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Die
vorliegende Erfindung betrifft Perfektionierungen, die in dem Bereich
der Sicherheit des Speicherns und/oder des Transfers von Informationen
beigesteuert werden, die für
das erfasste Bild mindestens eines biometrischen Merkmals einer
Person zur gesicherten Authentifizierung der Person repräsentativ
sind, um dieser Person einen Zugang zu gestatten, insbesondere über einen
persönlichen Identifikationscode
(in der Technik unter dem Namen PIN-Code bekannt).
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In
der folgenden Beschreibung versteht man unter „Zugang" einen allgemeinen Sinn, das heißt sowohl
den Sinn physikalischer Zugang, zum Beispiel durch das Öffnen einer
Tür oder ähnlichem,
zu einem Raum oder einem Gebäude
unter Kontrolle, wie auch den Sinn Zugang zu einer Dienstleistung
anhand einer entsprechenden Vorrichtung (zum Beispiel Zugang zu
einem Banksystem, Gebrauch eines Telefons, insbesondere eines Mobiltelefons,
Gebrauch eines Computers usw.)
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Bisher
beruht die Zugangsgenehmigung oft auf dem Gebrauch eines PIN-Codes,
den der Benutzer besitzt, und der gemeinsam mit einer Chipkarte verwendet
werden kann. In dem immer häufiger
werdenden Fall, in dem der Benutzer Zugang zu mehreren Dienstleistungen
und/oder Geräten
haben muss, ist es erforderlich, dass er sich mehrere PIN-Codes merkt,
was zu Schwierigkeiten führen
kann (Vergessen, Verwechselung, Vertauschen usw.).
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Ferner
ist die Speicherungsvertraulichkeit des PIN-Codes in dem Gerät oder in der verwendeten Karte
nicht immer sichergestellt: So wird der PIN-Code zum Beispiel in
Klarschrift in dem Speicher des mikroelektronischen Chips gespeichert,
der in den Bankkarten enthalten ist.
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Es
ist auch bekannt, den PIN-Code durch eine andere charakteristische
Information des Benutzers zu ersetzen und/oder zu ergänzen. Es
ist daher bekannt, dazu ein physikalisches Merkmal oder biometrisches
Merkmal des Benutzers zu verwenden (Fingerabdrücke eines oder mehrerer Finger,
Geometrie einer oder der zwei Hände,
Regenbogenhaut und/oder Netzhaut eines Auges oder beider Augen, Geometrie
des Gesichts usw.) und den PIN-Code durch ein Erfassen mindestens
eines biometrischen Merkmals zu vervollständigen und/oder zu ersetzen.
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Das
Dokument
FR 2 671 210 betrifft
ein Identifikations- und Authentifizierungsverfahren charakteristischer
Informationen einer Person durch Prüfen dieser Informationen mittels
eines Biometers, wobei man bei diesem Verfahren eine identische
Verarbeitung des Fingerabdrucks der Person, der zuerst aufgezeichnet
und im Speicher einer Speicherkarte abgelegt wurde, und ihres Fingerabdrucks,
der in dem Biometer gemessen wurde, durchführt, wobei die Verarbeitung
darin besteht, virtuell sequenzielle Gruppen von Wörtern in
matriziellen Unterblöcken
zu organisieren, virtuell die matriziellen Unterblöcke in einem
einzigen matriziellen Block zu organisieren, Permutationen der Unterblöcke in dem
matriziellen Block auszuführen,
Permutationen von Wörtern
im Inneren der matriziellen Unterblöcke auszuführen, ein Paritätswort für jede Zeile
des matriziellen Blocks zu bestimmen, die Paritätswörter, die in der Karte und in
dem Biometer erzielt werden, zu vergleichen und den Abdruck in Abhängigkeit
von dem Ergebnis dieses Vergleichs zu verarbeiten.
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Auf
jeden Fall stellt sich das Problem, das in der Sicherheit des Speicherns
und/oder des Transfers der Identifikationsinformationen der Personen beruht,
um zu vermeiden, dass diese Informationen von einem Dritten erfasst
werden können,
der eventuell Zugang zu dem Speicher erhält und/oder der sich an die Übertragungslinie
der Informationen anschließen
und danach diese Informationen betrügerisch verwenden oder verwenden
lassen könnte.
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Die
Erfindung hat daher im Wesentlichen zur Aufgabe, besondere Mittel
vorzuschlagen, die eine Sicherheit in den Identifikationsspeicherungen/Identifikationsdatentransfers
einer Person zum Erzielen einer Zugangsgenehmigung zu dieser, insbesondere mit
Hilfe eines PIN-Codes verleihen.
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Dazu
schlägt
die Erfindung ein gesichertes Authentifizierungsverfahren einer
Person vor, um dieser einen Zugang durch Erfassen biometrischer Merkmale
zu gestatten, Verfahren dadurch gekennzeichnet, dass es erfindungsgemäß zusammengestellt
ist und die in Anspruch 1 dargelegten Schritte aufweist.
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Man
erstellt daher ein codiertes Bild der biometrischen Merkmale, das
aus einer Gruppe von n umgewandelten Untereinheiten besteht, das
eine Kombination aller möglichen
Kombinationen von Umformungen an den n Untereinheiten von Merkmalen darstellt.
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Vorzugsweise
wird die Gruppe von n Untereinheiten von Merkmalen mindestens ein
erstes Mal umgewandelt, und diese erste Umwandlung besteht in einer
Translation-Permutation,
die an mindestens ein Paar von Untereinheiten von Merkmalen angewendet
wird: In diesem Fall bildet der Translation-Permutations-Vorgang
der Untereinheiten biometrischer Merkmale die grundlegende Umformung,
die man systematisch verwendet. Diese Umformung kann selektiv sein,
das heißt,
sie kann nur an ein einziges Paar von Untereinheiten angewendet
werden, oder sie kann an mehrere Paare von Untereinheiten oder auch
an alle Untereinheiten angewendet werden.
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In
der Praxis bietet dieser einzige und eindeutige Umformungsschritt
eine ausreichend hohe Anzahl von Kombinationen, um zu einer akzeptablen Sicherheit
der Codierung des erfassten Bilds biometrischer Merkmale der Person
zu führen,
und man kann es perfekt in Betracht ziehen, die Umwandlung von Untereinheiten
biometrischer Merkmale auf diesen Translations-Permutations-Schritt
allein zu beschränken.
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Wenn
man wünscht,
die Sicherheit zu erhöhen,
indem man die Anzahl möglicher
Kombinationen anhebt, kann man eine zweite Umformung verwenden,
die auf der Gruppe von Untereinheiten von Merkmalen ausgeführt wird,
die aus der ersten Umformung hervorgehen, und die zweite Umformung besteht
in einer Rotation bzw. einer Homothetie, die auf mindestens einer
Untereinheit oder auf jeder mindestens bestimmter Untereinheiten
der Gruppe, die aus der ersten Umformung hervorgeht, ausgeführt wird.
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Man
kann die Anzahl möglicher
Kombinationen der Umformungen noch erhöhen, indem man eine dritte
Umformung heranzieht, die an der Gruppe der Untereinheiten von Merkmalen
ausgeführt
wird, die aus der zweiten Umformung hervorgehen, und die dritte
Umformung besteht aus einer Homothetie bzw. einer Rotation, die
auf mindestens einer Untereinheit oder auf jeder mindestens bestimmter
Untereinheiten der Gruppe, die aus der zweiten Umformung hervorgeht,
ausgeführt
wird.
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Auch
hier kann sich die zweite sowie auch die dritte Umformung auf alle
oder einen Teil der Untereinheiten erstrecken. Außerdem können die
Richtung und der Winkel der Rotation und das Verhältnis der
Homothetie von einer Untereinheit zur anderen variieren, was ein
betrügerisches
umgekehrtes Erfassen noch komplizierter macht.
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Außerdem kann
man in der Gruppe der Untereinheiten von Merkmalen vor der ersten
Umformung und/oder zwischen zwei Umformungen und/oder nach der dritten
Umformung mindestens eine falsche Untereinheit von Merkmalen (Täuschziel)
hinzufügen.
Dank dieses Hinzufügens
von Täuschzielen
erhöht
man die Anzahl der Untereinheiten der schlussendlich erzielten codierten
Einheit, und man erhöht
daher die Anzahl der möglichen Kombinationen
von Umformungen, was die Sicherheit erhöht: Ein Dritter, der die codierten
Untereinheiten biometrischer Merkmale erfasst, müsste, um zu versuchen, die
Originaleinheit wiederzufinden, alle möglichen Kombinationen durchprobieren,
die sogar mit einer relativ beschränkten Anzahl von Untereinheiten
(zum Beispiel etwa ein halbes Dutzend) und einer kleinen Anzahl
von Umformungsschritten (zum Beispiel ein bis drei) eine beachtliche
Anzahl ergeben, die das Umsetzen des Versuchs in der Praxis durch
gewöhnliche
Mittel unmöglich
macht.
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Hier
wird hervorgehoben, dass die Einheit und die Untereinheiten biometrischer
Merkmale nicht aus dem Bild selbst (fotografisches Bild) des auf
der Person erfassten biometrischen Merkmals bestehen (zum Beispiel
der Fingerabdruck eines ihrer Finger), sondern aus digitalen Daten,
die die oder besondere Punkte dieses biometrischen Merkmals definieren.
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Unter
diesen Bedingungen sind die oben erwähnten Umformungen nicht alle
der gleichen Art:
- – in der Translation-Permutation
gibt es ein physikalisches Verschieben der Untereinheit, die von einer
anfänglichen
Stelle in der Abfolge der Untereinheiten zu einer anderen Stelle
in der Abfolge kommt; im Laufe dieser Umformung werden die Koordinaten
der gemessenen Punkte modifiziert;
- – bei
der Drehung und der Homothetie hingegen behält die umgewandelte Untereinheit
ihren Platz in der Abfolge; aber die Daten dieser Untereinheit werden
modifiziert (geändert und/oder
ergänzt), um
die neue Winkelposition (Richtung und Amplitude) oder den neuen
Maßstab
(Homothetieverhältnis)
der von dieser Untereinheit definierten charakteristischen Punkte
zu integrieren.
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Dank
des oben beschriebenen Codierverfahrens wird es möglich, die
codierte Einheit biometrischer Merkmale der Person gesichert zu
speichern und/oder zu übertragen;
die Wiederherstellung der Originaleinheit erfolgt, indem bekannte
biometrische Erkennungsalgorithmen, die für Umformungen unempfindlich
sind, umgesetzt werden, wie das unten dargestellt wird.
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Bei
einer Ausführungsform
des Verfahrens der Erfindung:
- – beginnt
man damit, die nicht codierte Einheit biometrischer Merkmale zusammenzustellen,
die man in einem geschützten
Speicher speichert,
- – erstellt
man bei jeder Zugangsanfrage der Person die Gruppe codierter Untereinheiten
biometrischer Merkmale und überträgt man die
Gruppe codierter Untereinheiten zu dem Speicher, um sie mit der
nicht codierten Einheit der im Speicher enthaltenen Merkmale zu
vergleichen,
- – in
Abhängigkeit
von dem Ergebnis des Vergleichs sendet man eine Anweisung zu der
Zugangsanfrage, um den Zugang der Person zu gestatten oder zu verbieten.
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Bei
einer anderen Ausführungsform
dieses erfindungsgemäßen gesicherten
Authentifizierungsverfahrens:
- – beginnt
man mit dem Erfassen der biometrischen Merkmale der Person und dem
Erstellen der Gruppe codierter Untereinheiten biometrischer Merkmale,
die man in einem Speicher speichert,
- – erfasst
man bei jeder Zugangsanfrage der Person die biometrischen Eigenschaften
der Person, und erstellt man die nicht codierte Einheit ihrer biometrischen
Merkmale,
- – extrahiert
man aus dem Speicher die Gruppe codierter Untereinheiten von Merkmalen,
die man zu der Zugangsanfrage überträgt, wo man
mit der nicht codierten Einheit vergleicht, und
- – sendet
man in Abhängigkeit
von dem Ergebnis des Vergleichs eine Anweisung, um den Zugang der
Person zu genehmigen oder zu verbieten.
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Bei
der einen und der anderen der oben genannten Ausführungsformen
wird die nicht codierte Einheit weder in einem ungeschützten Speicher
gespeichert noch über
eine Entfernung übertragen,
so dass ein Dritter allein Zugang zu den codierten Untereinheiten
haben kann, deren Gebrauch ihm in der Praxis angesichts der zu hohen
Anzahl zu versuchender Kombinationen untersagt ist.
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Zur
Klarheit: Wenn die ursprüngliche
Einheit biometrischer Merkmale aus sechs Untereinheiten besteht
und man zwölf
falsche Untereinheiten oder Täuschziele
hinzufügt,
und wenn die Anzahl der Umformungen zehn beträgt, beträgt die Anzahl der möglichen
Kombinationen C186 × 106 =
18564000000.
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In
der Praxis beschränkt
man diese Anzahl von Kombinationen, indem man die Anzahl möglicher Umformungen
beschränkt
oder indem man Fehlerkorrekturcodes verwendet, um die Zuverlässigkeit des
Systems zu erhöhen.
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Man
beschränkt
zum Beispiel die Anzahl der Umformungen (Permutation, Rotation,
Homothetie) auf drei; die Anzahl der möglichen Kombinationen bleibt
jedoch: C186 × 36 = 13153156.
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Unter
diesen Bedingungen lässt
sich das betrügerische
Erfassen der codierten Untereinheiten nicht praktisch umsetzen,
um zu einer Wiederherstellung des kompletten Originalbilds zu führen.
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In
der Praxis wird der Vergleich der codierten Untereinheiten mit der
nicht codierten Einheit durchgeführt,
indem nacheinander die codierten Untereinheiten von Merkmalen anhand
von Algorithmen, die für
Umformungen unempfindlich sind, verglichen werden, und zwar mit
der nicht codierten Einheit biometrischer Merkmale, bis zu jeweiligen Übereinstimmungen
der codierten Untereinheiten mit jeweiligen Teilen der nicht codierten
Einheit. Dieser Vergleich stellt eine Aufgabe dar, die nicht allzu
komplex ist, und die von einem Terminal sichergestellt werden kann,
bei dem sich die Person präsentiert,
um ihre Zugangsgenehmigung zu erhalten.
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Vorzugsweise
und bei Nichtübereinstimmung
einer codierten Untereinheiten von Merkmalen mit einem Teil der
Einheit nicht codierter Merkmale, lässt man einen Fehlerkorrekturcode
eingreifen, und man sendet eine Zugangsgenehmigung, wenn ein vorbestimmter
Anteil der n codierten Untereinheiten nach eventueller Fehlerkorrektur
jeweilige Übereinstimmungen
in der nicht codierten Einheit findet, während man ein Zugangsverbot
sendet, wenn der vorbestimmte Anteil codierter Untereinheiten nach eventueller
Fehlerkorrektur keine jeweiligen Übereinstimmungen in der nicht
codierten Einheit findet.
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Um
die Authentifizierung der Person zuverlässig zu machen, kann man ferner
vorsehen, dass nach dem Herstellen der Übereinstimmung der codierten
Untereinheiten mit der nicht codierten Einheit die Gruppe der codierten
Untereinheit mit der nicht codierten Einheit hinsichtlich mindestens
eines zusätzlichen
Merkmals, das in den codierten einzelnen Untereinheiten nicht erkennbar
ist und das in den vorhergehenden Schritten nicht berücksichtigt
wird, verglichen wird, und man sendet eine Zugangsgenehmigung nur
bei mehrheitlicher Übereinstimmung
auch an dem zusätzlichen
Merkmal.
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Bei
einer großen
Anzahl von Anwendungen, auf die die Erfindung abzielt, sind die
biometrischen Merkmale die der Fingerabdrücke mindestens eines Fingers
der Person.
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In
diesem Fall und zum Steigern der Präzision des Systems kann man
vorsehen, dass die biometrischen Merkmale die der Fingerabdrücke mehrerer Finger
der Person sind. Um die Anzahl der zu verarbeitenden Untereinheiten
nicht unüberlegt
zu erhöhen,
kann man so vorgehen, dass, wenn die Anzahl der verwendeten Finger
p ist, man für
jeden Finger eine Anzahl n/p Untereinheiten biometrischer Merkmale
erstellt, damit die Gesamtanzahl an Untereinheiten von Merkmalen
gleich n bleibt.
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Um
noch eine weitere Information hinzuzufügen, kann man auch vorsehen,
dass die Fingerabdrücke
der Finger der Hände
in k allgemeine Typen klassierbar sind, und man bestimmt beim Erfassen
der Merkmale der Fingerabdrücke
der Person den Typ K, zu dem sie gehören, und man verwendet den
Typ K als zusätzliche
Information zu den codierten Untereinheiten.
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Eine
besonders interessante Anwendung des Verfahrens, das oben beschrieben
wurde, besteht in der gesicherten Authentifizierung einer Person,
die Inhaber eines persönlichen
Identifizierungscodes oder PIN-Codes ist. In diesem Fall kann das Verfahren
nämlich
erfindungsgemäß darin
bestehen, dass:
- – man das oben beschriebene
gesicherte Authentifizierungsverfahren umsetzt;
- – man
während
des Vergleichs der codierten Untereinheiten mit der nicht codierten
Einheit anhand von Algorithmen, die für Umformungen nicht empfindlich
sind, mit Hilfe der Algorithmen die Kombination der Umformungen
erfasst, welchen die codierten Untereinheiten zuvor unterzogen wurden,
- – man
insbesondere ausgehend von der Kombination der von den für Umformungen
unempfindlichen Algorithmen erfassten Kombination der Umformungen
einen Schlüssel
erstellt, den man als den der Person zugewiesenen PIN-Code betrachtet,
- – und
man den so erstellten PIN-Code schließlich verwendet, um die Zugangsgenehmigung
für die Person
zu steuern.
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Ein
solches Verfahren zum automatischen Erzeugen des PIN-Codes, der
die Zugangsgenehmigung für
die Person erteilt, ist insbesondere interessant, denn die Person
braucht sich ihren PIN-Code nicht ständig zu merken, und außerdem erlaubt
es das Sichern des ganzen Zugangsgenehmigungsprozesses.
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Außerdem wird
der PIN-Code automatisch und unabhängig von der Person erzeugt:
Man entledigt sich daher des traditionsgemäß verwendeten alphanumerischen
Codes und sorgt dafür,
dass der PIN-Code eine beliebige Funktion ist, die so komplex ist
wie man will.
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Beispielhaft
kann man das Erzeugen eines Zwischenschlüssels gebildet aus der Kombination C(i,
t) vorsehen, wobei i der Index jeder Untereinheit ist, der der Umformung
entspricht, die an sie angewandt wurde, und wobei t die Umformung
ist, die angewandt wurde. Man kann daher einen abschließenden Schlüssel erstellen,
indem man berücksichtigt, dass
eine größere Informationenmenge,
wie zum Beispiel in dem Fall, in dem das biometrische Merkmal aus
den Fingerabdrücken
mindestens eines Fingers der Person besteht, aus der Konkatenation
des oben genannten Zwischenschlüssels
und anderen Informationen hervorgeht, zum Beispiel denen in Zusammenhang
mit dem Klassieren (Typ) des Abdrucks, der Häufigkeit der Furchen oder anderer
Informationen in Zusammenhang mit den Minutien (charakteristische
Punkte der Abdrücke),
wie zum Beispiel die Valenz (Vergabelung oder Ende der Furchen)
oder die allgemeine Biegung der Furchen um den charakteristischen
Punkt. Man fügt
daher einen Fehlercode hinzu, der zu einem Endcode führt, der als
PIN-Code dienen kann.
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Wieder
mit der gleichen Zielsetzung kann man es auch in Betracht ziehen,
dass das Verfahren erfindungsgemäß darin
besteht, dass:
- – man das oben beschriebene
gesicherte Authentifizierungsverfahren anwendet;
- – man
im Laufe des Vergleichs der codierten Untereinheit mit der nicht
codierten Einheit anhand von für
Umformungen unempfindlicher Algorithmen mit Hilfe der Algorithmen
die Kombination der Umformungen erfasst, die zuvor an den codierten
Untereinheiten ausgeführt
wurden,
- – man
die so gefundene Kombination der Umformungen in einer Tabelle sucht,
die eine Liste möglicher
Kombinationen von Umformungen mit einer Liste von PIN-Codes gegenüberstellt,
die in eineindeutiger Beziehung sind, und man den PIN-Code in Verbindung
mit der gefundenen Kombination nimmt,
- – und
man schließlich
den ausgewählten
PIN-Code verwendet, um die Zugangsgenehmigung der Person zu steuern.
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In
diesem Fall ist es möglich,
dass die Person ihren PIN-Code kennt, bei dem es sich daher um ein
einfaches alphanumerisches Wort handeln kann, und die Umsetzung
des erfindungsgemäßen Verfahrens
erlaubt das abgesicherte Suchen und automatische Senden des PIN-Codes
ausgehend von einem einfachen Lesen eines biometrischen Merkmals
der Person.
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Außerdem kann
es vorteilhaft sein vorzusehen, dass es der Person bei einem ungültigen Umsetzen
des einen oder des anderen Verfahrens, die oben angegeben wurden
(schlechtes Funktionieren der Geräte, falsches Lesen des biometrischen
Merkmals usw.) gestattet wird, manuell über eine Tastatur einen PIN-Code
einzugeben, den sie persönlich
besitzt, und der entweder gleich wie der sein kann, der automatisch
erzeugt werden kann, oder der von diesem unterschiedlich sein kann.
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In
diesem Fall handelt es sich um eine Kombination der zwei Systeme,
nämlich
um die Zuweisung von zwei PIN-Codes
zu jeder Person, einem komplexen erzeugten, der automatisch ausgegeben wird
und den die Person nicht kennt, und einem anderen, den die Person
kennt und manuell nur verwendet, wenn die Person dazu befugt ist.
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Gemäß einem
anderen ihrer Aspekte schlägt die
Erfindung auch eine gesicherte Authentifizierungsvorrichtung für eine Person
vor, um dieser einen Zugang durch Erfassen mindestens eines biometrischen
Merkmals dieser Person zum Umsetzen des oben beschriebenen gesicherten
Authentifizierungsverfahrens zu gestatten, wobei die Vorrichtung erfindungsgemäß eingerichtet
ist und wie in Anspruch 18 dargelegt charakterisiert ist.
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Vorzugsweise
können
die algorithmischen Umformungsmittel mindestens eine erste Umformung
des Typs Translation-Permutation durchführen, und eventuell eine zweite
und dritte Umformung des Typs Rotation bzw. Homothetie Ferner kann
die Vorrichtung vorteilhafterweise Mittel zum Erzeugen falscher
Untereinheiten aufweisen, die mindestens eine falsche Untereinheit
erzeugen und diese als Täuschziel
in die Untereinheiten biometrischer Merkmale einführen können, was
die Anzahl der Untereinheiten in der codierten Einheit steigert.
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Außerdem kann
eine derartige gesicherte Authentifizierungsvorrichtung besonders
vorteilhaft zum Umsetzen des oben beschriebenen Verfahrens angewandt
werden, wenn die Person Inhaber eines PIN-Codes ist, der ihr einen
Zugang gestattet, wobei eine Ausführungsform der Vorrichtung
erfindungsgemäß eingerichtet
und dadurch gekennzeichnet ist, dass die Mittel zum Erzeugen einer
Genehmigungsanweisung ausgehend von den Umformungen, die die für Umformungen
unempfindlichen Algorithmen an den codierten Untereinheiten erfasst
haben, die entsprechende Kombination der Umformungen bestimmen und
ausgehend von der Kombination einen Schlüssel, der als PIN-Code verwendbar
ist, erstellen können.
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Eine
weitere Ausführungsform
der Vorrichtung, die erfindungsgemäß umgesetzt ist, ist dadurch gekennzeichnet:
- – dass
sie zweite Speichermittel aufweist, die eine Tabelle eineindeutiger
Beziehungen zwischen mehreren Kombinationen enthält, in welchen sich die besondere
Kombination der Umformungen befindet, die an den codierten Untereinheiten durchgeführt wurde,
und eine äquivalente
Anzahl PIN-Codes, unter welchen sich entsprechend mit der oben genannten
besonderen Kombination der der Person zugewiesene PIN-Code befindet,
- – dass
die in den Vergleichsmitteln enthaltenen Algorithmen die von den
codierten Untereinheiten erfahrenen Umformungen erfassen und die
Kombination dieser Umformungen bestimmen können,
- – dass
sie zweite Vergleichsmittel aufweist, die die Kombination der Umformungen
vergleichen können,
die durch die Algorithmen und die Kombinationen, die in der Tabelle
der zweiten Speichermittel enthalten sind, wiederhergestellt wird,
- – und
dass die Mittel zum Erzeugen einer Genehmigungsanweisung von den
zweiten Vergleichsmitteln abhängen
und den PIN-Code, der der erfassten Kombination entspricht, zu einem
Zugangsgenehmigungsorgan, das von dem PIN-Code gesteuert wird, erzeugen
können.
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Es
ist daher möglich
so vorzugehen, dass die Erfindung außerdem Mittel zum manuellen
Eingeben des oder eines PIN-Codes durch die Person aufweist, und
dass die Mittel zum manuellen Eingeben von den oben genannten Mitteln
zum Erzeugen abhängen,
um deaktiviert zu werden, wenn die Vorrichtung das Suchen und das
Senden des PIN-Codes automatisch
erzeugen kann, und um aktiviert zu werden, wenn das automatische
Erzeugen des PIN-Codes nicht möglich
ist.
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Bei
einer Ausführungsform,
die für
zahlreiche Anwendungen geeignet ist, können die Sensormittel Fingerabdrücke mindestens
eines Fingers der Person erfassen.
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Die
Erfindung wird bei der Lektüre
der folgenden Beschreibung bestimmter bevorzugter Ausführungsformen
besser verstanden, die allein beispielhaft und in keiner Weise einschränkend gegeben
werden. In dieser Beschreibung bezieht man sich auf die anliegenden
Zeichnungen, auf welchen:
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die 1A, 1B und 2 bis 6 unterschiedliche
Schritte des Codierverfahrens eines erfassten Bilds biometrischer
Merkmale einer Person erfindungsgemäß veranschaulichen;
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7 ein
Blockschaltbild ist, das eine Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Vorrichtung zum
Umsetzen des Codierverfahrens eines erfassten Bilds biometrischer
Merkmale einer Person veranschaulicht;
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die 8 und 9 Blockschaltbilder
sind, die jeweils zwei Ausführungsformen
einer gesicherten Authentifizierungsvorrichtung einer Person veranschaulichen,
um dieser erfindungsgemäß einen Zugriff
zu gestatten; und
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die 10 und 11 zwei
Blockschaltbilder sind, die jeweils zwei Ausführungsformen einer gesicherten
Authentifizierungsvorrichtung einer Person, die Inhaber eines persönlichen
PIN-Authentifizierungscodes ist, der ihr erfindungsgemäß einen Zugang
gestattet, veranschaulichen.
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In
der folgenden Beschreibung wird insbesondere auf das biometrische
Merkmal Bezug genommen, das aus den Fingerabdrücken eines oder mehrerer Finger
mindestens einer Hand einer Person besteht, denn es handelt sich
hier um einen Fall, dem eine große Entwicklung bevorsteht,
wobei natürlich
klar ist, dass das Umsetzen der Erfindung auf der Grundlage jedes
anderen biometrischen Merkmals der Person erfolgen kann, ja sogar
auf der Grundlage einer Kombination mehrerer biometrischer Merkmale gleicher
Art (zum Beispiel Fingerabdrücke
mehrerer Finger) oder unterschiedlicher Art (zum Beispiel Fingerabdruck
eines Fingers und Regenbogenhaut eines Auges).
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Mit
Hilfe eines geeigneten, dem Fachmann bekannten Sensors erfasst man
mindestens ein biometrisches Merkmal der Person, wobei dieses biometrische
Merkmal hier aus dem Fingerabdruck 1 eines ihrer Finger
besteht (1A zeigt den Fingerabdruck 1 in
vergrößertem Maßstab).
Man erstellt daher eine Einheit 2 aus biometrischen Merkmalen
(oder „Vorlage", angelsächsisch
Template), die den Abdruck 1 (zum Beispiel die Minutien)
charakterisiert, und dann partitioniert man die Einheit 1 wie
in 1B veranschaulicht in eine Anzahl n Untereinheiten (oder „Untervorlagen", Untertemplates).
Bei dem Beispiel der 1B bestehen sechs Untereinheiten,
die jeweils mit einem alphabetischen Bezugszeichen von A bis F benannt
sind.
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Zum
leichteren Verstehen wurden über
die 1A die Darstellung des fotografischen Typs des Abdrucks 1 und
die Schematisierung in Form eines partitionierten Rechtecks der
Einheit 2 der erfassten biometrischen Merkmale überlagert
(die in der Praxis aus einer Dateneinheit besteht, die Einzelpunkte
des Abdrucks charakterisiert).
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Aus
der Einheit 2 biometrischer Merkmale extrahiert man daher
eine Folge n Untereinheiten A bis F (2), wobei
klar ist, dass die Kennzeichnung von A bis F, die in 1B erfolgt
ist, völlig
willkürlich ist
und bei Bedarf unterschiedlich sein könnte.
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Man
wendet daher auf mindestens eine der Untereinheiten oder jede mindestens
bestimmter Untereinheiten mindestens eine geometrische Umformung
des Typs Translation-Permutation und/oder Rotation und/oder Homothetie
an. In der Praxis ist die Reihenfolge der Umformungen, wenn mehrere
aufeinander folgende Umformungen durchgeführt werden, unwichtig.
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Jede
Untereinheit kann Gegenstand einer Umformung unabhängig von
den anderen Bildern sein, mit anderen Worten können nur bestimmte Untereinheiten
umgeformt werden, und die Richtung und die Amplitude der Umformung
(Rotation, Homothetie) können
von einer Untereinheit zur anderen variieren.
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Wenn
eine einzige Umformung vorgesehen ist, kann man (nach Belieben)
in Betracht ziehen, dass es sich um eine Translation-Permutation
handelt, wie in 3 veranschaulicht: Beispielhaft
wurden die Untereinheiten A und C permutiert, und die Untereinheiten
E und D wurden permutiert, während die
Untereinheiten B und F nicht umgeformt sind. Bei einer Umformung
durch Translation-Permutation werden
die Koordinaten der gemessenen Punkte modifiziert.
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In
diesem Fall, wenn eine zweite Umformung nach der ersten vorgesehen
ist, kann es sich um eine Rotation oder um eine Homothetie handeln.
In dem Beispiel der 4 wurde eine Rotation angenommen,
die sich auf alles oder einen Teil der Untereinheiten der 3 erstreckt.
Beispielhaft erfährt
die Untereinheit C keine Rotation, während die anderen Untereinheiten
jeweils eine entweder rechtsdrehende (B, E, D) oder linksdrehende
(A, F) Drehung erfahren. Außerdem
kann die Amplitude der Rotationen entweder für alle Untereinheiten mit einem
vorbestimmten Wert, der für
jede Codieroperation beibehalten wird, gleich sein, oder gleich
für alle
Untereinheiten mit einem Wert, der bei jeder Operation variiert,
oder mit unterschiedlichen Werten für alle Untereinheiten oder
bestimmte Untereinheiten.
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Wenn
eine dritte Umformung an den Untereinheiten, die aus der zweiten
Umformung hervorgehen, ausgeführt
wird, handelt es sich um eine Homothetie bzw. eine Rotation. In
dem Beispiel der 5, das auf die Rotation der 4 folgt,
handelt es sich um eine Homothetie, die sich auf einen Teil oder
alle Untereinheiten der 4 erstreckt. Bei diesem Beispiel
erfahren die Untereinheiten B und F keine homothetische Umformung,
während
die anderen Untereinheiten mit einem ersten Verhältnis (A, E) oder mit einem
zweiten Homothetieverhältnis
(C, D) umgeformt werden. Natürlich
kann ein Homothetieverhältnis
größer als
1 (Vergrößerung)
in Betracht gezogen werden.
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Natürlich kann
die Gruppe der durch Homothetie umgeformten Untereinheiten der 5 den zweiten
Umformungsschritt bilden, der unmittelbar auf den ersten Schritt
folgt (Permutation der 3).
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Bei
einer Umformung durch Rotation oder Homothetie werden die Daten
der Untereinheit modifiziert (geändert
und/oder ergänzt),
um Informationen erscheinen zu lassen, die die neue Winkelposition bzw.
den neuen Maßstab
identifizieren lassen.
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Man
kann ferner künstlich
die Anzahl der Kombinationen für
eine gegebene Anzahl n an Untereinheiten erhöhen, indem man in einem beliebigen Stadium
(vor, während
oder nach den Umformungen) eine oder mehrere falsche Untereinheiten
oder Täuschziele
L, wie in 6 veranschaulicht, einführt (was
zum Beispiel der Reihenfolge der Untereinheiten entspricht, die
aus der Permutation, wie sie in 3 dargestellt
ist, hervorgehen).
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Für das Umsetzen
des oben beschriebenen Verfahrens kann man eine Vorrichtung zum
Codieren eines erfassten Bilds biometrischer Merkmale einer Person
wie die in 7 der anliegenden Zeichnungen
veranschaulichte heranziehen.
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Diese
Vorrichtung umfasst Sensormittel 3, die ein biometrisches
Merkmal erfassen können,
im vorliegenden Fall den Fingerabdruck 1 eines Fingers der
Person. Verarbeitungsmittel 4, die von den vorhergehenden
Mitteln abhängen,
können
eine Einheit 2 biometrischer Merkmale liefern (das heißt eine
Einheit von Daten, die spezifische Punkte, wie zum Beispiel die
Minutien des Abdrucks 1 identifizieren).
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Partitionsmittel 5 partitionieren
die Einheit 2 in eine Anzahl n Untereinheiten biometrischer
Merkmale, wie zum Beispiel sechs Untereinheiten A bis F.
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Schließlich werden
die n Untereinheiten, die aus der Partition hervorgehen, von algorithmischen Umformungsmitteln 6 verarbeitet,
die eventuell jede Untereinheit einer Umformung durch Translation-Permutation
und/oder einer Rotation und/oder einer Homothetie unterziehen. Die
algorithmischen Umformungsmittel werden hier als gemäß dem Typ der
ausgeführten
Umformung getrennt angenommen und werden jeweils für die Translation-Permutation P, für die Rotation
R und für
die Homothetie H genannt. Es kann sich aber auch um die gleichen
algorithmischen Mittel handeln, die eine dieser Umformungen in Abhängigkeit
von einem Steuerparameter ausführen
können.
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Die
Umformmittel 6 können
eingerichtet sein, um eine beliebige Umformung P oder R oder H an den
Untereinheiten oder mehrere aufeinander folgende Umformungen in
einer beliebigen Reihenfolge durchzuführen. Die Umformung durch Translation-Permutation
P führt
jedoch zu einer ausreichend hohen Anzahl von Kombinationen für bestimmte
Anwendungen und lässt
sich ferner leicht umsetzen, so dass man vorsehen kann, dass die
Untereinheiten mindestens dieser Umformung P unterzogen werden:
Die algorithmischen Umformmittel P werden daher am Anfang der Mittel 6 angeordnet.
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Am
Ausgang S der Mittel 6 sammelt man eine Gruppe Untereinheiten
biometrischer Merkmale, die von den Umformungen P und/oder R und/oder
H codiert sind, wobei diese Gruppe codierter Untereinheiten eine
Kombination unter den möglichen
Kombinationen bildet.
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Um
die Anzahl der möglichen
Kombinationen für
eine gegebene Anzahl n Untereinheiten künstlich zu steigern, kann man
es in Betracht ziehen, in die Vorrichtung einen Generator GL falscher Untereinheiten
oder Täuschziele
L einzuführen,
der diese Täuschziele
an jeder gewünschten
Stelle entweder stromaufwärts
oder stromabwärts
der Umformungsmittel 6 einführen kann, oder auch zwischen den spezifischen
Umformmitteln P, R oder H.
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Man
erzielt dank der Codiervorrichtung eine codierte Einheit biometrischer
Merkmale, die dann gesichert verwendet werden kann, zum Beispiel
um aufgezeichnet oder übertragen
zu werden.
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Eine
besondere Anwendung, die Gegenstand der Erfindung, des Verfahrens
und der Codiervorrichtung, die oben beschrieben wurden, ist, betrifft die
gesicherte Authentifizierung einer Person, um dieser einen Zugang
durch Erfassen biometrischer Merkmale zu gestatten.
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Dazu
erfasst man mit einem Versatz in der Zeit entweder vor oder nach
dem Erstellen der oben genannten Gruppe codierter Untereinheiten
die biometrischen Merkmale der Person, und man erstellt eine nicht
codierte Einheit der biometrischen Merkmale. Man speichert die Gruppe
codierter Untereinheiten oder die Gruppe der nicht codierten Untereinheiten,
die zeitlich zuerst erstellt wurden. Beim Erstellen der Gruppe nicht
codierter Untereinheiten bzw. der codierten Untereinheiten, die
an zweiter Stelle in der Zeit codiert wurden (Zugangsanfrage), vergleicht man
jede Untereinheit von Merkmalen, die über einen für Umformungen unempfindlichen
Algorithmus gelesen werden, mit der nicht codierten Einheit von Merkmalen,
bis zu einer Übereinstimmung
mit einem Teil dieser Letzteren, und man klassiert die codierte Untereinheit
in Bezug auf den übereinstimmenden Teil
der nicht codierten Einheit. Schließlich, sobald alle codierten
Untereinheiten mit entsprechenden Teilen der nicht codierten Einheit
in Übereinstimmung gebracht
werden konnten, sendet man eine Zugangsgenehmigungsanweisung für die Person.
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Bei
einer ersten Umsetzung kann man, wie in 8 veranschaulicht,
damit beginnen, die nicht codierte Einheit biometrischer Merkmale,
die von den Verarbeitungsmitteln 4 geliefert werden, zu
erstellen, und diese Einheit in einen geschützten Speicher 8,
in dem sie gespeichert wird, zu übertragen
(gestrichelte Linie 7).
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Später erstellt
man bei jeder Zugangsgenehmigungsanfrage der Person wie oben erwähnt die Gruppe
codierter Untereinheiten biometrischer Merkmale, die von den Mitteln 6 geliefert
wird. Die Gruppe von Untereinheiten wird dann in 9 an Vergleichsmittel 10 übertragen,
um mit der nicht codierten Einheit von Merkmalen, die in dem Speicher 8 gespeichert
ist, verglichen zu werden.
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In
Abhängigkeit
von dem Ergebnis des Vergleichs sendet man 16 zu der Zugangsanfrage
eine Anweisung, um der Person den Zugang in 11 zu gestatten
oder zu verbieten.
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Bei
einer anderen Ausführungsform,
die bevorzugt wird, beginnt man, wie in 9 veranschaulicht,
mit dem Bilden einer Gruppe codierter Untereinheiten, die von algorithmischen
Umformungsmitteln 6 geliefert werden, und man registriert
diese Gruppe codierter Untereinheiten in einem Speicher 8.
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Später erfasst
man bei jeder Zugangsgenehmigungsanfrage die biometrischen Merkmale
der Person und man bildet in 4 die nicht codierte Einheit dieser
Merkmale. Man extrahiert dann aus dem Speicher 8 die Gruppe
codierter Untereinheiten, die in 12 zu der Zugangsanfrage
gesendet wird, wo die codierten Untereinheiten einzeln in Vergleichsmitteln 10 mit der
nicht codierten Einheit verglichen werden. Schließlich sendet
man in Abhängigkeit
von dem Ergebnis des Vergleichs in 16 eine Anweisung, um
den Zugang der Person in 11 zu gestatten oder zu verbieten.
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Praktischerweise
können
die Vergleichsmittel 10 nacheinander die codierten Untereinheiten
anhand von Algorithmen, die für
Umformungen unempfindlich sind, und über die der Fachmann verfügt, mit der
nicht codierten Einheit biometrischer Merkmale bis zum Übereinstimmen
der codierten Untereinheiten mit jeweiligen Teilen der codierten
Einheit vergleichen.
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Ein
derartiger Vergleich erfordert keine zu komplexe Arbeit, und alle
umgesetzten Mittel können auf
dem Ort der Zugangsanfrage um den Sensor 3 gruppiert werden,
eventuell mit Ausnahme des Speichers 8, der geografisch
entfernt sein kann.
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Bei
Nichtübereinstimmen
einer codierten Untereinheit mit einem Teil der nicht codierten
Einheit kann man einen Fehlerkorrekturcode eingreifen lassen, und
man sendet eine Zugangsgenehmigung, wenn ein bestimmter Anteil von
n codierten Untereinheiten nach eventueller Korrektur entsprechende mehrheitliche Übereinstimmungen
in der nicht codierten Einheit findet, während man ein Zugangsverbot
sendet, wenn der vorbestimmte Anteil der codierten Untereinheiten
nach eventueller Fehlerkorrektur keine jeweiligen mehrheitlichen Übereinstimmungen in
der nicht codierten Einheit findet. Man kann sich daher bestimmter
Wechselfälle
des Betriebs der Vorrichtung entledigen.
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Das
Herstellen der Übereinstimmung
aller codierten Untereinheiten mit der nicht codierten Einheit kann
sich als unzureichend herausstellen, um das biometrische Merkmal,
das auf der Person erfasst wird, exakt zu erkennen. Um diese Unzulänglichkeit
auszugleichen, sieht man daher vor, dass nach dem Herstellen der Übereinstimmung
der codierten Untereinheiten mit der nicht codierten Einheit die
Gruppe der codierten Untereinheiten mit der nicht codierten Einheit
hinsichtlich mindestens eines zusätzlichen Merkmals verglichen
wird, das in den codierten, einzeln betrachteten Untereinheiten
nicht erkennbar oder nicht zur Gänze
erkennbar ist, und das in den vorhergehenden Schritten nicht berücksichtigt wird.
Diese zusätzlichen
Merkmale (zum Beispiel Vergabelungen, Furchenenden, Haupttyp einer
vordefinierten Einheit von Merkmalen der codierten Einheit usw.),
die global auf der Einheit des Bilds betrachtet werden, können eine
zusätzliche
Information liefern.
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Man
kann es auch in Betracht ziehen, die Abdrücke mehrerer (zum Beispiel
zwei) Finger der Person zu erfassen und diese zwei Bilder zu verarbeiten. Um
jedoch die Anzahl zu verarbeitender Untereinheiten nicht unmäßig zu steigern,
kann man vorsehen, dass, wenn die Anzahl der verwendeten Finger
für die
Detektion p ist, man für
jeden Finger eine Anzahl n/p Untereinheiten erstellt, so dass die
Gesamtanzahl der Untereinheiten gleich n bleibt.
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Man
kann auch weitere Merkmale heranziehen, um die Informationen zu
vervollständigen.
Die Fingerabdrücke
lassen sich zum Beispiel in k allgemeine
Typen klassieren (in der Praxis in fünf Typen). Man kann daher beim
Erfassen der Merkmale der Fingerabdrücke der Person den Typ K bestimmen,
zu dem sie gehören,
und man verwendet den Typ K als zusätzliche Information zu den
codierten Untereinheiten.
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In
den Skizzen der 8 und 9 wurde symbolisch
die Genehmigung oder das Verbot des Zugangs einfach gesehen als
das Resultat (JA oder NEIN) des Vergleichs, der von den Vergleichsmitteln 10 durchgeführt wird,
dargestellt.
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Man
kann auch eine ausgefeiltere Lösung
in Betracht ziehen, die darin besteht, von den Vergleichsmitteln 10 bei
positivem Ergebnis das Erzeugen eines komplexen Befehls, wie zum
Beispiel eines Codes steuern zu lassen, der dann an Zugangssteuermittel
angewandt wird. Diese Vorgehensweise kann besonders vorteilhaft
angewandt werden, um eine Person, die Inhaber eines persönlichen
Identifikationscodes (oder PIN-Codes) ist, zu authentifizieren,
und der ihr einen Zugang gestattet. In diesem Fall können die
erfindungsgemäßen Mittel
unter Anwendung des oben Gesagten die Person authentifizieren, dann
automatisch ihren PIN-Zugangscode
erzeugen und senden. Dazu erfasst man im Laufe des Umsetzens des
oben beschriebenen Authentifizierungsverfahrens beim Vergleichen
der codierten Untereinheiten mit der nicht codierten Einheit anhand der
für Umformungen
unempfindlichen Algorithmen mit Hilfe der Algorithmen die Kombination
der Umformungen, die zuvor an den codierten Untereinheiten vorgenommen
wurden.
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Dann
vergleicht man die so gefundene Kombination mit einer im Speicher
in Beziehung mit einem PIN-Code enthaltenen Kombination, und bei Übereinstimmung
sendet man den PIN-Code, um die Zugangsgenehmigung der Person zu
steuern.
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Man
kann in Betracht ziehen, dass die Person in keiner Weise auf der
Ebene des Erzeugens des PIN-Codes einzugreifen hat, und dass dieser
automatisch erzeugte PIN-Code
beliebig und so komplex sein kann, wie man wünscht. Insbesondere kann man
so vorgehen, dass der PIN-Code die gefundene Kombination selbst
sein kann.
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Beispielhaft
erlauben es beim Vergleichen jeder codierten Untereinheit mit der
nicht codierten Einheit die für
Umformungen unempfindlichen Algorithmen, jede Umformung an der Einheit
E der möglichen
Umformungen zu unterscheiden; mit jedem Teil der ausgewählten nicht
codierten Einheit wird ein Index i in der Einheit E, die der identifizierten
Umformung entspricht, verbunden. Es kann daher ein Zwischenschlüssel durch
Kombinieren des Indexes i der Untereinheit und der Umformung, die
an sie angewandt wurde, aufgebaut werden. Wenn man daher sechs Untereinheiten
berücksichtigt,
zwölf Täuschziele
und zehn Umformungen pro Untereinheit, berücksichtigt, beträgt die Anzahl
der Kombinationen: C186 × 106 =
18564000000.
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In
der Praxis beschränkt
man jedoch diese Anzahl von Kombinationen, indem man die Anzahl möglicher
Umformungen einschränkt,
oder indem man Fehlerkorrekturcodes verwendet, um die Zuverlässigkeit
des Systems zu steigern. Wenn man sich auf die drei Umformungen
P, R und H, die oben erwähnt
wurden, basiert, beträgt
die Anzahl der Kombinationen C186 × 36 = 13153156.
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Um
die Informationsmenge zu erhöhen,
berechnet man einen Endschlüssel,
der aus der Konkatenation des oben genannten Zwischenschlüssels und
anderen Informationen, die mit der Klassierung des Fingerabdrucks,
der Häufigkeit
der Furchen und anderen Merkmalen, die aus den Minutien extrahiert werden
(zum Beispiel die Valenz und die Krümmung), zusammenhängen.
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Schließlich wendet
man den Fehlerkorrekturcode an diesen abschließenden Schlüssel an, und man erzielt einen
Endschlüssel,
der als PIN-Code dienen kann.
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In
diesem Fall braucht sich die Person die komplexe Form des PIN-Codes
eventuell nicht zu merken.
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Die
Vorrichtung der 9, die oben beschrieben wurde,
wird daher wie in 10 veranschaulicht zum Umsetzen
dessen, was weiter oben erklärt
wurde, mit Erzeugungsmitteln 13 vervollständigt, die
von den Vergleichsmitteln 10 abhängen und in der Lage sind,
einen PIN-Code zu erstellen, der dann gesendet wird, um in 16 den
Zugang zu gestatten.
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Man
kann es auch in Betracht ziehen, dass man die Kombination der Umformungen,
welchen die codierten Untereinheiten zuvor unterzogen wurden, mit
Hilfe von Algorithmen, die für
Umformungen unempfindlich sind, erfasst, und dass man dann, wie
in 11 veranschaulicht, die Kombination in einer Tabelle
sucht, die in 14 gespeichert ist und eine Liste möglicher
Kombinationen von Umformungen mit einer Liste von PIN-Codes gegenüberstellt,
wobei die Umformungen und die PIN-Codes eineindeutige Beziehungen
haben. Danach liest man in 15 den PIN-Code in Verbindung
mit der gefundenen Kombination, und man verwendet diesen PIN-Code,
um in 16 die Zugangsgenehmigung der Person zu steuern.
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Die
zwei oben unter Bezugnahme auf die 10 und 11 beschriebenen
Verfahren sind besonders vorteilhaft, weil sie die Möglichkeit
bieten, einer Funktionsstörung
der Vorrichtung abzuhelfen. Dazu sieht man vor, dass die Person über einen PIN-Code
verfügt,
der anders sein kann als der automatisch von einer der Vorrichtungen
der 10 oder 11 erzeugte,
oder dass er in dem Fall der 11 der
gleiche sein kann. Unter diesen Bedingungen kann die Zugangsanfrage
manuell mit Hilfe zum Beispiel einer Hilfstastatur von der Person
direkt mit Hilfe ihres eigenen PIN-Codes ausgeführt werden, wenn sie nach einer
ungültigen
Umsetzung des Authentifizierungsverfahrens und dem automatischen
Erzeugen des PIN-Codes dazu ermächtigt
wird.