Template protection mechanisms for iris binary codes

Marcin Chochowski

Abstract

This thesis addresses the problem of applying the Renewable Biometric References framework to binary iris codes. Nowadays, where more and more of our assets are virtual, thus a reliable, “personal” authentication is a must. The biometrics is to be the authentication method that will guarantee the security of our assets. This is true as long as it will be implemented in a proper way. Building an authentication system based on biometrics, one needs to take into account not only security threats common to all information systems, but also those specific to biometrics. One of such threats is the security and revocability of biometric references. A general concept of how to do this, called Renewable Biometric References (RBR), was proposed as an ISO standard “Biometric template protection" [49]. This standard, however, does not specify an exact way of implementation. This dissertation is devoted to the problem of application of the Renewable Biometric References framework in iris biometrics, where the biometric templates and biometric query codes have a form of binary, fixed-length vectors. The main challenge in an implementation of highperformance RBR mechanism is the reduction of inner class variability. The more this variability is limited the better RBR mechanism we can obtain. In this thesis, we identified the main sources of inner class variability and proposed methods to reduce it. In particular, we show that the quality of localization is the major source of errors the RBR framework has to cope with. Even changes as small as 1 pixel in localization parameters cause significant changes within the resulting iris code. We also address the problem of reference selection, proving that the majority reference outperforms any other used method. Eventually, we look into the binary iris code in detail showing the strong, inner structure of dependencies. Basing on this, we propose how to optimize the binary iris codes for RBR mechanism, either by masking some of the worst code elements or by introducing a new coding approach. All results were obtained sing the most popular v and successful iris coding algorithm, yet we show that our findings are general and hold for many other coding methodologies. The RBR mechanism is evaluated after sequential application of the proposed modifications, showing that each one leads to the performance improvement.
Rodzaj dyplomuPraca doktorska
Autor Marcin Chochowski (WEiTI / IAiIS)
Marcin Chochowski
- Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej
Tytuł w języku polskimTemplate protection mechanisms for iris binary codes
Języken angielski
Jednostka dyplomującaWydział Elektroniki i Technik Informacyjnych (WEiTI)
Dyscyplina naukiautomatyka i robotyka / dziedzina nauk technicznych / obszar nauk technicznych
Data obrony08-12-2015
Data zakończenia 15-12-2015
Promotor Andrzej Pacut (WEiTI / IAiIS)
Andrzej Pacut
- Instytut Automatyki i Informatyki Stosowanej
Recenzenci zewnętrzni Krzysztof Ślot - [Politechnika Łódzka (PŁ)]
Krzysztof Ślot
-
- Politechnika Łódzka

Khalid Saeed - [Politechnika Białostocka (PB)]
Khalid Saeed
-
- Politechnika Białostocka
Wyróżnienietak
Paginacja 120
Słowa kluczowe w języku polskimbiometria tęczówki, binarne kody tęczówkii, ochrona wzorców, odnawialne wzorce biometryczne
Słowa kluczowe w języku angielskimiris biometrics, binary iris codes, template protection, renewable biometric references
Streszczenie w języku polskimJedną z podstawowych przeszkód upowszechniania się biometrii jako mechanizmu weryfikacji tożsamości są obawy przed naruszeniem prywatności użytkowników. To, co jest istotą biometrii, czyli fakt, że cecha biometryczna jest indywidualna i niezmienna, stanowi jednocześnie jeden z największych problemów w kontekście jej wdrożenia. Jeśli na przykład jeden z systemów, w którym przechowywany jest wzorzec tęczówki zostanie skompromitowany, to dalsze "korzystanie" z tej tęczówki do uwierzytelniania nie jest bezpieczne. Podobnie w sytuacji, w której w wielu systemach użytkownik do autoryzacji wykorzystujemy tę samą tęczówkę. Administratorzy takich systemów mogą “śledzić" jego aktywność pomiędzy systemami wykorzystując wzorzec tęczówki jako klucz. Opisane powyżej zagrożenia mogą zostać wyeliminowane przez zastsowanie mechanizmu odnawialnych wzorców biometrycznych (ang Renewable Biometric References) zaproponowanego w standardzie ISO Biometric template protection [49]. Standard jednak dotyczy bardziej ogólenj koncepcji i nie definiuje sposobów realizacji dla poszczególnych typów biometrycznych. W niniejszej pracy skupiamy się na implementacji mechanizmu odnawialnych wzorców biometrycznych dla binarnych kodów tęczówki. Kluczowym zagadnieniem, okazuje się być ograniczenie zmienności kodów w ramach jednej klasy, tj. różnic w kodach uzyskiwanych dla różnych zdjęć tej samej tęczówki. Im bardziej uda się ograniczyć tę zmienność tym bezpieczniejszy będzie mechanizm. Problem ten nie jest najważniejszy w podstawowym zagadnieniu weryfikacji tak długo, jeśli uzyskujemy wysoką separację klas. W pracy przedstawiono szereg metod poprawiających skuteczność i bezpieczeństwo mechanizmu odnawialnych wzorców biometrycznych dla binarnych kodów tęczówki. Zidentyfikowane zostały źródła zmienności wewnątrz klasowej i zaproponowane zostały metody minimalizujące ich wpływ. W szczególności pokazano, w odróżnieniu od wcześniejszych prac, że jednym z podstawowych źródeł błędów jest nieprecyzyjna lokalizacja. Duża zmienność może być iii spowodowana bardzo małymi różnicami w lokalizacji i nie może być skompensowana dotychczas stosowanymi metodami. Kolejnym istotnym osiągnięciem jest wskazanie najlepszego sposobu tworzenia wzorca tęczówki. Pokazano, że tworzenie "sztucznego" wzorca poprzez kodowanie większościowe każdego bitu prowadzi do istotnej poprawy skuteczności mechanizmu odnawialnych wzorów biometrycznych dla binarnych kodów tęczówki. Następnie zaproponowano metody optymalizacji samego kodu, poprzez wybór najlepszych elementów lub przez modyfikację sposobu wyznaczania wartości poszczególnych elementów. Pokazano, że kolejne zaproponowany modyfikacje, za każdym razem poprawiają skuteczność i bezpieczeństwo mechanizmu odnawialnych wzorców biometrycznych dla binarnych kodów tęczówki. Wyniki uzyskane po zastosowaniu wszystkich modyfikacji są istotnie lepsze niż dotychczas przedstawiane dla badanego zagadnienia.
Klasyfikacja PKTiris biometrics, binary iris codes, template protection, renewable biometric references
Plik pracy
Chochowski phdThesis.pdf 2.56 MB

Pobierz odnośnik do tego rekordu

Powrót