DE10231870A1 - Verfahren und Anordnung zur Authentifizierung eines Nutzers für die Freischaltung eines zu sichernden Gerätes - Google Patents

Abstract

Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zur Authentifizierung eines Nutzers für die Freischaltung eines zu sichernden Gerätes, indem eine oder mehrere Vitalfunktionen des Nutzers als typische Vitalfunktionen erfasst werden und mittels eines Programms mit den gleichen, vorher bereits ermittelten und gespeicherten, für diesen Nutzer charakteristischen Vitalfunktionen verglichen werden und bei genügender Übereinstimmung dieser Vitalfunktionen das Gerät freigeschaltet wird. DOLLAR A Bei der Authentifizierung gemäß dieser Erfindung können alle körpereigenen Vitalfunktionen (Fingerbewegungen, Tastendruck, Handstellung, Gerätehaltung usw.) zur Ermittlung von charakteristischen Vitalfunktionen herangezogen werden, die messtechnisch erfasst werden können und die über längere Zeit eine Konstanz aufweisen oder mit genügender Genauigkeit reproduzierbar sind.

Description

• Die Erfindung betrifft ein Verfahren und eine Anordnung zum Authentifizieren eines Nutzers für die Freischaltung eines zu sichernden Gerätes.
• Es ist Stand der Technik, dass bei der Nutzung von Geräten, bei Zugangskontrollen, oder sonstigen Authentifizierungsvorgängen außer der Eingabe von PIN-Nummern, Codeworten oder anderen festgelegten Eingaben zum Freischalten oder Entsperren von Geräten oder Zugängen auch körpereigene Merkmale, wie Fingerabdrücke, Aussehen der Pupille oder geometrische Gesichtsmerkmale als alleiniges Identifizierungsmerkmal oder in Verbindung mit oben angeführten Eingaben verwendet werden.
• Nachteilig bei diesem Stand der Technik ist, dass durch Ausspähen oder Herausgabe durch Erpressen der PIN-Nummern, Codewörter oder andere festgelegte Eingaben, durch Kopien der Fingerabdrücke z. B. als Stempel oder durch Fotografie der Pupille, des Gesichtes usw. diese Sicherheitsmechanismen umgangen werden können.
• Aufgabe der Erfindung ist es, den Sicherheitsstandard bei Verfahren, die körpereigene Merkmale eines autorisierten Nutzers bei der Benutzung eines Gerätes oder mehrerer Geräte zu erhöhen und einen zuverlässigen Schutz bei Versuchen einer missbräuchlichen Nutzung dieses oder dieser Geräte durch Dritte sicher zu stellen.
• Diese Aufgabe wird durch die Merkmale der unabhängigen Patentansprüche gelöst.
• Vorteilhafte Ausgestaltungen und Weiterbildungen der Erfindung sind in den abhängigen Unteransprüchen angegeben.
• Vorteil der Erfindung ist, dass die Erkennbarkeit und Reproduzierbarkeit der zu vergleichenden Vitalfunktionen nur durch einen körperlich unversehrten Nutzer als Grundlage der Authentifizierung gegeben ist. Vitalfunktionen sind nicht beschränkt auf bewusste und durch den Nutzer willentlich herbeigeführte Bewegungen oder sonstige Aktionen, sondern können auch unbewusste Lebensäußerungen (Blutdruck, Tremor, Schweiß, Körperwärme, DNS) oder unwillkürliche Aktionen oder Reaktionen bei der Ausübung bestimmter Tätigkeiten oder auf äußere Reize sein.
• Ein weiterer Vorteil der Erfindung ist, dass eine sichere Authentifizierung eines Nutzers ohne Eingabe von teilweise schwer zu merkenden Eingabeprozeduren ermöglicht wird.
• Da gerade bei dem Vergleich von Vitalfunktionen, wie z. B. menschlichen Aktionen oder Reaktionen, ob bewusst oder unbewusst, sich nie eine vollständige Übereinstimmung mit bereits abgespeicherten und zu einem Vergleich herangezogenen gleichen Vitalfunktionen des gleichen Nutzers erzielen lässt, ist es sinnvoll, als Programm für den durchzuführenden Vergleich ein solches zu wählen, das bereits bei einer genügenden Übereinstimmung der Werte mit ausreichender Sicherheit den Nutzer authentifizieren kann. Programme dieser Art bedienen sich beispielsweise der Fuzzy-Logik.
• Um eine, für einen Vergleich taugliche und in ihren Parametern abspeicherbare Vitalfunktion zu erhalten ist es sinnvoll aus mehreren Aufzeichnungen einer bestimmten und für den Nutzer typischen Vitalfunktion einen Mittelwert zu bilden und diesen Mittelwert als charakteristische Vitalfunktion bei späteren Vergleichen und Authentifizierungen zu verwenden.
• Da der dazu notwendige Rechen- und Speicheraufwand die Kapazität vieler zu sichernden Geräte übersteigt ist es sinnvoll, die mehrmals zu ermittelten Parameter einer typischen Vitalfunktion online an eine Stelle zu übertragen, wo der benötigte Rechen- und Speicherbedarf zur Verfügung gestellt werden kann. Ebenso kann der Vergleich einer typischen Vitalfunktion mit der abgespeicherten charakteristischen Vitalfunktion zur Authentifizierung extern durchgeführt werden und die Freigabe des zusichernden Gerätes nach erfolgreicher Authentifizierung ebenfalls online erfolgen. Voraussetzung ist jedoch bei diesem Verfahren, dass bereits bei Beginn des Authentifizierungsvorganges eine Verbindung vom Gerät zu der externen Rechen- und Vergleichereinrichtung aufgebaut ist. Diese Verbindung kann beispielsweise bei ortsfesten Geräten eine Festverbindung oder bei mobilen Geräten eine Funk- oder Infrarotverbindung sein.
• Es ist vorteilhaft, durch Reduzierung der Datenmenge der abgespeicherten charakteristischen Vitalfunktion den Speicheraufwand zu verringern, da für jeden Nutzer ein Datensatz mit zumindest einer charakteristischen Vitalfunktion angelegt werden muss. Diese Reduzierung kann dadurch erreicht werden, dass nur bestimmte Werte, welche die charakteristische Vitalfunktion besonders kennzeichnen, also z. B. Maximalwerte, Umkehrwerte, Verweildauer, Zwischenzeiten usw., abgespeichert werden. Durch die Reduzierung des zu speichernden Datenmenge verringert sich auch der Rechenaufwand während des Authentifizierungsvorgangs, da nur noch diese bestimmten Werte verglichen werden müssen. Dadurch ist es möglich den Authentifizierungsvorgang autark auch in kleineren Geräten durchzuführen.
• Als technisch leicht zu erfassende Vitalfunktionen bieten sich Bewegungen der Finger bei der Eingabe von PIN-Nummern, von Codeworten oder anderen festgelegten Eingaben, wie beispielsweise das Aufrufen eines Menüpunktes über die Tastatur an. Ebenso kann als mit genügender Genauigkeit reproduzierbare und bewusst ausgeführte Vitalfunktion das Kreisen eines Fingers oder der Hand über der Tastatur des Gerätes bewertet werden. Andere Bewegungen sind jederzeit denkbar. Die Erkennung der Bewegungen erfolgt über an sich bekannten Sensorsysteme für die Ermittlung der Raumlage z. B. der Finger (ähnlich der virtuelle Tastatur, wie sie von der US-Firma Viritual Devices entwickelt wurde). Durch Verknüpfen von Lage und Zeit der Finger in bestimmten zeitlichen Abständen kann die Fingerbewegungen damit erfasst werden.
• Bei der Betätigung eines in der Hand gehaltenen Gerätes bewegt sich dieses zwangsläufig im Raum. Bei verschiedenen Nutzern werden diese Bewegungen selbst bei der Eingabe gleicher Werte verschieden ausfallen, so dass diese Gerätebewegungen ebenfalls zum Vergleich als Vitalfunktion herangezogen werden können. Als Sensoren für Aufnahme der Bewegungen des Gerätes bieten sich an sich bekannte und Beschleunigungssensoren an. Solche (dreidimensionale) Beschleunigungssensoren haben z. B. bei Ausführungen in Silizium-Technologie eine Größenordnung im Bereich von Kubikmillimetern und können somit auch in die heute üblichen kleinen Ausführungsformen von z. B. Mobilfunkendgeräte (Handys) oder sonstigen in der Hand zu haltende und zu sichernde Geräte leicht integriert werden. Jeder Nutzer eines Gerätes, bei dem mittels Tasten Eingaben gemacht werden, wird bei der Tastenbetätigung einen nur für ihn eigenen Tastendruckverlauf und eine Betätigungsdauer ausüben. Diese Druckverläufe und Dauer besitzen zusätzlich noch eine Abhängigkeit von dem einzugebenden Wort, der (mehrstelligen) Zahl oder Kombinationen davon, so dass diese Merkmale, über Drucksensoren innerhalb der Tasten aufgenommen, als Vitalfunktion zur Authentifizierung eines bestimmten Nutzers geeignet ist.
• Bei in der Hand zu haltenden Geräten unterscheiden sich Handhaltung, Fingerstellung, ausgeübter und veränderlicher Druck, auch in Abhängigkeit von den Eingaben durch den Nutzer in das Gerät oder beim Gebrauch des Gerätes, von Nutzer zu Nutzer, so dass über Drucksensoren auf der Oberfläche des Gerätes, ggf. an besonders exponierten Stellen, aus den Ausgangssignalen dieser Sensoren die, für einen Nutzer charakteristischen Vitalfunktionen ermittelt werden können.
• Wenn das zu sichernde ortsfeste oder mobile Gerät Signale aussendet kann aus der körperlichen Reaktion des Nutzers ebenfalls eine charakteristische Vitalfunktion abgeleitet werden. Insbesondere wenn nichtberechtigte Nutzer auf das Signal (Tonsignal, Vibration oder dergleichen) nicht vorbereitet ist während das Signal bei dem berechtigten Nutzer eine nur für ihn eigene und reproduzierbare Aktion auslöst.
• Die Sicherheit bei der Authentifizierung kann noch erhöht werden, wenn verschiedene Vitalfunktionen unabhängig voneinander zur Prüfung herangezogen werden oder die Authentifizierung nach dieser Erfindung mit anderen bekannten Authentifizierungsverfahren kombiniert wird.
• So kann beispielsweise ein Mobilfunkgerät, das üblicherweise nur über die eingelegte SIM-Karte geschützt ist auch als Gerät an sich über eine Authentifizierung gemäß dieser Erfindung an einen Besitzer gebunden sein. Bei einem Verkauf des Gerätes wäre eine Änderung der zu Prüfung herangezogenen charakteristischen Vitalfunktion nur, nach Freigabe durch den Verkäufer möglich.
• Um bei langsamen Veränderungen der Vitalfunktionen über einen längeren Zeitraum dennoch ein sicheres Authentifizieren des Nutzers zu erreichen besteht auch die Möglichkeit, die abgespeicherten Werte der charakteristischen Vitalfunktionen dynamisch zu verändern. Eine solche Veränderung kann beispielsweise durch eine gewichtete Mittelwertbildung mit den abgespeicherten Werten und den, bei der aktuellen Authentifizierung ermittelten Werten gewonnenen Werten erreicht werden. Eine zusätzliche Speicherung von mehreren Werten aus zurückliegenden Authentifizierungsvorgängen ist dadurch unnötig.
• Bei der Authentifizierung gemäß dieser Erfindung können alle körpereignen Vitalfunktionen zur Ermittlung von charakteristischen Vitalfunktionen herangezogen werden, die messtechnisch erfasst werden können und die über längere Zeit eine Konstanz aufweisen oder mit genügender Genauigkeit reproduzierbar sind.
• Die Überprüfung auf Vitalfunktionen ist nicht nur denkbar im Vergleich mit gespeicherten Daten eines Nutzers sondern kann auch als absolutes Prüfverfahren auf Vitalfunktionen oder gegen standardisierte Parameter einer Gruppe von Nutzern angewendet werden.

Claims (12)

1. Verfahren zur Authentifizierung eines für die Freischaltung eines zu sicherndes Gerätes, dadurch gekennzeichnet, dass eine oder mehrere Vitalfunktionen des Nutzers als typische Vitalfunktionen des Nutzers erfaßt werden und mittels eines Programmes mit einer oder mehreren gleichen, vorher bereits ermittelten und abgespeicherten charakteristischen Vitalfunktionen des Nutzers verglichen werden und bei genügender Übereinstimmung dieser Vitalfunktionen das Gerät freigeschaltet wird.

2. Verfahren nach Anspruch 1, dadurch gekennzeichnet, dass als Vitalfunktion aktuell erfasste Bewegungsmuster des Nutzers als typische Bewegungsmuster des Nutzers mittels eines Programmes mit vorher bereits ermittelten und abgespeicherten charakteristischen Bewegungsmustern des Nutzers verglichen werden und dass bei genügender Übereinstimmung der Bewegungsmuster das zu sichernde Gerät freigeschaltet wird.

3. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der charakteristischen Bewegungsmuster die Bewegungsmuster mehrfach erfasst und über eine Schnittstelle zu einem Rechner übertragen werden, dass in dem Rechner durch mehrfachem Vergleich dieser Bewegungsmuster die charakteristischen Bewegungsmuster ermittelt werden und dort abgespeichert werden und dass die aktuell erfassten Bewegungsmuster als typische Bewegungsmuster des Nutzers an den Rechner übertragen werden und dort mit den abgespeicherten charakteristischen Bewegungsmustern auf genügende Übereinstimmung verglichen werden und dass durch die Rückübertragung eines Signals an das zu sichernde Gerät dieses freigeschaltet wird.

4. Verfahren nach Anspruch 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Ermittlung der charakteristischen Bewegungsmuster die Bewegungsmuster mehrfach ermittelt und über eine Schnittstelle zu einem Rechner übertragen werden, dass in dem Rechner durch mehrfachem Vergleich die charakteristischen Bewegungsmuster ermittelt werden, dass nur eine eingeschränkte Menge dieser charakteristischen Bewegungsmuster, insbesondere Maximalwerte, Veränderung der Bewegungsrichtung oder Schwellenwerte an das zu sichernde Gerät rückübertragen und dort abgespeichert werden und dass nur diese eingeschränkte Menge der charakteristischen Bewegungsmuster für den Vergleich auf genügende Übereinstimmung in dem zu sichernden Gerät bei der Authentisierung des Nutzers und zur Freischaltung des Gerätes verwendet werden.

5. Verfahren nach Ansprüchen 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass als Bewegungsmuster des Nutzers die Bewegungen der Finger bei der Eingabe von PIN-Nummern, Codewörtern oder anderen festgelegten Eingaben oder sonstige Bewegungen der Finger über ortserkennende Sensoren als typische Bewegungsmuster erfasst und ausgewertet werden.

6. Verfahren nach Ansprüchen 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei zu sichernden Geräten, die in der Hand gehalten werden, als Bewegungsmuster des Nutzers die Bewegungen des Gerätes selbst bei der Eingabe der PIN-Nummern, Codeworten oder anderen festgelegten Eingaben, bestimmten Bewegungen des Gerätes oder dem Gebrauch des Gerätes mittels Beschleunigungssensoren als typische Bewegungsmuster erfasst und ausgewertet werden.

7. Verfahren nach Ansprüchen 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei der Betätigung der einzelnen Tasten der Tastatur während der Eingabe der PIN-Nummern, Codeworten oder anderen festgelegten Eingaben oder dem Gebrauch des Gerätes durch den Nutzer der Anpressdruck der Finger in Abhängigkeit von der Anpressdauer und dadurch ein dynamischer Anpressdruck über Druckaufnehmer in den Tasten als typische Bewegungsmuster erfasst und ausgewertet werden.

8. Verfahren nach Ansprüchen 2, 3 oder 4, dadurch gekennzeichnet, dass bei zu sichernden Geräten, die in der Hand gehalten werden, die, für den zu authentifizierenden Nutzer typischen Greifmuster, insbesondere die Plazierung der Finger, der Druck des Handballens oder das Umgreifen bei der Eingabe von PIN- Nummern, Codeworten oder anderen festgelegten Eingaben oder dem Gebrauch des Gerätes mittels auf der Oberfläche des Gerätes angeordneter Drucksensoren als typische Bewegungsmuster erfaßt und ausgewertet werden.

9. Verfahren nach Ansprüchen 2, 3 oder 4, 6 oder 7, dadurch gekennzeichnet, dass ein Impuls, insbesondere ein Vibrationssignal von dem zu sichernden Gerät ausgestrahlt wird und eine bewusste oder unbewusste Reaktion des zu authentifizierenden Nutzers darauf, insbesondere eine Veränderung der ausgeübten Kraft beim Festhalten des Gerätes oder der Bewegung des Gerätes selbst, als typisches Bewegungsmuster erfaßt und ausgewertet wird.

10. Verfahren nach Ansprüchen 1 oder 2, dadurch gekennzeichnet, dass zur Authentifizierung des Nutzers die Auswertung der Vitalfunktionen, insbesondere der Bewegungsmuster, in Kombination mit der Auswertung anderer biometrischer Daten dieses Nutzers verwendet werden.

11. Anordnung zur Authentifizierung eines Nutzers für die Freischaltung eines zu sichernden Gerätes, dadurch gekennzeichnet, dass Sensoren, insbesondere ortserkennende Sensoren, Drucksensoren, Beschleunigungssensoren oder Kombinationen dieser zur Aufnahme von Bewegungsmustern des Nutzers oder des zu sichernden Gerätes in dem Gerät oder auf der Oberfläche dieses Gerätes angeordnet sind, dass eine Vergleichereinrichtung mit dem Ausgang oder den Ausgängen der Sensoren und zumindest einem Speicher für die Aufnahme der Daten von vorab ermittelten charakteristischen Bewegungsmustern verbunden ist und dass der Ausgang der Vergleichereinrichtung mit einer Freischalteeinrichtung für das zu sichernde Gerät verbunden ist.

12. Anordnung nach Anspruch 11, dadurch gekennzeichnet, dass die Vergleichereinrichtung und der Speicher örtlich getrennt von dem zu sichernden Gerät angeordnet sind und die Sensoren und die Freischalteeinrichtung über ortsfeste oder mobile Signalübertragungsstrecken mit der Vergleichereinrichtung verbunden sind.