JP2001517008A - 音声トランザクションを機密化するためのシステムおよび方法 - Google Patents

音声トランザクションを機密化するためのシステムおよび方法

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ルイス・ディー・フィンケルシュタイン
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Abstract

(57)【要約】 多数の音声伝送媒体を介してアクセス可能な処理システム。処理システムへのアクセスは、移動無線電話機，陸線電話機，音響リンクまたはデータ・リンクを介して行うことができる。プログラム，ファイルおよびデータへのアクセスは、通信媒体の機密性およびユーザの認証に基づく。

Description

【発明の詳細な説明】
（産業上の利用分野） 本発明は、一般に、通信システムに関し、さらに詳しくは、通信システム上で
行われる音声トランザクション(speech transactions)を機密化するためのシス テムおよび方法に関する。
【０００１】 （従来の技術） 「コンピュータO。」長い間サイエンス・フィクションだけの領域であった、人
とコンピュータとの間の対話を開始するこの簡単な音声コマンドは、コンピュー
タにアクセスするための好適な方法に急速になりつつある。現在、音声認識ソフ
トウェアは、パーソナル・コンピュータ（ＰＣ）上でリアルタイムに動作するも のが簡単に入手できる。これらのソフトウェア・プログラムは、キーボード，マ ウスまたは他のポインティング／セレクティング・デバイスなしに、ＰＣユーザ がＰＣを操作したり、ソフトウェア・プログラムを開いたり、機能を実行したり 、手紙や他の文書を口述したり、任意の数のタスクを実行することを可能にする
。それどころか、ソフトウェアは、口頭の単語を認識することにより、タスクを
実行するためにユーザの指図に文字通り反応する。
【０００２】 これらのソフトウェア・プログラムは、ＰＣ上で利用されており、今後も利用 され続けるであろう。すでに、ユーザは遠隔地から自分のコンピュータを呼び出
して、文書，ファイルおよびデータにアクセスできる。まもなく、遠隔ユーザは
文書，ファイルおよびデータを処理したり、コンピュータに電話，データ回線ま
たは他の種類の接続上で与えた口頭コマンドにより、電子転送またはファクシミ
リ送信を介して他の場所と通信させることができるようになろう。
【０００３】 また、音声認識は商用分野に急速に進出しつつある。音声学(phonetics)では 、音声(speech)とは人が話すものである。音声には、「有声音(voiced sounds) 」と「無声音(unvoiced sounds)」がある（有声音は声帯を少なくとも部分的に 利用する）。多くのコンピュータ化された留守番電話システムは、着呼に応答・ 転送するために口頭の単語を認識する。まもなく、銀行預金者は自分の銀行に電
話して、口頭のコマンドにより自分の口座にアクセスできるようになろう。他の
用途では、消費者は投資を運用したり、買い物をしたり、任意の数のトランザク
ションを実行でき、これらはかつてはキーボードおよび／または数字キーパッド
を音声認識を用いてデータ入力するために必要とした。
【０００４】 トランザクションを認識・認可する概念は、ハードウェア用途では知られてい る。例えば、移動無線電話通信システムでは、ネットワークにアクセスしようと
する際に、通信システムはハードウェア、すなわち、移動局に問い合わせ(query
)および認証(authentication)を行う。同様に、プリンタ，端末，モデムなどの 周辺装置は、コンピュータ・ネットワークに接続される際に、装置名およびおそ らくはパスワードによって認識される。
【０００５】 しかし、音声認識は、特にその能力が金融トランザクションを促進するために
向上・適応されているが、深刻な機密上の問題を提起する。ユーザは、頻繁に機 密でない接続から、口頭のコマンドのみを利用してシステムにアクセスする。シ
ステムは、ユーザをユーザの音声によって認識できるだけでなく、トランザクシ
ョンを認可する前に、受信した音声サンプルからユーザを認証できなければなら
ない。さらに、システムは、機密向上のため接続の能力およびその機密性(secur
ity)を評価しなければならない。認識および認証問題は、通信のソースが帯域幅
制限されたり、雑音が多かったり、あるいは適切な音声認識には不適当なことが
あるので悪化する。すなわち、話者は静かな環境において、アクセスするシステ
ムに機密接続された調整済みマイクロフォンに向かって話すわけではない。それ
どころか、ユーザは無線装置，機密性のない電話網あるいはインターネットを介
して遠隔地から話すことがある。
【０００６】 ユーザ名，パスワードおよびパーソナル識別番号（ＰＩＮ：personal identif
ication number）は、かなり有効な機密性のレベルを提供する。しかし、秘密の
パスワードは悪意のある個人によって傍受・利用されて、ユーザのアカウントに
アクセスできることは周知である。また、指紋と同じように、個人は独自の声紋
(speech print)を有し、これらの声紋は人物を確実に識別するために利用できる
ことが知られている。音声識別技術は現在利用可能であるが、ユーザのきわめて
明瞭なサンプルが利用できるような用途に一般に制限される。ユーザが電話網を
介してコンピュータ・システムにアクセスする場合、音声サンプルは十分な確率 で認証を行えるほど十分な品質ではない。従って、アクセス媒体を考慮した、発
声コマンドによって行われるトランザクションを機密化するためのシステムおよ
び方法が必要とされる。さらに、音声認識システムをこの音声認識システムにア
クセスするために用いられる機器および媒体に対して適応させることにより、音
声認識技術を向上させる必要がある。
【０００７】 （好適な実施例の説明） 本発明について、多数の音声伝送媒体を介してアクセスできる処理システムの
いくつかの好適な実施例の観点から説明する。特に、本発明の好適な一実施例は
、処理システムに結合された陸線電話網(land line telephone network)への移 動無線電話リンクを介して処理システムへのアクセスを提供する。ただし、当業
者であれば、本発明は本明細書で説明する好適な実施例以外の用途もあることが
理解されよう。
【０００８】 図１を参照して、コンピュータ・システム１０は、さまざまなアクセス媒体を 介してアクセスされるように適応される。図１からわかるように、コンピュータ
・システム１０は、移動ネットワーク１４および公衆電話交換網（ＰＳＴＮ）１ ６を介して結合された移動無線電話局（概して、１１〜１３として示されるＭＳ
，１１として示されるアナログＭＳリンク，１２として示されるデジタルＭＳリ
ンク）などの機密性のない電話機でアクセスされることがある。また、コンピュ
ータ・システム１０は、陸線方式の電話機１８や、ＰＳＴＮ１６を介して結合さ れた構内交換機（ＰＢＸ：private branch exchange）２０でアクセスされるこ とがある。また、コンピュータ・システム１０は、音響リンク(acoustic link)２
２を介してアクセスされることがある。また、ユーザは、データ・リンク２４お よびフロントエンド特徴抽出部（ＦＦＥ：front end feature extractor）を内 蔵したＭＳ１２（例えば、ＭＳ１３），データ・リンクがＭＳ１２データ・ポート
に接続されたラップトップ・コンピュータまたはＦＦＥと同様な機能を有する別 の種類の装置を利用して、システムにアクセスできる（なお、ＦＦＥ４０および
論理４４は、移動局またはモデム端末の一部でもよい）。データ・リンク２４は 、好ましくは、９．６キロビット／秒（ｋｂｉｔｓ／ｓ）の非同期リンクであり
、これはＦＦＥ情報を伝送するのに十分である。
【０００９】 ＦＦＥは、Richard J. Mammoneらによる"Robust Speech Recognition" IEEE S
ignal Processing Magazine, pp58-71, September 1996で説明されるように、音
声を周期的に更新する制限長のパラメータに変換する。一般にバックグランド音
声認識部(background speech recognizer)と呼ばれる音声認識部(speech recogn
izer)の他のサブプログラムは、パラメータの時変シーケンス(time varying seq
uence)を読み出し可能なテキストに変換する。
【００１０】 図１を参照して、コンピュータ・システム１０は、ＰＳＴＮ１６に結合するた めのモデム３０を含み、音声認識（ＳＲ）装置３２は、メモリおよびプロセッサ
（概して論理３４として示される）に結合されたフロントエンド特徴抽出部（Ｆ
ＦＥ: front end feature extractor）およびバックエンド音声認識部（ＢＳＲ:
back-end speech recognizer）と、音声シンセサイザ３６と、コーダ３８とを 含む。同様に、ラップトップ２８は、メモリおよびプロセッサ（概して論理４４
として示される）に結合されたフロントエンド特徴抽出部４０およびデコーダ４
２を含む。
【００１１】 周知のように、ハードウェアの認証は、デジタルＭＳ１２およびデジタルＦＦ
Ｅ ＭＳ１３では可能であるが、アナログＭＳ１１では利用不可能である。デー
タの暗号化はデジタル・リンクでは可能であるが、アナログ・リンクでは利用不可
能であろう。アナログ通信では、音声帯域幅上の通信を機密化する、サブバンド
・インバータ(sub-band inverter)および機密電話ユニット（ＳＴＵ：secure te
lephone unit）ＩＩＩスクランブラなどの音声スクランブラ(voice scramblers ）が利用可能である。これらの装置および保護は、通信の秘匿性およびシステム
にアクセスするために用いられるハードウェアの認証を確保するが、話者自身の
秘匿性などを保証するものではない。アクセス・プロトコルおよびその関連保護 機構は、適切な認可されたユーザがシステムへのアクセスを試みることの信頼性
のレベルを提供する。
【００１２】 表１は、さまざまなアクセス媒体（媒体），変調の種類（変調），通信帯域幅
（帯域幅），アクセス媒体の暗号化機能（暗号化）および認証を達成できる信頼
レベル（認証）を表にまとめたものである。陸線電話機１８またはＭＳ１２に結
合されたラップトップなどのデータ・リンク・アクセス方法は、最大レベルの機密
性を提供できる。これは、まず最初に、ダイヤル端末がチャレンジ／レスポンス
機構を介して認証でき、リンク自体が暗号化できるためである。なお、データ暗
号化規格（ＤＥＳ：Data Encryption Standard）または独自の方法など、任意の
暗号化方法を採用してもよいことを理解されたい。さらに、シークレット番号、
例えば電子シリアル番号（ＥＳＮ）、を送信するなど、機器認証方法を利用した
り、あるいはチャレンジ／レスポンス機構または時間／可変データにより、機器
は機密化でき、またそうしなければならないことを理解されたい。
【００１３】
【表１】
【００１４】 ＊＊ ＭＳはトラヒック・チャネル暗号化が可能でも、可能でなくてもよい； ネットワークは暗号化を有効にしていても、していなくてもよい。 システム１０がアナログ電話リンク１１または陸線電話機１８を介してアクセ
スされる場合など、通信媒体を機密化することが可能でない場合、追加の機器認
証手順を採用できる。例えば、ダイヤル端末１１または１８は、システム・メモ リ３４に格納された番号のリストにより、ＰＳＴＮ１６の補助サービスを介して
発呼者番号(calling party number)を識別することにより認証できる。システム
・リストにない端末を利用してシステム１０にアクセスすると、システム１０へ のアクセスは、以下でさらに詳しく説明するように、拒否あるいは制限される。
【００１５】 ユーザ認証は、好ましくは、声紋識別を介して行われる。この場合、システム
１０内のＳＲ：ＦＦＥ／ＢＳＲ３２がユーザ音声コマンドを受信し、声紋とメモ
リ３４に格納された認可ユーザの声紋とを比較することにより、声紋解析を介し
てユーザを識別する。次に、システムは、アクセスが許可、制限または拒否され
たことをユーザに報告することにより、音声シンセサイザ３６およびコーダ３８
を利用して応答する。
【００１６】 本発明の好適な実施例では、ＳＲ：ＦＦＥ／ＢＳＲ３２は、デジタル無線電話
機，データ・リンク，アナログ電話機または音響リンクなどの通信媒体を、通信
特性を介して識別するように適応される。媒体が音声認識を可能にする十分な通
信品質を提供する場合、音声認識ユーザ認証が必要になる。ユーザ音声認識認証
を行うほど通信媒体が十分でない場合、ＰＩＮ入力，パスワード，時変データ入
力などの形式で、別のユーザ認証を行うことができる。時変データ認識では、ユ
ーザは、時刻の非線形的な関数である番号を、タッチトーン・キーパッドを介し て入力できる。システム１０および論理３４は、同じ非線形関数を実行し、一致
すると、ユーザは認証される。従って、ユーザは、時変番号を提供する特殊な装
置を携帯するか、あるいは適切なデータを与えるべくプログラムされたハンドヘ
ルド型計算機プログラムを所有する。
【００１７】 ユーザ音声認識認証が行われると、システム１０へのアクセスは、複数のアク
セス・レベルのうちの一つに設定される。ただし、周知なように、ＰＩＮ，パス ワードなどは傍受されることがある。従って、ユーザ音声識別認証がない場合、
システム１０へのアクセスは別の、機密性の低いアクセス・レベルに設定される ことがある。さらに、特定の種類の通信媒体、例えば、傍受されやすい音響リン
ク、では、アクセスできないプログラム，ファイルおよびデータが存在してもよ
い。他のアクセス・レベルは、アクセスを許可する前に、暗号化などの通信媒体 機密を必要とすることがある。理解されるように、アクセスされるデータの重要
性(sensitivity)に応じた、任意の数の機密レベルを、システム１０にアクセス するために用いられる通信媒体と、ユーザを認証し、通信媒体を機密化する能力
とに関連して、確立してもよい。もちろん、システム１０は、ユーザが機密レベ
ルを設定し、機密レベルをファイルおよびデータに割り当て、またこの情報をメ
モリ３４に保持したままでこれを修正することを可能にするように適応される。
【００１８】 上記のように、さまざまな形式の通信媒体は音声認識に多少とも適している。
しかし、フィルタ・パラメータの調整や、相関アルゴリズムなどによる音声認識 手法は、特定の通信媒体に最適化できる。また、ＳＲ：ＦＦＥ／ＢＳＲ３２は、
例えば、発呼者番号，ＭＳ１２との対話あるいはラップトップ２８のモデム・ト ーンを解析することによって、システムにアクセスするために用いられる通信媒
体を認識するように適応される。識別された機器および通信媒体が与えられると
、音声認識エンジンはこの特定の機器および媒体に最適化できる。同様に、論理
３４も、遠隔端末および媒体を考慮するように音声シンセサイザ３６を修正でき
る。この点で、音声認識は向上され、システム１０へのより高レベルなアクセス
を可能にする。
【００１９】 さらに本発明では、システム１０は非認可ユーザを識別し、このような非認可
ユーザを識別するために利用できるデータを保持するように構築されるが想定さ
れる。例えば、発呼側の端末電話番号を識別でき、ファイル・アクセスの試みを 記録でき、タイムスタンプを付けることができ、また監査記録(audit trail)を 生成できる。また、非認可ユーザに対しては、擬似フォルダ(bogus folders）へ
のアクセスを許可し、これらのフォルダからファイルを取り出すことを許して、
後でこれらのファイルを追跡できる。これらのファイルは、非認可ユーザのシス
テムから識別情報と、非認可システムからシステム１０への接触の試みとを収集
するように適応され、非認可ユーザに関するこのような情報を報告する。非認可
ユーザが音声を介してシステム１０にアクセスしようとすると、通話を記録でき
る。
【００２０】 システム１０の動作について、図１を参照し、また図２に示す方法１００を参
照して一例として説明する。システム１０は、機密レベルを有するユーザによっ
て、機密レベルをプログラム，ファイルおよびデータに割り当てることによって
設定される。さらに、ユーザは、自分の音声と、システム１０へのアクセスが許
可された他の認可ユーザ、例えば、同僚，家族，友人、の音声を認識するように
校正済みのＳＲ／ＦＦＥ／ＢＳＲ３２を有する。
【００２１】 ユーザは、複数の通信媒体１２〜２２のうちのいずれかを介してシステム１０
にアクセスする。システム１０は、ステップ１０２において、電話呼出および発
呼者側の番号を検出し、通話に応答する。ステップ１０４において、システム１
０は、（発呼者番号に応じて）音声シンセサイザ３６およびコーダ３８を介して
応答を生成することによって応答し、応答を通信して、モデム・トーンを待つ。 ステップ１０６において、システム１０は、音声ユーザなのか、それともモデム
・アクセスなのかを判定する。
【００２２】 ユーザが音声によりアクセスしている場合、本方法はステップ１０８に分岐し
、ここでＳＲ／ＦＦＥ／ＢＳＲ３２および論理３４は、ステップ１０８において
チャネル品質にアクセスし、ステップ１１０において音声認識能力を判定する。
次に、ステップ１１８において、上記のような音声認識，機器認証などの適切な
チャネル認証手順が呼び出される。
【００２３】 ユーザがモデム・トーンで表されるようにデータ・リンクまたは他の変調通信に
よってアクセスしている場合、通信チャネルは遠隔ユニット１２または２８と設
定される（ステップ１１２）。次に、ステップ１１４において、遠隔ユニットの
音声認識・音声合成（ＳＲ／ＳＳ）能力が判定され、ステップ１１６において、
データ・チャネル機密手順が呼び出される。
【００２４】 ユーザが認証され、通信媒体が機密化されると、適切な音声認識エンジンは、
遠隔ユニットおよび通信媒体に基づいて選択される。遠隔ユニット１２または２
８がＦＦＥデータを送信できる場合、コンピュータ・システム１０内の受信側Ｆ ＦＥはバイパスされ、遠隔ユニット１２または２８のＦＦＥを最適化するために
、遠隔ユニット１２または２８とコンピュータ・システム１０との間で対話が開 始される（例えば、遠隔ユニット１２または２８は、ボコーディングされた音声
およびＦＦＥ音声を伝送するために利用でき、あるいは遠隔ユニット１２または
２８は複数のＦＦＥを有してもよい）。コンピュータ・システム１０は、（音声 で動作する以降の回路（例えば、論理３４）に対して）了解度(intelligibility
)を最適化するようにバックエンド音声認識部３２を構築する。例えば、媒体で 雑音が多い場合、および／あるいは遠隔ユニットＦＦＥがシステム１０のＢＳＲ
メニューと厳密に一致しない場合、システム１０は、話者が単語と単語の間で休
止するように音声シンセサイザ３６を介して要求でき、あるいは話者に語彙を最
小限必要な語彙に制限するように要求できる。ステップ１２０において、ユーザ
との対話に入る。次に、ユーザは、システム１０にタスクを実行し、ファイルお
よびデータにアクセスするように指示する。認証および通信媒体機密が与えられ
ると、システム１０は確立された機密レベルに従ってユーザのアクセスを制御す
る。エラーの数および頻度によって表されるように、音声認識が悪化すると、ス
テップ１２２において、音声認識能力は低減され、そのためシステム１０へのユ
ーザのアクセスは適切に調整される。通話が完了すると、プロセスはステップ１
２４において終了する。
【００２５】 ユーザがＦＦＥ４０およびデータ・リンク２４を利用してラップトップ２８を 介してシステム１０にアクセスする場合、全体的な性能は向上する。さらに、ラ
ップトップ２８が音声認識が可能な場合、性能はさらに向上し、簡単になる。な
お、音声認識機能を具備する移動無線電話機も利用できることを理解されたい。
システム１０との初期コンタクト時に、パブリック・キー交換演算(public key e
xchange computation)の留数(residue)を、将来の認証のための永久的な「シー クレット」キーとして利用できる。この留数はラップトップ２８およびシステム
１０に保持される。システム１０との将来のセッション時に、ユーザはラップト
ップ２８に対して認証すればよく、これは環境を考慮すると、より良好な音声認
識能力を有するので、ラップトップ２８は、パブリック・キー留数を利用する単 純なチャレンジ／レスポンス機構を利用して、自らを簡単に認証する。
【００２６】 ユーザとシステム１０との間のセッションがパブリック・キー交換，キー検証(
key verification)，良好な暗号化および声紋認証を介して設定される場合、重 要なデータの伝送に対して制限はないであろう。より単純な手法では、ある制限
されたキー・セットに属し、かつある回数だけ再利用できるあらかじめ計算され たキーの下で、声紋を伴った暗号化のみを採用してもよい。この単純ではあるが
、機密性の低いモードは、ユーザがアクセスできるプログラム，ファイルおよび
データに関して、制限を課すことができる。
【００２７】 なお、システム１０は、二人以上のユーザに対して構築できることが理解され
る。この場合、ユーザ・データは、認証を行うために、各ユーザについてメモリ ３４に保持される。各追加ユーザには、アクセス・レベルが割り当てられ、各自 の認可アクセス・レベルに合ったプログラム，ファイルおよびデータへのアクセ スのみしか許可されない。例えば、階層的な機密構成では、ユーザにはアクセス
の上限を割り当てることができる。
【００２８】 本明細書で開示された発明について、移動無線電話システム上で受信される音
声コマンドによってアクセスできる処理システムの観点を含め、ただしそれには
制限されずに、いくつかの好適な構成の観点から説明してきた。さらに、本発明
について、音声アクセス機能を有する処理システムを機密化する観点から説明し
てきた。なお、他の構成、適応および実施例は、発明の公正な範囲から逸脱せず
に可能であることが理解されよう。
【図面の簡単な説明】
【図１】 本発明の好適な実施例による通信システムの概略図である。
【図２】 本発明の好適な実施例により機密システムを機密化する方法を示すフロー図で
ある。
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.7 識別記号 ＦＩ テーマコート゛(参考） Ｇ１０Ｌ 15/28 Ｇ１０Ｌ 3/00 ５７１Ｃ Ｈ０４Ｌ 9/00 ６７３Ｄ (72)発明者 ダニエル・ピー・ブラウン アメリカ合衆国イリノイ州エルムハート、 チャットハム・アベニュー788 Ｆターム(参考） 5B017 AA03 BA05 CA15 CA16 5B085 AE06 5D015 AA03 HH00 KK01 LL09 5J104 AA07 BA01 KA01 KA18 NA05 PA07

Claims (10)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 複数の通信媒体のうちの一つから受信される発声コマンドを
    介したユーザによるアクセスのために適応された処理システムを機密化するため
    のシステムであって： 前記処理システムに結合され、前記発声コマンドを受信すべく結合された媒体
    認識プロセッサ； 前記媒体認識プロセッサによって生成され、前記処理システムに通信される認
    可コマンドであって、前記認可コマンドは、前記システムにアクセスするために
    利用される前記通信媒体に対する前記処理システムへのアクセスのレベルを定め
    る、認可コマンド； によって構成されることを特徴とするシステム。
  2. 【請求項２】 前記通信媒体は、音響リンク，陸線電話網，無線電話網およ
    びデジタル通信網のうちのひとつからなることを特徴とする請求項１記載のシス
    テム。
  3. 【請求項３】 前記処理システムは、前記認可コマンドに応答して、ユーザ
    によるアクセスを、複数のコンピュータ・ファイル・タイプのうちの少なくとも一
    つに制限することを特徴とする請求項１記載のシステム。
  4. 【請求項４】 前記処理システムは、前記認可コマンドに応答して、前記処
    理システムへのユーザによるアクセスを禁止することを特徴とする請求項１記載
    のシステム。
  5. 【請求項５】 前記処理システムは、複数の音声認識エンジンからなり、前
    記処理システムは、前記通信媒体に基づいて前記音声認識エンジンのうちのひと
    つを選択すべく動作可能であることを特徴とする請求項１記載緒システム。
  6. 【請求項６】 複数の通信媒体のうちの一つから受信される発声コマンドを
    介したアクセスのために適応された処理システムを機密化するための方法であっ
    て： 前記処理システムにアクセスするために利用される通信媒体タイプを判定する
    段階； 前記通信媒体タイプに関連して、前記処理システムへのアクセス・レベルを確 立する段階； によって構成されることを特徴とする方法。
  7. 【請求項７】 アクセス・レベルを確立する前記段階は、少なくとも一つの ファイル・タイプへのアクセスを制限することからなることを特徴とする請求項 ６記載の方法。
  8. 【請求項８】 アクセス・レベルを確立する前記段階は、前記処理システム へのアクセスを制限することからなることを特徴とする請求項６記載の方法。
  9. 【請求項９】 前記通信媒体に応答して、複数の音声認識エンジンのうちの
    ひとつを選択する段階をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項６記載
    の方法。
  10. 【請求項１０】 前記通信媒体を機密化する段階をさらに含んで構成される
    ことを特徴とする請求項６記載の方法。
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