DE19751172A1 - Vorrichtung und Verfahren zur Verarbeitung von biometrischen Daten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung und ein Verfahren zur Verarbeitung von biometrischen Daten nach dem Oberbegriff des Patentanspruchs 1 bzw. Patentanspruchs 14.

Aus der EP 0 372 762 B1 ist ein Verfahren zur Verarbeitung von biometrischen Daten bekannt, bei dem zum Identifizieren eines Fingerabdruckes ein Vergleich von mehreren den jeweili­ gen Fingerabdruckbildern zugeordneten charakteristischen Punkten (Minutiae) stattfindet. Es werden durch einen Finger­ abdrucksensor mehrere Fingerabdruckbilder detektiert und als digitalisierte Daten die Minutiae bestimmt. Dieses Verfahren wird bei zwei aufeinanderfolgenden Fingerabdrücken angewandt. Zur Ermittlung, ob die Fingerabdrücke übereinstimmen, werden die Minutiae des ersten Fingerabdrucks einerseits und des zweiten Fingerabdrucks andererseits miteinander verglichen. Ist die Anzahl der übereinstimmenden Minutiae größer als ein vorgegebener Schwellwert, wird eine Übereinstimmung der Fin­ gerabdrücke angenommen. Nachteilig an diesem Verfahren ist, daß die als Referenz dienenden Fingerabdrücke in einer Verar­ beitungseinheit der Vorrichtung ungesichert abgelegt sind, so daß eine Manipulation der Fingerabdruckdaten möglich ist.

Aus der DE 44 39 593 C2 ist eine Vorrichtung zur Verarbeitung von biometrischen Daten bekannt, die eine Auswertung bzw. ein Vergleich von biometrischen Daten in der Chipkarte vorsieht. Hierdurch wird die Gefahr der Manipulation bzw. des Datenmiß­ brauchs verringert, weil die als Referenz dienenden Daten die Chipkarte nicht verlassen.

Aufgabe der Erfindung ist es, eine Vorrichtung und Verfahren zur Verarbeitung von biometrischen Daten anzugeben, so daß die Datensicherheit bei der Auswertung von biometrischen Da­ ten erhöht wird.

Zur Lösung dieser Aufgabe weist die Erfindung die Merkmale des Patentanspruchs 1, 12 und 14 auf.

Der Vorteil der Erfindung besteht insbesondere darin, daß durch einen Ähnlichkeitsvergleich in der Chipkarte eine er­ höhte Datensicherheit gegen Verfälschung von Daten erzielt wird.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird ein parameterab­ hängiger Schwellwert vorgegeben, bei dessen Überschreitung durch die Anzahl der ermittelten übereinstimmenden Kennungs- und Referenzdaten ein Bestätigungssignal an die Verarbei­ tungseinheit abgegeben wird. Vorzugsweise ist der Schwellwert in einem gesicherten Speicherbereich in dem Halbleiterbau­ stein der Chipkarte abgespeichert, so daß eine Manipulation an dem Schwellwert und damit ein Umgehen der durch die erfin­ dungsgemäße Vorrichtung bewirkten Zugangssicherung ausge­ schlossen ist. Hierdurch wird ein hohes Maß an Sicherheit bei der Identitätsprüfung erzielt.

Nach einer Weiterbildung der Erfindung wird die Sicherheit dadurch erhöht, daß der Schwellwert nur nach Ablauf eines Au­ thorisierungsprogramms gelesen werden kann. Auf diese Weise können nur authorisierte Personen bzw. Maschinen eine Ände­ rung des Schwellwerts vornehmen. Eine solche Änderung ist sinnvoll, um den Grad der Identitätskontrolle je nach Anwen­ dungsfall einstellen zu können.

Durch Ausbildung der erfindungsgemäßen Vorrichtung als ein Identifikationselement mit einem einzigen Halbleiterbaustein läßt sich die Fälschungssicherheit weiter erhöhen, da die bi­ nären Daten bzw. der Vergleich der Kennungs- und Referenzda­ ten in einem einzigen Chip angeordnet sind.

Weitere Vorteile der Erfindung ergeben sich aus den weiteren Unteransprüchen.

Zwei Ausführungsbeispiele der Erfindung werden anhand der Zeichnungen im folgenden näher erläutert.

Es zeigen:

Fig. 1 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einem ersten Ausführungsbeispiel,

Fig. 2 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel,

Fig. 3 ein Flußdiagramm des erfindungsgemäßen Verfahrens,

Fig. 4 eine schematische Darstellung der erfindungsgemäßen Vorrichtung nach einem zweiten Ausführungsbeispiel und

Fig. 5 ein Blockschaltbild über die Struktur eines in dem Vergleichsprogramm ablaufenden Algorithmus'.

Die erfindungsgemäße Vorrichtung kann zur Identitätskontrolle von Personen eingesetzt werden.

Wie aus Fig. 1 zu ersehen ist, besteht die erfindungsgemäße Vorrichtung aus einer Verarbeitungseinheit 1, die einen opti­ schen Sensor 2 aufweist zur Detektion eines Fingerabdrucks. Alternativ kann der Sensor 2 auch als thermischer oder elek­ tronischer Sensor ausgebildet sein. Das Eingangssignal des Sensors 2 wird in digitalisierter Form einer Recheneinheit 4 zugeführt, in der aus den Bilddaten charakteristische Punkte des Fingerabdrucks (Minutiae) abgeleitet und in einer Spei­ chereinheit 5 zur Zwischenspeicherung bzw. Pufferung abge­ speichert werden. In der Speichereinheit 5 liegen die Minu­ tiae als Kennungsdaten mit Informationen über die Koordinaten derselben sowie der Orientierung (Winkel) und des Typs der derselben in binärer Form vor.

Als Referenzdaten sind Minutiae der zu identifizierenden Per­ son in einem Halbleiterbaustein 6 einer Chipkarte 7 in binä­ rer Form abgespeichert. Ferner ist in dem Halbleiterbaustein 6 ein Vergleichsprogramm abgespeichert, mittels dessen ein Vergleich der detektierten Kennungsdaten und der Referenzda­ ten auf der Chipkarte 7 erfolgt.

Fig. 3 zeigt, wie das Vergleichsprogramm in dem erfindungs­ gemäßen Vergleichsverfahren eingebettet ist. Zuerst wird die Chipkarte 7 in den dafür vorgesehenen Kartenschlitz in der Verarbeitungseinheit 1 eingesetzt, wobei Kontakte eines in der Verarbeitungseinheit 1 integrierten Kartenlesegeräts 8 auf das Kontaktfeld der Chipkarte 7 drücken. Nach Durchfüh­ rung eines Fingerabdrucks durch den Sensor 2 wird ein Graustufenbild S1 erstellt mittels grafischer und mathemati­ scher Verfahren. In einem weiteren Schritt S2 werden die cha­ rakteristischen Punkte (Minutiae) gewonnen, wobei sie in bi­ närer Form vorliegen und direkt weiterverarbeitet werden oder in der Speichereinheit 5 zur Zwischenspeicherung abgespei­ chert werden.

In den nachfolgenden Schritten S3 und S4 werden die detek­ tierten Minutiae als Kennungsdaten mit den zu vergleichenden auf der Chipkarte 7 gespeicherten Referenzdaten aufeinander abgestimmt bzw. zueinander ausgerichtet. Zu diesem Zweck wird im Schritt S3 eine Skalierung der Kennungsdaten bezogen auf die Referenzdaten und im Schritt S4 eine Rotation der Ken­ nungsdaten durchgeführt. Diese Operationen werden in der Re­ cheneinheit 4 der Verarbeitungseinheit 1 durchgeführt. Als Kennungsdaten werden von der Chipkarte 7 ausgewählte zur Aus­ richtung erforderliche, aber nicht individualisierende Refe­ renzdaten ausgelesen. Beispielsweise wird zur Skalierung ein "Delta-Punkt" auf dem Daumen als Referenz ausgewählt, der bei den meisten Menschen an der gleichen Stelle auftritt.

Nach erfolgter Ausrichtung der Kennungsdaten zu den Referenz­ daten werden die Kennungsdaten in den einen Mikroprozessor aufweisenden Halbleiterbaustein 6 der Chipkarte 7 geschrie­ ben. Das Vergleichsverfahren in der Chipkarte 7 wird gestar­ tet, wobei die Anzahl der örtlich übereinstimmenden Kennungs- und Referenzdaten bestimmt wird, S5. Dabei werden als Ver­ gleichskriterien die Koordinaten, der Winkel, der Versatz der korrespondierenden Minutiae der Kennungsdaten einerseits und der Referenzdaten andererseits miteinander verglichen. Auch die Anzahl der zwischen entsprechenden Minutiae angeordneten Linien bzw. Fingerrillen können als Vergleichskriterium her­ angezogen werden. Jedes dieser Vergleichskriterien wird mit einem Koeffizienten zwischen 0 und 1 gewichtet. Aus der Summe der gewichteten Entscheidungskriterien wird nach Art der Fuz­ zy-Logik ein resultierender Vergleichswert ermittelt, der mit einem vorgegebenen Entscheidungsschwellwert, der ebenfalls in Abhängigkeit von dem vorgegebenen Grad der Datensicherheit gewichtet sein kann, verglichen wird. Nur im Fall, daß der Vergleichswert größer ist als der Entscheidungsschwellwert, wird ein die Identifizierung bestätigendes Bestätigungssignal an die Verarbeitungseinheit abgegeben. Im anderen Fall wird ein Nichtbestätigungssignal abgegeben, so daß gegebenenfalls ein erneuter Vergleichsvorgang gestartet werden muß.

Zur Ermittlung der Kennungsdaten werden vorzugsweise mehrere Fingerabdruckbilder in der Verarbeitungseinheit 1 auf Identi­ tät miteinander geprüft. Dies erfolgt in der oben beschriebe­ nen Weise äqivalent zu dem auf der Chipkarte 7 ablaufenden Vergleichsprogramm. Erst wenn durch eine vorgegebene Anzahl die Übereinstimmung von mehreren Kennungsdaten unterschiedli­ cher Fingerabdruckbilder im Rahmen einer Vorauswahl sicherge­ stellt ist, daß vollständige Kennungsdaten vorliegen, werden dann die betreffenden Kennungsdaten mit den Referenzdaten auf der Chipkarte 7 durch Vergleich auf der Chipkarte 7 ausgewer­ tet.

Der Halbleiterbaustein 6 ist dafür ausgelegt, daß gegebenen­ falls geänderte Vergleichsprogramme in diesem abgespeichert werden können. Alternativ kann es vorgesehen sein, nur einen Teil der Auswertung auf der Chipkarte 7 durchzuführen. Der Teil des Vergleichsprogramms, der in der Verarbeitungseinheit 1 stattfindet, darf aber nur eine begrenzte Anzahl von indi­ vidualisierenden Referenzdaten verarbeiten.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel der Erfindung gemäß Fig. 2 ist auf einer Chipkarte 10 neben den für die oben dargestellte Auswertung durchführenden Halbleiterbaustein 6 ein Sensorfeld 11 auf der Chipkarte 10 selbst angeordnet. Bündig mit der Oberseite der Chipkarte 10 schließt ein elek­ trostatischer Sensor ab, unterhalb dessen sich direkt eine nicht dargestellte Verarbeitungseinheit anschließt, die die die Auswertung vorbereitenden Operationen ausführt. Die ei­ gentliche Auswertung auf Identität erfolgt dann in dem Halb­ leiterbaustein 7. Bei Feststellung der Übereinstimmung wird ein Bestätigungssignal mittels einer in der Chipkarte 7 inte­ grierten Spule 12 an ein externes Terminal gesandt, daß bei­ spielsweise ein Öffnen der Tür bewirkt. Die Chipkarte 10 er­ hält die Energie zur Auswertung und zum Datentransfer von ei­ ner entsprechenden Spule des Terminals, so daß nur in der Nä­ he des Terminals die Identifikation durchgeführt werden kann. In dem auf der Chipkarte 10 ablaufenden Programm ist ein Zei­ terfassungsprogramm integriert, das den Zeitpunkt der Detek­ tion des Fingerabdrucks im Sensor festhält. Erfolgt die Aus­ wertung später als eine voreingestellte Zeitspanne, wird das Bestätigungssignal nicht abgesendet. Auf diese Weise wird si­ chergestellt, daß nur die im Bereich des Terminals detektier­ ten Fingerabdrücke ausgewertet werden und ein Zugang durch Dritte infolge vorheriger Speicherung des Fingerabdrucks des Berechtigten verhindert wird.

Nach einem weiteren Ausführungsbeispiel gemäß Fig. 4 besteht die Vorrichtung aus einer Sensoreinheit 15, in der ein Sensor 16 und eine Signal- und Datenaufbereitung 17 integriert ist. Die Digitalisierung des Eingangssignals kann bereits in dem Sensor 16 erfolgen. Die Signal- und Datenaufbereitung 17 der Daten extrahiert aus dem vom Sensor 16 gelieferten Signal die Minutiae als Kennungsdaten und paßt diese nach Aufforderung einer Steuereinheit 18 unter Berücksichtigung einzelner der Steuereinheit 18 von einer Chipkarte 19 zur Verfügung ge­ stellten abgleichrelevanten Daten an die auf einem Halblei­ terbaustein 20 der Chipkarte 19 abgespeicherten Referenzdaten an. Die nun für den Vergleichsvorgang vorliegenden Kennungs­ daten werden in einer Verschlüsselungseinheit 21 verschlüs­ selt und dann dem Halbleiterbaustein 20 der Chipkarte 19 zu­ geführt. In diesem werden die Kennungsdaten entschlüsselt und dann dem oben beschriebenen Vergleichsvorgang unterzogen. Der Schlüssel für die in der Verschlüsselungseinheit 21 stattfin­ denden Verschlüsselung wird von dem Halbleiterbaustein 20 an die Verschlüsselungseinheit 21 übertragen. Die Steuereinheit 18 steuert die Kommunikation zwischen der Sensoreineheit 15 und der Chipkarte 19. Nach Beendigung des Vergleichsvorgangs wird dann im positiven Fall das Bestätigungssignal mit einer elektronischen Signatur und gegebenenfalls weiteren Daten über die INSI-Nummer der Chipkarte 19 oder der Bewertungser­ gebnisse an die Steuereinheit 18 übertragen. Die Steuerein­ heit 18 wird ein entsprechendes Steuersignal zum Öffnen einer Tür weitergeben. Ferner können in einem Logbuch der Steuer­ einheit Daten über den Inhalt der Chipkarte 19 bzw. der Kom­ munikation derselben mit der Sensoreinheit 15 gespeichert und für eine Dokumentation vorgehalten werden.

Nach einer Variante des Ausführungsbeispiels gemäß Fig. 3 bzw. Fig. 4 kann die Sensoreinheit 15 mit der Signal-/Da­ tenaufbereitung 17 zusammen mit der Auswerteeinheit auf einem einzigen Halbleiterbaustein 20 (Chip) integriert sein, wobei lediglich der Sensor 16 bündig mit einer Oberseite ei­ ner Chipkarte abschließt und der Halbleiterbaustein 20 in den Kartenkörper eingebettet ist. Hierdurch wird die Fälschungs­ sicherheit weiter erhöht. Die Vorrichtung kann neben der Identifikation einer Person auch zur Identifikation von Tie­ ren oder Sachen als Identifikanten eingesetzt werden.

Nach einem besonderen Ausführungsbeispiel eines den Ähnlich­ keitsvergleich ausführenden Algorithmus' 30 ist dieser in ei­ nen Hauptteil 31 und in einen Nebenteil 32 gegliedert, wobei in dem Nebenteil 32 die sensitiven Daten (sensitiven Refe­ renzdaten und/oder sensitive Kennungsdaten) verarbeitet wer­ den. Der Nebenteil 32 läuft in einem gesicherten Teil der Vorrichtung, vorzugsweise in dem Halbleiterbaustein 6 der Chipkarte ab. Der Ablauf des Algorithmus' 30 kann folgender­ maßen vorgesehen sein. In einem ersten in der Recheneinheit 4 ablaufenden Hauptteil 31 des Algorithmus' 30 werden als Ein­ gangsgrößen solche Kennungsdaten 33 und Referenzdaten 34 ver­ arbeitet, die zu einem Abgleich bzw. zu einer Abstimmung der Kennungsdaten und Referenzdaten ausreichen. In dem sich dar­ aufhin anschließenden Nebenteil 32 findet der Ähnlichkeits­ vergleich mit sensitiven bzw. mit die Person im hohen Maße individualisierenden Referenzdaten 35, die auf der Chipkarte 7 gespeichert sind, und den korrespondierenden zugeführten Kennungsdaten 36 statt. Anschließend wird der Algorithmus 30 in dem Hauptteil 31 fortgesetzt, wobei diesem Ausgangsdaten 37 des Nebenteils 32 als verschlüsselte Daten zugeführt wer­ den. Dort findet eine weitere Bearbeitung statt mit der Anga­ be an die Verarbeitungseinheit, ob eine Übereinstimmung zwi­ schen Kennungs- und Referenzdaten festgestellt worden ist.

Claims (16)

1. Vorrichtung zur Verarbeitung von biometrischen Daten, insbesondere von Fingerabdruckdaten, mit einer Verarbeitungs­ einheit, die

• - einen Sensor zum Detektieren eines biometrischen Eingangs­ signals und
• - Mittel zur Verarbeitung des Eingangssignals aufweist zur Erzeugung von eine Person individualisierenden Kennungsdaten, und daß die Verarbeitungseinheit mit einem tragbarem Identi­ fikationselement verbindbar ist, wobei das tragbare Identifi­ kationselement eine Auswerteeinheit aufweist, derart, daß die in einem Halbleiterbaustein des tragbaren Identifikationsele­ ments abgespeicherten, einer Person zugeordneten Referenzda­ ten in dem Halbleiterbaustein mit dem Kennungsdaten auf Über­ einstimmung überprüfbar sind, dadurch gekennzeichnet, daß die Auswertung einen Ähnlichkeitsvergleich umfaßt, bei dem para­ meterabhängige Vergleichswerte mit einem vorgegebenen Ent­ scheidungsschwellwert verglichen werden, so daß in Abhängig­ keit von dem Vergleich die Übereinstimmung zwischen den Ken­ nungsdaten und den Referenzdaten feststellbar ist.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß die einzelnen Vergleichswerte gewichtet sind und bei Über­ schreitung der Summe der Vergleichswerte über den Entschei­ dungsschwellwert ein Bestätigungssignal von dem Halbleiter­ baustein (6) an die Verarbeitungseinheit (1) übertragen wird.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeich­ net, daß der Entscheidungsschwellwert in einem gesicherten Speicherbereich des tragbaren Identifikationselements (7, 10) und/oder der Verarbeitungseinheit (1) abgespeichert ist.

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß der Entscheidungsschwellwert nur nach Ab­ lauf eines Authorisierungsprogramms gelesen werden kann.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß in der Verarbeitungseinheit (1) vor dem Ähnlichkeitsvergleich (S5) eine Anpassung zwischen dem Daten­ satz der Kennungsdaten und der Referenzdaten erfolgt, wobei lediglich eine Anzahl von nicht individualisierenden Refe­ renzdaten von dem Halbleiterbaustein (6) in die Verarbei­ tungseinheit (1) übertragen wird.

6. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 5, dadurch gekennzeichnet, daß daß der Algorithmus (30) des Vergleich­ sprogramms in einen in einer Recheneinheit (4) der Verarbei­ tungseinheit (1) ablaufenden Hauptteil (31) und in einen in dem Halbleiterbaustein (6) der Chipkarte (7) ablaufenden Ne­ benteil (32) aufgeteilt ist, wobei die sensitiven Kennungsda­ ten und Referenzdaten in dem Nebenteil (32) verarbeitet wer­ den.

7. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 6, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor als optischer, thermischer oder elektronischer Sensor ausgebildet ist und daß der Ähn­ lichkeitsvergleich durch Feststellung der Übereinstimmung korrespondierender binärer Kennungsdaten und Referenzdaten erfolgt.

8. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß das tragbare Identifikationselement (7, 10) als Chipkarte ausgebildet ist mit mindestens einen einen Mikroprozessor aufweisenden Halbleiterbaustein (6) der eine mit der Oberseite eines Kartenkörpers bündig abschließenden Kontaktfläche aufweist, und daß in der Verarbeitungseinheit (1) ein Kartenlesegerät (8) integriert ist zum Lesen und Be­ schreiben des Halbleiterbausteins (6).

9. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 8, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Halbleiterbaustein (6) er­ zeugte Bestätigungssignal mit einer elektronischen Signatur versehen ist.

10. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 9, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten zwischen einer Sensoreinheit (15) und der Chipkarte (19) als verschlüsselte Daten ausge­ bildet sind.

11. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 7, dadurch gekennzeichnet, daß die Verarbeitungseinheit (1) auf einer Chipkarte (10) integriert ist, wobei Daten eines von dem Sen­ sor detektierten Fingerabdrucks in einen direkt mit dem Sen­ sor verbundenen Speicher einlesbar ist.

12. Vorrichtung zur Verarbeitung von biometrischen Daten, insbesondere von Fingerabdruckdaten, mit einem Identifikati­ onselement (19) bestehend aus

• - einer Sensoreinheit (15) mit einem Sensor (16) zum Detek­ tieren eines biometrischen Eingangssignals und einer Signal-/Da­ tenaufbereitung (17) zur Bereitstellung der biometrischen Daten als binäre, einen Identifikanten individualisierende Kennungsdaten,
• - einem Halbleiterbaustein (20) mit einer Auswerteeinheit zur Identifkation des Identifikanten durch Vergleich der Ken­ nungsdaten mit in dem Halbleiterbaustein (20) abgespeicherten Referenzdaten des Identifikanten, wobei die Signal-/Da­ tenaufbereitung (17) zusammen mit der Auswerteeinheit auf dem einzigen Halbleiterbaustein (20) des Identifikationsele­ ments (19) integriert ist.

13. Vorrichtung nach Anspruch 12, dadurch gekennzeichnet, daß das Identifikationselement (19) als Chipkarte ausgebildet ist und Mittel zur Datenübertragung und/oder Energieübertragung aufweist.

14. Verfahren zur Verarbeitung von biometrischen Daten, ins­ besondere von Fingerabdruckdaten, wobei in einem Sensor meh­ rere biometrische Eingangssignale erfaßt werden, daß aus dem Eingangssignal Kennungsdaten gebildet werden, dadurch gekenn­ zeichnet, daß die Kennungsdaten in einen Halbleiterbaustein (6) eines tragbaren Identifikationselements (7) übertragen werden und daß die Kennungsdaten in dem Halbleiterbaustein (6) mit den in demselben gespeicherten Referenzdaten vergli­ chen werden und daß in Abhängigkeit von dem parameterabhängi­ gen Vergleich ein Bestätigungssignal von dem Halbleiterbau­ stein (6) abgegeben wird.

15. Verfahren nach Anspruch 14, dadurch gekennzeichnet, daß die Kennungsdaten in dem Halbleiterbaustein (6) durch einen Ahnlichkeitsvergleich mit den Referenzdaten verglichen wer­ den.

16. Verfahren nach Anspruch 14 oder 15, dadurch gekennzeich­ net, daß vor dem Ähnlichkeitsvergleich eine Abstimmung zwi­ schen den Kennungsdaten und den Referenzdaten in der Verar­ beitungseinheit (1) erfolgt.