[論文レビュー] Enabling Fingerprint Presentation Attacks: Fake Fingerprint Fabrication Techniques and Recognition Performance

Christof Kauba, Luca Debiasi+1 more|arXiv (Cornell University)|Dec 1, 2020

Biometric Identification and Security参考文献 17被引用数 5

ひとこと要約

本論文は、低価格の偽造指紋素材（ラテックス、シリコーン、接着剤など）を用いた提示攻撃に対する5台の商業用指紋スキャナの感受性を評価している。全スキャナのうち1台（アクティブ容量性IB Columboを除く）が偽造可能であり、一致スコアが50を超える——つまり成功したスプーフィングを示唆——ことが示された。これは、防スプーフィング対策が講じられているにもかかわらず、物理的スプーフィングの脅威が依然として継続していることを示している。

ABSTRACT

Fake fingerprint representation pose a severe threat for fingerprint based authentication systems. Despite advances in presentation attack detection technologies, which are often integrated directly into the fingerprint scanner devices, many fingerprint scanners are still susceptible to presentation attacks using physical fake fingerprint representation. In this work we evaluate five different commercial-off-the-shelf fingerprint scanners based on different sensing technologies, including optical, optical multispectral, passive capacitive, active capacitive and thermal regarding their susceptibility to presentation attacks using fake fingerprint representations. Several different materials to create the fake representation are tested and evaluated, including wax, cast, latex, silicone, different types of glue, window colours, modelling clay, etc. The quantitative evaluation includes assessing the fingerprint quality of the samples captured from the fake representations as well as comparison experiments where the achieved matching scores of the fake representations against the corresponding real fingerprints indicate the effectiveness of the fake representations. Our results confirmed that all except one of the tested devices are susceptible to at least one type/material of fake fingerprint representations.

研究の動機と目的

• 低コストの材料を用いた偽造指紋を用いた物理的提示攻撃に対する商業用指紋スキャナの脆弱性を評価すること。
• ラテックス、シリコーン、接着剤などのさまざまな低コスト素材が、スキャナ検出を回避する偽造指紋をどれほど効果的に作成できるかを評価すること。
• 標準マッチャーを用いて偽造指紋と本物のテンプレート間の一致スコアを測定することで、スプーフィング試行の成功度を定量化すること。
• 光学、容量性、熱的、多波長スプライス型などの異なる指紋センシング技術の中で、どの技術がスプーフィングに対して最も感受性を示すかを特定すること。
• たとえ組み込み提示攻撃検出（PAD）機能を備えても、簡単な素材を用いたスプーフィングが実際に成功するという実証的証拠を提供すること。

提案手法

• ワックス、キャスト（Fimo/Cernit）、ラテックス、シリコーン、窓用カラーの5種類の素材を用いて偽造指紋を製作し、容量性センサのスプーフィングを強化するためにグラファイトパウダーを塗布した。
• Lumidigm V311（多波長スプライス型）、Realscan G1（光学型）、IB Columbo（アクティブ容量性）、Verifi P5000（パッシブ容量性）、NB-3010-U（熱的）の5台の商業用スキャナから指紋データを収集した。
• 偽物の指紋表現の物理的忠実度を評価するために、指紋画像の品質を評価した。
• Neurotechnology Verifinger指紋マッチャーを用いて、偽造指紋と本物のテンプレートを比較するマッチング実験を実施した。
• 一致スコアを0〜2000のスケールで測定し、50を超えるスコアは通常の本物マッチの閾値を超えており、成功したスプーフィングを示している。
• 各スキャナおよびユーザーごとに、最高の一致スコアを示したスプーフィング試行を選別・強調表示した。

実験結果

リサーチクエスチョン

• RQ1 低コストの偽造指紋素材を用いた提示攻撃に対して、どの商業用指紋スキャナが脆弱であるか？
• RQ2 ラテックス、シリコーン、窓用カラーなどの異なる素材が、スキャナ検出を回避する偽造指紋をどれほど効果的に作成できるか？
• RQ3 異なるスキャナタイプ間で、偽造指紋の一致スコアは本物の指紋と比べてどの程度の性能を示すか？
• RQ4 商業スキャナに組み込まれた提示攻撃検出機構は、単純なスプーフィング技術に対してどの程度失敗するか？
• RQ5 どの指紋センシング技術がスプーフィングに対して最も抵抗性を示し、それはなぜか？

主な発見

• テストされた指紋スキャナのうち、アクティブ容量性IB Columboを除く全スキャナが、少なくとも1回のスプーフィング試行で一致スコアが50を超えて成功した。
• スプーフィング耐性を目的として設計された多波長スプライス型Lumidigm V311は、逆に最も容易にスプーフィングされた。1つの偽造指紋で一致スコア188を記録した。
• パッシブ容量性のVerifi P5000は光学型や熱的スキャナよりも抵抗性が高かったが、最大186のスコアでスプーフィングされた。
• アクティブ容量性のIB Columboは唯一、すべての試行で一致スコアが50を超えないまま、成功したスプーフィングに至らなかった。
• Fimo/Cernitの型取りと自然ラテックス、それに薄いグラファイトパウダーの層を組み合わせた方法が、最も効果的なスプーフィング手法であった。この方法は容量性センサでの性能を顕著に向上させた。
• 組み込みPADを備えたSuprema Realscan G1ですら、一致スコアが186に達するなど、成功したスプーフィングが確認された。これは、ハードウェアベースの検出が万全ではないことを示している。