Tipp-Dynamik erlaubt Authentifizierung

von Jürgen Höfling

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10.06.2009

Tipp-Dynamik erlaubt Authentifizierung Mit der automatischen Erstellung eines neuen Passworts ohne Help-Desk-Belastung senkt die Uni Regensburg IT-Betriebskosten. Technische Grundlage der sicheren Selbstbedienung ist eine Bio­metrie-Lösung auf der Basis des individuellen Tippverhaltens

Wenn heute über den Einsatz biometrischer Verfahren diskutiert wird, geht es in der Regel um Methoden, die auf Körpermerkmalen des Menschen aufbauen. Stark im Vordergrund bei den Anwendungen steht – wohl aufgrund der langen Tradition in der Kriminalistik – der Fingerabdruck. Seltener werden Merkmale wie Stimme, Venen- oder Irismuster oder Gesichtsausdruck für die Authentisierung herangezogen. Eine noch geringere Rolle in der Diskussion und Anwendungsszene spielen die sogenannten aktiven biometrischen Merkmale des Menschen, also bestimmte Verhaltensmuster wie die speziellen Bewegungsdynamiken beim Unterschreiben, beim Gehen, beim Sprechen oder beim Tippen auf einer Tastatur. Wenige wissen, dass die personale Einmaligkeit gerade des zuletzt ge­nannten verhaltenstypischen Merkmals mitnichten erst im Computerzeitalter erkannt worden ist, sondern schon seit den ersten Einsätzen der Tastfunk-Technik als Kommunikati­onsinstrument bekannt ist. Gute Tastfunker erkannten schon damals ohne Probleme, welche Gegenstelle aus dem Bekanntenkreis am anderen En­de gerade auf die Morsetaste drückte.

15 verschiedene Parameter

Der Tastaturanschlag jedes Menschen - egal, ob mit Zweifinger- oder Zehnfingersystem - ist zwar unverwechselbar für den Kenner, die technische Umsetzung zur zuverlässigen Authentifizierung von Personen an Systemen ist aber trotzdem nicht trivial. Der Teufel steckt auch hier im Detail. Viele dieser Details sind aber beispielsweise in dem System Psylock (»Psychometric Locking«), was die gleichnamige Regensburger Firma anbietet, gelöst. Nicht umsonst war der technische Kopf der Firma, Professor Dr. Dieter Bartmann, für die von ihm entwickelte Tippverhalten-Biometrie letztes Jahr unter den Preisträgern des renommierten Deut­schen Sicherheitspreises der Horst-Görtz-Stiftung (siehe Information Week 11/2008). Bartmann und seine Mitarbeiter haben ein auf dem persönlichen Tippverhalten aufsetzendes Verfahren ohne Sensor entwickelt, das mit jeder gebräuchlichen Tastatur funktioniert. Es errechnet aus 15 verschiedenen Parametern ein stabiles Tipp-Profil, mit dem sich der Benutzer eindeutig authentisieren kann, nachdem er ein erstes Profil durch mehrmaliges Tippen eines Satzes erstellt hat. Bei der Anmeldung muss er den kurzen, auf dem Bildschirm sichtbaren Satz nur einmal tippen und erhält Zugang zum System. Jeder andere wird abgelehnt. Mit jeder erfolgreichen Anmeldung lernt die Software hinzu und passt das Benutzerprofil kontinuierlich an das Tippverhalten an, das sich ja verändern kann. Ein zusätzlicher erheblicher Vorteil: Die Sicherheit der Psylock-Methode kann sich nach den Bedürfnissen des jeweiligen Nutzers richten. Letzteres heißt nichts anderes, als dass die Sicherheit mit der Länge des zur Anmeldung eingetippten Textes steigt. Denn je mehr Text eingegeben wird, desto mehr Informationen gibt der Benutzer dem System. »Bei psychometrischen Verfahren lassen sich die Wahrscheinlichkeiten für eine Falschakzeptanz und eine Falschzurückweisung extrem reduzieren, wenn man nur lange genug tippt«, erläutert Psylock-Geschäftsführer Bartmann

Tippvorgang wird als Zufallsexperiment aufgefasst

In der Praxis reicht zur Authentifizierung aber eine kurze Tipp-Sequenz, um einen Nutzer zuverlässig identifizieren zu können. Das System erfasst zum einen die psychometrischen Merkmale des Tippverhaltens, Ge­schwindigkeit, Konstanz und Präzision, aber auch Rechts- oder Linkshändigkeit und Tipp-Technik (Zwei-Finger- oder Zehn-Finger-System).

Schwankungen im Tippverhalten

Die Erfassung der psychometrischen Merkmale ist aber nur die eine Seite des Verfahrens. Dazu kommen statistische Verfahren und mathematische Modellierungstechniken. Diese Verfahrenskomponenten sind nicht nur deshalb notwendig, um die beim Authentifizierungsvorgang zu tippende Textlänge im Akzeptanzrahmen zu halten, sondern auch, um die Schwankungen im Tippverhalten ein und derselben Person auszugleichen. »Der Vorgang des Tippens wird als Zufallsexperiment aufgefasst und mithilfe geeigneter Verteilungsfunktionen mo­delliert. Über die entsprechenden Schätzer für die Modellparameter und Ausreißertests kommt man zu den für die Bildung der Referenzmuster benötigten Größen«, skizziert Dieter Bartmann in kurzen Worten den komplexen mathematischen Hintergrund von Psylock. Aus den Modellannahmen würden dann Testgrößen hergeleitet, so der »Psylock-Erfinder« weiter, die sich für die Analyse des Anmelde-Textes eigneten. Ein sogenanntes Multi-Layer-Perzeptron sorge für die personenindividuell optimierte Ge­wichtung der beobachteten psychometrischen Einzelmerkmale. Psylock ist vielfach getestet und wird von Nutzer-Pionieren wie Martin Wimmer, Leiter des Rechenzentrums der Universität Regensburg, als sehr sicher bezeichnet (siehe Interview). An der Universität Regensburg wird Psylock als optionales Verfahren für die automatische Neuzuteilung eines Passworts verwendet, wenn der Nutzer sein bisheriges Kennwort vergessen hat. Der Service-Desk wird für den Passwort-Reset nicht mehr benötigt. Bis vor Kurzem war es so, dass jedes Mal nach den Semesterferien Hunderte von Studenten ihre Passwörter vergessen hatten. Das belastete den Service-Desk ganz gewaltig und erzeugte immense Kosten. Die Sache wurde noch weit schlimmer, als die Passwörter - um gesetzlichen Bestimmungen zu genügen - alle 90 Tage geändert wurden. Der Service-Desk war hoffnungslos überlastet.

Selbstbedienung bei der Passwort-Rücksetzung

Aber auch aus Nutzersicht kann die sichere und automatische Zuteilung von enormer Bedeutung sein. Hier sei ein durchaus sehr realitätsnaher Fall skizziert. Eine Geologie-Studentin macht gerade ein kartografisches Praktikum in einer Diamantenmine in der südafrikanischen Provinz, als ihr einfällt, dass sie vergessen hat, sich für ein Kernseminar des nächsten Semesters an der Universität einzutragen. Leider wurde inzwischen das Passwort geändert. Bei einem händischen oder halbauto­matischen Passwort-Reset ist ohne zu­verlässige Kommunikations- und Identifizierungsmöglichkeiten eine Authentifizierung nicht durchführbar. Das ginge nur bei der deutschen Botschaft und die ist 500 Kilometer entfernt. Aber selbst wenn die Authentifizierungsstelle näher läge, das Procedere wäre kompliziert und langwierig: Der Weg von der Deutschen Botschaft verliefe über Umwege zur Universität nach Deutschland, es käme dann ein vorläufiges Passwort über Umwege in das afrikanische Land zur Deutschen Botschaft. Diese würde die Studentin benachrichtigen. Inzwischen dürfte die Frist zur Einschreibung verstrichen sein. Heute gehört ein solches Szenario zumindest an der Universität Re­gensburg der Vergangenheit an. Jeder Nutzer kann sein Passwort selbst sicher und problemlos zurücksetzen und ist nicht auf einen Ad­ministrator angewiesen ist. Die Universität ihrerseits kann durch die deut­liche Entlastung des Service-Desks ihre IT-Betriebskosten erheblich senken.