FR2634570A1 - Multi-biometric authentication system - Google Patents
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Abstract
Description
DESCRIPTION
SYSTEME D'AUTHENTIFICATION MULTI-BIOMETRIQUE
La présente invention a pour objet un système d'authentification muLti-biométrique.DESCRIPTION
MULTI-BIOMETRIC AUTHENTICATION SYSTEM
The present invention relates to a multi-biometric authentication system.
Elle trouve une application dans La mise en oeuvre de procédures de controle d'acces. Par "con t rôle d'accès", on désigne aussi bien un contrôLe d'accès physique (accès à un laboratoire, un étabLissement, une salle, etc.) qu'un contrôle d'acces à un système informatique ou à des données informatiques. It finds an application in the implementation of access control procedures. "Access role" means both physical access control (access to a laboratory, an establishment, a room, etc.) and access control to a computer system or data IT.
Lors d'un contrôle d'accès biométrique, on exige de L'usager qu'il presente un caractère biométrique,. LequeL est authentifié par un système approprié. During a biometric access control, the User is required to present a biometric character. LequeL is authenticated by an appropriate system.
Ce caractere biométrique peut être La voix, Les empreintes digitaLes, La signature manuscrite, Le fond de l'oeiL, La forme de La main, etc. Les informations saisies par un capteur approprié sont comparées à une référence et Le résuLtat -de La comparaison permet d'autoriser ou de refuser L'accès demandé. La référence est préaLabLement mémorisée soit dans une carte à mé moire détenue par l'utiLisateur, soit dans une base de données reLiée au système.This biometric characteristic can be the voice, the fingerprints, the handwritten signature, the background of the eye, the shape of the hand, etc. The information entered by an appropriate sensor is compared to a reference and the result of the comparison enables or denies the requested access. The reference is previously stored either in a memory card held by the user, or in a database linked to the system.
IL existe de nombreux systèmes d'authentification biométrique utilisant L'un ou L'autre des caractères précités. Le fonctionnement de ces systèmes repose sur Le test d'un seuL caractère biométrique ; ce test est très souvent associé à La vérification d'un code confidentiel. There are many biometric authentication systems using one or the other of the above characters. The operation of these systems is based on the test of a single biometric character; this test is very often associated with Verification of a confidential code.
Si, pour des raisons accidenteLLes (aphonie, dégradation momentanée de L'empreinte digitaLe, infection ocuLaire, bLessure au poignet...), L'usager n'est pas dans des conditions normaLes pour subir une authentification, il se trouve rejeté, même s'il est de bonne foi. En outre, pour certains systèmes, L'usager doit se prêter aux contraintes apportées par la vérification d'un code confidentiel. If, for accidental reasons (aphonia, temporary degradation of the fingerprint, eye infection, injury to the wrist, etc.), the user is not in normal conditions to undergo authentication, he is even rejected. if he is in good faith. In addition, for some systems, the user must accept the constraints brought by the verification of a confidential code.
L'unicité du paramètre d'authentification implique, pour le confort de L'usager et la sécurité de l'accès, des taux d'erreur trés faibles pour le système de reconnaissance. Il en résulte des temps d'exécution longs et un côut élevé du fait de la grande complexité des logiciels et des capteurs. The uniqueness of the authentication parameter implies, for the comfort of the user and the security of access, very low error rates for the recognition system. This results in long execution times and a high cost due to the great complexity of software and sensors.
Le but de l'invention est justement de remédier à ces inconvénients. A cette fin, l'invention propose de combiner plusieurs moyens d'authentification biométrique mettant en oeuvre des caractères biométriques différents, ces moyens étant sous la commande d'un organe central de contrôle et de gestion. The object of the invention is precisely to remedy these drawbacks. To this end, the invention proposes to combine several means of biometric authentication using different biometric characters, these means being under the control of a central control and management body.
En raison de la multiplicité des moyens possibles d'authentification, Le système de l'invention- échappe aux nuisances extérieures (bruit ambiant dans le cas de L'authentification vocale, atmosphere hostile, produits salissants, humidité, pour Les autres moyens d'authentification) qui risquent de gêner son fonctionnement puisque L'organe centraL peut sélectionner celui des moyens d'authentification qui échappe auxdites nuisances sans qu'il soit nécessaire de modifier la structure du système. Due to the multiplicity of possible means of authentication, the system of the invention escapes external nuisance (ambient noise in the case of voice authentication, hostile atmosphere, dirty products, humidity, for other means of authentication ) which may interfere with its operation since the central body can select the authentication means that escapes said nuisance without the need to modify the system structure.
Le système de L'invention permet également d'adapter le moyen d'authentification retenu à L'usager, d'après la stabilité de ses caractères biométriques. The system of the invention also makes it possible to adapt the authentication means chosen for the user, according to the stability of its biometric characters.
La combinaison des moyens d'authentification permet aussi de hiérarchiser les accès et de gérer le degré de sécurité suivant les niveaux d'accès. The combination of authentication means also makes it possible to prioritize access and manage the degree of security according to the access levels.
Une authentification basée sur un ensemble de caractères biométriques autorise l'accès au niveau de sécurité le plus élevé, alors qu'une authentification basée sur un caractère unique autorise l'accès au niveau de sécurité le plus faible.Authentication based on a set of biometric characters authorizes access to the highest security level, while authentication based on a single character authorizes access to the lowest security level.
Selon une autre variante de mise en oeuvre il est possible d'augmenter le degré de sécurité en laissant à L'organe central l'initiative du choix du test biométrique à opérer, ce choix étant déterminé par un mécanisme aléatoire, L'usager devant naturel Liement posséder des références pour chaque type d'authentification, dans l'incertitude du caractère qui sera choisi. According to another variant of implementation, it is possible to increase the degree of security by leaving to the central organ the initiative for the choice of the biometric test to operate, this choice being determined by a random mechanism Liaison have references for each type of authentication, in the uncertainty of the character which will be chosen.
On comprend ainsi que le système de l'inven- tion ne se contente pas de juxtaposer des systemes d'authentification différents mais qu'il combine, à travers L'organe central, différents moyens d'authentification. De cette combinai son découlent des fonctions nouvelles (affranchissement vis-à-vis des nuisances extérieures, hiérarchisation des contrôles, choix aleatoire, etc...) et des résultats nouveaux et avantageux (abaissement du coût, modularité, souplesse, fiabilité). It is thus understood that the system of the invention is not satisfied with juxtaposing different authentication systems but that it combines, through the central body, different means of authentication. From this combination, new functions emerge (free from external nuisances, prioritization of controls, random choice, etc.) and new and advantageous results (lower cost, modularity, flexibility, reliability).
De façon plus précise, la présente invention a pour objet un systeme d'authentification biométrique caractérisé par le fait qu'il comprend :
- un organe central de contrôle et de gestion,
- plusieurs modules d'authentification biometrique aptes à effectuer chacun un test d'authentification à L'aide d'un caractère biométrique déterminé, ce caractere étant différent d'un module à L'autre,
- un moyen de Liaison entre L'organe central et Les différents modules, cet organe central etant apte à commander la mise en oeuvre d'au moins un des modules et de recueillir le résultat du test effectué par chaque module mis en oeuvre.More specifically, the present invention relates to a biometric authentication system characterized in that it comprises:
- a central control and management body,
several biometric authentication modules each capable of carrying out an authentication test using a specific biometric character, this character being different from one module to the other,
a means of connection between the central organ and the different modules, this central organ being able to control the implementation of at least one of the modules and to collect the result of the test carried out by each module implemented.
De toute façon, Les caractéristiques de l'in- vention apparaçtront mieux à La lumière de la description qui va suivre. Cette description porte sur des exemples de réalisation donnés à titre explicatif et nullement limitatif et elle se réfère à des dessins annexés, sur lesquels :
- la figure 1 montre l'architecture du systeme de l'invention,
- la figure 2 illustre un exemple d'adaptation du système à des niveaux d'accès hiérarchisés,
- la figure 3 montre un module d'authentification à empreintes digitales.In any case, the characteristics of the invention will appear better in the light of the description which follows. This description relates to exemplary embodiments given by way of explanation and in no way limiting, and it refers to the attached drawings, in which:
FIG. 1 shows the architecture of the system of the invention,
FIG. 2 illustrates an example of adaptation of the system to hierarchical access levels,
- Figure 3 shows a fingerprint authentication module.
La figure 1 se réfère à un mode de réalisation utilisant des cartes électroniques. Il va de soi que
L'invention n'est pas limitée à cette technique même si elle semble, à L'heure actuelle, la plus avantageuse.Figure 1 refers to an embodiment using electronic cards. It is obvious that
The invention is not limited to this technique even if it seems, at the present time, the most advantageous.
L'architecture de la figure 1 montre :
- une carte mère 10 constituant un organe central de contrôle et de gestion ; cette carte comprend un microprocesseur, par exemple du type 68000 de
MOTOROLA, une mémoire de programme, une mémoire de travail et des liaisons série ;
- divers modules Ml, M2, M3,- etc... d'authentification biométrique, comprenant chacun un capteur 20 et une carte spécifique de traitement 30 ;
- un bus 40, par exemple du type VME commer cialisé par la Société MOTOROLA ;
- divers organes comme un ordinateur hôte 50 et un lecteur de carte à mémoire 60.The architecture of Figure 1 shows:
a motherboard 10 constituting a central control and management organ; this card includes a microprocessor, for example of the 68000 type
MOTOROLA, a program memory, a working memory and serial links;
- various modules Ml, M2, M3, - etc ... of biometric authentication, each comprising a sensor 20 and a specific processing card 30;
- a bus 40, for example of the VME type marketed by the MOTOROLA Company;
various organs such as a host computer 50 and a memory card reader 60.
Le fonctionnement de ce système est le suivant. The operation of this system is as follows.
Le système est articulé autour de la carte mère comportant Le microprocesseur. Cette carte assure la coordination des différentes cartes qui lui sont reliées par L'intermédiaire du bus et la gestion des échanges avec l'extérieur. The system is built around the motherboard including the microprocessor. This card coordinates the various cards linked to it via the bus and manages exchanges with the outside world.
Les fonctions propres au mode d'authentification utilisé sont regroupées sur la carte prévue à cet effet, afin d'assurer la modularité de l'ensemble. The functions specific to the authentication mode used are grouped together on the card provided for this purpose, in order to ensure the modularity of the assembly.
Les calculs les plus complexes sont effectués sur cette carte, à L'aide de circuits spécialisés (corréLateur, processeur de traitement de signal, etc.). Des calculs plus éLémentaires peuvent être traites par le microprocesseur de La carte mère.The most complex calculations are performed on this card, using specialized circuits (correlator, signal processing processor, etc.). More basic calculations can be processed by the motherboard microprocessor.
Il n'existe a priori aucune hierarchie fonctionnelle entre les différentes cartes qui constituent le système de L'invention. La position des cartes spécifiques sur le bus est indifférente. Le choix de cette architecture renforce la modularité du système et permettra d'y adapter tous Les développements futurs (nouveaux moyens d'authentification, utilisation de processeurs ou d'algorithmes plus performants, etc.). A priori, there is no functional hierarchy between the various cards which constitute the system of the invention. The position of the specific cards on the bus is indifferent. The choice of this architecture strengthens the modularity of the system and will allow all future developments to be adapted to it (new means of authentication, use of more efficient processors or algorithms, etc.).
Le dialogue systeme-utilisateur s'effectue par exemple par l'intermédiaire d'un écran à cristaux
Liquides et de touches de fonctions reliées à la carte mère.The system-user dialogue is carried out for example via a crystal screen
Liquids and function keys connected to the motherboard.
Différentes références peuvent être stockées dans une carte à mémoire. Dans ce cas, le lecteur de carte 60 est intégré au système. Different references can be stored in a memory card. In this case, the card reader 60 is integrated into the system.
Les liaisons séries situées sur la carte mère permettent de communiquer avec l'ordinateur hôte. The serial links located on the motherboard allow communication with the host computer.
Il est possible d'envisager plusieurs modes de fonctionnement du systeme suivant le niveau de securité choisi
a) Dans le cas d'un accès à un seul niveau de sécurité, le systeme peut, de façon aléatoire, choisir un moyen d'authentification pour lequel L'usager possède une référence. En cas d'échec de L'authentification, le système peut soit autoriser un nouvel essai avec le même moyen, soit en choisir un autre.It is possible to envisage several operating modes of the system depending on the security level chosen.
a) In the case of access to a single level of security, the system can, at random, choose an authentication means for which the user has a reference. If authentication fails, the system can either authorize a new attempt using the same means, or choose another one.
b) Dans le cas d'un accès à plusieurs niveaux de sécurité (cas par exemple d'un système informatique dans lequel on distingue une partie accessible à tout utilisateur et une autre réservée aux responsables du systeme) une combinaison de différents moyens d'authentification permet de hiérarchiser les acces. b) In the case of access to several security levels (case for example of a computer system in which there is a part accessible to any user and another reserved for those responsible for the system) a combination of different authentication means allows prioritizing access.
Cette dernière variante est illustrée sur
La figur-e 2 :
- pour L'accès au premier niveau N1, un seul paramètre est testé à L'aide d'un module M1,
- pour L'accès au deuxième niveau N2, un test supplémentaire est effectué par le module M2,
- et ainsi de suite.This last variant is illustrated on
Figure 2:
- for access to the first level N1, a single parameter is tested using an M1 module,
- for access to the second level N2, an additional test is carried out by the M2 module,
- And so on.
L'usager, pour avoir acces au niveau de sécurité le pLus élevé (N3) devra passer avec succès les tests des niveaux inférieurs (N1, N2). The user, to have access to the highest security level (N3), must successfully pass the tests of the lower levels (N1, N2).
Il est également possibLe d'associer le niveau de sécurité le plus faible au moyen d'authentification le moins performant. It is also possible to associate the lowest level of security with the least effective authentication means.
Quel que soit le mode de fonctionnement choisi, pour chaque type d'authentification, l'information est issue d'un capteur adapté au caractère biométrique choisi. Cette information est transférée sur la carte et traitée par celle-ci, qui opère en liaison avec la carte- mère. Whatever the operating mode chosen, for each type of authentication, the information comes from a sensor adapted to the selected biometric character. This information is transferred to the card and processed by it, which operates in conjunction with the motherboard.
On peut decrire trois types d'authentification, lesquels sont, du reste, de type connu a. Authentification par empreintes digitales
La figure 3 montre La structure du module d'authentification utilisé. It comprend trois éléments : un capteur optique 20, une carte d'acquisition et de numérisation 30/1 et une carte de corréLation 30/2.We can describe three types of authentication, which are, moreover, of known type a. Fingerprint authentication
Figure 3 shows the structure of the authentication module used. It comprises three elements: an optical sensor 20, an acquisition and digitization card 30/1 and a correlation card 30/2.
Le capteur 20 a fait L'objet d'une demande de brevet français NO EN/88 02803 du 4 Mars 1988. Sensor 20 was the subject of a French patent application NO EN / 88 02803 of March 4, 1988.
L'image de l'empreinte est obtenue de la façon suivante : l'utilisateur place son index 21 sur un prisme 23 de section triangulaire droite, éclairé en parallèle par un systeme 26 sur L'une de ses faces carrées. L'image latente e-st transportée par le faisceau emergeant de L'autre face carrée du prisme, dévié par réflexion totale sur le prisme 24. Cette image est formée par un objectif spécial 27 sur le plan d'une matrice 29 du type dispositif à couplage de charges (CCD). The image of the imprint is obtained in the following way: the user places his index finger 21 on a prism 23 of right triangular section, lit in parallel by a system 26 on one of its square faces. The latent image is transported by the emerging beam from the other square face of the prism, deflected by total reflection on the prism 24. This image is formed by a special objective 27 on the plane of a device-type matrix 29 charge coupled (CCD).
Après saisie par un circuit 31, L'image est numérisée mise sous forme binaire par le circuit 32 puis stockée dans une mémoire rapide 34, appelée mémoire image, sur la carte de corrélation 30/2. After capture by a circuit 31, the image is digitized put in binary form by the circuit 32 then stored in a fast memory 34, called image memory, on the correlation card 30/2.
La référence de L'usager est transférée de la carte à mémoire ou de la base de données vers une mémoire appelée mémoire de référence 35. Cette mémoire représente La partie la plus significative de
L'empreinte.The user's reference is transferred from the memory card or from the database to a memory called reference memory 35. This memory represents the most significant part of
The imprint.
Un circuit 36 effectue la corrélation entre
Les données de la mémoire image et celles de la mémoire de référence.A circuit 36 performs the correlation between
The data of the image memory and that of the reference memory.
Les résultats de la corrélation sont envoyes au microprocesseur 68000 de la carte mère par le bus 40. Ces résultats valident ou non L'authentification. The results of the correlation are sent to the microprocessor 68000 of the motherboard by the bus 40. These results validate or not the authentication.
Une carte video optionnelle permet de contrô- ler sur un moniteur vidéo La saisie de L'empreinte digitale. An optional video card makes it possible to control the capture of the fingerprint on a video monitor.
b. Authentification par La voix
L'authentification de la voix est actuellement basée sur la reconnaissance d'un mot de passe. Ellé ne nécessite qu'une seule carte spécifique-, de type connu.b. Voice Authentication
Voice authentication is currently based on the recognition of a password. It only requires one specific card, of known type.
Le signal vocal est capté par un microphone puis mis en forme sur une carte afin d'y être échantil-
tonné et numérisé. Les informations résultant de la conversation sont transmises à un processeur de traitement de signal (par exemple DSP 56000 de MOTOROLA), qui possede ses propres mémoires de travail et de pro gramme. Ce processeur extrait les paramètres du signal vocal qui servent à la comparai son avec la référence.The voice signal is picked up by a microphone and then formatted on a card for sampling.
thundered and digitized. The information resulting from the conversation is transmitted to a signal processing processor (for example DSP 56000 from MOTOROLA), which has its own working and program memories. This processor extracts the parameters of the voice signal which are used to compare the sound with the reference.
Le résultat de la comparaison est transmis à la carte mère.The result of the comparison is transmitted to the motherboard.
L'utilisation du processeur de traitement de signal peut être étendue à La synthèse de la parole, ce qui améliore ainsi la convivialité du système. The use of the signal processing processor can be extended to Speech Synthesis, thereby improving the usability of the system.
c. Authentification par La signature manuscrite
L'authentification par signature manuscrite ne nécessite pas de carte spécifique. L'usager dépose sa signature sur une tablette à numériser, à L'aide d'un stylo spécial relié à la tablette. Une liaison série assure le transfert des données à la carte mère (position, vitesse, accélération).vs. Authentication by handwritten signature
Authentication by handwritten signature does not require a specific card. The user deposits his signature on a tablet to be digitized, using a special pen connected to the tablet. A serial link ensures the transfer of data to the motherboard (position, speed, acceleration).
Le microprocesseur situé sur La carte mètre effectue l'analyse des paramètres dynamiques calculés à partir des informations issues de la tablette. En fonction des résultats obtenus il valide ou non L'au- thenti fi cati on. The microprocessor located on the meter card analyzes the dynamic parameters calculated from information from the tablet. Depending on the results obtained, it may or may not validate the authorization.
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