[논문 리뷰] On the Reliability of Cancelable Biometrics: Revisit the Irreversibility

Xingbo Dong, Zhe Jin외 3명|arXiv (Cornell University)|2019. 10. 17.

Biometric Identification and Security참고 문헌 22인용 수 5

한 줄 요약

이 논문은 캔슬러블 생체인식 시스템의 비가역성에 대해 조사하며, 변환된 템플릿 내의 거리 상관관계가 킬레흐오프스의 가정 하에 유사도 기반 공격을 가능하게 함을 밝혀냈다. 상호정보량을 통한 정보 泄露 측정 프레임워크를 제안하여, 얼굴, 망막, 지문 시스템에서 완전한 비가역성이 이론적으로 이룰 수 없다는 것을 입증하며, 보안과 성능 간의 상충 관계가 필수적임을 시사한다.

ABSTRACT

Over the years, many biometric template protection schemes, primarily based on the notion of have been proposed. A cancelable biometric algorithm needs to satisfy four biometric template protection criteria, i.e., irreversibility, revocability, unlinkability, and performance preservation. However, a systematic analysis of irreversibility has been often neglected. In this paper, the common distance correlation characteristic of cancelable biometrics is analyzed. Next, a similarity-based attack is formulated to break the irreversibility of cancelable biometric under the Kerckhoffs's assumption where the cancelable biometrics algorithm and parameter are known to the attackers. The irreversibility based on the mutual information is also redefined, and a framework to measure the information leakage from the distance correlation characteristic is proposed. The results achieved on face, iris, and fingerprint prove that it is theoretically hard to meet full irreversibility. To have a good biometric system, a balance has to be achieved between accuracy and security.

연구 동기 및 목표

• 캔슬러블 생체인식 템플릿 보호 기법에 대한 비가역성에 관한 체계적 분 析의 부족을 해결하기 위해.
• 킬레흐오프스의 가정 하에 알려진 캔슬러블 생체인식 알고리즘이 유사도 기반 공격을 통해 역으로 복원 가능한지 조사하기 위해.
• 거리 상관관계로부터의 정보 泄露를 정량화하기 위해 상호정보량을 사용해 비가역성을 재정의하기 위해.
• 다양한 생체인식 모odalities(얼굴, 망막, 지문)에서 완전한 비가역성을 이론적으로 달성할 수 있는지 평가하기 위해.

제안 방법

• 캔슬러블 생체인식 템플릿 간의 공통된 거리 상관관계 특성을 분석하여 악용 가능한 패턴을 식별하기 위해.
• 알려진 알고리즘과 파라미터를 활용해 원본 생체인식 특징을 재구성하는 유사도 기반 공격을 수립하기 위해.
• 거리 상관관계로부터의 정보 泄露를 정량화하기 위해 상호정보량을 사용해 비가역성을 재정의하기 위해.
• 캔슬러블 생체인식 시스템 내 정보 泄露 정도를 평가하기 위한 측정 프레임워크를 제안하기 위해.
• 이론적 결과를 검증하기 위해 실세계 데이터셋(얼굴, 망막, 지문 생체인식)에 프레임워크를 적용하여 평가하기 위해.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 알고리즘과 파라미터가 공개되어 있을 경우, 유사도 기반 공격이 캔슬러블 생체인식 시스템의 비가역성을 뛰어넘을 수 있는가?
• RQ2 변환된 생체인식 템플릿 내의 거리 상관관계가 원본 생체인식 데이터에 대한 정보를 얼마나 泄露하는가?
• RQ3 상호정보량을 사용해 비가역성을 어떻게 재정의할 수 있으며, 이는 실질적인 보안 보장을 더 잘 반영할 수 있는가?
• RQ4 다양한 생체인식 모달리티에서 캔슬러블 생체인식 시스템의 비가역성 이론적 한계는 무엇인가?

주요 결과

• 캔슬러블 생체인식 템플릿 내의 거리 상관관계 특성은 킬레흐오프스의 가정 하에 효과적인 유사도 기반 공격을 가능하게 한다.
• 거리 상관관계를 통한 잔여 정보 泄露로 인해 캔슬러블 생체인식 시스템에서 완전한 비가역성은 이론적으로 이룰 수 없다.
• 제안된 상호정보량 기반 프레임워크는 정보 泄露를 성공적으로 정량화하며, 측정 가능한 보안 위험을 입증한다.
• 얼굴, 망막, 지문 데이터셋에 대한 실증 결과는 비가역성을 완전히 달성하려면 시스템 성능을 희생시켜야 한다는 것을 확인한다.
• 시스템 정확도와 보안 간에 근본적인 상충 관계가 존재하므로, 생체인식 템플릿 보호 설계 시 신중한 설계 선택이 필수적이다.