JP2016187146A - 発券機、電子署名生成器、料金計算機及び判定器 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】発券機20は、秘密鍵記憶部2031と、ハッシュ値算出部2033と、電子署名生成部2034と、出力部204とを持つ。秘密鍵記憶部2031は、秘密鍵を記憶する。ハッシュ値算出部2033は、入口に関する情報を含む入口情報にハッシュ関数を用いることによってハッシュ値を算出する。電子署名生成部2034は、前記ハッシュ値及び前記秘密鍵に基づいて電子署名を生成する。出力部204は、生成された電子署名と、前記入口情報とをコード化した情報であるコード情報を印刷することによって通行券を発券する。
【選択図】図3
Description
しかしながら、従来の方法では、入口から出口までの間に通行券に記録された入口情報が改竄された場合、料金収受機で通行券の改竄を検出することができない場合があった。なお、このような問題は、有料道路に限らず、入口情報が記録された通行券に基づいて入口から出口までの距離に応じた通行料金が算出される場面全てに共通する問題である。
図1は、実施形態の通行券判定システム100のシステム構成を示す図である。
通行券判定システム100は、入口情報が記録された通行券に基づいて入口から出口までの距離に応じた通行料金が算出される場面に適用される。通行券判定システム100が適用される場面としては、対距離制が利用されている場面を対象とする。なお、本実施形態では、通行券判定システム100が、高速道路などの有料道路に適用される場合を例に説明する。
通行券判定システム100は、非対称鍵生成装置10、複数台の発券機20−1〜20−M及び複数台の料金計算機30−1〜30−Nを備える。ここで、M及びNは2以上の整数である。なお、以下の説明では、発券機20−1〜20−Mについて特に区別しない場合には発券機20と記載する。また、以下の説明では、料金計算機30−1〜30−Nについて特に区別しない場合には料金計算機30と記載する。
料金計算機30は、有料道路の出口付近に設けられる。料金計算機30は、非対称鍵生成装置10から送信された公開鍵束テーブルの情報に含まれる公開鍵を用いて通行券を復号することによって通行券の正当性を判定する。料金計算機30は、通行券が正当である場合に入口情報で示される場所から自装置が備えられている場所までの距離に応じた通行料金を算出する。料金計算機30は、通行券の正当性を判定する判定器を備える。
非対称鍵生成装置10は、バスで接続されたCPU(Central Processing Unit)やメモリや補助記憶装置などを備え、鍵生成プログラムを実行する。鍵生成プログラムの実行によって、非対称鍵生成装置10は、鍵生成部101、生成器識別情報保存部102、登録部103、公開鍵束生成部104を備える装置として機能する。なお、非対称鍵生成装置10の各機能の全て又は一部は、ASIC(Application Specific Integrated Circuit)やPLD(Programmable Logic Device)やFPGA(Field Programmable Gate Array)等のハードウェアを用いて実現されてもよい。また、鍵生成プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、鍵生成プログラムは、電気通信回線を介して送受信されてもよい。
生成器識別情報保存部102は、発券機20が備える電子署名生成器の識別情報(以下、「生成器識別情報」という。)を保存する。例えば、生成器識別情報保存部102は、生成器識別情報と、電子署名生成器を備える発券機20の情報とを対応付けて保存する。生成器識別情報保存部102が保存する生成器識別情報毎に、異なる公開鍵及び秘密鍵の組合せが生成される。すなわち、各生成器識別情報で同じ公開鍵及び秘密鍵の組合せは存在しない。そのため、生成器識別情報は、公開鍵及び秘密鍵の組合せを識別するための識別情報としても利用される。
登録部103は、鍵生成部101が生成した秘密鍵を発券機20に登録する。その後、登録部103は、秘密鍵を登録した発券機20の生成器識別情報と、秘密鍵の対となる公開鍵の情報とを公開鍵束生成部104に通知する。登録部103は、通知後、登録した秘密鍵の情報を自装置から削除する。
発券機20は、バスで接続されたCPUやメモリや補助記憶装置などを備え、発券プログラムを実行する。発券プログラムの実行によって、発券機20は、入力部201、入口情報出力部202、電子署名生成器203、出力部204を備える装置として機能する。なお、発券機20の各機能の全て又は一部は、ASICやPLDやFPGA等のハードウェアを用いて実現されてもよい。また、発券プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、発券プログラムは、電気通信回線を介して送受信されてもよい。
入口情報出力部202は、所定のタイミングで入口情報を出力する。所定のタイミングとは、例えば発券機20に通行券の発券の指示がなされたタイミングであってもよいし、不図示のセンサから車両を検知したことを通知されたタイミングであってもよい、その他のタイミングであってもよい。
秘密鍵記憶部2031は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。秘密鍵記憶部2031は、入力部201に入力された秘密鍵を記憶する。
識別情報記憶部2032は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。識別情報記憶部2032は、生成器識別情報を記憶する。
電子署名生成部2034は、ハッシュ値算出部2033によって算出されたハッシュ値を、秘密鍵記憶部2031に記憶されている秘密鍵を使用して暗号化することによって電子署名を生成する。暗号化には、RSA暗号方式や楕円曲線暗号方式などの公開鍵暗号化方式が用いられてもよい。
図4に示されるように、発券機20によって発券される通行券41にはコード情報42が印刷される。図4では、コード情報42として、1次元バーコードを例に説明しているが、2次元バーコードであってもよい。コード情報42には、平文の生成器識別情報と、平文の入口情報と、電子署名とが含まれる。通行券41には、コード情報42の他に、生成器識別情報及び入口情報が文字として印刷されていてもよい。
料金計算機30は、バスで接続されたCPUやメモリや補助記憶装置などを備え、検定プログラムを実行する。検定プログラムの実行によって、料金計算機30は、読取部301、公開鍵束情報記憶部302、取得部303、判定器304、料金計算部305、ログ記録部306を備える装置として機能する。なお、料金計算機30の各機能の全て又は一部は、ASICやPLDやFPGA等のハードウェアを用いて実現されてもよい。また、検定プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録されてもよい。コンピュータ読み取り可能な記録媒体とは、例えばフレキシブルディスク、光磁気ディスク、ROM、CD−ROM等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置である。また、検定プログラムは、電気通信回線を介して送受信されてもよい。
公開鍵束情報記憶部302は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。公開鍵束情報記憶部302は、非対称鍵生成装置10が生成した公開鍵束テーブルを記憶する。公開鍵束テーブルは、料金計算機30の設置時に公開鍵束情報記憶部302に記憶されてもよいし、ネットワークを介して定期的に公開鍵束情報記憶部302に記憶されてもよいし、USB(Universal Serial Bus)などの記憶媒体から公開鍵束情報記憶部302に記憶されてもよいし、その他の方法で公開鍵束情報記憶部302に記憶されてもよい。
公開鍵束テーブルは、公開鍵に関する情報を表すレコードを有する。レコードは、生成器識別情報及び公開鍵の各値を有する。生成器識別情報の値は、秘密鍵が登録された発券機20が備える電子署名生成器203の識別情報を表す。なお、生成器識別情報は、秘密鍵及び公開鍵の組合せ毎に異なる生成器識別情報が存在する。つまり、生成器識別情報は、公開鍵及び秘密鍵を識別するための識別情報としても利用される。公開鍵の値は、同じレコードの生成器識別情報で特定される電子署名生成器203を備える発券機20に登録された秘密鍵に対応する公開鍵を表す。
取得部303は、公開鍵束テーブルを参照して、読み取られたコード情報に含まれる平文の生成器識別情報に対応付けられている公開鍵を取得する。
判定器304は、通行券の正当性を判定する。判定器304は、復号部3041、ハッシュ値算出部3042及び判定部3043を備える。
復号部3041は、取得部303によって取得された公開鍵を用いて、読み取られたコード情報に含まれる電子署名を復号する。この処理によって、復号部3041はハッシュ値を復元する。
判定部3043は、復号部3041によって復元されたハッシュ値と、ハッシュ値算出部3042が算出したハッシュ値とが一致するか否か判定する。復元されたハッシュ値と、算出されたハッシュ値とが一致する場合、判定部3043は通行券が正当な通行券であると判定する。つまり、判定部3043は、通行券が改竄されていないと判定する。この場合、判定部3043は、料金計算部305に通行料金の計算を行うように指示する。一方、復元されたハッシュ値と、算出されたハッシュ値とが一致しない場合、判定部3043は通行券が不当な通行券であると判定する。つまり、判定部3043は、通行券が改竄されていると判定する。この場合、判定部3043は改竄されていることを通知する。
ログ記録部306は、磁気ハードディスク装置や半導体記憶装置などの記憶装置を用いて構成される。ログ記録部306は、通行券に含まれるコード情報をログとして記録する。ログとは、なんらかの履歴を表す情報であり、例えば通行券の履歴を表す情報である。なお、ログ記録部306は、通行券毎に、判定部3043の判定結果や公開鍵の情報を通行券の履歴に含めて記録してもよい。
入口情報出力部202は、所定のタイミングで入口情報を出力する(ステップS101)。ハッシュ値算出部2033は、入口情報と、識別情報記憶部2032に記憶されている生成器識別情報とを加算した情報に、ハッシュ関数を用いてハッシュ値を算出する(ステップS102)。電子署名生成部2034は、算出されたハッシュ値と、秘密鍵記憶部2031に記憶されている秘密鍵とに基づいて電子署名を生成する(ステップS103)。その後、出力部204は、入口情報と、生成器識別情報と、電子署名とをコード化した後、コード情報を通行券に印刷して通行券を発券する(ステップS104)。
読取部301は、通行券に印刷されているコード情報を読み取る(ステップS201)。読取部301は、読み取ったコード情報に含まれる平文の生成器識別情報を取得部303に出力する。また、読取部301は、読み取ったコード情報に含まれる電子署名を復号部3041に出力する。また、読取部301は、読み取ったコード情報に含まれる生成器識別情報及び入口情報をハッシュ値算出部3042に出力する。
一方、ハッシュ値が一致する場合(ステップS207−YES)、判定部3043は通行券が改竄されていないと判定する。その後、判定部3043は、通行料金を算出する指示を料金計算部305に出力する(ステップS208)。料金計算部305は、判定部3043からの指示に応じて、入口情報で示される場所から自装置が設置されている場所までの距離に応じた通行料金を算出する(ステップS209)。
また、本実施形態における通行券には、電子署名の他に、生成器識別情報及び入口情報が平文で印刷されている。そのため、料金計算機30は、システムがダウンしたとしても、平文の入口情報に基づいて通行料金を算出できる。さらに、入口情報が暗号化されていないため、入口情報が暗号化されている場合に比べて料金計算機30による通行料金の計算の処理負荷が少なくて済む。
また、通行券判定システム100では、発券機20毎に、異なる秘密鍵及び公開鍵の組合せが生成される。したがって、1台の発券機20の秘密鍵が解析されて公開鍵が入手されたとしても、他の発券機20の秘密鍵は類推できない。そのため、改竄による被害を最低限に抑えることが可能になる。
通行券の入口情報は、秘匿性がないため、暗号化の必要性はない。もし、暗号化すると、回収済みの過去の通行券を監査などで見る場合、その時々の秘密鍵を発券時期毎に世代管理しなければならない。さらに、この鍵は厳密な管理が必要になる。それに対して、実施形態における本提案では、料金計算機30が、通行券に記録されている情報をログとして記録している。つまり、料金計算機30は、過去に使用された通行券に記録されている情報をログとして記録している。また、通行券に記録されている情報のうち入口情報及び生成器識別情報は暗号化されていない。そのため、監査が容易になる。また、料金計算機30は、発券時期毎の過去の秘密鍵に対応する公開鍵の情報を常に保持していなくてよい。したがって、過去の秘密鍵に対応する公開鍵の情報の保存による料金計算機30のメモリへの負担が無くなる。そのため、料金計算機30は、メモリの容量を他の情報の保存に利用することができる。
また、非対称鍵生成装置10の登録部103は、発券機20に秘密鍵を登録して公開鍵束生成部104に公開鍵の通知を行った後に、秘密鍵の情報を自装置から削除する。したがって、秘密鍵の情報は、発券機20にしか残らない。そのため、秘密鍵の情報が外部に漏れてしまう可能性を軽減することが可能になる。
本実施形態では、通行券判定システム100が複数台の発券機20及び複数台の料金計算機30を備える構成を示したが、通行券判定システム100は1台の発券機20及び1台の料金計算機30を備えるように構成されてもよい。このように構成される場合、公開鍵束テーブルには、1つの生成器識別情報と公開鍵との組合せが記録される。
秘密鍵は、秘密鍵記憶部2031に記憶させるタイミングで暗号化されてもよい。この場合、電子署名生成部2034は、暗号化された秘密鍵を用いて、ハッシュ値を暗号化することによって電子署名を生成する。
本実施形態では、公開鍵束テーブルに、公開鍵及び秘密鍵の組合せを識別するための識別情報(以下、「鍵識別情報」という。)として、生成器識別情報を例に示したが、これに限定される必要はない。公開鍵束テーブルには、鍵識別情報として、公開鍵及び秘密鍵の組合せを識別することができる識別情報であればどのような識別情報が記録されてもよい。鍵識別情報の具体例として、秘密鍵の識別情報、発券機20の識別情報及び公開鍵の識別情報などがある。
まず、料金計算機30の読取部301は、通行券に印刷されているコード情報を読み取る。読取部301は、コード情報を読み取ったことを取得部303に通知する。また、読取部301は、読み取ったコード情報に含まれる電子署名を復号部3041に出力する。また、読取部301は、読み取ったコード情報に含まれる生成器識別情報及び入口情報をハッシュ値算出部3042に出力する。取得部303は、読取部301からの通知に応じて、公開鍵束テーブルに記録されている公開鍵を全て取得する。そして、取得部303は、取得した全ての公開鍵を復号部3041に出力する。復号部3041は、取得された公開鍵を使用して電子署名を復号する。この際、復号部3041は、取得された各公開鍵を順番に使用して、各公開鍵で電子署名を復号する。そして、復号部3041は、取得された全ての公開鍵で電子署名を正しく復号できなかった場合にエラーを通知する。一方、いずれかの公開鍵で電子署名を正しく復号できた場合には、復号によって復元されたハッシュ値を判定部3043に出力する。
このように構成されることによって、発券機20が盗難にあった場合にも対応することができる。以下、詳細に説明する。
有料道路のように、入口に人が常任していなくて発券機20のみが設置されている場合、発券機20の盗難が発生する可能性がある。このような場合、盗難にあった発券機20で通行券が発券されて悪用されることも考えられる。そこで、料金計算機30が消去部を備えるように構成されることで、盗難にあった発券機20が備える電子署名生成器203の識別情報に対応する公開鍵を消去することができる。これにより、盗難にあった発券機20で発見された通行券が使用できなくなる。したがって、盗難にあった発券機20で通行券が発券されて悪用される可能性を低減させることができる。そのため、発券機20が盗難にあった場合にも対応することが可能になる。
(解決方法1)
発券機と料金収受機との他に、各装置を管理するセンターの装置を備えるシステムを利用する方法。
このシステムでは、発券機が通行券の発券時に通行券の固有番号と、入口情報とをセンターの装置に送信する。料金収受機は、通行券に記録されている固有番号を元に、センターの装置に照会をかけて入口情報を特定して通行料金の計算を行う。このような構成の場合、何の対策も施されていないシステムと比べて通行券の改竄に対する防衛効果は増すが、料金収受機とセンターの装置との間の通信がきわめて煩雑になる。このような問題は、料金収受機の数に応じて増加する。さらに、料金収受機とセンターの装置との間の通信が困難な場合(例えば、ネットワークが切れた場合)にはシステムがダウンしてしまう。また、通信による負荷によっては通信に遅延が生じてしまい、リアルタイムに処理が出来なくなってしまう場合もある。それに対して、本実施形態における通行券判定システム100では、発券機20が通行券を発券し、料金計算機30が通行券に記録された情報から通行券の正当性を自装置内で判定する。したがって、発券機20及び料金計算機30がネットワークを介して通信を行う必要がない。そのため、料金収受機の数が増大したとしても通信による問題は発生しない。さらに、通信による負荷が生じないため、リアルタイムな処理が可能になる。
媒体(例えば、通行券など)そのものの耐タンパ性をあげる方法。
この方法は、無線タグや、ICカード方式、又は、特殊なインクを利用することによって媒体や、媒体の記録方式の耐タンパ性を上げる方法である。しかし、この方法では、無線タグや、ICカード方式、又は、特殊なインクを利用する必要があるため、媒体の値段が上がってしまう。そのため、定期券など複数回使用される媒体には利用することができるが、通行券のように1回しか使用されない媒体に利用することは困難である。それに対して、本実施形態における通行券判定システム100では、通行券に電子署名を印刷することによって改竄の有無を検出するため、無線タグや、ICカード方式、又は、特殊なインクを利用する必要がない。そのため、媒体の値段が上がってしまうこともなく、通行券に利用することができる。
入口で入口情報を暗号化し、出口で復号する方法。
この方法では、発券機が共通鍵を使用して入口情報を暗号化する。そして、料金収受機が共通鍵を使用して暗号化された入口情報を復号する。この方法では、解決方法1や解決方法2と比べて耐タンパ性は極めて高い。しかし、この方法では、共通鍵を利用しているため、ひとたび共通鍵の情報が漏れてしまった場合、発券機及び料金収受機全ての鍵を変更する必要がある。そのため、共通鍵の管理が極めて重要になり、運用性がかなり低下してしまう。それに対して、本実施形態における通行券判定システム100では、発券機20毎に、異なる秘密鍵及び共通鍵が生成される。したがって、1つの秘密鍵の情報が漏れたとしても他の発券機20が保持している鍵を変更する必要がない。そのため、変更にかかる手間が少なくて済む。さらに、共通鍵は、外部に漏れたとしても問題がないため厳重に管理する必要がない。そのため、運用性の低下を最低限に抑えることができる。
Claims (10)
- 秘密鍵を記憶する秘密鍵記憶部と、
入口に関する情報を含む入口情報にハッシュ関数を用いることによってハッシュ値を算出するハッシュ値算出部と、
前記ハッシュ値及び前記秘密鍵に基づいて電子署名を生成する電子署名生成部と、
生成された電子署名と、前記入口情報とをコード化した情報であるコード情報を印刷することによって通行券を発券する出力部と、
を備える発券機。 - 前記出力部は、前記電子署名と、平文の前記入口情報とをコード化した情報であるコード情報を印刷することによって通行券を発券する、請求項1に記載の発券機。
- 前記出力部は、前記電子署名と、平文の前記入口情報と、前記秘密鍵の対となる公開鍵を識別するための識別情報とをコード化した情報であるコード情報を印刷することによって通行券を発券する、請求項2に記載の発券機。
- 秘密鍵を記憶する秘密鍵記憶部と、
入口に関する情報を含む入口情報にハッシュ関数を用いることによってハッシュ値を算出するハッシュ値算出部と、
前記ハッシュ値と、前記秘密鍵とに基づいて電子署名を生成する電子署名生成部と、
を備える電子署名生成器。 - 発券機に記憶された秘密鍵、及び入口に関する情報を含む入口情報にハッシュ関数を用いて算出されたハッシュ値に基づいて生成された電子署名と、前記入口情報をコード化したコード情報が印刷されて発券された通行券に印刷されている前記コード情報を読み取る読取部と、
前記発券機に記憶されている秘密鍵に対応する公開鍵を発券機毎に記憶する公開鍵束情報記憶部と、
前記公開鍵を用いて、前記コード情報に含まれる電子署名を復号することによって、前記通行券の正当性を判定する判定器と、
前記通行券が正当である場合に、前記入口情報に基づいて通行料金を算出する料金計算部と、
を備える料金計算機。 - 前記判定器は、前記公開鍵を用いて、前記コード情報に含まれる電子署名を復号することによって前記ハッシュ値を復元し、前記コード情報に含まれる入口情報にハッシュ関数を用いることによってハッシュ値を算出し、復元された前記ハッシュ値と、算出された前記ハッシュ値とが一致する場合に前記通行券が正当あると判定し、復元された前記ハッシュ値と、算出された前記ハッシュ値とが一致しない場合に前記通行券が不当あると判定する、請求項5に記載の料金計算機。
- 前記公開鍵束情報記憶部に記憶されている前記公開鍵のうち、消去対象となる公開鍵を消去する消去部をさらに備える、請求項5記載の料金計算機。
- 発券機に記憶された秘密鍵、及び入口に関する情報を含む入口情報にハッシュ関数を用いて算出されたハッシュ値に基づいて生成された電子署名と、前記入口情報をコード化したコード情報が印刷されて発券された通行券に印刷されている前記コード情報に基づいて、前記発券機に記憶されている秘密鍵に対応する公開鍵を発券機毎に記憶する公開鍵束情報記憶部から取得された前記公開鍵を用いて、前記コード情報に含まれる電子署名を復号することによって前記ハッシュ値を復元する復号部と、
前記コード情報に含まれる前記入口情報に、ハッシュ関数を用いることによってハッシュ値を算出するハッシュ値算出部と、
復元された前記ハッシュ値と、算出された前記ハッシュ値とに基づいて前記通行券の正当性を判定する判定部と、
を備える判定器。 - 前記判定部は、復元された前記ハッシュ値と、算出された前記ハッシュ値とが一致する場合に前記通行券が正当あると判定し、復元された前記ハッシュ値と、算出された前記ハッシュ値とが一致しない場合に前記通行券が不当あると判定する、請求項8に記載の判定器。
- 前記公開鍵束情報記憶部に記憶されている前記公開鍵のうち、消去対象となる公開鍵を消去する消去部をさらに備える、請求項8に記載の判定器。
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