PV157 ­ Autentizace a řízení přístupu
Biometrická autentizace
uživatelů

Biometrické metody autentizace
ˇ Metody autentizace
­ něco, co máme (klíč, čipová karta)
­ něco, co známe (PIN, heslo)
­ něco, co jsme (biometriky)
ˇ Biometriky ­ ,,automatizované metody
identifikace nebo ověření identity na základě
měřitelných fyziologických nebo behaviorálních
(založených na chování) vlastností člověka"

Režimy použití biometrik
ˇ Verifikace
­ 1:1
­ identita je známa (ověření této identity)
ˇ Identifikace
­ 1:n
­ identita není známa (nutné projít celou
databázi registrovaných osob)
­ identifikace je náročnější proces
­ dělení databáze (clustering)

Specifika biometrických systémů
ˇ Variabilita
­ biometrická data
nejsou nikdy 100%
shodná
­ musíme povolit
určitou variabilitu
mezi registračním
vzorkem a později
získanými
biometrickými daty
ˇ Proces použití biometrik
­ registrace
ˇ prvotní snímání
biometrických dat
­ verifikace/identifikace
ˇ následné snímání
biometrických dat a
jejich srovnání
s registračním vzorkem

Model biometrické autentizace (1)
ˇ Fáze registrace
­ prvotní získání biometrických dat
ˇ kvalita těchto dat je velmi důležitá
­ vytvoření registračního vzorku
ˇ získání důležitých charakteristik
­ uložení registračního vzorku
ˇ karta, snímač, pracovní stanice, server

Model biometrické autentizace (2)
ˇ Fáze identifikace / autentizace
­ získání biometrických dat
ˇ plně automatické, bez obsluhy
­ vytvoření charakteristik
ˇ pouze jeden vzorek k dispozici
­ srovnání charakteristik
ˇ míra shody registračního vzorku s aktuálními daty
­ finální rozhodnutí ano/ne

Chyby biometrických systémů
ˇ Nesprávné přijetí
(false acceptance)
(zero-effort)
ˇ Nesprávné odmítnutí
(false rejection)

Chyby biometrických systémů
ˇ Receiver operating curve (ROC)

Biometrické technologie
ˇ Založené na
­ Fyziologických charakteristikách (otisk prstu,
geometrie ruky) ­ též nazývané statické
­ Behaviorálních charakteristikách (podpis, hlas)
­ je vyžadována akce uživatele ­ též nazývané
dynamické
ˇ Charakteristiky
­ Genotypické ­ geneticky založené (např. DNA)
­ Fenotypické ­ ovlivněné prostředím, vývojem
(např. otisk prstu)

Biometrické technologie
ˇ Otisk prstu
ˇ Vzor oční duhovky
ˇ Vzor oční sítnice
ˇ Srovnání obličeje
ˇ Geometrie ruky
ˇ Verifikace hlasu
ˇ Dynamika podpisu
ˇ Dynamika psaní na
klávesnici heslo

Snímače otisků prstů
ˇ optické
ˇ silikonové
(kapacitní)
ˇ ultrazvukové
Otisky prstů
ˇ Jedna z nejstarších
metod
ˇ Získání otisku prstu
­ za použití inkoustu
­ bez použití inkoustu

Otisky prstů
ˇ Zpracování otisků prstů
­ ,,podrobnosti otisků"
ˇ Srovnání otisků prstů
ˇ Rychlost
­ jedno srovnání 5ms až 2s
ˇ Přesnost
­ FAR pod 0,1 %
při FRR asi 5%
Zdroj: Digital Persona, Inc.

Geometrie ruky
ˇ Snímá se tvar ruky
ˇ Ten ovšem není
jedinečný (např. ve
srovnání s otisky prstů)
ˇ Snímače snímají 3D
(velikost šablony
pouze 9 bajtů)

Geometrie ruky
ˇ Rychlost
­ verifikace asi během 1 s
ˇ Přesnost
­ málo přesné, tvar ruky není jedinečný
­ nevhodné pro identifikaci
­ pouze omezeně vhodné pro verifikaci
­ FAR i FRR přes 10 %
ˇ Použito při kontrole vstupu do olympijské vesnice
na Olympijských hrách v Atlantě v roce 1996

Dynamika podpisu
ˇ Důležitý je nejen
výsledný podpis, ale i
způsob (dynamika)
jeho psaní
ˇ Vstupní zařízení
­ tablet
­ speciální snímač

Dynamika podpisu
ˇ Velikost šablony
­ kolem 20 kB (vytvořeno ze 3 až 10 podpisů)
ˇ Rychlost
­ verifikace asi během 1 s
ˇ Přesnost
­ velmi malá, nedostatečná pro většinu aplikací
­ FAR i FRR několik desítek procent
­ často důraz pouze na dynamickou komponentu psaní
bez ohledu na výsledný podpis

Verifikace hlasu
ˇ Založeno
­ na charakteristikách hlasu daných hlasovým ústrojím
člověka
ˇ Snímání
­ běžný mikrofon
­ telefon

Verifikace hlasu
ˇ Rychlost
­ docela rychlé
ˇ Přesnost
­ za ideálních podmínek FAR i FRR pod 2 %
­ reálné výsledky velmi ovlivněny šumem linky a
šumem z okolí

Dynamika psaní na klávesnici
ˇ Založeno na způsobu psaní na klávesnici
­ měří se čas stlačení klávesy a čas mezi stisky
kláves
­ nevyžaduje speciální HW
­ algoritmy pracují na principu srovnávání vzorů
(pattern matching) nebo neuronových sítí
(neural networks ­ problém přidání dalšího
uživatele)
­ možnost kontinuální autentizace uživatele

Oční duhovka
ˇ Srovnává se jedinečný
vzor oční duhovky
ˇ Snímání oční
duhovky
­ černobílá kamera ve
vzdálenosti x.10 cm
ˇ Iriscode
­ 256 bajtů popisujících vzor
duhovky
ˇ Rychlost
­ miliony srovnání za sekundu
ˇ Přesnost
­ velmi přesné, vhodné i pro
identifikaci
­ FAR (téměř) nulové při FRR
kolem 3 %

Oční sítnice
ˇ Srovnává se vzor cév
na oční sítnici
ˇ Pro snímání se
používá infračervený
laserový paprsek
ˇ Velikost výsledného
záznamu
­ 96 bajtů
ˇ Přesnost
­ velmi přesné
­ velmi nízké FAR, avšak
relativně vysoké FRR
ˇ Příjemnost
­ snímání není uživatelsky
příjemné

Rozpoznání obličeje
ˇ Rozpoznání obličeje
­ Detekce obličeje
­ Srovnání obličeje
ˇ Rychlost
­ Velice výpočetně náročné
­ Verifikace až několik sec
ˇ Přesnost
­ FRR i FAR několik desítek procent
­ Obličej člověka se mění v čase
­ Účes, Brýle, Náušnice

Biometriky ­ neúplný přehled
ˇ Fyziologické charakteristiky
­ Ruka
ˇ Otisk prstu
ˇ Otisk dlaně
ˇ Geometrie (tvaru) ruky
ˇ Žíly ruky (geometrie)
­ Oko
ˇ Duhovka
ˇ Sítnice
­ Tvář
­ Hlas
­ DNA
­ Lůžka nehtů
­ Vůně/pot
­ Tvar ucha...
ˇ Charakteristiky chování
­ Dynamika podpisu
­ Hlas (dle podnětu)
­ Pohyby tváře
­ Dynamika chůze
­ Dynamika psaní na
klávesnici

Srovnání ­ autentizace a biometriky
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
Accurate Convenient Intrusive Costly
PIN
Dynamic signature
Face
Iris
Retina
Voice
Hand geometry
Fingerprint
best

Nejslibnější technologie
ˇ Otisk prstu
+ hodně produktů a aktivit v oblasti výzkumu a vývoje
+ cena a velikost obecně přijatelné již dnes
- možnost podvodů
ˇ Duhovka
+ vynikající přesnost ­ identifikace i v obrovských skupinách lidí
- možnost podvodů; nová technologie (patentový monopol)
ˇ Ověření mluvčího
+ kontinuální verifikace a možnost ověření výzva-odpověď
- změna charakteristik a vývoj řeči

Komerční versus forenzní
ˇ Nízká přesnost
ˇ Plně automatizované,
počítačové periferie
ˇ Nedostatečně kvalitní
registrační vzorky můžeme
získat znovu.
ˇ Ukládáme pouze
zpracované charakteristiky
ˇ Vyšší přesnost
ˇ Nutné manuální intervence
profesionálů
ˇ Registraci není možné opakovat
ˇ Uchováváme zpracované
charakteristiky i původní
biometrické vzorky

Komerční versus forenzní II.
ˇ Výsledek autentizace v
sekundách
ˇ Nízká až střední znalost
systému nutná (pro
používání)
ˇ Miniaturizace
ˇ Cena hraje důležitou roli a
je relativně nízká
ˇ Získání výsledků může trvat i
dny
ˇ Pro používání je nutná odborná
znalost systému a principu na
němž je založen
ˇ Velikost zařízení je nedůležitá
ˇ Vysoká cena; není to však
nejdůležitější faktor.

Výhody biometrik
ˇ Autentizace/identifikace uživatele
ˇ Nemůžeme ztratit, zapomenout nebo předat jiné osobě
ˇ Rychlé a (relativně) přesné výsledky
ˇ Nižší cena údržby než u tokenů (a často i hesel)

Praktické problémy I
ˇ Důvěryhodné vstupní zařízení (živost)
­ Pochází vzorek od živé osoby?
­ A pochází skutečně od osoby, která jej podává?
ˇ Vysoké FAR ­ aplikace s nízkou úrovní bezp.
ˇ Vysoké FRR ­ nespokojení uživatelé.
ˇ Uživatelé s poškozenými/chybějícími orgány
(FTE ­ fail to enroll, FTA ­ fail to acquire)

Praktické problémy II.
ˇ Správa charakteristik
ˇ Omezení při použití charakteristik
­ Jedna charakteristika může být použita ve více
systémech!
­ Zveřejnění nesmí ohrozit bezpečnost!
ˇ Záležitosti s ochranou soukromí a uživatelskou
přívětivostí pro uživatele.
ˇ Legislativa a omezení.

Hlavní poznatky
ˇ Biometriky mohou být velmi citlivé informace
ˇ Biometriky nejsou tajné
ˇ Kopírování nemusí být triviální, ale není obtížné
ˇ Spolehlivost: nemohou být zapomenuty
ˇ Nová ochranná opatření mají za následek nové
druhy útoků ­ bezpečnostní ,,klasika"

Jsou tedy biometriky přínosem?
ˇ Uživatelská přívětivost ˇ Bezpečnost (současných
implementací) musí být
zlepšena

Digitální podpis a autentizace
Uživatel -- Počítač -- Data

Digitální podpis v teorii
Tajný klíč + Dokument = Podpis
Veřejný klíč + Podpis + Dokument = Ano / Ne

Digitální podpis v realitě
ˇ Veřejný klíč ­ kritický pro ověření podpisu,
používány certifikáty veřejných klíčů (PKI).
ˇ Privátní klíč ­ musí být udržován tajný, jinak
další osoby mohou vytvářet ,,cizí" podpis.
­ Digitální podpis využívá omezeného přístupu k
privátnímu klíči
ˇ Ve skutečnosti nepodepisuje člověk, ale
počítač!!!

Ochrana soukromého klíče
ˇ Uložen v počítači, čipové kartě ...
ˇ Obvykle zašifrován/blokován
­ Pro přístup ke klíči je nutné zadat PIN/heslo a/nebo
vložit čipovou kartu
­ Při vytváření podpisu (a jiném použití) ­ trojský kůň
nebo administrator může k soukromému klíči získat
přístup!!!

Biometriky a kryptografie
ˇ Biometriky nejsou tajné!!!
ˇ Generování kvalitních kryptografických klíčů
z biometrik je víceméně nesmyslné
­ Sice atraktivní návrh ­ klíč jen v okamžiku potřeby ap.
­ Ale prostor všech možných klíčů je omezený
­ Co bude tajné a když to ,,přidáme", tak kam to uložíme?
­ A co v případě prozrazení klíče, nevratné změny vzorku,
změny snímací technologie...

Úloha biometrik
ˇ Biometriky mohou výhodně chránit přístup
k tajnému klíči (nejlépe ještě s tajnou
informací)
ˇ Biometriky autentizují uživatele, nikoliv
počítače nebo data, zprávy...
ˇ Podepisovací čip + biometrický senzor +
biometrický porovnání = ... zářné zítřky? 

Závěry
ˇ Mnohé biometrické technologie jsou
použitelné v praxi. Nikdy ale nejsou 100%
bezchybné.
ˇ Použití biometrických technologií nemusí
automaticky znamenat zvýšení bezpečnosti
systému.
ˇ Výhodné je použití biometrik jako
doplňkové metody.

Otázky?
Vítány!!!
Příští přednáška 8. 12. 2003 v 18:00
matyas@fi.muni.cz
zriha@fi.muni.cz