JP2018195256A - 認証システム、認証方法および認証プログラム - Google Patents

Abstract

【課題】ユーザに負担をかけることなく、同一人物が同時に所持している複数の端末を高精度に認証すること。【解決手段】各端末１０では、通知部１５ａが、近接通信する予め記憶された他の端末と相互に送受した所定の信号を検知して、該信号の検知時刻を認証装置２０に通知し、送信部１５ｂが、自端末１０の加速度の時系列信号を認証装置２０に送信し、認証部１５ｃが、認証装置２０から両端末１０を同一の人物が所持していると通知された場合に、両端末１０を使用可能にする。認証装置２０では、算出部２５ａが、各端末１０から通知された信号の検知時刻を用いて、各端末１０の内蔵時計の時刻差を算出し、判定部２５ｂが、各端末１０の加速度の時系列信号を取得して時刻差を反映し、加速度から抽出した身体活動に由来する加速度成分の時系列変化の各端末間での類似度合いが所定の閾値より高い場合に、同一の人物が所持と判定し、該両端末１０に通知する。【選択図】図１

Description

本発明は、認証システム、認証方法および認証プログラムに関する。

スマートウォッチ等のいわゆるウェアラブル端末やスマートフォン等のパーソナルデバイスが普及し始めている昨今、一人で複数の端末を所持するユーザは珍しくない。パーソナルデバイスの多くには個人情報や機密情報等の機微な情報が保持されている。また、パーソナルデバイスを利用してネットワークを介してバンキング等の重要なサービスにアクセスする機会が増えたりしている。そこで、なりすまし等のリスクに対応して、一般に、本人以外が使用できないようにロックが掛けられる。そして、使用の都度、生体認証やパスワード認証が求められたり、バンキング等のサービスを利用する際に、別途ログイン等の認証操作が求められたりする。

しかし、パーソナルデバイスを活用する機会が増えるほど、認証操作はユーザの負担になる。そこで、ユーザの負担を軽減するために、例えば、認証されたスマートフォンとのＢｌｕｅｔｏｏｔｈ（登録商標）の通信圏内等の近距離に、事前にペアリング登録されたウェアラブル端末の存在が認識された場合に、ウェアラブル端末のロックを解除するいわゆる所持認証が知られている。

ただし、ユーザの睡眠時や離席時等に、ウェアラブル端末の近傍にロックが解除され本人以外が操作可能な状態にあるスマートフォンが存在すれば、ウェアラブル端末を不正に利用される恐れがある。したがって、スマートフォンを用いたウェアラブル端末の所持認証のように、所持認証を用いて複数の端末を認証する際に、本人が所持していることを保証する技術が希求されている。

例えば、ウェアラブル端末の着脱を特殊なセンサを用いて検出したり、装着時に心電図等による生体認証を行ったりして、ウェアラブル端末がユーザに装着されていることを保証する技術が知られている（非特許文献１，２参照）。これらの技術において、ウェアラブル端末がユーザに装着されている場合にのみ、このウェアラブル端末のＢｌｕｅｔｏｏｔｈの通信圏内に存在する事前に登録された他の端末のロックが解除され、使用可能とされる。

しかしながら、これらの技術は、専用のセンサを用いて実現されているため、汎用のウェアラブル端末やスマートフォンに適用できない。また、ウェアラブル端末が正当なユーザに装着されていても、ウェアラブル端末のＢｌｕｅｔｏｏｔｈの通信圏内にあるスマートフォンが所持認証を用いて認証されれば、他者に操作され不正に利用される可能性は否定できない。

そこで、近接センサの電波強度を用いて端末間の距離を推定したり、端末間の加速度センサ値を比較・照合して同一の車両に乗車していることを判定したりして、Ｂｌｕｅｔｏｏｔｈの通信圏内より近距離に複数の端末が存在することを保証する技術が知られている（非特許文献３，４参照）。複数の端末が極めて近い距離に存在すれば、それらの複数の端末を特定の同一人物が所持していることを保証することが可能となる。

"Safeband:Ultimate Security System.Bracelet&Tags"、[Online]、Indiegogo、［２０１７年３月２４日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：https://www.indiegogo.com/projects/1267504＞ "Nymi|Convenient Authentication Anywhere."、[Online]、［２０１７年３月２４日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：https://nymi.com/＞ "第267回 Bluetoothデバイスで離席管理する：Ubuntu Weekly Recipe,"、[Online]、２０１３年３月２７日、技術評論社、［２０１７年３月２４日検索］、インターネット＜ＵＲＬ：http://gihyo.jp/admin/serial/01/ubuntu-recipe/0267＞ 西田祐木、川原圭博、浅見徹、"B-15-6 加速度センサを用いた同一電車内の乗客検出手法の検討(B-15.モバイルマルチメディア通信，一般セッション)"、電子情報通信学会ソサイエティ大会講演論文集、vol.2011，no.1、Aug.2011、p.520

しかしながら、従来の技術では、同一人物が同時に所持している複数の端末を高精度に認証することができないという課題があった。例えば、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈやＷｉＦｉ（登録商標）の電波強度を用いた端末間の距離の推定は、精度が低く、時間的に不安定である。また、複数の端末間で加速度センサ値等を比較・照合する場合には、高精度に時刻の同期をとる必要がある。

また、各デバイスの内蔵時計によるタイムスタンプは、安定性も精度も十分ではない。そのため、デバイス間で内蔵時計タイムスタンプを交換することにより時刻同期を行っても、誤差が蓄積され、算出された時間差の精度はさらに低下する。したがって、いずれの従来技術によっても、スマートフォンの操作者とウェアラブル端末の装着者とが同一人物であることは保証されない。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであって、ユーザに負担をかけることなく、同一人物が同時に所持している複数の端末を高精度に認証することを目的とする。

上述した課題を解決し、目的を達成するために、本発明に係る認証システムは、複数の端末と、認証装置とを有する認証システムであって、各端末は、自端末の加速度を測定する加速度センサと、近接通信可能な他の端末の情報を記憶する記憶部と、近接通信している前記他の端末と相互に送受した所定の信号を検知して、該信号の検知時刻を前記認証装置に通知する通知部と、測定された前記加速度の時系列信号を前記認証装置に送信する送信部と、前記認証装置から前記他の端末と自端末とを同一の人物が所持していると通知された場合に、該他の端末および自端末を使用可能にする認証部と、を備え、前記認証装置は、複数の前記端末のそれぞれから通知された前記信号の検知時刻を用いて、各端末に内蔵される時計の時刻の差を算出する算出部と、複数の前記端末のそれぞれの前記加速度の時系列信号を取得して前記時刻の差を反映し、前記加速度から抽出した身体活動に由来する加速度成分の時系列変化の各端末間での類似度合いが所定の閾値より高い場合に、対応する両端末を同一の人物が所持していると判定し、該両端末に通知する判定部と、を備えることを特徴とする。

本発明によれば、ユーザに負担をかけることなく、同一人物が同時に所持している複数の端末を高精度に認証することができる。

図１は、本発明の一実施形態に係る認証システムの概略構成を示す模式図である。 図２は、本実施形態の認証システムの処理概要を説明するための説明図である。 図３は、算出部の処理を説明するための説明図である。 図４は、算出部の処理を説明するための説明図である。 図５は、判定部の処理を説明するための説明図である。 図６は、判定部の処理を説明するための説明図である。 図７は、本実施形態の認証処理手順を示すシーケンス図である。 図８は、認証プログラムを実行するコンピュータを例示する図である。

以下、図面を参照して、本発明の一実施形態を詳細に説明する。なお、この実施形態により本発明が限定されるものではない。また、図面の記載において、同一部分には同一の符号を付して示している。

［認証システムの構成］
まず、図１を参照して、本実施形態に係る認証システムの概略構成について説明する。図１に例示するように、本実施形態に係る認証システム１は、スマートフォンやウェアラブル端末等の複数の端末１０と、認証装置２０とを有して構成される。

図２は、認証システム１の処理概要を説明するための説明図である。認証システム１において、各端末１０は、例えばＢＬＥ（Bluetooth Low Energy）機能等の近接通信機能を備える。そして、図２（ａ）に示すように、各端末１０は、事前に登録された他の端末のＢＬＥのＲＳＳＩ（Received Signal Strength Indication）値を認証装置２０に送信する。認証装置２０は、ＲＳＳＩ値を用いて両端末１０の近接性を判定する。近接性を判定された両端末１０は、相互に送受した所定の信号音の検知時刻を認証装置２０に送信する。認証装置２０は、判定した両端末１０が送受した所定の信号の検知時刻を用いて、各端末１０に内蔵される時計の時刻の差を算出する。

次に、図２（ｂ）に示すように、認証装置２０は、各端末１０から取得した加速度の時系列信号を、算出した各端末１０の内蔵時計の時刻差を反映させて時刻同期をとって対照し、同一人物が所持しているか否かを判定する。先に通常の認証でロックが解除されている認証済みの端末１０と同一人物が所持していると判定された端末１０は、ロックを解除して使用可能とする所持認証を実行する。

［端末の構成］
図１の説明に戻る。端末１０は、スマートフォンやウェアラブル端末で実現され、入出力部１１、近接通信機能部１２、通信制御部１３、記憶部１４、制御部１５、加速度センサ１６および信号送受信部１７を備える。

入出力部１１は、タッチパネル等で実現され、操作者による入力操作に対応して制御部１５に対して各種指示情報を入力したり、また、後述する認証処理の結果等を操作者に対して出力したりする。通信制御部１３は、ＮＩＣ（Network Interface Card）等で実現され、ＬＡＮ（Local Area Network）やインターネットなどの電気通信回線を介した認証装置２０等の外部の装置と制御部１５との通信を制御する。

記憶部１４は、ＲＡＭ（Random Access Memory）、フラッシュメモリ（Flash Memory）等の半導体メモリ素子、または光ディスク等の記憶装置によって実現される。本実施形態において、記憶部１４には、ペアリング端末情報１４ａが記憶されている。ペアリング端末情報１４ａは、ＢＬＥ等の近接通信が可能な他の端末の情報を表す。例えば、ペアリング端末情報１４ａには、自端末の名称およびＩＤ（IDentifier）、近接通信接続の相手となり得る端末の名称およびＩＤ等が含まれ、予め登録される。以下、自端末をＳ、近接通信接続の相手端末をＷとも記す。

近接通信機能部１２は、例えばＢＬＥ等の近接通信の通信圏内にある端末１０同士を、該近接通信で相互に情報通信可能に接続する。

加速度センサ１６は、自端末１０の加速度を測定する。例えば、加速度センサ１６は、自端末１０の位置の変化を検出することにより、自端末１０の加速度を算出する。信号送受信部１７は、後述する所定の信号を出力したり検知したりする。例えば、信号送受信部１７は、マイクおよびＡ／Ｄコンバータ等で実現される高精度に等間隔サンプリングが可能な音声取得手段を含む。

制御部１５は、ＣＰＵ（Central Processing Unit）等の演算処理装置がメモリに記憶された処理プログラムを実行することにより、図１に例示するように、通知部１５ａ、送信部１５ｂおよび認証部１５ｃとして機能する。

通知部１５ａは、近接通信している他の端末１０と相互に送受した所定の信号を検知して、該信号の検知時刻を認証装置２０に通知する。具体的には、通知部１５ａは、ペアリング端末情報１４ａに登録されている他の端末１０のＢＬＥ等の近接通信信号を受信した場合に、この相手端末１０（Ｗ）のＲＳＳＩ値を認証装置２０に送信する。また、認証装置２０から、ＲＳＳＩ値を用いて推定した相手端末１０（Ｗ）との間の距離が小さく、両端末１０が近接していると判定したことが通知された場合に、通知部１５ａは、所定の信号を生成し、再生および検知の開始を信号送受信部１７に指示する。

ここで、所定の信号とは、例えば、周波数、強度等のパラメータに所定の値が設定された信号音である。この信号は、近接通信する端末１０同士で同じパラメータが設定され、信号ＩＤで識別される。所定のパラメータは、端末１０が設定してもよいし、認証装置２０が設定してもよい。具体的には、周波数には、ペアリング端末情報１４ａに登録されていない近傍の他の端末同士が送受する信号音と混同しないような値が設定される。周波数には、ランダムな値が設定されてもよい。また、複数の周波数を組み合わせてもよい。高雑音環境下も環境音と分離して検知しやすくなる。あるいは、端末１０の音声信号処理能力が十分に高い場合には、予め環境音の周波数解析を行って、受信した端末１０が環境音と分離しやすい周波数を設定してもよい。

また、後述するように、ここで送受される信号音を用いて端末１０間の距離が推定されたり各端末１０に内蔵される時計の時刻の差が算出されたりする。したがって、信号音はユーザに聞こえない周波数であることが望ましい。あるいは、信号音がユーザに意識されてもよい場合には、例えば、周波数マスキングを応用して聞こえにくくするよう、環境音より少し高い周波数が設定されてもよい。

信号音の強度は、信号音の送受を開始した後に取得された音声データを用いて、環境音に埋没しない最小限度の強度が設定される。また、ここで送受される信号は、空気中を伝播する音波に限定されない。例えば、両端末１０が接触している同一の固体を伝播する音波でもよいし、電波や光等の電磁波でもよい。

通知部１５ａは、まず、相手端末１０（Ｗ）に信号音の再生を通知するとともに、直ちに信号送受信部１７に信号音の再生の開始を指示する。

また、通知部１５ａは、信号音の受信強度を用いて相手端末１０（Ｗ）との間の距離を推定し、推定した距離が所定の閾値以下である場合に、該信号の検知時刻を認証装置２０に通知する。ここで、受信強度を用いて推定した距離が所定の閾値以下という条件は、受信強度が所定の閾値以上という条件に置き換えることができる。

そこで、例えば、通知部１５ａは、発信時刻すなわち再生開始の時刻を基準として、所定の時間範囲で所定の受信強度以上の信号音を信号送受信部１７が検知した場合に、最初に検知した検知時刻を認証装置２０に通知する。認証装置２０には、自端末１０（Ｓ）が再生した信号音の検知時刻と、相手端末１０（Ｗ）が再生した信号音の検知時刻とが通知される。

また、相手端末１０（Ｗ）の通知部１５ｂは、信号音の再生の通知を受信した時刻を基準として所定の時間範囲で所定の受信強度以上の信号音を信号送受信部１７が検知した場合に最初に検知した検知時刻を認証装置２０に通知する。

なお、通知部１５ａは、検知時刻とともに、信号音の受信強度を認証装置２０に通知してもよい。その場合に、通知部１５ａは、相手端末１０（Ｗ）との間の距離の推定は行わず、信号の受信強度に関わらず、信号の検知時刻を認証装置２０に通知してもよい。

送信部１５ｂは、測定された加速度の時系列信号を認証装置２０に送信する。具体的には、送信部１５ｂは、加速度センサ１６により測定された自端末１０の加速度の時系列信号を、通信制御部（１３，２３）を介して認証装置２０に送信する。

認証部１５ｃは、後述する認証処理により、認証装置２０から相手端末１０（Ｗ）と自端末１０（Ｓ）とを同一の人物が所持していると通知された場合に、該相手端末１０（Ｗ）および自端末１０（Ｓ）を使用可能にする。

具体的には、認証部１５ｃは、相手端末１０（Ｗ）が先に通常の認証でロックが解除されている場合に、両端末１０を同一の人物が所持していると通知されたら、自端末１０（Ｓ）のロックを解除して使用可能にする処理すなわち所持認証を実行する。また、自端末（Ｓ）が認証済みの場合には、自端末（Ｓ）と同一の人物が所持していると通知された相手端末１０（Ｗ）の所持認証を、近接通信を用いて指示する。なお、認証部１５ｃは、複数の端末１０のうち、少なくとも１台が備えていれば足りる。

［認証装置の構成］
図１に示すように、本実施形態に係る認証装置２０は、ワークステーションやパソコン等の汎用コンピュータで実現され、入力部２１と出力部２２と通信制御部２３と、記憶部２４と、制御部２５とを備える。

入力部２１は、キーボードやマウス等の入力デバイスを用いて実現され、操作者による入力操作に対応して、制御部２５に対して各種指示情報を入力する。出力部２２は、液晶ディスプレイなどの表示装置、プリンター等の印刷装置、情報通信装置等によって実現され、後述する認証処理の結果等を操作者に対して出力する。

通信制御部２３は、ＮＩＣ等で実現され、ＬＡＮやインターネットなどの電気通信回線を介した端末１０等の外部の装置と制御部２５との通信を制御する。

記憶部２４は、ＲＡＭ、フラッシュメモリ等の半導体メモリ素子、または、ハードディスク、光ディスク等の記憶装置によって実現される。記憶部２４には、認証装置２０を動作させる処理プログラムや、処理プログラムの実行中に使用されるデータなどが予め記憶され、あるいは処理の都度一時的に記憶される。記憶部２４は、通信制御部２３を介して制御部２５と通信する構成でもよい。本実施形態において、記憶部２４は、各端末１０に記憶されているペアリング端末情報１４ａを集約した端末管理情報２４ａが記憶されている。

制御部２５は、ＣＰＵ等の演算処理装置がメモリに記憶された処理プログラムを実行することにより、図１に例示するように、算出部２５ａおよび判定部２５ｂとして機能する。

算出部２５ａは、端末１０のそれぞれから通知された信号の検知時刻を用いて、各端末１０に内蔵される時計の時刻の差を算出する。具体的には、算出部２５ａは、まず、近接通信の通信圏内にある事前に登録された端末１０同士のそれぞれから通知されたＢＬＥのＲＳＳＩ値を用いて、端末１０間の距離を推定することにより、近接性を判定し、判定結果を両端末１０に通知する。例えば、通信圏外、近接通信可能距離、至近距離等の数段階で端末１０間の距離を推定し、至近距離の場合に、両端末１０が近接していると判定して両端末１０に通知する。

なお、算出部２５ａは、さらに、記憶部２４の端末管理情報２４ａを参照し、事前に登録されている第三の端末１０が上記の両端末１０に近接している場合に、当該第三の端末１０で観測される両端末１０のＲＳＳＩ値を用いて、両端末１０間の距離を推定してもよい。

次に、算出部２５ａは、近接していると判定された複数の端末１０のそれぞれから通知された信号の検知時刻を用いて、各端末１０の内蔵時計の時刻差を算出する。

なお、端末１０から信号の受信強度を通知された場合に、算出部２５ａは、通知された信号の受信強度を用いて近接通信している他の端末１０との間の距離を推定する。その場合に、算出部２５ａは、推定した距離が所定の閾値以下であれば、複数の端末１０のそれぞれから通知された信号の検知時刻を用いて、各端末１０に内蔵される時計の時刻の差を算出し、後述する処理を続行する。また、受信強度を用いて推定した距離が所定の閾値以下という条件に換えて、受信強度が所定の閾値以上という条件にしてもよい。

ここで、図３は、算出部２５ａの処理を説明するための説明図である。算出部２５ａは、以下に説明するように、端末１０（Ｓ）および端末１０（Ｗ）から通知された、図３に示す同一の信号ＩＤについての各種の検知時刻を用いて、端末１０間の内蔵時計の時刻差を算出する。ここで、各端末１０の内蔵時計によるタイムスタンプは安定性および精度が十分ではない。そこで、各端末１０に内蔵される高精度に等間隔サンプリングが可能な音声取得手段を用いて、端末１０ごとに１回の録音に発生する信号音検知のイベントの相対時刻を元に、端末１０間の内蔵時計の時刻差を算出する。

すなわち、図３に示す各種の検知時刻は、各端末１０に内蔵される音声取得手段で高精度に等間隔なサンプリング周期で取得され録音された録音データの時間軸上の時刻（録音時刻）で表される。また、算出される時刻差は、例えば、端末Ｓから端末Ｗに対する時刻差というように方向をもつ。

図３に示す例では、次式（１）が成立する。

したがって、端末１０（Ｗ）の録音時刻に対する端末１０（Ｓ）の録音時刻の遅れΔ_ＳＷは、次式（２）のように算出される。

ここで、算出部２５ａの処理は十分に短い時間で実行されるため、人が動かす２端末１０の物理的な距離はほとんど変化せず、環境にも大きな変化はない。そこで、端末間の音の伝達時間について、ｔｔ_１＝ｔｔ_２とみなすことができる。その場合にΔ_ＳＷは、次式（３）で表される。

したがって、端末１０（Ｗ）の内蔵時計に対する端末１０（Ｓ）の内蔵時計の遅れｔｓΔ_ＳＷは、Δ_ＳＷおよび各端末１０での録音開始時刻の内蔵時計タイムスタンプ（ｔｓ０_Ｓ、ｔｓ０_Ｗ）を用いて、次式（４）により算出される。すなわち、ｔｓΔ_ＳＷは、端末１０（Ｓ）が再生する信号音１と端末１０（Ｗ）が再生する信号音２について、端末１０（Ｓ）における信号音１および信号音２の検知時刻と、端末１０（Ｗ）における信号音１および信号音２の検知時刻とを用いて算出される。

なお、３台以上の端末１０がある場合に、算出部２５ａは、以下に説明するように、２台のペアごとに端末１０間の内蔵時計の時刻差を算出する。図４は、算出部２５ａの処理を説明するための説明図である。図４に示す例では、３台の端末Ａ，Ｂ，Ｃの内蔵時計について、端末Ａの内蔵時計に対して、端末Ｂの内蔵時計が３単位遅れており、端末Ｂの内蔵時計に対して、端末Ｃの内蔵時計が４単位遅れている。

ここで、例えば、端末Ａと端末Ｂとの内蔵時計の時刻差について、上記式（１）によって算出される演算結果δ_ＡＢ＝２．９と測定される現実の値Δ_ＡＢ＝３との間には誤差が含まれる。端末１０が２台の場合には、ペアが１組であるため、誤差を含む推定値として１つの演算結果のみが導出される。一方、３台の端末Ａ，Ｂ，Ｃがある場合に、算出部２５ａは、３組のペアのそれぞれの内蔵時計の時刻差の演算結果に加え、次式（５）に示すように、例えばＡ−Ｃ−Ｂのように端末Ｃを介した端末ＡＢ間の内蔵時計の時刻差を算出することが可能である。

なお、ＡＣＢのような端末の順列を経路、経路の端末数から１をひいた数を経路長、Ｃのような経路の中間の端末を中継点と称する。例えば、４台以上の端末がある場合には、例えば、経路ＡＣＤＢの経路長は３、中継点はＣおよびＤであり、経路ＡＣＤＥＦＢの経路長は５、中継点はＣ、Ｄ、Ｅ、Ｆである。

端末ＡＢ間の内蔵時計の時刻差を端末Ｃを介して算出する場合、δ_ＡＣＢはδ_ＣＡとδ_ＢＣとの２つの演算結果を用いて算出されるため、最大で２倍の誤差が加算される可能性がある。そこで、算出部２５ａは、端末ＡＢ間の内蔵時計の時刻差を、次式（６）に示すように、誤差を加味した重み付き平均処理を行って算出してもよい。

同様に、算出部２５ａは、Ｎ台の端末１０について、端末Ｔ_１と端末Ｔ_２との間の内蔵時計の時刻差を、次式（７）に示すように、重み付き平均処理を行って算出してもよい。

また、算出部２５ａは、端末数Ｎが大きくなった場合に、演算に使用する経路長の最大値ｍ＜Ｎ−１を限定することにより、次式（８）に示すように、簡略化して端末Ｔ_１と端末Ｔ_２との間の内蔵時計の時刻差を算出してもよい。

図１の説明に戻る。判定部２５ｂは、複数の端末１０のそれぞれの加速度の時系列信号を取得して内蔵時計の時刻の差を反映し、加速度から抽出した身体活動に由来する加速度成分の時系列変化の各端末間での類似度合いが所定の閾値より高い場合に、対応する両端末を同一の人物が所持していると判定し、該両端末に通知する。

具体的には、判定部２５ｂは、複数の端末１０のそれぞれの加速度の時系列信号を取得する。すなわち、判定部２５ｂは、各端末１０の送信部１５ａから通信制御部（１３，２３）を介して送信された加速度の時系列信号を取得する。

また、判定部２５ｂは、取得した加速度の時系列信号に、算出部２５ａが算出した端末１０間の内蔵時計の時刻差を反映させる。ここで、図５は、判定部２５ｂの処理を説明するための説明図である。上述したとおり、また図５に示すように、信号音の再生端末での検知時刻と相手端末での検知時刻との差は、内蔵時計の時刻差Δと端末１０間の信号音の伝達時間ｔｔとを用いて表される。そこで、判定部２５ｂは、算出部２５ａが算出した内蔵時計の時刻差Δを用いて両端末１０の加速度の時刻の同期をとる。

次に、判定部２５ｂは、時刻同期をとった加速度の時系列信号のそれぞれから、人間の身体活動に由来する加速度成分を抽出する。ここで、取得された各端末１０の加速度の時系列信号には、乗り物等の外部環境に由来する加速度成分と人間の身体活動に由来する加速度成分とが含まれる。

エレベータや電車等の乗り物では、加減速の制御が電子的に行われるため、加速度の時系列信号は、人間の筋骨格系が制御する歩行等によるものとは異なる変化を示す。すなわち、乗り物等における電子的な加減速の制御では、多くの場合、乗客の不快感を低減するために、緩やかな正弦波曲線を描くことを理想として設計されている。そこで、特徴量として、例えば躍度すなわち加速度の微分値の変化等の指標を用いることにより、外部環境に由来する加速度成分と、人間の身体活動に由来する加速度成分とを弁別することができる。

具体的には、パワースペクトル解析による周波数成分を比較すると、外部環境に由来する加速度成分は、乗り物の加減速のような低周波成分と、振動ノイズ等の高周波成分とに分布する。一方、人間の身体活動に由来する加速度成分は、概ね０．２５〜２．５ヘルツの周波数帯域に分布する。したがって、外部環境に由来する加速度成分の低周波数帯域と高周波数帯域とを除外するフィルタを設計することにより、人間の身体活動に由来する加速度成分を抽出することが可能となる。

そこで、判定部２５ｂは、例えば、パワースペクトル解析による周波数成分を比較し、ＨＦ（High-pass Filter）、ＬＦ（Low-pass Filter）、ＢＦ（Band-pass Filter）等のフィルタによる信号処理を行って、人間の身体活動に由来する加速度成分を抽出する。

また、例えば端末１０の落下や接触に伴うノイズは、身体活動に由来する加速度成分より大きい。一方、エレベータの昇降等、乗り物等の加速度成分は、乗客に不快感を与えないよう小さい値を採るよう制御されている。したがって、判定部２５ｂは、所定の閾値を用いて、人間の身体活動に由来する加速度成分と外部環境に由来する加速度成分とを弁別することができる。

また、行動ログを収集するため、身体に装着もしくは所持した加速度計から得られる加速度を用いて、姿勢や歩行、走行、階段の昇降、自転車走行等の行動状態を判定する技術が開示されている。そこで、判定部２５ｂは、この技術を適用して人間の身体活動に由来する加速度成分を抽出することも可能である。

判定部２５ｂは、各端末１０から抽出された身体活動に由来する加速度成分の時系列変化を比較し、端末１０間での類似度合いを導出する。判定部２５ｂは、端末１０間での類似度合いが所定の閾値より高い場合に、対応する両端末１０を同一の人物が所持していると判定し、該両端末１０に通知する。

図６は、判定部２５ｂの処理を説明するための説明図である。図６に示すように、判定部２５ｂは、例えば、端末１０（Ｓ）と端末１０（Ｗ）との身体活動に由来する加速度成分の時系列変化との相互関係係数を算出し、信号の一致性を導出する。あるいは、判定部２５ｂは、両信号を周波数変換し、パワースペクトルの一致性を導出する。

ここで、複数の端末１０を同一の人物が所持している場合、人間の身体活動に由来する加速度成分には、時間領域や周波数領域において類似性が認められる。例えば、時間領域でピークの出現する周期が一致したり、周波数領域でピークの位置が一致したりする。

具体的には、歩行に伴って同一人物が所持する各端末１０に加わる加速度について考える。歩行の遊脚期から立脚期へ遷移した際、手首に装着されたウェアラブル端末等の端末１０とポケットに入れられたスマートフォン等の端末１０とに接地の衝撃に由来する加速度が加わる。ここで加わる加速度は下肢から伝播するため、一歩ごとの加速度の時系列変化は、ポケットの端末１０より手首の端末１０で常に遅れる。したがって、判定部２５ｂは、例えば、加速度の時系列信号の正負のピークの出現タイミングを解析し、ピークが出現する周期の一致する度合いすなわち類似度合いが所定の閾値より高ければ、同一人物が所持していると判定することができる。

判定部２５ｂは、同一人物が所持すると判定した両端末１０に対し、相手の端末の名称やＩＤ等の情報とともに判定結果を通知する。

一方、各端末１０を異なる人物が所持している場合には、各端末１０に加わる加速度が異なるため、ピークの出現タイミングに類似性が認められない。その場合に判定部２５ｂは、同一人物が所持していると判定することはできない。この場合にも、判定部２５ｂは、同一人物による所持ではないと判定した両端末１０に対して、相手の端末の名称やＩＤ等の情報とともに判定結果を通知する。通知を受けた各端末１０は、上述の所持認証に代えて、通常の生体認証、パスワード認証、パスコード認証あるいはパターン認証等を行うことにより、ロックを解除してユーザに対して使用可能とする。

なお、受信した加速度の時系列信号に外部環境に由来する加速度成分のみが含まれ、人間の身体活動に由来する加速度成分が抽出されない場合には、判定部２５ｂは何も処理を行わなくてもよい。

［認証処理］
次に、図７を参照して、認証システム１における認証処理について説明する。図７のシーケンスは、例えば、ユーザが認証された端末を含む複数の端末１０を所持して歩行等の動作を開始したタイミングで開始される。

各端末１０は、ペアリング端末情報１４ａに登録されている端末１０のＢＬＥ等の近接通信信号を受信した場合に、この相手端末１０（Ｗ）のＲＳＳＩ値を認証装置２０に送信する（ステップＳ１）。認証装置２０は、ＲＳＳＩ値を用いて相手端末１０（Ｗ）との間の距離を推定し、近接性を判定する。端末１０間の距離が小さく近接していると判定した場合に、両端末１０に通知する（ステップＳ２）。

通知された両端末１０は、以下に説明するセンシングの処理を開始する（ステップＳ３）。まず、端末１０は、相互に送受信する信号音の信号音ＩＤとパラメータとを決定し、相互に通知する（ステップＳ４）。また、各端末１０は、相手端末１０（Ｗ）に信号音の再生を通知する（ステップＳ５）とともに、直ちに信号音の再生の開始する（ステップＳ６）。また、各端末１０は、自端末１０（Ｓ）が再生した信号音と相手端末１０（Ｗ）が再生した信号音とを検知して（ステップＳ７）、検知時刻を認証装置２０に通知する（ステップＳ８）。認証装置２０は、各端末１０から通知された信号の検知時刻を用いて、各端末１０に内蔵される時計の時刻の差を算出する算出する（ステップＳ９）。

各端末１０は、測定された加速度の時系列信号を認証装置２０に送信し（ステップＳ１０）、一連のセンシングの処理を終了する（ステップＳ１１）。認証装置２０は、各端末１０の加速度の時系列信号に内蔵時計の時刻の差を反映して照合し、加速度から抽出した身体活動に由来する加速度成分の時系列変化の各端末１０間での類似度合いを算出する（ステップＳ１２）。認証装置２０は、類似度合いが所定の閾値より高い場合に、対応する両端末１０を同一の人物が所持していると判定し、両端末１０に通知する。その場合に、各端末１０、自端末１０（Ｓ）および相手端末１０（Ｗ）を使用可能にする。すなわち、相手端末１０（Ｗ）が先に通常の認証でロックが解除されている場合に、自端末１０（Ｓ）のロックを解除して使用可能にする所持認証を実行する。また、自端末１０（Ｓ）が認証済みの場合には、相手端末１０（Ｓ）の所持認証を指示する。これにより、一連の認証処理が終了する。

以上、説明したように、本実施形態の認証システム１において、各端末１０では、通知部１５ａが、近接通信しているペアリング端末情報１４ａに記憶されている他の端末と相互に送受した所定の信号を検知して、該信号の検知時刻を認証装置２０に通知する。また、送信部１５ｂが、加速度センサ１６で測定された自端末１０の加速度の時系列信号を認証装置２０に送信する。また、認証部１５ｃが、認証装置２０から他の端末１０と自端末１０とを同一の人物が所持していると通知された場合に、該他の端末１０および自端末１０を使用可能にする。

認証装置２０では、算出部２５ａが、複数の端末１０のそれぞれから通知された信号の検知時刻を用いて、各端末１０に内蔵される時計の時刻の差を算出する。また、判定部２５ｂが、複数の端末１０のそれぞれの加速度の時系列信号を取得して内蔵時計の時刻の差を反映し、加速度から抽出した身体活動に由来する加速度成分の時系列変化の各端末１０間での類似度合いが所定の閾値より高い場合に、対応する両端末１０を同一の人物が所持していると判定し、該両端末１０に通知する。

これにより、例えば、認証されたスマートフォン１０と事前にペアリング登録されたウェアラブル端末１０とを同一のユーザが所持している場合に、ウェアラブル端末１０の生体認証等による認証を省略して使用可能とできる。また、ウェアラブル端末１０を所持する正当なユーザとは異なる攻撃者が、認証されたスマートフォン１０を操作してウェアラブル端末１０を不正に利用することはできない。このように、本実施形態の認証システム１の認証処理によれば、ユーザに負担をかけることなく、同一人物が同時に所持している複数の端末１０を高精度に認証し、他者利用による認証解除というセキュリティ脅威を軽減することができる。

また、端末１０の通知部１５ａは、近接通信している相手端末１０（Ｗ）と相互に送受した所定の信号を検知して、該信号の受信強度を用いて相手端末１０（Ｗ）との間の距離を推定して、該距離が所定の閾値以下の場合に、該信号の検知時刻を認証装置２０に通知してもよい。これにより、精度高く両端末１０の近接性を判定できる。

あるいは、端末１０の通知部１５ａは、さらに信号の受信強度を認証装置２０に通知してもよい。その場合に、認証装置２０の算出部２５ａは、さらに、端末１０から通知された信号の受信強度を用いて近接通信している相手端末１０（Ｗ）との間の距離を推定し、該距離が所定の閾値以下の場合に、複数の端末１０のそれぞれから通知された信号の検知時刻を用いて、各端末に内蔵される時計の時刻の差を算出し、後続の処理を続行する。これにより、精度高く両端末１０の近接性を判定できる。

なお、認証装置２０の判定部２５ｂの処理は、加速度を用いた処理に限定されない。加速度に代えて、あるいは加速度に加えて、温度、湿度、または光量等の外部環境情報や、ＧＰＳのログまたはＷｉＦｉのログ等の移動情報、ＢｌｕｅｔｏｏｔｈのＰｒｏｘｉｍｉｔｙプロファイルを用いた距離情報等を用いてもよい。

［プログラム］
上記実施形態に係る認証システム１の端末１０および認証装置２０が実行する処理をコンピュータが実行可能な言語で記述したプログラムを作成することもできる。一実施形態として、端末１０および認証装置２０は、パッケージソフトウェアやオンラインソフトウェアとして上記の認証処理を実行する認証プログラムを所望のコンピュータにインストールさせることによって実装できる。例えば、上記の認証プログラムを情報処理装置に実行させることにより、情報処理装置を端末１０または認証装置２０として機能させることができる。ここで言う情報処理装置には、デスクトップ型またはノート型のパーソナルコンピュータが含まれる。また、その他にも、情報処理装置にはスマートフォン、携帯電話機やＰＨＳ（Personal Handyphone System）などの移動体通信端末、さらには、ＰＤＡ（Personal Digital Assistants）などのスレート端末などがその範疇に含まれる。また認証装置２０は、アウトソーシングによって上記の認証処理に関するサービスを提供するクラウドとして実装することとしてもかまわない。また、認証装置２０の機能を端末１０のいずれかに内包させてもかまわない。以下に、端末１０および認証装置２０と同様の機能を実現する認証プログラムを実行するコンピュータの一例を説明する。

図８に示すように、認証プログラムを実行するコンピュータ１０００は、例えば、メモリ１０１０と、ＣＰＵ１０２０と、ハードディスクドライブインタフェース１０３０と、ディスクドライブインタフェース１０４０と、シリアルポートインタフェース１０５０と、ビデオアダプタ１０６０と、ネットワークインタフェース１０７０とを有する。これらの各部は、バス１０８０によって接続される。

メモリ１０１０は、ＲＯＭ（Read Only Memory）１０１１およびＲＡＭ１０１２を含む。ＲＯＭ１０１１は、例えば、ＢＩＯＳ（Basic Input Output System）等のブートプログラムを記憶する。ハードディスクドライブインタフェース１０３０は、ハードディスクドライブ１０３１に接続される。ディスクドライブインタフェース１０４０は、ディスクドライブ１０４１に接続される。ディスクドライブ１０４１には、例えば、磁気ディスクや光ディスク等の着脱可能な記憶媒体が挿入される。シリアルポートインタフェース１０５０には、例えば、マウス１０５１およびキーボード１０５２が接続される。ビデオアダプタ１０６０には、例えば、ディスプレイ１０６１が接続される。

ここで、図８に示すように、ハードディスクドライブ１０３１は、例えば、ＯＳ１０９１、アプリケーションプログラム１０９２、プログラムモジュール１０９３およびプログラムデータ１０９４を記憶する。上記実施形態で説明した各データは、例えばハードディスクドライブ１０３１やメモリ１０１０に記憶される。

また、認証プログラムは、例えば、コンピュータ１０００によって実行される指令が記述されたプログラムモジュール１０９３として、ハードディスクドライブ１０３１に記憶される。具体的には、上記実施形態で説明した認証装置２０が実行する各処理が記述されたプログラムモジュール１０９３が、ハードディスクドライブ１０３１に記憶される。

また、認証プログラムによる情報処理に用いられるデータは、プログラムデータ１０９４として、例えば、ハードディスクドライブ１０３１に記憶される。そして、ＣＰＵ１０２０が、ハードディスクドライブ１０３１に記憶されたプログラムモジュール１０９３やプログラムデータ１０９４を必要に応じてＲＡＭ１０１２に読み出して、上述した各手順を実行する。

なお、認証プログラムに係るプログラムモジュール１０９３やプログラムデータ１０９４は、ハードディスクドライブ１０３１に記憶される場合に限られず、例えば、着脱可能な記憶媒体に記憶されて、ディスクドライブ１０４１等を介してＣＰＵ１０２０によって読み出されてもよい。あるいは、認証プログラムに係るプログラムモジュール１０９３やプログラムデータ１０９４は、ＬＡＮやＷＡＮ（Wide Area Network）等のネットワークを介して接続された他のコンピュータに記憶され、ネットワークインタフェース１０７０を介してＣＰＵ１０２０によって読み出されてもよい。

以上、本発明者によってなされた発明を適用した実施形態について説明したが、本実施形態による本発明の開示の一部をなす記述および図面により本発明は限定されることはない。すなわち、本実施形態に基づいて当業者等によりなされる他の実施形態、実施例および運用技術等は全て本発明の範疇に含まれる。

１ 認証システム
１０ 端末
１１ 入出力部
１２ 近接通信機能部
１３ 通信制御部
１４ 記憶部
１４ａ ペアリング端末情報
１５ 制御部
１５ａ 通知部
１５ｂ 送信部
１５ｃ 認証部
１６ 加速度センサ
１７ 信号送受信部
２０ 認証装置
２１ 入力部
２２ 出力部
２３ 通信制御部
２４ 記憶部
２４ａ 端末管理情報
２５ 制御部
２５ａ 算出部
２５ｂ 判定部

Claims (5)

1. 複数の端末と、認証装置とを有する認証システムであって、
   各端末は、
   自端末の加速度を測定する加速度センサと、
   近接通信可能な他の端末の情報を記憶する記憶部と、
   近接通信している前記他の端末と相互に送受した所定の信号を検知して、該信号の検知時刻を前記認証装置に通知する通知部と、
   測定された前記加速度の時系列信号を前記認証装置に送信する送信部と、
   前記認証装置から前記他の端末と自端末とを同一の人物が所持していると通知された場合に、該他の端末および自端末を使用可能にする認証部と、を備え、
   前記認証装置は、
   複数の前記端末のそれぞれから通知された前記信号の検知時刻を用いて、各端末に内蔵される時計の時刻の差を算出する算出部と、
   複数の前記端末のそれぞれの加速度の時系列信号を取得して前記時刻の差を反映し、前記加速度から抽出した身体活動に由来する加速度成分の時系列変化の各端末間での類似度合いが所定の閾値より高い場合に、対応する両端末を同一の人物が所持していると判定し、該両端末に通知する判定部と、を備える
   ことを特徴とする認証システム。
2. 前記端末の前記通知部は、近接通信している前記他の端末と相互に送受した所定の信号を検知して、該信号の受信強度を用いて前記他の端末との間の距離を推定し、該距離が所定の閾値以下の場合に、該信号の検知時刻を前記認証装置に通知することを特徴とする請求項１に記載の認証システム。
3. 前記端末の前記通知部は、さらに前記信号の受信強度を前記認証装置に通知し、
   前記認証装置の前記算出部は、さらに、前記端末から通知された前記信号の受信強度を用いて前記近接通信している前記他の端末との間の距離を推定し、該距離が所定の閾値以下の場合に、複数の前記端末のそれぞれから通知された前記信号の検知時刻を用いて、各端末に内蔵される時計の時刻の差を算出することを特徴とする請求項１に記載の認証システム。
4. 複数の端末と認証装置とを有する認証システムで実行される認証方法であって、
   端末における、近接通信している、近接通信可能な他の端末の情報を記憶する記憶部の他の端末と相互に送受した所定の信号を検知して、該信号の検知時刻を前記認証装置に通知する通知工程と、
   前記認証装置における、複数の前記端末のそれぞれから通知された前記信号の検知時刻を用いて、各端末に内蔵される時計の時刻の差を算出する算出工程と、
   各端末における、自端末の加速度を測定する加速度センサにより測定された加速度の時系列信号を前記認証装置に送信する送信工程と、
   前記認証装置における、複数の前記端末のそれぞれの加速度の時系列信号を取得して前記時刻の差を反映し、前記加速度から抽出した身体活動に由来する加速度成分の時系列変化の各端末間での類似度合いが所定の閾値より高い場合に、対応する両端末を同一の人物が所持していると判定し、該両端末に通知する判定工程と、
   各端末における、前記認証装置から前記他の端末と自端末とを同一の人物が所持していると通知された場合に、該他の端末および自端末を使用可能にする認証工程と、
   を含んだことを特徴とする認証方法。
5. 複数の端末と認証装置とを有する認証システムで実行される認証方法をコンピュータに実行させる認証プログラムであって、
   前記端末としてのコンピュータに、
   近接通信している、近接通信可能な他の端末の情報を記憶する記憶部の他の端末と相互に送受した所定の信号を検知して、該信号の検知時刻を認証装置に通知する通知ステップと、
   各端末における、自端末の加速度を測定する加速度センサにより測定された加速度の時系列信号を前記認証装置に送信する送信ステップと、
   各端末における、前記認証装置から前記他の端末と自端末とを同一の人物が所持していると通知された場合に、該他の端末および自端末を使用可能にする認証ステップと、を実行させ、
   前記認証装置としてのコンピュータに、
   複数の前記端末のそれぞれから通知された前記信号の検知時刻を用いて、各端末に内蔵される時計の時刻の差を算出する算出ステップと、
   前記認証装置における、複数の前記端末のそれぞれの加速度の時系列信号を取得して前記時刻の差を反映し、前記加速度から抽出した身体活動に由来する加速度成分の時系列変化の各端末間での類似度合いが所定の閾値より高い場合に、対応する両端末を同一の人物が所持していると判定し、該両端末に通知する判定ステップと、を実行させる
   ことを特徴とする認証プログラム。

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