[논문 리뷰] Enabling Fingerprint Presentation Attacks: Fake Fingerprint Fabrication Techniques and Recognition Performance

Christof Kauba, Luca Debiasi외 1명|arXiv (Cornell University)|2020. 12. 01.

Biometric Identification and Security참고 문헌 17인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 라텍스, 실리콘, 접착제와 같은 저비용 가짜 지문 재료를 사용하여 다섯 종류의 상용 지문 스캐너의 제자리 공격에 대한 취약성을 평가한다. 모든 스캐너 중 유일하게 활성 커패시티브 IB Columbo를 제외한 나머지 스캐너는 모두 속임수를 당할 수 있었으며, 매칭 점수가 50을 초과하여 성공적인 스푸핑을 나타내었는데, 이는 비록 방지 조치가 존재하더라도 여전히 물리적 스푸핑의 위협이 지속되고 있음을 시사한다.

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.

연구 동기 및 목표

• 저비용으로 제작한 가짜 지문을 사용한 물리적 제자리 공격에 대해 상용 지문 스캐너의 취약성을 평가하기 위해.
• 라텍스, 실리콘, 접착제와 같은 다양한 저비용 재료가 스캐너 감지 기능을 우회할 수 있는 가짜 지문을 만드는 데 얼마나 효과적인지 평가하기 위해.
• 표준 매칭기기를 사용하여 가짜 지문과 진짜 지문 간의 매칭 점수를 통해 스푸핑 시도의 성공 정도를 정량화하기 위해.
• 광학, 커패시티브, 열화상, 다스펙트럼와 같은 다양한 지문 감지 기술 중에서 스푸핑에 가장 취약한 기술을 특정하기 위해.
• 심지어 내장된 제자리 공격 탐지(PAD) 기능을 갖춘 스캐너라도 간단한 재료로 성공적으로 스푸핑될 수 있음을 경험적 증거로 제시하기 위해.

제안 방법

• 왁스, 주조(Fimo/Cernit), 라텍스, 실리콘, 윈도우 컬러를 사용하여 가짜 지문을 제작하고, 커패시티브 센서 스푸핑을 향상시키기 위해 그래파이트 분말을 도포함.
• Lumidigm V311(다스펙트럼), Realscan G1(광학), IB Columbo(활성 커패시티브), Verifi P5000(수동 커패시티브), NB-3010-U(열화상) 등 5종의 상용 스캐너에서 지문 샘플을 촬영함.
• 가짜 지문의 물리적 정확도를 평가하기 위해 지문 이미지 품질을 평가함.
• Neurotechnology Verifinger 지문 매칭기기를 사용하여 가짜 템플릿과 진짜 템플릿 간의 매칭 실험을 수행함.
• 매칭 점수를 0–2000의 척도로 측정하였으며, 50 이상의 점수는 일반적인 진짜 매칭 임계값을 초과하여 성공적인 스푸핑을 나타냄.
• 각 스캐너와 사용자별로 가장 성능이 뛰어난 스푸핑 시도를 선별하고 강조함. 주로 높은 매칭 점수를 기록한 사례를 중심으로 분석함.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 저비용 가짜 지문 재료를 사용한 제자리 공격에 취약한 상용 지문 스캐너는 무엇인가?
• RQ2 라텍스, 실리콘, 윈도우 컬러와 같은 다양한 재료가 스캐너 감지 기능을 우회할 수 있는 가짜 지문을 만드는 데 얼마나 효과적인가?
• RQ3 다양한 스캐너 유형 간에 가짜 지문의 매칭 점수 성능은 진짜 지문과 비교해 어떻게 되는가?
• RQ4 상용 스캐너에 내장된 제자리 공격 탐지 기능이 간단한 스푸핑 기법에 대해 얼마나 실패하는가?
• RQ5 어느 지문 감지 기술이 스푸핑에 가장 저항력이 있으며, 그 이유는 무엇인가?

주요 결과

• 테스트한 모든 지문 스캐너 중에서 활성 커패시티브 IB Columbo를 제외한 나머지는 최소 한 번의 스푸핑 시도에서 매칭 점수가 50을 초과하여 성공적으로 속임수를 당한 바 있다.
• 스푸핑에 저항하도록 설계된 다스펙트럼 Lumidigm V311 스캐너는 비록 의도한 대로였지만 가장 쉽게 스푸핑되었으며, 한 가짜 지문에서 매칭 점수 188을 기록함.
• 수동 커패시티브 Verifi P5000 스캐너는 광학 및 열화상 스캐너보다 더 저항력이 있었지만, 여전히 매칭 점수가 최대 186까지 올라가 성공적으로 스푸핑됨.
• 활성 커패시티브 IB Columbo 스캐너는 오직 유일하게 성공적으로 스푸핑되지 않았으며, 모든 시도에서 매칭 점수가 50을 초과하지 못함.
• 가장 효과적인 스푸핑 방법은 Fimo/Cernit 몰드에 자연 라텍스를 결합하고 얇은 그래파이트 분말 층을 덧입히는 방식이었으며, 이는 커패시티브 센서에서 성능을 크게 향상시켰다.
• 내장된 PAD가 있는 Suprema Realscan G1 조차도 성공적으로 스푸핑되었으며, 매칭 점수가 186까지 도달하여 하드웨어 기반 탐지 기능이 절대적인 보안을 보장하지 못한다는 점을 시사함.