[論文レビュー] A Generalized Approach for Cancellable Template and Its Realization for Minutia Cylinder-Code

Xingbo Dong, Zhe Jin+1 more|arXiv (Cornell University)|Mar 2, 2022

Biometric Identification and Security参考文献 27被引用数 4

ひとこと要約

本稿では、指紋の minutiae などの順序なしで可変サイズの生物特徴量テンプレートを安全に、取り消可能かつ逆引き不可能な形で表現できる、一般化された Max のインデックス（gIoM）ハッシュ化技術を提案する。Minutia Cylinder-Code（MCC）を用いて、MCC をインデックスベースの特徴空間に変換することで、計算的にテンプレート再構築が不可能であることを保証するとともに、FVC2002 および FVC2004 データベースにおける認識性能を維持する。

ABSTRACT

Hashing technology gains much attention in protecting the biometric template lately. For instance, Index-of-Max (IoM), a recent reported hashing technique, is a ranking-based locality sensitive hashing technique, which illustrates the feasibility to protect the ordered and fixed-length biometric template. However, biometric templates are not always in the form of ordered and fixed-length, rather it may be an unordered and variable size point set e.g. fingerprint minutiae, which restricts the usage of the traditional hashing technology. In this paper, we proposed a generalized version of IoM hashing namely gIoM, and therefore the unordered and variable size biometric template can be used. We demonstrate a realization using a well-known variable size feature vector, fingerprint Minutia Cylinder-Code (MCC). The gIoM transforms MCC into index domain to form indexing-based feature representation. Consequently, the inversion of MCC from the transformed representation is computational infeasible, thus to achieve non-invertibility while the performance is preserved. Public fingerprint databases FVC2002 and FVC2004 are employed for experiment as benchmark to demonstrate a fair comparison with other methods. Moreover, the security and privacy analysis suggest that gIoM meets the criteria of template protection: non-invertibility, revocability, and non-linkability.

研究の動機と目的

• 固定長かつ順序付きの生物特徴量テンプレートを前提としている既存のハッシュ化技術には、指紋の minutiae のような可変サイズで順序なしの生物特徴量には不適切であるという制限があることに対処する。
• 認識精度を維持しつつ、順序なしで可変サイズの生物特徴量テンプレートを保護できる一般化されたハッシュ化アプローチを開発すること。
• 非逆転性、再利用可能、非リンク性を保証する Minutia Cylinder-Code（MCC）に基づくキャンセル可能なテンプレートシステムを実現すること。
• FVC2002 および FVC2004 といった標準指紋データベースを用いて、既存手法と公平に比較可能な評価を実施すること。

提案手法

• 順序なしで可変サイズの生物特徴量テンプレートを処理できる、Index-of-Max（IoM）ハッシュ化の一般化版である gIoM を提案する。
• 指紋の minutiae を表す可変長の特徴ベクトルである Minutia Cylinder-Code（MCC）を、gIoM を用いてインデックスドメインに変換し、インデックスベースの表現を実現する。
• gIoM 操作を実行する前に、MCC 特徴ベクトルに対して置換ベースの変換を適用することで、ランダム性とセキュリティを向上させる。
• 変換されたインデックス表現から元の MCC への逆写像が計算的に不可能であることを保証することで、非逆転性を確保する。
• 認識に必要な特徴情報を保持するために、インデックスドメインでランクベースの局所性に敏感なハッシュ機構を採用する。
• テンプレートの取り消しを可能にし、異なるシステム間でのテンプレートリンクを防止するキャンセル可能な生物特徴量テンプレートシステムに gIoM フレームワークを統合する。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 指紋の minutiae のような順序なしで可変サイズの生物特徴量テンプレートを保護できる一般化されたハッシュ化手法を設計できるか？
• RQ2 固定長の制約がない状況下で、変換された生物特徴量テンプレートの非逆転性を数学的および計算的にどのように保証できるか？
• RQ3 標準指紋データベース上での既存手法と比較して、gIoM を用いた表現が認識性能をどの程度維持できるか？
• RQ4 提案手法が非逆転性、再利用可能、非リンク性というプライバシーの核心的特性を満たしているか？
• RQ5 精度やセキュリティを損なわずに、Minutia Cylinder-Code（MCC）表現を用いて gIoM アプローチを効果的に実現できるか？

主な発見

• gIoM 法は、可変サイズの Minutia Cylinder-Code（MCC）テンプレートを安全なインデックスベースの表現に変換でき、キャンセル可能なテンプレート保護を実現した。
• gIoM 変換表現から元の MCC への逆写像は計算的に不可能であるため、強力な非逆転性が保証された。
• FVC2002 および FVC2004 データベースにおいて、競争力ある認識性能を達成し、生物特徴量の有用性が維持された。
• セキュリティおよびプライバシー分析により、gIoM が非逆転性、再利用可能、非リンク性という3つの核心的基準を満たしていることが確認された。
• 本手法により、順序なしで可変サイズの生物特徴量テンプレートの効果的保護が可能となり、固定長フォーマットに限定されないハッシュベースのキャンセル可能なテンプレートの適用範囲が拡張された。