JP2009282598A - 半導体装置、生体認証装置及び生体認証システム - Google Patents

Abstract

【課題】ハッキングが困難な高いセキュリティ強度を有する半導体装置を提供する。
【解決手段】本発明に係る半導体装置１２０は、撮像して取得した生体情報と予め登録された生体情報との比較に基づいた認証結果を出力するモノリシックな半導体装置である。半導体装置１２０は、被検体を撮像する機能を有する撮像領域（撮像部１２１）と、撮像領域での撮像により取得した生体情報と、予め登録された生体情報とを比較して認証を行う機能を有する認証領域（認証部１２２）と、撮像領域での撮像により取得した生体情報を撮像領域から認証領域に伝送する機能を有する第１伝送領域（内部バスＢ１）と、を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、半導体装置、生体認証装置及び生体認証システムに関するものである。

近年、情報セキュリティの保護強化に伴って、生体認証に関する技術開発が進められている。生体認証とは、個人より取得した生体情報を、予め登録しておき、登録した生体情報と、認証時に取得した生体情報とを比較して、本人か否かの認証を行う技術である。生体情報としては、ヒトの虹彩パターンを用いたもの、ヒトの指紋パターン又は指静脈パターンなどを用いたものなどがある。

これらの生体認証システムで、最も重要な点は、高いセキュリティの実現である。従来の生体認証システムは、例えば特許文献１に開示されているように、撮像部、ホスト装置、認証部及びメモリ部などにより構成されており、撮像部と、ホスト装置と、認証部及びメモリ部との間は、外部バスで接続されている。そのため、撮像部で撮像された生体情報は、外部バスに出力され、また、予めメモリ部に登録された生体情報も、認証を行うときに、外部バスに出力される構成となっている。
特開２００１−３４４２１３号公報

特許文献１の生体認証システムは、認証中に外部バスのデータを解析することにより、生体情報を取り出す、又は認証アルゴリズムを解析するなどのハッキングが可能である。

ＡＴＭ（Automated Teller Machine）などの銀行端末などの場合は、エンドユーザが少なく、サービスの事業者が機器自体を安全に管理することが可能であり、このようなハッキングが行われる危険性は低い。しかし、携帯電話又はＰＣ（Personal Computer）などは多くのエンドユーザに渡り、サービスの事業者がこれらの機器をハッキングが行われないように管理することは難しく、ハッキングの対象となる。このような場合は、ハッキングの防止が極めて重要になる。

本発明は、ハッキングが困難な高いセキュリティ強度を有する半導体装置、生体認証装置及び生体認証システムを提供することを目的とする。

本発明に係る半導体装置は、撮像して取得した生体情報と予め登録された生体情報との比較に基づいた認証結果を出力するモノリシックな半導体装置であって、被検体を撮像する機能を有する撮像領域と、前記撮像領域での撮像により取得した生体情報と、予め登録された生体情報とを比較して認証を行う機能を有する認証領域と、前記撮像領域での撮像により取得した生体情報を前記撮像領域から前記認証領域に伝送する機能を有する第１伝送領域と、を備える。これにより、半導体装置は、画像の撮像から生体情報の取得及び認証を共通のチップ上で処理でき、生体情報が外部に出力されない。しかも、実質的に内部バスから生体情報を傍受することは不可能であるので、外部より一切の生体情報にアクセスできない。したがって、半導体装置は、耐タンパ性能が高く、ハッキングが困難な高いセキュリティ強度を有する。

上述の認証領域での認証結果を外部のホスト装置に接続させる機能を有するインターフェース領域と、前記認証領域での認証結果を示す信号を前記インターフェース領域に接続させる機能を有する第２伝送領域と、を更に備えることが好ましい。

本発明に係る生体認証装置は、撮像して取得した生体情報と、予め登録された生体情報とを比較して認証する生体認証装置であって、共通のチップ上に、被検体を撮像する機能を有する撮像領域と、前記撮像領域での撮像により取得した生体情報と、予め登録された生体情報とを比較して認証を行う機能を有する認証領域と、を備え、認証時に取得した生体情報が外部に出力されない、構成とされている。これにより、生体認証装置は、画像の撮像から生体情報の取得及び認証を共通のチップ上で処理でき、生体情報が外部に出力されない。しかも、実質的に内部バスから生体情報を傍受することは不可能であるので、外部より一切の生体情報にアクセスできない。したがって、生体認証装置は、耐タンパ性能が高く、ハッキングが困難な高いセキュリティ強度を有する。

上述の共通のチップ上に、前記被検体の生体情報を保持する機能を有する記憶領域を備えることが好ましい。これにより、生体認証を登録する際のセキュリティも向上させることができる。

上述の共通のチップ上に、前記認証領域での認証結果を暗号化する機能を有する暗号領域を備えることが好ましい。これにより、認証結果を示す信号が平文の状態でホスト装置に出力されないので、セキュリティをより向上させることができる。

上述の認証領域は、前記被検体に光を照射する光源の照度を制御する機能を有する制御領域を備えることが好ましい。これにより、取得した生体情報の明るさのばらつきを抑制することができる。

本発明に係る生体認証システムは、撮像して取得した生体情報と予め登録された生体情報との比較に基づいた認証結果を出力するモノリシックな半導体装置と、前記半導体装置から出力される認証結果に応じて動作するホスト装置と、を備える生体認証システムであって、前記半導体装置は、被検体を撮像する機能を有する撮像領域と、前記撮像領域での撮像により取得した生体情報と、予め登録された生体情報とを比較して認証を行う機能を有する認証領域と、前記撮像領域での撮像により取得した生体情報を前記撮像領域から前記認証領域に伝送する機能を有する第１伝送領域と、を備える。これにより、生体認証システムは、画像の撮像から生体情報の取得及び認証を共通のチップ上で処理でき、生体情報が外部に出力されない。しかも、実質的に内部バスから生体情報を傍受することは不可能であるので、外部より一切の生体情報にアクセスできない。したがって、生体認証システムは、耐タンパ性能が高く、ハッキングが困難な高いセキュリティ強度を有する。

本発明によれば、ハッキングが困難な高いセキュリティ強度を有することができる。

以下、図面を参照しつつ、本発明の実施の形態について説明する。なお、各実施の形態は、説明の便宜上、簡略化されている。図面は簡略的なものであるから、図面の記載を根拠として本発明の技術的範囲を狭く解釈してはならない。図面は、もっぱら技術的事項の説明のためのものであり、図面に示された要素の正確な大きさ等は反映していない。同一の要素には、同一の符号を付し、重複する説明は省略するものとする。上下左右といった方向を示す言葉は、図面を正面視した場合を前提として用いるものとする。

＜実施形態１＞
本発明に係る半導体装置、生体認証装置及び生体認証システムの実施形態１について、図１乃至図４を用いて説明する。

この生体認証システム１は、図１に示すように、撮像した画像から取得した指紋パターンや指静脈パターン等の生体情報と、予め登録された生体情報とを比較して認証する生体認証装置１００、生体認証装置１００から出力される認証結果に応じて動作するホスト装置２００を備えている。

生体認証装置１００は、光源１１０、半導体装置（生体認証ＩＣ：Integrated Circuit）１２０を備えている。この生体認証ＩＣ１２０は、図１及び図２に示すように、共通のチップ上に、認証部１２２、記憶部１２３、ホスト装置２００とのインターフェース部１２４、インターフェース部の入出力端子群１２５がそれぞれ形成された各領域を備え、所謂モノリシックＩＣとされている。そして、生体認証ＩＣ１２０は、認証部１２２が形成された領域と他の領域との間で信号を伝送する機能を有する伝送領域を備え、各伝送領域に内部バスＢ１〜Ｂ３が形成されている。

このような構成の生体認証ＩＣ１２０、生体認証装置１００及び生体認証システム１は、画像の撮像から生体情報の取得、登録及び認証までを共通のチップ上で処理でき、生体情報が外部に出力されない。しかも、実質的に内部バスから生体情報を傍受することは不可能であるので、外部より一切の生体情報にアクセスできない。したがって、生体認証ＩＣ１２０、生体認証装置１００及び生体認証システム１は、耐タンパ性能が高く、ハッキングが困難な高いセキュリティ強度を有する。

光源１１０としては、例えば検査光として可視光（波長：およそ３６０〜８００ｎｍ）又は近赤外光（波長：およそ０．７〜２．５μｍ）を出射する半導体発光素子（LED(Light Emitting Diode)）、又は半導体レーザ素子（LD(Laser Diode)）を用いることができる。なお、光源１１０によって被検体に直接、検査光を照射しても、導光体などを用いて間接的に検査光を照射しても良い。但し、生体情報として指紋パターンを取得する場合は、光源１１０を省略しても良い。

撮像部１２１は、図２に示すように１列以上の画素列を有するラインセンサー上に光学機能部が積層された光学部品である。この撮像部１２１上に、例えば指をスライドさせて画像を撮像したり、逆に撮像部１２１をスライドさせて指の画像を撮像する。但し、本実施形態の撮像部１２１はラインセンサーを用いたが、図３に示すようにエリアセンサーを用いても良い。また、生体情報として指紋パターンを取得する場合は、撮像部１２１として、指の凹凸における電荷量の違いによって指紋パターンを取得する静電式センサーや指の凹凸の温度差を感知することで指紋パターンを取得する感熱式センサーなどを用いても良く、どのようなタイプのものを使用しても良い。ちなみに、用いるセンサーはＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）イメージセンサーであることが、半導体装置の製造プロセス上好ましい。

この撮像部１２１は、上方から入射した検査光を、外乱光を遮断するバンドパスフィルタ（光学機能部）に通した後に、マイクロレンズアレイ等（光学機能部）によってラインセンサーの各画素に集光する。そして、各画素において光電変換し、撮像して得た信号を、認証部１２２に出力する。この撮像して得た信号は、撮像部１２１が形成された領域と認証部１２２が形成された領域とを結ぶ第１伝送領域の内部バスＢ１を介して伝送される。

認証部１２２は、撮像部１２１から入力された信号をアナログ／デジタル変換、二値化処理などを施して生体情報を取得し、この生体情報と、予め登録した生体情報とを比較して認証する。具体的にいうと、認証部１２２は、インターフェース部１２４を介してホスト装置２００から認証コマンドを示す信号が入力される。この認証コマンドを示す信号は、認証部１２２が形成された領域とインターフェース部１２４が形成された領域とを結ぶ第２伝送領域の内部バスＢ２を介して伝送される。

認証部１２２は、認証コマンドを示す信号が入力されると、上記のように生体情報を取得し、この生体情報と、予め記憶部１２３に登録した生体情報とを比較して認証する。記憶部１２３に登録しておいた生体情報は、認証部１２２が形成された領域と記憶部１２３が形成された領域とを結ぶ第３伝送領域の内部バスＢ３を介して伝送される。

ちなみに、生体情報の登録方法は、インターフェース部１２４を介してホスト装置２００から登録コマンドを示す信号が認証部１２２に入力されると、認証部１２２は上記のように生体情報を取得し、この生体情報を記憶部１２３に登録する。この際、登録コマンドを示す信号はホスト装置２００から内部バスＢ２を介して認証部１２２に入力される。また、登録する生体情報を取得するために撮像して得た信号は、撮像部１２１から内部バスＢ１を介して認証部１２２に入力され、さらに認証部１２２から内部バスＢ３を介して記憶部１２３に入力される。

認証部１２２は、認証結果を示す信号を内部バスＢ２、インターフェース部１２４を介してホスト装置２００に出力する。このとき、認証部１２２は、認証結果を示す信号を暗号化した後に、ホスト装置２００に出力することが好ましい。そのため、本実施形態の生体認証ＩＣ１２０は、共通のチップ上に認証結果を示す信号を暗号化する暗号部１２６が形成された領域を備えている。さらに共通のチップ上に、暗号部１２６が形成された領域と認証部１２２が形成された領域との間で認証結果を示す信号を伝送する第４伝送領域を備え、第４伝送領域に内部バスＢ４が形成されている。つまり、認証結果を示す信号は、認証部１２２から内部バスＢ４を介して暗号部１２６に入力され、暗号部１２２で暗号化される。暗号化された認証結果を示す信号は、暗号部１２２から内部バスＢ４を介して認証部１２２に入力される。そして、暗号化された認証結果を示す信号は、認証部１２２から内部バスＢ２、インターフェース部１２４を介してホスト装置２００に入力される。したがって、内部バスＢ２以外から認証結果を示す信号が出力されず、しかも内部バスＢ２から認証結果を示す信号が平文の状態でホスト装置２００に出力されない。よって、生体認証ＩＣ１２０、生体認証装置１００及び生体認証システム１は、耐タンパ性能が高く、ハッキングが困難な高いセキュリティ強度を有する。

さらに認証部１２２は、図４に示すように、インターフェース部１２４、内部バスＢ２を介してホスト装置２００から生体認証ＩＣ１２０の内部状態の要求コマンドを示す信号が入力されると、生体認証ＩＣ１２０の内部状態（ステータス）を示す信号を出力する。このときも、認証部１２２は、生体認証ＩＣ１２０の内部情報信号を暗号部１２６により暗号化した後に、ホスト装置２００に出力することが好ましい。

記憶部１２３としては、バッテリーでバックアップできるメモリ、又は書き込み可能な不揮発性のメモリを用いることができる。この記憶部１２３は、登録された生体情報、生体認証を実現するためのプログラム、画像形成を実現するためのプログラム、及び生体認証ＩＣ１２０の内部状態などを保持している。

ここで、記憶部１２３は複数人の生体情報を保持しても良い。この場合、個人ＩＤにより認証を行う個人の生体情報を選択できるようにする。すなわち、各々の生体情報に個人ＩＤを付しておき、図４に示すように、ホスト装置２００から認証部１２２に、認証コマンド及び個人ＩＤを示す信号が入力されると、認証部１２２は入力された個人ＩＤを元に記憶部１２３から前記個人ＩＤに対応する生体情報を読み出し、この生体情報を用いて認証を行う。

このホスト装置２００から認証部１２２に認証コマンド及び個人ＩＤを示す信号を出力する際は、認証コマンド及び個人ＩＤを示す信号を暗号化して出力することが好ましい。そのため、本実施形態の生体認証ＩＣ１２０は、共通のチップ上に暗号化された認証コマンド及び個人ＩＤを示す信号を復号化する復号部１２７が形成された領域を備えている。さらに共通のチップ上に、復号部１２７が形成された領域と認証部１２２が形成された領域との間で認証コマンド及び個人ＩＤを示す信号を伝送する第５伝送領域を備え、第５伝送領域に内部バスＢ５が形成されている。つまり、暗号化された認証コマンド及び個人ＩＤを示す信号は、ホスト装置２００からインターフェース部１２４、内部バスＢ２を介して認証部１２２に入力される。暗号化された認証コマンド及び個人ＩＤを示す信号は、認証部１２２から内部バスＢ５を介して復号部１２７に入力され、復号部１２７で復号化される。復号化された認証コマンド及び個人ＩＤを示す信号は、復号部１２７から内部バスＢ５を介して認証部１２２に入力される。したがって、情報漏洩のセキュリティ強化をさらに図ることができる。

但し、記憶部１２３に複数の生体情報を保持している場合は、取得した生体情報と、登録されている複数の生体情報とを順に比較しても良い。この場合、ユーザは、認証時にホスト装置２００側から個人の選択をする必要がなくなるため、ユーザの使い勝手を良くすることができる。

ホスト装置２００は、例えば生体認証装置１００が搭載される携帯電話やＰＣなどである。このホスト装置２００は、例えばホスト装置２００の電子部品が生体認証ＩＣ１２０のインターフェース部１２４の入出力端子１２５と、コネクタ等を介して接続されている。ホスト装置２００は、認証部１２２に対して認証の開始又は停止のコマンド、生体情報の登録のコマンド、及び必要に応じて生体認証ＩＣ１２０の内部状態を要求するコマンド、個人ＩＤを示す信号を出力する。ホスト装置２００は、認証部１２２から認証結果を示す信号が入力され、例えば認証結果が本人の生体認証と一致する場合は主電源をＯＮにする。

このような撮像部１２１、認証部１２２、記憶部１２３、インターフェース部１２４、入出力端子１２５、暗号部１２６、復号部１２７は、チップの同一面（図１では上面）に配置されており、各々の上端が略等しい高さに配置されることが好ましい。

さらに、撮像部１２１の幅寸法領域Ｌ内に、認証部１２２、記憶部１２３、インターフェース部１２４、入出力端子１２５、暗号部１２６、復号部１２７が配置されていることが好ましい。これにより、効率的に各々の配置を行え、チップサイズを最小にすることができる。

＜実施形態２＞
本発明に係る半導体装置、生体認証装置及び生体認証システムの実施形態２について、図５を用いて説明する。なお、上記実施形態１と重複する部分の説明は省略し、相違部分を詳細に説明する。

本実施形態の生体認証装置１０１は、上記実施形態１の生体認証装置１００と略同様の構成とされているが、記憶部１２３が、撮像部１２１などと生体認証ＩＣ１２０の共通のチップ上に形成されていない。そのため、本実施形態の生体認証装置１０１は、認証部１２２が生体情報の登録時に取得した生体情報を示す信号を暗号部１２６により暗号化し、暗号化した生体情報を示す信号を記憶部１２３に出力する。そして、認証時は記憶部１２３が、暗号化された生体情報を示す信号を認証部１２２に出力し、認証部１２２は暗号化された生体情報を示す信号を復号部１２７により復号化し、認証を行う。

多くのユーザが生体認証装置を共有する場合、記憶部１２３のメモリ容量が増加して、記憶部１２３を撮像部１２１などと共通のチップ上に形成することが難しい。そのため、生体認証装置を、上記のような構成とすることにより、生体認証装置は多くのユーザで共有でき、しかも耐タンパ性能が高く、ハッキングが困難な高いセキュリティ強度を有する構成とすることができる。

ちなみに、本実施形態の生体認証装置１０１も、撮像部１２１、認証部１２２、インターフェース部１２４、入出力端子群１２５、暗号部１２６、復号部１２７が、チップの同一面（図５では上面）に配置されており、各々の上端が略等しい高さに配置されることが好ましい。

さらに、撮像部１２１の幅寸法領域Ｌ内に、認証部１２２、インターフェース領域１２４、入出力端子１２５、暗号部１２６、復号部１２７が配置されていることが好ましい。これにより、効率的に各々の配置を行え、チップサイズを最小にすることができる。

なお、ホスト装置からのコマンド及び個人ＩＤを示す信号を暗号化したり、この暗号化されたコマンド及び個人ＩＤを示す信号を復号部１２７で復号化することは、上記実施形態１と略同様である。

<実施形態３＞
本発明に係る半導体装置、生体認証装置及び生体認証システムの実施形態３について、図６を用いて説明する。なお、上記実施形態１と重複する部分の説明は省略し、相違部分を詳細に説明する。

本実施形態の生体認証装置１０２は、上記実施形態１の生体認証装置１００と略同様の構成とされているが、認証部１２２が被検体に光を照射する光源１１０の照度を制御する制御部１２２ａを備えている。例えば、制御部１２２ａは撮像部１２１から出力された信号（例えば信号電圧）が最適な信号レベルとなるように、光源１１０の照度を制御する。すなわち、制御部１２２ａは、撮像部１２１の出力レベルが低ければ、光源の照度を下げるように制御し、逆に撮像部１２１の出力レベルが高ければ、光源の照度を上げるように制御する。そのため、取得した生体情報の明るさのばらつきを抑制することができる。

以上に、本発明に係る半導体装置、生体認証装置及び生体認証システムの実施形態を説明したが、本発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の変更が可能である。

本発明の実施形態１に係る生体認証システムの構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態１に係る生体認証ＩＣを示す模式図である。 本発明の実施形態１に係る異なる生体認証ＩＣを示す模式図である。 生体認証ＩＣとホスト装置との接続を示す模式図である。 本発明の実施形態２に係る生体認証装置を示す模式図である。 本発明の実施形態３に係る生体認証システムの構成を示すブロック図である。

符号の説明

１ 生体認証システム
１００ 生体認証装置
１０１ 生体認証装置
１０２ 生体認証装置
１１０ 光源
１２０ 生体認証ＩＣ（半導体装置）
１２１ 撮像部
１２２ 認証部
１２２ａ 制御部
１２３ 記憶部
１２４ インターフェース部
１２６ 暗号部
１２７ 復号部
２００ ホスト装置

Claims (7)

1. 撮像して取得した生体情報と予め登録された生体情報との比較に基づいた認証結果を出力するモノリシックな半導体装置であって、
   被検体を撮像する機能を有する撮像領域と、
   前記撮像領域での撮像により取得した生体情報と、予め登録された生体情報とを比較して認証を行う機能を有する認証領域と、
   前記撮像領域での撮像により取得した生体情報を前記撮像領域から前記認証領域に伝送する機能を有する第１伝送領域と、
   を備える半導体装置。
2. 前記認証領域での認証結果を外部のホスト装置に接続させる機能を有するインターフェース領域と、
   前記認証領域での認証結果を示す信号を前記インターフェース領域に接続させる機能を有する第２伝送領域と、
   を更に備えることを特徴とする請求項１に記載の半導体装置。
3. 撮像して取得した生体情報と、予め登録された生体情報とを比較して認証する生体認証装置であって、
   共通のチップ上に、
   被検体を撮像する機能を有する撮像領域と、
   前記撮像領域での撮像により取得した生体情報と、予め登録された生体情報とを比較して認証を行う機能を有する認証領域と、を備え、
   認証時に取得した生体情報が外部に出力されない生体認証装置。
4. 前記共通のチップ上に、前記被検体の生体情報を保持する機能を有する記憶領域を備えることを特徴とする請求項３に記載の生体認証装置。
5. 前記共通のチップ上に、前記認証領域での認証結果を暗号化する機能を有する暗号領域を備えることを特徴とする請求項３又は４に記載の生体認証装置。
6. 前記認証領域は、前記被検体に光を照射する光源の照度を制御する機能を有する制御領域を備えることを特徴とする請求項３乃至５のいずれか１項に記載の生体認証装置。
7. 撮像して取得した生体情報と予め登録された生体情報との比較に基づいた認証結果を出力するモノリシックな半導体装置と、
   前記半導体装置から出力される認証結果に応じて動作するホスト装置と、
   を備える生体認証システムであって、
   前記半導体装置は、
   被検体を撮像する機能を有する撮像領域と、
   前記撮像領域での撮像により取得した生体情報と、予め登録された生体情報とを比較して認証を行う機能を有する認証領域と、
   前記撮像領域での撮像により取得した生体情報を前記撮像領域から前記認証領域に伝送する機能を有する第１伝送領域と、
   を備える生体認証システム。

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