Iriserkennung, Gangerkennung … die beste Kryptografie steckt im menschlichen Körper!

Wenn es um Passwörter und Kryptografie geht, denken die meisten sofort an einen Bildschirm voller Zahlen und Buchstaben oder auch an Szenen mit Telegrammen und Codebüchern in Spionagedramen. Es fühlt sich wie ein äußerst mysteriöses Feld an, das sehr weit von uns entfernt ist. Aber wenn ich Ihnen sage, dass Kryptografietechnologie in Ihrem Leben häufig zum Einsatz kommt, insbesondere im heutigen Smart Life, finden Sie das nicht unglaublich? Nehmen wir als Beispiel das häufigste „Aufschließen“ im Leben und schauen uns die in intelligenten Türschlössern versteckte Passworttechnologie an.

Sesam, öffne dich

Intelligente Türschlösser bieten uns viele praktische Möglichkeiten zur Auswahl, wie etwa die Entsperrung per Passwort, IC- (oder ID-)Karte, Fingerabdruck, Gesichtsentsperrung usw. Als erste Verteidigungslinie müssen Schlösser nicht nur aus praktischen Gründen, sondern auch aus Sicherheitsgründen in Betracht gezogen werden. Schließlich erwartet niemand, dass er nicht nur für sich selbst das Aufschließen des Schlosses bequem macht, sondern auch Menschen mit schlechten Absichten „Komfort“ bietet.

1) Passwort-Entsperrung

Passwortgeschützte Türschlösser sind weit verbreitet. Durch Eingabe Ihres voreingestellten Passwortes können Sie das Türschloss öffnen. Manche Leute fragen sich hier vielleicht: Wäre es nicht dasselbe, als hätte man den Schlüssel, wenn sich Außenstehende an das Passwort erinnern würden, wenn das nicht der Fall wäre? Keine Angst, das smarte Türschloss verfügt über eine virtuelle Passwortfunktion, das heißt, Sie können vor und nach dem richtigen Passwort beliebige Zahlen hinzufügen. Solange in der Zahlenfolge, die Sie fortlaufend eingeben, das richtige Passwort enthalten ist, können Sie die Tür aufschließen. Auf diese Weise wissen andere nicht, welches Array Ihr echtes Passwort ist, und es ist für sie noch unmöglicher, sich das Passwort für Ihr Türschloss zu merken!

Eine andere Möglichkeit besteht darin, zur Gewährleistung der Sicherheit ein dynamisches Passwort zu verwenden. Wenn Sie die Tür öffnen müssen, wird über eine Mobiltelefon-App ein zufällig generiertes Passwort generiert. Dieses Passwort ist nur für einen bestimmten Zeitraum gültig. Wenn Sie es nach Ablauf der Zeit erneut eingeben, können Sie die Tür nicht mehr aufschließen. Erinnert es Sie an den Protagonisten in einem Spionagefilm, der geheime Informationen erhält und diese nach der Lektüre verbrennt? Der einzige Unterschied besteht darin, dass das intelligente Türschloss es für Sie „verbrennt“. Durch diese sofortige Änderung wird die Möglichkeit eines Passwortdiebstahls erheblich verringert.

2) Entsperren per IC- (oder ID-)Karte/NFC-Entsperren

Das Entsperren per IC-Karte (oder ID-Karte) wird häufig verwendet und ist auch recht üblich. Es eignet sich nicht nur für Türschlösser im Haus, sondern auch für Orte mit größeren Flächen und komplexerem Personal, wie z. B. Gemeinschaftszugangskontrolle, Buskarten usw.

Allerdings lassen sich IC- (oder ID-)Karten leicht kopieren. Solange die Informationen auf der Karte auf eine andere Karte kopiert werden, kann die kopierte Karte das intelligente Türschloss öffnen, was genauso bequem und gefährlich ist wie das Anfertigen eines Schlüssels.

Um das Kopieren zu verhindern, verschlüsseln die Hersteller die Karte, genau wie Sie eine Perle haben, und legen sie zur Abholung in eine Schachtel. Aus Sicherheitsgründen legt man außen noch eine Lage Karton drauf oder verdoppelt oder verdreifacht den Karton sogar. Je mehr Schichten die Box hat, desto höher ist die Verschlüsselungsstufe, aber natürlich ist auch die Verschwendung größer. Den Verschlüsselungsgrad der Karte legen wir oft bedarfsorientiert fest. Beispielsweise ist die Verschlüsselungsstufe der Buskarte höher als die der Community-Zugangskontrolle. Das intelligente Türschloss für das Zuhause ist die erste und wichtigste Schutzebene auf der Heimebene und die Anforderungen an die Verschlüsselungsstufe sind höher als bei der Gemeinschaftszugangskontrolle. Bei tatsächlichen Tests durch eine professionelle unabhängige Testorganisation, China Institute of Building Research (Beijing) Testing and Certification Co., Ltd., wurde festgestellt, dass die Verschlüsselungsstufen von IC- (oder ID-)Karten stark variieren. Die IC-Karten, die mit intelligenten Türschlössern einiger Marken mitgeliefert werden, können leicht geknackt und kopiert werden, was sie sehr unsicher macht.

Die NFC-Entsperrung erfolgt durch Berühren des NFC-Sensorbereichs des Türschlosses mit einem NFC-fähigen Armband oder einem anderen tragbaren Smartgerät, um es zu entriegeln, ähnlich wie bei der Verwendung einer IC- (oder ID-)Karte. Wenn die NFC-Verschlüsselungsmethode unzureichend ist, ist daher auch die Sicherheit der NFC-Funktion unzureichend.

3) Fernentriegelung per App

Bei der APP-Fernentriegelung wird die Entriegelungsfunktion über die APP auf einem Mobiltelefon oder einem anderen Endgerät gestartet. Die Entriegelungsinformationen werden über den Cloud-Server an das Türschloss gesendet. Nach Erhalt der Entriegelungsinformation wird das Türschloss entriegelt. Während des gesamten Vorgangs werden Informationen auf eine Weise hin und her übertragen, die Sie weder sehen noch berühren können. Glauben Sie, dass diese Methode zum Entsperren ohne physische Gegenstände sicher ist? Sie liegen völlig falsch. Mit professioneller Software und Tools können Dinge, die Sie nicht sehen können, für andere deutlich sichtbar sein. Wenn der übertragene Entriegelungsbefehl nicht verschlüsselt ist oder die Verschlüsselungsstufe niedrig ist, können die Informationen zum Entriegelungsbefehl durch Paketerfassung, Wiedergabe und andere Aktionen abgerufen werden, und dann kann das Türschloss Ihres Hauses problemlos geöffnet werden.

4) Entsperren per Fingerabdruck

Vielleicht haben Sie noch nicht entdeckt, dass auch die scheinbar unscheinbaren Fingerabdrücke auf Ihren kleinen Fingern einzigartig auf der Welt sind. Fast jeder Mensch hat andere Fingerabdrücke. Die Entsperrung per Fingerabdruck nutzt dies, um unterschiedliche Personen durch die Identifizierung unterschiedlicher Fingerabdrücke zu erkennen.

Zuerst müssen Sie Ihren Fingerabdruck eingeben, damit sich das Türschloss Ihren Fingerabdruck merken kann. Bei jedem Aufschließen der Tür können Sie den eingegebenen Finger verwenden. Das Türschloss erkennt Sie sofort als Besitzer und gibt Ihnen den „goldenen Finger“, um die Tür sofort aufzuschließen.

Zu den heute in Türschlössern üblicherweise verwendeten Fingerabdruckerkennungsmodulen zählen hauptsächlich fotoelektrische Fingerabdruckmodule und kapazitive Fingerabdruckmodule.

Bei der fotoelektrischen Fingerabdruckerkennung werden hauptsächlich die Prinzipien der Lichtbrechung und -reflexion genutzt. Wenn Sie Ihren Finger darauf legen, sendet eine kleine Lichtquelle im Inneren des Schlosskörpers Licht von der Unterseite des Prismas auf Ihren Finger und bricht es dann durch die Glasplatte auf der Oberfläche zum Fingerabdruckmodul, das aus optischen Sensoren besteht. Diese Technologie wurde bereits früh auf dem Markt eingeführt und ist relativ ausgereift, weist jedoch noch einige Mängel auf, die nicht behoben werden können. Wenn die Finger beispielsweise relativ trocken sind, ist es schwierig, dass die Körnung und die Glasoberfläche vollständig und gründlich aufeinander passen, und zu diesem Zeitpunkt ist es für das Fingerabdruckmodul schwierig, eine genaue Erkennung durchzuführen. Wenn Ihre Hände also zu trocken sind, werden sie von Ihrem Türschloss leicht „abgelehnt“!

Bei der kapazitiven Fingerabdruckerkennung werden zur Identifizierung von Fingerabdrücken hauptsächlich die Eigenschaften des Kapazitätswerts verwendet. Wenn Sie Ihren Finger auf den Sensor legen, wird Ihr Finger zu einem weiteren Plattensatz. Die Kondensatorplatten des Sensors entsprechen nacheinander Ihren Fingern und bilden unzählige Kondensatoren. Man kann es sich wie unzählige Pools vorstellen, die Strom speichern können. Die Größe des Beckens hängt vom Abstand zwischen der Oberfläche Ihres Fingers und der eingebauten Platte des Schlosses ab. Zwischen Ihren ungleichmäßigen Fingerabdrücken und dem Türschloss bilden sich unzählige Strompfützen unterschiedlicher Größe. Das Türschloss kann durch Laden, Entladen und Zeitmessen dieser Pools erkennen, wo „konvex“ und wo „konkav“ ist. Auf diese Weise wird Ihre Fingerabdruckkarte in das Gehirn des Türschlosses „gezeichnet“.

Natürlich ist niemand perfekt und auch diese Methode der Fingerabdruckerkennung hat ihre Schwächen. Da Wasser leitfähig ist, werden die „Linien“ des Wassers, wenn Sie einen nassen Finger auf das Türschloss legen, leichtfertig mit den Linien eines menschlichen Fingers verwechselt. Natürlich ist eine erfolgreiche Identifizierung schwierig, denn nasse Finger sind sein natürlicher Feind.

5) Fingervenenerkennung

Die Venenerkennungstechnologie nutzt die Struktur der Venen zur Identifizierung von Personen. Wie Fingerabdrücke ist auch die komplexe Venenstruktur im Inneren des Fingers ein einzigartiges Merkmal, das eine Person von einer anderen unterscheidet. Es enthält eine große Menge an Merkmalsinformationen und kann im Fingervenenerkennungsprozess voll genutzt werden. Darüber hinaus werden diese Merkmalspunkte nicht durch Verletzungen oder Deformationen der Fingeroberflächenhaut unkenntlich gemacht.

Auch in puncto Sicherheit ist die Fingervenenuntersuchung etwas besser. Da Fingerabdrücke und Gesichter nach außen sichtbar sind, können sie leicht von illegalen Personen gestohlen werden. Da es jedoch im menschlichen Körper Fingervenen gibt, können diese nur schwer von anderen gestohlen werden. Diese Methode zum Entsperren ist sicherer.

6) Entsperren per Gesichtserkennung

„Dies ist eine Ära der Gesichtsbeobachtung“, dieser Satz gilt auch für intelligente Türschlösser, aber es kümmert sich nicht um Ihre Schönheit oder Hässlichkeit, sondern um die Merkmale Ihres Gesichts. Es erfasst und identifiziert diese Merkmale und entscheidet anschließend, ob die Tür entriegelt wird. Dies ist Gesichtserkennung.

Die Gesichtserkennungstechnologie steht nun vor einem schwierigen Problem: Einerseits wird die Anzahl der erkannten Merkmalspunkte reduziert, um die Benutzererfahrung zu verbessern und die negative Erfahrung zu reduzieren, die entsteht, wenn die Anwendung nicht geöffnet werden kann oder mehrmals geöffnet werden muss. Um ein einfaches und grobes Beispiel zu nennen: Ursprünglich brauchte man kleine Augen und einen hohen Nasenrücken, um die Tür zu öffnen, aber jetzt braucht man nur noch einen hohen Nasenrücken, um die Tür zu öffnen. So ersparen Sie sich das Problem, dass Sie eines Tages das Türschloss nicht mehr öffnen können, weil Sie Ihre Augen mit Make-up vergrößert haben. Wenn dies jedoch die einzige Voraussetzung ist, bedeutet dies, dass jede Person mit einer hohen Nase am Türschloss als Sie erkannt und problemlos aufgeschlossen werden kann. Ist es nicht beängstigend, darüber nachzudenken?

Um andererseits das Sicherheitsniveau zu verbessern, wird die Dimension der Merkmalspunkterkennung erweitert, d. h., das Gesicht, mit dem Sie die Tür aufschließen, muss genau mit dem Gesicht übereinstimmen, das Sie beim ersten Öffnen eingegeben haben. Allerdings ist es aufgrund verschiedener innerer und äußerer Faktoren wie Gesichtsausdruck, Make-up, Brillen- und Huttragen, Position, Winkel, Licht usw. unvermeidlich, dass sich das Gesicht jedes Mal leicht verändert, wenn es dem Türschloss zugewandt ist. Auf diese Weise sinkt die Erfolgsquote der Gesichtserkennung drastisch, was zu einer Erhöhung der sogenannten Falschrückweisungsrate führt und dazu, dass der wahre Besitzer häufig durch das Türschloss ausgesperrt wird.

Zusätzlich zu dem oben genannten Dilemma gibt es auch einen Unterschied zwischen zweidimensionaler (z. B. Fotos) und dreidimensionaler Gesichtserkennungstechnologie. Bei der zweidimensionalen Erkennung besteht die Möglichkeit, dass ein Foto zum Öffnen des smarten Türschlosses verwendet werden kann. Um zu verhindern, dass Fotos zur Nachahmung echter Personen verwendet werden, ist ein Algorithmus zur Lebenderkennung erforderlich. Beispielsweise kann eine binokulare Kamera ein dreidimensionales Bild erzeugen oder ein strukturierter Lichtsensor zur Erkennung von Gesichtsinformationen eingesetzt werden. Alternativ kann eine detailliertere dynamische Authentifizierungsmethode verwendet werden, beispielsweise indem Sie aufgefordert werden zu blinzeln, den Mund zu öffnen, den Kopf zu schütteln usw., was die Sicherheit weiter verbessern kann.

Seien Sie auf der Hut vor anderen

Ich glaube, Sie können anhand der obigen Einführung auch erkennen, dass kein Passwort eine eiserne Mauer ist. Aus Sicherheitsgründen hier einige Tipps zum Schutz:

(1) Wenn Sie ein numerisches Passwort verwenden, versuchen Sie, keine identischen Zahlen wie 666666 oder aufeinanderfolgende Zahlen zu verwenden. Bedenken Sie: Ein Passwort, das Sie sich leicht merken können, ist auch für andere leicht zu merken. Wenn Sie dennoch besorgt sind und die Sicherheit Ihres Passworts erhöhen möchten, können Sie Ihr Passwort regelmäßig ändern.

(2) Wenn Sie biometrische Passwörter (wie Fingerabdrücke, Gesichter usw.) bevorzugen, denken Sie daran, die zuvor eingegebenen biometrischen Merkmale zu löschen, wenn Sie diese nicht mehr verwenden möchten. Versuchen Sie außerdem, Gesichtsinformationen nicht als einziges Berechtigungsmerkmal zu verwenden, da Gesichtsinformationen am öffentlichsten sind und am einfachsten erfasst werden können. Sie können eine multimodale Erkennung verwenden, beispielsweise eine Kombination aus Gesicht und Fingerabdruck, was die Sicherheit erheblich verbessern kann.

(3) Bei Türschlössern, die per APP aus der Ferne entriegelt werden können, sollten Sie bei der Einrichtung sorgfältig auf die Verwendung dieser Funktion achten. Wählen Sie beim Kauf von Türschlossprodukten Produkte mit Sicherheitszertifikat, da solche Produkte sicherer sind.

Der beste Student in Kryptographie

Obwohl jedes Passwort geknackt werden kann, können sie je nach Schwierigkeitsgrad des Knackens in unterschiedliche Stufen eingeteilt werden. Die menschliche Erforschung kryptografischer Technologien schreitet voran und es wurden Versuche unternommen, Kryptografie mit menschlichen Organen zu kombinieren, um die Sicherheit und den Komfort zu verbessern. Diese Art der Kryptografie kann hinsichtlich ihrer Wirksamkeit und Sicherheit als „Exzellenzschüler“ der Kryptografie angesehen werden.

1) Iriserkennung

Die Augen sind das Fenster zur Seele und die Kryptografie hat ihnen eine weitere Funktion gegeben: die Iriserkennung. Die meisten von Ihnen kennen die genaue Lage der Iris vielleicht nicht. Es handelt sich um den ringförmigen Teil zwischen der schwarzen Pupille und der weißen Sklera. Sie weist viele detaillierte Merkmale auf, wie beispielsweise ineinander verschlungene Flecken, Fäden, Kronen, Streifen, Krypten usw. Anders als das menschliche Gesicht, das leicht durch verschiedene innere und äußere Faktoren beeinflusst wird, entsteht die Iris während der fötalen Entwicklung und unterliegt im Laufe des Lebens keinen nennenswerten Veränderungen. Diese Punkte bestimmen, dass eine einzigartige Iris einer einzigartigen Identität entspricht.

Auch die Iris ist eine Art biometrisches Merkmal. Aufgrund seiner Einzigartigkeit, Stabilität und Fähigkeit zur Lebenderkennung wird es von der Kryptografie-Community mit Spannung erwartet. Einige Experten sind der Ansicht, dass es sich in Zukunft um die wichtigste Methode zur Identitätsauthentifizierung handeln wird. Allerdings stellt die Irissammlung hohe Anforderungen an die Ausrüstung. Derzeit wird die Iriserkennungstechnologie in Szenarien eingesetzt, die ein hohes Maß an Sicherheit erfordern, beispielsweise in Banktresoren, Computerräumen, Buchhaltungsarchivzentren und anderen wichtigen Szenarien mit strengen Zugangsbeschränkungen. Schließlich sollte für die Klinge guter Stahl verwendet werden.

2) Gangerkennung

Die Gangerkennung ist eine neue biometrische Erkennungstechnologie, die Menschen anhand ihrer Gehhaltung identifiziert. Das heißt, welche Distanz Sie beim Gehen mit jedem Schritt zurücklegen, mit welchem ​​Fuß Sie mehr Kraft aufwenden, ob Sie mit gebeugter Taille oder mit erhobener Brust und Kopf gehen usw. Diese Verhaltensgewohnheiten, die Ihnen vielleicht gar nicht auffallen, sind die Grundlage für Urteilsvermögen und Identifikation.

Obwohl die Gangerkennung noch immer einem Konzeptauto auf einer Automesse gleicht und noch nicht kommerzialisiert wurde, wird sie mit der Weiterentwicklung der Deep-Learning-Technologie allmählich auch für die Gangerkennung eingesetzt. Ich bin davon überzeugt, dass es in naher Zukunft Produkte geben wird, die eine Identität anhand des „Stils“ des Gehens erkennen lassen. Ob Sie wie eine Frühlingsbrise gehen oder wie auf dünnem Eis, Sie sind Sie und nur Sie.

3) Stimmabdruckerkennung

Bei der Stimmabdruckerkennungstechnologie handelt es sich um eine Technologie, die die Identität des Sprechers anhand der Stimme ermittelt. Die Stimmorgane, die der Mensch beim Sprechen verwendet – Zunge, Zähne, Kehlkopf, Lunge und Nasenhöhle – unterscheiden sich von Mensch zu Mensch erheblich in Größe und Form. Selbst wenn also zwei Menschen den gleichen Satz sagen, sind die von ihnen erzeugten Stimmprofile unterschiedlich und klingen sehr unterschiedlich.

Es gibt zwei Arten der Stimmabdruckerkennungstechnologie: Sprecheridentifikation und Sprecherbestätigung. Für verschiedene Aufgaben und Anwendungen werden unterschiedliche Technologien zur Stimmabdruckerkennung verwendet. Beispielsweise kann Identifikationstechnologie erforderlich sein, um den Umfang strafrechtlicher Ermittlungen einzugrenzen, während Bestätigungstechnologie für Bankgeschäfte erforderlich sein kann. Die People’s Bank of China hat offiziell den Finanzindustriestandard „Technische Spezifikationen für sichere Anwendungen des mobilen Finanzwesens auf Basis der Stimmabdruckerkennung“ veröffentlicht. Dies bedeutet, dass die Stimmabdruckerkennungstechnologie von den Finanzaufsichtsbehörden anerkannt wurde und zudem das Standardproblem für die Stimmabdruckerkennungstechnologie gelöst wurde, um Einzug in den Bereich des mobilen Finanzwesens zu halten. Daher ist die Fähigkeit, „Menschen an ihrer Stimme zu erkennen“, keine ausschließlich dem Menschen vorbehaltene Fähigkeit mehr. Indem wir Maschinen mithilfe von Daten und Algorithmen mit sensiblen Ohren ausstatten, können wir gleichzeitig einen Schutzschirm für unsere persönliche Sicherheit und die Sicherheit unseres Eigentums bilden.

Als komplexestes und tiefgreifendstes System sind die natürlichen biologischen Eigenschaften des menschlichen Körpers die beste Kryptografie. Solange wir weiterhin gründliche Forschung betreiben und unsere Technologie verbessern, können wir uns im intelligenten Leben selbst in den Dienst unserer selbst stellen und Magie nutzen, um Magie zu besiegen.

Autor: Jiao Limin, leitender Ingenieur, China Household Electrical Appliances Research Institute

Dieser Artikel wurde vom Tencent-Team „Everyone Loves Science“ veröffentlicht.

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