JP2007537527A - 識別システム - Google Patents

Abstract

本発明は次のように要約できる。本発明は識別システムに関する。該システムでは、識別体は不均一材料からなる物体であり、該物体の識別は、それを機械的振動、特に音響振動にかけ、その機械的振動の伝搬が物体中に存する異質物によってどのように影響されるかを観測し、以前の観測に基づいて物体を認識することによって行われる。そのような識別体は、情報担体と関連付けられていることもできる。それにより信頼できる情報担体の認証、限定アクセスもしくはコピー保護方式が許容される。本発明に基づく物体の音響識別は、当技術分野において既知の光学的識別への代替と見ることができる。この代替は、光学的識別に比べ、より高い堅牢性、識別システムにおけるさまざまな簡素化、およびより低い実装費用を特徴とする。本発明は、鍵の生成のために応用されることもできる。

Description

本発明は、識別システムに、識別体を識別する装置に、識別体デバイスに、情報担体に、および識別体を識別する方法に関する。本発明はさらに、鍵生成システムに、識別体から鍵を生成する装置に、および識別体から鍵を生成する方法に関する。

冒頭段落で述べた型の識別システムの実施例は、US-6584214から知られる。それによれば、複雑な物理的構造の三次元特性が該構造を識別するための機能において使われる。物理的構造は不均一材料、たとえば恒久的に分散した粒子または気泡を含むポリマー基質の試料でありうる。該構造はコヒーレント光ビームを照射されることができ、それによりスペックルパターンが光源と試料に関して適切に配置された光検出器で検出できる。スペックルパターンは試料の内部的な微細構造と入射放射の両方に依存するので、入射放射、すなわちチャレンジ（誰何）に対する物理構造のレスポンス（応答）、すなわち物理的関数を表している。

物理的構造の複製を物理的に製作すること、あるいはその数学的モデルを構築するだけのことでさえ不可能といえるほど困難なため、物理的構造は識別システムにおける識別体（identifier body）として使われるのに好適である。そのような識別体は、たとえばクレジットカードのような品目に埋め込みまたは関連付けされていて認証を助けてもよい。詳しくは、その品目を使う必要があるたびに、その使用を可能にする前に、識別体がチャレンジをもって誰何され、得られたレスポンスが期待されるレスポンスと比較される認証手続きが行われる。期待されるレスポンスはいわゆる登録段階において前もって収集されている。

既知のシステムの欠点は、レスポンスの比較的複雑な検出を含み、特に、複雑で高価な構成要素である光検出器の使用を必要とすることである。

本発明の第一の目的は、識別体の比較的単純な識別を許容する識別システムを提供することである。

本発明の第二の目的は、識別体の比較的単純な識別を許容する、識別体を識別する装置を提供することである。

本発明の第三の目的は、比較的単純な装置によって識別できる識別体デバイスを提供することである。

本発明の第四の目的は、比較的単純な装置によって識別できる情報担体を提供することである。

本発明の第五の目的は、識別体の比較的単純な識別を許容する、識別体を識別する方法を提供することである。

本発明の第六の目的は、鍵の比較的単純な生成を許容する鍵生成システムを提供することである。

本発明の第七の目的は、前記鍵の比較的単純な生成を許容する、識別体から鍵を生成する装置を提供することである。

本発明の第八の目的は、前記鍵の比較的単純な生成を許容する、識別体から鍵を生成する方法を提供することである。

本発明によれば、前記第一の目的は請求項１記載の識別システムによって達成される。

本発明は、物体中の機械的振動の伝搬についての新たな洞察に基づいている。
本発明人らによって実施された実験によれば、たとえば異質物を含むポリマー基質の試料のような非均一非等方材料からなる物体の三次元特性は、その三次元特性を明瞭に反映する仕方で機械的振動の伝搬に直接的に影響することが示されている。三次元特性とはたとえば、異質物の量、大きさ、形および位置のようなものである。物体に機械的振動を加え、第一試行において機械的振動の伝搬を観測することは、第二試行において、同様の条件で生成された機械的振動の伝搬を再び観測してそれを以前の観測と比較することによって物体の識別を可能にする。

したがって、こうした実験により、そのような物体が識別システムにおいて識別するもの、すなわち識別体として使用されるのに好適であることが示される。その属性のいくつかが、それを他の物体から区別し、認識することを可能にするからである。同じ理由により、そのような物体が暗号化／復号の鍵、一意的な識別番号または乱数の生成のためにも使用できることは明らかである。識別体のチャレンジとはそれを第一の機械的振動にかけることであり、一方でレスポンスとは識別体を伝搬する第一の機械的振動に起因する第二の機械的振動である。レスポンスが検出され、次いで期待されるレスポンスに関係する認証情報と比較される。期待されるレスポンスとはすなわち、そのチャレンジを用いて識別体を誰何したときに期待される、以前の観測に基づくレスポンスである。この比較により識別体が識別される、すなわち異なる物体から区別される。

本発明に基づく識別システムは、識別体の単純な、特に光学的識別に基づく既知の識別システムよりも単純な識別を許容する。実は、チャレンジユニットおよび検出ユニットの実装は簡単である。たとえば電気信号から機械的振動を生成し、また機械的振動から電気信号を生成するのに要するのは、安価で市販されている単純なトランスデューサーのような構成要素の使用である。既知の識別システムにおけるような光検出器の使用はなくすことができ、装置の機械的側面においても、検出されたレスポンスの処理においても単純化につながる。さらなる利点として、チャレンジユニットおよび検出ユニットの識別体に対する機械的位置合わせに関する公差は、本発明に基づく識別システムでは既知の識別システムに比べて厳しくない。これは主として関係する周波数の波長がより長いためである。

好ましくは、前記第一の機械的振動は識別体の第一の点で加えられ、前記第二の機械的振動は識別体の第二の点で検出される。これが請求項２で請求される。

ある実施形態では、本発明に基づく識別システムは、請求項３記載の特徴を有する。この実施形態では、複数のチャレンジが許容される。この方策のねらいは、識別システムの安全性を強化することにある。実際、攻撃者はある認証段階の間に識別体がチャレンジをもって誰何されるときに生成されるレスポンスを観測しようと試みることができ、その観測に基づいてその後の認証段階において識別システムをだまそうとするものの、そのようなことをする困難は、識別のために生成され、使用されうるチャレンジの数とともに増大する。複数チャレンジが利用できることで、認証段階の実装についていくつかの可能性が開ける。これは、利用可能なチャレンジのうちの一つ、いくつかまたは全部の使用を見越しておくことができる。利用可能なチャレンジの一つまたはいくつかが使用される場合、好ましくはそれらのチャレンジはランダムに、あるいは任意の反復でない仕方で選ぶことができ、それにより攻撃を遂行する困難をさらに増すことができる。

請求項３記載の識別システムはまた、本発明に基づく識別システムの追加的な利点も利用する。その利点とは、固体材料中を機械的振動が伝搬するのが比較的遅いという事実のため、当該システムが本来的に遅速応答系であるということである。遅速応答系は、事前公開されていない欧州特許出願第03104226.0号および第03103931.6号（それぞれPHNL031345およびPHNL031296）に概説されているような、攻撃者が、あらゆる可能なチャレンジに対するレスポンスを観測することによって識別システムをだまそうとすることをきわめて困難にする。

本発明に基づく、複数チャレンジおよび反復的レスポンスをもつ識別システムを提供する第一の可能性は、請求項４の機能を特徴付けることにおいて記述される。それによれば、異なる周期的な機械的振動が生成されうる。

特に、使用される周波数は可聴周波数領域にあることができる。これにより前記トランスデューサーとして入手が容易で単純な音響トランスデューサーを使用できる。

前記第一の可能性と組み合わせても使用できるある第二の可能性は、請求項５の機能を特徴付けることによって与えられる。実は、第一の点および第二の点のうち少なくとも一つを変動させることは、得られるレスポンスを変動させる効果を有するので、実質的に異なるチャレンジが加えられるということを意味する。

本発明に基づく識別システムは、請求項６記載のように、識別体に結合された情報担体および該情報担体にアクセスする装置を有しうる。この場合、識別体は該識別体に結合されている情報担体の認証のために使用されうる。こうして、限定アクセス（conditional access）および／またはコピー保護方式の実装ができるようになる。特に、識別体は情報担体に埋め込まれていてもよい。あるいはまた、情報担体自身が識別体として扱われてもよい。

ある実施形態では、本発明に基づく識別システムは請求項７の特徴を有する。それによれば、チャレンジユニットおよび検出ユニットは識別体を識別する装置内に含まれる。

請求項７に係る実施形態への代替であるもう一つの実施形態では、本発明に基づく識別システムは請求項８の特徴を有する。このシステムは、トランスデューサーが識別体と一緒に識別体デバイス（identifier device）の中に組み込まれているという事実のため、第一の振動および第二の振動が識別体の固定した位置において一貫性をもって生成／検出され、それにより識別システムの機械的側面におけるさらなる単純化が許容されるので、特に堅牢である。既知の識別システムにあるような、チャレンジユニットと検出ユニットに関する識別体の精密な機械的位置合わせは、この実施形態によれば完全に克服される。

請求項７または８に基づく識別システムでは、識別体を識別する装置は検証ユニットをも有していてもよい。あるいはまた、検証ユニットは当該装置に接続可能なリモートコンピュータ内に収容されていてもよい。あるいは当該装置とリモートコンピュータとの間で分散していてもよい。

さらに、認証情報は、情報担体に、検証ユニット中に存在するメモリに、あるいは識別体を識別するための装置に接続可能なリモートデータベースに保存されていてもよい。情報担体の種類および意図される用途に基づいて、これらの可能性の一つが最も好適となる。安全性のレベルをさらに高める方策として、認証情報は、情報担体、検証ユニット中に存在するメモリおよびリモートデータベースのうちの少なくとも二つにわたって分散されていてもよい。

請求項６記載のように情報担体および該情報担体にアクセスする装置が存在している請求項７または８に基づく識別システムでは、識別体識別装置および情報担体アクセス装置は互いに一体で、単一の装置が識別体を識別するためと情報担体にアクセスするための両方に使用できてもよい。

第一の点および／または第二の点を変動させるという発想は、請求項８に基づく識別システムに適用されると、請求項９を特徴付ける機能として有利に実装できる。この実施形態では、チャレンジユニットと検出ユニットのうちの少なくとも一方が追加的なトランスデューサーを有し、したがって、異なるトランスデューサーを選択的に有効にすることによって、チャレンジおよびその結果得られるレスポンスの数を増すことが可能である。追加的または代替的に、第一のトランスデューサーおよび第二のトランスデューサーは、請求項１０記載のように、その機能を入れ換えることができる。このことは、チャレンジおよびその結果得られるレスポンスの数を増すのと同じ効果を持つ。

本発明によれば、前記第二の目的は、請求項１１記載の、以上の議論からわかるような識別体を識別する装置によって達成される。識別体が、請求項８記載のように第一のトランスデューサーおよび第二のトランスデューサーとともに識別体デバイスに含まれているのでなければ、請求項１２記載のように、第一のトランスデューサーおよび第二のトランスデューサーはそれぞれ当該装置のチャレンジユニットおよび検出ユニットに組み込まれていてもよい。

本発明によれば、前記第三および第四の目的はそれぞれ、請求項１３記載の識別体デバイスおよび請求項１６記載の情報担体によって達成される。

有利な諸実施形態では、識別体デバイスは請求項１４または１５記載の特徴を有していてもよい。

本発明によれば、前記第五の目的は請求項１７記載の識別体を識別する方法によって達成される。

本発明によれば、前記第六、第七、第八の目的は、それぞれ、請求項１８記載の鍵生成システムによって、請求項１９記載の識別体から鍵を生成する装置によって、および請求項２０記載の識別体から鍵を生成する方法によって達成される。

これらのことを含む本識別システム、装置、識別体装置、情報担体および方法のさまざまな側面について、これから図面を参照しつつさらに解説、説明する。

図１は、本発明に基づく識別システムの第一の実施形態を示しているが、識別体１０、識別体１０をチャレンジ１２をもって誰何するためのチャレンジユニット１３、レスポンス１１を検出するための検出ユニット１４および検出されたレスポンス１１を認証情報１６と比較する検証ユニット１５を含んでいる。認証情報というのは、期待されるレスポンス、すなわち、認証情報１６が識別体１０に結び付けられている場合のレスポンス１１に関係している。

検証ユニット１５によってなされる比較は、２つの値の単なる比較と考えてはならない。厳密には比較が行われる前の、レスポンス１１および認証情報１６のうち少なくとも一方の処理なども含みうるものである。比較が一致を生じるかどうかに依存して、識別体デバイス１０が認識されるかされないかする。

本発明によれば、チャレンジ１２は識別体１０に加えられる第一の機械的振動であり、これが第二の機械的振動を引き起こし、その第二の機械的振動がレスポンス１１として検出される。

第一の機械的振動は、識別体１０の第一の点１７で加えられることができる。そこから識別体１０を通って別の第二の点１８まで伝搬する。この場合、第二の機械的振動は、第二の点１８において存在する機械的振動によって表されている。しかし、第二の機械的振動は、識別体１０の、第一の機械的振動が加えられたのと同じ点１７における、ただし識別体１０内を第一の機械的振動が反響するのに十分な時間が経過したあとでのみの機械的な振動によって表されることもできる。

識別体１０は原理的には、不均一材料のいかなる一片でもよく、たとえば平行六面体または円柱などいかなる好適な形でもよい。それはたとえば、異質物が分散した硬化状態の樹脂からなっていてもよい。代替としては、不規則な界面によって結合された異なる材料の二つ以上の層からなっていてもよい。

識別体１０に存在する異質物または不規則界面は、異なる三次元特性を有する識別体と比べての該識別体１０の三次元特性を明瞭に反映する仕方で、該識別体内での機械的振動の伝搬に影響する。

識別体１０が一意的となるために、不均一材料は、ランダムな、再現不可能な工程によって生成されることができる。たとえば、流動状態の樹脂中に粒子または気泡を分散させ、樹脂を硬化させ、そこから一部分を切り出すといったことである。

こうして得られる識別体は、物理的に複製することは不可能といえるほどに困難となりうる。特に、異質物が多数存在する場合、さまざまな種類がある場合、および大きさが微小である場合はそうである。

図２ａは、大きさ、形状およびその他のマクロな特徴は同じだが、三次元特性の異なる３つの識別体１０、１０′、１０″を示している。すなわち、これら３つの識別体１０、１０′、１０″のそれぞれに存在する異質物の数および／または位置は異なり、可能性としては該異質物の大きさおよび／または形状も異なっている。３つの識別体１０、１０′、１０″に同じチャレンジ１２が加えられる。これは、３つの識別体１０、１０′、１０″で同じ相対位置にある第一の点１７、１７′、１７″において同じ第一の機械的振動が加えられるということ、そして３つの識別体１０、１０′、１０″で同じ相対位置にある第二の点１８、１８′、１８″においてそれぞれ第二の機械的振動がレスポンス１１、１１′、１１″として検出されることを意味している。機械的振動は、粒子の静止位置からの変位に関連している。その振幅対時間関係をグラフで表すことができる。図２ｂに示すのは、第一の機械的振動１２を表すグラフ２０ならびに３つのレスポンス１１，１１′、１１″のそれぞれのグラフ２１、２１′、２１″である。３つの識別体１０、１０′、１０″の異なる三次元特性の結果として、グラフ２１、２１′、２１″は異なっている。したがって、これはそれぞれのレスポンス１１、１１′、１１″を観測することによって認識すなわち識別されることができる。

したがって、上述のように、機械的振動をかけられる識別体は、識別システムにおいて識別子として適正に使用されるための必要な特徴を有している：
・他の任意の識別体から区別できるようにする属性すなわちチャレンジ・レスポンス挙動を有する。
・物理的に複製するのはきわめて困難である。
・モデル化する、すなわち所与のチャレンジに対するレスポンスを予言する、あるいは所与のレスポンスを引き起こすチャレンジを推定することを可能にする数学的関係を構築することがきわめて困難である。

認証段階において、先に説明したように、識別体１０はレスポンス１１を認証情報１６と比較することによって識別される。認証情報１６はレスポンス１１の以前の観測から導かれる。具体的には、認証情報１６は、通例「登録段階」と称される段階の間に、識別体１０にいかなる認証段階でもするようにチャレンジ１２を与えて決定できる。結果として生じるレスポンス１１が検出され、それに関する情報すなわち認証情報１６が決定される。認証情報１６は検出されたレスポンス１１の記録であってもよいし、あるいは検出されたレスポンス１１に対して実行された測定値の集合であってもよい。測定値の例は、第一高調波の振幅、何らかの高次高調波の振幅および第一の機械的振動の位相に対する位相のずれなどである。

あるいはまた、認証情報１６は、そのような記録または測定値の集合に適用される数学的関数の結果であってもよい。該関数は、秘密の関数でもよいし、および／またはハッシュ関数のような一方向性関数であってもよい。

したがって、先に注意したように、検証ユニット１５による認証段階の間になされる比較は、２つの値の単なる比較と考えてはならない。最もストレートな応用では、登録段階の間に認証情報１６を決定するためにレスポンス１１に適用されたのと同じ演算が、認証段階の間に検出されたレスポンス１１にも適用され、中間結果が得られる。これは厳密には比較の前であり、比較はこの中間結果と認証情報１６との間で行われる。代替としては、認証情報１６のさらなる処理が必要とされてもよい。たとえば、認証情報１６が暗号化されている場合、比較に先立って復号しなければならないなどである。

図３ａは、物理的な関数としてはたらく識別体１０の属性を図解している。

物理的な関数としてはたらく識別体１０は、識別体１０に適用できるチャレンジ３２の集合を代表するチャレンジ３４を入力として受け取り、個別レスポンス３１の集合に属する個別レスポンス３３を出力する。

異なるチャレンジを加える方法はいくつかある。たとえば、異なる機械的振動、すなわち、異なるグラフで表せる機械的振動を加えるなどである。たとえば、第一の機械的振動が周期振動である場合、振幅、周波数および／または周期振動の波形は、異なるレスポンスを得るために変動させることができる。異なるレスポンスはまた、第一の点および第二の点のうちの少なくとも一方を動かすことによっても得ることができる。この議論の目的上、チャレンジの用語は、加えられる第一の機械的振動の選択ならびに第一の点および第二の点の両方の選択を含むものと意図される。というのも、これらの用語はすべて検出されるレスポンスへの影響を有するからである。

この属性は、より安全な識別システムを作るために使うこともできる。識別体１０の識別は、単一の可能なレスポンス１１ではなく、個別レスポンス３１の集合のうちからの一つまたは複数のレスポンスに依存してなされることができるからである。そのような識別システムは、単一のレスポンス１１に基づく識別システムより安全である。というのも、攻撃者は以前の認証段階において観測されたレスポンス１１を人為的に検出ユニット１４に与えることによって検証ユニット１５をだまそうとするかもしれないからである。しかし、そのような攻撃を実施する困難は可能なレスポンスの数とともに増大する。攻撃者はシステムをだます試みに先立ってあらゆるチャレンジおよびレスポンスを観測していなければならないからである。識別は、チャレンジ３２の集合に属するチャレンジの部分集合をもって識別体１０をチャレンジすることによって実行されてもよい。ここで、チャレンジ３２の集合は数1000など多数のチャレンジを有しており、部分集合は一ないし数チャレンジしか含まない。この一ないし数チャレンジは、認証段階のたびにチャレンジ３２の集合からランダムに、あるいはその他反復でない任意の仕方で選ばれる。

この場合、有利には、認証情報１６は図３ｂに示すような表３０の形を有しうる。ここで、各行はチャレンジ３２の集合に属するあるチャレンジ３４に関する記録３５を表している。記録３５は第一フィールド３６において、チャレンジ３４に第一の一方向性関数を適用した結果を有し、第二フィールド３７には対応するレスポンス３３に第二の一方向性関数を適用した結果を有する。

認証情報１６はさらに、どのチャレンジがチャレンジ３２の集合に厳密に属しているかを示す情報をも含みうる。そのように構築された認証情報１６に基づく認証方法についてのさらなる詳細および関連する実施形態は、事前公開されていない欧州特許出願04100710.5（PHNL040178）に見出すことができる。

そのような識別システムは、認証体１０に関連付けられたオブジェクトの認証に適用できる。唯一の条件は、オブジェクトと識別体１０との間の関連付けが壊したり、細工したりするのが困難だということである。典型的な実施形態では、このオブジェクトは情報担体でありうる。この用途は、情報担体および／またはそこに含まれる任意の情報が偽造されたものでないかどうかを評価することが重要であるいかなる種類の情報担体についても有用となりうる。その例としては、クレジットカード、銀行カード、顧客カード、電子マネーを含むカード、他の任意の種類のＩＣカードもしくはバッジ、またはたとえば音楽、映画またはソフトウェアを収録するためのＣＤもしくはＤＶＤのような光ディスクのようなコピー保護されたコンテンツの情報担体である。

図４は、本発明に基づく識別システムの実施形態を示している。ここでは識別体は情報担体に関連付けられている。この実施形態では、識別システムはさらに、識別体１０に関連付けられた情報担体４０および情報担体にアクセスするための装置４１を有する。チャレンジユニット１３および検出ユニット１４は、識別体識別装置４２にまとめられている。識別体を識別するこの装置４２はその他さまざまな部品、特にチャレンジユニット１３および検出ユニット１４を動作させるためのマイクロプロセッサならびにプログラムを保存するためのメモリを有していてもよい。識別体識別装置４２はスタンドアローン構成でもよいし、同じような装置とともにネットワークを介してリモートコンピュータに接続されているのでもよい。

検証ユニット１５も識別体識別装置４２の一部であってもよい。特に、識別体識別装置４２がスタンドアローン構成の場合はそうである。しかし、識別体識別装置４２がリモートコンピュータに接続されている場合、識別ユニット１５も該リモートコンピュータ内に収容されていてもよいし、あるいはリモートコンピュータと識別体識別装置４２との間で分散されていてもよい。

認証情報１６は検証ユニット１５内に存在するメモリ中に恒久的に保存されていてもよいが、情報担体４０内や識別体識別装置４２に接続可能なリモートデータベース内に存在していてもよい。後者の場合、検証に先立ち、認証情報１６が検証ユニット１５に転送されることが必要になる。上記のうち第一の可能性は、情報担体４０が単一の装置によって繰り返しアクセスされる、たとえば建物の入口のバッジリーダーのような用途に最も好適でありうる。上記のうち第二の可能性は、コピー保護されたコンテンツを担持する情報担体に最も好適であるように思われる。これに対し、第三の可能性は、たとえばクレジットカードや銀行カードに最も好適であるように思われる。安全性のレベルをさらに高める方策として、認証情報１６は、情報担体４０、検証ユニット１５中のメモリおよびリモートデータベースのうちの少なくとも２つにまたがって分散されてもよい。

識別体１０と情報担体４０との間で壊したり偽造したりするのが難しいような関連付けを実装するにはさまざまな方法がある。識別体１０は情報担体４０に埋め込まれていてもよいし、情報担体４０と一体であってもよい。それにより、識別体１０を取り出し、置き換えまたは修正しようと試みれば情報担体４０および／または識別体１０に致命的な損傷を与えるようにするのである。

同じような効果は、認証情報１６を情報担体４０内に保存すれば、識別体１０と情報担体４０が物理的に別個の場合にさえも得られる。認証情報１６は変更がきわめて困難になるような仕方で保存でき、識別体１０に関する認証情報１６が別の識別体に関する別の認証情報と等しくなる可能性はきわめて低いからである。

したがって、この実施形態によれば、本発明の識別システムは、情報担体４０の認証のために使用できる。情報担体４０は、たとえばＣＤ−ＲまたはＣＤ−ＲＷと同様の情報担体のような、ユーザーによって記録可能な情報担体であってもよい。これはシステムがコピー保護された素材の管理されたコピーを、可能性としては空の記録可能情報担体の価格に組み込まれる課徴金と引き換えに、許容することを想定している。

しかし、本発明の識別システムは、情報担体の識別以外の目的に、たとえば一意的な識別番号または暗号化／復号鍵の生成のためなどにも使用可能である。さまざまな用途において、識別体１０はチップ内に埋め込まれていて、チップの一意的な識別番号の生成に使われてもよい。あるいは識別システム全体がＡＴＭ機のような端末に組み込まれて認証を可能にしてもよい。

情報担体４０が本物かどうかを確かめるために検証ユニット１５によってなされる評価は、図５に示すように、限定アクセス方式の実装のために活用できる。この実施形態では、識別体１０は情報担体４０に埋め込まれており、この情報担体４０はユーザー情報５０および認証情報１６を有している。情報担体アクセス装置４１および識別体識別装置４２は互いに一体である。情報担体４０が装置４１、４２に挿入されると、認証情報１６は認証情報読み取りユニット５１によって読み込まれ、検証ユニット１５に転送される。ユーザー情報５０はユーザー情報読み取りユニット５２によって読み取られ、限定アクセスユニット５３を介して表現（レンダリング）ユニット５４に転送される。ここで限定アクセスユニット５３がユーザー情報５０の表現ユニット５４への転送を可能にするのは、情報担体４０が本物であること、すなわち所与のチャレンジへの単数または複数のレスポンスが期待されたとおりであることが検証ユニット１５によって確認される場合にのみである。

限定アクセスユニット５３への代替として、情報担体４０が本物であると見出されなかった場合に警告メッセージを生成することができる。あるいは情報担体４０の本物性についての情報をのちの使用のために単に保存しておくこともできる。

ユーザー情報５０の一部だけが限定アクセスの対象で、残りのユーザー情報に対しては限定なしの自由なアクセスが提供されることも可能である。情報担体４０が保有者にある処理、たとえば銀行口座からの金の引き出しを実行することを許容するよう意図とされている場合、限定アクセスユニット５３がそのような処理を可能にする。

情報担体４０の目的であるユーザー情報５０はたとえば、オーディオ録音、映画、コンピュータプログラムまたは特にＩＣカードの場合はカード保有者がある種の処理を実行するのを可能にするためのカード保有者の詳細もしくはカード識別番号でありうる。

図面では、ユーザー情報５０および認証情報１６が２つの相異なるユニットによって読み取られることが示されているが、認証情報読み取りユニット５１およびユーザー情報読み取りユニット５２が互いに統合されていることも可能である。

認証情報１６はレスポンス１１にのみ関係するのでもよい。すなわち、情報担体４０上に存在するその他の任意のデータ、特にユーザー情報５０からは独立していてもよい。あるいは情報担体４０上に存在する他のデータにも関係していてもよい。たとえば、情報担体４０が保有者の個人的な詳細情報をユーザー情報５０として含んでいるＩＣカードであれば、認証情報１６は個人的な詳細情報の、およびレスポンス１１の暗号学的サマリーでありうる。

情報担体４０に存在する認証情報１６は、初期に登録段階の間に決定されたのちにそこにあらかじめ記録されていることができる。認証情報１６は、やはりユーザー情報５０を含むよう設計されている記憶領域の所定のセクション、好ましくはいかなるユーザーによる利用ともかちあわないセクション、より好ましくはユーザーに対しては完全に不可視のものとして扱われるセクションを占めることができる。そのようなセクションは、光ディスクの場合、リードイン領域またはリードアウト領域にあるセクションによって表されることができる。あるいはまた、認証情報１６は、情報担体４０内の副次チャネルに関連付けられた副次記憶領域に保存されうる。そのような副次記憶領域は、光ディスクの場合、よろめきチャネル（wobble channel）、すなわち螺旋状トラックの動径方向変調として埋め込まれる情報のチャネルによって表されることができる。

図５に示される実施形態は、準拠機器が情報担体にアクセスを承認するのが情報担体４０が本物であると見出されたときにのみであることを確実にする限定アクセス方式を許容する。

さらなる有利な実施形態が図６に示されている。これによると、情報担体４０上に存在しているユーザー情報５０は暗号化されている。復号鍵６１は、復号鍵抽出ユニット６０によって、検出ユニット１４によって検出されたレスポンス１１から抽出されることができる。抽出された復号鍵６１は次いで復号ユニット６２によって、暗号化されているユーザー情報５０を復号するために使用される。最も単純な実装では、対称暗号化アルゴリズムを使うことができ、暗号化／復号鍵６１は登録段階において決定され、その後ユーザー情報５０が暗号化され、次いで情報担体４０に保存される。有効なユーザー情報５０は、抽出されて使用される復号鍵６１が正しいもの、すなわちレスポンス１１が期待されたレスポンスであるときに期待されるものである場合にのみ取得できる。この実施形態では、復号鍵抽出ユニット６０および復号ユニット６２は検証ユニット１５および限定アクセスユニット５３の両方の機能を実行する。というのも、有効な情報を得ることができるのは、正しい復号鍵６１が使用されるときのみだからである。有効なユーザー情報５０が復号ユニット６２によって出力されているという事実は、自明でありうるし、あるいはユーザー情報５０の形式または内容を見て評価されうる。この動作は、ユーザー情報有効性検証器６３と称される追加的ユニットによって実行されうる。この場合、完全なユーザー情報５０を認証情報１６として見ることができる。代替としては、ユーザー情報５０内に特別なメッセージを埋め込み、ユーザー情報５０が正しく復号された場合にその特別なメッセージが迅速に認識できるようにすることもできる。この場合、特別なメッセージが認証情報１６を表すことになる。

この実施形態は、第二の情報担体中で暗号化されているユーザー情報５０のコピーで、ビットごとにコピーされて識別体を有さないか、偽造され、したがって異なる識別体を有するようなコピーは、非準拠装置によってさえアクセスできないという強力な利点を有する。

このようにして、強力なコピー保護方式が実現できる。このシステムはさらに、たとえばオーディオまたはビデオコンテンツの場合に当技術分野において知られている諸技術によって強化することもできる。その技術とは、セキュリティで保護された環境、たとえば暗号化されているユーザー情報５０が復号されるチップの外へはアナログ形式でしかコンテンツを表現しないとか、あるいは表現されるユーザー情報５０において透かしをもつコピーコントロール情報を埋め込むというようなものである。本発明の識別システムに基づいてコピー保護方式のその他の諸実装が可能であることを概観しておく必要がある。たとえば、情報担体４０上に存在する暗号化されたユーザー情報５０を復号するための復号鍵が、情報担体４０の認証成功に際してリモートコンピュータによって送信されてもよい。

先に述べたように、識別体１０は制御されない工程の結果として得ることができる。これは識別体どうしは必然的に異なっており、したがって異なるレスポンスおよび異なる認証情報を生じさせるということを含意している。よって、各情報担体４０は可能性としては相異なり、一意的な認証情報１６および／または可能性としては異なる鍵６１で暗号化されたユーザー情報５０を有する。この帰結は、ユーザーについての詳細情報が保存されるＩＣカードについては受け容れられるかもしれない。保存されるべき情報はもともと原理的に一意的であり、したがって認証情報１６が一意的であるという事実は、全体的な情報、ユーザーについての詳細情報および認証情報１６を保存する工程の複雑さを著しく増すことはないからである。

しかし、同じ帰結はプレスされる光ディスクについては受け容れられないかもしれない。この場合、音楽、映画またはソフトウェアなどのコンテンツは大量の光ディスク上に複製される必要がある。この場合、実は、ディスクによって異なる情報部分すなわち認証情報の存在は保存工程をきわめて複雑かつ高価にしてしまう。

興味深いことに、事前公開されていない欧州特許出願0313800.3（PHNL031268）は、制御されない工程で得られたスタンプによって同一の識別体を有する複数の情報担体を製造する方法を開示している。この方法では、前記スタンプはプリント可能材料にプリントするために制御された仕方で使用され、同一の光学的識別子が得られる。機械的振動によってチャレンジされる識別体を得るためにも使うことのできるこの技術と組み合わせて、本発明は、情報担体がプレスされる光ディスクであるシステムに便利に適用できる。

本発明人らによって遂行された実験により、同じチャレンジをかけられた２つの相異なる識別体によって生成される２つのレスポンスの示す相違は、前記２つの相異なる識別体が非常に似通っている場合には小さいことが確立された。２つのレスポンスの間の相違は、２つの関連するグラフの間の距離として考えることができる。そこで、２つの識別体においてたとえば異質物の数、位置、大きさおよび形状がほとんど等しければ、該２つの相異なる識別体は非常に似ていると言うことができる。これは、従来技術から既知である識別システムと比べたときの、本発明に基づく識別システムのさらなる利点を表している。従来技術では、三次元特性のわずかな相違が結果として大きく異なったスペックルパターンを生じうるのである。この特徴は実際、製造工程における公差のために三次元特性に若干の軽微な相違がある場合でさえも、複数の識別体から同じレスポンスを堅牢に検出するために有利に使用できる。同じ理由により、本発明に基づく識別システムは、たとえば環境の変化または識別体上に存在する指紋のために識別体において生じうる変更に対しても、より堅牢である。

図７は、本発明に基づく識別システムのさらなる実施形態を示している。それによれば、チャレンジユニット１３は：
・第一の機械的振動を発するための第一のトランスデューサー７０と、
・第一のトランスデューサー７０を制御する第一のトランスデューサー制御ユニット７１とを有し、検出ユニット１４は：
・第二の機械的振動を検出するための第二のトランスデューサー７２と、
・第二のトランスデューサー７２を制御する第二のトランスデューサー制御ユニット７３とを有する。

第一のトランスデューサー制御ユニット７１および第二のトランスデューサー制御ユニット７３は、識別体識別装置４２に含まれている。これに対し、第一のトランスデューサー７０および第二のトランスデューサー７２は恒久的に識別体１０に固定されており、識別体１０とともに識別体デバイス７４を構成する。

この実施形態は、第一の点１７および第二の点１８が固定されているため、著しい機械的単純化を許容する。したがって、所与のレスポンスの再現可能性は、対応するチャレンジが精密に第一の点１７において加えられ、レスポンスが精密に識別体１０の第二の点１８において検出されることに頼る必要がない。二つのトランスデューサーはそれぞれの制御ユニットによって、識別体デバイス７４が識別体識別装置４２に挿入された結果として確立される電気的接続７５、７６により制御される。

この識別システムは本来的により堅牢であり、より少数の構成要素でより低費用で実装できる。

各識別体１０について二つのトランスデューサーを複製することの含意は軽微な問題と見られる。２つのトランスデューサーは、特に音響トランスデューサーを使う場合には、特に安価で小さくできるからである。

この実施形態では、異なるチャレンジを加え、したがって異なるレスポンスを生成する可能性は、第一の点１７と第二の点１８が固定されているので、完全に、異なるグラフで表現できる機械的振動を加えることに頼ることになる。

この限界は、この識別システムの修正によって克服される。そのことは図８ａに示されている。それによれば、識別体デバイス７４において、複数だが少数の第一のトランスデューサー７０、７０′および第二のトランスデューサー７２、７２′、７２″が識別体１０のさまざまな位置に存在している。

第一のトランスデューサー制御ユニット７１は第一のトランスデューサー７０、７０′のうちの一つを選択的に作動させるよう適応されており、同様に、第二のトランスデューサー制御ユニット７３は第二のトランスデューサー７２、７２′、７２″のうちの一つを選択的に作動させるよう適応されている。このようにして、第一のトランスデューサー‐第二のトランスデューサーの対のあらゆる可能な組み合わせを使うことによって、チャレンジおよびそれぞれのレスポンスの数を増すことが可能である。

チャレンジおよびレスポンスの数は、図８ｂに示すもう一つの修正によってさらに増すことができる。この場合、トランスデューサーは、第一の機械的振動を発するのと第二の機械的振動を検出する両方のために使用できる両用トランスデューサー８０、８０′、８０″、８０′′′である。

両用トランスデューサー８０、８０′、８０″、８０′′′のそれぞれは、第一のトランスデューサー制御ユニット７１および第二のトランスデューサー制御ユニット７３の両方によって制御されてそれぞれ第一のトランスデューサー７０および第二のトランスデューサー７２として使われることができる。

図９は、本発明に基づく鍵生成システムの実施形態を示している。実は、先に紹介しておいたように、本発明は鍵または一意的な識別番号の生成のために使用されることもできる。本発明に基づく鍵生成システムは、図１に示した識別システムとは、レスポンス１１が鍵抽出ユニット６０によって鍵６１の抽出のために使われ、それにより検証ユニット１５および認証情報１６が不要になるという点で異なる。この鍵６１は安全なトランザクションのための暗号化方式において使用できるが、識別番号として使われることもできる。生成される鍵６１は乱数と見なしてもよい。したがって、本発明に基づく鍵生成システムは乱数発生のために使ってもよい。

鍵抽出ユニット６０はレスポンス１１の記録または測定値の集合に対して適用される数学的関数、特にハッシュ関数を含んでいてもよい。鍵抽出ユニット６０および検出ユニット１４は互いに一体であってもよいことを注意しておく必要がある。特にある実施形態では、レスポンス１１の測定値がそのまま鍵として使用されてもよい。

本発明に基づく識別システムと同様に、そのような鍵生成システムは２つの相異なる段階において使用されうる。登録およびセッション鍵生成などの鍵生成である。しかし、用途によっては、本発明に基づく鍵生成システムは、鍵または識別番号の生成のための単一段階で使われてもよい。

ある実施形態では、鍵抽出ユニット６０は、特徴抽出部（feature extraction part）、補助データ部（helper data part）、誤り訂正符号および時にはまたハッシュ関数からなる数学的アルゴリズムを含んでいてもよい。補助データとは、登録段階の間に導出され、鍵生成段階の間に使われるデータである。その主たる目的は、信頼できる特徴の抽出を許容し、何らかの誤り訂正情報を提供することで、鍵抽出の再現性を達成することである。よって、補助データは測定値からノイズを除去する手段と見ることができる。

本発明は情報担体の認証のために応用される識別システムとの関連で解説されてきたが、他の応用が可能であることは明らかであろう。したがって、本発明の範囲は上述した実施形態に限定されるものではない。

さらに、本明細書および特許請求の範囲において使用される「有する」の語は、述べられている特徴、整数、ステップまたは構成要素の存在を指定するが、一つまたは複数の他の特徴、整数、ステップ、構成要素またはそれらのグループの存在または追加を排除するものではないと解釈される。請求項における要素の単数形の表現はそのような要素の複数の存在を排除するものではないことも注意しておく必要がある。さらに、参照符号があったとしても請求項の範囲を限定するものではない。本発明はハードウェアおよびソフトウェアの両方によって実装でき、いくつかの「手段」は同一のハードウェア品目によって表されうる。さらに、発明はそれぞれのすべての新規の特徴または特徴の組み合わせに存在する。

本発明は次のように要約できる。本発明は識別システムに関する。該システムでは、識別体は不均一材料からなる物体であり、該物体の識別は、それを機械的振動、特に音響振動にかけ、その機械的振動の伝搬が物体中に存する異質物によってどのように影響されるかを観測し、以前の観測に基づいて物体を認識することによって行われる。そのような識別体は、情報担体と関連付けられていることもできる。それにより信頼できる情報担体の認証、限定アクセスもしくはコピー保護方式が許容される。本発明に基づく物体の音響識別は、当技術分野において既知の光学的識別への代替と見ることができる。この代替は、光学的識別に比べ、より高い堅牢性、識別システムにおけるさまざまな簡素化、およびより低い実装費用を含む。

本発明に基づく識別システムの第一の実施形態を示す図である。 ａおよびｂは、異なる識別体と、同じチャレンジをもって誰何されたときに生成されるそれぞれのレスポンスを示す図である。 物理的な関数としてはたらく、識別体の属性を示す図である。 情報担体の安全な認証のために使う観点での、認証情報の実装を示す図である。 情報担体の認証のために適用される、本発明に基づく識別システムの第二の実施形態を示す図である。 情報担体のための限定アクセス方式を実装するために適用される、本発明に基づく識別システムの第三の実施形態を示す図である。 情報担体のコピー保護方式を実装するために適用される、本発明に基づく識別システムの第四の実施形態を示す図である。 識別体デバイスの使用を含む、本発明に基づく識別システムの第五の実施形態を示す図である。 ａおよびｂは、図７に示された識別システムの実施形態の修正および改良を示す図である。 本発明に基づく鍵生成システムの実施形態を示す図である。

Claims (20)

1. ・チャレンジをもって誰何されるとレスポンスを生成する識別体と、
   ・チャレンジをもって識別体を誰何する、チャレンジとして第一の機械的振動を加えて第二の機械的振動を引き起こすようにすることのできるチャレンジユニットと、
   ・前記第二の機械的振動によって表されるレスポンスを検出する検出ユニットと、
   ・前記レスポンスを、期待されるレスポンスに関係する認証情報と比較する検証ユニット、
   とを有することを特徴とする識別システム。
2. ・前記チャレンジユニットは前記第一の機械的振動を識別体のある第一の点で加えることができ、前記第一の機械的振動は該第一の点から当該識別体のある第二の点に伝搬し、
   ・前記検出ユニットは前記第二の機械的振動を当該識別体の前記第二の点で検出する、
   ことを特徴とする、請求項１記載の識別システム。
3. ・前記チャレンジユニットはさらにチャレンジの集合を提供することができ、該チャレンジの集合に含まれるチャレンジはそれぞれのレスポンスを生じさせ、
   ・前記認証情報はさらにそれぞれの期待されるレスポンスに関係しており、
   ・前記検証ユニットはさらに、前記それぞれのレスポンスを前記認証情報と比較できる、
   ことを特徴とする、請求項１記載の識別システム。
4. 前記チャレンジユニットがさらにある周波数、振幅および波形をもった周期的な機械的振動を生成することができ、該周波数、振幅および波形のうちの少なくとも一つが可変パラメータであることを特徴とする、請求項３記載の識別システム。
5. 請求項２および３記載の識別システムであって、前記第一の点および前記第二の点のうち少なくとも一方が可変であることを特徴とする識別システム。
6. 識別体に結合された情報担体および該情報担体にアクセスする装置を有することを特徴とする、請求項１記載の識別システム。
7. 前記チャレンジユニットおよび前記検出ユニットが識別体を識別する装置内に含まれることを特徴とする、請求項１ないし６のうちいずれか一項記載の識別システム。
8. 請求項１ないし６のうちいずれか一項記載の識別システムであって、前記チャレンジユニットが：
   ・前記第一の機械的振動を発する第一のトランスデューサーと、
   ・前記第一のトランスデューサーを制御する第一のトランスデューサー制御ユニット、
   とを有しており、前記検出ユニットが：
   ・前記第二の機械的振動を検出する第二のトランスデューサーと、
   ・前記第二のトランスデューサーを制御する第二のトランスデューサー制御ユニット、
   とを有しており、
   ・前記第一のトランスデューサー制御ユニットおよび前記第二のトランスデューサー制御ユニットが識別体を識別する装置内に含まれており、前記第一のトランスデューサーと前記第二のトランスデューサーと識別体とが識別体デバイスを構成することを特徴とする識別体システム。
9. 前記チャレンジユニットと前記検出ユニットのうちの少なくとも一方が追加的なトランスデューサーを有することを特徴とする、請求項８記載の識別システム。
10. 前記第二のトランスデューサーも前記第一の機械的振動を発するのに好適であり、前記第一のトランスデューサーも前記第二の機械的振動を検出するのに好適であることを特徴とする、請求項８記載の識別システム。
11. チャレンジをもって誰何されるとレスポンスを生成する識別体を識別する装置であって：
    ・チャレンジとして第一の機械的振動を発して第二の機械的振動を引き起こすのに好適な、前記識別体にチャレンジを加える第一のトランスデューサーを制御する第一のトランスデューサー制御ユニットと、
    ・前記第二の機械的振動によって表されるレスポンスを検出する第二のトランスデューサーを制御する第二のトランスデューサー制御ユニットと、
    ・前記レスポンスを、期待されるレスポンスに関係する認証情報と比較する検証ユニット、
    とを有することを特徴とする装置。
12. 請求項１１記載の識別体を識別する装置であって、さらに、前記第一のトランスデューサーと前記第二のトランスデューサーを含んでおり、前記第一のトランスデューサーと前記第一のトランスデューサー制御ユニットは一体でチャレンジユニット内に含まれており、前記第二のトランスデューサーと前記第二のトランスデューサー制御ユニットは一体で検出ユニット内に含まれていることを特徴とする装置。
13. チャレンジをもって誰何されるとレスポンスを生成する識別体を含んでいる識別体デバイスであって、さらに：
    ・第一の機械的振動を発して第二の機械的振動を引き起こすようにする第一のトランスデューサーと、
    ・前記第二の機械的振動を検出する第二のトランスデューサー、
    とを含むことを特徴とするデバイス。
14. 少なくとも一つの追加的なトランスデューサーをさらに有することを特徴とする、請求項１３記載の識別体デバイス。
15. 前記第二のトランスデューサーも前記第一の機械的振動を発するのに好適であり、前記第一のトランスデューサーも前記第二の機械的振動を検出するのに好適であることを特徴とする、請求項１３記載の識別体デバイス。
16. 請求項１３ないし１５のうちいずれか一項記載の識別体デバイスを有することを特徴とする情報担体。
17. チャレンジをもって誰何されるとレスポンスを生成する識別体を識別する方法であって：
    ・第二の機械的振動を引き起こすよう発される第一の機械的振動であるチャレンジをもって前記識別体が誰何されるチャレンジステップと、
    ・前記第二の機械的振動によって表されるレスポンスが検出される検出ステップと、
    ・前記レスポンスが、期待されるレスポンスに関係する認証情報と比較される検証ステップ、
    とを有することを特徴とする方法。
18. ・チャレンジをもって誰何されるとレスポンスを生成する識別体と、
    ・チャレンジをもって識別体を誰何する、チャレンジとして第一の機械的振動を加えて第二の機械的振動を引き起こすようにすることのできるチャレンジユニットと、
    ・前記第二の機械的振動によって表されるレスポンスを検出する検出ユニットと、
    ・前記レスポンスから鍵を抽出する鍵抽出ユニット、
    とを有することを特徴とする鍵生成システム。
19. チャレンジをもって誰何されるとレスポンスを生成する識別体から鍵を生成する装置であって：
    ・チャレンジとして第一の機械的振動を発して第二の機械的振動を引き起こすのに好適な、前記識別体にチャレンジを加える第一のトランスデューサーを制御する第一のトランスデューサー制御ユニットと、
    ・前記第二の機械的振動によって表されるレスポンスを検出する第二のトランスデューサーを制御する第二のトランスデューサー制御ユニットと、
    ・前記レスポンスから鍵を抽出する鍵抽出ユニット、
    とを有することを特徴とする装置。
20. チャレンジをもって誰何されるとレスポンスを生成する識別体から鍵を生成する方法であって：
    ・第二の機械的振動を引き起こすよう発される第一の機械的振動であるチャレンジをもって前記識別体が誰何されるチャレンジステップと、
    ・前記第二の機械的振動によって表されるレスポンスが検出される検出ステップと、
    ・前記鍵が前記レスポンスから抽出される鍵抽出ステップ、
    とを有することを特徴とする方法。

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