JP2005130384A - 生体認証システム及び生体認証方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 利用者の個人情報である生体データを秘匿したまま認証処理を行うことができ、これにより生体データの漏洩防止を図ることを簡易に実現する。
【解決手段】 生体データが変換手段により変換された登録データｆ（Ａ^ｋ，ｒ^ｋ）と、生体データが変換手段により変換された被認証データｆ（Ｂ^ｋ，ｒ^ｋ）との類似度（正規化ハミング距離ＨＤ_ｉｒｓ）を計算し、この類似度を判定し、この判定結果に応じて認証する。
【選択図】 図６

Description

本発明は、生体認証システム及び生体認証方法に関する。

近年、指紋、虹彩、顔、声紋などの生体的特徴によって本人を認証するシステムが普及してきており、例えばインターネットを介した電子商取引における本人認証などへの応用が検討されている。この生体認証システムでは、利用する生体データが重要な個人情報であることからプライバシー保護のために、生体データの漏洩防止が重要課題に位置付けられている。このため、一方向性ハッシュ関数による変換や暗号化による変換を利用して、生体データや認証用の鍵自体をそのまま伝送したり、記憶したりすることを避けることが提案されている。

ここで、一方向性ハッシュ関数による変換値の一致不一致により、認証の可否を判定する場合、例えばパスワード認証のように、正当な被変換データ同士（登録パスワードデータと正当な被認証パスワードデータ）の完全一致が前提となる。しかしながら、生体データは、測定の度に測定値に揺らぎが生じるものであり、同一人物の登録時の生体データと認証時の生体データとが完全一致するとは限らない。このため、従来の生体認証システムでは、リードソロモン符号等の線形符号を用いた誤り訂正により、生体データの揺らぎを補正している（例えば、特許文献１参照）。
特開２００３−２３４２２号公報

しかし、上述した線形符号を用いた誤り訂正では、完全に生体データの揺らぎを補正することが簡単ではなく、上記した一方向性ハッシュ関数による変換を利用する生体認証システムの実現が難しいという問題がある。例えば、誤り訂正能力を向上させるには、符号長を増大させる必要があるが、それに伴って処理が急激に煩雑化して処理速度の低下を招き、即時性が要求される認証サービスには適用できなくなる。

本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、利用者の個人情報である生体データを秘匿したまま認証処理を行うことができ、これにより生体データの漏洩防止を図ることを簡易に実現可能な生体認証システム及び生体認証方法を提供することにある。

上記の課題を解決するために、本発明の生体認証システムは、生体データの測定装置と、前記測定装置により測定された生体データに基づいて認証する認証装置とを具備する生体認証システムにおいて、前記測定装置は、測定した生体データを変換関数により変換する変換手段を備え、前記認証装置は、前記測定された生体データが前記変換手段により変換された登録データを記憶する記憶手段と、前記測定された生体データが前記変換手段により変換された被認証データと、前記登録データとの類似度を計算する類似度演算手段と、前記類似度を判定し、この判定結果に応じて認証する認証手段とを備えたことを特徴としている。

また、本発明の生体認証システムにおいては、前記変換関数は、被変換データ同士間の類似特性を保存するものであることを特徴とする。

また、本発明の生体認証システムにおいては、前記測定装置は、所定の生体的特徴量に着目して生体の計測データから特徴抽出し、前記生体データを得る特徴抽出手段を備え、前記類似度演算手段は、前記所定の生体的特徴量の評価に適している類似度を計算し、前記変換関数は、この類似度の特性を保存するものであることを特徴とする。

また、本発明の生体認証システムにおいては、前記測定装置と前記認証装置とは通信回線を介してデータを送受信する通信手段を各々備え、使い捨てされる鍵を使用する暗号方式により、前記通信回線上におけるデータの秘匿を行うこと、及び他人によるなりすまし、若しくは他人がなりすますことを防止することを特徴とする。

本発明の生体認証方法は、生体データに基づいて認証する生体認証方法であって、生体データを変換関数により変換し、登録データとして記憶する過程と、生体データを前記変換関数により変換し、被認証データとする過程と、前記登録データと前記被認証データとの類似度を計算する過程と、前記類似度を判定し、この判定結果に応じて認証する過程とを含むことを特徴としている。

また、本発明の生体認証方法においては、前記変換関数は、被変換データ同士間の類似特性を保存するものであることを特徴とする。

また、本発明の生体認証方法においては、所定の生体的特徴量に着目して生体の計測データから特徴抽出し、前記生体データを得る過程をさらに含み、前記類似度は、前記所定の生体的特徴量の評価に適しているものであり、前記変換関数は、この類似度の特性を保存するものであることを特徴とする。

また、本発明の生体認証方法においては、前記登録データが、使い捨てされる鍵を使用する暗号方式により暗号化された後に通信回線を介して利用者から認証者へ送られる過程と、前記被認証データが、使い捨てされる鍵を使用する暗号方式により暗号化された後に通信回線を介して利用者から認証者へ送られる過程とをさらに含むことを特徴とする。

本発明によれば、変換関数による生体データ変換後の変換データを登録及び認証に使用するので、利用者の重要な個人情報である生体データ自体が、そのまま認証処理に使用されることがない。これにより、生体データの漏洩を防止することができる。さらに、該変換データの類似度に応じて認証するので、測定毎に生じる生体データの揺らぎを許容することができ、簡易な構成で実現することが可能となる。

以下、図面を参照し、本発明の一実施形態を説明する。本実施形態においては、生体認証システムの具体的な例として、虹彩の特徴によって本人を認証するシステムを挙げて説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る生体データの測定装置１の構成を示すブロック図である。図２は、本発明の一実施形態に係る認証装置２の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る生体認証システムは、それら測定装置１及び認証装置２を具備する。

図１に示す測定装置１において、撮像部１１は、カメラを有しており、利用者の顔画像から虹彩画像を取得する。この虹彩画像の取得は、例えば、カメラにより利用者の顔を撮像したときの利用者とカメラ間の距離ｚ及び利用者の目の位置（ｘ，ｙ）を計算する。次いで、その目の位置（ｘ，ｙ）とｚ方向の距離を合わせるズーム機能を用いて、虹彩を含む画像を取得する。次いで、この虹彩を含む画像とその周辺の画像から虹彩領域を特定し、虹彩画像のみを抽出する。

特徴抽出部１２は、虹彩画像データ（生体の計測データ）から特徴を抽出して虹彩コード（生体データ）を得る。この特徴抽出は、虹彩特有の生体的特徴量に着目して行われる。例えば、虹彩領域に８つの環状解析ゾーンを割り当て、その環状解析ゾーンを走査して虹彩コードを取得する。

変換部１３は、所定の変換関数を用いて虹彩コードを変換する。なお、この変換関数の詳細については後述する。
暗号化部１４は、使い捨てされる鍵を使用して、変換部１３による虹彩コード変換後の変換データを暗号化する。
通信部１５は、インターネット等の通信ネットワークに接続し、データを送受信する。

図２に示す認証装置２において、データベース２１は、利用者の登録データを記憶し、蓄積する。この蓄積される登録データは、上記測定装置１により測定された登録用の虹彩コードが変換部１３により変換された後の変換データである。また、この登録データには有効期限が設けられる。そして、期限切れの登録データは抹消される。この有効期限は安全性等を考慮して設定される。

類似度演算部２２は、被認証データとデータベース２１内の登録データとの類似度を計算する。この被認証データは、上記測定装置１により測定された認証用の虹彩コードが変換部１３により変換された後の変換データである。
また、類似度演算部２２が求める類似度は、上記測定装置１の特徴抽出部１２において抽出される生体的特徴量の評価に適しているものである。この類似度の演算は、特徴抽出部１２の特徴抽出方法に対応する所定の方法により行う。例えば、正規化ハミング距離が虹彩認証用の類似度として利用できる。また、ユークリッド距離などが利用可能である。なお、上記特徴抽出部１２及び類似度演算部２２は、それぞれに組合せ可能な市販の製品を使用することにより実現可能である。また、上記撮像部１１が組み合わされる場合もある。
認証部２３は、類似度演算部２２の計算結果である類似度を判定し、この判定結果に応じて認証する。

鍵生成部２４は、使い捨て用の鍵を生成する。この鍵は上記測定装置１に提供されて、虹彩コード変換後の変換データの暗号化に使用される。
復号部２５は、上記測定装置１から受信した暗号データを該当する鍵により復号する。この復号部２５は、上記測定装置１の暗号化部１４に対応するものである。
通信部２６は、インターネット等の通信ネットワークに接続し、データを送受信する。

ここで、上記した虹彩コードを変換する変換関数について説明する。
この変換関数には、変換前の虹彩コード（被変換データ）同士間の類似特性を保存するものを使用する。具体的には、次の２種類の性質のうち、少なくともいずれかを有している関数を使用する。
（性質ａ）２つの入力値に対して各変換パラメータ（同一でも可）を設定し、変換関数の演算を行って得られた２つの関数値間の上記類似度演算部２２による類似度を求めると、変換関数の演算による影響が打ち消される。
（性質ｂ）変換関数の演算の前後において、２つのデータ間の上記類似度演算部２２による類似度が同じである。
具体的には、排他的論理和の演算を行う関数は上記性質ａ及びｂを有している。乗算後、「ｍｏｄ」と称される剰余演算を行う、乗算剰余関数は上記性質ａを有している。置換関数（入力ビット系列をある規則に従って並べ替え、同じ長さのビット系列を出力する関数）は、上記性質ｂを有している。回転・平行移動関数（空間上において、回転又は平行移動を行う関数）は、上記性質ｂを有している。なお、これらの関数は一例であり、上記性質ａ又はｂのいずれかを満足する関数であればよい。

次に、図３〜図６を参照して、本実施形態に係る生体認証システムの動作を説明する。図３，図４は、本実施形態に係る生体認証システムにおけるデータの流れを説明するための図であり、図３は利用者登録時のもの、図４は利用者認証時のものである。図５，図６は、本実施形態に係る生体認証システムにおける処理の流れを示すフローチャートであり、図５は利用者登録時のもの、図６は利用者認証時のものである。
なお、以下の説明においては、便宜上、虹彩コードは虹彩画像から抽出した特徴量をｋビットの２進数によりコード化したものとする。また、そのサイズｋは適宜設定可能である。

初めに、図３，図５を参照して、利用者登録時の動作を説明する。
先ず、利用者が認証装置２に対して登録要求を行う。この登録要求に応じて、認証装置２の鍵生成部２４が、ｋビットのチャレンジコードｃ^ｋ（使い捨て用の鍵）を生成する。但し、ｋは虹彩コードのビット数である。そして、そのチャレンジコードｃ^ｋを測定装置１へ送信し、測定装置１がそのチャレンジコードｃ^ｋを受信する（ステップＳ１０１）。このチャレンジコードｃ^ｋは復号時のために復号部２５で復号完了まで保持される。

次いで、利用者が図３に示されるカメラ１１ａを使用して顔を撮像する。これにより、測定装置１の撮像部１１が撮像データから虹彩画像を取得する（ステップＳ１０２）。次いで、特徴抽出部１２がその虹彩画像データから虹彩コードＡ^ｋを取得する（ステップＳ１０３）。次いで、変換部１３が、変換パラメータとして乱数ｒ^ｋを生成する（ステップＳ１０４）。この乱数ｒ^ｋは認証時のために保存しておく。

次いで、ステップＳ１０５において、変換部１３が、変換パラメータである乱数ｒ^ｋを用いて、変換関数ｆにより虹彩コードＡ^ｋを変換する。この変換後の変換データをｆ（Ａ^ｋ，ｒ^ｋ）と表す。さらに、暗号化部１４が、認証装置２から受信したチャレンジコードｃ^ｋを用いて、変換データｆ（Ａ^ｋ，ｒ^ｋ）を暗号化する。この暗号化後のデータをｇ（ｆ（Ａ^ｋ，ｒ^ｋ），ｃ^ｋ）と表す。但し、ｇは暗号化関数であり、その逆関数ｇ^−１が存在するものである。これにより、送信データｇ（ｆ（Ａ^ｋ，ｒ^ｋ），ｃ^ｋ）が得られる。

次いで、測定装置１が送信データｇ（ｆ（Ａ^ｋ，ｒ^ｋ），ｃ^ｋ）を認証装置２へ送信し、認証装置２がその送信データｇ（ｆ（Ａ^ｋ，ｒ^ｋ），ｃ^ｋ）を受信する（ステップＳ１０６）。次いで、認証装置２の復号部２５が、チャレンジコードｃ^ｋを用いて、受信データｇ（ｆ（Ａ^ｋ，ｒ^ｋ），ｃ^ｋ）を復号する（ステップＳ１０７）。次いで、データベース２１が、この復号後のデータｇ^−１（ｇ（ｆ（Ａ^ｋ，ｒ^ｋ），ｃ^ｋ），ｃ^ｋ）、即ち上記変換関数ｆによる変換データｆ（Ａ^ｋ，ｒ^ｋ）を、当該利用者の登録データとして記憶する（ステップＳ１０８）。

次に、図４，図６を参照して、利用者認証時の動作を説明する。
先ず、上記した利用者登録時と同様にして、チャレンジコードｃ^'ｋの生成及び受け渡し（ステップＳ２０１）、虹彩画像の取得（ステップＳ２０２）、虹彩コードＢ^ｋの取得（ステップＳ２０３）、送信データｇ（ｆ（Ｂ^ｋ，ｒ^ｋ），ｃ^'ｋ）の計算（ステップＳ２０４）が行われる。なお、ステップＳ２０４で使用される変換パラメータｒ^ｋは利用者登録時に保存しておいたものを使用する。

次いで、送信データｇ（ｆ（Ｂ^ｋ，ｒ^ｋ），ｃ^'ｋ）が測定装置１から認証装置２へ送信され、受信した認証装置２により復号される（ステップＳ２０５、Ｓ２０６）。この復号後のデータｇ^−１（ｇ（ｆ（Ｂ^ｋ，ｒ^ｋ），ｃ^'ｋ），ｃ^'ｋ）、即ち上記変換関数ｆによる変換データｆ（Ｂ^ｋ，ｒ^ｋ）が、当該利用者の被認証データとなる。

次いで、認証装置２の類似度演算部２２が、データベース２１から当該利用者の登録データｆ（Ａ^ｋ，ｒ^ｋ）を取得する（ステップＳ２０７）。次いで、類似度演算部２２が、当該利用者の登録データｆ（Ａ^ｋ，ｒ^ｋ）と被認証データｆ（Ｂ^ｋ，ｒ^ｋ）との類似度を計算する（ステップＳ２０８）。この実施例では、次式により、登録データｆ（Ａ^ｋ，ｒ^ｋ）と被認証データｆ（Ｂ^ｋ，ｒ^ｋ）間の正規化ハミング距離ＨＤ_ｉｒｓを計算する。

但し、
Ａ^'ｋ＝ｆ（Ａ^ｋ，ｒ^ｋ）、Ａ^'ｋ＝（Ａ^' _１，・・・，Ａ^' _ｋ）、
Ｂ^'ｋ＝ｆ（Ｂ^ｋ，ｒ^ｋ）、Ｂ^'ｋ＝（Ｂ^' _１，・・・，Ｂ^' _ｋ）、
である。

次いで、認証部２３が、類似度演算部２２の計算結果である正規化ハミング距離ＨＤ_ｉｒｓと所定の閾値とを比較する（ステップＳ２０９）。この比較の結果、計算結果が閾値以下である場合には利用者本人であると判断する（ステップＳ２１０）。これにより認証成功となる。一方、計算結果が閾値超過である場合には利用者本人ではないと判断する（ステップＳ２１１）。これにより認証失敗となる。

上述したように本実施形態によれば、利用者登録時及び利用者認証時のいずれの場合にも、変換関数による虹彩コード変換後の変換データを伝送し、登録し、及び認証に使用するので、利用者の重要な個人情報である虹彩コード自体が、そのまま伝送されたり、認証処理に使用されることがない。これにより、虹彩コード（生体データ）の漏洩を防止することができる。
さらに、該変換データの類似度に応じて認証するので、測定毎に生じる虹彩コードの揺らぎを許容することができ、簡易な構成で実現することが可能となる。

以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、上述した実施形態においては、通信回線を介して測定装置１から認証装置２へ虹彩コードを送るようにしたが、虹彩コード（生体データ）の受け渡し方法はこれに限定されない。例えば、利用者がフレキシブルディスク等の記録媒体に記録して認証者に受け渡すようにしてもよい。

また、本発明は、虹彩画像データ（生体の計測データ）から抽出した特徴量を、コード化せずに、そのまま生体データとして使用する場合にも適用可能である。

また、本発明は、生体特有の所定の生体的特徴量に基づくことにより、生体の種類によらず、各種の生体認証に適用することができる。例えば、虹彩の他、指紋、掌紋、手形、手の甲等の静脈、顔、声紋、網膜、体臭、ＤＮＡ、筆跡、キーストローク、歩行などの生体的特徴を利用する認証に応用することができる。

また、複数の種類の生体認証を組み合わせて本人を認証するシステムを構築することも可能である。

本発明の一実施形態に係る生体データの測定装置１の構成を示すブロック図である。 同実施形態に係る認証装置２の構成を示すブロック図である。 本発明の一実施形態に係る生体認証システムにおける利用者登録時のデータの流れを説明するための図である。 同実施形態に係る生体認証システムにおける利用者認証時のデータの流れを説明するための図である。 同実施形態に係る生体認証システムにおける利用者登録時の処理の流れを示すフローチャートである。 同実施形態に係る生体認証システムにおける利用者認証時の処理の流れを示すフローチャートである。

符号の説明

１…虹彩コード（生体データ）の測定装置、２…認証装置、１１…撮像部（生体の計測手段）、１２…特徴抽出部、１３…変換部、１４…暗号化部、１５，２６…通信部、２１…データベース（記憶手段）、２２…類似度演算部、２３…認証部、２４…鍵生成部、２５…復号部。

Claims (8)

1. 生体データの測定装置と、前記測定装置により測定された生体データに基づいて認証する認証装置とを具備する生体認証システムにおいて、
   前記測定装置は、測定した生体データを変換関数により変換する変換手段を備え、
   前記認証装置は、
   前記測定された生体データが前記変換手段により変換された登録データを記憶する記憶手段と、
   前記測定された生体データが前記変換手段により変換された被認証データと、前記登録データとの類似度を計算する類似度演算手段と、
   前記類似度を判定し、この判定結果に応じて認証する認証手段とを備えた、
   ことを特徴とする生体認証システム。
2. 前記変換関数は、被変換データ同士間の類似特性を保存するものであることを特徴とする請求項１に記載の生体認証システム。
3. 前記測定装置は、所定の生体的特徴量に着目して生体の計測データから特徴抽出し、前記生体データを得る特徴抽出手段を備え、
   前記類似度演算手段は、前記所定の生体的特徴量の評価に適している類似度を計算し、
   前記変換関数は、この類似度の特性を保存するものである、
   ことを特徴とする請求項２に記載の生体認証システム。
4. 前記測定装置と前記認証装置とは通信回線を介してデータを送受信する通信手段を各々備え、
   使い捨てされる鍵を使用する暗号方式により、前記通信回線上におけるデータの秘匿を行うこと、及び他人によるなりすまし、若しくは他人がなりすますことを防止することを特徴とする請求項１乃至請求項３のいずれかの項に記載の生体認証システム。
5. 生体データに基づいて認証する生体認証方法であって、
   生体データを変換関数により変換し、登録データとして記憶する過程と、
   生体データを前記変換関数により変換し、被認証データとする過程と、
   前記登録データと前記被認証データとの類似度を計算する過程と、
   前記類似度を判定し、この判定結果に応じて認証する過程と、
   を含むことを特徴とする生体認証方法。
6. 前記変換関数は、被変換データ同士間の類似特性を保存するものであることを特徴とする請求項５に記載の生体認証方法。
7. 所定の生体的特徴量に着目して生体の計測データから特徴抽出し、前記生体データを得る過程をさらに含み、
   前記類似度は、前記所定の生体的特徴量の評価に適しているものであり、
   前記変換関数は、この類似度の特性を保存するものである、
   ことを特徴とする請求項６に記載の生体認証方法。
8. 前記登録データが、使い捨てされる鍵を使用する暗号方式により暗号化された後に通信回線を介して利用者から認証者へ送られる過程と、
   前記被認証データが、使い捨てされる鍵を使用する暗号方式により暗号化された後に通信回線を介して利用者から認証者へ送られる過程と、
   をさらに含むことを特徴とする請求項５乃至請求項７のいずれかの項に記載の生体認証方法。

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