JP2005063325A - 被認証装置、認証装置、及び認証システム - Google Patents

Abstract

【課題】 被認証装置から認証装置への一方向の通信方式で、認証装置が装着した被認証装置の正当か否かの判断を正確にできる被認証装置、認証装置及び認証システムを提供する。
【解決手段】 本発明の被認証装置は、乱数である第１の信号を出力する信号源と、前記第１の信号を引数とする所定の関数を有し、前記第１の信号に基づいて前記関数の値を計算し、その計算結果である第２の信号を出力する関数計算手段と、前記第１の信号と前記第２の信号とを多重化して出力する信号多重化手段と、を有する。
【選択図】 図１

Description

本発明は、被認証装置、認証装置、及び認証システムに関する。特に、電池パックと、電池パックを電源として装着する電子装置との間の認証システムに関する。

従来例の電池パックとその応用機器（電池パックを用いた電子装置）との認証システムが特表平９−５００５２０号公報に開示されている。図７に従来例の電池パック及び応用機器のブロック図を示す。図７において、７０１は応用機器、７０２は電池パックである。応用機器７０１は、信号源７１１、関数計算手段７１２、比較手段７１３、スイッチ７１４、電源回路７１５を有する。電池パック７０２は、関数計算手段７２１、電源（２次電池）７２２を有する。応用機器７０１は電池パック７０２を装着し、チャレンジ及びレスポンスを用いた認証システムによって、電池パック７０２が正当であるか否かを判断する。

従来例の認証システムを説明する。応用機器７０１において、電池パック７０２が装着されると、乱数を発生する信号源７１１は、ベクトル信号ａを出力する。ベクトル信号ａは乱数であって、ｑ個（ｑは正整数）の要素（スカラー値）ａ_ｊ（１≦ｊ≦ｑ）を有するベクトル値である。信号ａは、応用機器７０１の関数計算手段７１２に伝送されると共に、電池パック７０２の関数計算手段７２１に送信される（チャレンジ）。応用機器７０１において、ベクトル信号ａを引数とする関数ｇを有する関数計算手段７１２は、ｂ＝ｇ（ａ）を計算し、比較手段７１３に出力する。ベクトル信号ｂは、ｑ個の要素（スカラー値）ｂ_ｊ（１≦ｊ≦ｑ）を有するベクトル値である。
一方、電池パック７０２においては、ベクトル信号ａを引数とする関数ｆを有する関数計算手段７２１は、送られてきたベクトル信号ａに基づいてｃ＝ｆ（ａ）を計算し、応用機器７０１に送り返す（レスポンス）。ベクトル信号ｃは、ｑ個の要素（スカラー値）ｃ_ｊ（１≦ｊ≦ｑ）を有するベクトル値である。

応用機器７０１の比較手段７１３は計算結果であるベクトル信号ｂとｃとを比較する。このとき、応用機器７０１と電池パック７０２の有している関数が同一であれば、ベクトル信号ａの値に関わらずｂ＝ｃである。ある応用機器に対して正当な電池パックは、応用機器が持っている関数ｇと同じ関数ｆ（＝ｇ）を持つ。その関数は、正当な応用機器及び電池パックの製造メーカ以外の者に対して、秘密であるようにしておく。
比較手段７１３は、比較結果がｂ＝ｃとなれば装着された電池パックは正当であると判断し、スイッチ７１４をオンにする。２次電池７２２が完全放電した場合、商用交流電力（図示しない）を直流電圧に変換する電源回路７１５は電池パック７０２の２次電池７２２を充電する。商用交流電力が供給されない場合、２次電池７２２が放電して、応用機器７０１の電源回路７１５に電力を供給する。比較手段７１３は、ｂ≠ｃであれば電池パック７０２は不正であると判断し、スイッチ７１４をオフにして、応用機器７０１と電池パック７０２との間での充放電を禁止する。

正当でない（不正な）電池パック７０２のメーカが、応用機器７０１と正当な電池パック７０２との間の通信をモニタしてデータを記憶し、この関数ｆを解読し又はベクトル信号ｃを全てテーブルに記憶することは困難である。ベクトル信号ａ及びベクトル信号ｃの次元ｑを８とし、その各要素ａ_ｊ，ｃ_ｊ（１≦ｊ≦８）を１バイトの値とすれば、入力信号ａの値は（２^８）^８＝２^６４通りあり、それぞれにつき、８バイトの出力信号ｃがある。全てのベクトル信号ａに対応するベクトル信号ｃを記憶しようとすれば、必要とされる記憶量は２^６４×８バイト＝約１０^１１ギガバイトである。この値は極めて大きい。ベクトル信号ａの全ての値について出力信号ｃをモニタするとすれば、応用機器７０１が電池パック７０２にチャレンジを与えてレスポンスが返ってくるまでに要する時間を例え１回当たり約１ナノ秒としても（この時間は、現在実現が不可能である程度に短い。）、２^６４×１０^−９秒＝約５８４年かかることになる。実際問題としてこれは実現不可能である。これにより、不正な電池パック（多くの場合、電池パックは性能が不完全であり、応用機器との接続により種々のトラブルを発生させる。）が応用機器７０１に接続されることを防止できる。

特表平９−５００５２０号公報

従来例においては、応用機器から電池パックへの通信と、電池パックから応用機器への通信との双方向通信が必要であった。パソコンとパソコンに広く採用されているスマートバッテリとのシステムのように双方向通信機能を有する応用機器と電池パックとのシステムにおいては、上記の従来例を適用できる。しかし、ビデオカメラや携帯電話その他の多くの機器においては、ハードウェア、ソフトウェア共に簡単な一方向の通信のみで認証が行える方が、回路規模が小さくなり、消費電力及びコストの観点から望ましい。
本発明は、被認証装置から認証装置への一方向の通信方式で、認証装置が装着した被認証装置が正当か否かの判断を正確にでき且つなりすましが困難な被認証装置、認証装置及び認証システムを提供することを目的とする。
本発明は、小型で消費電力が少なく安価な被認証装置、認証装置及び認証システムを提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明は下記の構成を有する。請求項１に記載の発明は、乱数である第１の信号を出力する信号源と、前記第１の信号を引数とする所定の関数を有し、前記第１の信号に基づいて前記関数の値を計算し、その計算結果である第２の信号を出力する関数計算手段と、前記第１の信号と前記第２の信号とを多重化して出力する信号多重化手段と、を有することを特徴とする被認証装置である。

請求項２に記載の発明は、遅延手段を更に有し、前記遅延手段は前記信号源が出力した前記第１の信号を所定のセッション回数遅延させてから前記関数計算手段に伝送し、又は前記第２の信号を所定のセッション回数遅延させてから前記信号多重化手段に伝送し、且つ前記信号源が出力した前記第１の信号は、遅延なく前記信号多重化手段に伝送されることを特徴とする請求項１に記載の被認証装置である。

請求項３に記載の発明は、遅延手段を更に有し、前記遅延手段は、前記信号源が出力した前記第１の信号を所定のセッション回数遅延させてから前記信号多重化手段に伝送し、且つ前記信号源が出力した前記第１の信号は、遅延なく前記関数計算手段に伝送されることを特徴とする請求項１に記載の被認証装置である。

請求項４に記載の発明は、前記信号多重化手段は、前記第１の信号と前記第２の信号の個々の成分を所定の規則に従って相互に入れ替えて配置することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の被認証装置である。

請求項５に記載の発明は、前記信号多重化手段は、前記第１の信号と前記第２の信号に加えて、ダミー信号を更に多重化することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかの請求項に記載の被認証装置である。

請求項６に記載の発明は、前記被認証装置は電池パックであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかの請求項に記載の被認証装置である。

請求項７に記載の発明は、被認証装置から送られてきた多重化信号を入力し、第１の信号と、前記第１の信号に基づいて所定の関数により導出した第２の信号とに分離する信号分離手段と、正当な前記被認証装置が有する関数と同一の関数を有し、前記第１の信号に基づいて前記関数値を計算し、出力する関数計算手段と、前記第２の信号と前記関数値とを比較し、両者が同一であれば被認証装置との接続を許可し、両者が同一でなければ被認証装置との接続を禁止する比較手段と、を有することを特徴とする認証装置である。「接続の許可又は禁止」とは、認証装置が被認証装置との間で、実質的な内容の通信又は電源供給を行う為の接続の許可又は禁止を意味する。

請求項８に記載の発明は、被認証装置から送られてきた多重化信号を入力し、第１の信号と、前記第１の信号に基づいて所定の関数により導出した第２の信号とに分離する信号分離手段と、正当な前記被認証装置が有する関数の逆関数を有し、前記第２の信号に基づいて前記逆関数値を計算し、出力する関数計算手段と、前記第１の信号と前記逆関数値とを比較し、両者が同一であれば被認証装置との接続を許可し、両者が同一でなければ被認証装置との接続を禁止する比較手段と、を有することを特徴とする認証装置である。

請求項９に記載の発明は、遅延手段を更に有し、前記多重化信号に含まれる前記第２の信号は、その第２の信号を導出した前記第１の信号より所定のセッション回数遅延して伝送され、前記遅延手段は、前記信号分離手段が出力した前記第１の信号を所定のセッション回数遅延させてから前記関数計算手段に伝送し、又は前記関数値を所定のセッション回数遅延させてから前記比較手段に伝送することを特徴とする請求項７に記載の認証装置である。

請求項１０に記載の発明は、遅延手段を更に有し、前記多重化信号に含まれる前記第２の信号は、その第２の信号を導出した前記第１の信号より所定のセッション回数遅延して伝送され、前記遅延手段は、前記信号分離手段が出力した前記第１の信号を所定のセッション回数遅延させてから前記比較手段に伝送することを特徴とする請求項８に記載の認証装置である。

請求項１１に記載の発明は、遅延手段を更に有し、前記多重化信号に含まれる前記第１の信号は、その第１の信号に基づいて導出された前記第２の信号より所定のセッション回数遅延して伝送され、前記遅延手段は、前記信号分離手段が出力した前記第２の信号を所定のセッション回数遅延させて前記比較手段に伝送することを特徴とする請求項７に記載の認証装置である。

請求項１２に記載の発明は、遅延手段を更に有し、前記多重化信号に含まれる前記第１の信号は、その第１の信号に基づいて導出された前記第２の信号より所定のセッション回数遅延して伝送され、前記遅延手段は、前記信号分離手段が出力した前記第２の信号を所定のセッション回数遅延させてから前記関数計算手段に伝送し、又は前記逆関数値を所定のセッション回数遅延させてから前記比較手段に伝送することを特徴とする請求項８に記載の認証装置である。

請求項１３に記載の発明は、前記被認証装置は２次電池を含む電池パックであって、前記電池パックが正当であれば前記電池パックの２次電池から電力を供給され及び／又は前記電池パックの２次電池を充電する電子装置であることを特徴とする請求項７から請求項１２のいずれかの請求項に記載の認証装置である。

請求項１４に記載の発明は、請求項１に記載の前記被認証装置と請求項７又は請求項８に記載の前記認証装置とを有し、又は請求項２に記載の前記被認証装置と請求項９又は請求項１０に記載の前記認証装置とを有し、又は請求項３に記載の前記被認証装置と請求項１１又は請求項１２に記載の前記認証装置とを有することを特徴とする認証システムである。

本発明によれば、被認証装置から認証装置への一方向の通信方式で、認証装置が装着した被認証装置が正当か否かの判断を正確にでき且つなりすましが困難な被認証装置、認証装置及び認証システムを実現できるという有利な効果が得られる。
本発明によれば、認証装置が被認証装置を認証できる小型で消費電力が少なく安価な被認証装置、認証装置及び認証システムを実現できるという有利な効果が得られる。

以下本発明の実施をするための最良の形態を具体的に示した実施の形態について、図面とともに記載する。

《実施の形態１》
図１を用いて本発明の実施の形態１の被認証装置、認証装置及び認証システムを説明する。実施の形態１の認証システムは、被認証装置である電池パック１０１と、認証装置である電子機器とを有する。実施の形態１において、電子装置は電池パック１０１を装着したパソコン等の応用機器１０２である。図１は電池パック１０１及び応用機器１０２の構成を示すブロック図である。図１においては、認証システムに係るブロックのみを示す。実施の形態１において、電池パック１０１は乱数を発生する信号源１１１、関数計算手段１１２、多重化手段１１３、２次電池１１４を有する。応用機器１０２は、分離手段１２１、関数計算手段１２２、比較手段１２３、スイッチ１２４、電源回路１２５を有する。電池パック１０１と応用機器１０２とは、通信端子１０３及び電源端子１０４を含む端子群で接続される。

電池パック１０１が応用機器１０２に装着され、又は電池パック１０１を装着した応用機器１０２の電源が投入されると、電池パック１０１の信号源１１１は第１の信号（ベクトル信号）Ａを出力する。第１の信号Ａは乱数であって、ｑ個の要素（スカラー値）Ａ_ｊ（１≦ｊ≦ｑ）を有するベクトル値である。第１の信号Ａは、関数計算手段１１２及び多重化手段１１３に伝送される。関数計算手段１１２は、第１の信号Ａを引数とする関数Ｆ（Ａ）を有する。関数計算手段１１２は関数値（第２の信号）Ｂ＝Ｆ（Ａ）を計算し、多重化手段１１３に出力する。第２の信号Ｂはｑ個の要素（スカラー値）Ｂ_ｊ（１≦ｊ≦ｑ）を有するベクトル値である。多重化手段１１３は、第１の信号Ａ及び第２の信号Ｂを多重化して多重化信号を生成し、端子１０３を通じて応用機器１０２に伝送する。多重化手段１１３は第１の信号Ａと第２の信号Ｂとを、応用機器で分離できる形で多重すればよく、最も簡単には第１の信号Ａと第２の信号Ｂとを順次並べて多重化する。

応用機器１０２の分離手段１２１は、電池パック１０１から端子１０３を通じて入力した多重化信号を第１の信号Ａ及び第２の信号Ｂに分離し、第１の信号Ａを関数計算手段１２２に伝送し、第２の信号Ｂを比較手段１２３に伝送する。関数計算手段１２２は、第１の信号Ａを引数とする関数Ｇ（Ａ）を有する。関数計算手段１２２は関数値Ｂ’＝Ｇ（Ａ）を計算し、出力する。関数値Ｂ’はｑ個の要素（スカラー値）Ｂ’_ｊ（１≦ｊ≦ｑ）を有するベクトル値である。比較手段１２３は、第２の信号Ｂと関数値Ｂ’とを比較し、両者が一致すれば装着された電池パック１０１は正当であり、一致しなければ装着された電池パック１０１は不正であると判断する。

比較手段１２３は電池パック１０１が正当であると判定した場合はスイッチ１２４をオンにする。２次電池１１４が完全放電した場合、商用交流電力（図示しない）を直流電圧に変換する電源回路１２５は端子１０４を通じて電池パック１０１の２次電池１１４を充電する。商用交流電力が供給されない場合、２次電池１１４が端子１０４を通じて応用機器１０２の電源回路１２５に電力を供給する。
比較手段１２３は、電池パック１０１が不正であると判断するとスイッチ１２４をオフにして、応用機器１０２と電池パック１０１との間での充放電を禁止する。電池パック１０１の充放電を実行しない。電池パック１０１が正当であれば、電池パック１０１の関数Ｆと応用機器１０２の関数Ｇとは等しい。

実施の形態１の関数Ｆ（Ａ）について説明する。第１の信号Ａを構成するｑ個の要素（スカラー値）Ａ_ｊ（１≦ｊ≦ｑ）のぞれぞれを、ｐビットの２進数で表すとき（ｐは正整数）、Ａは｛０，１｝の元を要素とする行列Ａ＝［ａ_ｉｊ］で表される。即ち、１≦ｉ≦ｐ、１≦ｊ≦ｑ、に対して、ａ_ｉｊ∈｛０，１｝である。
ここで、行列Ｃを、Ｃ＝［ｃ_ｉｊ］で表される（ｐ×ｑ）の行列で、１≦ｉ≦ｐ、１≦ｊ≦ｑ、ｃ_ｉｊ∈｛０，１｝であって、Ｃの列ベクトル(ｃ_１ｊ，ｃ_２ｊ，・・・，ｃ_ｐｊ)^Ｔは任意に定められたｐビットの２進数であるとし、実施の形態１において関数Ｆとして例えば下記式（１）を採用するものとする。演算は行列の対応する要素毎に行う。Ｃは任意に定められ、送受双方で持つ鍵信号である。

例えば、第１の信号Ａの１つの要素（乱数）Ａ_ｊは８ビット（ｐ＝８）の値であり、Ａの第ｊの乱数（行列Ａの第ｊ列）がＡ_ｊ＝(0,0,1,0,1,1,0,0)^Ｔであり、Ｃの第ｊの乱数（行列Ｃの第ｊ列）がＣ_ｊ＝(1,0,0,0,1,1,1,0)^Ｔであれば、Ａ_ｊは行列Ｂ＝Ｆ（Ａ）の第ｊ列Ｂ_ｊ＝(1,0,1,0,0,0,1,0)^Ｔに変換される。

本発明の実施の形態１の認証システムにおいては、信号源１１１を電池パックに内蔵した上記の構成により、応用機器から認証のために必要な信号（チャレンジ）を電池パックに伝送する必要はなく、電池パックからの一方向の通信のみで電池パックの認証が可能である。不正な電池パック１０１のメーカが多重化信号に基づいて関数Ｆを求めることは極めて困難である。
ただし、この簡単な例では、Ａ，Ｂが判明してしまうと、Ｃが分かってしまうので、多重化は、Ａ，Ｂ＝Ｆ（Ａ）を単純に並べるだけでは不十分である。信号の個々の成分を所定の規則（勿論これも秘密にしておく。）に従って相互に入れ替えて配置し、多重化することが必要である。

《実施の形態２》
図２を用いて本発明の実施の形態２の被認証装置、認証装置及び認証システムを説明する。実施の形態２の認証システムは、被認証装置である電池パック１０１と、認証装置である電子機器とを有する。実施の形態２において、電子装置は電池パック１０１を装着したパソコン等の応用機器２０１である。図２は電池パック１０１及び応用機器２０１の構成を示すブロック図である。図２においては、認証システムに係るブロックのみを示す。図２において、図１と同一のブロックには同一の番号を付す。電池パック１０１は実施の形態１と同一であり、その説明を省略する。応用機器２０１は、分離手段１２１、逆関数計算手段２１１、比較手段１２３、スイッチ１２４、電源回路１２５を有する。電池パック１０１と応用機器２０１とは、通信端子１０３及び電源端子１０４を含む端子群で接続される。

実施の形態２の応用機器２０１は、実施の形態１の関数計算手段１２２に代えて、逆関数計算手段２１１を有する。応用機器２０１の分離手段１２１は、電池パック１０１から端子１０３を通じて入力した多重化信号を第１の信号Ａ及び第２の信号Ｂに分離し、第１の信号Ａを比較手段１２３に伝送し、第２の信号Ｂを逆関数計算手段２１１に伝送する。逆関数計算手段２１１は、第２の信号Ｂを引数とし、電池パック１０１が有する関数Ｆ（Ａ）の逆関数Ｈ（Ｂ）を有する。逆関数計算手段２１１は逆関数値Ａ’＝Ｈ（Ｂ）を計算し、出力する。逆関数値Ａ’はｑ個の要素（スカラー値）Ａ’_ｊ（１≦ｊ≦ｑ）を有するベクトル値である。比較手段１２３は、第１の信号Ａと逆関数値Ａ’とを比較し、両者が一致すれば装着された電池パック１０１は正当であり、一致しなければ装着された電池パック１０１は不正であると判断する。装着した電池パック１０１が正当であれば、電池パック１０１の関数Ｆと応用機器２０１の逆関数計算手段２１１の逆関数Ｈとは、互いに逆関数である。
比較手段１２３は電池パック１０１が正当であると判定した場合はスイッチ１２４をオンにし、不正と判断した場合はスイッチ１２４をオフにする。以下の動作は、実施の形態１と同様である。

例えば関数Ｆが上記式（１）で表されるならば、逆関数Ｈ（Ｂ）＝Ｆ^−１（Ｂ）＝Ｆ（Ｂ）で表される（逆関数Ｆ^−１（Ｂ）は元の関数Ｆに等しい。）。このことを、下記式（２）で証明する。

本発明の実施の形態２の認証システムは、実施の形態１と同様の効果を奏する。

《実施の形態３》
図３を用いて実施の形態３の被認証装置、認証装置及び認証システムを説明する。実施の形態３の電池パック（被認証装置）及び応用機器（認証装置）は実施の形態１と類似しており、実施の形態３の電池パック３０１及び応用機器３０２が、実施の形態１と異なるところは、それぞれ遅延手段３１１、３１２を有することである。
実施の形態１において、もし不正な電池パックのメーカが、正当な電池パックの１組の出力信号（例えば、第１の信号Ａと第２の信号Ｂとの多重化信号）を盗みだして、不正な電池パックに、その出力信号として記憶してしまえば、応用機器は、その不正な電池パックの出力信号が正しい故に、装着された不正な電池パックを正当なものであると誤認してしまう。

これを防ぐため、実施の形態３の電池パック３０１は、認証のために必要な信号を複数回（実施の形態３においてはｒ回（ｒは正整数））送る（それぞれの回を「セッション」と呼ぶ。）。乱数である第１の信号Ａ_ｋに基づいた関数値（第２の信号）をＢ_ｋ＝Ｆ（Ａ_ｋ）とする（１≦ｋ≦ｒ）。電池パック３０１は、対応する第１の信号Ａ_ｋと第２の信号Ｂ_ｋとをそれぞれ異なったセッションで送信する。応用機器３０２において同一セッションにおいて受信された多重化信号から分離された第１の信号Ａ_ｋと第２の信号Ｂ_{（ｋ−ｎ）}とは対応関係がない。

図３は電池パック３０１及び応用機器３０２の構成を示すブロック図である。図３においては、認証システムに係るブロックのみを示す。図３において、図１と同一のブロックには同一の番号を付す。実施の形態３の電池パック３０１は、信号源１１１と関数計算手段１１２との間にｎセッション遅延手段３１１が設けられている点で、実施の形態１と異なる。実施の形態３の応用機器３０２は、分離手段１２１と関数計算手段１２２との間にｎセッション遅延手段３１２が設けられている点で、実施の形態１と異なる。それ以外の点で、実施の形態３は実施の形態１と同じである。

電池パック３０１の信号源１１１が出力する第１の信号Ａ_ｋは、遅延手段３１１でｎ（ｎは正の整数）セッション遅延されてから、関数計算手段１１２に入力される。関数計算手段１１２は遅延された第１の信号Ａ_{（ｋ−ｎ）}を入力して、その関数値である第２の信号Ｂ_{（ｋ−ｎ）}＝Ｆ（Ａ_{（ｋ−ｎ）}）を計算する。多重化手段１１３は、第１の信号Ａ_ｋと遅延された第２の信号Ｂ_{（ｋ−ｎ）}とを同時に入力し、これらを多重化した多重化信号を生成する。電池パック３０１から端子１０３を通じて応用機器３０２に多重化信号が送られる。

電池パック３０１から応用機器３０２に送られてきた多重化信号は、分離手段１２１で第１の信号Ａ_ｋと遅延された第２の信号Ｂ_{（ｋ−ｎ）}とに分けられる。遅延された第２の信号Ｂ_{（ｋ−ｎ）}は比較手段１２３に伝送される。第１の信号Ａ_ｋはｎセッション遅延手段３１２によって、ｎセッション遅延された後、関数計算手段１２２に入力される。関数計算手段１２２は、第１の信号Ａ_{（ｋ−ｎ）}を引数とする関数Ｇ（Ａ_{（ｋ−ｎ）}）を有する。関数計算手段１２２は関数値Ｂ’_{（ｋ−ｎ）}＝Ｇ（Ａ_{（ｋ−ｎ）}）を計算し、出力する。
比較手段１２３は、第２の信号Ｂ_{（ｋ−ｎ）}と関数値Ｂ’_{（ｋ−ｎ）}とを入力し、Ｂ_{（ｋ−ｎ）}＝Ｂ’_{（ｋ−ｎ）}であれば、関数ＦとＧは等しく、装着された電池パック３０１を正当であると判断し、ベクトル信号Ｂ_{（ｋ−ｎ）}≠Ｂ’_{（ｋ−ｎ）}ならば、関数ＦとＧは等しくなく、装着された電池パック３０１は不正であると判断する。
比較手段１２３は電池パック３０１が正当であると判定した場合はスイッチ１２４をオンにし、不正と判断した場合はスイッチ１２４をオフにする。以下の動作は、実施の形態１と同様である。

応用機器３０２には、ｎセッション前の第１の信号Ａ_{（ｋ−ｎ）}に対する関数計算の結果である第２の信号Ｂ_{（ｋ−ｎ）}と、現在発生された第１の信号Ａ_ｋとの多重化信号が電池パック３０１から送られてくる。つまり、多重化信号の組み合わせは毎回異なり且つそれらに対応関係はない。そのため、例えば不正な電池パックが、正当な電池パックのあるセッションの多重化信号を記憶していたとしても、応用機器は装着されている電池パックが正当であると誤認せず、不正な電池パックを排除することが出来る。

なお、電池パック３０１と応用機器３０２は、それぞれ関数計算手段の前にｎセッション遅延手段を置いているが、これに代えて関数計算手段の後にｎセッション遅延手段を置いても良い。
最初のｎ組の多重化信号は第１の信号Ａ_ｋを含むが、送るべき第２の信号Ｂ_{（ｋ−ｎ）}がない。最初のｎ組の多重化信号は、第２の信号Ｂ_{（ｋ−ｎ）}に代えてダミーデータを含んでも良い。同様に最後のｎ組の多重化信号は第２の信号Ｂ_{（ｋ−ｎ）}を含むが、送るべき第１の信号Ａ_ｋがない。最後のｎ組の多重化信号は第１の信号Ａ_ｋに代えてダミーデータを含んでも良い。分離手段１２１は、不要なダミーデータを廃棄すれば良い。

《実施の形態４》
図４を用いて本発明の実施の形態４の被認証装置、認証装置及び認証システムを説明する。実施の形態４の認証システムは、被認証装置である電池パック３０１と、認証装置である電子機器とを有する。実施の形態４において、電子装置は電池パック３０１を装着したパソコン等の応用機器４０１である。図４は電池パック３０１及び応用機器４０１の構成を示すブロック図である。図４においては、認証システムに係るブロックのみを示す。図４において、図３と同一のブロックには同一の番号を付す。電池パック３０１は実施の形態３と同一であり、その説明を省略する。応用機器４０１は、分離手段１２１、逆関数計算手段２１１、ｎセッション遅延手段３１２、比較手段１２３、スイッチ１２４、電源回路１２５を有する。電池パック３０１と応用機器４０１とは、通信端子１０３及び電源端子１０４を含む端子群で接続される。

実施の形態４の応用機器４０１は、実施の形態３の関数計算手段１２２に代えて、逆関数計算手段２１１を有し、ｎセッション遅延手段３１２が分離手段１２１と比較手段１２３との間に配置されている。応用機器４０１の分離手段１２１は、電池パック３０１から端子１０３を通じて入力した多重化信号を第１の信号Ａ_ｋ及び遅延された第２の信号Ｂ_{（ｋ−ｎ）}に分離し、第１の信号Ａ_ｋをｎセッション遅延手段３１２を介して比較手段１２３に伝送し、遅延された第２の信号Ｂ_{（ｋ−ｎ）}を逆関数計算手段２１１に伝送する。逆関数計算手段２１１は、第２の信号Ｂ_{（ｋ−ｎ）}を引数とし、電池パック３０１が有する関数Ｆ（Ａ_{（ｋ−ｎ）}）の逆関数Ｈ（Ｂ_{（ｋ−ｎ）}）を有する。逆関数計算手段２１１は逆関数値Ａ’_{（ｋ−ｎ）}＝Ｈ（Ｂ_{（ｋ−ｎ）}）を計算し、出力する。ｎセッション遅延手段３１２は、第１の信号Ａ_ｋを入力しｎセッション遅延させる。

比較手段１２３は、第１の信号Ａ_{（ｋ−ｎ）}と逆関数値Ａ’_{（ｋ−ｎ）}とを比較し、両者が一致すれば装着された電池パック３０１は正当であり、一致しなければ装着された電池パック３０１は不正であると判断する。装着した電池パック３０１が正当であれば、電池パック３０１の関数Ｆと応用機器４０１の逆関数計算手段２１１の逆関数Ｈとは互いに逆関数である。比較手段１２３は電池パック３０１が正当であると判定した場合はスイッチ１２４をオンにし、不正と判断した場合はスイッチ１２４をオフにする。以下の動作は、実施の形態３と同様である。
本発明の実施の形態４の認証システムは、実施の形態３と同様の効果を奏する。

《実施の形態５》
図５を用いて実施の形態５の被認証装置、認証装置及び認証システムを説明する。実施の形態５の電池パック（被認証装置）及び応用機器（認証装置）は、実施の形態３の電池パック及び応用機器と、遅延手段３１１、３１２の位置が異なる。
図５は、実施の形態５の電池パック５０１及び応用機器５０２の構成を示すブロック図である。図５において、図３と同一のブロックには同一の番号を付す。実施の形態３の電池パック３０１において、ｎセッション遅延手段３１１は、信号源１１１と関数計算手段１１２との間に直列に挿入されていた。実施の形態５の電池パック５０１において、遅延手段３１１は、信号源１１１から多重化手段１１３に向う経路に挿入されている。即ち、第１の信号Ａ_ｋは、関数計算手段１１２と同時にｎセッション遅延手段３１１に入力される。関数計算手段１１２が出力する第２の信号Ｂ_ｋとｎセッション遅延手段の出力である遅延された第１の信号Ａ_{（ｋ−ｎ）}とが多重化手段１１３で多重される。その多重化された多重化信号は端子１０３を通じて応用機器に伝送される。

応用機器５０２において、分離手段１２１は多重化信号を受信し、遅延された第１の信号Ａ_{（ｋ−ｎ）}と第２の信号Ｂ_ｋとに分離する。遅延された第１の信号Ａ_{（ｋ−ｎ）}が関数計算手段１２２に入力され、第２の信号Ｂ_ｋがｎセッション遅延手段３１２に入力される。関数計算手段１２２は、第１の信号Ａ_{（ｋ−ｎ）}を引数とする関数Ｇ（Ａ_{（ｋ−ｎ）}）を有する。関数計算手段１２２は関数値Ｂ’_{（ｋ−ｎ）}＝Ｇ（Ａ_{（ｋ−ｎ）}）を計算し、出力する。ｎセッション遅延手段３１２は遅延された第２の信号Ｂ_{（ｋ−ｎ）}を出力する。比較手段１２３は、Ｂ’_{（ｋ−ｎ）}＝Ｂ_{（ｋ−ｎ）}なら装着された電池パックは正当であり、Ｂ’_{（ｋ−ｎ）}≠Ｂ_{（ｋ−ｎ）}ならば、装着された電池パックは不正であると判断する。
本発明の実施の形態５の認証システムは、実施の形態３と同様の効果を奏する。

《実施の形態６》
図６を用いて本発明の実施の形態６の被認証装置、認証装置及び認証システムを説明する。実施の形態６の認証システムは、被認証装置である電池パック５０１と、認証装置である電子機器とを有する。実施の形態６において、電子装置は電池パック５０１を装着したパソコン等の応用機器６０１である。図６は電池パック５０１及び応用機器６０１の構成を示すブロック図である。図６においては、認証システムに係るブロックのみを示す。図６において、図５と同一のブロックには同一の番号を付す。電池パック５０１は実施の形態５と同一であり、その説明を省略する。応用機器６０１は、分離手段１２１、逆関数計算手段２１１、ｎセッション遅延手段３１２、比較手段１２３、スイッチ１２４、電源回路１２５を有する。電池パック５０１と応用機器６０１とは、通信端子１０３及び電源端子１０４を含む端子群で接続される。

実施の形態６の応用機器６０１は、実施の形態５の関数計算手段１２２に代えて、逆関数計算手段２１１を有し、ｎセッション遅延手段３１２が分離手段１２１と逆関数計算手段２１１との間に配置されている。応用機器６０１の分離手段１２１は、電池パック５０１から端子１０３を通じて入力した多重化信号を遅延された第１の信号Ａ_{（ｋ−ｎ）}及び第２の信号Ｂ_ｋに分離し、遅延された第１の信号Ａ_{（ｋ−ｎ）}を比較手段１２３に伝送し、第２の信号Ｂ_ｋをｎセッション遅延手段３１２を介して逆関数計算手段２１１に伝送する。逆関数計算手段２１１は、第２の信号Ｂ_{（ｋ−ｎ）}を引数とし、電池パック５０１が有する関数Ｆ（Ａ_{（ｋ−ｎ）}）の逆関数Ｈ（Ｂ_{（ｋ−ｎ）}）を有する。逆関数計算手段２１１は逆関数値Ａ’_{（ｋ−ｎ）}＝Ｈ（Ｂ_{（ｋ−ｎ）}）を計算し、出力する。

比較手段１２３は、第１の信号Ａ_{（ｋ−ｎ）}と逆関数値Ａ’_{（ｋ−ｎ）}とを比較し、両者が一致すれば装着された電池パック５０１は正当であり、一致しなければ装着された電池パック５０１は不正であると判断する。装着した電池パック５０１が正当であれば、電池パック５０１の関数Ｆと応用機器６０１の逆関数計算手段２１１の関数Ｈとの関係が逆関数である。比較手段１２３は電池パック５０１が正当であると判定した場合はスイッチ１２４をオンにし、不正と判断した場合はスイッチ１２４をオフにする。以下の動作は、実施の形態５と同様である。
本発明の実施の形態６の認証システムは、実施の形態３と同様の効果を奏する。

電池パック３０１（図３、４）において、ｎセッション遅延手段３１１及び関数計算手段１１２の配置順番を入れ替えても良い。応用機器３０２（図３）、６０１（図６）において、ｎセッション遅延手段３１２及び関数計算手段１２２（又は２１１）の配置順番を入れ替えても良い。
なお、電池パックの多重化手段における多重化において、用いる関数を、Ａ，Ｂを知っても容易に見破ることが出来ない場合は、第１、第２の信号Ａ，Ｂを順次並べて送ることでも良いが、実施の形態１で挙げた例のように単純な関数の場合は、そこでも述べたように信号の個々の成分を所定の規則に従って相互に入れ替えて配置し、多重化することが必要になる。勿論この多重化の方法は秘密でなければならない。
更に、第１の信号Ａ、第２の信号Ｂに加えて、ダミーデータである乱数Ｄ（セッションの度に乱数Ｄの値は異なる。）を多重化しても良い。これにより、関数が簡単な場合であっても、入出力の関係からその関数を見破られる虞が少なくなる。この場合、多重化の方法自体が認証の一つの条件となり、その方法を与える情報も鍵信号となる。
なお、実施の形態１〜６において関数形を設定するとしたが、複数の関数を備えておき、関数形設定信号に従って、その何れかを選ぶという構成にしても良いことは勿論である。

本発明を、ビデオカメラ、携帯電話、パソコン等の電源システムに適用することが出来る。

本発明は、被認証装置、認証装置、及び認証システムとして有用である。

本発明の実施の形態１の電池パック及び応用機器の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態２の電池パック及び応用機器の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態３の電池パック及び応用機器の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態４の電池パック及び応用機器の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態５の電池パック及び応用機器の構成を示すブロック図 本発明の実施の形態６の電池パック及び応用機器の構成を示すブロック図 従来例の電池パック及び応用機器の構成を示すブロック図

符号の説明

１０１、３０１、５０１、７０２ 電池パック
１１１ 信号源
１１２、１２２ 関数計算手段
１１３ 多重化手段
１１４ ２次電池
１０２、２０１、３０２、４０１、５０２、６０１、７０１ 応用機器
１２１ 分離手段
１２３ 比較手段
１２４ スイッチ
１２５ 電源回路
２１１ 逆関数計算手段
３１１、３１２ 遅延手段

Claims (14)

1. 乱数である第１の信号を出力する信号源と、
   前記第１の信号を引数とする所定の関数を有し、前記第１の信号に基づいて前記関数の値を計算し、その計算結果である第２の信号を出力する関数計算手段と、
   前記第１の信号と前記第２の信号とを多重化して出力する信号多重化手段と、
   を有することを特徴とする被認証装置。
2. 遅延手段を更に有し、
   前記遅延手段は前記信号源が出力した前記第１の信号を所定のセッション回数遅延させてから前記関数計算手段に伝送し、又は前記第２の信号を所定のセッション回数遅延させてから前記信号多重化手段に伝送し、且つ前記信号源が出力した前記第１の信号は、遅延なく前記信号多重化手段に伝送されることを特徴とする請求項１に記載の被認証装置。
3. 遅延手段を更に有し、
   前記遅延手段は、前記信号源が出力した前記第１の信号を所定のセッション回数遅延させてから前記信号多重化手段に伝送し、且つ前記信号源が出力した前記第１の信号は、遅延なく前記関数計算手段に伝送されることを特徴とする請求項１に記載の被認証装置。
4. 前記信号多重化手段は、前記第１の信号と前記第２の信号の個々の成分を所定の規則に従って相互に入れ替えて配置することを特徴とする請求項１から請求項３のいずれかの請求項に記載の被認証装置。
5. 前記信号多重化手段は、前記第１の信号と前記第２の信号に加えて、ダミー信号を更に多重化することを特徴とする請求項１から請求項４のいずれかの請求項に記載の被認証装置。
6. 前記被認証装置は電池パックであることを特徴とする請求項１から請求項５のいずれかの請求項に記載の被認証装置。
7. 被認証装置から送られてきた多重化信号を入力し、第１の信号と、前記第１の信号に基づいて所定の関数により導出した第２の信号とに分離する信号分離手段と、
   正当な前記被認証装置が有する関数と同一の関数を有し、前記第１の信号に基づいて前記関数値を計算し、出力する関数計算手段と、
   前記第２の信号と前記関数値とを比較し、両者が同一であれば被認証装置との接続を許可し、両者が同一でなければ被認証装置との接続を禁止する比較手段と、
   を有することを特徴とする認証装置。
8. 被認証装置から送られてきた多重化信号を入力し、第１の信号と、前記第１の信号に基づいて所定の関数により導出した第２の信号とに分離する信号分離手段と、
   正当な前記被認証装置が有する関数の逆関数を有し、前記第２の信号に基づいて前記逆関数値を計算し、出力する関数計算手段と、
   前記第１の信号と前記逆関数値とを比較し、両者が同一であれば被認証装置との接続を許可し、両者が同一でなければ被認証装置との接続を禁止する比較手段と、
   を有することを特徴とする認証装置。
9. 遅延手段を更に有し、
   前記多重化信号に含まれる前記第２の信号は、その第２の信号を導出した前記第１の信号より所定のセッション回数遅延して伝送され、
   前記遅延手段は、前記信号分離手段が出力した前記第１の信号を所定のセッション回数遅延させてから前記関数計算手段に伝送し、又は前記関数値を所定のセッション回数遅延させてから前記比較手段に伝送することを特徴とする請求項７に記載の認証装置。
10. 遅延手段を更に有し、
    前記多重化信号に含まれる前記第２の信号は、その第２の信号を導出した前記第１の信号より所定のセッション回数遅延して伝送され、
    前記遅延手段は、前記信号分離手段が出力した前記第１の信号を所定のセッション回数遅延させてから前記比較手段に伝送することを特徴とする請求項８に記載の認証装置。
11. 遅延手段を更に有し、
    前記多重化信号に含まれる前記第１の信号は、その第１の信号に基づいて導出された前記第２の信号より所定のセッション回数遅延して伝送され、
    前記遅延手段は、前記信号分離手段が出力した前記第２の信号を所定のセッション回数遅延させて前記比較手段に伝送することを特徴とする請求項７に記載の認証装置。
12. 遅延手段を更に有し、
    前記多重化信号に含まれる前記第１の信号は、その第１の信号に基づいて導出された前記第２の信号より所定のセッション回数遅延して伝送され、
    前記遅延手段は、前記信号分離手段が出力した前記第２の信号を所定のセッション回数遅延させてから前記関数計算手段に伝送し、又は前記逆関数値を所定のセッション回数遅延させてから前記比較手段に伝送することを特徴とする請求項８に記載の認証装置。
13. 前記被認証装置は２次電池を含む電池パックであって、前記電池パックが正当であれば前記電池パックの２次電池から電力を供給され及び／又は前記電池パックの２次電池を充電する電子装置であることを特徴とする請求項７から請求項１２のいずれかの請求項に記載の認証装置。
14. 請求項１に記載の前記被認証装置と請求項７又は請求項８に記載の前記認証装置とを有し、又は請求項２に記載の前記被認証装置と請求項９又は請求項１０に記載の前記認証装置とを有し、又は請求項３に記載の前記被認証装置と請求項１１又は請求項１２に記載の前記認証装置とを有することを特徴とする認証システム。

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