JP2018055757A - 磁気データ処理装置及び磁気データ処理方法 - Google Patents

Abstract

【課題】高度なセキュリティ性能と読み取り性能を両立するカードリーダを提供する。
【解決手段】
カードリーダは、カードから読み取られた磁気信号を暗号化する暗号化磁気ヘッド６と、該暗号化磁気ヘッド６を含む装置全体を制御する主制御部とを含む。暗号化磁気ヘッド６は、復調ＩＣ６１と暗号制御部６２とを備える。復調ＩＣ６１は、磁気データ読取部６０と、磁気信号を符号化する復調部１１０とを備える。暗号制御部６２は、カードの挿入時に読み取られた磁気信号が復調部１１０により符号化された挿入時磁気データを外部から読み出し不可能に一時格納する記憶部１３０と、格納された挿入時磁気データを、カードの引き抜き後にデコードするデコード部１４０と、デコードされたデータを暗号化して、主制御部１２へ送信する暗号処理部１５０とを備える。
【選択図】図４

Description

本発明は、カード等の媒体に記録された磁気データを処理する磁気データ処理装置及び磁気データ処理方法に関する。

従来、磁気データ処理装置として、カードを搬送するカード搬送路に配置された磁気ヘッドによって、カードに記録された磁気データを読み取るカードリーダが知られている。また、カードリーダが利用される業界においては、従来、犯罪者が磁気ヘッドに信号線を取り付け、カードの磁気情報を不正に取得するいわゆるスキミングが大きな問題となっている。

そこで、従来、このスキミングを防止することが可能な磁気ヘッドが提案されている（たとえば、特許文献１を参照）。
特許文献１に記載の磁気ヘッドでは、磁気ヘッドのヘッドケースの内部において、磁気ヘッドの端子とフレキシブルケーブルの一端とが接続されている。また、フレキシブルケーブルの他端は、ヘッドケースの内部において、基板の一方の面に接続されている。基板の一方の面には、磁気ヘッドの端子からの出力信号を復調する復調ＩＣが実装され、基板の他方の面には、復調ＩＣからの復調信号を暗号化するＣＰＵが実装されている。基板は、復調ＩＣがケース体の内部に配置され、ＣＰＵがケース体の外部に配置されるように、ヘッドケースに固定されている。

また、カードリーダの中には、ユーザがカードを手動でカードリーダ内部に挿入する際、又は、カードリーダ内部から挿入されたカードを排出する際に磁気データの再生等を行う手動式のカードリーダがある（例えば、特許文献２を参照）。

特開２０１１−０４０１４０号公報 特開２００３−９９９０３号公報

しかしながら、特許文献２に示すような手動式のカードリーダに、特許文献１に示すような磁気ヘッドを搭載した場合、挿入時の磁気データを暗号化しようとすると、暗号化鍵交換及びデータ暗号化処理の時間が必要になっていた。このため、排出時の読み取り開始が遅延し、排出動作を素早く行うとすると、読み取りのエラーになるリスクが高まるという問題があった。

本発明の課題は、このような状況に鑑みてなされたものであり、ユーザがカード等を手動で操作することで、カード上に記録されている磁気データを処理する磁気データ処理装置であり、セキュリティ性能と読み取り性能を両立することが可能な磁気データ処理装置を提供することにある。また、ユーザがカード等を手動で操作することで、カード上に記録されている磁気データを処理する磁気データ処理方法であり、セキュリティ性能と読み取り性能を両立することが可能な磁気データ処理方法を提供することにある。

本発明の磁気データ処理装置は、磁気データを記録した媒体がユーザにより手動で操作され、装置内部に前記媒体を挿入する際、又は、装置から挿入された前記媒体を排出する際に前記磁気データを読み取る磁気データ処理装置であって、前記媒体に記録された前記磁気データを読み取るための暗号化磁気ヘッドを備え、前記暗号化磁気ヘッドは、前記媒体の前記磁気データを読み取りアナログの出力信号を出力する磁気データ読取部と、前記磁気データ読取部から出力されたアナログの前記出力信号を復調してデジタルの復調信号を生成する復調用電子部品と、前記復調用電子部品により復調された前記復調信号を暗号化した暗号化信号を生成する暗号化用電子部品とを含み、前記暗号化用電子部品は、前記媒体の挿入時及び排出時に読み取られたデータを格納する少なくとも第一バッファ、第二バッファ、第三バッファとを備えることを特徴とする。このように構成することで、暗号化磁気ヘッドを用いた構成であっても、挿抜動作を従来より速くてもリードが可能となり、セキュリティ性能と読み取り性能とを両立可能となる。

本発明の磁気データ処理装置は、前記暗号化用電子部品は、前記媒体の挿入時及び排出時に読み取られ復調処理されたデータを格納する前記第一バッファと、前記媒体の挿入時及び排出時のいずれかで読み取られ復調処理されたデータがデコード処理されたデータを格納する前記第二バッファと、前記媒体の挿入時及び排出時のいずれかで読み取られ復調処理されたデータがデコード処理されたデータのうち、前記第二バッファに格納されたデータ以外のデータを格納する前記第三バッファとを含むことを特徴とする。このように構成することで、読み取りの遅延時間を削減することが可能となる。

本発明の磁気データ処理方法は、磁気データを記録した媒体がユーザにより手動で操作され、装置内部に前記媒体を挿入する際、又は、装置から挿入された前記媒体を排出する際に前記磁気データを読み取る磁気データ処理装置により実行される磁気データ処理方法であって、前記磁気データ処理装置は、前記媒体に記録された前記磁気データを読み取るための暗号化磁気ヘッドを備え、前記暗号化磁気ヘッドにより、前記媒体の磁気データを読み取りアナログの出力信号を出力させ、出力されたアナログの前記出力信号を復調してデジタルの復調信号を生成させ、前記媒体の挿入時に読み取られた前記デジタルの復調信号を第二バッファ及び排出時に読み取られた前記デジタルの復調信号を第一バッファに格納し、前記媒体の挿入時に読み取られた前記デジタルの復調信号を前記第二バッファに格納し、復調された前記復調信号をデコードし、前記媒体の挿入時に読み取られた前記復調信号をデコード処理したデータを前記第二バッファに格納し、前記媒体の排出時に読み取られた前記復調信号をデコード処理したデータを第三バッファに格納することを特徴とする。このように構成し、両者を比較し正常データを暗号化することで最終的な暗号データを生成することで、暗号化磁気ヘッドを用いた構成であっても、挿抜動作を従来より早くすることが可能となり、セキュリティ性能と読み取り性能とを両立可能となる。

本発明によれば、媒体の挿入時の磁気データの読み取りの終了を検知することで、暗号化磁気ヘッドを用いた構成であっても、挿抜動作を従来より速くしてもリードが可能となり、セキュリティ性能と読み取り性能とを両立可能な磁気データ処理装置を提供することができる。

本発明の実施の形態に係るカードリーダの概略構成を説明するための平面図である。 図１に示すカードリーダの主制御部に関連する各部の構成を示すブロック図である。 図１に示す暗号化磁気ヘッドの概略構成を説明するための側面図である。 図１に示す暗号化磁気ヘッドの制御構成を示すブロック図である。 本発明の実施の形態に係るカード読み取り処理のフローチャートである。 図５に示すカード読み取り処理におけるバッファのデータの概念図である。

以下、図面を参照しながら、本発明の実施の形態について説明する。

＜実施の形態＞
〔カードリーダ１の概略構成〕
図１は、本発明の実施の形態にかかるカードリーダ１の概略構成を説明するための平面図である。図２は、図１に示すカードリーダ１の制御部に関連する各部の構成を示すブロック図である。

本実施形態のカードリーダ１は、ユーザが手動でカード２を操作して、カード２を搬送するカード搬送路に配置された暗号化磁気ヘッド６によって、カード２に記録された磁気データを読み取る手動式の磁気データ処理装置の一例である。具体的には、カードリーダ１は、カードリーダ１の装置内部にカード２を手動で挿入する際、又は、カードリーダ１の装置内部に挿入されたカード２を手動で排出する際に、カード２の磁気データを暗号化磁気ヘッド６で読み取る、いわゆるディップ式のカードリーダである。なお、本実施形態のカードリーダ１は、ＡＴＭ等の上位装置に搭載されて使用される。

本実施形態では、図１等に示すＸ１方向にカード２が挿入され、Ｘ２方向にカード２が排出される。すなわち、Ｘ１方向は、カード２の挿入方向である。また、Ｘ１方向側は、カード２の挿入方向における奥側であり、Ｘ２方向側は、カード２の挿入方向における手前側である。したがって、以下では、Ｘ１方向側を「奥」側、Ｘ２方向側を「手前」側とする。

カード２は、例えば、厚さが０．７〜０．８ｍｍ程度の矩形状の塩化ビニール製のカードである。カード２の表面には、磁気データが記録される磁気ストライプ２ａが形成されている。また、カード２は、ＩＣチップ（図示せず）を備えていてもよい。なお、カード２には、ＩＣチップを備えずに磁気ストライプ２ａが形成されていてもよいし、磁気ストライプ２ａが形成されずにＩＣチップを備えていても良い。また、カード２に、通信用のアンテナが内蔵されていてもよい。また、カード２の表面に、感熱方式等によって印字される印字部が形成されていてもよい。さらに、カード２は、厚さが０．１８〜０．３６ｍｍ程度のＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）カードや、所定の厚さの紙カード等であってもよい。

カードリーダ１は、図１に示すように、カード２の磁気ストライプ２ａに記録された磁気データを読み取る暗号化磁気ヘッド６及びＩＣ接点９を備えている。カードリーダ１の装置内部には、カード挿入口４から挿入されるカード２が通過するカード通路５が直線状に形成されている。また、カードリーダ１は、カード２が内部に挿入されたことを検出するためのカード検出部として、フロントセンサ７（フロント検出機構）及びリアセンサ８（リア検出機構）を備えている。筐体３は、各部を保持する保持部材と回路基板（図示せず）とから構成されている。回路基板には、フロントセンサ７及びリアセンサ８が接続され、暗号化磁気ヘッド６及びＩＣ接点９からの信号を取得し、各部を制御するための各種回路を含んでいる。この各種回路は、カードリーダ１を制御するための主制御部１２（図２）を含んでいる。

また、カードリーダ１の手前端側の一部分は、図１に示すように、ユーザによるカード２の挿入及びカード２の排出（引抜き）が可能となるように切り欠かれた切欠部４１が形成されている。このため、カードリーダ１の奥端側に挿入されたカード２の一部は切欠部４１において露出する。また、カード通路５の手前端がカード挿入口４である。すなわち、カード通路５は、カード挿入口４に繋がるように形成されている。暗号化磁気ヘッド６は、カードリーダ１の手前端側に配置されている。また、暗号化磁気ヘッド６は、図１におけるカード通路５の下側に配置されている。ＩＣ接点９は、カードリーダ１の奥端側に配置されている。また、ＩＣ接点９は、図１におけるカード通路５の上側に配置されている。

フロントセンサ７は、カードリーダ１の手前端側に配置されている。このフロントセンサ７は、カード挿入口４からカード２が挿入されたことを検出するカード検出部として機能する。また、フロントセンサ７は、カードリーダ１のカード挿入口４の側（手前端側）に配置され、通常、カード挿入口４からカード２が挿入されたことを検出する第１検出部として機能する。本実施形態において、フロントセンサ７は、例えば、接触部材であるセンサ板と、このセンサ板の変位を検出する発光素子と受光素子とを備える機械式及び光学式の検出手段等である。

リアセンサ８は、カードリーダ１の奥端側に配置されている。このリアセンサ８は、カードリーダ１の奥端側までカード２が挿入されたことを検出するカード検出部として機能する。すなわち、リアセンサ８は、通常、カード２の先端がカード通路の奥端側に到達してカード２がカード停止位置に停止したことを検出する。また、リアセンサ８は、フロントセンサ７よりもカード２の挿入方向における奥側に配置される第２検出部として機能する。本実施形態において、リアセンサ８は、フロントセンサ７と同様に、例えば、接触部材であるセンサ板と、このセンサ板の変位を検出する発光素子と受光素子とを備える機械式及び光学式の検出手段等である。

また、図２に示すように、主制御部１２には、暗号化磁気ヘッド６、ＩＣ接点９が接続されている。また、主制御部１２には、フロントセンサ７とリアセンサ８とが接続されており、フロントセンサ７からの出力信号とリアセンサ８からの出力信号とが入力される。さらに、主制御部１２には、カードリーダ１が搭載される上位装置（図示せず）を制御する上位制御部２０が接続されている。なお、本実施形態の制御部は、カードリーダ１を制御する制御手段であり、上位制御部２０は、上位装置を制御する上位制御手段である。各部は、各種バスや信号線等の通信ラインにより接続されている。

また、主制御部１２は、カードリーダ１の全体を統合的に制御し、暗号化磁気ヘッド６を用いて信号の読み取りやＩＣ接点を介してデータの書き込みを制御する。主制御部１２は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）やＭＰＵ（Micro Processing Unit）等から構成される。主制御部１２は、暗号化磁気ヘッド６との間で、記憶部１３に記憶された暗号化鍵２３０（図４）を交換し、暗号化磁気ヘッド６で暗号化されたカード２の磁気データを受信する。その際、主制御部１２は、上位制御部２０へ、例えば、暗号化された状態の磁気データを送信することも可能である。本実施形態においては、この暗号化された状態の磁気データは、暗号化された文字コードであってもよい。また、主制御部１２は、暗号化された磁気データを送信して、暗号化磁気ヘッド６からカード２へ書き込ませる。また、主制御部１２は、フロントセンサ７及びリアセンサ８の信号から、カード２の挿入状態、読み取りや書き込みの終了等を判断する。

記憶部１３は、主制御部１２によりアクセスされる主制御部１２用の一時的でない記録媒体である。記憶部１３は、主制御部１２のワーキングエリア等となるＲＡＭ（Random Access Memory）とＲＯＭ（Read Only Memory）とを含む。また、記憶部１３は、フラッシュメモリやＨＤＤ（Hard Disk Drive）等を含んでいてもよい。記憶部１３には、主制御部１２により実行される主制御部１２用の制御プログラムを含む各種プログラム及びデータが格納されている。この主制御部１２用の制御プログラムには、フロントセンサ７及びリアセンサ８の監視、暗号制御部６２への読み取り開始の指示（コマンド）を送信する処理等が含まれている。なお、この主制御部１２用の制御プログラムには、ＩＣカードを読み書きする際の処理が含まれていてもよい。また、記憶部１３は、暗号化磁気ヘッド６との間で、磁気データを暗号化して送受信するための公開鍵と秘密鍵とを含む暗号化鍵２３０（図４）を格納している。

なお、上位制御部２０は、カードリーダ１と、ＡＴＭ本体等に備えられた上位装置とを接続するインタフェースである通信制御部（図示せず）を備えていてもよい。通信制御部は、上位装置と通信するためのＵＳＢ（Universal Serial Bus）、ＲＳ−２３２Ｃ、パラレル、ＬＡＮ（Local Area Network）等のインタフェースを含んでいる。

また、後述するように、本実施形態では、このようなフロントセンサ７及びリアセンサ８によるカード２の挿入の状態については、主制御部１２（図２）でのみ検出可能である。これに対して、暗号化磁気ヘッド６は、後述するように、磁気データの読み取りの状態により、自律的にカード２の読み取り終了を判断する。

〔暗号化磁気ヘッド６の構成〕
図３は、本実施形態に係る暗号化磁気ヘッド６の概略構成を説明するための側面図である。図４は、本実施形態に係る暗号化磁気ヘッド６の制御構成を示すブロック図である。図４は、暗号化磁気ヘッド６とカードリーダ１との電気的な接続関係についても説明している。

暗号化磁気ヘッド６は、カード２の磁気ストライプ２ａが摺動され、磁気ストライプ２ａの各トラックの磁気信号を磁気データとして読み取り、読み取った磁気データを暗号化する機能を実装した暗号化磁気ヘッドである。暗号化磁気ヘッド６の制御構成の詳細については後述する。

また、図３によると、暗号化磁気ヘッド６は、磁気データ読取部６０を装着したケース体６ｄに、復調ＩＣ６１及び暗号制御部６２が実装される基板６ａが搭載されて構成される。また、暗号化磁気ヘッド６は、磁気データ読取部６０の信号端子６３と、基板６ａに実装された復調ＩＣ６１とを電気的に接続するフレキシブルケーブル６ｂとを備えている。復調ＩＣ６１及び暗号制御部６２は、例えば、扁平な直方体状に形成されている。基板６ａは、ケーブル６ｃで、主制御部１２（図１）へ接続される。磁気データ読取部６０、復調ＩＣ６１、信号端子６３、及びフレキシブルケーブル６ｂは、暗号化磁気ヘッド６のケース体６ｄの内部に収容されている。また、磁気データ読取部６０は、ケース体６ｄの下端側に固定されている。

また、図４によると、暗号化磁気ヘッド６は、回路構成として、磁気データ読取部６０と、復調ＩＣ６１と、暗号制御部６２（暗号ＣＰＵ）とを含んでいる。

磁気データ読取部６０は、磁気データを読み取るためのものである。磁気データ読取部６０は、例えば、カード２の磁気ストライプ２ａに記録される３トラックの磁気データの読み取りが可能な磁気ヘッドを備えている。この磁気ヘッドは、磁気データを読むための磁気ギャップが形成される磁気コアと、この磁気コアに巻回されるコイルとから構成される。また、磁気コアのコイルの端部が、一端側に接続される信号端子６３となる。

磁気データ読取部６０で読み取られたカード２の磁気ストライプ２ａ等の磁気信号は、アナログの出力信号として信号端子６３から復調ＩＣ６１へ出力される。

復調ＩＣ６１は、磁気データ読取部６０の信号端子６３から出力されるアナログ状の出力信号を復調してデジタル状の復調信号を生成（符号化）する処理、その他の処理を行う磁気信号処理ＩＣ（Integrated Circuit）等の回路である。すなわち、本実施形態の復調ＩＣ６１は、信号端子６３から出力されるアナログ状の出力信号を復調して、デジタル状の復調信号を生成する復調用電子部品である。

また、図４によると、本実施形態の復調ＩＣ６１は、波形整形回路１００、復調部１１０、読み取り終了検知部１２０を含んでいる。

波形整形回路１００は、例えば、増幅器、バンドパスフィルタ、微分回路、コンパレータ等を備えた回路である。波形整形回路１００は、磁気データ読取部６０の信号端子６３から出力されたアナログ信号を増幅し、ピーク値を検出して矩形波を生成し、この矩形波を復調部１１０に出力する。より詳細に説明すれば、暗号化磁気ヘッド６から得られるアナログ信号の信号波形は、記録電流波形の立ち上がり及び立ち下がり時点が正負のピークとなって現れる。つまり、磁気的に記録されている記録データの磁気極性の反転位置で正負のピークが現れる。このアナログ信号波形は、波形整形回路１００に供給されて、ピーク位置が判別される。

復調部１１０は、波形整形回路１００から出力された矩形波を復調する。具体的には、復調部１１０は、磁気ストライプ２ａの同一トラックにデータとクロックが合成され記録されたＦ２Ｆ（Two Frequency Coherent Phase Encoding）方式の記録電流波形に対応して磁気ヘッドで取得した磁気信号に対応するデジタル信号波形を取得する。すなわち、復調部１１０は、波形整形回路１００から出力された矩形波を、周波数変調により「０」か「１」の２値データ（復調信号）に変換する。復調部１１０は、周波数変調の方式として、例えば、Ｆ２Ｆ変調を用いる。この場合、復調部１１０は、所定の時間内にピークがない場合には「Ｆ」すなわち「０」に変換し、ピークがある場合には「２Ｆ」すなわち「１」に変換する。復調部１１０は、このようにして復調された２値データを、一旦、読取データバッファ（図示せず）に格納する。より詳細に述べれば、磁気記録のための記録電流波形は、周波数Ｆのパルス信号と、周波数２Ｆのパルス信号の組み合わせからなり、２値データ「０」は低い周波数Ｆのパルス信号により規定され、２値データ「１」は高い周波数２Ｆのパルス信号により規定される。従って、（００００１０……）と続く２値データが表されている。復調部１１０は、この２値データを、例えば、ＤＭＡ（Direct Memory Access）等により、記憶部１３０の第一バッファ２００に格納する。なお、このＦ２Ｆ（Two Frequency Coherent Phase Encoding）記録方式は、一般のデジタル記録によく用いられる方式であり、現在磁気カードの殆どが、この記録方式を用いている。

読み取り終了検知部１２０は、カード２の挿入時及びカード２の引き抜き時（排出時）の磁気データの読み取りの終了を検知する。本実施形態では、読み取り終了検知部１２０は、磁気データ読取部６０からの磁気データが、特定時間、検出されなくなった場合に、磁気データの読み取りが終了したと判断する。読み取り終了検知部１２０は、読み取りが終了したと判断した場合には、終了を示す信号を暗号制御部６２に出力する。読み取り終了検知部１２０は、特定時間として、磁気データ読取部６０からの磁気データが、特定ミリ秒以上検出されなくなった時間を用いることが可能である。また、読み取り終了検知部１２０は、特定時間として、復調部１１０からの２値データの出力が特定ミリ秒以上なくなった時間、及び／又は復調部１１０によって記憶部１３０に記憶された磁気データの大きさ（長さ）が一枚の磁気ストライプ２ａ用に規定される特定量以上になる時間を用いてもよい。

〔暗号制御部６２の構成〕
暗号制御部６２は、上述の２値データのデコード等の処理を実行する、暗号化磁気ヘッド６の独立したＣＰＵやＭＰＵ等の回路である。暗号制御部６２は、所定の暗号化関数と鍵データとによって復調信号を暗号化して暗号化信号を生成する。すなわち、本実施形態の暗号制御部６２は、復調信号を暗号化して暗号化信号を生成する暗号化用電子部品である。本実施形態において、この暗号化信号は、後述するように、暗号化された文字コードである。

また、暗号制御部６２は、記憶部１３０、デコード部１４０、暗号処理部１５０、判定部１６０、及び通知部１７０を含んでいる。

記憶部１３０は、ＲＡＭ、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等であり、例えば、暗号制御部６２の内蔵メモリとして構成されてもよい。記憶部１３０のＲＡＭには、下記で説明する各種バッファと、暗号化に必要な鍵データが格納される。記憶部１３０のＲＯＭには、暗号制御部６２用の制御プログラム（図示せず）が格納されている。

また、記憶部１３０は、バッファとして、第一バッファ２００、第二バッファ２１０、及び第三バッファ２２０の領域が確保されている。また、記憶部１３０は、暗号化鍵２３０を格納している。

第一バッファ２００は、磁気データ読取部６０で読み取られ、復調ＩＣ６１で復調された復調データを未編集のまま格納する。本実施形態において、具体的には、第一バッファ２００は、カード２の挿入時及び排出時に読み取られ復調処理されたデータを格納する。より具体的には、第一バッファ２００は、カード２の挿入時に読み取られた磁気信号が復調部１１０により復調された復調信号である２値データ（以下、「挿入時磁気データ」という。）を格納する。また、第一バッファ２００は、カード２の引き抜き時（排出時）に読み取られた磁気信号が復調部１１０により復調された復調信号である２値データ（以下、「排出時磁気データ」という。）についても格納する。

第二バッファ２１０は、カード２の挿入時又は引き抜き時磁気データ、及び復調処理された挿入時磁気データがデコード処理されたデータを格納する。本実施形態においては、第二バッファ２１０は、デコード前の挿入時磁気データ、及び挿入時磁気データがデコード部１４０でデコード処理された文字コードのデータを格納する。

第三バッファ２２０は、前記媒体の挿入時又は排出時に読み取られ復調処理されたデータがデコード処理されたデータを格納する。本実施形態においては、第三バッファ２２０は、排出時磁気データがデコード部１４０でデコード処理された文字コードのデータを格納する。

なお、本実施形態においては、復調処理した２値データの大きさに比べると、デコード処理された文字コードのデータの大きさの方が大きくなる。このため、第一バッファ２００の領域の大きさは、デコード処理された文字コードよりも小さくてもよい。また、第一バッファ２００の領域は、挿入時磁気データ又は排出時磁気データを両方格納可能な大きさであっても、いずれかのみが上書きされて格納される程度の大きさであってもよい。一方、本実施形態においては、第二バッファ２１０と第三バッファ２２０は同じサイズであり、デコード処理された文字コードを保存することが可能な大きさであってもよい。また、第二バッファ２１０に排出時磁気データ、及び排出時磁気データがデコード処理された文字コードが格納されてもよい。この場合、第三バッファ２２０に挿入時磁気データ、及び挿入時磁気データがデコード処理された文字コードが格納されてもよい。

暗号化鍵２３０は、例えば、主制御部１２との間で磁気データを暗号化して送受信するための公開鍵と秘密鍵とを含む鍵データである。

デコード部１４０は、復調部１１０によって復調された２値データを１文字分ずつの所定のビット列に分割し、文字コード表を参照してビット列にデコードする。より具体的には、２値データは第一バッファ２００に格納されるので、デコード処理を行う際、デコード部１４０は、第一バッファ２００に格納された２値データを読み出し、デコード処理を実行する。この際、デコード部１４０は、この２値データのチェックコード等を併せて算出してもよい。なお、デコード部１４０は、暗号制御部６２がソフトウェアを実行することによって実現されてもよい。

また、デコード部１４０は、読み取り終了検知部１２０によるカード２の引き抜き検知後に、第一バッファ２００に格納された２値データをデコードして、デコードされたデータ（文字コード）を、第二バッファ２１０及び第三バッファ２２０のいずれかに格納する。この際、デコード部１４０は、例えば、ＪＩＳ Ｉ型、ＩＩ型、ＩＳＯ／ＩＥＣ規格に対応した信号を処理する。本実施形態においては、デコード部１４０は、挿入時磁気データをデコード処理した文字コードを第二バッファ２１０に格納する。また、デコード部１４０は、排出時磁気データをデコード処理した文字コードを第三バッファ２２０に格納する。

暗号処理部１５０は、暗号化鍵２３０を用いて暗号化とデコードとを行う。暗号処理部１５０は、デコード部１４０によりデコードされたデータを暗号化して、主制御部１２へ送信する回路である。また、暗号処理部１５０は、読み取り終了検知部１２０によるカード２の引き抜き後に、主制御部１２と暗号化鍵２３０を交換して、記憶部１３０に格納する。暗号処理部１５０は、デコード部１４０によりデコードされ記憶部１３０の第二バッファ２１０へ一時的に格納された挿入時磁気データの文字コード、及び／又は第三バッファ２２０へ一時的に格納された排出時磁気データの文字コードを読み出して、交換された暗号化鍵２３０により暗号化する。この暗号化されたデータが、主制御部１２により上位制御部２０へ送信される「暗号化された磁気データ」となる。

判定部１６０は、カード２に記録された磁気データの読み取りを行い、挿入時及び引き抜き時（排出時）のいずれの磁気データの読み取り結果の誤りの有無を判定し、誤りでない、すなわち異常（エラー）でない場合、正当である旨を判定する。具体的には、判定部１６０は、挿入時磁気データが格納された第二バッファ２１０の記憶内容と、排出時磁気データが格納された第三バッファ２２０の記憶内容とについて、正常に読み出されているか否かを判断したり、比較したりすることが可能である。また、デコード部１４０は、いずれかが正常に読み出されていなかった場合、挿入時磁気データと排出時磁気データとを比較し、正常に読み取られていた箇所に置換してもよい。この置き換えは、正常に読み取られていた、挿入時磁気データ及び排出時磁気データのいずれかへの全置換でも、データの一部の置き換えでもよい。

通知部１７０は、判定部１６０の判定結果を主制御部１２へ報告する。具体的には、通知部１７０は、読み取られデコードされた文字コードについて判定部１６０にて誤りがないと判定部１６０によって判定された場合に、第二バッファ２１０又は第三バッファ２２０の文字コードを主制御部１２に送信する。なお、通知部１７０の送信により、主制御部１２は、文字コードを上位装置に通知することも可能である。

なお、復調部１１０、読み取り終了検知部１２０、デコード部１４０、暗号処理部１５０、判定部１６０、及び通知部１７０が、復調ＩＣ６１及び暗号制御部６２に属する際の組み合わせは、復調ＩＣ６１及び暗号制御部６２の回路構成により任意である。暗号制御部６２は、一時記憶部１３のＲＯＭに記憶された制御プログラムを実行することで、デコード部１４０、暗号処理部１５０、判定部１６０、及び通知部１７０として機能させることが可能である。

〔カード読み取り処理〕
次に、図５及び図６により、本発明の実施の形態に係るカードリーダ１によるカード読み取り処理の説明を行う。本実施形態のカード読み取り処理は、主に、カード２が手動でカード挿入口４に挿入されてから排出される（引き抜かれる）までの処理である。具体的には、本実施形態のカード読み取り処理の際、カード２は、ユーザにより手動でカード挿入口４に挿入されて、奥側のカード停止位置で停止し、その後、排出される（引き抜かれる）。これにより、磁気ストライプ２ａの磁気信号が暗号化磁気ヘッド６により読み取られる。また、カード２が挿入され、停止位置まで到達したこと、及びカード２が排出されたことは、主制御部１２（図２）においては、それぞれ、フロントセンサ７とリアセンサ８とにより検知される。

本実施形態のカード読み取り処理は、主に暗号化磁気ヘッド６の各部及び主制御部１２が、記憶部１３０に記憶された暗号制御部６２用の制御プログラム又は記憶部１３に記憶された主制御部１２用の制御プログラムを、各部と協働し、ハードウェア資源を用いて実行する。以下で、図５のフローチャートにより、カード読み取り処理の詳細をステップ毎に説明する。

（ステップＳ１００）
まず、主制御部１２、及び暗号化磁気ヘッド６の暗号制御部６２のデコード部１４０が、カード挿入開始処理を行う。主制御部１２は、上位制御部２０からの磁気読み取り開始のコマンドを受信して、カード２が挿入開始されるのを待機する。主制御部１２は、フロントセンサ７の信号によりカード２の挿入を検知すると、通信ラインを介して、カード読み取り開始のコマンドを送信する。デコード部１４０は、このカード読み取り開始のコマンドを受信し、復調ＩＣ６１に磁気信号の読み取りを開始させる。

（ステップＳ１０１）
次に、暗号化磁気ヘッド６の復調ＩＣ６１の復調部１１０が、挿入時磁気データ読み取り処理を行う。復調部１１０は、磁気データ読取部６０からの磁気信号検知後、この磁気信号を読み取り、符号化を開始し、２値データにデコードする。この２値データは、主に、カード２の磁気ストライプ２ａのいずれかの磁気データトラックに記録されたデータである。復調部１１０は、この２値データを、記憶部１３０の第一バッファ２００に格納する。図６（ａ）によると、この処理において、第一バッファ２００には、挿入時に読み取られ復調された２値データである挿入時磁気データが格納される。この時点では、第二バッファ２１０及び第三バッファ２２０は何のデータも格納されていない空の状態である。

（ステップＳ１０２）
次に、暗号化磁気ヘッド６の復調ＩＣ６１の読み取り終了検知部１２０が、磁気データの読み取りが終了したか否かを判断する。読み取り終了検知部１２０は、磁気データ読取部６０からの磁気信号が検知されなくなった場合、復調部１１０からの２値データの読み取りの終了を検知した場合、及び／又は２値データの大きさ（容量）が特定量以上になった場合等に、Ｙｅｓと判断する。読み取り終了検知部１２０は、それ以外の場合には、Ｎｏと判断する。Ｙｅｓの場合、読み取り終了検知部１２０は、処理をステップＳ１０３に進める。この際、暗号制御部６２は、待機状態となる。よって、記憶部１３０に第一バッファ２００の記憶内容は、そのまま一時的に格納された状態となる。Ｎｏの場合、読み取り終了検知部１２０は、処理をステップＳ１０１に戻す。これにより、磁気データの読み取りが続行される。

（ステップＳ１０３）
磁気データの読み取りが終了した場合、主制御部１２及び暗号化磁気ヘッド６の暗号制御部６２のデコード部１４０が、カード排出開始処理を行う。主制御部１２は、リアセンサ８の信号からカード２の排出を検知すると、通信ラインを介して、排出時のカード読み取り開始のコマンドを送信する。デコード部１４０は、このカード読み取り開始のコマンドを受信し、復調ＩＣ６１に磁気信号の読み取りを開始させる。

図６（ｂ）によると、デコード部１４０は、第一バッファ２００に格納された２値データを、第二バッファ２１０に複写（コピー）する。すなわち、上述したように、第一バッファ２００には、挿入時に読み取られ復調された２値データが格納されている。これがコピーされることで、第二バッファ２１０には、第一バッファ２００に格納されたデータが格納される。これにより、第二バッファ２１０には、挿入時に読み取られ復調された２値データと同じデータが格納される。なお、この時点では、第三バッファ２２０は、何のデータも格納されていない空の状態のままである。

（ステップＳ１０４）
次に、暗号化磁気ヘッド６の復調ＩＣ６１の復調部１１０が、排出時磁気データ読み取り処理を行う。復調部１１０は、磁気信号検知後、磁気信号を読み取り、符号化を開始し、２値データを記憶部１３０の第一バッファ２００に格納する。図６（ｃ）によると、この際、本実施形態においては、第一バッファ２００には、新たに、引き抜き時（排出時）に読み取られ復調された２値データである排出時磁気データが上書きされて格納される。この時点で、第二バッファ２１０には、挿入時に読み取られ復調された２値データである挿入時磁気データが格納されたままである。また、第三バッファ２２０は何のデータも格納されていない空の状態のままである。なお、復調部１１０は、記憶部１３０のアドレス空間において、挿入時磁気データとは逆順に、排出時磁気データを第一バッファ２００に格納していってもよい。これにより、最終的なデータの並び順が、第二バッファ２１０と同様となり、比較しやすくなる。

（ステップＳ１０５）
次に、暗号化磁気ヘッド６の復調ＩＣ６１の読み取り終了検知部１２０が、磁気データの読み取りを終了したか否かを判断する。この処理は、ステップＳ１０２と同様であり、読み取り終了検知部１２０は、磁気データの読み取りの終了を検知した場合、Ｙｅｓと判断する。読み取り終了検知部１２０は、それ以外の場合には、Ｎｏと判断する。Ｙｅｓの場合、読み取り終了検知部１２０は、処理をステップＳ１０６に進める。Ｎｏの場合、読み取り終了検知部１２０は、処理をステップＳ１０４に戻して、磁気データの読み取りを続ける。

（ステップＳ１０６）
磁気データの読み取りが終了した場合、この時点で、第一バッファ２００には、排出時に読み取られ復調された２値データである排出時磁気データが上書きされて格納されている。そして、第二バッファ２１０には、挿入時に読み取られ復調された２値データである挿入時磁気データがそのまま格納されている。ここで、第一バッファ２００と第二バッファ２１０の磁気データの入れ替えを行い、主制御部１２及び暗号化磁気ヘッド６の暗号制御部６２のデコード部１４０が、挿入時復調データデコード処理を行う。デコード部１４０は、磁気データの読み取りが終了した場合に、カード２の排出が終了したものとして、第一バッファ２００のデコードを開始する。図６（ｄ）によると、デコード部１４０は、第一バッファ２００の２値データである挿入時磁気データをデコードして、デコードされた文字コードを第三バッファ２２０に一時的に格納する。

（ステップＳ１０７）
次に、デコード部１４０が、排出時復調データデコード処理を行う。デコード部１４０は、ここでも、カード２の排出が終了したものとして、排出時磁気データについてもデコードを行う。デコード処理開始前に第二バッファ２１０の排出時データを第一バッファ２００へ上書きし、第三バッファ２２０のデコードされた挿入時磁気データを第二バッファ２１０へ上書きする。この時点で、第一バッファ２００には、排出時に読み取られ復調された２値データである排出時磁気データが格納されている。図６（ｅ）によると、デコード部１４０は、第一バッファ２００に格納されている排出時に読み取られ復調された排出時磁気データをデコード処理して、このデコード処理された文字コードを第三バッファ２２０に格納する。ここで、第二バッファ２１０には、挿入時に読み取られ復調された２値データがデコードされた文字コードが格納されている。

（ステップＳ１０８）
次に、判定部１６０が、正常読み取りか否かを判断する。判定部１６０は、排出時磁気データがデコードされた文字コードをチェックして、正常に読み取られているか否かを判定する。この際に、判定部１６０は、チェックコード等により判定してもよい。判定部１６０は、排出時磁気データの文字コードが正常だった場合、Ｙｅｓと判定する。判定部１６０は、排出時磁気データの文字コードが正常でなかった場合、Ｎｏと判定する。Ｙｅｓの場合、判定部１６０は、処理をステップＳ１１０に進める。Ｎｏの場合、判定部１６０は、処理をステップＳ１０９に進める。

（ステップＳ１０９）
排出時磁気データの文字コードが正常でなかった場合、判定部１６０は、正常箇所置き換え処理を行う。判定部１６０は、挿入時磁気データの文字コードと排出時磁気データの文字コードとを比較し、正常に読み取られていた箇所に置換する。判定部１６０は、この置き換えとして、例えば、正常に読み取られていた、挿入時磁気データの文字コードへの全置換により行う。具体的には、判定部１６０は、挿入時磁気データの文字コードをチェックして、正常に読み取られているか否かを判断する。この際に、判定部１６０は、チェックサムやハッシュ値等をチェックしてもよい。また、判定部１６０は、例えば、正常に読み取られている場合、挿入時磁気データの文字コードが格納された第二バッファのポインタ等を暗号処理部１５０に渡して置き換える。すなわち、排出時磁気データの文字コードが正常でなく、挿入時磁気データの文字コードが正常であった場合。挿入時磁気データの文字コードを読み取り結果として使用する。

なお、挿入時磁気データの文字コード及び排出時磁気データの文字コードのいずれもが正常でなかった場合には、判定部１６０は、挿入時磁気データの文字コード、及び排出時磁気データの文字コードの一部の置き換えを行ってもよい。この場合、判定部１６０は、挿入時磁気データの文字コード及び排出時磁気データの文字コードの類否を比較し、動的プログラミング法等でアラインメント（整列）させ、複数箇所で分割し、記憶部１３０に新たな文字コードのデータとして格納する。この場合、判定部１６０は、それぞれの組み合わせでチェックコード等が正常になるか確認してもよい。判定部１６０は、いずれかの組み合わせでチェックコード等が正常になる場合、例えば、その組み合わせである「新たな文字コードのデータ」のポインタ等を、暗号処理部１５０に渡して置き換える。これにより、正常に読み取られていた箇所に置換することが可能となる。

その後、暗号化磁気ヘッド６の各部は、主制御部１２からのコマンドを受信するまで待機する。なお、通知部１７０は、挿入時磁気データの文字コード及び排出時磁気データの文字コードのいずれもが正常でなく、いずれの組み合わせでもチェックコード等が正常でなかった場合等には、エラーを主制御部１２に通知してもよい。

（ステップＳ１１０）
ここで、主制御部１２、及び暗号化磁気ヘッド６の暗号制御部６２の暗号処理部１５０及び通知部１７０が、暗号化鍵交換暗号化送信処理を行う。主制御部１２は、特定のタイミングにおいて、データの暗号化やデコードの処理が必要な際に、暗号制御部６２と通信ラインを経由して暗号化鍵２３０を交換する。暗号処理部１５０は、暗号化鍵２３０を用いて、上述の処理で正常に読み取られたり置き換えられたりした文字コードを暗号化する。そして、通知部１７０は、暗号化された文字コード（暗号化信号）を、通信ラインを経由して主制御部１２へ送信する。その後、主制御部１２は、受信した暗号化された文字コード（暗号化信号）を、上位制御部２０へ送信する。以上により、本発明の実施の形態に係るカード読み取り処理を終了する。

〔本実施形態の主な効果〕
本発明の実施の形態に係るカードリーダ１は、磁気データを記録したカード２がユーザにより手動で操作され、カードリーダ１の内部にカード２を挿入する際、又は、カードリーダ１から挿入されたカード２を排出する際に磁気データを読み取る磁気データ処理装置である。この上で、カードリーダ１は、カード２に記録された磁気データを読み取るための暗号化磁気ヘッド６を備えている。また、暗号化磁気ヘッド６は、カード２の磁気データを読み取りアナログの出力信号を出力する磁気データ読取部６０と、磁気データ読取部６０から出力されたアナログの出力信号を復調してデジタルの復調信号を生成する復調ＩＣ６１と、復調ＩＣ６１により復調された復調信号を暗号化した暗号化信号を生成する暗号制御部６２とを含む。また、暗号制御部６２は、カード２の挿入時及び排出時に読み取られたデータを格納する第一バッファ２００、第二バッファ２１０、第三バッファ２２０とを備える。このように構成することで、主制御部１２とは独立した暗号制御部６２を備えデータの詐取（盗聴）が困難な構造を持つ暗号化磁気ヘッド６内に、カード２の挿入時及び排出時に読み取られたデータを各バッファに格納し、セキュリティ性を確保できる。この上で、各バッファに格納されたデータは、挿入動作または引き抜き動作のタイミングを図りながらデコード処理を行う。結果として、暗号化磁気ヘッド６を用いた構成であっても、挿抜動作を従来より早くすることが可能となり、高度なセキュリティ性能と読み取り性能を両立可能となる。

また、本実施形態のカードリーダ１は、外部から読み出し不可能な暗号化磁気ヘッド６の記憶部１３０の第二バッファ２１０に、読み取り時磁気データを格納することで、セキュリティ性を確保でき、上述のように読み取り性能とも両立可能となる。

さらに、本発明の実施の形態に係るカードリーダ１は、記憶部１３０は、カード２の引き抜き時に読み取られた磁気信号が復調部１１０によりデコードされた挿入時磁気データも一時格納し、デコード部１４０は、排出時磁気データも、カード２の引き抜き後にデコードする。この上で、判定部１６０は、挿入時磁気データの文字コードと排出時磁気データの文字コードとをデコードした排出時磁気データと比較し、正常に読み取られていた箇所に置換する。このように構成することで、排出時磁気データについても、カード２の引き抜き後に磁気データのデコード処理を行い、比較することが可能となる。これにより、挿入時磁気データと排出時磁気データとを、ほぼ同時に作成して双方向のデータ比較を行うことができる。これにより、読み取り性能を向上させることができる。

本発明の実施の形態に係るカードリーダ１は、カード２の挿入時及びカード２の引き抜き時の磁気信号の読み取りの終了を自律的に検知する読み取り終了検知部１２０を備え、デコード部１４０は、読み取り終了検知部１２０によるカード２の引き抜きの検知後に、記憶部１３０に格納された挿入時磁気データをデコードする。このように構成することで、暗号化磁気ヘッド６で自律的にカード２の引き抜きを検知してから、直ちに、挿入時の磁気データをデコードすることが可能となる。これにより、フロントセンサ７の信号から主制御部１２がカード２の引き抜きを検知するより前のタイミングで挿入時磁気データを取得することが可能となり、引き抜き時の読み取り開始までの遅延時間、及び主制御部１２と暗号化鍵２３０を交換する際の遅延時間等を削減することができる。

〔他の実施の形態〕
なお、上述の実施の形態では、挿入時の復調データをデコード処理及び引き抜き時の復調データをデコード処理については、暗号化磁気ヘッド６において、主制御部１２からの指示を待って開始されるように記載した。しかしながら、読み取り終了検知部１２０による磁気データの読み取りの終了の検知により、暗号化磁気ヘッド６において、自律的に、挿入時の磁気データ読み取り処理、排出時の磁気データ読み取り処理、挿入時の復調データデコード処理、及び引き抜き時の復調データデコード処理の全て又はいずれかを開始するように構成してもよい。また、この場合、復調ＩＣ６１又は暗号制御部６２は、これらの処理の開始を、主制御部１２へ通信ラインを介してコマンドしてもよい。このように構成することで、フロントセンサ７又はリアセンサ８に細工をされてもデコードを実行することが可能となり、読み取りの信頼性が向上し、セキュリティ性を向上させることができる。

また、上述の実施の形態では、挿入時の磁気データの文字コードと排出時の磁気データの文字コードとを比較するように記載したものの、それぞれのデコード前の２値データを比較し、同一であったらどちらかをデコードするように構成してもよい。これにより、挿入時の磁気データと排出時の磁気データのチェックコード等をそれぞれ算出する手間が少なくなり、より処理を従来より早くすることが可能となる。

また、上述の実施の形態は、いわゆるディップ式の手動のカードリーダ１について適用する例について記載した。これ以外にも、手動式のカードリーダとして、カードの短手幅よりも浅く形成された溝状のカード通路に沿ってカードを移動させながらカードの磁気データを読み取る、いわゆるスワイプ式のカードリーダについても本発明の方式を適用可能である。さらに、モータ等の駆動部によりカードを搬送するカード搬送機構を備えるカード搬送式のカードリーダについても適用可能である。また、ＩＣカードを読み取り書き込むカードリーダについても適用可能である。このように構成することで、手動式及びカード搬送式のカードリーダ等について、セキュリティ性と読み取りの信頼性とを向上させることが可能となる。

なお、上記実施の形態の構成及び動作は例であって、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更して実行することができることは言うまでもない。

１ カードリーダ
２ カード
２ａ 磁気ストライプ
３ 筐体
４ カード挿入口
５ カード通路
６ 暗号化磁気ヘッド
６ａ 基板
６ｂ フレキシブルケーブル
６ｃ ケーブル
７ フロントセンサ
８ リアセンサ
９ ＩＣ接点
１２ 主制御部
１３、１３０ 記憶部
１４ 外部Ｉ／Ｆ
２０ 上位制御部
４１ 切欠部
６０ 磁気データ読取部
６１ 復調ＩＣ
６２ 暗号制御部
６３ 信号端子
１００ 波形整形回路
１１０ 復調部
１２０ 読み取り終了検知部
１４０ デコード部
１５０ 暗号処理部
１６０ 判定部
１７０ 通知部
２００ 第一バッファ
２１０ 第二バッファ
２２０ 第三バッファ
２３０ 暗号化鍵

Claims (3)

1. 磁気データを記録した媒体がユーザにより手動で操作され、装置内部に前記媒体を挿入する際、又は、装置から挿入された前記媒体を排出する際に前記磁気データを読み取る磁気データ処理装置であって、
   前記媒体に記録された前記磁気データを読み取るための暗号化磁気ヘッドを備え、
   前記暗号化磁気ヘッドは、
   前記媒体の前記磁気データを読み取りアナログの出力信号を出力する磁気データ読取部と、
   前記磁気データ読取部から出力されたアナログの前記出力信号を復調してデジタルの復調信号を生成する復調用電子部品と、
   前記復調用電子部品により復調された前記復調信号を暗号化した暗号化信号を生成する暗号化用電子部品とを含み、
   前記暗号化用電子部品は、
   前記媒体の挿入時及び排出時に読み取られたデータを格納する少なくとも第一バッファ、第二バッファ、及び第三バッファを備える
   ことを特徴とする磁気データ処理装置。
2. 前記暗号化用電子部品は、
   前記媒体の挿入時及び排出時に読み取られ復調処理されたデータを格納する前記第一バッファと、
   前記媒体の挿入時及び排出時のいずれかで読み取られ復調処理されたデータがデコード処理されたデータを格納する前記第二バッファと、
   前記媒体の挿入時及び排出時のいずれかで読み取られ復調処理されたデータがデコード処理されたデータのうち、前記第二バッファに格納されたデータ以外のデータを格納する前記第三バッファとを含む
   ことを特徴とする請求項１に記載の磁気データ処理装置。
3. 磁気データを記録した媒体がユーザにより手動で操作され、装置内部に前記媒体を挿入する際、又は、装置から挿入された前記媒体を排出する際に前記磁気データを読み取る磁気データ処理装置により実行される磁気データ処理方法であって、
   前記磁気データ処理装置は、前記媒体に記録された前記磁気データを読み取るための暗号化磁気ヘッドを備え、
   前記暗号化磁気ヘッドにより、
   前記媒体の磁気データを読み取りアナログの出力信号を出力させ、
   出力されたアナログの前記出力信号を復調してデジタルの復調信号を生成させ、
   前記媒体の挿入時に読み取られた前記デジタルの復調信号を第二バッファ及び排出時に読み取られた前記デジタルの復調信号を第一バッファに格納し、
   前記媒体の挿入時に読み取られた前記デジタルの復調信号を前記第二バッファに格納し、
   復調された前記復調信号をデコードし、
   前記媒体の挿入時に読み取られた前記復調信号をデコード処理したデータを前記第二バッファに格納し、
   前記媒体の排出時に読み取られた前記復調信号をデコード処理したデータを第三バッファに格納する
   ことを特徴とする磁気データ処理方法。

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