Fingerprint-Scanning: Kontaktlos, schnell und präzise

5 Mrz 2018

Jeder von uns ist mehr oder weniger mit Fingerabdrucksensoren vertraut – viele verwenden sie vermutlich täglich auf dem Smartphone; andere hingegen könnten ihnen bereits bei der Beantragung eines Visums für oder bei der Einreise in ein fremdes Land begegnet sein. Vielleicht haben Sie aber auch auf einem ganz anderen Gebiet Bekanntschaft mit den immer häufiger vorkommenden Sensoren gemacht, denn Fingerabdrücke werden weltweit gerne zur Identitätsauthentifizierung herangezogen.

Wir haben in diesem Beitrag bereits die Vor- und Nachteile der Verwendung von Fingerabdrücken zu Identifikationszwecken, mögliche Sicherheitsrisiken, usw. diskutiert. Dieses Mal möchten wir mit Ihnen über zwei neue Fingerprint-Scanning-Methoden sprechen, die zwei Unternehmen auf dem Mobile World Congress 2018 präsentiert haben.

So funktioniert die Identifikation per Fingerabdruck

Es gibt viele Möglichkeiten, den Fingerabdruck einer Person zu erfassen; für gewöhnlich wird der Finger auf einen Sensor gelegt, der beispielsweise die Unterschiede im elektrischen Feld verschiedener Bereiche des Fingers erkennt und somit ein einzigartiges Bild der papillaren Linien des Fingers erzeugen kann. Alternativ kann der Sensor eine Kamera verwenden, um ein Foto des Fingerabdrucks zu machen. Eine weitere Möglichkeit besteht darin, mithilfe eines Sensors Ultraschallwellen auszusenden, um zu erkennen, wie die Fingeroberfläche diese reflektiert. Auf diese Weise wird es der zugehörigen Software ermöglicht, eine 3D-Karte des Fingers zu erstellen. 

Wenn Sie Ihren Finger zur Identitätskontrolle auf einen Sensor legen, wird der Fingerabdruck erneut erfasst und mit den zuvor in der Datenbank gespeicherten Bildern verglichen. Wenn eine bestimmte Anzahl papillarer Linien und Muster auf dem Bild in der Datenbank mit denen auf dem gerade erstellten Bild übereinstimmt (bzw. größtenteils übereinstimmt), wird Ihre Identität bestätigt. Das heißt, Sie können ein Smartphone entsperren, in ein beliebiges Land einreisen oder all das tun, wozu die Identifikation mittels Fingerabdruck nötig ist.

Kontaktlose Erfassung des Fingerabdrucks

Bei allen oben genannten Methoden muss der Sensor ein bis zwei Sekunden lang berührt werden. Gelgentlich kommt es vor, dass Sie Ihren Finger erst reinigen und den Sensor dann erneut berühren müssen, da Scanner zu Ausfällen neigen können. Ein kapazitiver Scanner kann feuchte Finger beispielsweise nicht lesen, und die Kamera könnte versagen, wenn der Finger zu schnell bewegt wird; gleiches gilt auch für Sensoren, die mittels Ultraschall funktionieren. Zur Entsperrung Ihres privaten Smartphones ist die Berührung des Sensors absolut in Ordnung; an einem Ort, an dem täglich Tausende von Fingerabdrücken gescannt werden, könnte diese Routine allerdings zu einer unhygienischen Angelegenheit werden. Aber nicht nur das: Um die Fingerabdrücke großer Menschenmassen zu scannen, könnte diese Methode schlichtweg zu langsam sein.

Auf dem MWC 2018 hat eine französische Firma namens Idemia eine neue Methode des Fingerprint-Scannings präsentiert, die keinerlei Berührung erfordert. Sie bewegen Ihre Hand mit einem Abstand von rund 2,5 cm über dem Scanner (keine Berührung bedeutet auch, dass sich keine Bakterien auf dem Sensor ansammeln), und mehrere Kameras unterhalb der Oberfläche des Scanners machen Videoaufnahmen Ihrer sich bewegenden Hand aus verschiedenen Winkeln. Ein maschineller Lernalgorithmus erstellt daraufhin ein 3D-Modell Ihrer Finger.

Kameras können nur unter bestimmten Lichtbedingungen funktionieren; deshalb verwendet das Idemia-System grünes Licht, um Ihre Hand zu beleuchten. Möglicherweise sind Sie bereits des Öfteren auf Scanner gestoßen, die ähnlich funktionieren. Der Unterschied besteht jedoch darin, dass in diesem Fall ein 3D-Modell und nicht lediglich ein 2D-Bild erstellt wird.

Das Multikamera-Setup und die 3D-Modellierung verleihen dem Idemia-Scanner zwei wesentliche Vorteile gegenüber Scannern mit nur einer Kamera, die ein flaches Bild erzeugen.

Zum einen die Kombination aus Geschwindigkeit und Präzision: Jede Kamera macht mehr als ein Dutzend Fotos (bedenken Sie, dass jedes Video aus einer Folge von Fotos besteht) und der Algorithmus ist schnell genug, um alle Fotos in einem Bruchteil einer Sekunde zu verarbeiten. Auf diese Weise wird ein HD-Bild innerhalb kürzester Zeit – in der Regel in weniger als einer Sekunde – erstellt, um simultan die Fingerabdrücke von vier Fingern zu scannen, zu verarbeiten und zu vergleichen.

Der zweite Vorteil besteht offensichtlich darin, dass Sie nichts berühren müssen. Für die Aufnahme eines guten Standbildes, müssen Sie Ihre Finger ruhig halten und das bedeutet, dass Sie diese gegen die Oberfläche des Scanners drücken müssen. Bei der Aufnahme eines Videos hingegen, muss man sich keine Gedanken um die Qualität jeder einzelnen Aufnahme machen. Aus diesem Grund können Sie Ihre Hand auch relativ schnell über den Scanner bewegen.

Idemia ist fest davon überzeugt, dass derartige Scanner besonders dann nützlich sein können, wenn Scans besonders schnell durchgeführt werden müssen: beispielsweise bei Flughafenkontrollen. Weiterhin können sie als Authentifizierungsmethode für Büroangestellte genutzt werden, so dass die Mitarbeiter keine Zeit damit verschwenden, an den Türen Schlange zu stehen.

Wie sicher ist das Scannen der Fingerabdrücke?

Trotz der qualitativ hochwertigen Bildaufnahmen, bestätigten Idemias Vertreter, dass diese Methode nicht absolut sicher ist. So könnte beispielsweise eine sehr gute und detaillierte 3D-Kopie einer Hand verwendet werden, um die Scanner von Idemia zu täuschen. Um die Sicherheit zu erhöhen, wurde vorgeschlagen, mehrere Authentifizierungsfaktoren miteinander zu kombinieren; beispielsweise die Gesichts- und Iris-Erkennung gepaart mit dem Fingerprint-Scanning.

Es gibt eine weitere Methode, ein unbelebtes Objekt wie eine Hand aus dem 3D-Drucker von der Hand einer lebendigen Person mit einem Fingerprint-Scanner zu unterscheiden. Ein chinesisches Unternehmen namens Real iDentity präsentierte diese Methode auf dem MWC 2018.

Sie kombiniert einen traditionellen kapazitiven Sensor und die Erkennung von „Mikro-Schweiß“. Jeder normale Mensch schwitzt – manchmal mehr, manchmal weniger. Wenn der Scanner das richtige Muster papillarer Linien auf dem Finger erkennt und gleichzeitig Mikro-Schweißtropfen auf dem Finger entdeckt, ist er in der Lage, eine Person zu identifizieren und fällt nicht auf Tricks wie die Verwendung einer Hand aus dem 3D-Drucker herein.

Real iDentity offenbart zwar nicht seine Methode, mit der Mikroschweiß erkannt wird, frühere Untersuchungen anderer Firmen haben jedoch vorgeschlagen, zusätzlich zu dem kapazitiven Sensor einen Röntgenstrahler und einen Fotosensor zu verwenden. Der menschliche Schweiß besteht nicht nur aus Wasser und Salz, sondern zudem aus anderen chemischen Elementen, wie zum Beispiel Kalium, das Röntgenstrahlen absorbiert und Licht emittiert. So kann Schweiß von Wasser oder anderen chemischen Substanzen unterschieden werden. Theoretisch kann die Mikroschweißdetektion in eine kontaktlose Methode integriert werden; In der Demo von Real iDentity musste jedoch der Sensor berührt werden, um den Fingerabdruck zu scannen.

Fingerabdrücke sind omnipräsent

Beide Technologien stellen einen Fortschritt in der Erkennung per Fingerabdruck dar. Zwar werden sie vermutlich nicht in allen Fingerabdrucksensoren implementiert werden, dennoch könnten sie den Gebrauch der Authentifizierung per Fingerabdruck auf einige Bereiche ausdehnen, in denen derartige Technologien bisher noch nicht verwendet wurden. Das könnte dazu beitragen, bestimmte Prozesse zu beschleunigen oder ihre Sicherheit zu erhöhen.

Auf der anderen Seite bleiben die Nachteile der Fingerabdruckidentifikation die gleichen wie zuvor: Fingerabdrücke sind leicht zu erfassen, Fingerabdrücke können gefälscht werden, auch wenn neue Technologien Fälschungen erschweren. Ihre Fingerabdrücke können bei Datenlecks nicht geändert werden, ein Passwort hingegen schon. Am Besten wäre es, Biometrie als sekundäre Schutzmethode zu verwenden, die andere Sicherheitsmaßnahmen ergänzt, aber nicht vollständig ersetzt.