Forschungsprojekte

Forschungsprojekte

Die folgenden Forschungsprojekte werden momentan von der HCI Gruppe bearbeitet.

Designing and Evaluating Scalable Behavioral Biometrics Systems for Pervasive Computing Environments

Gefördert durch die DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft)

Dauer: 3 Jahre

Wissensbasierte Authentifizierungsmechanismen, bei denen sich die Benutzer Login und Passwort merken müssen, gehören heute zu den beliebtesten Authentifizierungsmechanismen. Im Jahr 2020 wird der durchschnittliche Benutzer über 200 passwortgeschützte Accounts auf sensible Informationen zugreifen. Der Nachteil ist, dass Benutzer mehr Passwörter verwenden müssen, als sie sich merken können, und dass die Eingabe von Passwörtern zu einem hohen Zeitaufwand führt. Die Anzahl der Authentifizierungen wird weiter zunehmen, da immer mehr Computergeräte in intelligenten öffentlichen Räumen eingesetzt werden. Diese Geräte werden nicht mehr als Computer erkannt und verwenden möglicherweise Interaktionstechniken, welche für die Eingabe wissensbasierter Passwörter ungeeignet sind (z.B. Gesten, Sprache). Beispiele sind persönliche Geräte (z.B. intelligente Uhren, Brillen und Kleidung) sowie Geräte in der Umgebung (interaktive Displays und Böden). In den vergangenen Jahren hat die Verhaltensbiometrie, d.h. die Fähigkeit, Benutzer implizit basierend auf ihrem Verhalten zu identifizieren, in der Forschung große Beachtung gefunden. Dieser Ansatz ermöglicht die Authentifizierung im Hintergrund ohne Benutzerinteraktion. Hierfür können zahlreiche Verhaltensmerkmale (Gang, Tipp-, Touch- und Blickverhalten) zur Identifikation genutzt werden. Gleichzeitig wurden verhaltensbiometrische Verfahren bisher vor allem im Labor für Einzelanwender untersucht, da solche Verfahren präzise Messungen erfordern. Daher bleibt unklar, wie sich diese Ansätze auf neuartige Herausforderungen von Pervasive Computing-Umgebungen skalieren lassen. In diesem Projekt untersuchen wir, wie Pervasive Computing-Umgebungen verhaltensbiometrische Verfahren zur Identifizierung und Authentifizierung von Benutzern verwenden können. Die Hauptfrage ist hierbei, die Skalierbarkeit verhaltensbiometrischer Ansätze in verschiedenen Pervasive Computing-Umgebungen, in welchen sich mehrere Benutzer mit unterschiedlichem Verhalten aufhalten und gegenseitig beeinflussen, welche unterschiedliche räumliche Eigenschaften aufweisen und welche unterschiedliche Sensoren und Interaktionsmöglichkeiten anbieten. Hieraus ergeben sich folgende Fragen: (1) Wie wird das Verhalten der Nutzer durch andere Menschen in der Umgebung, Eigenschaften der Umgebung und neuartige Interaktionstechniken beeinflusst; (2) wie beeinflusst dies die Art und Weise, wie wir verhaltensbiometrische Systeme gestalten und entwickeln; und (3) was bedeutet dies für verhaltensbiometrische Authentifizierungskonzepte? Dieses Projekt legt die Grundlagen für die Verwendung von verhaltensbiometrischen Verfahren zur Identifizierung und Authentifizierung von Benutzern in zukünftigen Pervasive Computing Umgebungen. Diese ermöglichen eine Kombination aus hoher Benutzerfreundlichkeit und Sicherheit. Die Projektergebnisse sind über die Sicherheit hinaus wertvoll, da sie die Entwicklung neuer verhaltensadaptiver Benutzeroberflächen ermöglichen.

Functional Biometrics

Gefördert durch die DFG (Deutsche Forschungsgemeinschaft)

Dauer: 3 Jahre

Die Anzahl an Systemen an denen wir und authentifizieren müssen steigt stetig an. Klassische Authentifizierungsverfahren wie PIN und Passwort überfordern die Nutzer, da diese Dutzende Passwörter behalten müssen. Außerdem sind nutzerdefinierte Passwörter vorhersehbar. Um diesen Schwächen entgegenzuwirken werden immer mehr Geräte wie Laptops und Smartphones mit biometrischen Authentifizierungsverfahren ausgestattet. Die weitverbreitetsten sind hierbei Fingerabdruck und Iris-Scan, welche den Körper als physikalisches Token zur Identifizierung des Nutzers benutzen. Obwohl diese Verfahren momentan eine hinreichende Sicherheit bieten hab diese zwei inhärente Nachteile: (1) der Nutzer kann sein biometrisches Passwort nicht ändern und (2) der Nutzer hinterlässt seine biometrischen Passwörter überall (z.B. Fingerabdrücke in der Umgebung oder Gesichts- und Körperaufnahmen durch Überwachungskameras).

Um diese Herausforderung zu lösen postulieren wir eine neue Klasse biometrischer Authentifizierungsverfahren, Funktionale Biometrie genannt, vor. Funktionale Biometrie nutzt den Körper des Nutzers als Funktion. Sie nutzt nicht nur den Körper des Nutzers sondern zusätzlich ein Eingangssignal, dass vom System, an das der Nutzer sich authentifizieren möchte, generiert wird. Dieses Eingangssignal (z.B. ein auditiv, elektrisch oder haptischer Stimulus) wird durch den Körper des Nutzers modifiziert und spiegelt eine charakteristische Reaktion durch eine nutzerspezifische Reflektion zurück (z.B. das reflektierte Audiosignal oder eine Muskelreaktion). Diese charakteristische  Reaktion wird als biometrisches Passwort genutzt. Es wird durch das System wiederrum gemessen und mit einer vorher gespeicherten Reaktion verglichen (i.e., das Passwort), um den Nutzer zu authentifizieren.

Funktionale Biometrie kombiniert die Vorteile von wissensbasierter Authentifizierungsansätzen wie alphanumerischen Passwörtern (i.e. wechselbar, Vielzahl Passwörter pro Nutzer) mit den Vorteilen der Biometrie (i.e., keine kognitive Last bei der Authentifizierung und Nutzer muss sich kein Passwort merken). In diesem Projekt wird der Gestaltungsraum von funktional biometrischen Ansätzen untersucht. Hierbei wird die grundsätzliche Eignung verschiedener Sensorik und Aktuatorik untersucht, Modelle und Algorithmen entwickelt und angepasst, um Nutzer automatisiert zu authentifizieren und Forschungsdemonstratoren und ein Referenzframework basierend aus dem gewonnen Wissen entwickelt.

 

IoTAssist

Gefördert durch das BMBF

Dauer: 03.2020-02.2023

Grundlegendes Ziel des Projekts ist die Entwicklung einer Plattform, die die Interoperabilität zwischen Geräten und Diensten im IoT- und Wearable Bereich ermöglicht und darauf aufbauend intelligente Assistenzsysteme einfach und intuitiv umsetzbar macht. Hier wird insbesondere der Fokus auf die Integration existierender Geräte-Ökosysteme im alltäglichen und häuslichen Umfeld gelegt. Eine besondere Chance bietet hier die Integration der stark in Ihrer Zahl wachsenden mobilen Geräte und Wearables mit vorhandenen Ökosystemen (z.B.: Fitbit, Philips Hue). Da mobile Geräte (z.B. Smartphones) oder Wearables (z.B. Activity Tracker, Smartwatches) oft durchgehend am Körper getragen werden, bieten Sie die Möglichkeit als intelligente, kontextsensitive Schnittstelle zwischen Menschen und ihren vernetzten Umgebungen zu agieren. Aufbauend auf diesen Schnittstellen können individuelle Assistenzsysteme geschaffen werden, die den Nutzer bei der Bewältigung alltäglicher Aufgaben unterstützen. Im Rahmen dieses Projektes beschränken wir uns auf individualisierte Assistenzsysteme für die Gesundheitsförderung durch Kombination von IoT-Geräten und Wearables.

Für eine Zukunft, in der hunderte von intelligenten, vernetzten Geräten und Sensoren in unsere tägliche Umgebung eingebettet sind, stellt sich die Frage, wie man diese Geräte effektiv programmiert und vernetzt, um dem Benutzer bestmögliche intelligente Assistenzsysteme zu bieten. Zur Adressierung dieser Frage wird im Rahmen dieses Projektes die IoTAssist Plattform entwickelt. Eine Technologie-Abstraktionsebene in Kombination mit einer plattformübergreifenden, webbasierten integrierten Entwicklungsumgebung (IDE) kann die Funktionalitäten und Fähigkeiten einzelner Geräte zusammenbringen und intelligente Dienste orchestrieren. Dabei stellen die einzelnen Geräte einer Umgebung ihre Fähigkeiten (Sensoren und Aktoren) zur Verfügung – dieses Wissen ermöglicht einer intelligenten Umgebung, erst die Fähigkeiten der vernetzten Geräte geschickt zu kombinieren und sie zu „Team-Spielern“ werden zu lassen. Hier ist es besonders wichtig, dass Endbenutzer mit Hilfe der Plattform die Fähigkeiten und Dienste ihrer Geräte durchsuchen und diese intuitiv ohne Kenntnisse einer Programmiersprache zu intelligenten Assistenzsystemen kombinieren können. Hierzu wird ein Baukastensystem entwickelt, in dem die verfügbaren Teilsysteme und Dienste als Bausteine zur Verfügung stehen. Durch das Verbinden einzelner Bausteine durch den Benutzer wird Plattform intern automatisch der entsprechende Code erzeugt. Um ein solches Verhalten zu ermöglichen werden entsprechende standardisierte Geräteprofile entwickelt und implementiert. Hierdurch können verfügbare Services kommuniziert und neue Geräte standardisiert in ein bestehendes System integriert werden. Um einem Benutzer die Möglichkeit zu geben, das Verhalten der Geräte zu steuern und anzupassen, müssen entsprechende Interaktionsmechanismen und Visualisierungen entwickelt werden die verschiedene Interaktions-Modalitäten parallel einbeziehen (z.B. Gesten, Spracheingabe, visuelle Schnittstellen). Durch die Technologie-Abstraktionsschicht kann bei einem Austausch ein anderer Hersteller oder eine andere Kommunikationstechnologie als Ersatz verwendet werden – solange die Fähigkeiten der Geräte identisch sind kann der Dienst seine Aufgabe fortsetzen.

Mehr Informationen

Computing for Intercultural Competence

ComIC

Funded by the DAAD (German Academic Exchange Service)

Duration: 01.01.2018-31.12.2020

The ComIC (Computing for Intercultural Competence) project promotes the intercultural dialog between Islamic and European countries using “computing” and “research” as the common language to tackle emerging challenges. Intercultural dialog refers to proactive awareness and preparedness to integrate within other societies in social and professional aspects. This is particularly important when considering the IT industries in western and Islamic countries. In western countries, there is a gap between the number of available computing jobs and the number of qualified computing professionals. It is known that there are more computer science related job opportunities than computer science students. On the other hand, there is a misconception in Egypt that there are no jobs for computer science graduates.

Motivated by this misconception and to create more awareness and a better understanding for the opportunity between both worlds, we propose the ComIC project. The project consists of 12 activities that will foster the cultural dialog, modernize teaching, empower young and, particularly, female researchers, create research networks between Germany and Egypt, and support cultural development. Within these activities, we will conduct workshops and hackathons with participants from both institutions. We particularly focus on using computing technology to bridge the gap between both worlds and create a common ground. We strongly believe that computing technology has the potential to ease up mutual understanding of cultural differences. We will use computing technology (e.g., virtual reality or serious games) and research methodologies (e.g., from Human-Computer Interaction) for solving relevant societal challenges the Islamic world is currently facing. We will offer young researchers and teaching assistants from the GUC the possibility to gain experience at the UDE and vice versa. Moreover, the project expands the strong research network of the two universities through their regional partners. Furthermore, it is a platform for nourishing core scientific values and ethics like promoting gender equality.