DE19751172C2 - Vorrichtung zur Verarbeitung von Fingerabdruckdaten - Google Patents

Description

Die Erfindung betrifft eine Vorrichtung zur Verarbeitung von Fingerabdruckdaten nach Patentanspruch 1.

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 zur Verarbeitung von Fingerabdruckdaten anzugeben, bei der die Fälschungssicherheit erhöht ist.

Die Lösung dieser Aufgabe ist in Patentanspruch 1 angegeben.

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

Weiterbildungen der Erfindung sind in den Unteransprüchen ange­ geben.

Die Erfindung wird anhand der nachfolgenden Zeichnungen erläutert.

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 gestartet, 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. Es kann 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 6. Bei Feststellung der Übereinstimmung wird ein Bestätigungssignal mittels einer in der Chipkarte 7 inte­ grierten Spule 12 an ein externes Terminal gesandt, das 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 detektierten 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 Vergleichvorgangs 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 Steuereinheit 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- /Datenaufbereitung 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 (5)

1. Vorrichtung zur Verarbeitung von Fingerabdruckdaten,

• - mit einem Sensor zum Detektieren der Fingerabdruckdaten, und
• - mit einer Verarbeitungseinheit, die
• - Mittel zur Verarbeitung der Fingerabdruckdaten aufweist zur Erzeugung von eine Person individualisierenden Kennungsdaten,
• - wobei die Verarbeitungseinheit mit einer tragbaren Chipkarte verbindbar ist, wobei die Chipkarte zum einen Halbleiterbaustein, in dem einer Person zugeordnete Referenzdaten abgespeichert sind, und zum anderen eine Auswerteeinheit umfasst, in der die in dem Halbleiterbaustein abgespeicherten Referenzdaten mit den Kennungsdaten auf Übereinstimmung überprüft werden, und wobei weiterhin vorgesehen ist
  dass ein Algorithmus (30) eines Vergleichsprogramms in einen in einer Recheneinheit (4) der Verarbeitungseinheit (1) ablaufenden Hauptteil (31) und in einen in dem Halbleiterbaustein (6) der Chipkarte (7) ablaufenden Nebenteil (32) aufgeteilt ist, wobei die sensitiven Kennungsdaten und zumindest Teil der Referenzdaten in dem Nebenteil (32) verarbeitet werden,
  daß ein Ähnlichkeitsvergleich vorgenommen wird, derart, daß nach dem Vergleich auf Übereinstimmung der Kennungsdaten und der Referenzdaten die sich ergebenden Vergleichswerte jeweils mit einem Koeffizienten zwischen 0 und 1 gewichtet werden. Zur Bildung eines resultierenden Vergleichswerts, der mit einem vorgegebenen Entscheidungsschwellwert verglichen wird, und daß die Überschreitung des Entscheidungsschwellwerts ein Bestätigungssignal von dem Halbleiterbaustein (6) zu der Verarbeitungseinheit (1) übertragen wird.

2. Vorrichtung nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, daß der Entscheidungsschwellwert nur nach Ab­ lauf eines Authorisierungsprogramms gelesen werden kann.

3. Vorrichtung nach Anspruch 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, daß der Sensor als optischer, thermischer oder elektronischer Sensor ausgebildet ist und daß der Ähn­ lichkeitsvergleich durch Feststellung der Übereinstimmung

4. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 3, dadurch gekennzeichnet, daß das von dem Halbleiterbaustein (6) er­ zeugte Bestätigungssignal mit einer elektronischen Signatur versehen ist.

5. Vorrichtung nach einem der Ansprüche 1 bis 4, dadurch gekennzeichnet, daß die Daten zwischen einer Sensoreinheit (15) und der Chipkarte (19) als verschlüsselte Daten ausge­ bildet sind.