DE10065137A1 - Verfahren zur Lebenderkennung bei der Identifizierung von Personen mittels Fingerabdruck - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft die Identifikation einer Person anhand biometrischer Merkmale des Fingerabdruckes. Das Ergebnis ist verbunden mit der Freigabe eines Zugangs oder Zugriffs für diese identifizierte Person. DOLLAR A Aufgabe der Erfindung ist es, zur Erhöhung der Sicherheit und für eine geringe Fehlerrate bei kurzen Messzeiten mehrere biometrische Werte zu erfassen und so zu bewerten, dass Manipulationen durch Unbefugte erfolglos sind. DOLLAR A Erfindungsgemäß werden zur Lebenderkennung bei der Identifizierung von Personen mittels Fingerabdruck bei mindestens einer Fingerauflage zur Erfassung des/der Fingerabdrucks/Fingerabdrücke der kapazitive Widerstand und der ohmsche Widerstand mittels mindestens zwei Messmethoden getrennt gemessen und bewertet. Aus den gemessenen Werten und der Papillarbewertung werden getrennt Datensätze nach einem Programm errechnet, aus diesen mindestens drei Datensätzen nach einem Programm ein weiterer Datensatz errechnet und dieser Datensatz mit gespeicherten Datensätzen zur Identifikation verglichen.

Description

Die Erfindung betrifft die Identifikation einer Person anhand biometrischer Merkmale des Fingerabdruckes. Das Ergebnis ist verbunden mit der Freigabe eines Zugangs oder Zugriffs für diese identifizierte Person.

Stand der Technik

Die Identifikation einer Person anhand biometrischer Merkmale gewinnt zunehmend in den verschiedenen Bereichen wie Si­ cherheits-, Kommunikations- und Informationstechnik an Bedeu­ tung. Es wurden bisher mehrere körperliche Merkmale zur Nutzung vorgeschlagen, z. B. Augeniris, Fingerabdruck, Stimme usw. Die Bewertung der Papillarstruktur des Fingerabdruckes ist bereits in mehreren technischen Systemen realisiert. Dabei hat sich gezeigt, das diese Papillarstruktur unter bestimmten Umständen von Dritten übertragen und nachgebildet werden kann(sogenannte Dummys). Um derartige Manipulationen auszuschließen wurde vorgeschlagen, wenigstens ein zusätzli­ ches Sensorsystem für die Lebenderkennung anzuordnen (DE OS 198 30 058). Es werden mehrere Prinzipien vorgeschlagen: elektrische Leitfähigkeit der Haut, Blutzuckergehalt, Haut­ temperatur u. a. Eine konkrete technische Lösung dieser Prin­ zipien ist der Veröffentlichung aber nicht zu entnehmen. In der DE OS 199 57 583 wird zur Lebenderkennung vorgeschla­ gen, über die Haut des Fingers ein Hochfrequenzsignal zu leiten und die Impedanzverschiebung gegenüber den nicht überbrückten Kontakten mit einer Bezugsgröße zu bewerten. Gemäß der DE OS 198 30 830 werden Kennlinien der Impedanz der Haut als Funktion der Frequenz aufgenommen und mit Typenkenn­ linien verglichen. Bei der Nutzung nur eines Verfahrens zur Lebenderkennung ist eine Manipulation nicht absolut ausge­ schlossen, insbesondere durch große Toleranzbereiche. Ande­ rerseits wird bei einer Auswertung in sehr engen Grenzen die fehlerhafte Zurückweisung erhöht.

Schließlich ist durch die DE OS 197 30 170 bekannt, mehrere biometrische Merkmale zu erfassen und in Kombination zu bewerten. Konkrete technische Lösungen hierzu sind der Veröf­ fentlichung nicht zu entnehmen.

Aufgabe der Erfindung

Aufgabe der Erfindung ist es deshalb, zur Erhöhung der Sicherheit und für eine geringe Fehlerrate bei kurzen Messzeiten mehrere biometrische Werte zu erfassen und so zu bewerten, dass Manipulationen durch Unbefugte erfolglos sind.

Erfindungsgemäß wird die Aufgabe gemäß den Merkmalen des Anspruchs 1 gelöst. Spezielle Ausgestaltungen sind in den Unteransprüchen dargelegt.

Die Erfindung dient dem Ziel, eine Manipulation mittels künstlicher Nachbildungen (Dummys) durch Nachweis der Echtheit der biometrischen Merkmale auszuschließen. Dazu werden physikalische Eigenschaften organischen Materials für eine Lebenderkennung ausgenutzt. Die Unterscheidung eines realen Fingers von einer Nachbildung aus leitfähigem oder nicht leitfähigem Material wird möglich durch die bekannte Tatsache, dass die Hautoberfläche kapazitives als auch ohmsches Verhalten in einem Stromkreis zeigt.

Durch die getrennte Messung dieser beiden Verhaltenseigen­ schaften durch mindestens zwei unterschiedliche Methoden und getrennte Verarbeitung dieser Messgrößen wird die Sicherheit mit geringem technischen Mehraufwand wesentlich erhöht. Eine weitere Verbesserung wird dadurch erzielt, das aus den Haupt­ messwerten (Papillarstruktur) und den elektrischen Werten der Haut zur Lebenderkennung ein gemeinsamer Kennwert nach einem vorgegebenen Programm errechnet wird. Dieser Wert wird dann mit den gespeicherten Kennwerten verglichen. Durch diese neuartige Kombination und Kennwertbildung ist eine Manipula­ tion sicher ausgeschlossen.

Beispiele

Nachfolgend soll das Verfahren an einem Beispiel erläutert werden.

Es konnte analysiert werden, dass das Ersatzschaltbild der Haut hinsichtlich elektrischen Eigenschaften aus einer Kombination von einer Reihenschaltung eines Widerstandes mit einem Kondensator und einem dazu parallel liegendem Widerstand angenommen werden kann. Es bewegen sich der Reihenwiderstand Rr in einer Größenordnung von 50 kOhm und der Parallelwiderstand von 450 kOhm, die Kapazität liegt durchschnittlich bei 400 pF. Wird nun ein hochfrequentes Rechtecksignal mit bekannter Amplitude und Frequenz von Elektrode A nach Elektrode B übertragen, so wird das Signal aufgrund der Übertragungsfunktion gedämpft und in der Phasenlage verschoben. Dabei ist bei hohen Frequenzen und vollständig aufgeladenem Kondensator C der Reihenwiderstand Rr vernachlässigbar. Das Ersatzschaltbild reduziert sich für diesen Fall auf eine reine Parallelschaltung von Kondensator C und Widerstand Rp. Zur Bestimmung der Ersatzschaltelemente Rp, Rr, C wurde eine Messschaltung nach Fig. 1 verwendet. Mit entsprechenden Messungen und unter Einführung von Grenz­ werten für einige Werte können alle Größen bestimmt werden. Somit kann auf der Grundlage des Spannungsabfalls über dem Finger eine Aussage getroffen werden, ob es sich um einen durchbluteten Finger oder einen Dummy handelt.

Die praktische Auswertung der elektrischen Eigenschaften eines lebenden Fingers und damit die Entscheidung, ob es sich um einen realen Finger oder um ein Dummy handelt, erfolgt gemäß Merkmal eins durch sein Verhalten in einem Stromkreis bei der Übertragung von HF-Signalen, insbesondere durch seinen Einfluss auf elektrische Schwingkreise. Gemäß Merkmal zwei erfolgt parallel dazu eine Bewertung des ohmschen Ver­ haltens der Hautoberfläche des Fingers.

Die Entscheidungsfindung gemäß der Erfindung erfolgt durch die logische Verknüpfung dieser Einzelanalysen durch getrenn­ te Auswertung von kapazitivem und ohmschem verhalten. Die Anzahl und Auswahl der Methoden und der zu kombinierenden Kriterien richtet sich nach den Sicherheitsanforderungen entsprechender Einsatzfälle.

Das Prinzip der praktischen Realisierung ist in Fig. 2 als Blockschaltbild dargestellt.

Das erste Messprinzip beruht auf eine Frequenzänderung eines Schwingkreises bei Änderung seiner Schwingkreiskapazität. Dazu werden die Schwingungen zweier Rechteckgeneratoren in einem Mischer miteinander verglichen und die entstehende Schwebungsfrequenz ausgewertet. Generator 1 ist ein Festfre­ quenzgenerator mit der Frequenz f1. Generator 2 ist im "Leerlauf' auf die Frequenz des Generators 1 abgestimmt und es gilt f1 = f2. Die Schwebungsfrequenz f als Mischprodukt ist für den Fall von Übereinstimmung beider Generatorfrequen­ zen gleich null. Wird die Schwingkreiskapazität von Generator durch Auflegen eines Fingers auf Sensor A auf seiner kapa­ zitiven Eigenschaft verändert, so gilt f1 < f2 und für die Schwebungsfrequenz f = f1 - f2. Diese Differenzfrequenz wird dem Mischer entnommen und einem Frequenzzähler zuge­ führt. Eine interne Logik entscheidet, ob das Mischprodukt durch die Kapazität eines Fingers verursacht sein könnte und leitet die Entscheidung auf eine Auswertelogik.

Sensor B ist ein feuchteempfindlicher Messfühler. Seine Empfindlichkeit erhält er durch das Auftragen einer hygrosko­ nischen Plastdispersion (Polymer). Der elektrische Scheinwi­ derstand des Messfühlers ändert sich infolge der Diffusion von Wassermolekülen und Ionenaustauschvorgängen in der Poly­ merschicht. Sein Widerstand ist um so geringer, je höher die relative Hautfeuchte ist. Ein Impulsgenerator speist symmetrisch auf den Messfühler ein konstantes Signal. In Abhängig­ keit von der relativen Hautfeuchte (Widerstand) lässt dieser nur einen Teil des möglichen Impulswechselstromes zu einer Transistorstufe durch, die einen Integrationskondensator auflädt. Parallel zum Integrationskondensator liegt eine Widerstandskombination (Zeitglied 1. Ordnung/T1-Glied). Die Spannung über dem T1-Glied ist die Abbildungsgröße. Inner­ halb eines Zeitfensters erfolgt mittels eines Komperators die Auswertung und die Weiterleitung der Entscheidung auf die Auswertelogik.

Sensor A' und die LC-Generatoren 1, 2 entsprechen dem Mess­ prinzip 1. Das Signal mit der Festfrequenz f1 des Generators und das durch den Finger beeinflusste Signal mit der Fre­ quenz f2 des Generators 2 werden bezüglich ihrer Phasenlage verglichen. Der Phasenvergleich erfolgt mittels einer MS-FF- Schaltung, auf dessen Eingänge E1, E2 die HF-Signale geschaltet werden. Bei Phasengleichheit beider Frequenzen liefert der Ausgang der Phasenvergleichsschaltung eine sym­ metrische Rechteckschwingung mit der halben Frequenz des Eingangssignals und einem Tastverhältnis T = 1. 1. Das Tast­ verhältnis ändert sich linear mit der Phasendifferenz des Eingangssignals. Durch Auflegen eines Fingers wird der LC- Generator 2 in seiner Frequenz verändert. Es gilt wiederum f 1 < f2. Die entstehende Phasenverschiebung ändert wie be­ schrieben das Tastverhältnis der Rechteckspannung am Ausgang. Diese Änderung beeinflusst den nachfolgenden Integrator. Erreicht die Spannung des Integrationskondensators innerhalb des vorgegebenen Zeitintervalls die Schaltschwelle des Kompe­ rators, so trifft dieser seine Entscheidung, die der Auswer­ telogik zugeführt wird.

Diese drei Einzelentscheidungen und die Ergebnisse der Papil­ larbewertung werden mittels Rechenprogrammen getrennt zu Kennwerten verarbeitet. Mit einem weiteren Rechenprogramm werden nun diese Kennwerte zu einem Kennwert vereint, der mit dem Sollwert verglichen wird. In Abhängigkeit des Verglei­ ches, bei Vorgabe eines Toleranzwertes, wird die Entscheidung über eine Identität und damit ein Zugang durch die Person getroffen.

Claims (4)

1. Verfahren zur Lebenderkennung bei der Identifizierung von Personen mittels Fingerabdruck, bei der die Impedanz, bzw. der Widerstand der menschlichen Haut bewertet wird, dadurch gekennzeichnet,
dass bei mindestens einer Fingerauflage zur Erfassung des/der Fingerabdrucks/Fingerabdrücke der kapazitive Widerstand und der ohmsche Widerstand mittels mindestens zwei Messmethoden getrennt gemessen und bewertet wird,
aus den gemessenen Werten und der Papillarbewertung getrennt Datensätze nach einem Programm errechnet,
aus diesen mindestens drei Datensätzen nach einem Programm ein weiterer Datensatz errechnet
und dieser Datensatz mit gespeicherten Datensätzen zur Identifikation verglichen wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, das der kapazitive Widerstand des Fingers durch die bewirkte Frequenzänderung des Schwingkreises mittels eines Frequenzzählers ermittelt und daraus ein Kennwert berechnet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der ohmsche Widerstand indirekt mittels Stromimpulsen und einem Impulszähler gemessen und daraus ein Kennwert berechnet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass der kapazitive Widerstand des Fingers durch die bewirkte Phasenverschiebung des Schwingkreises erfasst und daraus ein Kennwert berechnet wird.