Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik

Biometrische Verfahren

Hintergrund:
Biometrie bietet sich in Ergänzung oder als Ersatz herkömmlicher Authentifizierungs-Methoden wie Wissen (PIN, Passwort, ...) oder Besitz (Schlüssel, Karte oder andere Token) deshalb an, weil die körperlichen Eigenschaften im Gegensatz zu Wissens- und Besitzelementen nicht nur mittelbar personenbezogen sondern unmittelbar personengebunden sind. Biometrie ist noch eine recht junge Technologie mit großen Entwicklungspotenzialen, woraus sich vielfältige, grundlegende Fragestellungen ergeben, die es noch zu untersuchen gilt. Darüber hinaus hat das BSI in den letzten Jahren neuartige Technologien zur Erfassung biometrischer Merkmale sowie zum Schutz gegen Angriffe mit künstlichen Merkmalen (sogenannte Fakes) entwickelt, was weitere interessante und hochaktuelle Arbeitsfelder eröffnet hat.

Ziele:

  • (Sicherheits-)Analyse und Implementierung von biometrischen Kryptosystemen (Template Protection Verfahren) für die Fingerbiometrie und Untersuchung der Übertragbarkeit auf andere biometrische Merkmale (Gesichtsbiometrie, Venenbiometrie).
  • (Sicherheits-) Analyse von Template Protection Verfahren im Spektralbereich. Diese Frage ist von Bedeutung im Zusammenhang mit der Optical Coherence Tomography (OCT), da diese Sensorinformationen im Spektralbereich liefert.
  • Entwicklung neuer Ansätze zur Fusion von verschiedenen Sensoren und Fusion biometrischer Merkmale zur Verwendung in Verbindung mit biometrischen Kryptosystemen.
  • Die Sensorfusion bei multimodaler Biometrie oder auch bei der Kombination mehrerer Sensoren zur Echtheitserkennung ist noch nicht optimal gelöst. Gesucht werden einfach einlernbare und erweiterbare Fusionierungsmethoden, welche zum Beispiel kontextbezogen die Ergebnisse der einzelnen Sensoren intelligent gewichten und damit das Gesamtergebnis verbessern. (Input: Sensordaten bestehender multimodaler Geräte; Output: Klassifikation und statistische Untersuchungen über die erreichte Zuverlässigkeit)
  • Beschleunigung komplexer Datenverarbeitung mittels hochdetaillierter Sensorik: Die Optical Coherence Tomography (OCT) ist für die Biometrie ein viel versprechender neuer Ansatz um die Träger biometrischer Merkmale, wie Finger, Iris, Retina, etc., ganzheitlich und damit hoch performant und gleichzeitig in hohem Maße Fälschungs-sicher zu erfassen. Die OCT- Technologie liefert dazu dreidimensionale, hochauflösende Daten (IR-Spektraldaten und 3D-Bilder), welche eine Vielzahl von neuen Methoden für Biometrie-Erfassung und Fake-Erkennung ermöglicht. Dabei werden allerdings sehr große Datenströme erzeugt, die mit konventionellen Methoden nicht schnell genug verarbeitet werden können. Deshalb sollen geeignete Filter und Auswertealgorithmen auf die hochparallele Rechenstruktur zum Beispiel einer Grafikkarte umgesetzt werden. Zusätzlich ergeben sich hierbei noch weitere Arbeitsgebiete, wie:

    • Daten-Vorverarbeitung (Filter) mit FPGAs
    • Entwicklung von unterstützender, interaktiver Datenvisualisierung (Input: Sensordaten; Output: Ergebnisse von Merkmalsfiltern und Klassifikatoren sowie angemessene Darstellung der 3D-Sensordaten [zum Beispiel Segmentierung, Extraktion von Fingerabdrücken, Analyse interner Strukturen, Erkennung von Manipulationen und Fälschungen])
  • Systematische Untersuchung von Grundlagenfragen bei unterschiedlichen Biometrien: zum Beispiel die Bandbreite der Verzerrung von Fingerabdrücken abhängig von Auflagerichtung und -Druck; oder die Variationsmöglichkeiten durch Schminke und andere Einflüsse bei der Gesichtsbiometrie. (Input: Datenbanken und Feldversuche; Output: statistische Auswertungen und Min/Max-Analysen)

    • Entwicklung eines Programms zur statistischen Auswertung von biometrischen Untersuchungen (Input: Daten in einer Datenbank; Output: Grafiken mit Verteilungsfunktionen, Fehlerkurven, -Kurven)
    • Systematische Untersuchung der Überwindungssicherheit biometrischer Erfassungssysteme sowie Bestandsaufnahme, Analyse, Bewertung und Entwicklung von Gegenmaßnahmen
  • Untersuchung weiterer Anwendungsfelder für neue biometrische Sensoren:

    • Mobile Fingerbiometrie mit "Sensor on Display"-Technologie
    • Erfassung von Kleinkinder-Fingern (z.B. zum Schutz vor Vertauschung)
    • Neue Ansätze in der Verhaltensbiometrie, z.B.: Fahreridentifikation auf Basis von Inertialsensoren, etc.

Art der Arbeit:
Diplomarbeit; Masterarbeit; Bachelorarbeit

Nützliche Vorkenntnisse:
(abhängig von der Aufgabenstellung) C/Java, Matlab, (CUDA s.o.)

Studienrichtung:
Informatik, Elektrotechnik, Physik

Ansprechpartner:
Ralph Breithaupt, Dr. Ulrike Korte, Prof. Markus Ullmann
Referat D 15: Technologische Grundlagen sicherer elektronischer Identitäten, Chipsicherheit