[논문 리뷰] A Generalized Approach for Cancellable Template and Its Realization for Minutia Cylinder-Code

Xingbo Dong, Zhe Jin외 1명|arXiv (Cornell University)|2022. 03. 02.

Biometric Identification and Security참고 문헌 27인용 수 4

한 줄 요약

이 논문은 지문 미니어처의 특징점과 같은 순서가 없고 크기가 변하는 생체인식 템플릿을 안전하고 철회 가능하며 역추적 불가능한 방식으로 표현할 수 있도록 하는 일반화된 인덱스-오브-맥스 해싱 기법인 gIoM을 제안한다. 이는 미니어처 실린더-코드(MCC)를 기반으로 하며, 생체인식 템플릿의 복원이 계산적으로 불가능해지도록 하면서도 FVC2002 및 FVC2004 데이터베이스에서 인식 성능을 유지한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 기존의 해싱 기법이 고정 길이 및 순서가 있는 생체인식 템플릿을 요구하는 데서 비롯되는 한계를 해결하기 위해, 크기가 변하고 순서가 없는 생체인식 데이터(예: 지문 미니어처)에 적합하지 않은 점을 해결한다.
• 순서가 없고 크기가 변하는 생체인식 템플릿을 보호할 수 있는 일반화된 해싱 접근법을 개발하여 인식 정확도를 유지한다.
• 지문 미니어처-코드(MCC) 기반의 철회 가능한 템플릿 시스템을 실현하여 비추적 가능성, 철회 가능성, 링크 불가능성을 보장한다.
• 기존 방법들과의 공정한 비교를 위해 표준 지문 데이터베이스(FVC2002 및 FVC2004)에서 제안된 방법을 평가한다.

제안 방법

• 순서가 없고 크기가 변하는 생체인식 템플릿을 다룰 수 있도록 인덱스-오브-맥스(IoM) 해싱의 일반화된 버전인 gIoM을 제안한다.
• 지문의 특징점인 미니어처 실린더-코드(MCC)를 표현하는 가변 길이의 특징 벡터를 gIoM을 통해 인덱스 도메인으로 변환하여 인덱싱 기반 표현을 구현한다.
• gIoM 연산을 수행하기 전에 MCC 특징 벡터에 순열 기반 변환을 적용하여 무작위성과 보안성을 향상시킨다.
• 변환된 인덱스 표현에서 원본 MCC로의 역매핑이 계산적으로 불가능하도록 하여 비추적 가능성을 확보한다.
• 인식에 필요한 분류 정보를 유지하기 위해 인덱스 도메인에서 순위 기반의 국소성 감지 해싱 메커니즘을 적용한다.
• 템플릿 철회 기능과 다양한 시스템 간 템플릿 링크 방지를 지원하는 철퇴 가능한 생체인식 템플릿 시스템에 gIoM 프레임워크를 통합한다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 지문의 특징점과 같은 순서가 없고 크기가 변하는 생체인식 템플릿을 보호할 수 있는 일반화된 해싱 기법을 설계할 수 있는가?
• RQ2 고정 길이 제약 조건이 없는 상황에서, 변환된 생체인식 템플릿의 비추적 가능성을 수학적·계산적으로 어떻게 보장할 수 있는가?
• RQ3 표준 지문 데이터베이스에서 gIoM 기반 표현이 기존 방법 대비 얼마나 우수한 인식 성능을 유지하는가?
• RQ4 제안된 방법이 비추적 가능성, 철회 가능성, 링크 불가능성이라는 핵심 개인정보 보호 특성을 충족하는가?
• RQ5 정확도나 보안성을 훼손하지 않고 gIoM 접근법을 미니어처 실린더-코드(MCC) 표현을 기반으로 효과적으로 구현할 수 있는가?

주요 결과

• gIoM 방법은 크기가 변하는 미니어처 실린더-코드(MCC) 템플릿을 안전한 인덱스 기반 표현으로 성공적으로 변환하여 철퇴 가능한 템플릿 보호를 가능하게 한다.
• gIoM로 변환된 표현에서 원본 MCC로의 역매핑은 계산적으로 불가능하여 강력한 비추적 가능성을 보장한다.
• FVC2002 및 FVC2004 데이터베이스에서 경쟁적인 인식 성능을 달성하여 생체인식 유용성이 유지됨을 입증한다.
• 보안 및 개인정보 보호 분석 결과, gIoM는 비추적 가능성, 철회 가능성, 링크 불가능성의 세 가지 핵심 기준을 모두 충족함을 확인한다.
• 순서가 없고 크기가 변하는 생체인식 템플릿의 효과적인 보호를 가능하게 하여, 해싱 기반 철퇴 가능한 템플릿의 적용 범위를 고정 길이 형식을 초월해 확장한다.