Fingerabdruck, Gesicht, Iris – klassische Biometrie misst, wie ein Mensch aussieht. Ein Forscherteam aus Griechenland und Österreich hat vorgeschlagen, stattdessen zu messen, was ein Mensch sieht: winzige Lichtblitze aus wenigen Dutzend Photonen, die jede Netzhaut auf ihre eigene Weise wahrnimmt. Das Verfahren wäre gegen Fotos, Attrappen und Kopien immun, und seine Sicherheit ließe sich mit Naturgesetzen beziffern. Der Haken liegt nicht in der Physik, sondern im Alltag: Wer sich so ausweisen will, müsste zuerst eine halbe Stunde im Dunkeln sitzen. Knapp zehn Jahre nach dem Vorschlag gibt es Patente, eine Firmengründung und eine Laborlichtquelle – aber noch keinen veröffentlichten Test am Menschen.
Das Grundproblem jeder Biometrie
Biometrische Verfahren beruhen auf einer einfachen Idee: Der Körper ist das Passwort. Ein Fingerabdruck, ein Gesichtsbild oder das Muster der Blutgefäße auf der Netzhaut sind individuell, man trägt sie immer bei sich, und man kann sie nicht vergessen. Diese Stärke ist zugleich die Schwäche. Was sich messen lässt, lässt sich prinzipiell auch nachbilden. Silikonfinger, hochaufgelöste Fotos und 3D-Masken sind keine Science-Fiction, sondern der Grund, warum Hersteller heute viel Aufwand in die sogenannte Lebenderkennung stecken – also in den Nachweis, dass vor dem Sensor tatsächlich ein lebender Mensch steht und keine Kopie.
Die Physiker und Mediziner Michail Loulakis, Georgios Blatsios, Charikleia Vrettou und Iannis Kominis haben dieses Problem in ihrem 2017 in der Fachzeitschrift Physical Review Applied erschienenen Aufsatz „Quantum Biometrics with Retinal Photon Counting“ grundsätzlicher gefasst. Alle bestehenden Verfahren seien „klassisch“: Kein Naturgesetz verbiete ihre Überlistung, ihre Sicherheit beruhe allein auf der Hoffnung, dass Angreifer nicht die nötigen Mittel haben. Die Autoren wollen ein Verfahren, dessen Sicherheit sich physikalisch quantifizieren lässt.
Das menschliche Auge als Photonenzähler
Ausgangspunkt ist eine erstaunliche Eigenschaft des Sehens. Die Netzhaut enthält zwei Sorten von Lichtsinneszellen: die Zapfen, zuständig für Farbe und Tagessehen, und die Stäbchen, zuständig für das Sehen bei Dunkelheit. Stäbchen sind so empfindlich, dass sie auf einzelne Photonen reagieren – die kleinsten Einheiten des Lichts. Bereits 1942 zeigten die Physiologen Selig Hecht, Simon Shlaer und Maurice Pirenne in Versuchen mit dunkeladaptierten Probanden, dass Menschen einen Lichtblitz wahrnehmen, wenn nur wenige Photonen in ihren Stäbchen ankommen. Ob ein Blitz gesehen wird oder nicht, folgt dabei den Gesetzen des Zufalls, genauer: der Statistik von Lichtteilchen.
Die Autoren beschreiben den Weg des Lichts durch das Auge wie einen Filter. Von den Photonen, die auf die Hornhaut treffen, geht ein Teil in Hornhaut, Linse und Glaskörper verloren. Von den übrigen wird nur ein Teil von den Stäbchen am jeweiligen Ort tatsächlich eingefangen – abhängig davon, wie dicht die Stäbchen dort stehen und wie effizient sie arbeiten. Diesen Durchlassgrad nennen die Autoren α. Erst wenn genügend Photonen registriert werden – im Modell mindestens sechs –, meldet das Gehirn: Da war ein Blitz.
Der entscheidende Punkt: α ist nicht überall gleich. Das Paper von 2017 geht davon aus, dass der Wert über die Netzhaut eines einzelnen Menschen um rund 40 Dezibel schwankt, also um den Faktor 10.000, und dass sich verschiedene Menschen an vergleichbaren Stellen um mindestens 3 Dezibel unterscheiden, also etwa um den Faktor zwei. Spätere Abschätzungen derselben Autoren fallen deutlich bescheidener aus, dazu unten mehr. Misst man α an vielen Punkten, entsteht eine Karte der Li…