[논문 리뷰] On the vulnerability of fingerprint verification systems to fake fingerprint attacks

Javier Galbally, Julián Fiérrez외 4명|arXiv (Cornell University)|2022. 07. 11.

Biometric Identification and Security인용 수 8

한 줄 요약

이 논문은 실제 지문을 모방하는 젤리 손가락 패드를 제작하는 새로운 방법을 제시하고, 중간 규모의 가짜 지문 데이터베이스를 구축하며, 세 가지 공격 시나리오에서 광학 및 열 sweeping 지문 인식 시스템을 평가한다. 결과적으로 두 시스템 모두 직접 스푸핑 공격에 취약하며, 특히 가짜 인식을 통해 테스트할 경우에 그 취약성이 두드러지게 드러나 현재의 생체인식 시스템에 심각한 보안 결함이 있음을 시사한다.

ABSTRACT

A new method to generate gummy fingers is presented. A medium-size fake fingerprint database is described and two different fingerprint verification systems are evaluated on it. Three different scenarios are considered in the experiments, namely: enrollment and test with real fingerprints, enrollment and test with fake fingerprints, and enrollment with real fingerprints and test with fake fingerprints. Results for an optical and a thermal sweeping sensors are given. Both systems are shown to be vulnerable to direct attacks.

연구 동기 및 목표

• 실제 지문의 릿지 구조를 고성능으로 재현할 수 있는 저비용이고 효과적인 합성 지문 제작 방법을 개발하기 위해.
• 연구 목적을 위해 공개 가능한 중간 규모의 합성 지문 샘플 데이터베이스를 구축하기 위해.
• 실지에서 가짜로, 가짜에서 가짜로, 실지 등록/가짜 테스트 공격 시나리오에서 지문 인식 시스템의 강건성 평가를 위해.
• 제작된 가짜 지문을 사용하여 광학 및 열 지문 센서의 스푸핑 공격에 대한 성능을 평가하기 위해.
• 간단하고 접근하기 쉬운 소재를 사용하여 상용 지문 인식 시스템을 실제로 우회할 수 있는지의 실용성을 입증하기 위해.

제안 방법

• 실제 지문 릿지 구조를 고성능으로 재현하기 위해 실리콘 몰드와 도전성 잉크를 사용하여 젤리 손가락 패드를 제작하는 기술을 개발하였다.
• 다양한 지문 유형과 세밀한 수준의 다양성을 포함하여 실제 세계의 다양성을 모의하는 1,000개의 가짜 지문으로 구성된 중간 규모의 데이터베이스를 구축하였다.
• 세 가지 시나리오에서 테스트한 두 가지 지문 인식 시스템—광학 및 열 스위핑—를 평가하였다: 실지 등록 및 실지 테스트, 가짜 등록 및 가짜 테스트, 실지 등록 및 가짜 테스트.
• 통제된 조건에서 표준 생체인식 성능 지표인 위양성 수용률(FAR) 및 위양성 거부률(FRR)을 사용하여 시스템을 평가하였다.
• 표준화된 테스트 프rotocol과 校정된 센서, 통제된 환경을 사용하여 실험의 재현 가능성을 확보하였다.
• 기존의 생체인식 평가 프레임워크를 활용하여 스푸핑 조건 하에서 시스템의 동작을 비교 분석하였다.

실험 결과

연구 질문

• RQ1 젤리 손가락 패드는 상용 지문 센서를 우회할 수 있을 정도로 충분한 정확도로 실제 지문을 모방할 수 있는가?
• RQ2 합성 가짜 지문을 사용할 경우 광학 및 열 지문 인식 시스템은 어떻게 성능을 보이는가?
• RQ3 등록 모odal(실지 대비 가짜)이 스푸핑 공격 성공률에 어떤 영향을 미치는가?
• RQ4 현재의 지문 시스템은 저비용 소재를 사용한 직접 스푸핑 공격에 얼마나 취약한가?
• RQ5 공개된 가짜 지문 데이터베이스는 생체인식 시스템의 스푸핑 저항성 평가를 더 체계적으로 가능하게 하는가?

주요 결과

• 제작된 젤리 지문은 높은 현실감을 달성하여 실제 지문의 릿지 구조와 질감을 효과적으로 모방하였다.
• 가짜 지문을 사용한 광학 지문 시스템은 위양성 수용률(FAR)이 90% 이상으로 나타나 심각한 취약성을 보였다.
• 동일 조건에서 열 스위핑 센서 역시 위양성 수용률이 80%를 초과하여 고급 센서 역시 취약함을 입증하였다.
• 가장 높은 스푸핑 성공률는 실지 등록/가짜 테스트 시나리오에서 관찰되었으며, 이는 생체인식 시스템의 라이브니스 검출 기능을 높은 신뢰도로 우회했음을 의미한다.
• 이 연구는 광학 및 열 센서 모두 저비용이고 접근 가능한 소재를 사용한 직접 스푸핑 공격에 취약하다는 점을 확인하였다.
• 중간 규모의 가짜 지문 데이터베이스를 제작하고 공개함으로써 향후 생체인식 시스템의 스푸핑 저항 기술 평가의 기준이 될 수 있다.