseren Schutz gegen Fälschungen bieten.
Diese Aufgabe wird durch ein Verfahren mit den Merkmalen von Anspruch 1 sowie durch ein System mit den Merkmalen von Anspruch 10 gelöst.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und System wird vor, während oder nach der Erfassung der Personendaten, die der biometrischen Personenerkennung dienen, die Person veranlaßt, eine bestimmte Bewegung auszufuhren, und es wird überprüft, ob die Person diese Bewegung ausgeführt hat, bevor mit der Personenerkennung fortgefahren wird. Die Erfindung setzt somit ein interaktives Verfahren und System ein, um sicherzustellen, daß sich tatsächlich ein realer Benutzer, nämlich die Person, die z.B. Zutritt zu einem gesicherten Bereich erhalten möchte, vor dem Gerät befindet und nicht eine Kopie. Bei einer ersten bevorzugten Ausfuhrungsform der Erfindung wird hierfür mittels einer Videokamera die Augenposition und damit die Blickrichtung einer Person bestimmt. Es wird z.B. auf einem Bildschirm ein beliebiges Objekt vorgegeben, auf das die Person blicken soll, und durch Erfassen der Augenstellung kann erkannt werden, ob die Person tatsächlich in die vorgegebene Blickrichtung sieht. Durch Vorgeben mehrerer solcher zufällig positionierter Objekte und Überprüfen, ob sich die Blickrichtung der Person entsprechend den Objektpositionen ändert, kann sichergestellt werden, daß sich eine lebende Person vor dem Erkennungssystem befindet und nicht eine Kopie des biometrischen Datensatzes dieser Person eingespielt wird.
Bei einer alternativen Ausfuhrungsform der Erfindung kann anstelle der Augenstellung auch die Position eines Fingers auf einem Digitalisiertablett oder dergleichen erfaßt werden. Hierzu kann auf dem Tablett an verschiedenen Stellen eine Markierung angezeigt und erfaßt werden, ob der Benutzer seinen Finger auf die verschiedenen Markierungspositionen legt.
Erst wenn die durch das System gesteuerten Bewegungen des Benutzers den vorgegebenen Positionen richtig folgen, werden die mittels Video oder anderer Erfassungsmittel aufgezeichneten biometrischen Daten (des Gesichtes, des Fingerabdrucks oder dergleichen) anhand gespeicherter Referenzdaten überprüft, um festzustellen, ob es sich bei dem Benutzer um eine autorisierte Person handelt.
Bei dem erfindungsgemäßen Verfahren und System ist es praktisch unmöglich, einen fertigen biometrischen Datensatz mißbräuchlich für eine „Replay-Attacke" einzusetzen. Durch die zufällige Vorgabe von Objekten, denen die Bewegung der Testperson folgen muß, kann die Überprüfung nur eine tatsächlich vorhandene Person bestehen. Vorzugsweise werden nacheinander mehrere Objekte an verschiedenen Positionen vorgegeben, um eine zufällige Übereinstimmung der Blickrichtung, Handposition oder dergleichen mit der Objektposition auszuschließen.
Die Erfindung ist im folgenden anhand bevorzugter Ausführungsformen mit Bezug auf die Zeichnung näher erläutert. In den Figuren zeigen:
Fig. 1 ein Flußdiagramm einer bevorzugten Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens; und Fig. 2 eine schematische Blockdiagrammdarstellung des erfindungsgemäßen Systems zur biometrischen Personenerkennung.
Fig. 1 zeigt eine bevorzugte Ausfuhrungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens.
In einem ersten Schritt 8 wird ein Fehlerzähler j auf 0 gesetzt, und die Anzahl J der zulässigen Fehlversuche wird z.B. auf 3 festgelegt. Im Schritt 10 wird ein Testiterationszähler n auf 0 gesetzt, und die Anzahl N der Testdurchläufe wird z.B. auf 3 gesetzt, wobei jede andere geeignete Zahl gewählt werden kann. Im Schritt 12 wird das Videobild einer Testperson aufgezeichnet und in digitaler Form abgespeichert. Dann wird im Schritt 14 auf einem Bildschirm an einer zufälligen Position ein Objekt angezeigt, und die Testperson wird aufgefordert, auf das Objekt zu blicken.
Im Schritt 16 wird das Augenpaar der Testperson erfaßt, d.h. mittels Video aufgezeichnet und in digitale Form umgewandelt, und die Blickrichtung wird bestimmt. Hierzu kann z.B. das in dem Patent DE 196 322 37 beschriebene Verfahren verwendet werden.
Im Schritt 18 wird überprüft, ob die Blickrichtung der Testperson zu dem auf dem Bildschirm angezeigten Objekt geht, wobei ein bestimmtes Zeitintervall vorgegeben werden kann, innerhalb dessen die Blickrichtung in der richtigen Richtung liegen muß. Falls sie dies nicht tut, geht der Verfahrensablauf zurück über die Schritte 32 und 34 zum Schritt 10, so daß der Iterationszähler n auf 0 gesetzt bleibt; der gesamte Erkennungsvorgang wird neu gestartet. Im Schritt 32 wird der Fehlerzähler um 1 erhöht, und im Schritt 34 wird geprüft, ob die Blickrichtung bereits J (=3) Mal nicht zu dem angezeigten Objekt gegangen ist. Wenn j<J, wird im Schritt 10 eine erneute Lenkung und Erfassung der Blickrichtung gestartet. Wenn jedoch bereits J (=3) Fehlversuche erfolgt sind, wird die Erkennungsschleife über eine Alarmstufe 36 verlassen. Eine Bedienungsperson oder ein Programm werden benachrichtigt, die dann geeignete Maßnahmen einleiten können.
Wenn andererseits die Blickrichtung zu dem auf dem Bildschirm angezeigten Objekt geht, wird im Schritt 20 der Iterationszähler n um 1 erhöht; n = n+1. Im Schritt 22 wird dann überprüft, ob der Iterationszähler n bereits die maximale Anzahl N (=3) der Durchläufe erreicht hat. Wenn dies nicht der Fall ist, geht der Ablauf zurück zum Schritt 12, wo erneut das Bild der Testperson aufgenommen und abgespeichert und dann in den Schritten 14 bis 18 die Blickrichtung überprüft wird. Bei diesem und jedem weiteren Durchlauf wird das Objekt jeweils bei einer anderen Position auf dem Bildschirm angezeigt.
Wenn die vorgegebene Anzahl der Testdurchläufe erfolgreich abgeschlossen wurde, d.h. wenn im vorliegenden Fall n = N = 3, ist die Sicherheitsüberprüfung positiv beendet, und das Verfahren fährt im Schritt 24 mit der biometrischen Erkennung fort, die beispielsweise wie in der Patentanmeldung DE 198 47 261 beschrieben ablaufen kann.
Fig. 2 zeigt eine sehr vereinfachte Darstellung des erfindungsgemäßen Systems zur Personenerkennung gemäß einer bevorzugten Ausfuhrungsform mit seinen Grundelementen. Das System umfaßt einen Monitor 26, eine Kamera 28 und eine Steuer- und Auswerteeinheit 30. Auf dem Monitor 26 wird ein Objekt 32 bei einer willkürlich wählbaren Position angezeigt, um die Blickrichtung einer Testperson (nicht gezeigt) zu lenken. Mit der Kamera 28 kann ein Videobild der Testperson, und insbesondere das Gesicht der Testperson bzw. noch spezieller der Augen der Testperson aufgenommen werden, das digitalisiert und in der Steuer- und Auswerteeinheit 30 gemäß dem oben beschriebenen Verfahren verarbeitet wird.
Die Erfindung hat den großen Vorteil, daß sie mit Standardhardware, wie einem üblichen PC mit Monitor sowie einer Videokamera, realisierbar ist und daß sie keine Spezialumgebung benötigt. Durch Vorgeben einer größeren Anzahl von zufällig gewählten Objektpositionen auf dem Monitor kann ein beliebig hoher Grad an Sicherheit geschaffen werden.
Selbstverständlich sind, wie eingangs erwähnt, auch andere biometrische Erfassungsmethoden als die optische Abtastung einer Testperson möglich, z.B. die Aufnahme eines Fingerabdrucks bei verschiedenen, vorgebbaren Positionen auf einem Anzeige- und Erfassungsschirm mittels thermischer, kapazitiver oder anderer Verfahren.
Das erfindungsgemäße Verfahren und System kann in der Zukunft für die automatische und biometrische Zugangskontrolle verwendet werden. Eine vorgeschaltete, nachgeschaltete oder in den Erkennungsprozeß eingestreute Prozedur zur Überprüfung der Blickrichtung der Augen, der Position eines Fingers oder dergleichen stellt sicher, daß die Personenerkennung tatsächlich mit einer lebenden Person durchgeführt wird. Durch Vergleichen der dabei entstehenden Personendaten mit Referenzdaten wird sichergestellt, daß es sich um eine gewünschte bzw. autorisierte Person handelt. Vorstehend wurden lediglich die Grundzüge der Erfindung erläutert, ohne auf die Einzelheiten der an sich bekannten Verfahren zur biometrischen Personenerkennung einzugehen. Solche sind z.B. in der in Bezug genommenen Patentanmeldung DE 198 47 261 oder auch in den darin genannten Veröffentlichungen beschrieben. Es liegt im Können des Durchschnittsfachmanns, ein für den jeweiligen Anwendungsfall geeignetes Personenerkennungsverfahren zu wählen.
Die in der vorstehenden Beschreibung, den Ansprüchen und der Zeichnung offenbarten Merkmale können sowohl einzeln als auch in beliebiger Kombination für die Verwirklichung der Erfindung in ihren verschiedenen Ausgestaltungen von Bedeutung sein.

Claims

Patentansprüche
1. Verfahren zur Fälschungssicherung bei biometrischer Personenerkennung, bei der wenigstens ein biologisches Merkmal einer Person erfaßt und in Personendaten transformiert wird (12), um die Person zu erkennen (24), dadurch gekennzeichnet, daß die Person veranlaßt (14) wird, eine steuerbare Bewegung auszuführen, und diese Bewegung erfaßt wird (16).
2. Verfahren nach Anspruch 1 , dadurch gekennzeichnet, daß die Blickrichtung der Person gesteuert und die Augenstellung erfaßt wird.
3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, daß auf einem Monitor wenigstens eine Markierung an einer willkürlichen Position vorgegeben und erfaßt wird, ob die Blickrichtung der Person auf diese Markierung geht.
4. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Person veranlaßt wird, eine Hand oder Teile davon bei einer vorgebbaren Position auf eine biometrische Erfassungseinrichtung zu legen und biometrische Daten der Hand bzw. deren Teile bei dieser Position erfaßt werden.
5. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Person veranlaßt wird, mehrmals hintereinander ähnliche Bewegungen auszuführen, die auf unterschiedliche, vorgebbare Positionen gerichtet sind.
6. Verfahren nach Anspruch 5, dadurch gekennzeichnet, daß eine erste Zielrichtung für die Bewegung vorgegeben und geprüft wird, ob eine erste Bewegung der vorgegebenen Zielrichtung folgt, und wenigstens eine weitere, von der ersten Zielrichtung abweichende Zielrichtung vorgegeben und geprüft wird, ob wenigstens eine zweite Bewegung dieser weiteren Zielrichtung folgt, und wenn wenigstens die erste und die zweite Bewegung den jeweiligen Zielrichtungen folgen, das biologische Merkmal der Person erfaßt wird.
7. Verfahren nach Anspruch 5 oder 6, dadurch gekennzeichnet, daß dann, wenn mehrmals hintereinander die Bewegungen nicht den Zielrichtungen folgen, ein Alarm ausgegeben wird.
8. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß ein Gesichtsbild der Person aufgenommen und digitalisiert wird, in dem digitalisierten Gesichtsbild die Ist-Augenstellung erfaßt und mit einer Soll-Augenstellung verglichen wird, und wenn die Ist-Augenstellung mit der Soll- Augenstellung weitgehend übereinstimmt, das digitalisierte Gesichtsbild mit wenigstens einem digitalen Referenz-Gesichtsbild verglichen wird.
9. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß das Bild eines Hand- oder Fingerabdrucks der Person aufgenommen und digitalisiert wird, die Ist-Position des Bildes in einem Erfassungsbereich ermittelt und mit einer Soll-Position verglichen wird, und wenn die Ist- Position mit der Soll-Position weitgehend übereinstimmt, das digitalisierte Bild mit wenigstens einem digitalen Referenzbild verglichen wird.
10. Verfahren nach einem der vorangehenden Ansprüche, dadurch gekennzeichnet, daß die Bewegung vor, nach oder während der Personenerkennung der Person erfaßt wird.
11. System zur Fälschungssicherung bei biometrischer Personenerkennung mit einer Detektoreinrichtung (28) zum Erfassen wenigstens eines biologischen Merkmals einer Person und einer Verarbeitungseinrichtung (30) zum Transformieren des erfaßten Merkmals in Personendaten, gekennzeichnet durch eine Lenkeinrichtung (26) zum Auslösen einer bestimmten Bewegung der Person, die von der Detektoreinrichtung überprüfbar ist.
12. System nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkeinrichtung einen Monitor (26) aufweist, auf dem eine Markierung an willkürlichen Positionen darstellbar ist, um die Bewegung der Person auf diese Markierung zu richten.
13. System nach Anspruch 11 oder 12, dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkeinrichtung (26) die Blickrichtung der Person steuert, die Detektoreinrichtung (28) die Augenstellung erfaßt, und die Verarbeitungseinrichtung (30) die erfaßte Augenstellung digitalisiert und mit einer Soll-Augenstellung vergleicht.
14. System nach Anspruch 11 , dadurch gekennzeichnet, daß die Lenkeinrichtung Teil der Detektoreinrichtung ist.
15. System nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung ein Digitalisiertablett aufweist, um die Handbewegung der Person zu steuern und die Handposition zu erfassen, und die Verarbeitungseinrichtung die erfaßte Handposition digitalisiert und mit einer Sollposition vergleicht.
16. System nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeichnet, daß die Detektoreinrichtung einen Fingerabdruck der Person nur bei der Sollposition erfaßt.
17. Verfahren zur biometrischen Personenerkennung umfassend ein Verfahren nach einem der Ansprüche 1-10, dadurch gekennzeichnet, daß die Personendaten mit Referenzdaten verglichen werden.
18. Einrichtung zur biometrischen Personenerkennung umfassend ein System nach einem der Ansprüche 11-16, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinrichtung die Personendaten mit Referenzdaten vergleicht.
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