JP2005526449A - 音響電子署名生成器をオラクルとして用いるシステムおよび方法 - Google Patents

Abstract

【課題】
【解決手段】ハンドヘルドソニックトークン（１２）が、要求アプリケーションに対して擬似ランダムオラクルとして用いられる。この要求アプリケーションは、トークン（１２）に送られるチャレンジを生成する。トークン（１２）のユーザはトークン（１２）をオラクルとして機能させるかを決定し、機能させる場合には、ユーザはトークン（１２）にチャレンジに電子署名させて、これを要求アプリケーション（３４）に返信し、電子署名チャレンジを暗号化鍵として使用する。暗号化後、要求アプリケーションは、署名チャレンジを削除し、その後、実質的にこの暗号化処理に従って解読される。

Description

本発明は一般的に擬似ランダムオラクルに関する。

技術背景

本願は、“System and Method for Using Acoustic Digital Signature Generator as Oracle”と題された発明のために、２００２年５月１５日に出願された米国仮特許出願番号第６０／３８０，６５２号の優先権を主張する。この米国出願は本願に引用して援用する。

上記特許出願は、人が操作して、秘密情報を表す音響信号を“認証器”、“検証器”または“受信機”と呼ばれる装置に送信して、この信号に基づいてその人を認証できる、ハンドヘルドソニックベースの“トークン”を開示している。この出願から分かるように、ソニックベースのトークンの利点は、音や音から導き出される信号を送受信する大規模な配備されたインフラストラクチャがすでに存在している点にある。特に、音響情報を表すデータを送信するためのグローバルな電話システムが存在し、かつ電話機とは離れており、（インターネットで具体化されているような）この同じシステムによってリンクされている多くの計算装置は、マイクロフォンやスピーカを有している（またはこれらを有するよう容易に変更可能である）。

ここで分かるように、ソニックトークンは、受信機が秘密鍵なしでは個人情報を知ることができないようにする方法で、トークン上の個人情報を送信するという利点を有する。特に、先に参照した出願は、秘密鍵／公開鍵原理を用いてメッセージに電子署名するソニックトークンを開示している。より詳細に言えば、ソニックトークンは、秘密情報（秘密鍵）、および擬似乱数（ＰＮ）をメッセージに組み合わせて、その秘密鍵に対応する公開鍵を持つ者によってのみ本人であると検証可能な署名メッセージにすることで、メッセージに電子署名する。

ここでさらに分かるように、先に議論したソニックトークンの特性により、ソニックトークンは暗号化の目的で擬似ランダムオラクルとして使用するのに適している。さらに言えば、本発明は、アプリケーションが比較的頑強な暗号化鍵を必要とする場合には、トークンのユーザがトークンにアクセスして、暗号化鍵として使用するために、トークン内の秘密情報それ自体ではなく、秘密情報のプロダクトを得ることが選択的に認められる。これにより秘密情報は秘密のままとなる。

ハンドヘルドソニックトークンを擬似ランダムオラクルとして用いることによって、覚えやすいチャレンジを擬似ランダム暗号化鍵へと本質的に変換する方法が開示される。ソニックトークンによって生成される擬似ランダム暗号化鍵は比較的頑強な鍵であり、未承認者が侵入するのは難しい。

それゆえ、暗号化方法には、チャレンジを生成することと、このチャレンジを携帯型トークンへ音響的に送ることとが含まれる。この方法には、トークンを擬似ランダムオラクルとして機能させるかを決定し、機能させる場合には、このトークンに、チャレンジに電子署名させて署名チャレンジにすることがさらに含まれる。署名チャレンジはデータを暗号化するのに使用されるために、音響的に送信される。

好ましくて限定されない実施形態では、署名チャレンジを使用してデータを暗号化する要求アプリケーションによってチャレンジが生成される。必要とされる場合には、このチャレンジは人間可読型式で表示され、ユーザがトークンを擬似ランダムオラクルとして使用させるようにするかを決定することを支援する。

例示的な限定されない実施形態では、トークンは、少なくとも部分的に秘密鍵をチャレンジに組み合わせることで、チャレンジに電子署名する。秘密鍵は秘密であってよく、対応する公開鍵を有していてよい。

必要とされる場合には、署名チャレンジは、同一のチャレンジが提供されたときには常に同一の署名チャレンジにする処理を用いて生成される。例えば、トークンは秘密鍵、および擬似乱数（ＰＮ）をチャレンジに組み合わせることでチャレンジに電子署名でき、チャレンジが署名されると、例えば解読の目的で、次の同一のチャレンジを受信した場合の再利用のために、ＰＮを記憶することが可能である。

別の局面では、暗号化システムには、無線通信経路を使用してチャレンジをトークンへ送信する要求アプリケーションが含まれる。トークンはチャレンジを受信し、秘密鍵で電子署名して署名チャレンジにする。その後トークンは、無線通信経路を用いて署名チャレンジを要求アプリケーションに送信するので、この要求アプリケーションは署名チャレンジを用いてデータを暗号化できる。

さらに別の局面では、暗号化システムには要求アプリケーションからのチャレンジを送信する音響手段と、チャレンジを受信し、これに応じて署名チャレンジを生成する手段とが含まれる。音響手段は署名チャレンジを要求アプリケーションに送信するよう備えられている。この手段はさらに、署名チャレンジを用いて要求アプリケーションに関連したデータを暗号化するように備えられている。

本発明の構成と動作の両方に関する詳細は、同様の参照符号が同様の部分を参照している添付の図面を参照して最もよく理解されるだろう。

まず図１を参照すると、一般的に１０と表されるシステムが示されており、このシステムは、鍵入れまたは他の小さな装置のように構成できる携帯型ハンドヘルドトークン１２を備えている。しかしながら、本発明は、ラップトップコンピュータ、無線ハンドセットまたは電話機、データトランシーバ、あるいはページングおよび位置判定受信機を含む移動通信局のような他のトークン構成に適用され、これらの移動通信局はハンドヘルドであってよく、または、必要な場合には車載型（乗用車、トラック、ボート、飛行機、列車を含む）のように携帯可能であってもよい。無線通信装置は、ユーザ端末、移動局、移動ユニット、加入者ユニット、移動無線または無線電話機、無線ユニット、または、ある通信システムでは単に“ユーザ”および“モバイル”と称されることもある。

いずれにせよ、好ましいトークン１２は、ビジュアルディスプレイ１４および電子データ記憶装置１６を備えている。さらに、トークン１２は擬似乱数（ＰＮ）生成器１８を備えていてもよい。トークンマイクロプロセッサ２０はＰＮ生成器１８およびデータ記憶装置１６にアクセスし、ディスプレイ１４にユーザが読んだり聞いたりできる英数字またはグラフィカルな情報を提供させることができる。

図１に示すように、トークンマイクロプロセッサ２０はマイクロフォン２２から電子信号を受信する。このトークンマイクロプロセッサ２０はマイクロフォン２２が受信した受信音波２４を変換することによって電子信号を生成する。さらに、トークンマイクロプロセッサ２０は電子信号をスピーカ２６に送る。このスピーカ２６は、電子信号を送信された音信号２８に変換する。以下でさらに開示されるように、受信音信号２４はユーザコンポーネント３０からのチャレンジ（例えば暗号化鍵への要求）を表しており、送信された音信号２８は署名チャレンジ（例えば、要求された暗号化鍵）を表している。音響無線通信が好ましいが、他の無線経路、例えばｒｆ経路も利用できる。

ユーザコンポーネント３０は、例えばソフトウェアが実装されたユーザアプリケーション３４を実行する要求マイクロプロセッサ３２を含むコンピュータでありうる。ユーザアプリケーション３４は、例えばワードプロセッシングアプリケーションまたは他の文書生成であり、あるいはより一般的にはデータ生成アプリケーションである。かかるデータ生成アプリケーションは、生成データを比較的頑強な秘密鍵で暗号化するよう望むかもしれない。いずれにせよ、ユーザコンポーネント３０は、チャレンジの音響表現を送信するスピーカ３６と、音響による応答表現を受信するマイクロフォン３８とを備えている。スピーカ３６とマイクロフォン３８のいずれも、要求マイクロプロセッサ３２と通信する。

当該技術分野で知られており、例えば国立標準技術研究所（ＮＩＳＴ）の連邦情報処理標準規格公報１８６−２、２０００年１月、等で規定されている秘密鍵／公開鍵原理にしたがって、トークン１２内の署名アルゴリズム（トークンマイクロプロセッサ２０によって実行される）は、署名されるべきメッセージ、およびＰＮ生成器１８からの乱数“ｋ”を秘密鍵に組み合わせて、ランダム対（ｒ，ｓ）である電子署名にする。好ましくは、トークンマイクロプロセッサ２０は、トグルスイッチ、音声起動装置、またはプッシュボタンのような１つ又は複数の起動素子４０から起動信号を受信すると、署名アルゴリズムを実行する。トークンマイクロプロセッサ２０が、デジタルプロセッサだけでなく、当該技術で知られた必要不可欠なクロック、アナログ・デジタル変換回路、およびデジタル・アナログ変換回路を備えていてもよいことが理解されるべきである。

トークンマイクロプロセッサ２０は、複数の起動素子４０が使用されるときに１つ又は複数が記憶装置１６内のそれぞれの秘密鍵と関連づけられるように、データ記憶装置１６にアクセスする。秘密鍵／公開鍵対のうちの１つ又は複数の秘密鍵に加えて、データ記憶装置１６は公開鍵ＩＤを保持する。必要な場合には、以下で開示される１つの限定されない例示的な実施形態にしたがって、チャレンジに対するＰＮの相関関係とともに、すでに生成され、チャレンジに署名するために使用されているＰＮも保持する。

図２は、本発明の暗号化ロジックを示す。ブロック４２から開始すると、例えばユーザアプリケーション３４によってチャレンジ（例えば、語句“パスワード”のような覚えやすいチャレンジ）が生成され、図１を参照して先に議論されたような通信経路を利用して、ユーザコンポーネント３０によってトークン１２に送られる。必要とされる場合には、ブロック４４で、トークン１２はチャレンジを、更に必要な場合にはチャレンジのソースを、ディスプレイ１４上に人間可読な型式で表示できるので、ユーザは判断部４６で、トークン１２を擬似ランダムオラクルとして機能させるかを決定できる。ユーザがオラクルの目的でアプリケーション３４をトークン１２へアクセスさせないと決定した場合には、ロジックは状態４８で終了する。

これに対して、ユーザがトークン１２をオラクルとして機能させると決定した場合には、ユーザは、例えば起動素子４０を操作することでその旨を表示できる。その後ロジックは判断部４６からブロック５０へ進む。ここで、トークンはチャレンジに電子署名して署名チャレンジにする。ある好ましくて限定されない実施形態では、トークンは、同一のチャレンジが提供されたときには常に同一の署名チャレンジにする署名処理を用いる。例えば、トークン１２はデータ記憶装置１６内の秘密鍵をチャレンジに組み合わせるが、ＰＮ生成器１８からのＰＮは組み合わせない場合もある。あるいは、従来的な秘密鍵プロトコルが用いられてもよい。ここでは、署名チャレンジは秘密鍵とＰＮの両方をチャレンジに組み合わせるが、使用される特定のチャレンジに対するＰＮの相関関係とともに、その後データ記憶装置１６に記憶されているＰＮを組み合わせることなく生成される。

ブロック５２に移って、トークン１２は、ユーザアプリケーション３４が署名チャレンジを暗号化鍵として使用するために、先に開示された通信経路を利用して署名チャレンジをユーザコンポーネント３０に送り、ブロック５４で、例えば当該技術で知られているＤＥＳ暗号化原理を利用してデータを暗号化する。好ましくは、その後このアプリケーションはブロック５６に進み、そのメモリから、および署名チャレンジが記憶されているユーザコンピュータ３０に関連した任意の周辺記憶装置（例えば、ハードディスクドライブ）から署名チャレンジを削除する。

データの解読が必要とされる場合には、図３のロジックが呼び出される。ブロック５８で開始して、図２で使用された同一のチャレンジが、ユーザコンポーネント３０によってトークン１２へ送られる。必要とされる場合には、ブロック６０で、トークン１２は人間可読な型式でディスプレイ１４上にチャレンジを表示するので、ユーザは、判断部６２において、解読するためにトークン１２を擬似ランダムオラクルとして機能させるかを決定できる。ユーザが、機能させないと決定した場合、このロジックは状態６４で終了する。そうでなければ、このロジックはブロック６６に進み、ここでトークンはチャレンジに電子署名して署名チャレンジにする。同一の入力チャレンジが提供される場合にはトークンが常に同一の署名チャレンジを生成ることが好ましいような上記好適でかつ限定されない実施形態では、トークンは、例えばＰＮを必要としない署名処理を用いた暗号化のために生成されたのと同じ署名チャレンジを再生成することができる。あるいは、以下の例外はあるものの、従来的な秘密鍵プロトコルを使用して同一の署名チャレンジを再生成することができる。暗号化されている間の署名チャレンジを生成させるために使用され、その後、（チャレンジの相関関係とともに）データ記憶装置１６に記憶されたＰＮは、ブロック６６において、チャレンジに基づいて取り出され、チャレンジおよび秘密鍵と組み合わされて署名チャレンジとなる。

ブロック６８に移ると、ユーザアプリケーション３４が署名チャレンジを使用するために、トークン１２はユーザコンポーネント３０へ署名チャレンジを送り、ブロック７０でデータを解読する。好ましくは、その後、アプリケーションがブロック７２に進み、そのメモリから、および署名チャレンジが記憶されているユーザコンピュータ３０に関連づけられた任意の周辺記憶装置（例えば、ハードディスクドライブ）から署名チャレンジを削除する。

ここに示され、詳細に説明された特定の音響電子署名生成器をオラクルとして用いるシステムおよび方法は、本発明の上述した目的を十分に達成することができる。一方で、これが本発明の現在の好ましい実施形態であり、本発明により広く解釈される主題を示しており、本発明の主題が当業者にとって自明な他の実施形態を十分に含み、したがって本発明の範囲は添付の特許請求の範囲以外のものでは限定されないということが理解されなければならない。ここで、単数形での要素の参照は、明確にそのように述べてあるとき以外は“１つおよび１つのみ”を意味するよう意図されているものではなく、むしろ“１つ又は複数”を意味している。当業者がすでに知り、または知ることになろう上述の好ましい実施形態の要素に対するすべての構造的および機能的な均等物はここに参照により明確に組み込まれ、本発明の特許請求の範囲に含まれるよう意図されている。さらに、装置または方法は必ずしも本発明により解決されるよう求められるそれぞれかつすべての課題を処理するものではなく、装置または方法は本発明の特許請求の範囲に含まれるべきものである。さらに、本発明の開示におけるどの要素、コンポーネント、方法ステップも、要素、コンポーネント、または方法ステップが明確に特許請求の範囲で述べられているかどうかとは一般的に無関係に表現されるよう意図される。どのクレームされている要素もここでは米国特許法第１１２条第６パラグラフの規定に準拠するよう構成されなければならず、要素が明確に方法クレームの場合に“ミーンズフォー（means for）”の語句を使用して述べられていない限り、要素は“動作（act）”ではなく“ステップ（step）”として述べられる。

図１は、本発明のシステムのブロック図である。 図２は、暗号化論理のフローチャートである。 図３は、解読論理のフローチャートである。

Claims (20)

1. チャレンジを生成することと、
   前記チャレンジを音響的に携帯型トークンへ送ることと、
   前記トークンを擬似ランダムオラクルとして機能させるかを決定し、そのように機能させる場合には、前記トークンに前記チャレンジに電子署名させて署名チャレンジにすることと、
   前記署名チャレンジを音響的に送信することと、
   前記署名チャレンジを用いてデータを暗号化することとを含む暗号化方法。
2. 請求項１に記載の方法において、前記チャレンジは要求アプリケーションによって生成され、この要求アプリケーションは、前記署名チャレンジを用いてデータを暗号化した後、前記署名チャレンジを削除する。
3. 請求項２に記載の方法において、前記チャレンジは決定動作を容易にするため人間可読フォームで表示される。
4. 請求項１に記載の方法において、前記トークンは、少なくとも部分的に秘密鍵を前記チャレンジに組み合わせることによって前記チャレンジを電子署名する。
5. 請求項４に記載の方法において、秘密鍵は秘密であり、対応する公開鍵を持つ。
6. 請求項４に記載の方法において、前記署名チャレンジは、第１のチャレンジが提供されるときは常に第１の署名チャレンジにする処理を用いて生成される。
7. 請求項６に記載の方法において、前記トークンは、少なくとも部分的に秘密鍵、および擬似乱数を前記チャレンジに組み合わせることによって前記チャレンジを電子署名し、前記方法は、
   前記擬似乱数を記憶して、次のチャレンジを受信すると、前記擬似乱数を再利用してこのチャレンジに署名することを更に含む。
8. 無線通信経路を用いて、少なくとも１つのチャレンジを少なくとも１つのトークンに送信する少なくとも１つの要求アプリケーションと、
   前記チャレンジを受信し、少なくとも１つの秘密鍵を用いてこれに電子署名して署名チャレンジにする少なくとも１つのトークンとを備え、
   前記トークンは、無線通信経路を用いて前記署名チャレンジを前記要求アプリケーションに送信し、前記要求アプリケーションは前記署名チャレンジを用いてデータを暗号化する暗号化システム。
9. 請求項８に記載のシステムにおいて、前記要求アプリケーションはデータの暗号化後、前記署名チャレンジを削除する。
10. 請求項８に記載のシステムにおいて、前記トークンはユーザに対して前記チャレンジを表示し、前記ユーザが、前記トークンに前記チャレンジへの署名および／または前記チャレンジの送信を許可するかを決定するのを容易にする。
11. 請求項８に記載のシステムにおいて、前記無線通信経路は音響経路である。
12. 請求項８に記載のシステムにおいて、前記署名チャレンジは、第１のチャレンジが提供されたときには常に第１の署名チャレンジにする処理を用いて生成される。
13. 請求項１２に記載のシステムにおいて、前記トークンは、少なくとも部分的に秘密鍵、および擬似乱数を前記チャレンジと組み合わせることによって前記チャレンジに電子署名し、前記トークンは前記チャレンジに署名した後に前記擬似乱数を記憶し、次のチャレンジを受信すると、前記擬似乱数を再利用してこのチャレンジに署名する。
14. 要求アプリケーションからのチャレンジを送信する音響手段と、
    前記チャレンジを受信し、これに応じて署名チャレンジを生成する手段と、
    前記署名チャレンジを前記要求アプリケーションに送信する音響手段と、
    前記署名チャレンジを用いて、前記要求アプリケーションに関連したデータを暗号化する手段とを具備する暗号化システム。
15. 請求項１４に記載のシステムにおいて、受信および生成する手段は、ユーザから、発生させるよう許可を受けたことに応じてのみ、前記署名チャレンジを生成する。
16. 請求項１４に記載のシステムにおいて、前記受信および生成する手段は、前記チャレンジに応じて常に同一の署名チャレンジを生成する。
17. 請求項１４に記載のシステムにおいて、前記受信および生成する手段は、ハンドヘルドソニックトークンを含む。
18. 請求項１５に記載のシステムにおいて、前記チャレンジを表示する手段を更に具備する。
19. 請求項１４に記載のシステムにおいて、前記受信および生成する手段は、少なくとも部分的に秘密鍵、および擬似乱数をチャレンジに組み合わせることによって前記チャレンジに電子署名する。
20. 請求項１９に記載のシステムにおいて、チャレンジが署名された場合には、前記擬似乱数を記憶し、次のチャレンジを受信すると、前記擬似乱数を再利用してこのチャレンジを署名する手段をさらに具備する。

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