JP2013073299A

JP2013073299A - 情報処理システム

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Publication number: JP2013073299A
Application number: JP2011210185A
Authority: JP
Inventors: Masanori Kimura; 正憲木村
Original assignee: Nidec Sankyo Corp
Current assignee: Nidec Instruments Corp
Priority date: 2011-09-27
Filing date: 2011-09-27
Publication date: 2013-04-22

Abstract

【課題】共通鍵暗号方式に用いる機器認証情報の漏えいを防止し、よりセキュリティ性の高い機器認証が可能な情報処理システム提供する。
【解決手段】情報処理システム１では、ホストコンピュータ２とカードリーダ３の間で情報の送受信を行う。ホストコンピュータ２は、共通鍵暗号方式を用いてカードリーダ３が正当な機器であることを認証する認証処理部２０と、機器認証情報を生成する認証情報アルゴリズムを有し、カードリーダ３が所有する機器固有情報に基づいて機器認証情報を生成する認証情報生成部２８とを備えている。カードリーダ３は、ホストコンピュータ２と認証処理を行う認証処理部３０と、機器認証情報および機器固有情報を記憶する不揮発性記憶部３７とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、上位装置と情報処理装置との間で情報の送受信を行う情報処理システムに関し、特に、上位装置が共通鍵暗号方式を用いて情報処理装置が正当な機器であることを認証する機器認証に関するものである。

一般に、上位装置が、通信相手である情報処理装置に価値のある情報を送信する場合には、通信相手の情報処理装置が正当なものであることを確認することが必要であり、また、価値のある情報が第三者に知られないよう秘密にしなければならず、さらに、通信手段を介して送信する際に不正な改ざんが行なわれないようにしなければならない。このような確認を認証といい、上位装置が通信相手の情報処理装置を認証することを機器認証という。

このような機器認証を行っている情報処理システムの一例としては、上位装置と（磁気）カードリーダとの組合せが知られている（例えば、特許文献１参照）。特許文献１に示す情報処理システムにおいて、上位装置としてのホストコンピュータと情報処理装置としてのカードリーダとの間では、稼働前にカードリーダの機器認証を行うことにより、ホストコンピュータがカードリーダの正当性を認証している。

このようなホストコンピュータとカードリーダとの間で機器認証するための技術としては、暗号方式を用いたものがある。例えば、暗号化するための鍵および復号化（復号）するための鍵として同じ鍵を用いる共通鍵暗号方式を用いた機器認証がある（例えば、特許文献２参照）。

特許文献２に示す機器認証では、予め送信側装置（ホストコンピュータ）と受信側装置（カードリーダ）との間で、使用する共通鍵暗号方式を共有するとともに、送信側装置と受信側装置とに共通する機器認証情報を保有している。送信側装置が、受信側装置の認証を行うために、まず、送信側装置が保有する機器認証情報を共通鍵を用いて暗号化して受信側装置に送信する。受信側装置は、送信側装置と同じ共通鍵を有しており、この共通鍵を用いて暗号化された機器認証情報を復号化して機器認証情報を取り出す。次に、受信側装置は、復号化した機器認証情報を、自身で保有する共通鍵を用いて暗号化して、送信側装置に返信する。そして、送信側装置は、共通鍵を用いて、受信した、暗号化された機器認証情報を復号化して機器認証情報を取り出し、送信側装置が保有している機器認証情報と一致するかどうか判定し、一致する場合には、受信側装置が正当な装置であると判断し、一致しない場合には、受信側装置が正当な装置でないと判断する。

特開２０１０−８６１２５号公報（段落〔００３１〕の欄）特開平１１−８６１８号公報

しかしながら、上述したように、共通鍵暗号方式を用いて機器認証を行う場合、ホストコンピュータとカードリーダとの両者で、予め同一の機器認証情報を保持する必要がある。このため、初期（カードリーダの工場出荷時）において、カードリーダの製造者が機器認証情報を作成してカードリーダに保持させるとともに、カードリーダのユーザーにホストコンピュータに保持させるべき機器認証情報を提供するようにしていたので、どんなに安全な方法といえども機器認証情報の漏えい（洩）リスクが高くなるという問題がある。

本発明は、このような事情に鑑み、機器認証情報の漏えいを防止し、よりセキュリティ性の高い機器認証が可能な情報処理システムを提供することを目的とする。

上記の課題を解決するため、本発明の情報処理システムは、上位装置と情報処理装置との間で情報の送受信を行う情報処理システムであって、前記上位装置は、共通鍵暗号方式を用いて前記情報処理装置が正当な機器であることを認証する上位装置側認証処理部と、前記上位装置と前記情報処理装置とが共通して保有する機器認証情報を生成する認証情報アルゴリズムを有し、前記情報処理装置が所有する機器固有情報に基づいて前記機器認証情報を生成する認証情報生成部とを備え、前記情報処理装置は、前記上位装置と認証処理を行う情報処理装置側認証処理部と、前記機器認証情報および前記機器固有情報を記憶する不揮発性記憶部とを備えたことを特徴とする。

本発明の情報処理システムでは、情報処理装置の機器固有情報に基づいて生成された機器認証情報を用いて、情報処理装置と上位装置との間で機器認証が行われることから、機器認証情報の漏えいを防止し、よりセキュリティ性の高い機器認証ができる。

また、本発明の情報処理システムは、前記上位装置側認証処理部は、暗号部と、復号部と、乱数発生部とを有し、前記暗号部は、前記共通鍵暗号方式で用いる暗号アルゴリズムに従って所定の情報を暗号化し、前記復号部は、前記共通鍵暗号方式で用いる復号アルゴリズムに従って前記暗号化された所定の情報を復号化し、前記乱数発生部は、乱数を生成する乱数生成アルゴリズムに従って通信用交換鍵および乱数を発生させることが好ましい。

本発明の情報処理システムでは、たとえ、同一の情報が送信される場合であっても、通信用交換鍵Ｋｅｘ、乱数Ｒは乱数発生部で生成されるたびに異なるため、これらを用いて暗号化された情報の送信データも異なったものとなる。したがって、上位装置と情報処理装置との信号を傍受しておき、情報処理装置を使わずに傍受したのと同様の信号を別の情報処理装置に送出したとしても、通信用交換鍵Ｋｅｘ、乱数Ｒが異なるために信号が一致することはなく、不正操作を防止することができる。

さらに、本発明の情報処理システムは、前記情報処理装置の前記機器固有情報は、シリアル番号であることが好ましい。

本発明の情報処理システムでは、機器固有情報に情報処理装置のシリアル番号を用いたので、従来使用している機器固有情報であり、新たに設定する必要もない。

本発明によれば、情報処理装置の機器固有情報に基づいて生成された機器認証情報を用いて、情報処理装置と上位装置との間で機器認証が行われることから、機器認証情報の漏えいを防止し、よりセキュリティ性の高い機器認証を行うことができる。

本発明の実施の形態１に係る情報処理システムを示すブロック図である。同実施の形態１に係る情報処理システムにおける機器認証情報を設定する動作を示す流れ図である。図２の機器認証情報を設定する動作に対応するフローチャートを示す図である。同実施の形態１に係る情報処理システムにおける機器認証動作を示す流れ図である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。
［発明の実施の形態１］

図１は、本発明の実施の形態１に係る情報処理システムを示すブロック図である。
（情報処理システムの構成）

この実施の形態１に係る情報処理システム１は、図１に示すように、上位装置としてのホストコンピュータ２と、このホストコンピュータ２に通信手段を介して接続された情報処理装置としてのカードリーダ３とから構成されている。なお、本実施の形態では、通信手段はＲＳ２３２ＣやＵＳＢのような有線のケーブルである。なお、通信手段は、これら有線に限定されることなく、ＬＡＮで接続でもよく、または、無線であってもよい。
（ホストコンピュータの構成）

ホストコンピュータ２は、図１に示すように、認証処理部２０、制御部２５、通信部２６、記憶部２７、認証情報生成部２８から主に構成される。

認証処理部２０は、カードリーダ３との間で認証処理を行う。具体的には、本実施の形態では、認証処理部２０は、乱数発生部２１、暗号部２２、復号部２３、認証判定部２４から構成され、機器認証に必要な各部の制御を行う。

乱数発生部２１は、通信用交換鍵Ｋｅｘ（ｎ）（ｎは整数。以下同じ）および乱数Ｒ（ｎ）（ｎは整数。以下同じ）を生成する。乱数発生部２１は、通信用交換鍵Ｋｅｘ（ｎ）、乱数Ｒ（ｎ）を生成するアルゴリズム（以下、乱数生成アルゴリズムという）を予め記憶している。通信用交換鍵Ｋｅｘ（ｎ）は、ホストコンピュータ２とカードリーダ３とが互いにデータを暗号化して送信する際に用いられる暗号鍵（本実施の形態では、復号鍵も同じ）である。乱数Ｒ（ｎ）は、データを暗号化して送信する際に、機器認証情報等とともに送信されるデータである。

通信用交換鍵Ｋｅｘ（ｎ）、乱数Ｒ（ｎ）は、ホストコンピュータ２とカードリーダ３との間で実行される機器認証処理や機器認証情報生成ごとに異なっている。本実施の形態では、通信用交換鍵Ｋｅｘ（ｎ）は機器認証処理ごとに異なるように生成されている。また、乱数Ｒ（ｎ）は、機器認証処理および機器認証情報生成ごとに異なるように生成されている。このように、たとえ、同一の機器認証情報が送信される場合であっても、乱数発生部２１で生成される度に通信用交換鍵Ｋｅｘ（ｎ）、乱数Ｒ（ｎ）が異なるため、これらを用いて暗号化された送信データも異なったものとなる。したがって、ホストコンピュータ２とカードリーダ３との信号を傍受しておき、カードリーダ３を使わずに傍受したのと同様の信号を別のカードリーダに送出したとしても、通信用交換鍵Ｋｅｘ（ｎ）、乱数Ｒ（ｎ）が異なるために信号が一致することはなく、不正操作を防止することができる。このため、通信の盗聴や第三者による解読をさらに困難なものにし、よりセキュリティ性を高くしている。

暗号部２２は、３ＤＥＳ（トリプルＤＥＳ）により規格されている暗号アルゴリズムＥを予め記憶している。暗号部２２は、乱数発生部２１で生成した乱数Ｒ（ｎ）に暗号アルゴリズムＥに従って暗号化された乱数Ｒ（ｎ）ｅを生成する。このとき、通信用交換鍵Ｋｅｘ（ｎ）を暗号アルゴリズムＥの鍵とする。暗号化された乱数Ｒ（ｎ）ｅは、次の数１に示すように表現できる。
〔数１〕Ｒ（ｎ）ｅ＝Ｅ（Ｋｅｘ（ｎ），Ｒ（ｎ））

（３ＤＥＳについて）

また、本実施の形態で使用する暗号方式は、暗号化のための鍵（暗号鍵）と復号化のための鍵（復号鍵）とが同じ鍵であることを特徴とする共通鍵暗号方式が用いられている。さらに、この共通鍵暗号方式の中でも、ＤＥＳ（Data Encryption Standardの略）は、１９７７年に米国情報処理標準規格（FEDERAL INFORMATION PROCESSING STANDARDS PUBLICATION：ＦＩＰＳ−ＰＵＢ）４６−３として規定され、最も広く利用されている暗号方式の１つである。さらに、本実施の形態では、ＤＥＳから３ＤＥＳにし、ＤＥＳに比べて解読しにくくしている。３ＤＥＳは、ＤＥＳのアルゴリズムを３回繰り返す暗号方式であり、ＤＥＳのアルゴリズムを流用することができる、さらに、暗号鍵の鍵長を拡張するのと同様の効果を得ることができ、比較的容易に暗号強度を高めることができる。

復号部２３は、ＤＥＳにより規格されている復号アルゴリズムＤを予め記憶している。復号部２３は、暗号化された乱数Ｒ（ｎ）ｅを復号アルゴリズムＤに従って復号化した乱数Ｒ（ｎ）を生成する。このとき、通信用交換鍵Ｋｅｘ（ｎ）を復号アルゴリズムＤの鍵とする。生成された乱数Ｒ（ｎ）は、次の数２に示すように表現できる。
〔数２〕Ｒ（ｎ）＝Ｄ（Ｋｅｘ（ｎ），Ｒ（ｎ）ｅ）

認証判定部２４は、カードリーダ３から返され復号部２３で復号された機器認証情報に基づき、カードリーダ３が正当な装置であるか、不正な装置であるかを判定する。具体的には、復号部２３から受け取った乱数Ｒ’と、乱数発生部２１で生成され記憶部２７に格納されていた乱数Ｒとを比較し、乱数Ｒ’と乱数Ｒとが一致すれば、ホストコンピュータ２が接続されたカードリーダ３を正しい装置であると正当性を認証する。また、乱数Ｒ’と乱数Ｒとが一致していなければ、ホストコンピュータ２は接続されたカードリーダ３を不正な装置であると判定する。

制御部２５は、ホストコンピュータ２全体、すなわち、認証処理部２０、通信部２６、記憶部２７、認証情報生成部２８を含めたホストコンピュータ２全体を制御する。具体的には、制御部２５には、図示しないが、制御用プログラムなどを用いて様々な演算処理を行い、ホストコンピュータ２全体を制御するＣＰＵ、ホストコンピュータ２が処理を実行する際に必要な作業データがコピーされる書換え可能なメモリであって、ＣＰＵが使用するプログラムや演算パラメータなどの制御用データが記録されたＲＯＭ、ＣＰＵの作業領域としても機能するＲＡＭ等により構成されている。

また、制御部２５のＲＯＭには、初期（カードリーダ３の工場出荷時）においてカードリーダ３の製造者が作成し提供する仮の機器認証情報Ｋｔが、安全な方法で保持されている。仮の機器認証情報Ｋｔは、ホストコンピュータ２とカードリーダ３との間で送受信されるデータを共通鍵暗号方式を用いて暗号通信するのに先立ち、共通鍵としての通信用交換鍵Ｋｅｘを生成するためのものである。なお、通信用交換鍵Ｋｅｘを生成する処理についての説明は後述する。また、ホストコンピュータ２は、種々のシステム制御のためのプログラムやパラメータを格納するための不揮発性メモリやハードディスク装置を備えていてもよく、そこに仮の機器認証情報Ｋｔを格納するようにしてもよい。

通信部２６は、カードリーダ３の通信部３５との間で通信手段としてのケーブル（通信回線）を介して通信を行う。なお、通信手段は、本実施の形態ではケーブル等の有線であるが、これに限定されるものではなく、無線でもよい。

記憶部２７は、揮発性のメモリであり、乱数発生部２１で生成された通信用交換鍵Ｋｅｘ（ｎ）および乱数Ｒ（ｎ）を格納している。

認証情報生成部２８は、機器認証情報Ｋｍを生成する認証情報アルゴリズムを記憶しており、カードリーダ３のシリアル番号が入力されることで、機器認証を行うための機器認証情報Ｋｍを生成する。ここで、シリアル番号とはカードリーダ３の個々の機体に製造ごとに割り付けられる製造番号であるが、シリアル番号以外のカードリーダ３固有の固有情報（例えば、ＩＤ番号や機器番号等）であってもよい。なお、本実施の形態では、認証情報アルゴリズムは、ホストコンピュータ２を管理する情報処理システム１のユーザー（例えば、運用管理者）がソースコード（機器認証情報Ｋｍを生成するための認証情報アルゴリズム（原始プログラム））を作成し、カードリーダ３の製造者からカードリーダ３のシリアル番号の提供を受けて機器認証情報Ｋｍを生成する独自のアルゴリズムを組み込むようにしている。これにより、装置運用管理者独自の、機器認証情報Ｋｍを生成する認証情報アルゴリズム（認証情報を生成するプログラム）を完成させるようにする。

また、認証情報生成部２８で生成された機器認証情報Ｋｍは、カードリーダ３側へ機器認証情報Ｋｍを設定する動作が終わり次第に消去している。すなわち、ホストコンピュータ２は、カードリーダ３が新たに接続され、または改めて接続し直されて機器認証動作を開始するごとに、接続されたカードリーダ３のシリアル番号に基づき機器認証情報Ｋｍを生成し直すものである。これにより、ホストコンピュータ２は、どのカードリーダ３が接続されるか予測できない場合でも、接続される可能性のある全てのカードリーダ３に対応する形で機器認証情報Ｋｍを長期間にわたって保持する必要はない。また、ホストコンピュータ２で機器認証情報Ｋｍを保持し続けるために、ファイルやレジストリ等にこれを出力する必要もない。つまり、機器認証情報Ｋｍが流出するリスクを減少させ、セキュリティを確保することができ、さらに、メモリ領域を削減することが可能となる。
（カードリーダの構成）

カードリーダ３は、図１に示すように、認証処理および３ＤＥＳの暗号化／復号化を行う認証処理部３０と、カードリーダ３全体の制御を行う制御部３４と、ホストコンピュータ２側との通信を行う通信部３５と、揮発性の記憶部３６と、不揮発性記憶部としてのＥＥＰＲＯＭ３７とを有している。さらに、認証処理部３０は、暗号部３１、復号部３２、認証判定部３３から構成されている。

ここで、制御部３４、通信部３５はそれぞれホストコンピュータ２の制御部２５、通信部２６と同等の機能を有し、詳細な説明は省略する。同様に、認証処理部３０を構成する暗号部３１、復号部３２は、ホストコンピュータ２の暗号部２２、復号部２３と同様の暗号アルゴリズムＥおよび復号アルゴリズムＤを備えて同等の機能を有しているので、ここでの詳細な説明は省略する。

認証判定部３３は、ホストコンピュータ２の乱数生成部２１で生成された後、暗号化されてカードリーダ３に送信された機器認証情報Ｋｍを復号化した復号部３２から送信された通信用交換鍵Ｋｅｘ（ｎ）のデータの有効性（ひいては、ホストコンピュータ１から受信したデータが有効であるか否か）をチェックする。具体的には、パリティチェックや脆弱鍵であるかどうかをチェックしている。パリティチェックはデータの誤り（エラー）を検出する手法の一つである。また、脆弱鍵とは、共通鍵暗号技術としてのＤＥＳにおいてセキュリティ上で好ましくないとされる鍵（４個の脆弱鍵と１２個の準脆弱鍵）であり、それと一致するかどうかをチェックしている。なお、４個の脆弱鍵と１２個の準脆弱鍵は公表されているので、ここでの説明は省略する。

記憶部３６は揮発性であり、ホストコンピュータ２の乱数生成部２１で生成された後、送信された復号部３２で復号された機器認証情報Ｋｍのうち認証判定部３３で有効であると判定された通信用交換鍵Ｋｅｘ（ｎ）を格納する。

ＥＥＰＲＯＭ３７は、不揮発性であり、仮の機器認証情報Ｋｔおよび機器認証情報Ｋｍ、カードリーダ３のシリアル番号を格納している。すなわち、カードリーダ３は、電源立ち上げ時またはリセット時においても、機器認証情報Ｋｍを消去せずに保持している。
（機器認証情報の設定動作）

以下、機器認証情報Ｋｍを設定する動作について説明する。

図２は、実施の形態１に係る情報処理システム１における機器認証情報Ｋｍ（共通鍵）を設定する動作を示す流れ図である。図３は、図２の機器認証情報Ｋｍ（共通鍵）を設定する動作に対応するフローチャートを示す図である。

情報処理システム１においては、カードリーダ３がホストコンピュータ２にケーブル（通信回線）を介して接続された時点で、このカードリーダ３のシリアル番号に基づく機器認証情報Ｋｍを設定する動作が実行される。以下、この機器認証情報Ｋｍを設定する動作を図２および図３に基づいて詳述する。

初期（工場出荷時）において、カードリーダ３およびホストコンピュータ２は共通暗号鍵として仮の機器認証情報Ｋｔを保持している。例えば、仮の機器認証情報Ｋｔは、カードリーダ３の機種を示す機種番号である。機種番号は、機体固有のシリアル番号とは異なり、同一の機種に共通の番号または記号である。

まず、ホストコンピュータ２の制御部２５が、機器認証情報Ｋｍを設定する処理を開始する。具体的には、ホストコンピュータ２から機器認証を行うための要求コマンドが通信部２６、通信部３５を介して、カードリーダ３に送信される。カードリーダ３は、要求コマンドを受信した旨、通信部３５、通信部２６を介してホストコンピュータ２に返信される。

次に、ホストコンピュータ２の認証処理部２０の乱数発生部２１は、制御部２５の指令により、通信用交換鍵Ｋｅｘ（ｎ）および乱数Ｒ（ｎ）を生成する（ステップＳ１）。なお、第１回目の生成であるので、ｎは１とする。すなわち、乱数発生部２１は、乱数生成アルゴリズムに従って通信用交換鍵Ｋｅｘ（１）、乱数Ｒ（１）を生成する。また、生成した通信用交換鍵Ｋｅｘ（１）および乱数Ｒ（１）は、記憶部２７に格納される。

その後、認証処理部２０の暗号部２２は、これらの通信用交換鍵Ｋｅｘ（１）および乱数Ｒ（１）を、仮の機器認証情報Ｋtを用いて３ＤＥＳの暗号アルゴリズムＥに従って暗号化し、暗号データＣ１＝Ｅ（Ｋｔ，Ｋｅｘ（１）＋Ｒ（１））を生成する（ステップＳ２）。ここでは、仮の機器認証情報Ｋｔを暗号アルゴリズムＥの鍵として使用している。なお、Ｋｅｘ（１）＋Ｒ（１）は、通信用交換鍵Ｋｅｘ（１）のデータと乱数Ｒ（１）のデータが入れ子のようになっている。

また、ホストコンピュータ２は、制御部２５の指令により、暗号データＣ１を通信部２６経由でカードリーダ３へ送信する。

次いで、カードリーダ３は、これを通信部３５経由で受信する（ステップＳ３）。認証処理部３０は、受信した暗号データＣ１を、カードリーダ２が予め保持している仮の機器認証情報Ｋｔを用いて３ＤＥＳの復号アルゴリズムＤに従って復号化し、（Ｋｅｘ（１）＋Ｒ（１））＝Ｄ（Ｋｔ，Ｃ１）により、通信用交換鍵Ｋｅｘ（１）および乱数Ｒ（１）を復号化する。ここでは、カードリーダ２が予め保持している仮の機器認証情報Ｋｔを暗号アルゴリズムＥの鍵として使用している。

さらに、カードリーダ３の認証処理部３０の認証判定部３３は、復号化した、ホストコンピュータ２が保持する通信用交換鍵Ｋｅｘが正しいか否かを確認する（ステップＳ４）。ここでは、通信用交換鍵Ｋｅｘ（１）のデータのパリティチェック（コード）が正しいかどうかを確認している。また、通信用交換鍵Ｋｅｘ（１）のデータが、３ＤＥＳとしてセキュリティ上で好ましくないとされる鍵（４個の脆弱鍵と１２個の準脆弱鍵）と一致するかどうかをチェックしている。

その結果、認証判定部３３は、通信用交換鍵Ｋｅｘが正しくないと判定した場合、カードリーダ３は、エラーをホストコンピュータ２へ返して機器認証情報Ｋｍを設定する動作を終了させる（ステップＳ２０）。

また、ステップＳ４に戻り、通信用交換鍵Ｋｅｘ（１）が正しいと判定した場合、カードリーダ３の認証処理部３０は、復号化した通信用交換鍵Ｋｅｘ（１）および乱数Ｒ（１）を記憶部３６に格納する。引き続き、認証処理部３０の暗号部３１は、復号化した乱数Ｒ（１）を、復号化した通信用交換鍵Ｋｅｘ（１）を用いて３ＤＥＳの暗号アルゴリズムＥに従って暗号化し、暗号データＣ２＝Ｅ（Ｋｅｘ（１），Ｒ（１））を生成する。生成した暗号データＣ２を、カードリーダ３は、制御部３４の指令により通信部３５経由でホストコンピュータ２へ送信する（ステップＳ５）。なお、送信後、漏えい等を含めセキュリティ性を高めるために、乱数Ｒ（１）を消去する。

次に、ホストコンピュータ２は、暗号データＣ２を通信部２６経由で受信する。認証処理部２０の復号部２３は、受信した暗号データＣ２を、記憶部２７に保持している通信用交換鍵Ｋｅｘ（１）を用いて３ＤＥＳの復号アルゴリズムＤに従って復号化し、Ｒ（１）＝Ｄ（Ｋｅｘ（１），Ｃ２）により、乱数Ｒ（１）を復号化する（ステップＳ６）。

そして、認証判定部２４は、復号化した乱数Ｒ（１）が、元の乱数Ｒ（１）と一致するか否かを確認する（ステップＳ７）。つまり、ステップＳ１で、ホストコンピュータ２の乱数発生部２１が生成した乱数Ｒ（１）と、カードリーダ３から送信されてきた乱数Ｒ（１）とを比較し、両者が一致するか否かを確認する。確認後、漏えい等を含めセキュリティ性を高めるために、乱数Ｒ（１）は消去する。

その結果、乱数Ｒ（１）が一致しなければ、ホストコンピュータ２の認証処理部２０は、エラーを制御部２５に出力する。制御部２５は、接続されているカードリーダ３の正当性が認証（確認）できなかったので、機器認証情報Ｋｍを設定する動作を終了させる（ステップＳ２０）。

また、ステップＳ７に戻り、乱数Ｒ（１）が一致した場合、認証処理部２０は制御部２５に一致したことを出力する。制御部２５は、カードリーダ３の正当性が確認（認証）できたと判断し、引き続き、機器認証情報Ｋｍを設定する動作を実行する。具体的には、制御部２５は、カードリーダ３の固有情報としてのシリアル番号をホストコンピュータ２に送信するようカードリーダ３に対して要求する（ステップＳ８）。

そして、カードリーダ３の制御部３４は、シリアル番号送信の要求を通信部３５経由で受信すると、カードリーダ３のシリアル番号をＥＥＰＲＯＭ３７から読み出し、通信部３５経由でホストコンピュータ２に送信する（ステップＳ９）。

次いで、制御部２５は、カードリーダ３のシリアル番号を（通信部２６を介して）認証情報生成部２８に出力し、認証情報生成部２８に対して、このシリアル番号を入力して、新規な（正式な）機器認証情報Ｋｍの生成を指令する（ステップＳ１０）。

その後、認証情報生成部２８は、機器認証情報Ｋｍを生成する認証情報アルゴリズムに従って、入力したシリアル番号に基づいて機器認証情報Ｋｍを生成し、この機器認証情報Ｋｍを認証処理部２０に出力する（ステップＳ１１）。

次に、認証処理部２０は、機器認証情報Ｋｍの取得に成功したか否かを確認する（ステップＳ１２）。

その結果、生成した機器認証情報Ｋｍの取得に失敗すれば、ホストコンピュータ２の認証処理部２０は、エラーを制御部２５に出力する。制御部２５は、機器認証情報Ｋｍを取得できなかったので、機器認証情報Ｋｍを設定する動作を終了させる（ステップＳ２０）。

また、ステップＳ１２に戻り、機器認証情報Ｋｍの取得に成功すれば、ホストコンピュータ２の認証処理部２０は、制御部２５に機器認証情報Ｋｍを出力する。引き続き、制御部２５は、認証処理部２０（乱数発生部２１）に、新規な乱数Ｒ（ｎ）の生成を要求する。ここでは、第２回目の乱数なのでｎ＝２とする。乱数発生部２１は、乱数生成アルゴリズムに基づいて、乱数Ｒ（２）を生成する（ステップＳ１３）。また、生成した乱数Ｒ（２）は、記憶部２７に格納される。

その後、認証処理部２０の暗号部２１は、取得した機器認証情報Ｋｍおよび新たに生成した乱数Ｒ（２）を、通信用交換鍵Ｋｅｘ（１）を用いて３ＤＥＳの暗号アルゴリズムＥに従って暗号化し、暗号データＣ３＝Ｅ（Ｋｅｘ（１），Ｋｍ＋Ｒ（２））を生成する。なお、Ｋｍ＋Ｒ（２）は、機器認証情報Ｋｍのデータと乱数Ｒ（２）のデータが入れ子のようになっている。また、制御部２５は、暗号データＣ３を通信部２６経由でカードリーダ３へ送信する（ステップＳ１４）。

そして、カードリーダ３の制御部３４は、暗号データＣ３を通信部３５経由で受信する。受信した暗号データＣ３を、カードリーダ３の認証処理部３０は、保持している通信用交換鍵Ｋｅｘ（１）を用いて３ＤＥＳの復号アルゴリズムＤに従って復号化し、Ｋｍ＋Ｒ（２）＝Ｄ（Ｋｅｘ（１），Ｃ３）により、機器認証情報Ｋｍおよび乱数Ｒ（２）を復号化する（ステップＳ１５）。

さらに、カードリーダ３の認証処理部３０の認証判定部３３は、復号化した、ホストコンピュータ２が保持する機器認証情報Ｋｍが正しいか否かを確認する（ステップＳ１６）。ここでは、機器認証情報Ｋｍのデータのパリティチェック（コード）が正しいかどうかを確認している。また、機器認証情報Ｋｍのデータが、３ＤＥＳとしてセキュリティ上で好ましくないとされる鍵（４個の脆弱鍵と１２個の準脆弱鍵）と一致するかどうかをチェックしている。

その結果、認証判定部３３は、機器認証情報Ｋｍが正しくないと判定した場合、認証処理部３０は、エラーをホストコンピュータ２へ返して機器認証情報Ｋｍを設定する動作を終了させる（ステップＳ２０）。

また、ステップＳ１６に戻り、機器認証情報Ｋｍが正しいと判定した場合、カードリーダ３の認証処理部３０は、復号化した機器認証情報Ｋｍを取得してＥＥＰＲＯＭ３７に格納されている仮の機器認証情報Ｋｔに上書きする。また、復号化した乱数Ｒ（２）は記憶部３６に格納される。引き続き、認証処理部３０の暗号部３１は、復号化した乱数Ｒ（２）を、複合した機器認証情報Ｋｍを用いて３ＤＥＳの暗号アルゴリズムＥに従って暗号化し、暗号データＣ４＝Ｅ（Ｋｍ，Ｒ（２））を生成する。生成した暗号データＣ４を、カードリーダ３の制御部３４は、通信部３５経由でホストコンピュータ２へ送信する（ステップＳ１７）。なお、送信後、漏えい等を含めセキュリティ性を高めるために、乱数Ｒ（２）を消去する。

その後、ホストコンピュータ２の制御部２０は、暗号データＣ４を通信部２６経由で受信する。認証処理部２０の復号部２３は、受信した暗号データＣ４を、保持している機器認証情報Ｋｍを用いて３ＤＥＳの復号アルゴリズムＤに従って復号化し、Ｒ（２）＝Ｄ（Ｋｍ，Ｃ４）により、乱数Ｒ（２）を復号化する（ステップＳ１８）。

さらに、認証判定部２４は、復号化した乱数Ｒ（２）が、元の乱数Ｒ（２）と一致するか否かを確認する（ステップＳ１９）。つまり、ステップＳ１３で、ホストコンピュータ２が生成した乱数Ｒ（２）と、カードリーダ３から送信されてきた乱数Ｒ（２）とを比較し、両者が一致するか否かを確認する。確認後、漏えい等を含めセキュリティ性を高めるために、乱数Ｒ（２）は消去する。

その結果、乱数Ｒ（２）が一致した場合、認証処理部２０は制御部２５に一致したことを出力する。制御部２５は、カードリーダ３へ正常に機器認証情報Ｋｍを設定できたと判断し、機器認証情報Ｋｍを設定する動作は無事に終了する。

なお、この作業が終了した時点で、ホストコンピュータ２が保持している機器認証情報Ｋｍは、セキュリティ性を高めるために、消去される。換言すれば、機器認証情報Ｋｍを設定する動作が終了すると、ホストコンピュータ２は、仮の機器認証情報Ｋｔを記憶部２７で保持しているとともに、カードリーダ３は、ステップＳ１１で生成された機器認証情報ＫｍをＥＥＰＲＯＭ３７で保持している。

一方、もし、ステップＳ１９で乱数Ｒ（２）が一致しなければ、ホストコンピュータ２の認証処理部２０は、エラーを制御部２５に出力する。制御部２５は、接続されているカードリーダ３の正当性が認証（確認）できなかったので、機器認証情報Ｋｍを設定する動作を終了させる（ステップＳ２０）。
（機器認証動作の手順）

機器認証情報Ｋｍを設定する動作が無事に終了したカードリーダ３が組み込まれている情報処理システム１、例えばＡＴＭ装置（現金自動預け入れ払い機）においては、カードを用いた現金の入出金や振込、振替などのトランザクション処理）が行われるたびに、ＥＥＰＲＯＭ３７に格納されている機器認証情報Ｋｍを用いてカードリーダ３の機器認証動作が実行される。

以下、この機器認証動作を図４に基づいて詳述する。

まず、ホストコンピュータ２またはカードリーダ３は、電源立ち上げ時またはリセット時に、制御部２５は、通信部６経由でカードリーダ３の制御部３４に、カードリーダ３の固有情報としてのシリアル番号をホストコンピュータ２に送信するようカードリーダ３に対して要求する（ステップＳ３１）。

そして、カードリーダ３の制御部３４は、シリアル番号送信の要求を通信部３５経由で受信すると、上述したステップＳ９と同様に、カードリーダ３のシリアル番号をＥＥＰＲＯＭ３７から読み出し、通信部３５経由でホストコンピュータ２に送信する（ステップＳ３２）。

次いで、制御部２５は、上述したステップＳ１０と同様に、カードリーダ３のシリアル番号を（通信部２６を介して）認証情報生成部２８に出力し、認証情報生成部２８に対して、このシリアル番号を入力して、新規な（正式な）機器認証情報Ｋｍの生成を指令する（ステップＳ３３）。

その後、認証情報生成部２８は、上述したステップＳ１１と同様に、入手したシリアル番号に基づいて機器認証情報Ｋｍを生成し、この機器認証情報Ｋｍを認証処理部２０に出力する（ステップＳ３４）。

ここで、機器認証情報Ｋｍの生成に際しては、上述したステップＳ１１と同様に、機器認証情報Ｋｍを生成する認証情報アルゴリズム（プログラム）に従って、入力したシリアル番号に基づいて機器認証情報Ｋｍを生成する。生成した機器認証情報Ｋｍは、同じシリアル番号により生成しているので、上述したステップＳ１１で生成した機器認証情報Ｋｍと同じ鍵となる。すなわち、機器認証情報Ｋｍが再現されたことになり、ホストコンピュータ２で保持する機器認証情報Ｋｍは、カードリーダ３が保持する機器認証情報Ｋｍと同じものとなっている。

次に、認証処理部２０は、上述したステップＳ１２と同様に、機器認証情報Ｋｍの取得に成功したか否かを確認する（ステップＳ３５）。そして、機器認証情報Ｋｍの取得に成功すれば、認証処理部２０は制御部２５に機器認証情報Ｋｍを出力する。引き続き、制御部２５は、上述したステップＳ１３と同様に、認証処理部２０の乱数発生部２１に、新規な通信用交換鍵Ｋｅｘ（ｎ）、乱数Ｒ（ｎ）の生成を要求する。

すると、乱数発生部２１は、乱数生成アルゴリズムに基づいて、通信用交換鍵Ｋｅｘ（２）、乱数Ｒ（３）を生成する。また、生成した通信用交換鍵Ｋｅｘ（２）、乱数Ｒ（３）は、記憶部２７に格納される。なお、通信用交換鍵Ｋｅｘ（２）は、上述したステップＳ１で生成した通信用交換鍵Ｋｅｘ（１）とは異なるデータである。また、乱数Ｒ（３）は、上述したステップＳ１３で生成した乱数Ｒ（２）とは異なるデータである。

また、ステップＳ３５において、図４に示されていないが、認証処理部２０が確認した結果、生成した機器認証情報Ｋｍの取得に失敗すれば、ホストコンピュータ２の認証処理部２０は、エラーを制御部２５に出力する。制御部２５は、機器認証情報Ｋｍを取得できなかったので、機器認証情報Ｋｍを設定する動作を終了させる。このようにして生成された（再現された）機器認証情報Ｋｍを共通鍵として用いて、ホストコンピュータ２の認証処理部２ａはカードリーダ３の機器認証を行う。

次に、認証処理部２０の暗号部２１は、生成した通信用交換鍵Ｋｅｘ（２）および乱数Ｒ（３）を、機器認証情報Ｋｍを用いて３ＤＥＳの暗号アルゴリズムＥに従って暗号化し、暗号データＣ５＝Ｅ（Ｋｍ，Ｋｅｘ（２）＋Ｒ（３））を生成する（ステップＳ３６）。なお、Ｋｅｘ（２）＋Ｒ（３）は、通信用交換鍵Ｋｅｘ（２）のデータと乱数Ｒ（３）のデータが入れ子のようになっている。ここでは、ステップＳ３４で生成した機器認証情報Ｋｍを暗号アルゴリズムＥの鍵として使用している。また、制御部２５は、暗号データＣ５を通信部２６経由でカードリーダ３へ送信する。

その後、カードリーダ３の制御部３４は、暗号データＣ５を通信部３５経由で受信する。受信した暗号データＣ５を、カードリーダ３の認証処理部３０は、保持している機器認証情報Ｋｍを用いて３ＤＥＳの復号アルゴリズムＤに従って復号化し、Ｋｅｘ（２）＋Ｒ（３）＝Ｄ（Ｋｍ，Ｃ５）により、通信用交換鍵Ｋｅｘ（２）および乱数Ｒ（３）を復号化する（ステップＳ３７）。

このとき、カードリーダ３の認証処理部３０の認証判定部３３は、受信した、ホストコンピュータ２が保持する通信用交換鍵Ｋｅｘ（２）が正しいか否かを確認する。ここでは、通信用交換鍵Ｋｅｘ（２）のデータのパリティチェック（コード）が正しいかどうかを確認している。また、通信用交換鍵Ｋｅｘ（２）のデータが、３ＤＥＳとしてセキュリティ上で好ましくないとされる鍵（４個の脆弱鍵と１２個の準脆弱鍵）と一致するかどうかをチェックしている。その結果、認証判定部３３は、受信した（ホストコンピュータ２の）通信用交換鍵Ｋｅｘ（２）が正しくないと判定した場合、認証処理部３０は、エラーをホストコンピュータ２へ返して機器認証情報Ｋｍを設定する動作を終了させる。

次いで、認証判定部３３は、受信したホストコンピュータ２の通信用交換鍵Ｋｅｘ（２）が正しいと判定した場合、引き続き、認証処理部３０の暗号部３１は、復号化した乱数Ｒ（３）を、復号化した通信交換用鍵Ｋｅｘ（２）を用いて３ＤＥＳの暗号アルゴリズムＥに従って暗号化し、暗号データＣ６＝Ｅ（Ｋｅｘ（２），Ｒ（３））を生成する（ステップＳ３８）。生成した暗号データＣ６を、カードリーダ３の制御部３４は、通信部３５経由でホストコンピュータ２へ送信する。

その後、ホストコンピュータ２の制御部２０は、暗号データＣ６を通信部２６経由で受信する。認証処理部２０の復号部２３は、受信した暗号データＣ６を、保持している通信用交換鍵Ｋｅｘ（２）を用いて３ＤＥＳの復号アルゴリズムＤに従って復号化し、Ｒ（３）＝Ｄ（Ｋｅｘ（２），Ｃ６）により、乱数Ｒ（３）を生成する（ステップＳ３９）。

そして、認証判定部２４は、復号化した乱数Ｒ（３）が一致するか否かを確認する。すなわち、ホストコンピュータ２が生成し、保持している乱数Ｒ（３）と、カードリーダ３から送信され、復号化した乱数Ｒ（３）とを比較し、両者が一致するか否かを確認する。

また、確認後、漏えい等を含めセキュリティ性を高めるために、乱数Ｒ（３）は消去する。

その結果、乱数Ｒ（３）が一致した場合、認証処理部２０は制御部２５に一致したことを出力する。制御部２５は、カードリーダ３の正当性が認証（確認）できたと判断し、カードリーダ３の正当性が肯定されたことになるので、ホストコンピュータ２は、機器認証動作を無事に終了させる。これにより、ホストコンピュータ２およびカードリーダ３は、それぞれ通信用交換鍵Ｋｅｘ（２）を保持することになる。

ここで、機器認証動作が終了する。

もし、ステップＳ１９で乱数Ｒ（３）が一致しなければ、ホストコンピュータ２の認証処理部２０は、エラーを制御部２５に出力する。制御部２５は、接続されているカードリーダ３の正当性が認証（確認）できなかったので、通信用交換鍵Ｋｅｘを設定する動作を終了させる。
（本実施の形態の主な効果）

このように、この実施の形態１では、情報処理システム１は、カードリーダ３のシリアル番号（機器固有情報）に基づいて生成された機器認証情報Ｋｍ（共通鍵）を用いて、カードリーダ３とホストコンピュータ２との間で機器認証が行われるので、機器認証情報Ｋｍの漏えいを防止し、第三者の攻撃による機器認証情報Ｋｍの推定を困難にし、従来に比べてよりセキュリティ性の高い機器認証ができる。

この機器認証情報Ｋｍの生成に用いる認証情報アルゴリズムについては、ホストコンピュータ２を管理する情報処理システム１のユーザー（例えば、運用管理者）がソースコード（機器認証情報Ｋｍを生成するための認証情報アルゴリズム（原始プログラム））を作成し、カードリーダ３の製造者からカードリーダ３のシリアル番号の提供を受けて機器認証情報Ｋｍを生成する独自のアルゴリズムを組み込むようにしている。これにより、装置運用管理者独自の、機器認証情報Ｋｍを生成する認証情報アルゴリズム（認証情報を生成するプログラム）を完成させるようにする。

こうすることにより、ホストコンピュータ２を管理する情報処理システム１のユーザー（例えば、運用管理者）は、機器認証情報Ｋｍを生成する認証情報アルゴリズム（認証情報を生成するプログラム）の仕様を統一することができ、カードリーダ３の製造者からカードリーダ３のシリアル番号の提供を受けて機器認証情報Ｋｍを生成する独自のアルゴリズムを組み込むことが可能となる。さらに、カードリーダ３の製造者からカードリーダ３のシリアル番号の提供を受けることで、たとえ情報処理システム１のユーザー（例えば、運用管理者）がプログラミング（共通鍵暗号方式のノウハウなど）に詳しくなくても、認証情報アルゴリズムを容易に作成することができる。同時に、この認証情報アルゴリズムへ組み込んだ独自のアルゴリズムは装置運用管理者以外には不明であるため、機器認証情報Ｋｍの流出リスクを減少させ、ひいては情報処理システム１の運用の安全性を高めることが可能となる。

さらに、情報処理システム１では、たとえ送信データが同じであっても、通信用交換鍵Ｋｅｘ（ｎ）、乱数Ｒ（ｎ）が異なるため、これらを用いて暗号化された送信データも異なったものとなる。したがって、カードリーダ３とホストコンピュータ２との信号を傍受しておき、カードリーダ３を使わずに同様の信号を別のカードリーダに送出したとしても、通信用交換鍵Ｋｅｘ、乱数Ｒが異なるために信号が一致することはなく、不正操作を防止することができる。

また、情報処理システム１では、機器固有情報がカードリーダ３のシリアル番号を用いたので、従来使用している機器固有情報であり、新たに設定する必要もない。したがって、情報処理システム１の構築が簡便なものとなる。
［発明のその他の実施の形態］

なお、上述した実施の形態１では、上位装置としてホストコンピュータ２を備えた情報処理システム１について説明したが、ホストコンピュータに限定されるものではなく、例えば、コンピュータに内蔵されている制御装置や演算装置といった処理装置であってもよく、または、例えば、ＡＴＭ、ＰＯＳ等であってもよい。

また、上述した実施の形態１では、情報処理装置としてカードリーダ３を備えた情報処理システム１について説明したが、カードリーダ３以外の情報処理装置例えば、ＡＴＭやＰＯＳ端末に付属する入出力機器：タッチパネル、ＰＩＮパッド、プリンター、スキャナ等を備えた情報処理システム１であってもよい。

また、上述した実施の形態１では、機器固有情報としてシリアル番号を用いる場合について説明したが、例えば、鍵を生成する種となるユニークな値を機器へ持たせる（外部から種も見えないようにする）ことも可能である。

また、上述した実施の形態１では、不揮発性記憶部としてＥＥＰＲＯＭ３７を用いる場合について説明したが、ＥＥＰＲＯＭ３７以外の不揮発性記憶部を代用してもよい。

また、上述した実施の形態１では、乱数や通信用交換鍵Ｋｅｘを暗号化するのに３ＤＥＳを用いる場合について説明したが、３ＤＥＳ以外の共通鍵暗号方式としての暗号アルゴリズム（例えば、ＤＥＳ、ＦＥＡＬ、ＩＤＥＡ、ＡＥＳ、Ｃａｍｅｌｌｉａ、ＭＩＳＴＹ、ＭＵＬＴＩ、ＲＣ４、ＲＣ５など）を代用してもよい。

また、上述した実施の形態１では、通信用交換鍵Ｋｅｘのデータと乱数Ｒのデータが入れ子のようにしたが、これに限定されるものではなく、２つのデータを連結したもの等のように２つのデータが混合されていればよい。

さらに、上述した実施の形態１では、１台のカードリーダ３がホストコンピュータ２に接続された情報処理システム１について説明したが、複数台（２台以上）のカードリーダ３がホストコンピュータ２に接続された情報処理システム１に本発明を同様に適用することも可能である。

本発明は、ＡＴＭ装置（現金自動預け入れ払い機）やＣＤ機（現金自動支払い機）その他の装置・機器に広く適用することができる。

１……情報処理システム
２……ホストコンピュータ（上位装置）
２０……認証処理部（上位装置側認証処理部）
２１……乱数発生部
２２……暗号部
２３……復号部
２４……認証判定部
２５……制御部
２６……通信部
２７……記憶部
２８……認証情報生成部
３……カードリーダ（情報処理装置）
３０……認証処理部（情報処理装置側認証処理部）
３１……暗号部
３２……復号部
３３……認証判定部
３４……制御部
３５……通信部
３６……記憶部
３７……ＥＥＰＲＯＭ（不揮発性記憶部）
Ｋｅｘ……通信用交換鍵
Ｋｔ……仮の機器認証情報
Ｋｍ……機器認証情報

Claims

上位装置と情報処理装置との間で情報の送受信を行う情報処理システムであって、
前記上位装置は、
共通鍵暗号方式を用いて前記情報処理装置が正当な機器であることを認証する上位装置側認証処理部と、
前記上位装置と前記情報処理装置とが共通して保有する機器認証情報を生成する認証情報アルゴリズムを有し、前記情報処理装置が所有する機器固有情報に基づいて前記機器認証情報を生成する認証情報生成部とを備え、
前記情報処理装置は、
前記上位装置と認証処理を行う情報処理装置側認証処理部と、
前記機器認証情報および前記機器固有情報を記憶する不揮発性記憶部とを備えたことを特徴とする情報処理システム。
前記上位装置側認証処理部は、暗号部と、復号部と、乱数発生部とを有し、
前記暗号部は、前記共通鍵暗号方式で用いる暗号アルゴリズムに従って所定の情報を暗号化し、
前記復号部は、前記共通鍵暗号方式で用いる復号アルゴリズムに従って前記暗号化された所定の情報を復号化し、
前記乱数発生部は、乱数を生成する乱数生成アルゴリズムに従って通信用交換鍵および乱数を発生させることを特徴とする請求項１に記載の情報処理システム。
前記情報処理装置の前記機器固有情報は、シリアル番号であることを特徴とする請求項１または２に記載の情報処理システム。