DE10231870B4

DE10231870B4 - Verfahren und Anordnung zur Authentifizierung eines Nutzers für die Freischaltung eines zu sichernden Gerätes

Info

Publication number: DE10231870B4
Application number: DE10231870A
Authority: DE
Inventors: Helmut Kunkel
Original assignee: T Mobile Deutschland GmbH
Current assignee: Telekom Deutschland GmbH
Priority date: 2001-07-13
Filing date: 2002-07-12
Publication date: 2008-09-11
Anticipated expiration: 2022-07-13
Also published as: DE10231870A1

Abstract

Verfahren zur Authentifizierung eines Nutzers für die Freischaltung eines zu sichernden Geräts, das in der Hand gehalten wird,
wobei typische Bewegungsmuster des Nutzers mittels in dem Gerät oder auf der Oberfläche des Geräts angeordneten Sensoren erfasst werden,
wobei bei dem zu sichernden Gerät als erstes Bewegungsmuster des Nutzers die Bewegungen des Geräts selbst bei der Eingabe von PIN-Nummern, Codeworten oder anderen festgelegten Eingaben, bestimmten Bewegungen des Geräts oder dem Gebrauch des Geräts mittels Beschleunigungssensoren als typische Bewegungsmuster erfasst und ausgewertet werden,
wobei bei dem zu sichernden Gerät, als zweites Bewegungsmuster des Nutzers, die für den zu authentifizierenden Nutzer typischen Greifmuster, insbesondere die Plazierung der Finger, der Druck des Handballens oder das Umgreifen bei der Eingabe von PIN-Nummern, Codeworten oder anderen festgelegten Eingaben mittels auf der Oberfläche des Gerätes angeordneter Drucksensoren als typische Bewegungsmuster erfasst und ausgewertet werden,
wobei das erste typische Bewegungsmuster an den Rechner...

Description

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Authentifizieren eines Nutzers für die Freischaltung eines zu sichernden Gerätes.
Es ist Stand der Technik, dass bei der Nutzung von Geräten, bei Zugangskontrollen, oder sonstigen Authentifizierungsvorgängen außer der Eingabe von PIN-Nummern, Codewörten oder anderen festgelegten Eingaben zum Freischalten oder Entsperren von Geräten oder Zugängen auch körpereigene Merkmale, wie Fingerabdrücke, Aussehen der Pupille oder geometrische Gesichtsmerkmale als alleiniges Identifizierungsmerkmal oder in Verbindung mit oben angeführten Eingaben verwendet werden.
Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist, dass durch Ausspähen oder Herausgabe durch Erpressen der PIN-Nummern, Codewörter oder andere festgelegte Eingaben, durch Kopien der Fingerabdrücke z. B. als Stempel oder durch Fotografie der Pupille, des Gesichtes usw. diese Sicherheitsmechanismen umgangen werden können.
DE 196 31 484 C1 offenbart ein Verfahren zur Authentifizierung eines Nutzers für die Freischaltung eines zu sichernden Geräts. Typische Bewegungsmuster des Nutzers werden mittels in dem Gerät oder auf der Oberfläche des Geräts angeordneten Sensoren erfasst und mittels eines Programms mit einer oder mehreren vorher bereits ermittelten und abgespeicherten, charakteristischen Bewegungsmustern verglichen. Bei Übereinstimmung der erfassten Bewegungsmuster mit den vorher ermittelten Bewegungsmustern wird das Gerät freigeschaltet. Zur Ermittlung der charakteristischen Bewegungsmuster werden typische Bewegungsmuster des Nutzers mehrfach erfasst und gemittelt. Als Bewegungsmuster wird insbesondere das Tippverhalten des Benutzers auf der Tastatur des Gerätes erfasst.
EP 0 666 544 A1 und DE 42 40 531 C1 befassen sich mit elektronischen Eingabegeräten in Form eines sogenannten Datenhandschuhs, welcher als Alternative zur Tastatur oder Maus dienen kann.
US 6,062,474 A beschreibt ein Verfahren zur Identifikation eines Benutzers anhand von dessen Eingabeverhalten an einer Computertastatur.
Aufgabe der Erfindung ist es, den Sicherheitsstandard bei Verfahren, die körpereigene Merkmale eines autorisierten Nutzers bei der Benutzung eines Gerätes oder mehrerer Geräte zu erhöhen und einen zuverlässigen Schutz bei Versuchen einer missbräuchlichen Nutzung dieses oder dieser Geräte durch Dritte sicher zu stellen.
Diese Aufgabe wird durch die Merkmale des unabhängigen Patentanspruchs 1 gelöst.
Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.
Vorteil der Erfindung ist, dass die Erkennbarkeit und Reproduzierbarkeit der zu vergleichenden Vitalfunktionen nur durch einen körperlich unversehrten Nutzer als Grundlage der Authentifizierung gegeben ist. Vitalfunktionen sind nicht beschränkt auf bewusste und durch den Nutzer willentlich herbeigeführte Bewegungen oder sonstige Aktionen, sondern können auch unbewusste Lebensäußerungen (Blutdruck, Tremor, Schweiß, Körperwärme, DNS) oder unwillkürliche Aktionen oder Reaktionen bei der Ausübung bestimmter Tätigkeiten oder auf äußere Reize sein.
Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass eine sichere Authentifizierung eines Nutzers ohne Eingabe von teilweise schwer zu merkenden Eingabeprozeduren ermöglicht wird.
Da gerade bei dem Vergleich von Vitalfunktionen, wie z. B. menschlichen Aktionen oder Reaktionen, ob bewusst oder unbewusst, sich nie eine vollständige Übereinstimmung mit bereits abgespeicherten und zu einem Vergleich herangezogenen gleichen Vitalfunktionen des gleichen Nutzers erzielen lässt, ist es sinnvoll, als Programm für den durchzuführenden Vergleich ein solches zu wählen, das bereits bei einer genügenden Übereinstimmung der Werte mit ausreichender Sicherheit den Nutzer authentifizieren kann. Programme dieser Art bedienen sich beispielsweise der Fuzzy-Logik.
Um eine, für einen Vergleich taugliche und in ihren Parametern abspeicherbare Vitalfunktion zu erhalten ist es sinnvoll aus mehreren Aufzeichnungen einer bestimmten und für den Nutzer typischen Vitalfunktion einen Mittelwert zu bilden und diesen Mittelwert als charakteristische Vitalfunktion bei späteren Vergleichen und Authentifizierungen zu verwenden.
Da der dazu notwendige Rechen- und Speicheraufwand die Kapazität vieler zu sichernden Geräte übersteigt, ist es sinnvoll, die mehrmals zu ermittelten Parameter einer typischen Vitalfunktion online an eine Stelle zu übertragen, wo der benötigte Rechen- und Speicherbedarf zur Verfügung gestellt werden kann. Ebenso kann der Vergleich einer typischen Vitalfunktion mit der abgespeicherten charakteristischen Vitalfunktion zur Authentifizierung extern durchgeführt werden und die Freigabe des zusichernden Gerätes nach erfolgreicher Authentifizierung ebenfalls online erfolgen. Voraussetzung ist jedoch bei diesem Verfahren, dass bereits bei Beginn des Authentifizierungsvorganges eine Verbindung vom Gerät zu der externen Rechen- und Vergleichereinrichtung aufgebaut ist. Diese Verbindung kann beispielsweise bei ortsfesten Geräten eine Festverbindung oder bei mobilen Geräten eine Funk- oder Infrarotverbindung sein.
Es ist vorteilhaft, durch Reduzierung der Datenmenge der abgespeicherten charakteristischen Vitalfunktion den Speicheraufwand zu verringern, da für jeden Nutzer ein Datensatz mit zumindest einer charakteristischen Vitalfunktion angelegt werden muss. Diese Reduzierung kann dadurch erreicht werden, dass nur bestimmte Werte, welche die charakteristische Vitalfunktion besonders kennzeichnen, also z. B. Maximalwerte, Umkehrwerte, Verweildauer, Zwischenzeiten usw., abgespeichert werden. Durch die Reduzierung des zu speichernden Datenmenge verringert sich auch der Rechenaufwand während des Authentifizierungsvorgangs, da nur noch diese bestimmten Werte verglichen werden müssen. Dadurch ist es möglich den Authentifizierungsvorgang autark auch in kleineren Geräten durchzuführen.
Als technisch leicht zu erfassende Vitalfunktionen bieten sich Bewegungen der Finger bei der Eingabe von PIN-Nummern, von Codeworten oder anderen festgelegten Eingaben, wie beispielsweise das Aufrufen eines Menüpunktes über die Tastatur an. Ebenso kann als mit genügender Genauigkeit reproduzierbare und bewusst ausgeführte Vitalfunktion das Kreisen eines Fingers oder der Hand über der Tastatur des Gerätes bewertet werden. Andere Bewegungen sind jederzeit denkbar. Die Erkennung der Bewegungen erfolgt über an sich bekannten Sensorsysteme für die Ermittlung der Raumlage z. B. der Finger (ähnlich der virtuelle Tastatur, wie sie von der US-Firma Viritual Devices entwickelt wurde). Durch Verknüpfen von Lage und Zeit der Finger in bestimmten zeitlichen Abständen kann die Fingerbewegungen damit erfasst werden.
Bei der Betätigung eines in der Hand gehaltenen Gerätes bewegt sich dieses zwangsläufig im Raum. Bei verschiedenen Nutzern werden diese Bewegungen selbst bei der Eingabe gleicher Werte verschieden ausfallen, so dass diese Gerätebewegungen ebenfalls zum Vergleich als Vitalfunktion herangezogen werden können. Als Sensoren für Aufnahme der Bewegungen des Gerätes bieten sich an sich bekannte und Beschleunigungssensoren an. Solche (dreidimensionale) Beschleunigungssensoren haben z. B. bei Ausführungen in Silizium-Technologie eine Größenordnung im Bereich von Kubikmillimetern und können somit auch in die heute üblichen kleinen Ausführungsformen von z. B. Mobilfunkendgeräte (Handys) oder sonstigen in der Hand zu haltende und zu sichernde Geräte leicht integriert werden.
Jeder Nutzer eines Gerätes, bei dem mittels Tasten Eingaben gemacht werden, wird bei der Tastenbetätigung einen nur für ihn eigenen Tastendruckverlauf und eine Betätigungsdauer ausüben. Diese Druckverläufe und Dauer besitzen zusätzlich noch eine Abhängigkeit von dem einzugebenden Wort, der (mehrstelligen) Zahl oder Kombinationen davon, so dass diese Merkmale, über Drucksensoren innerhalb der Tasten aufgenommen, als Vitalfunktion zur Authentifizierung eines bestimmten Nutzers geeignet ist.
Bei in der Hand zu haltenden Geräten unterscheiden sich Handhaltung, Fingerstellung, ausgeübter und veränderlicher Druck, auch in Abhängigkeit von den Eingaben durch den Nutzer in das Gerät oder beim Gebrauch des Gerätes, von Nutzer zu Nutzer, so dass über Drucksensoren auf der Oberfläche des Gerätes, ggf. an besonders exponierten Stellen, aus den Ausgangssignalen dieser Sensoren die, für einen Nutzer charakteristischen Vitalfunktionen ermittelt werden können.
Wenn das zu sichernde ortsfeste oder mobile Gerät Signale aussendet, kann aus der körperlichen Reaktion des Nutzers ebenfalls eine charakteristische Vitalfunktion abgeleitet werden. Insbesondere wenn nichtberechtigte Nutzer auf das Signal (Tonsignal, Vibration oder dergleichen) nicht vorbereitet sind während das Signal bei dem berechtigten Nutzer eine nur für ihn eigene und reproduzierbare Aktion auslöst.
Die Sicherheit bei der Authentifizierung kann noch erhöht werden, wenn verschiedene Vitalfunktionen unabhängig voneinander zur Prüfung herangezogen werden oder die Authentifizierung nach dieser Erfindung mit anderen bekannten Authentifizierungsverfahren kombiniert wird.
So kann beispielsweise ein Mobilfunkgerät, das üblicherweise nur über die eingelegte SIM-Karte geschützt ist, auch als Gerät an sich über eine Authentifizierung gemäß dieser Erfindung an einen Besitzer gebunden sein. Bei einem Verkauf des Gerätes wäre eine Änderung der zu Prüfung herangezogenen charakteristischen Vitalfunktion nur nach Freigabe durch den Verkäufer möglich.
Um bei langsamen Veränderungen der Vitalfunktionen über einen längeren Zeitraum dennoch ein sicheres Authentifizieren des Nutzers zu erreichen, besteht auch die Möglichkeit, die abgespeicherten Werte der charakteristischen Vitalfunktionen dynamisch zu verändern. Eine solche Veränderung kann beispielsweise durch eine gewichtete Mittelwertbildung mit den abgespeicherten Werten und den, bei der aktuellen Authentifizierung ermittelten Werten gewonnenen Werten erreicht werden. Eine zusätzliche Speicherung von mehreren Werten aus zurückliegenden Authentifizierungsvorgängen ist dadurch unnötig.
Bei der Authentifizierung gemäß dieser Erfindung können alle körpereignen Vitalfunktionen zur Ermittlung von charakteristischen Vitalfunktionen herangezogen werden, die messtechnisch erfasst werden können und die über längere Zeit eine Konstanz aufweisen oder mit genügender Genauigkeit reproduzierbar sind.
Die Überprüfung auf Vitalfunktionen ist nicht nur denkbar im Vergleich mit gespeicherten Daten eines Nutzers sondern kann auch als absolutes Prüfverfahren auf Vitalfunktionen oder gegen standardisierte Parameter einer Gruppe von Nutzern angewendet werden.

Claims

Verfahren zur Authentifizierung eines Nutzers für die Freischaltung eines zu sichernden Geräts, das in der Hand gehalten wird, wobei typische Bewegungsmuster des Nutzers mittels in dem Gerät oder auf der Oberfläche des Geräts angeordneten Sensoren erfasst werden, wobei bei dem zu sichernden Gerät als erstes Bewegungsmuster des Nutzers die Bewegungen des Geräts selbst bei der Eingabe von PIN-Nummern, Codeworten oder anderen festgelegten Eingaben, bestimmten Bewegungen des Geräts oder dem Gebrauch des Geräts mittels Beschleunigungssensoren als typische Bewegungsmuster erfasst und ausgewertet werden, wobei bei dem zu sichernden Gerät, als zweites Bewegungsmuster des Nutzers, die für den zu authentifizierenden Nutzer typischen Greifmuster, insbesondere die Plazierung der Finger, der Druck des Handballens oder das Umgreifen bei der Eingabe von PIN-Nummern, Codeworten oder anderen festgelegten Eingaben mittels auf der Oberfläche des Gerätes angeordneter Drucksensoren als typische Bewegungsmuster erfasst und ausgewertet werden, wobei das erste typische Bewegungsmuster an den Rechner übertragen und dort mittels eines Programms mit einem ersten, vorher bereits ermittelten und abgespeicherten, ersten charakteristischen Bewegungsmuster auf Übereinstimmung verglichen wird, wobei das zweite typische Bewegungsmuster an den Rechner übertragen und dort mittels eines Programms mit einem zweiten, vorher bereits ermittelten und abgespeicherten, zweiten charakteristischen Bewegungsmuster auf Übereinstimmung verglichen wird, wobei erste und zweite, charakteristische Bewegungsmuster ermittelt werden, indem die ersten und zweiten, typischen Bewegungsmuster des Nutzers mehrfach erfasst und über eine Schnittstelle zu einem Rechner übertragen werden und in dem Rechner durch Bildung eines Mittelwerts über die erfassten typischen Bewegungsmuster die charakteristischen Bewegungsmuster ermittelt und dort abgespeichert werden, bei Übereinstimmung das Gerät durch Rückübertragung eines Signals an das zu sichernde Gerät freigeschaltet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass nur eine eingeschränkte Menge dieser charakteristischen Bewegungsmuster, insbesondere Maximalwerte, Veränderung der Bewegungsrichtung oder Schwellenwerte für den Vergleich auf Übereinstimmung verwendet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass als Bewegungsmuster des Nutzers zusätzlich die Bewegungen der Finger bei der Eingabe von PIN-Nummern, Codewörtern oder anderen festgelegten Eingaben oder Bewegungen der Finger über ortserkennende Sensoren als typische Bewegungsmuster erfasst und ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 2, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich bei der Betätigung der einzelnen Tasten der Tastatur während der Eingabe der PIN-Nummern, Codeworten, anderen festgelegten Eingaben oder dem Gebrauch des Geräts durch den Nutzer der Anpressdruck der Finger in Abhängigkeit von der Anpressdauer und dadurch ein dynamischer Anpressdruck über Druckaufnehmer in den Tasten als typische Bewegungsmuster erfasst und ausgewertet werden.
Verfahren nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich ein Impuls, insbesondere ein Vibrationssignal, von dem zu sichernden Gerät ausgestrahlt wird und eine bewusste oder unbewusste Reaktion des zu authentifizierenden Nutzers darauf, insbesondere eine Veränderung des ausgeübten Drucks beim Festhalten des Geräts, als typisches Bewegungsmuster erfasst und ausgewertet wird.
Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass zusätzlich die Auswertung anderer biometrischer Daten dieses Nutzers verwendet wird.
Anordnung zur Durchführung des Verfahrens nach einem der Ansprüche 1–6, mit Druck- und Beschleunigungssensoren zur Aufnahme der ersten und zweiten, typischen Bewegungsmuster des Nutzers, die in dem Gerät oder auf der Oberfläche dieses Geräts angeordnet sind, einem Rechner zur Ermittlung der ersten und zweiten charakteristischen Bewegungsmuster, einem Speicher zur Speicherung der ersten und zweiten, charakteristischen Bewegungsmuster, einem Programm zum Vergleich der ersten und zweiten, typischen Bewegungsmuster mit den vorher ermittelten, charakteristischen Bewegungsmustern, und einer Freischalteeinrichtung zur Freischaltung des zu sichernden Geräts.
Anordnung nach Anspruch 7, dadurch gekennzeichnet, dass das Programm und der Speicher örtlich getrennt von dem zu sichernden Gerät angeordnet sind und die Sensoren und die Freischalteeinrichtung über ortsfeste oder mobile Signalübertragungsstrecken mit dem Programm zum Vergleichen verbunden sind.