Fingerabdruckscanner

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Durch das BSI zertifizierter Fingerabdruckscanner, wie er für den Reisepass oder den Personalausweis in Deutschland eingesetzt wird

Ein Fingerabdruckscanner tastet einen Finger mittels eines biometrischen Sensors ab, um ein digitales Abbild des Fingerabdrucks zu erzeugen.

Zweck

Mit einem Fingerabdruckscanner kann das Bild eines oder gleichzeitig mehrerer Fingerabdrücke einer Person aufgenommen werden. Da man von der weitgehenden Einzigartigkeit des Fingerabdrucks einer Person ausgeht, kann auf Basis des Abbilds des Fingerabdrucks eine Person eindeutig identifiziert („Welche Person habe ich vor mir?“) bzw. verifiziert („Ist die Person tatsächlich identisch mit der Person, die sie vorgibt zu sein?“) werden. Fingerabdruckscanner werden deshalb häufig in Kombination mit einem Automatisierten Fingerabdruckidentifizierungssystem (AFIS) eingesetzt.

Typen von Fingerabdruckscannern

Fingerabdruckscannern lassen sich anhand unterschiedlicher Kriterien einteilen:

Art der Erfassung

halbautomatischer Fingerabdruckscanner
Ein vollautomatischer 4+4+2 Fingerabdruckscanner.

Fingerprintscanner lassen sich je nach Art bzw. Verfahren zur Erfassung einteilen in:

  • Halbautomatische Fingerabdruckscanner. Bei diesem Typ muss man einen Finger über eine schmale Scannerfläche ziehen. Die Qualität des erzeugten Bilds hängt davon ab, ob bzw. wie gleichmäßig der Benutzer den Finger über die Fläche zieht und wie der Finger dabei gehalten wird. Sie werden vor allem dann eingesetzt, wenn eine sehr kompakte Bauform erforderlich ist (z. B. als integriertes Gerät in einem Notebook) und/oder wenn der Preis des Geräts eine wesentliche Rolle spielt, da halbautomatische Geräte häufig deutlich günstiger zu beziehen sind als vollautomatische Fingerabdruckscanner.
  • Vollautomatische Fingerabdruckscanner. Bei diesem Typ legt man einen oder mehrere Finger gleichzeitig auf eine Fläche und der Scanner erfasst die Fingerabdrücke gleichzeitig und automatisch. Da die Qualität des Fingerabdrucks hier nicht von einer Bewegung des Fingers durch den Benutzer abhängt, werden Bilder mit gleichbleibender bzw. höherer Qualität im Vergleich zu halbautomatischen Geräten produziert.

Zahl gleichzeitig erfassbarer Finger

Fingerprintscanner lassen sich außerdem anhand der Zahl gleichzeitig erfassbarer Finger einteilen in:

  • Geräte, die nur einen Finger gleichzeitig erfassen können
  • Geräte, die zwei Finger gleichzeitig erfassen können
  • Geräte, die mehr als zwei Finger gleichzeitig erfassen können. Hier sind insbesondere sogenannte 4+4+2 Scanner verbreitet. Sie erfassen alle 10 Finger beider Hände in einem mehrstufigen Prozess:
  1. Auflegen von vier Fingern der einen Hand (4)
  2. Auflegen von vier Fingern der anderen Hand (4)
  3. Auflegen beider Daumen gleichzeitig (2)

Der Benutzer wird dabei häufig durch entsprechende Anzeigen am Fingerabdruckscanner visuell durch den Prozess geführt, damit klar ist, wann welche Finger aufgelegt werden sollen. Diese Geräte werden auch als „Tenprint“[1]- oder „Slap-Scanner“ bezeichnet.

Eingesetzter biometrischer Sensor

Nahaufnahme eines biometrischen Sensors

Als einen biometrischen Sensor bezeichnet man die Hardwarekomponente eines biometrischen Systems, welche zunächst die biometrischen Messdaten liefert – im Falle des Fingerabdruckscanner also ein Abbild der Papillarlinien des Fingers. Es gibt eine große Anzahl von verschiedenen Methoden, die für die Abtastung der Papillarlinien verwendet werden können.[2] Hierzu gehören:

  • optische Sensoren
  • E-Feld Sensoren
  • polymere TFT Sensoren (TFT – Thin Film Transistor)
  • thermische Sensoren
  • kapazitive Sensoren
  • kontaktlose 3D Sensoren
  • Ultraschallsensoren

Am gebräuchlichsten sind z. Z. Scanner mit kapazitiven Sensoren (vorwiegend bei halbautomatischen Fingerabdruckscannern) und optischen Sensoren bei den meisten handelsüblichen vollautomatischen Scannern. Zum Teil werden neben diesen Hauptsensoren bei hochwertigeren Geräten jedoch zusätzliche Sensoren verwendet, um beispielsweise die Lebenderkennung (mit zusätzlichen Ultraschall- oder Infrarotsensoren) zu realisieren.

Zulassung durch staatliche Behörden

Fingerabdruckscanner lassen sich außerdem nach der Zulassung durch staatliche Behörden bzw. Normerfüllung einteilen.

BSI Standards

In Deutschland spielen Fingerabdruckscanner im behördlichen Bereich aktuell vor allem bei der Erfassung von Fingerabdrücken für hoheitliche Dokumente (in erster Linie dem „neuen“ elektronischen Personalausweis und elektronischen Reisepass) eine Rolle. Fingerabdruckscanner, die zur Erfassung in diesem Umfeld z. B. durch Einwohnermeldeämter bzw. Paßämter eingesetzt werden sollen, müssen durch das Bundesamt für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI) gemäß den technischen Richtlinien „BSI TR-03104 – Technische Richtlinie (TR) zur Produktionsdatenerfassung, -qualitätsprüfung und -übermittlung für hoheitliche Dokumente“[3] (kurz auch „PDÜ hD“ genannt) bzw. „BSI TR-03104 Annex 2 Qualitätsanforderungen bei der Erfassung und Übertragung der Fingerabdrücke als biometrische Merkmale für elektronische Pässe (QS-Finger)“[4] und „BSI TR-03121 – Biometrie in hoheitlichen Anwendungen“ [5] geprüft und zugelassen werden.

Eine Liste aller derzeit zur Erfassung von Fingerabdrücken für hoheitliche Dokumente zugelassenen Geräte findet sich auf den Seiten des Bundesamts für Sicherheit in der Informationstechnik (BSI)[6].

FBI Standards

Im internationalen Umfeld spielen die durch das FBI bzw. das FBI Biometric Center of Excellence[7] für das IAFIS System gesetzen Standards PIV-071006 und IAFIS Image Quality Specifications (IQS) – Appendix F[1] bzgl. Qualität von Fingerabdruckscanner eine wesentliche Rolle. Viele Behörden anderer Länder orientieren sich an diesen Standards.

Eine Liste aller derzeit zur Erfassung von Fingerabdrücken für das FBI zugelassen Scanner gem. „IAFIS Image Quality Specifications (IQS)“ findet sich auf den Seiten des FBI Biometric Centre of Excellence[8].

Weitere Eigenschaften von Fingerabdruckscannern

Um für den jeweiligen Anwendungsfall gute Ergebnisse zu liefern, werden Fingerabdruckscanner häufig um zusätzliche Features ergänzt, die zu höherer Sicherheit oder besseren Aufnahmeergebnissen beitragen.

Lebenderkennung

Optischer Fingerabdrucksensor, mit dem die Lebenderkennung gewährleistet ist und der zwischen nassen und trockenen Fingern unterscheiden kann

Spuren der Fingerabdrücke, so genannte Latenzfingerspuren, werden zeitpunktunabhängig hinterlassen, sobald glatte Oberflächen mit den Fingern berührt werden. Ein Angreifer könnte sich mit den aus der Kriminalistik bekannten Verfahren die Abdrücke Dritter verschaffen, Kopien anfertigen und mit diesen einen Überwindungsversuch gegen die Fingerabdruckerkennung starten. Daher ist es bei sicherheitsrelevanten Anwendungen erforderlich, echte Fingerabdrücke von Kopien zu unterscheiden. Zu diesem Zweck bestehen verschiedene Verfahren der Lebenderkennung, bei denen die Scanner bestimmte Merkmale wie Puls, Blutzirkulation, Wärmebild oder 3D-Tiefenmuster erfassen. Diese erlauben es zu unterscheiden, ob der Finger durch eine lebende Person aufgelegt wird oder ob es sich um eine Kopie bzw. totes Material handelt. Zur Lebenderkennung werden u. A. optische (Infrarot-)Verfahren, kapazitive Verfahren und Ultraschallverfahren eingesetzt. Eine einfache Lebenderkennung ist mit infrarotem Licht möglich, da totes Gewebe es zumeist absorbiert, während lebendes Gewebe es reflektiert. Andere Verfahren messen die Sauerstoffsättigung des aufgelegten Fingers durch eine kapazitive Messung.

Integrierte Qualitätsverbesserungsalgorithmen

Die Qualität der Aufnahme eines Fingerabdrucks hängt auch maßgeblich davon ab, in welchem Zustand sich der Finger beim Auflegen befinden. Unter Anderem ergeben sich andere Ergebnisse durch verschiedene Hauttypen, Beschädigungen, Trockenheit oder Feuchtigkeit des Fingers. In hochwertigen Fingerabdruckscannern sind deshalb Verfahren integriert, um auf die Beschaffenheit des Fingers zu reagieren und die Bildqualität während der Aufnahme zu optimieren.

Bei Fingerabdruckscannern, die optische Sensoren verwenden, werden die Finger auf eine Glasplatte (bzw. transparente Oberfläche) aufgelegt. Dann spielt auch die Verschmutzung der Glasoberfläche bezgl. der Qualität der erzeugten Aufnahme eine Rolle. Einige Scanner erkennen deshalb automatisch, ob die Verschmutzung noch im akzeptablen Bereich liegt oder ob eine Reinigung erforderlich ist und fordern ggf. dazu auf (Verschmutzungserkennung).

Literatur

Maltoni, Davide: Handbook of Fingerprint Recognition. Springer, 2005, ISBN 0-387-95431-7, (2. Auflage 2009)

Siehe auch

Weblinks

Commons: Fingerprint scanners – Sammlung von Bildern, Videos und Audiodateien

Referenzen

  1. ↑ a b IAFIS FAQs
  2. ↑ Evaluierung biometrischer Systeme Fingerabdrucktechnologien – BioFinger – Seite 11ff
  3. ↑ BSI TR-03104 Produktionsdatenerfassung, -qualitätsprüfung und Übermittlung für hoheitliche Dokumente
  4. ↑ "SI TR-03104 Annex 2 Qualitätsanforderungen bei der Erfassung und Übertragung der Fingerabdrücke als biometrische Merkmale für elektronische Pässe (QS-Finger)"
  5. ↑ BSI TR-03121 Biometrie in hoheitlichen Anwendungen
  6. ↑ Zertifizierte Produkte – Optische Fingerabdrucksensoren
  7. ↑ Homepage des FBI Biometric Center of Excellence
  8. ↑ Liste aller zur Fingerabdruckerfassung für das FBI zugelassene Scanner
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