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Der Pin hat ausgedient – heute gilt die Gesichtserkennung: Ausgabe 19/2019, 21.11.2019

Wenn der Körper das Passwort ist

Gesichtserkennung ist ein aktuelles Forschungsthema, nicht nur in der Neurowissenschaft. Mit modernen lichtbasierten Technologien kann man Gesichtserkennung auch auf elektronischen Geräten wie Handys realisieren. Zusammen mit dem Fingerabdruckscanner betreten wir mit der Gesichtserkennung ein neues Zeitalter der digitalen Sicherheit: Entweder ich benutze ein Passwort, oder mein Körper ist das Passwort

Autor: PD Dr. Udo Birk, Dozent für Bildverarbeitung am Institut für Photonics und ICT (IPI) an der FH Graubünden

Bilder: FH Graubünden

Wie funktioniert Gesichtserkennung, und welche Vor- bzw. Nachteile bietet die Gesichtserkennung, z.B. bei der Authentifizierung gegenüber der herkömmlichen Eingabe von Passwort oder PIN? Die Eingabe einer PIN ist mühsam, der Schutz vor Missbrauch nicht unbedingt hoch: Bei einer vierstelligen PIN müssen lediglich 10 000 verschiedene Zahlenkombinationen ausprobiert werden. Zusätzliche Schutzmassnahmen sind erforderlich, die das Gerät nach dem dritten Fehlversuch dauerhaft sperren. Aber genau dies kann für den Nutzer auch ein Problem darstellen, wenn er nicht mehr auf das Gerät zugreifen kann.

Gesichtserkennung basiert auf  Millionen Bildpunkten
Die Gesichtserkennung basiert auf Bildern, die üblicherweise viele Millionen Bildpunkte beinhalten. Jeder dieser Bildpunkte kann dabei wie eine weitere Ziffer der PIN die Sicherheit erhöhen. Durch diese grosse Datenmenge könnte die Gesichtserkennung sehr viel sicherer sein, als ein Fingerabdruckscanner, welcher sich leicht überlisten lässt, indem man etwa einen fremden Fingerabdruck mit Hilfe eines Klebestreifens abnimmt und dem Fingerabdruckscanner vorlegt. Aber wie sicher ist die Gesichtserkennung?
Während früher die Geräte nicht zwischen einem realen Gesicht und einer Fotografie unterscheiden konnten, werden heute durch den Einsatz von 3D-Bildgebung Täuschungsversuche leicht erkannt: Im 3D-Bild sind – im Gegensatz zum Foto – zusätzlich die Profilinformationen, d.h. das Relief des Gesichts enthalten. Im Hintergrund laufen Programme, die die Form des Gesichts analysieren und mit zuvor gespeicherten Daten vergleichen.

Verschiedene Techniken zur 3D-Gesichtserkennung
Wie gut dieser Abgleich funktioniert, bzw. ob ein Gesicht richtig oder falsch erkannt wird, hängt von vielen Faktoren ab. Oftmals werden die Programme mit Hilfe eines definierten Sets aus Beispielgesichtern entwickelt. Dabei werden grosse Beispieldatensätze mit einer Vielzahl an unterschiedlichen Gesichtern gewählt, um möglichst viele Faktoren abzudecken. In der Praxis können dennoch unvorhergesehene – weil in den Beispieldaten nicht enthaltene – Gesichtsformen auftreten, und so zu Problemen führen, wenn das Gerät für die falsche Person entsperrt oder das eigene Gesicht nicht erkennt.
Es gibt verschiedene Techniken zur 3DGesichtsmessung: Zwei Kameras gleichzeitig erzeugen ein Stereobild analog zur 3D-Wahrnehmung des Menschen, oder eine Kamera wird mit besonderen Lichtquellen kombiniert, oder ein Infrarotpunkt- bzw. -streifenmuster wird auf das Gesicht projiziert, oder die Kamera muss um das Gesicht herumbewegt werden. Alle diese Techniken dienen dem gleichen Ziel, nämlich eine Art dreidimensionale Profilkarte des Gesichts zu erhalten, also nicht nur aufzunehmen, wie das Gesicht aussieht, sondern auch welche 3D-Ausdehnung und Orientierung die Gesichtsmerkmale wie Nase, Kinn, Augen usw. haben.

Auch eineiige Zwillinge lassen sich unterscheiden
Um Daten so zu erzeugen, werden zunächst optoelektronische Verfahren angewendet, wenn es z.B. darum geht, effiziente Schaltungen für die zeitgesteuerte Beleuchtung und Lichtdetektion zu entwerfen und aufzubauen. Die optimale Ausleuchtung und Bildaufnahme sowie die Bildauswertung inklusive Gesichtsdetektion und -identifikation hingegen sind Teilbereiche der Bildverarbeitung. Die Fachhochschule Graubünden bietet zu beiden diesen Schwerpunkten auch Weiterbildungen an.
Die neuesten Verfahren der Gesichtserkennung können sogar eineiige Zwillinge unterscheiden. Fortschrittliche Algorithmen sollen in der Lage sein, Änderungen von Haarlänge oder Bartwuchs vorherzusagen, und sich nicht durch das Tragen einer Kopfbedeckung, von Brillengläsern oder ähnlichem beeinflussen lassen.
Der Schutz der gespeicherten Gesichtsdaten stellt eine weitere grosse Herausforderung dar, denn man kann zwar seinen PIN ändern, aber nicht das Gesicht – Hacker können sich genau diese Chance zu Nutze machen, und in Ruhe den unveränderlichen Code knacken.

Whitepaper Photonics Schweiz: 19_19.50.pdf

Infoservice
Fachhochschule Graubünden
Pulvermühlestrasse 57, 7000 Chur
Tel. 081 286 37 97
udo.birk@fhgr.ch, www.fhgr.ch

 



Profilanalyse: Die Gesichtsoberfläche wird analysiert und lässt sich anschliessend mit dem gespeicherten Gesichtsprofil vergleichen


Bei der Filmaufnahme mit einer 3D-Kamera lassen sich die 3D-Informationen je nach Distanz farbcodiert darstellen