JP2012008351A - 暗号情報の生成方法ならびに表示方法 - Google Patents

Abstract

【課題】 ２つの暗号パターンを重ね合わせ元の画像情報を復元する視覚復号型秘密分散法を用いながら、複数の元画像を暗号化した暗号パターン（シェア画像）に対して、一つの共通暗号パターンで復元可能となるような暗号パターンの生成方法を用い、複数のシェア画像を画像表示装置に表示させ、共通暗号パターンが記録された媒体を復号用媒体として組み合わせることで元の画像を復元する暗号パターン復号方法および暗号記録媒体を提供することを課題とする。
【解決手段】 複数の元画像から対応する個々の暗号パターンの生成は、元画像と共通暗号パターンとの間で、同一位置のセル同士を比較し、その差分に基づき所定の条件でセルの値を決定することで実現する。このように生成した複数の暗号パターンを表示部に順次表示し、１つの共通暗号パターンで復号することにより複数の復元画像を得ることが可能となる。
【選択図】 図８

Description

本発明は、通常の状態では記録された画像が目視認識できないよう不規則なパターンに暗号化された状態で記録され、復元時には、復号用のパターンを重ね合わせることによって可視情報に復元される暗号情報の生成方法ならびに表示方法に関する。

ネットショッピングやネットバンキングなどのネットワークシステム提供者において、システムにログインしようとしている利用者が正しい利用者かどうかを認証する手段としてパスワードがよく用いられている。これは本人のみが知っているパスワードをログイン時に入力させる手段であり、簡便なことが利点であるが、同じパスワードを使用し続けると漏洩や解読などのリスクが増大する。

毎回異なるパスワードを利用する方法としてワンタイムパスワードと呼ばれる方法がある。これはトークンと呼ばれるワンタイムパスワード発生器を利用者に所持させ、ログイン時にワンタイムパスワード発生器が発生するパスワードを入力させる方法である。
この方法は毎回異なるパスワードになるため、パスワード漏洩リスクは回避できるが、ワンタイムパスワード発生器はそのままパスワードが認識できる形で表示されるため、紛失や盗難により第3者の手に渡った際に悪用されるなど新たなリスクが生じる。

これに対し、非利用時には不可視の状態で機密性を保ちながら、利用時には簡便な操作で可視情報を復元でき、かつ、繰り返し利用可能とする方法として視覚復号型秘密分散法と呼ばれる視覚復号型暗号技術がある。これは元となる画像情報を、不規則なパターンで構成される複数の暗号パターン（シェア画像と呼ぶ）からなる暗号情報に分散させることによって目視認識できない状態の画像に加工し、それらのシェア画像を重ね合わせることによって元の画像情報が視認可能な状態に復元される技術である。
例えば、特許文献１は、視覚復号型暗号技術の代表例であって、視覚復号型秘密分散法を用いて、隠蔽層等の手段によらずに情報を隠蔽する記録媒体の構成および製作に関する技術を開示している。
なお、視覚復号型秘密分散法やシェア画像の生成手段等については種々の方式のものが提案されているが、特に先駆的論文である非特許文献１に原理や生成法が詳しく述べられている。

特開２００１−１１８１２２号公報

M.Naor and A.Shamir,"Visual Cryptography", Proc. of Eurocrypt'94 May 1994

上記のように、視覚復号型秘密分散法は、目視による手操作により復元が可能となる簡便さが利点であるが、一方で、元となる画像（元画像）から複数のシェア画像を生成することから、一つの元画像についてシェア画像の数の媒体が必要となり、しかも元の画像を復元するには、これら複数の媒体を精密に重ね合わせる操作が必要となる。

図１は、従来の視覚復号型秘密分散法を用いて暗号化および復元する過程を表わす図であるが、図１（Ａ）に示すように、暗号化の過程では、元画像１０は不規則なパターンからなるシェア画像に分解される。このように生成したシェア画像a１１およびシェア画像ｂ１２は、それぞれ単独では不規則パターンが視認されるのみで、有意な情報は判読できない。なお、図１の例ではシェア画像は２つであるが、シェア画像の数は２以上の複数であってもよい。
シェア画像から元画像を復元するには、図１（Ｂ）に示すように、シェア画像a１１およびシェア画像ｂ１２が所定の位置で重ね合わせればよい。これにより復元画像１３のようなパターンが現われ、図１（Ａ）に示すように、不規則パターンを背景として「Ｔ」の形状が判読できる。

上記のように２つのシェア画像から復元画像１３の「Ｔ」を得ようとする場合、必要となる媒体の数は２となり、元画像の数が多くなれば、媒体の数も比例して増大する。しかも図１（Ｂ）に示すように、重ね合わせて目視することから、少なくとも一方の媒体は透明媒体ａ２１のように透明なシート状であることが必須となる。

そこで本発明は、視覚復号型秘密分散法を用いながら、複数の元画像を暗号化した暗号パターン（シェア画像）に対して、一つの共通暗号パターンで復元可能となるような暗号情報の生成方法を提案し、同暗号情報を復元する際の表示方法を体を提供する。

上記課題を解決する本発明の暗号情報の生成方法は、
前記暗号情報は視覚復号型秘密分散法により生成される暗号パターンであって、
複数の元となる画像群（Ｐ_n）に対して1つの共通暗号パターンを用意し、
前記画像群（Ｐ_n）を構成する個々の画像（ｐ_n）と前記共通暗号パターン（Ｕ）との差分に基づいて前記個々の画像（ｐ_n）に対応する暗号パターン（ｘ_n）の集合からなる複数の暗号パターン群（Ｘ_n）が生成され、
生成された暗号パターン群（Ｘ_n）から所定の暗号パターンを抽出手段によって抽出することにより暗号情報を生成することを特徴とする。
また、前記抽出手段は、前記暗号パターン群（Ｘ_n）から所定の暗号パターンを抽出するようにしたことを特徴とする。

本発明の暗号情報の表示方法は、
暗号情報を可視表示する方法であって、
前記暗号パターンを画像表示装置で表示し、表示された暗号パターンに対して、
可視透明性を有する基材上に前記共通暗号パターン（Ｕ）が記録されている媒体を重ね合わせることで
暗号情報を表示することを特徴とする。

さらに、本発明の暗号情報の表示方法は、前記共通暗号パターン（Ｕ）が記録されている基材と前記暗号パターンを表示する画像表示装置には、重ね合わせた際の位置を決めるための見当マークを設け、位置決めするようにしたことを特徴とする。

本発明による暗号パターンにより、情報表示端末と復号用記録媒体を組み合わせることではじめて情報の復号が可能となるため、どちらか一方が第3者の手に渡ってもパスワード等の情報が漏洩するリスクを防ぐことができる。
また、1つの復号用記録媒体で異なる画像情報の復号化が可能なため、既存の乱数表カードのような固定されたパスワードだけでなく、ワンタイムパスワードの表示も可能となり、よりセキュリティ性を高めることができる。
さらに、複数の元画像に対し、復号用記録媒体は１つであるため、これを利用者に配布するようなことも極めて低コストに実現できる。

従来の視覚復号型秘密分散法の概念図 本発明の暗号パターンの概念図 本発明の暗号パターンの例 本発明の暗号パターンの生成過程を示す図 本発明の暗号パターンによる復元の過程を示す図 パターンアレイを示す図 暗号記録媒体の利用形態を表わす図 複数の暗号パターンの復号の過程を表わす図 見当マークの態様を表わす図

以下、図２〜６を用いて、本発明の暗号パターンの詳細について説明する。
＜暗号パターン生成＞
図２は、本発明の暗号パターンの概念図であり、暗号パターン群（Ｘ_n）を構成する個々の暗号パターンｘ₁ｘ₂〜ｘ_nと、一つの共通暗号パターンＵとが組み合わされることにより、復元画像ｙ₁ｙ₂〜ｙ_n（復元画像群（Ｙ_n））が出現する様子を表わす。なお、ｎは自然数を表わす。

元画像群（Ｐ_n）の各画像ｐ₁ｐ₂〜ｐ_nにはそれぞれ「１」「２」〜「ｎ」の形状情報が記載されており、これらから生成される個々の暗号パターンｘ₁ｘ₂〜ｘ_nは、「１」「２」〜「ｎ」の情報が隠蔽された互いに異なる不規則なパターンである。一方、共通暗号パターンＵは一つであり、暗号パターン群（Ｘ_n）全体の暗号パターンに共通に作用する。すなわち、個々の暗号パターンｘ₁ｘ₂〜ｘ_nの一つと共通暗号パターンＵを所定の位置で重ね合わせることにより、復元画像ｙ₁ｙ₂〜ｙ_nのような画像が現われる。復元画像ｙ₁ｙ₂〜ｙ_nには、不規則パターンを背景として、元画像に対応する「１」「２」〜「ｎ」のような形状情報が視認できる。

図３は、本発明の暗号パターンの例であり、個々の暗号パターンと共通暗号パターンにより元画像の形状情報が復元される様子を表わす。
元画像として２種の画像を用意し、元画像Ａ４１には「Ｈ」、元画像Ｂ４２には「Ｔ」なる形状が記録されている。これら元画像から生成した暗号パターンＡ４３および暗号パターンＢ４４のそれぞれに対し、一つの共通暗号パターンを重ね合わせると、復元画像Ａ４５および復元画像Ｂ４６が現われる。復元画像Ａ４５には「Ｈ」の形状、また復元画像Ｂ４６には「Ｔ」の形状が視認できる。すなわち、複数の暗号パターンに対し、一つの共通暗号パターンを作用させることにより復元画像を得ることができる。なお、元画像の数は本例の２に限らず、２以上となっても同様に一つの共通暗号パターンにより復元可能である。

続いて、図４〜６を用いて、暗号パターン群（Ｘ_n）および共通暗号パターンＵの生成と復元の過程を詳述する。
図４は、各暗号パターンの生成過程を表わす。なお、説明にあたっては要点が明快となるよう、元画像を２種とし、隠蔽すべき形状情報は単純な形状としている。
元画像は「白」または「黒」の画素（セルと呼ぶ）の集合で構成されており、図示の元画像Ａ５１および元画像Ｂ５２の例では、隠蔽すべき形状情報は「黒」のセルで形成されている。（ステップ１）

共通暗号パターン５０は、元画像と等しい形状のセルで構成された、元画像と同サイズの画像であり、各セルに「白」または「黒」が１対１の構成比でランダムに配置されたモノクロ2値画像である。（ステップ２）
なお、共通暗号パターン５０のような、「白」または「黒」が１対１でランダムに配置されたパターンを作成するには、上記のようにパターン全体に対して1セルごとに「白」または「黒」を配置するような方法に限らず、「白」「黒」が1対１の構成比で形成された複数のパターンの組（以下、パターンアレイと呼ぶ）をランダムに配置する方法であってもよい。
図６はパターンアレイをランダムに配置した共通暗号パターンの例である。
図６（イ）は、2×2の小領域に「白」「黒」を1対１の構成比で配置したパターンアレイの例であり、2×2の場合は「白」「黒」の配置はａ〜ｆのような種類になる。
図６（ロ）は、この2×2のパターンアレイをランダムに配置して共通暗号パターンを構成した例である。

引き続き、図４をもって暗号パターンの生成過程について説明する。
暗号パターン群（Ｘ_n）を構成する個々の暗号パターン（図示の例では暗号パターンＡ５３および暗号パターンＢ５４）は、元画像と等しい形状のセルで構成された、元画像と同サイズの画像であり、元画像と共通暗号パターンとの差分に基づく条件で決定される「白」または「黒」が各セルに配置されるモノクロ2値画像である。
元画像から個々の暗号パターンを生成する手順は、以下（１）、（２）のルールによる。
（１）元画像のセルが「白」の場合、共通暗号パターンの同一位置のセルの値（白または黒）とする。
（２）元画像のセルが「黒」の場合、共通暗号パターンの同一位置のセルの値を白黒反転させた値とする。
これは、言い換えれば、図４において、元画像の「黒」に重なる部分の共通暗号パターン５０のセルを白黒反転させることになる。（ステップ３）

このような手順により、元画像Ａ５１から暗号パターンＡ５３が生成され、元画像Ｂ５２から暗号パターンＢ５４が生成される。（ステップ４）

＜復号＞
図５に復元の様子を示す。
暗号パターンＡ５３に共通暗号パターン５０を重ね合わせると復元画像Ａ５５のようなパターンが生じ、同様に暗号パターンＢ５４と共通暗号パターン５０との組み合わせで復元画像Ｂ５６が得られる。復元画像Ａ５５および復元画像Ｂ５６からはそれぞれ元画像の形状情報が判読できる。
このように複数の元画像から生成された複数の暗号パターンに対し、それぞれに共通暗号パターンを重ね合わせると複数の復元画像を得ることができる。すなわち、１つの共通暗号パターンで複数の暗号パターンの復号が可能となる。

＜暗号記録媒体＞
本発明の共通暗号パターンは、同パターンを印刷等により基材上に形成することにより暗号記録媒体を構成する。共通暗号パターンは、対となる暗号パターンの上に重ね合わされ両パターンが同時に目視される必要があるため、共通暗号パターンが記録される暗号記録媒体の基材は可視透明性を有する。

＜表示方法＞
図７は、このような暗号記録媒体の利用形態を表わす図であり、画像表示装置２の表示部５に表示された暗号パターン７の上に、暗号記録媒体１に記録された共通暗号パターン８が重ね合わされる様子を表わす。暗号記録媒体１は可視透明であり、両暗号パターンが所定の位置で重なると復元画像９が現われる。表示される暗号パターン７が順次切り替わると、共通暗号パターン８で復号される復元画像９が切り替わり、したがって複数の復元画像９が得られることになる。暗号パターン７が順次切り替わり、複数の復元画像９が出現する様子を図８に示す。
なお、ここでは暗号記録媒体１として利用者が携帯し易いカードの形態を、また、画像表示装置２として通信機能を有する携帯端末を例としており、モバイル情報端末利用時の認証を想定しているが、他に、トークン型ワンタイムパスワード発生器の表示画面、あるいは、パソコンなどネットワーク端末の画面での認証など利用場面は種々想定できる。

図８は、複数の復元画像を得る過程を示したものである。
図８において、暗号パターン７は図２の暗号パターン群（Ｘ_n）に相当し、共通暗号パターン８は図２の共通暗号パターン（Ｕ）に相当する。したがって、暗号記録媒体１と携帯端末２とが所定の位置で重ね合わされた状態で表示部５に表示される暗号パターン７が順次切り替わると、復元画像９が切り替わり、順を追って「２」「１」「０」〜「ｎ」が現れ、「２１０〜ｎ」の数列が得られる。このとき、暗号記録媒体１は１つであり、すなわち１つの共通暗号パターン８で複数の暗号パターンの復号が可能となる。

このように、表示する暗号パターン７を順次切り替えることにより、表示自体は１桁（１文字）であっても、複数の桁数の文字数字を利用者に示すことができるため、パスワード等の伝達に好適である。なお、ここでは一度に復元する復元画像９は１桁（１文字）として説明したが、一つの復元画像９は１桁（１文字）に限られるものではなく、複数の文字、数字やマークであってもよい。

なお、暗号パターン７と共通暗号パターン８を重ね合わせる際は、暗号記録媒体同士の位置合わせを精度よく行う必要があるため、暗号パターン７および共通暗号パターン８に重ねあわせの位置決めのための見当マークが形成されていると好適である。

図９は、本発明の見当マークの態様を示したものである。
図９に示す見当マークＡ８０および見当マークＢ７０は、暗号パターン７および共通暗号パターン８の相対する位置に配置され、かつ、見当マークＡ８０と見当マークＢ７０とは白黒反転の関係にある。よって、見当マークＡ８０と見当マークＢ７０とが正確に重なり合うと一面「黒」の状態となるため位置あわせの合否が容易に判別できる。
図９の例では、見当マークが対角線上のコーナー部に配置されているが、見当マークの位置、数、形状はこれに限るものではない。

以上、述べたように、本発明の暗号情報生成方法よれば、複数の暗号パターンを１つの共通暗号パターンで復号するため、前記複数の暗号パターンを順次切り替えながら表示体に表示することにより、１つの暗号記録媒体で復号することが可能となるため、ワンタイムパスワード等の伝達に利用すれば、暗号化によるセキュリティ性の向上や漏洩リスクの低減はもとより、媒体の製造や配布のコスト低減、あるいは配布後の運営コストの低減などの効果が期待できる。

１ 暗号記録媒体
２ 画像表示装置
７ 暗号パターン
８ 共通暗号パターン
９ 復元画像
１０ 元画像
１１ シェア画像ａ
１２ シェア画像ｂ
１３ 復元画像
２１ 透明媒体ａ
２２ 媒体ｂ
３０ 元画像ｐ₁
３１ 個々の暗号パターンｘ₁
３２ 共通暗号パターン
３３ 復元画像ｙ₁
３１ 個々の暗号パターン
３２ 共通暗号パターン
３３ 復元画像
４０、５０ 共通暗号パターン
４１、５１ 元画像Ａ
４２、５２ 元画像Ｂ
４３、５３ 暗号パターンＡ
４４、５４ 暗号パターンＢ
５５ 復元画像Ａ
５６ 復元画像Ｂ

Claims (4)

1. 暗号情報の生成方法において、
   前記暗号情報は視覚復号型秘密分散法により生成される暗号パターンであって、
   複数の元となる画像群（Ｐ_n）に対して1つの共通暗号パターンを用意し、
   前記画像群（Ｐ_n）を構成する個々の画像（ｐ_n）と前記共通暗号パターン（Ｕ）との差分に基づいて前記個々の画像（ｐ_n）に対応する暗号パターン（ｘ_n）の集合からなる複数の暗号パターン群（Ｘ_n）が生成され、
   生成された暗号パターン群（Ｘ_n）から所定の暗号パターンを抽出手段によって抽出することにより暗号情報を生成することを特徴とする暗号情報の生成方法。
2. 前記抽出手段は、前記暗号パターン群（Ｘ_n）から所定の暗号パターンを抽出するようにしたことを特徴とする請求項１記載の暗号情報の生成方法。
3. 請求項１または２記載の暗号情報を可視表示する方法であって、
   前記暗号パターンを画像表示装置で表示し、表示された暗号パターンに対して、
   可視透明性を有する基材上に前記共通暗号パターン（Ｕ）が記録されている媒体を重ね合わせることで
   暗号情報を表示することを特徴とする暗号情報の表示方法。
4. 前記共通暗号パターン（Ｕ）が記録されている基材と前記暗号パターンを表示する画像表示装置には、重ね合わせた際の位置を決めるための見当マークを設け、位置決めするようにしたことを特徴とする請求項３記載の暗号情報の表示方法。
   
   
   

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