Produktauthentifizierung per Smartphone - Chancen und Herausforderungen der mobilen Authentifizierung von Sicherheitsmerkmalen - Schreiner Group
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Produktauthentifizierung per Smartphone Chancen und Herausforderungen der mobilen Authentifizierung von Sicherheitsmerkmalen
Schreiner ProSecure : White Paper – Produktauthentifizierung per Smartphone 2
Inhalt
1. Einleitung............................................... 4
1.1. Gefährdete Branchen...................... 4
1.2. Lebenszyklus des Betrugs
managements................................. 4
1.3. Herausforderung Vertrauens
würdigkeit....................................... 5
1.4 Motivierte Verbraucher................... 5
1.5. Hilfsmittel zur Authentifizierung...... 5
1.6. Mehr Sicherheit für den
Verbraucher.................................... 5
2. Das Smartphone als ideales
Prüfmittel............................................... 6
2.1. Das Sicherheitsniveau.................... 6
2.2. Die Verfügbarkeit von
Smartphones.................................. 7
2.3. Smartphones als
Messinstrument.............................. 7
3. Technische Merkmale von
Smartphonekameras............................ 8
3.1. Die Kameraauflösung..................... 8
3.2. Die Bildqualität............................... 8
3.3. Bildschärfe und Bildkontrast.......... 9
3.4. Bildabstand und Zoom..................10
3.5. Die Aufnahmedauer.......................10
3.6. Die Beleuchtungsabhängigkeit......10
3.7. Die Farbtreue.................................11
3.8. Die Internetanbindung...................12
4. Die User Experience............................12Schreiner ProSecure : White Paper – Produktauthentifizierung per Smartphone 3
Executive Summary
Der Vertriebsprozess physischer Waren befindet seit Heute ist es insbesondere für Verbraucher schwer bis
Jahren im Wandel und der Anteil des Onlinehandels unmöglich zu beurteilen, ob es sich bei einem erwor
wächst weiterhin stetig. Durch den fehlenden persön benen Produkt um ein Original oder eine Fälschung
lichen Kontakt kann der Käufer die Vertrauenswürdig handelt. Die Möglichkeit ein Smartphone zur Originali
keit eines Verkäufers nur schwer einschätzen. Diese tätsprüfung eines Produktes zu nutzen, erscheint
Entwicklung nutzen Kriminelle verstärkt aus und daher auch im Sinne des Verbraucherschutzes hoch
schleusen gefälschte Waren in die Lieferkette ein. Um attraktiv. Die Bewertung, ob ein Original oder eine
die Risiken und Schäden durch gefälschte Produkte Fälschung vorliegt, erfolgt automatisiert; ebenso die
für sich und ihre Kunden soweit wie möglich zu mini Aufnahme eines geeigneten Bildausschnittes auf Basis
mieren, müssen Hersteller und Markeninhaber mit von leistungsfähigen Algorithmen. Darüber hinaus
geeigneten Produktschutzstrategien reagieren. lässt sich durch eine ansprechende Gestaltung der
Benutzerschnittstelle und integrierte Gamification-
Ein wirkungsvolles Produktschutzkonzept ist die Echt Elemente Kundenbegeisterung und Kundenbindung
heitsprüfung von Produkten per Smartphone durch erzielen.
den Verbraucher/Konsumenten. Voraussetzung dafür
ist, dass die Produkte mit entsprechenden Sicher Doch es gibt Hürden bei der Realisierung solcher
heitsmerkmalen ausgestattet sind, sodass Lösungen: Die zunehmende Fragmentierung verschie
dener Smartphone-Modelle und die unterschiedlichen
■■ die Originalität eines Produktes innerhalb der Eigenschaften der Smartphone-Kameras stellen hohe
Supply Chain immer und überall durch jeden Anforderungen bei der Entwicklung eines geeigneten
überprüft werden kann. Diese Möglichkeit, Sicherheitsmerkmals: Es muss einerseits robust
Fälschungen jederzeit leicht und zuverlässig gegenüber Manipulationen sein und und andererseits
aufzudecken, stellt eine hohe Abschreckung für müssen die besten Fälschungen auch bei unterschied
Fälscher dar, zumal Smartphones heutzutage lichsten Aufnahmenbedingungen mit unterschiedlichs
flächendeckend verfügbar sind. ten Smartphones zuverlässig von den Originalen unter
■■ auch verborgene Sicherheitsmerkmale überprüft schieden werden können. Dies setzt ein umfassendes
werden können. Diese bieten bei gleichen Kosten Wissen voraus – über die Fertigungsprozesse von
gegenüber offenen Merkmalen eine höhere Sicherheitsmerkmalen und ihre verschiedenen Eigen
Fälschungssicherheit und haben einen größeren schaften, wie z. B. Druckauflösung, Kontrast und Farb
Entwicklungsspielraum. räume, die Qualität und Messstabilität dieser Eigen
■■ Smartphones genutzt werden können, um einen schaften in Bezug auf die Bandbreite der existierenden
aus Produktsicht „sicheren Einstieg in die digitale Smartphone-Modelle.
Welt“ zu realisieren. Denn nur, wenn ein Produkt
per Smartphone zuerst als Original bestätigt wird, Das vorliegende Whitepaper diskutiert diese Aspekte
ist sichergestellt, dass auch die zugehörigen, vertiefend.
ebenfalls per Smartphone abrufbaren Daten
und Dienstleistungen des Herstellers für dieses
Produkt tatsächlich gültig sind.Schreiner ProSecure : White Paper – Produktauthentifizierung per Smartphone 4
1. Einleitung 1.2. Lebenszyklus des
Betrugsmanagements
1.1. Gefährdete Branchen
Denkbare Schutzmaßnahmen sind individuelle Ele
Es gibt unzählige Erhebungen zum Ausmaß des Han mente einer idealerweise ganzheitlichen Strategie im
dels mit gefälschter Ware. Die jüngste OECD-Studie Sinne eines Fraud Management Lifecycles – dem
beziffert den entsprechenden Anteil des Welthandels Lebenszyklus des Betrugsmanagements –, durch den
auf 3,3 %. In die Europäische Union werden demnach ein Unternehmen vor Betrug und Schaden geschützt
jährlich gefälschte Güter im Wert von 121 Milliarden werden soll. Dazu gehört zunächst die Etablierung und
Euro importiert (Stand 2016), was einem Anteil von Pflege entsprechender Rahmenbedingungen und Pro
6,8 % entspricht; im Jahr 2013 betrug der Anteil noch zesse um vor solchen Schäden abzuschrecken und
5 %. Dies sind jedoch nur Durchschnittswerte und vorzubeugen, sowie die Erkennung, Untersuchung,
einige Märkte sind noch erheblich stärker von Fäl Eindämmung und Verfolgung von Schadensfällen (W.
schungen betroffen. So nennt die Studie einige Bran Wilhelm, Journal of Economic Crime Management,
chen, in denen die Fälschungsquote überdurchschnitt 2004 2).
lich hoch ist, wie beispielsweise bei Parfums, Kosmetika,
optischen/fotografischen bzw. medizinischen Geräten Ein sehr wichtiges und zukunftsweisendes Element
oder Uhren, und darüber hinaus einige Branchen, bei einer solchen Strategie ist die Authentifizierung von
denen diese Quote sogar zwischen 12 % und 23 % Produkten per Smartphone, die im Nachfolgenden ver
beträgt, dazu zählen elektrische Anlagen, Kleidung, tiefend behandelt wird. Im Prinzip kann sich der Fraud
Lederwaren und Schuhe (OECD, Trends in Trade in Management Lifecycle nicht nur auf gegenständliche
Counterfeit and Pirated Goods, 2019). In diesem Aus Objekte beziehen, sondern beispielsweise auch auf
maß entsteht ein beträchtlicher Schaden für den Mar Finanztransaktionen, geistige Eigentumsrechte oder
keninhaber, der im schlimmsten Fall existentiell sein Versicherungsbetrug. Im Kontext der Authentifizierung
kann. Je nach individueller Bedrohung drängen sich für per Smartphone zielt das vorliegende Whitepaper
ihn daher Maßnahmen zum Schutz seiner Umsätze und jedoch auf konkrete Produkte.
Reputation sowie seiner Rechte und seines geistigen
Eigentums auf.
Abbildung 1: Einfallstore in die Lieferkette für gefälschte Waren.Schreiner ProSecure : White Paper – Produktauthentifizierung per Smartphone 5
1.3. Herausforderung 1.5. Hilfsmittel zur Authentifizierung
Vertrauenswürdigkeit
Üblicherweise verfügt der „Otto-Normalverbraucher“
Gefälschte Ware kann an unterschiedlichen Stellen in jedoch selbst nicht über einfache Prüfmittel wie Lupen,
die Lieferkette eindringen (Abb. 1). Traditionell wurden Mikroskope oder UV-Lampen. Dem Verbraucher bleibt
Güter über Großhändler an Einzelhändler verteilt und daher nur die Sichtprüfung, die über offene, mit dem
von dort an die Verbraucher verkauft. Unter diesen Auge erkennbare Sicherheitsmerkmale wie beispiels
Bedingungen wurde die Originalität der Produkte durch weise Hologramme realisiert werden kann. Doch um
den Zoll geprüft, der bei grenzüberschreitenden Trans via Sichtprüfung ein Imitat anhand eines Sicherheits
porten Stichprobenkontrollen durchführt. Zum ande merkmals zuverlässig erkennen zu können, muss der
ren konnte der Käufer auch persönlich am Point of Sale Endkunde wissen, welche Merkmale das Original und
die Vertrauenswürdigkeit des Verkäufers einschätzen. eine Fälschung voneinander unterscheiden.
Dieser Vertriebsprozess hat sich durch die zuneh In diesem Kontext rückte in den letzten Jahren mehr
mende Nutzung des Internets und Online-Handels und mehr das Smartphone in den Fokus: So können
jedoch stark gewandelt. In Deutschland wurde in 2020 z. B. moderne Bilderkennungssoftware oder KI-basierte
ein Onlineanteil erreicht, der bei ca. 14 % des Einzel Methoden genutzt werden, um die Echtheit eines Pro
handelsumsatzes lag. Bis 2024 wird ein weiteres dukts zu überprüfen.
Wachstum auf bis zu 19,4 % prognostiziert. (IHF Köln,
2021). Bei einem Einkauf im Internet gestaltet sich für Bemerkenswert ist dabei, dass zunächst eine Erschei
den Endkunden die Beurteilung der Vertrauenswürdig nungsform der Digitalisierung, nämlich der Online-
keit des Verkäufers jedoch ungleich schwieriger. Handel, überhaupt erst eine der Ursachen für das ver
Gleichzeitig reduziert auch der explo s ionsartige stärkte Auftreten gefälschter Produkte war, gleichzeitig
Anstieg der internationalen Paketpost die Wirksamkeit die Lösung dieses Problems aber durch eine andere
der Zollkontrollen. Wird dann noch die Tatsache berück Facette der Digitalisierung ermöglicht wird, nämlich
sichtigt, dass beim Direktvertrieb über das Internet das durch die mittlerweile allgegenwärtige Verfügbarkeit
Risiko eliminiert ist, dass ein gewerblicher Zwischen von Smartphones, mit denen ein Endkunde die Origi
händler ein Produkt als Nachahmung oder Imitat ent nalität eines Markenartikels verifizieren kann.
larvt, dann wundert es nicht, dass für Fälscher der
Online-Handel hoch attraktiv ist.
1.6. Mehr Sicherheit für den Verbraucher
1.4 Motivierte Verbraucher Die Produktauthentifizierung per Smartphone bietet
mehrere Vorteile. Bisher war es zum Beispiel notwen
Die sich neu entwickelnden Warenströme umgehen dig, sich vor der Echtheitsprüfung eines Produktes
damit zum Teil auch etablierte Kontrollen und bieten über ein Sicherheitsmerkmal zu informieren und sich
aufgrund des Online-Vertriebs auch keine sonstigen die relevanten Merkmale und Erscheinungsbilder zu
Angriffspunkte für Kontrollen. Somit bleibt als einzige merken. Eine App-basierte Echtheitspürfung hingegen
Möglichkeit, dass die Originalitätsprüfung des Pro führt durch die Prüfung und nimmt sogar die Entschei
dukts durch den Endkunden durchgeführt wird. dung über die Echtheit des Produkts ab, da die Authen
tifizierung vollautomatisch erfolgen kann. Dies geht
Verbraucher wollen dies auch durchaus aktiv unterstüt einher mit der Möglichkeit, dass das Sicherheitsmerk
zen. Zwar gibt es eine Minderheit von etwa 17 % der mal nicht mehr zwingend für das menschliche Auge
Online-Käufer, die bewusst gewillt sind, Plagiate zu sichtbar sein muss, wenn es mit Hilfe der entsprechen
kaufen (MarkMonitor, Online Barometer, 2017), die den Smartphone-App lokalisiert und geprüft werden
überwiegende Mehrheit der Kunden hingegen legt kann. Besonders für kleine Produkte/Verpackungen,
Wert auf Originalware. die keinen Platz für ein offenes Sicherheitsmerkmal
bieten, ist dies eine interessante Lösung.Schreiner ProSecure : White Paper – Produktauthentifizierung per Smartphone 6
Ein weiterer Aspekt ist die nahezu uneingeschränkte von Produktfälschungen. Demnach bevorzugen Betrü
Internetfähigkeit eines Smartphones. Eine erkannte ger gemäß der kriminalsoziologischen Theorie der rati
Fälschung kann automatisch und quasi in Echtzeit per onalen Entscheidung solche Ziele, die einerseits ver
Smartphone an den Hersteller zurückgemeldet werden. wundbar und andererseits für sie wirtschaftlich
Die sich daran anschließenden Maßnahmen – eine ziel lohnend sind. Eine Verwundbarkeit liegt vor, wenn die
gerichtete Untersuchung und die Verfolgung und Ein Gegenmaßnahmen gering ausgeprägt sind, wobei vier
dämmung dieser Betrugsvorfälle – schreckt potenzielle konkrete Strategien genannt werden, um diese Gegen
Fälscher stark ab und machen eine derart abgesicherte maßnahmen zu gestalten:
Ware für die Nachahmung uninteressant.
■■ Verzögerung betrügerischer Aktivitäten etwa
Das Smartphone eröffnet dem Nutzer auch einen dadurch, dass Reverse Engineering erschwert wird;
sicheren Einstieg in die digitale Welt: Es stellt das Bin ■■ Vorbeugung durch Verbraucherinformation;
deglied zwischen einem Produkt und den mit dem Pro ■■ Sorge tragen, dass Nachahmungen erkannt
dukt verbundenen digitalen Daten und Dienstleistun werden, zum Beispiel durch eine Authentifizierung;
gen eines Herstellers dar. Nur wenn über eine ■■ Abschreckung durch Verfolgung und Aufklärung
Authentifizierung des Produkts sichergestellt ist, dass von Betrugsversuchen.
es sich um ein vertrauenswürdiges Original handelt,
sind diese digitalen Angebote auch für das Produkt Die Integration eines Sicherheitsmerkmals verfolgt
gültig. Somit ist nur auf Basis eines geprüften Original demnach das Ziel, Fälschungen zu erkennen. Darüber
produkts der Einstieg in diese digitale Welt wirklich hinaus wird zusätzlich die Abschreckung verstärkt,
sicher. wenn die Authentifizierung mit einem Smartphone
erfolgt; denn mit der Entdeckung kann automatisch
die Rückmeldung an den Markeninhaber verbunden
werden, sodass die Untersuchung und idealerweise
2. Das Smartphone als ideales die strafrechtliche Verfolgung eines Betrugsversuchs
Prüfmittel eingeleitet werden kann.
Die Kernaufgabe der Produktauthentifizierung mit Die 2012 eingeführte ISO-Norm 12931 benennt die
einem Smartphone besteht darin, Originale sicher von Leistungskriterien für Authentifizierungslösungen zur
Nachahmungen unterscheiden zu können. Daher wer Bekämpfung der Fälschung von materiellen Gütern
den im Folgenden zunächst die Kriterien beschrieben, und teilt alle denkbaren Anwendungen in die Katego
die das Sicherheitsniveau bestimmen, bevor einige rien offen und verborgen ein (siehe Tabelle 1). Offene
technischen Eigenschaften von Smartphones betrach Sicherheitsmerkmale ermöglichen jedem Anwender
tet werden und abschließend die Wirkung der Authen einen Schnelltest innerhalb von zehn Sekunden. Ver
tifizierung auf den Benutzer beleuchtet wird. borgene Merkmale hingegen sind fast ausschließlich
einem eingeschränkten Personenkreis vorbehalten,
denn obwohl ein Verbraucher durchaus handelsübli
2.1. Das Sicherheitsniveau che Prüfmittel wie zum Beispiel ein Mikroskop, eine
Lupe oder eine UV-Lampe kaufen kann, wird er dies
Um den Zuwachs an Sicherheit durch eine Prüfung mit jedoch eher nicht tun.
einem Smartphone abschätzen zu können, kann auf
die Normen ISO 22380 und ISO 12931 zurückgegriffen Wenn die Endkunden nun über die bisher üblichen
werden. Die im Jahr 2018 eingeführte ISO-Norm 22380 offenen Sicherheitsmerkmale hinaus zusätzlich auch
„Sicherheit und Resilienz - Authentizität, Integrität und verborgene Sicherheitsmerkmale prüfen können, dann
Vertrauen für Produkte und Dokumente“ beschreibt steigt sowohl die Häufigkeit von Prüfungen als auch
allgemeine Grundsätze zur Beurteilung des Risikos das Sicherheitsniveau.Schreiner ProSecure : White Paper – Produktauthentifizierung per Smartphone 7
Prüfmittel
Menschliche Sinne forensisch
anwendungs-
handelsüblich
spezifisch
Allgemeine
offen – –
Öffentlichkeit
Eingeschränkter
offen verborgen verborgen verborgen
Personenkreis
Tabelle 1: Kategorisierung der Anwendungen gemäß ISO-Norm 12931.
Um das Sicherheitsniveau der mit einem Smartphone In den Anfangsjahren der Smartphonenutzung war die
prüfbaren Sicherheitsmerkmale vollständig zu erörtern, Marktstruktur noch übersichtlicher. Mitte 2012 waren
muss beleuchtet werden, in welcher Form die zwei Drittel aller Geräte mit iOS von Apple ausgestat
Sicherheitsmerkmale vorliegen. Typischerweise werden tet, die sich auf die Modelle iPhone 3G, 4 und 4s ver
Sicherheitsmerkmale in Produktetiketten und -verpack teilten. Mittlerweile ist der Markt an Smartphone-Mo
ungen integriert. Dies kann auf Basis unterschiedlicher dellen stark fragmentiert. Anfang 2020 erreichte selbst
Druckverfahren erfolgen, beispielsweise Flexodruck, das bestverkaufte Modell lediglich einen Marktanteil
Offsetdruck, Siebdruck und Inkjetdruck, aber auch von 2,3 Prozent und nur die Modelle der Top Ten konn
mit Heiß- oder Kaltprägeverfahren, Stanztechniken ten die Hürde von einem Prozent überhaupt noch über
oder per Laserstrukturierung. Darüber hinaus können springen (Strategy Analytics, 30. April 2020).
Prozesse mit einer Zufallskomponente genutzt werden,
etwa mit Papierfasern oder mittels einer ungeordne
ten Verteilung kleiner aber sichtbarer Pigmente in einer 2.3. Smartphones als Messinstrument
Trägerfarbe. Der Vorteil dieses Ansatzes ist, dass nicht
einmal der Hersteller des Sicherheitsmerkmals selbst Ein Smartphone an sich ist jedoch nicht ausreichend
ein Duplikat eines solchen Originals anfertigen kann. für den erfolgreichen Einsatz zur Originalitätsprüfung
von Produkten, es muss zudem für diesen Zweck
geeignet sein. Der Verifikationsprozess besteht aus
2.2. Die Verfügbarkeit von Smartphones zwei Hauptschritten: Zunächst erfolgt die Aufnahme
eines oder mehrerer Bilder, dann folgt die Bildanalyse.
Erst die allgegenwärtige Verfügbarkeit von Smart Insbesondere für diesen zweiten Teil gibt es kaum
phones ermöglicht die technische Prüfung von Pro noch Einschränkungen, nachdem die Rechenleistung
dukten über die bloße Inaugenscheinnahme hinaus. aktueller Smartphones die Leistungsfähigkeit von
Weltweit nutzen 5,2 Milliarden Menschen Smart einem Supercomputer von vor zwanzig Jahren erreicht.
phones. Gut die Hälfte des gesamten Internetverkehrs Bei der Bildaufnahme hingegen gibt es keine definier
geht von Smartphones aus, und das, obwohl die Nut ten Mindestqualitätsstandards. Hier ist es entschei
zer nur 9 Prozent ihrer Nutzungszeit mit dem Browsen dend zu wissen, was aus technischer Sicht von Smart
verbringen, der Großteil entfällt auf die Nutzung von phones erwartet werden kann.
Apps sozialer Netzwerke oder zur Kommunikation.
Bereits auf Platz drei der Anwendungen folgen Shop Absolute Werte können mit einem zu diesem Zweck
ping-Apps mit einem Anteil von 66 Prozent, d. h. eine konstruierten Messinstrument ermittelt werden. Bei
Zielgruppe von 3,4 Milliarden Menschen kann bei ihren einer Authentifizierung via Smartphone ist dies nur ein
Einkaufsvorgängen mittels Produktauthentifizierung geschränkt möglich, da die Bandbreite eingesetzter
unterstützt werden (we are social & Hootsuite, Digital Smartphone-Modelle keine verlässliche Aussage über
2020: Global Digital Overview). absolute Messwerte zulässt. Auch eine KalibrierungSchreiner ProSecure : White Paper – Produktauthentifizierung per Smartphone 8
des Smartphones scheidet aus, da dafür ein Original 3.1. Die Kameraauflösung
muster physisch vorliegen muss. Dieses müsste
jedoch an den Nutzer verteilt werden, was dem Ziel Für manche Modellreihen hat sich seit 2016 begin
widerspricht, dass das Messmittel beim Prüfer bereits nend mit dem iPhone 6s bzw. mit dem Samsung
verfügbar sein soll, ohne dass ein Logistik-Aufwand Galaxy S7 für die Kameraauflösung das Format 4272
nötig ist. x 2848 Pixel etabliert, was einer Kameraauflösung
von 12,2 MegaPixel entspricht. Stand August 2020
In vielen Fällen ist es daher vorteilhaft, wenn in einem waren 114 Smartphonemodelle mit dieser Kameraauf
Sicherheitsmerkmal zum Beispiel zwei Farben oder lösung verfügbar. Die Spitze bilden jedoch das Xiaomi
zwei Helligkeiten miteinander verglichen werden kön Mi 10, das Samsung S20 Ultra und das Motorola Edge,
nen, etwa in Form zweier räumlich nebeneinanderlie die mittlerweile 108 MegaPixel in Form von 12032 x
gender Motive oder indem ein und dasselbe Motiv aus 9024 Pixel erreichen.
unterschiedlichen Richtungen betrachtet wird oder es
sich tatsächlich über die Zeit verändert – beispiels
weise nachdem es mit dem Blitzlicht des Smartphones 3.2. Die Bildqualität
angeregt worden ist. Bei einem solchen Vergleich ist
nur noch ein bestimmter Mindestunterschied zu detek Die Kameraauflösung darf jedoch nicht automatisch
tieren, der unabhängig vom absoluten Wert ist. gleichgesetzt werden mit der Bildqualität. Als Bench
mark für die Bildqualität ist bisher einzig ein von der
französischen Firma DXOMARK entwickelter proprie
tärer Ansatz verfügbar, demgemäß auch bei einer kon
3. Technische Merkmale von stanten Kameraauflösung von 12,2 MegaPixel die
Smartphonekameras Bewertung der Bildqualität vom iPhone 7 (Marktein
führung 2016) bis zum iPhone 11 von 88 auf 109 gestie
Bei einer Messung ist die Stabilität des Messwerts gen ist, während gleichzeitig der Benchmarkwert vom
entweder durch die Schwankung der Qualität des zu Samsung S7 Edge (ebenfalls aus dem Jahr 2016) bis
messenden Objekts (= Sicherheitsmerkmal) oder zum Samsung Galaxy S20 Ultra von 89 auf 122 geklet
durch die mangelnde Genauigkeit des Messgeräts (= tert ist.
Smartphone) begrenzt. Wenn die durch das Sicher
heitsmerkmal begründeten Schwankungen klein sind Technisch offengelegt ist der im Jahr 2016 veröffent
im Vergleich zum Messverfahren, können Effekte lichte Standard IEEE 1858 für die Bildqualität von
beobachtet werden, die die mit der Nutzung eines Smartphonekameras, der auf der Messung des Orts
Smartphones einhergehenden Einschränkungen frequenzgangs, von Farbton und Farbsättigung, der
beschreiben. Farbhomogenität, lokaler geometrischer Verzerrun
gen, Texturunschärfe und dem sichtbaren Rauschen
Für die Entwicklung von Sicherheitsmerkmalen zur beruht. Die Einflussfaktoren auf diese messbaren
Prüfung mit einem Smartphone ist es glücklicherweise Eigenschaften eines Bildes sind jedoch vielschichtig:
ausreichend, welche Eigenschaften die Mehrheit der In die Bildqualität gehen neben der Kameraauflösung
Smartphonemodelle aufweist, da besonders gute auch Optik, Aufnahmedauer, Größe der Sensorfläche,
Smartphonekameras nicht immer verfügbar sind, son Autofokus, Bildstabilisator und zunehmend die in die
dern im Allgemeinen eben nur typische Smartphone Bildaufnahme integrierte Bildnachverarbeitung ein.
kameras.Schreiner ProSecure : White Paper – Produktauthentifizierung per Smartphone 9
3.3. Bildschärfe und Bildkontrast spricht. Wird die Dichte der Linien erhöht, schafft es
das optische System zunehmend nicht mehr, den voll
Ein häufig genutztes Maß zur Charakterisierung der ständigen Kontrast zwischen den hellen und den dunk
Auflösungsfähigkeit ist die Modulationstransferfunk len Bereichen darzustellen. Diesen fließenden Über
tion (MTF). In der Abbildung 2 ist schematisch darge gang beschreibt die Modulationstransferfunktion. Die
stellt, welche Information darin enthalten ist. Auf der ISO-Norm 12233 definiert die Bildauflösung als dieje
x-Achse ist die Ortsfrequenz aufgetragen, d. h. die nige Liniendichte, bei der die Modulationstransfer
Dichte der Linien einer Teststruktur. Üblicherweise funktion den Wert 5 Prozent aufweist. Interessant für
wird dafür die Einheit lp/mm verwendet (lp = line pair: die Konstruktion von Sicherheitsmerkmalen ist, dass
ein Paar aus einer dunklen und einer hellen Linie). Auf tangential ausgerichtete Linien, auch als meridionale
der y-Achse wird aufgetragen, wie groß der Hellig Linien bezeichnet, systematisch kritischer sind als
keitskontrast zwischen den schwarzen Flächen der radial ausgerichtete Linien, die sogenannten sagitta
Linien und den hellen Bereichen zwischen den Linien len Linien. Um eine möglichst gute Auflösung zu errei
ist. Bei korrektem Weißabgleich werden die Linien ide chen, sollte ein Sicherheitsmerkmal daher als konzen
alerweise vollkommen schwarz und die Zwischen trische Kreise oder zumindest als Linien entlang
räume dazwischen reinweiß dargestellt, was einer gedachter Kreislinien aufgebaut sein.
Modulation des Helligkeitswerts von 100 Prozent ent
Weiß Weiß
90% 20%
Kontrast Kontrast
Schwarz Schwarz
Modulation Modulationstransferfunktion
100 %
90 %
80 %
70 %
60 %
50 %
40 %
30 %
20 %
10 %
0%
0 10 20 30 40 50 60 70 80
Ortsfrequenz in lp/mm
Abbildung 2: Funktionsweise der Modulationstransferfunktion anhand von Beispielen mit einer hohen bzw. einer niedrigen
Modulation.Schreiner ProSecure : White Paper – Produktauthentifizierung per Smartphone 10
3.4. Bildabstand und Zoom im Wettbewerb stehen. Da selten bewegte Objekte
geprüft werden, sind mit Blick auf die Authentifizierung
Der Zusammenhang zwischen der Kontrastmodula von Produkten die Smartphonekameras mit Stärken
tion und der Liniendichte (Abbildung 2) gilt zunächst bei der Aufnahmedauer nicht hilfreich, da mit diesen
nur für den Bildabstand, mit dem das entsprechende Modellen durchweg eine geringere Bildqualität einher
Bild aufgenommen wurde. Wird der Abstand zwischen geht. Es kann also nicht generell eine hohe Bildquali
der Kameralinse und dem Objekt reduziert, vergrößert tät vorausgesetzt werden. Je geringer die Anforderun
sich proportional dazu das Abbild auf dem Kamera gen des Sicherheitsmerkmals an die Bildqualität,
sensor – so lange, bis die Brechkraft des optischen desto größer ist der Anteil an geeigneten Smartphone
Systems nicht mehr in der Lage ist, den betrachteten modellen.
Gegenstand scharf auf den Kamerasensor abzubilden.
Üblicherweise können Smartphonekameras Objekte
bis zu einem Bildabstand von etwa sechs Zentimetern
scharf stellen. Ist der Bildabstand kleiner, wird meist
keine Aufnahme ausgelöst. Abbildung 3 stellt dar, wie
sich die Bildqualität bei der Annäherung der Kamera
Bewertung Qualität
an das Objekt entwickelt. Der obere Rand der darge
stellten Messwerte zeigt eine klare Grenze der für den
Bildabstand jeweils erreichbaren maximalen Bildqua
lität, die für größere Bildauflösungen kontinuierlich
ansteigt. Nach unten ist keine klare Grenze erkennbar,
was zum Beispiel an einem durch das Autofokussys
tem nicht perfekt eingestellten Fokusabstand liegt
oder an einer Bewegungsunschärfe verursacht durch
eine Freihandaufnahme.
Bewertung Aufnahmedauer
Abbildung 4: Qualität und Aufnahmedauer nach Veli-Tapani
Bildabstand in mm Peltoketo, Benchmarking of Mobile Phone Cameras, 2016.
87 78 71 65 60
3.6. Die Beleuchtungsabhängigkeit
Qualität
Im Kontext der Produktauthentifizierung werden keine
aktiven Lichtquellen betrachtet, sondern zu prüfende
Objekte, die passiv beleuchtet werden. Das kann zum
900 1.000 1.100 1.200 1.300
einen Tageslicht sein, das etwa mittags an einem
Bildauflösung in dpi
Nordfenster scheint bei indirekter Beleuchtung durch
Abbildung 3: Abhängigkeit der Bildqualität vom Abstand die Sonne (entspricht CIE-Normbeleuchtung D65).
zwischen Kamera und Objekt. Sein Spektrum weist ein Maximum bei etwa 450 nm
auf und fällt zu beiden Seiten nur schwach ab. Zum
anderen könnte eine künstliche Beleuchtung vorliegen,
3.5. Die Aufnahmedauer entweder durch eine traditionelle Glühlampe, bei der
die roten Wellenlängenanteile dominieren, oder durch
Die Ursache für eine verminderte Bildqualität ist häufig Leuchtstoffröhren, die im roten, grünen und blauen
eine geringe Aufnahmedauer. Dieser Zusammenhang Wellenlängenbereich jeweils eine schmale, dafür aber
wurde bereits empirisch untersucht (Abbildung 4) und sehr hohe Spitze aufweisen. Das tatsächliche farbli
belegt, dass diese beiden Eigenschaften zueinander che Erscheinungsbild von Motiven variiert dementSchreiner ProSecure : White Paper – Produktauthentifizierung per Smartphone 11
sprechend stark mit der Beleuchtungssituation. Hilf 3.7. Die Farbtreue
reich ist in diesem Fall, dass in Smartphones mit
Blitzlicht-LEDs eine eigene Beleuchtung integriert ist. Die zuverlässige Bestimmung einer Farbe hängt davon
Ihr Emissionsspektrum ist im Vergleich zu den sonst ab, wie verlässlich die Farbempfindlichkeit der ver
möglichen Beleuchtungssituationen vergleichsweise wendeten Smartphonekamera ist. Gemäß der ISO-
gut definiert (Abbildung 5). Norm 17321 ist der sogenannte sensitivity metame
rism index (SMI) ein Maß dafür, wie genau eine Kamera
Farben reproduzieren kann. Dieser Index ist definiert
als SMI = 100 – 5,5 ∆E, wobei gemäß der Norm der
mittlere Farbabstand durch eine Mittelung der Mes
sungen über eine komplette Farbtafel zu bestimmen
ist.
Relative Emission
Die Abbildung 6 zeigt die Ergebnisse über eine reprä
sentative Auswahl an Smartphonemodellen. Alle Far
ben weisen einen Farbabstand zum eigentlich auf der
Farbtafel dargestellten Farbort von etwa 10 auf. Die
Standardabweichung des Farbabstands über unter
schiedliche Smartphonemodelle fällt hierbei für die
natürlichen Farben mit ±4,6 am kleinsten aus. Die
450 500 550 600 650 700
Wellenlänge (nm)
Standardabweichung steigt, je weiter sich der Farbtyp
von den natürlichen Farben entfernt und erreicht bei
Abbildung 5: Emissionsspektrum einer typischen in einem
Smartphone integrierten Blitzlicht-LED.
den unbunten Graustufen schließlich den Wert ±13,9.
Um unabhängig vom Smartphonemodell ein mög
lichst belastbares Ergebnis zu erhalten, sollten daher
Natürliche 10,6
Farben ± 4,6
9,7
Buntfarben
± 6,0
11,6
Primärfarben
± 9,4
10,4
Graustufen
± 13,9
Abbildung 6: Farbwiedergabe des Testcharts ColorChecker von X-Rite für eine repräsentative Auswahl an Smartphones.
Die Werte stellen den Farbabstand ∆E zwischen der mit einem Smartphone gemessenen Farbe und dem nominellen Farbort
des Testfeldes dar. Auf der rechten Seite ist der Mittelwert für die Farben der in dieser Zeile dargestellten Farbgruppe
angegeben.Schreiner ProSecure : White Paper – Produktauthentifizierung per Smartphone 12
natürliche Farben gewählt werden, wenn der Farbort vorinstallierten Reader-App eingelesen werden. Der
als Kriterium für ein Sicherheitsmerkmal verwendet Nutzer kann anschließend anhand von Bildern auf der
werden soll. zugehörigen Webseite einen Bildvergleich mit dem
vorliegenden Erscheinungsbild durchführen, das zum
Beispiel aus zufällig angeordneten Fasern besteht.
3.8. Die Internetanbindung
Bestimmte Sicherheitsmerkmale sind technisch erst
mit einer Internetverbindung überprüfbar, ebenso die 4. Die User Experience
Rückmeldung des Prüfergebnisses an beispielsweise
den Markeninhaber. Es gibt drei Ansätze: Welche Vorteile hat ein Nutzer konkret von der Prüfung
mittels Smartphone? Sicherheitsmerkmale, die bisher
■■ Der Online-Zugang wird obligatorisch vorgeschrie mit dem bloßen Auge geprüft wurden, können auto
ben, wenn aus technischen Gründen eine matisiert geprüft und durch einen in die App integrier
Online-Verbindung erforderlich ist, etwa um auf ten Algorithmus bewertet werden; der Bediener muss
eine zentrale Datenbank zugreifen zu können, in in diesem Fall nicht mehr vorab geschult werden. Die
der zum Beispiel charakteristische Merkmale von Bewertung unterliegt geringeren subjektiven Einflüs
Sicherheitsmerkmalen abgelegt sind, die zur Über sen und wird deutlich zuverlässiger.
prüfung benötigt werden.
■■ Die Authentifizierung des Sicherheitsmerkmals Der Prüfprozess kann zusätzlich unterstützt werden,
kann offline durchgeführt werden, falls entweder indem die App die Bildaufnahme selbsttätig auslöst.
keine zusätzlichen Informationen für die Prüfung Dies entbindet den Nutzer zum einen von der Ent
benötigt werden oder die Daten beispielsweise als scheidung darüber, ob die Bildqualität in der aktuellen
QR-Code auf dem Gegenstand hinterlegt sind Form ausreichend ist und gewährleistet gleichzeitig,
(= self authentication). Wenn keine Internetverbin dass die Prüfung so wenig Zeit wie nötig in Anspruch
dung nötig ist, ist die Nutzbarkeit nicht einge nimmt.
schränkt. Der Markeninhaber erhält dann jedoch
keine Rückmeldung darüber, ob Fälschungen Dies gilt umso mehr vor dem Hintergrund, dass für
flächendeckend auftreten oder Hotspots existieren. viele Sicherheitsmerkmale zwei Bilder analysiert wer
Der Nutzer kann keine zusätzlichen relevanten den müssen, denn jedes beliebige Erscheinungsbild
Daten abrufen, etwa zur Verwendung des kann durch ein entsprechendes, in üblichen Druck
Produkts. farben gefertigtes, statisches Abbild vorgetäuscht
■■ Prüfung als Hybridlösung: Die Offline-Authentifizie werden. Erst bei einer bestimmten – von dem vorlie
rung wird zugelassen, vorgeschrieben ist aber eine genden Sicherheitsmerkmal abhängigen – Variation,
gelegentliche Rückmeldung an einen zentralen etwa ein anderer Betrachtungswinkel oder die Zeit
Server innerhalb eines definierten Zeitraums. nach dem Auslösen des Blitzlichts, verändert sich das
Andernfalls wird die Prüfmöglichkeit deaktiviert. Sicherheitsmerkmal charakteristisch und einzigartig.
Auf diese Weise können die Vorteile der Online- Insbesondere die automatisierte Auswahl von zwei
und der Offline-Nutzung vereint werden. oder mehr für die Auswertung geeigneten Bildern,
kann eine große Unterstützung für den Prüfer darstel
Ein Online-Zugang ermöglicht eine weitere Ausprä len.
gung der Authentifizierung eines Sicherheitsmerk
mals: Die Prüfung ohne App. Damit wird die Hürde Manche Markeninhaber möchten ihre Kunden nicht
umgangen, eine App installieren zu müssen, was die wissen lassen, dass die Produkte auf Echtheit geprüft
Bereitschaft zur Nutzung erhöht. Je nach Anwendung werden, weil dies eine Besorgnis um die Originalität
kann die Benutzerführung selbst ohne App praktikabel auslösen könnte. Hier gibt es die Möglichkeit einer
gestaltet werden. So kann etwa ein aufgedruckter Authentifizierung im Hintergrund. Bei offenen Sicher
QR-Code mit einer entsprechenden üblicherweise heitsmerkmalen muss der Anwender immer informiertSchreiner ProSecure : White Paper – Produktauthentifizierung per Smartphone 13
werden, was zu prüfen ist. Bei halb-verborgenen Merk Neben den praktischen Vorteilen ist auch die emotio
malen muss er angeleitet werden, welche Prüfmittel nale Wirkung auf den Bediener zu berücksichtigen:
verwendet werden können, um das Sicherheitsmerk Etwa vier von fünf Kaufentscheidungen gehen nicht
mal zu identifizieren oder es muss ihm sogar ein spe auf leichte Sympathie oder rationale Zustimmung
zielles Prüfgerät zur Verfügung gestellt werden. Ist das zurück, sondern auf starke Begeisterung und Faszina
Merkmal verborgen muss es mitunter zur Prüfung an tion für das Produkt oder die Dienstleistung. Eine
ein Labor geschickt werden. Bei Sicherheitsmerkma ansprechend gestaltete App mit zusätzlichen Gamifi
len, die hingegen mit einem Smartphone prüfbar sind, cation-Elementen, wie AR-Features, Fortschrittsbal
kann die Authentifizierung erfolgen, ohne dass es dem ken, Fadenkreuze oder interaktive Einblendungen,
Nutzer überhaupt bewusst ist, zum Beispiel, wenn ein kann dieses Verhalten maßgeblich unterstützen: Sie
QR-Code eingelesen wird oder Augmented Reality weckt die Neugier des Nutzers und es ist sehr wahr
eingesetzt wird und das betreffende Produkt dabei mit scheinlich, dass für ihn damit auch das geprüfte Pro
der Smartphonekamera erfasst wird. dukt positiv konnotiert ist.
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