\section{Was ist Biometrie?}
\label{sec:was_ist}

Biometrie ist der Zweig der Biologie, der sich mit statistischen Methoden
befasst. Die Erkenntnisse der Biometrie können und werden auch für
medizinische und pharmazeutische Anwendungszwecke benutzt. Eine solche
Anwendung ist der Test der Effektivität eines neuen Wirkstoffes, dessen
Wirkung erst statistisch nachgewiesen werden muss \cite{cavalli}.

Jedoch bezeichnet der Begriff "`Biometrische Identifizierung"' ein etwas
anderes Teilgebiet der Biometrie. \cite{wayman} definiert die biometrische
Identifizierung, im Folgenden als "`Biometrie"' abgekürzt folgendermaßen:

\singlespacing
\begin{quote}
``Biometric technologies'' are automated methods of verifying or
recognizing the identity of a living person based on physiological or
behavioral characteristic.\footnote{\emph{"`Biometrische Technologien"' sind
automatisierte Methoden die Identität einer lebenden Person zu erkennen oder zu
bestätigen, die auf der Physionomie oder dem Verhalten beruhen.}}
\end{quote}
\onehalfspacing

Diese Definition ist gut geeignet um die Kernpunkte der Biometrie
hervorzuheben. So geht es in der Biometrie um die Erkennung und/oder die
Bestätigung der Identität von Personen. Die Biometrie grenzt sich von dem Feld
der Forschung über die menschliche Identität ab, indem sie sich nur mit
automatisierbaren Vorgängen befasst und sich auf die Identifizierung von
lebenden Menschen spezialisiert.


\subsection{Kennzeichen der Biometrie}
\label{sec:kennzeichen}

Die Definition von Biometrie lässt zwei Arten von Identifizierung zu. Eine
Möglichkeit ist die Messung von physiologischen Merkmalen, wie die Länge der
Gliedmaßen oder der Struktur der Organe (Finger, Iris, Blutgefäße). Die zweite
Möglichkeit ist die Messung von Verhalten, wie etwa die Art zu unterschreiben
oder das Tippverhalten. Zur Erhöhung der Sicherheit sind natürlich auch
Kombinationen von mehreren Verhalten denkbar.

Die Frage welches Verfahren am besten ist, lässt sich jedoch nicht endgültig
beantworten, da es oft von den Anforderungen abhängt, die an ein biometrisches
System gestellt werden. Es gibt fünf Kriterien für das ideale
Identifizierungssystem: Beständigkeit, Einzigartigkeit, Verfügbarkeit,
Messbarkeit und Akzeptanz \cite{tab76}.

\begin{itemize}
  \item \emph{Beständigkeit} bedeutet, dass dieses Merkmal sich während des 
   Lebens so wenig wie möglich ändert (Fingerabdrücke verändern sich wenig, die 
   Stimme kann sich aber beispielsweise durch Krankheit ändern)
  \item Die \emph{Einzigartigkeit} sagt aus, dass das Merkmal in der 
   Bevölkerung möglichst unterschiedlich ausgeprägt ist (die Iris ist sehr 
   individuell, das Tippverhalten kann bei verschiedenen Menschen ähnlich sein)
  \item \emph{Verfügbarkeit} steht dafür, dass möglichst alle zu erfassenden 
   Menschen dieses Merkmal aufweisen (Stimme als Merkmal ist für stumme
   Menschen ein Problem)
  \item Dadurch, dass die Identifizierung automatisiert ablaufen soll ist die
   \emph{Messbarkeit} durch elektronische Sensoren ein wichtiges Kriterium (die
   Retina zu erfassen ist schwieriger als die Handgeometrie)
  \item Zuletzt ist auch die \emph{Akzeptanz} zu berücksichtigen, die besagt, 
   wie viel Mitarbeit von dem zu identifizierenden Menschen notwendig ist (für 
   eine Gesichtserkennung reicht ein Kamerabild, ein Irisscan erfordert 
   Stillstehen und Geradeschauen) und wie die Menschen auf diese 
   Authentifizierung reagieren (eine Unterschrift wird bereitwillig gegeben, 
   Fingerabdrücke erinnern an Strafverfolgung)
\end{itemize}

\subsection{Wichtige Grundbegriffe}
\label{sec:grundbegriffe}

Jedes biometrische System erfordert das Einlernen der zur Erkennung notwendigen
Merkmale eines Menschen. Dieser Schritt wird \emph{Enrollment} genannt. Dabei
wird aus den Daten des zukünftigen Nutzers ein Referenzdatensatz generiert, das
sogenannte \emph{Template}. Zukünftige Identifizierungsvorgänge vergleichen die
eingegebenen Daten mit diesem Template (oder auch einer ganzen Datenbank von
Templates), daher ist es wichtig, dass das Template möglichst akkurat ist.
Später müssen die gemessenen Merkmale so gut wie möglich mit diesem Template
zusammenpassen, damit ein Nutzer identifiziert werden kann \cite{tab76}.

Die einzelnen Messungen unterliegen bestimmten Messungenauigkeiten. Diese
Ungenauigkeiten können umweltbedingt sein, wie die Beleuchtungsverhältnisse
aber auch die Person selbst kann sich verändern. Ein Beispiel dafür ist
Bartwuchs, der etwa bei der Gesichteserkennung zu einem Problemfaktor werden
kann. Daher müssen auch nicht hundertprozentige Übereinstimmungen der Daten und
der Referenzdaten trotzdem korrekt einander zugeordnet werden, um Personen
richtig zu identifizieren. Dieses bedingt das Einführen eines Schwellenwertes,
der die notwendige Ähnlichkeit beschreibt, um einer Person ein Template
zuzuweisen, sie also erfolgreich zu identifizieren.  Dieser Schwellenwert
bestimmt dadurch zwei weitere Kriterien eines biometrischen Systems: die
\emph{Rate falscher Ablehnung} (\emph{FRR}\footnote{\emph{False Rejection
Rate}}) die die Person nicht korrekterweise ihrem Template zuordnet, sowie die
\emph{Rate falscher Akzeptanz} (\emph{FAR}\footnote{\emph{False Acceptance
Rate}}), die eine Person fälschlicherweise als eine andere in der Datenbank
vorhandene identifiziert.  Diese Werte beeinflussen sich gegenseitig über den
Schwellenwert. Wird dieser erhöht, sinkt die \emph{FRR}, die \emph{FAR} jedoch
steigt. Die optimalen Werte können nicht berechnet werden, man muss sie
empirisch ermitteln und den Schwellenwert für den jeweiligen Anwendungszweck
anpassen \cite{wayman}.

\subsection{Überblick über ausgewählte biometrische Verfahren}
\label{sec:überblick}

Es gibt eine Vielzahl von Verfahren, die für die biometrische Identifizierung
genutzt werden können, daher ist es unmöglich alle umfassend vorzustellen.  Die
moderne Biometrie ist eine noch recht junge Wissenschaft und viele Verfahren
befinden sich noch in einer sehr frühen Entwicklungsphase oder sind noch nicht
ausgereift \cite{tab76}. Zu diesen in Zukunft möglicherweise verwendbaren
Verfahren zählt die Geruchsidentifikation, die Erkennung durch Ohrgeometrie
sowie viele verhaltensbasierte Verfahren.

Es ist also sinnvoll sich auf die populärsten Verfahren zu beschränken,
Abbildung~\ref{fig:marktanteil} fasst die Nutzung der Biometrie in Deutschland
zusammen. Es ist leicht zu erkennen, dass Fingerabdrücke, Gesichtserkennung und
Irisscan die momentan am häufigsten eingesetzten Verfahren sind. Daher wird auf
diese im folgendem näher eingegangen. Zusätzlich wird die prominenteste
deutsche Biometrieanwendung diskutiert -- der \emph{ePass}.

\begin{figure}[ht]
  \centering
  \includegraphics[width=0.9\linewidth]{ix-normal}
  \caption{Anteil der Technologien am deutschen Biometriemarkt 2006 \cite{ix}}
  \label{fig:marktanteil}
\end{figure}