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Berufsmaturitätsschule GIBZ Zug Claude Baumann BMI4

Betreuende Lehrperson: J. Lücking Strankmann Abgabetermin: 6. März 2008

Interdisziplinäre Projektarbeit Ist Sicherheit durch Biometrie eine Illusion?

Berufsmaturitätsschule GIBZ Zug 05.03.2008 23:43:23 Ist Sicherheit durch Biometrie eine Illusion V2.doc

Version 1.2


Ausgabe

05.03.2008

Ersteller

Claude

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1.2 Baumann

Interdisziplin채re Projektarbeit Ist Sicherheit durch Biometrie eine Illusion?

Inhaltsverzeichnis 1

Abstract ...................................................................................................... 3

2

Einleitung ................................................................................................... 3

3

Einf체hrung in die Biometrische Identifikation ........................................ 4

3.1

Grundlagen .................................................................................................. 4

4

Verfahren zur Biometrischen Identifikation ............................................. 6

4.1

Identifikation durch physiologische Merkmale.............................................. 6

4.1.1

Fingerbilderkennung .................................................................................... 6

4.1.1.1

Funktionsweise ............................................................................................ 6

4.1.2

Gesichtserkennung ...................................................................................... 7

4.1.2.1

Funktionsweise ............................................................................................ 7

4.1.3

Iriserkennung ............................................................................................... 7

4.1.4

Retinaerkennung ......................................................................................... 8

4.2

Identifikation durch verhaltensbasierte Merkmale ........................................ 8

4.2.1

(Unter-)Schrifterkennung ............................................................................. 8

4.2.2

Spracherkennung ........................................................................................ 9

5

Sind biometrische Merkmale einzigartig? ............................................... 9

6

Biometrie und Datenschutz .................................................................... 10

6.1

Template-freie Verfahren ........................................................................... 10

7

Schlusswort ............................................................................................. 11

8

Glossar ..................................................................................................... 12

9

Quellenverzeichnis .................................................................................. 13

10

Erkl채rung .................................................................................................. 13

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Interdisziplinäre Projektarbeit Ist Sicherheit durch Biometrie eine Illusion?

Abstract

Seit dem 11. September 2001 hört man laufend von Terrorbekämpfung. Eine seit 2001 heftig diskutierte Methode scheint die Biometrische Identifikation zu sein, welche mit Gesichtserkennungssystemen in Flughäfen und dem Biometrischen Pass realisiert werden soll. Wie jede technische Entwicklung bringt auch die Biometrie Vor- und Nachteile mit sich. Da stellt sich die Frage ob diese Technik schon bereit ist. Kann sie uns mehr Sicherheit bieten oder ist dies nur ein leeres Versprechen? Ist Sicherheit durch Biometrie eine Illusion? Um diese Fragestellung zu beantworten kann man sich in Fachliteratur und dem Internet die benötigten Informationen beschaffen. Da das Internet in einigen Fällen zu Unwahrheiten neigt, werde ich versuchen dieses nach Möglichkeit zu vermeiden und stattdessen vor allem Fachliteratur verwenden. Auch wenn die Biometrie unterumständen die Sicherheit erhöht, hat dies nicht nur Vorteile. Warum sonnst wird soviel über dieses Thema diskutiert.

2

Einleitung

Der Themenbereich Biometrische Identifikation erstreckt sich über mehrere Gebiete. Technische Hintergründe gehören genauso dazu wie Genetik, Datenschutz und Datensicherheit. Mit Hilfe der zuvor erwähnten Gebiete möchte ich beantworten, ob Biometrie mehr Sicherheit gibt oder nur verspricht. Um zu einem möglichst korrekten Ergebnis zu gelangen, ist die Aufarbeitung von Fachliteratur dringend notwendig. Mit Hilfe des Internets kann man schnell und einfach zu vielen Informationen gelangen, diese sind aber oft nicht vollständig oder gar falsch.

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Einführung in die Biometrische Identifikation

Immer wenn wir nicht persönlich bekannt sind, müssen wir uns mit Hilfe der Vertrauenswürdigkeit eines Dritten, eines Identifikationspapiers oder der Vertraulichkeit eines Passwortes ausweisen. Sei dies zur Einreise in ein anderes Land, zum Bezug eines Hotelzimmers oder zum Bezug von Geld auf einer Bank. So kann man sagen, dass die heutigen Methoden zur Identifikation auf Besitz oder Wissen beruhen. Dies gilt auch wenn technische Hilfsmittel zum Überbrücken einer räumlichen Distanz verwendet werden. Doch die erwähnte Methode hat auch Schwächen. Nehmen wir das Beispiel des Geldautomaten. Kennt jemand meine PIN, kann diese Person in meinem Namen Geld abheben, sofern er sich in Besitz meiner Chipkarte gebracht hat. Die Schwächen dieser klassischen Sicherungssysteme ergeben das Potential der Biometrischen Identifikation.1

3.1

Grundlagen

Die Biometrische Identifikation basiert auf dem Vergleich zwischen den biometrischen Merkmalen einer Person und den zuvor erfassten Referenzdaten. Allerdings unterliegen die biometrischen Merkmale eines Menschen stetig einer leichten Veränderung. Das heisst, die Referenzdaten welche zum Beispiel vor einem Monat erfasst wurden entsprechen nicht zu 100% den aktuellen biometrischen Merkmalen. Nehmen wir als Beispiel die Gesichtserkennung. Hier entstehen durch die Mimik, das bewegen der Person oder die veränderlichen Lichtverhältnisse durch den Tageszyklus Ungenauigkeiten. Somit gilt eine Person als Identifiziert wenn sich der Messwert innerhalb einer vordefinierten Toleranz befindet.2

1

vgl. Michael Behrens und Richard Roth; Biometrische Identifikation. Braunschweig/Wiesbaden , 2001 Seite 9

2

vgl. Michael Behrens und Richard Roth; Biometrische Identifikation. Braunschweig/Wiesbaden , 2001 Seite 11ff

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Abbildung 1: Fehlerkurven bei biometrischen Verfahren

Abbildung 1 zeigt wie wir ein biometrisches System mit Hilfe der Toleranz anpassen können, denn FAR (fail acceptance rate) und FRR (fail rejection rate) beeinflussen sich gegenseitig. Durch eine Verminderung des FAR Wertes steigt der FRR Wert und umgekehrt. Wenn wir also die Toleranz erhöhen, erhöht sich der FAR Wert. Wird allerdings die Toleranz eingeschränkt erhöht sich der FRR. Was bedeutet das im Klartext? Wenn der FAR Wert erhöht wird, bedeutet dass, wie der Name schon sagt, dass die eine Person vom System eher akzeptiert wird, obwohl diese eigentlich nicht dazu berechtigt währe. Wird der FRR Wert erhöht, wird eine Person eher vom System zurückgewiesen, obwohl diese berechtigt währe.

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Verfahren zur Biometrischen Identifikation

4.1

Identifikation durch physiologische Merkmale

4.1.1

Fingerbilderkennung

Fingerabdrücke werden schon lange verwendet. Schon im alten Indien wurden Fingerabdrücke von Kaufläuten dazu verwendet Verträge zu unterzeichnen. Die Fingerabdrücke jedes Menschen sind einzigartig und bleiben ein Leben lang unverändert. Sie können ausser durch Verletzungen mit Vernarbung nicht verändert werden. Fingerabdrücke können auch zum unterscheiden von eineiigen Zwillingen hilfreich sein.3

4.1.1.1

Funktionsweise

Nachdem das Bild aufgenommen wurde, muss dieses noch bearbeitet werden. Dabei ist das Ziel ein Bild zu erzeugen, welches beim Vergleich ein korrektes Ergebnis erzielt. Ein aufgenommenes Bild ist erfahrungsgemäss nicht optimal. Mit Hilfe der sogenannten Bildaufbereitung wird versucht den Kontrast der Rillen und Leisten zu maximieren. Danach werden die Leisten extrahiert. Dazu wird das Bild in ein Binärbild umgewandelt, damit die Leisten einen möglichst grossen Kontrast erhalten. Im Anschluss wird aus dem Binärbild ein Linienbild erzeugt. Dies geschieht indem die Leisten auf die Breite von einem Pixel ausgedünnt werden. Durch diesen Vorgang werden störende Fehler im Bild entfernt ohne das eigentliche Fingerbild zu zerstören. In diesem Linienbild werden nun die einzelnen Minutien gesucht. Die Minutien und ihre Position zueinander werden nun vom System zum Vergleich verwendet.4

3

vgl. Michael Behrens und Björn Heumann; Biometrische Identifikation. Braunschweig/Wiesbaden , 2001 Seite 82

4

vgl. Michael Behrens und Björn Heumann; Biometrische Identifikation. Braunschweig/Wiesbaden, 2001 Seite 91ff

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4.1.2

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Gesichtserkennung

Uns Menschen fällt es leicht einen anderen Menschen anhand seines Gesichtes zu erkennen. Diese Begabung einem Computer beizubringen ist für die Entwickler eines Gesichtserkennungssystems eine Herausforderung. Die Schwierigkeit ein Gesicht zu erkennen liegt darin, dass das Gesicht durch die Mimik viele verschiedene Empfindungen widerspiegeln kann.

4.1.2.1

Funktionsweise

Ein typisches Gesichtserkennungssystem verarbeitet ein Bild mit folgenden Schritten: Als erstes muss im Rohbild das Gesicht gesucht werden. Danach wird das Bild normalisiert. Das heisst, das Gesicht wird aus dem Bild ausgeschnitten und so skaliert und gedreht, dass es zum extrahieren der Merkmale geeignet ist. Meistens werden Merkmale analysiert welche sich nicht durch die Mimik verändern. Ausserdem ist das Gesicht ein dreidimensionales Objekt, dessen Bild vom Betrachtungswinkel, Alter und Beleuchtung abhängt.5

4.1.3

Iriserkennung

Das menschliche Auge hat gegenüber anderen zur Identifizierung verwendeten Körperzeilen einen entscheidenden Vorteil. Das Auge ist zwar von aussen zu sehen, es handelt sich aber trotzdem um ein inneres Organ welches vor der Umgebung gut geschützt ist und langzeitig stabil ist. Veränderungen des Betrachtungswinkels sowie Musterverzerrungen der Iris durch die Erweiterung der Pupille sind mathematisch problemlos umzukehren.6

5

vgl. Frank Weber; Biometrische Identifikation. Braunschweig/Wiesbaden, 2001 Seite 111ff

6

vgl. John Daugman; Biometrische Identifikation. Braunschweig/Wiesbaden, 2001 Seite 130ff

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4.1.4

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Retinaerkennung

Die Adern auf der Netzhaut bilden ein einzigartiges Muster und können demnach zur Biometrischen Identifikation verwendet werden. Um ein Bild der Netzhaut durch die Pupille hindurch zu erstellen ist allerdings teure und aufwendige Spezialtechnik erforderlich. Nachteilig wirken sich der hohe Preis und die bisher sehr hohe Rückweisungsrate.7

4.2

Identifikation durch verhaltensbasierte Merkmale

4.2.1

(Unter-)Schrifterkennung

Eine Unterschrift kann ganz einfach mit Hilfe einer Kamera digitalisiert werden. Allerdings überprüft diese Methode nur das Ergebnis aber nicht den Vorgang des Unterschreibens. Damit die Dynamik des Schreibens ausgewertet werden kann, muss die Unterschrift während des Unterschreibens aufgenommen werden.

Abbildung 2: Schriftbild und Schreibverlauf

Dadurch können zum Beispiel die Bewegung des Schreibstiftes auf der Schreibebene oder der Schreibdruck aufgezeichnet werden.

7

vgl. Mirjam Brändli; Semesterarbeit Biometrische Identifikation, Universität Zürich, 2003 Seite 5

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4.2.2

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Spracherkennung

Die Stimme einer Person ist einzigartig. Sie hängt zum einen von Form und Volumen des Brustkorbes, Form von Mund und Rachen sowie den Stimmbändern ab, zum andern von den über Jahre angeeigneten Sprachgewohnheiten. Die Toleranz gegenüber Veränderung der Stimme sollte nicht zu gross sein, da sonst die Einbruchsgefahr stark steigt. Ausserdem ist mit erheblich mehr Aufwand zu rechnen, wenn diese Technik in Umgebungen mit vielen Geräuschen verwendet wird. 8

5

Sind biometrische Merkmale einzigartig?

Nach heutigem Wissensstand kann man sagen, dass biometrische Merkmale einzigartig sind. Wie schon erwähnt können mit Hilfe von biometrischen Merkmalen eineiige Zwillinge unterschieden werden. Warum sind diese Merkmale einzigartig? Die Antwort zu dieser Frage liegt in unseren Genen. Der Mensch besitzt 46 Chromosomen. Neben Proteinen bestehen die Chromosomen vor allem aus Desoxyribonucleinsäure (DNA). Bei der Zeugung eines Menschen vereinigen sich 23 Chromosomen des weiblichen Partners sowie 23 Chromosomen des männlichen Partners. Somit ist sichergestellt, dass jeder Mensch, ausser eineiigen Zwillingen, ein individuelles Genom besitzt. Trotzdem sind die biometrischen Merkmale nicht identisch. Damit die Zellregeneration beschleunigt werden kann, sind im Genetischencode die Gene der einzelnen Merkmale mehrfach vorhanden. Welches Gen nun wo zu tragen kommt, bestimmt zum einen der Chaoseffekt, zum anderen äussere Einflüsse bei der Entwicklung im Mutterleib. So kann es zum Beispiel durch eine ungünstige Lage der Nabelschnur zu einer etwas schlechteren Versorgung eines Zwillings führen. Durch die schlechtere Versorgung kann

8

vgl. Joachim Zinke; Biometrische Identifikation. Braunschweig/Wiesbaden, 2001 Seite 160ff

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unter Umständen ein anderes Gen zur Bildung des Merkmals beitragen. Ausserdem gilt dies nicht nur für eineiige Zwillinge sondern auch Mehrlinge.9

6

Biometrie und Datenschutz

Beim Einsatz von Biometrie stellen sich aus Sicht des Datenschutzes viele Fragen. Zum Einen sind das Fragen zur Sicherheit der Systeme, zum Anderen Fragen zum Umgang sowie dem Missbrauch der Daten. Wichtig zu erwähnen ist, dass es sich bei biometrischen Merkmalen um dauerhaft personengebundene Merkmale handelt. Diese Daten sind deshalb besonders Schützenswert, da sie nicht geändert werden können. Mit modernen Verfahren welche eine automatisierte Erfassung biometrischer Daten von vielen Personen ermöglichen, entsteht ein ernst zu nehmendes Potential zur Überwachung. Zum Beispiel können durch Vernetzung von Überwachungskameras einer Stadt mit einem leistungsstarken Gesichtserkennungssystem von verschiedenen Personen Bewegungs- und Verhaltensprofile aufgezeichnet werden. Eine weitere Gefahr verbirgt sich hinter der Speicherung biometrischer Daten. Werden biometrische Daten in einer zentralen Datenbank abgelegt ist dies als sehr gefährlich zu interpretieren. Wenn ein System dieser Art zum Ziel eines erfolgreichen Angriffs wird, können die Angreifer vollen Zugriff auf die gespeicherten Daten erhalten. Problematisch ist die Tatsache, dass biometrische Merkmale nicht geändert werden können wie ein PIN oder ein Passwort. Desweiteren sind biometrische Merkmale endlich.

6.1

Template-freie Verfahren

Die Template-freien Verfahren, welche auch als „anonyme Biometrie“ bezeichnet werden, sind noch in Entwicklung. Hier geht es darum die oben erwähnten Gefahren zu eliminieren. 9

vgl. Gloria Behrens; Biometrische Identifikation. Braunschweig/Wiesbaden, 2001 Seite 56ff

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Grundsätzlich wird das Template durch einen kryptographischen Schlüssel ersetzt. Das Problem besteht darin, dass die biometrisch erfassten Merkmale einer Person immer den gleichen Schlüssel ergeben müssen. Merkmale unterschiedlicher Personen müssen allerdings einen anderen Schlüssel ergeben. Mit Hilfe dieses Schlüssels S wird eine zufällige Zahl z verschlüsselt und mit ihrer verschlüsselten Zahl c gespeichert. Bei einer Authentifizierung wird nun eine biometrische Messung durchgeführt und daraus ein Schlüssel S‘ berechnet. Mit diesem Schlüssel wird nun die gespeicherte Zahl z verschlüsselt. Wenn nun das Resultat der Verschlüsselung gleich der gespeicherten Zahl c ist, sind S und S‘ gleich. Wenn bei diesem Verfahren geeignete kryptographische Methoden verwendet werden, sind aus Kenntnis von c und z keine Rückschlüsse auf S möglich. Zur Authentifizierung können die beiden Zahlen c und z zum Beispiel auf einer Chipkarte gespeichert werden. Geht diese Chipkarte verloren oder sie wird gestohlen, so kann einfach die Zufallszahl z verändert werden. Durch das ändern der Zahl z entsteht ein neues Zahlenpaar (z, c) welches zum Schlüssel S gehört. Mit dieser Technik währe es nun möglich „biometrische Passwörter“ zu ändern.10

7

Schlusswort

Die Biometrische Identifikation kann das tägliche Leben erleichtern und in bestimmten Situationen auch mehr Sicherheit bringen. Nimmt man zum Beispiel das Abheben von Geld an einem Geldautomaten. So könnte man in naher Zukunft mit ec-Chipkarte und Fingerbilderkennung ohne PIN Geld bekommen. In diesem Beispiel hätten wir durch Biometrie mehr Sicherheit, da man den PIN nicht mehr aufschreiben muss um ihn nicht zu vergessen.

10

vgl. Astrid Albrecht und Thomas Probst; Biometrische Identifikation. Braunschweig/Wiesbaden, 2001 Seite 39f

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Dennoch können mit Biometrischen Identifikationssystemen unterumständen Profile eines Menschen erstellt werden, welche ganz klar dessen Intimsphäre gefährden kann. Damit dies nicht geschieht haben wir in der Schweiz ein Datenschutzgesetz. Doch was geschieht mit unseren Daten, wenn wir mit einem Biometrischen Pass in andere Länder reisen? Sind unsere Daten im Ausland sicher? Denn bei biometrischen Merkmalen handelt es sich noch immer um persönliche Daten. Die US-Bundespolizei FBI will laut CNN während den nächsten zehn Jahren eine Biometrie-Datenbank aufbauen, was eine grosse Bedrohung der Freiheit darstellen würde. Viele Biometrische Identifikationssysteme sind technisch noch nicht in der Lage uns vor der steigenden Bedrohung durch den Terrorismus zu schützen. Ausserdem lässt der Datenschutz noch viele Fragen offen. Erst Template-freie Methoden bringen Sicherheit und das auch aus Sicht des Persönlichkeitsschutzes. Wie anfänglich vermutet bringt die Biometrische Identifikation nicht die Art von Sicherheit, welche wir wollen. Demnach handeln auch die Regierungen überstürzt, in dem sie den Biometrischen Pass bereits jetzt vorschreiben. Bleibt nur die Hoffnung, dass die Entwicklung der Template-freien Verfahren schnell voran kommt.

8

Glossar

Wort

Bedeutung

Binärbild

In einem Binärbild können alle Elemente nur die Farbe Schwarz oder Weiss annehmen.

Kryptographie

Kryptographie ist die Wissenschaft der Verschlüsselung (unkenntlich machen) von Informationen.

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Quellenverzeichnis

Michael Behrens, Richard Roth; Biometrische Identifikation. Braunschweig/Wiesbaden, 2001 Mirjam Brändli; Semesterarbeit Biometrische Identifikation. Universität Zürich, 2003

10

Erklärung

Hiermit erkläre ich, dass ich diese Arbeit selbst und nur mit den aufgeführten Quellen sowie den zugelassenen Hilfsmitteln verfasst habe.

Datum: 05. März 2008

Unterschrift:

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