JP2019186913A - 認証方法、認証システム、被認証装置および認証装置 - Google Patents

Abstract

【課題】被認証装置の偽造をより困難にすること。【解決手段】被認証装置は鍵テーブルの識別情報を送信する。認証装置は認証テーブルの識別情報とチャレンジとを送信する。被認証装置は鍵テーブルの識別情報と認証テーブルの識別情報と対応した鍵を鍵テーブルから取得し、鍵とチャレンジとからレスポンスを生成する。認証装置は、鍵テーブルの識別情報と認証テーブルの識別情報とに対応するレスポンスと認証テーブルから取得し、受信されたレスポンスと比較する。【選択図】図３

Description

本発明は認証方法、認証システム、被認証装置および認証装置に関する。

プリンタは適切にメンテナンスされることで一定の画像品質を維持できる。メンテナンスには、消耗品や定期的な交換部品の交換などが含まれる。しかし、消耗品や交換部品が正規品でない場合に、プリンタが故障してしまうことがある。正規品でないものとは、例えば、異種のプリンタ用の消耗品や交換部品等である。また、プリンタにフィーダーや排紙装置などのオプションデバイスを追加することで、ユーザの利便性が向上する。オプションデバイスが正規品ではない場合に、やはりプリンタが故障してしまうことがある。したがって、プリンタに接続されるデバイスが正規品かどうかを判定することは重要である。特許文献１によれば、画像形成装置に装着されるプロセスカートリッジを認証することでプロセスカートリッジが正規品かどうかを検証することが記載されている。

特開２０１７−１４３４３７号公報

画像形成装置に装着されたデバイスが正規品かどうかを判別するために、共通鍵暗号を用いる方法や、暗号化ハッシュ関数を用いる方法などがある。とりわけ、共通鍵暗号を利用したチャレンジレスポンス認証法が普及している。認証装置は、乱数データ（チャレンジ）を生成して被認証装置に送信する。被認証装置はチャレンジを共通鍵で暗号化して暗号データ（レスポンス）を生成し、認証装置に返送する。認証装置は受信したレスポンスと、共通鍵でチャレンジを暗号化して得られたレスポンスとが一致しているかどうかに基づき被認証装置を認証する。このように、チャレンジレスポンス認証法では認証装置と被認証装置が共通鍵を持っていることが前提である。攻撃者に共通鍵が盗まれないことが重要である。認証装置および被認証装置は、セキュリティＬＳＩのようなセキュリティ性の高い耐タンパチップにより共通鍵を保持するとともに、認証処理を実行する。しかし、認証装置または被認証装置のいずれかで共通鍵が解析されて暴露してしまうと、正規品の複製が可能となってしまう。そこで、本発明は、被認証装置の偽造をより困難にすることを目的とする。

本発明は、たとえば、
被認証装置を認証装置により認証する認証方法であって、
前記被認証装置が、当該被認証装置により保持されている鍵テーブルの識別情報を前記認証装置に送信することと、
前記認証装置が、前記被認証装置から前記鍵テーブルの識別情報を受信することと、
前記認証装置が、当該認証装置により保持されている認証テーブルの識別情報を前記被認証装置に送信することと、
前記被認証装置が、前記認証テーブルの識別情報を受信することと、
前記認証装置が、前記被認証装置から受信された前記鍵テーブルの識別情報と、前記認証装置により保持されている前記認証テーブルの識別情報とのペアに対応したチャレンジを前記被認証装置に送信することと、
前記被認証装置が、前記認証装置から前記チャレンジを受信することと、
前記被認証装置が、当該被認証装置により保持されている鍵テーブルの識別情報と、前記認証装置により保持されている認証テーブルの識別情報とのペアに対応する鍵を前記鍵テーブルから取得することと、
前記被認証装置が、前記鍵テーブルから取得された前記鍵と前記チャレンジとからレスポンスを生成することと、
前記被認証装置が、前記レスポンスを前記認証装置に送信することと、
前記認証装置が、前記被認証装置から前記レスポンスを受信することと、
前記認証装置が、前記被認証装置から受信された前記鍵テーブルの識別情報と、前記認証装置により保持されている前記認証テーブルの識別情報とのペアに対応したレスポンスを前記認証テーブルから取得することと、
前記認証装置が、前記被認証装置から受信された前記レスポンスと前記認証テーブルから取得された前記レスポンスとに基づき前記被認証装置を認証することと
を有することを特徴とする認証方法を提供する。

本発明によれば、被認証装置の偽造をより困難にすることが可能となる。

認証システムの一例である画像形成装置を示す図 認証システムの一例である画像形成装置を示す図 被認証チップとエンジンコントローラを説明する図 鍵テーブルと認証テーブルを示す図 鍵の生成方法を説明する図 鍵テーブルと認証テーブルの生成方法を説明する図 認証手順を示すシーケンス図 認証方法を説明するフローチャート 実施例２に係る鍵テーブルと認証テーブルを示す図 認証方法を説明するフローチャート 認証方法を説明するフローチャート

以下、添付図面を参照して実施形態が詳しく説明される。尚、以下の実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものでするものではない。実施形態には複数の特徴が記載されているが、これらの複数の特徴の全てが発明に必須のものとは限らず、また、複数の特徴は任意に組み合わせられてもよい。さらに、添付図面においては、同一または同様の構成に同一の参照番号が付され、重複した説明は省略される。

＜実施例１＞
［画像形成装置（認証システム）］
図１Ａは画像形成装置１００及びオプション給紙装置３００、オプション排紙装置４００の概略の構成を示している。画像形成装置１００は電子写真プロセスにしたがってシートに画像を形成するプリンタ、複写機または複合機などである。シート積載部１１のシートを給紙部１２によって供給し、シートを搬送ローラ１３、１４によって搬送する。搬送されたシートは転写ローラ２０と感光ドラム１８によって形成された転写ニップ部に搬送されて感光ドラム１８に形成されたトナー像がシートに転写される。感光ドラム１０８は、その表面を帯電ローラ１７によって一様に帯電し、その後、露光部２１から光が照射されて静電潜像が形成される。そして形成された静電潜像を現像ローラによってトナーで現像してトナー像が形成される。シートに転写された画像が定着器２００によって定着された後、搬送ローラ２６と排出ローラ２７によって搬送された装置外に排出される。ここでプロセスカートリッジ１０２は感光ドラム１０８、帯電ローラ１７、現像ローラ１６、クリーナー１８を一体化して構成され、画像形成装置１００に対して着脱可能な交換部品である。また、定着器２００も画像形成装置１００に対して着脱可能な交換部品である。

オプション給紙装置３００はシートの積載量を増やすために設けられた装置であり、画像形成装置１００に対して着脱可能である。オプション排紙装置４００は、画像が形成されたシートを振り分けて排出するための装置であり、画像形成装置に対して着脱可能である。

図１Ｂは、図１Ａで説明した構成において、プロセスカートリッジ１０２に認証チップを設けた構成を示している。エンジンコントローラ１０１は、制御装置１０５、認証チップ１０６および通信回路１０４を有している。制御装置１０５は、画像形成装置１００の全体を統括的に制御するコントローラである。認証チップ１０６は、被認証チップ１０３を認証する半導体集積回路である。通信回路１０４はプロセスカートリッジ１０２と通信するための通信回路である。プロセスカートリッジ１０２は、画像形成装置１００の本体から着脱可能な交換部品であり、感光ドラム、感光ドラムを感光ドラムにトナーを供給するための現像部、る。プロセスカートリッジ１０２は被認証チップ１０３を有している。被認証チップ１０３は耐タンパチップである。制御装置１０５は、装着センサ２０９を用いてプロセスカートリッジ１０２が装着されたことを検知すると、認証チップ１０６に認証を指示する。制御装置１０５は、認証チップ１０６により生成されたチャレンジを、通信回路１０４を介して被認証チップ１０３に送信する。制御装置１０５は、通信回路１０４を介して被認証チップ１０３から受信したレスポンスを認証チップ１０６に転送する。制御装置１０５は、認証チップ１０６から認証結果を受け取る。被認証チップ１０３は、画像形成装置１００の消耗品や交換部品（定着器２００）、オプションデバイス（オプション給紙装置３００やオプション排紙装置４００など）に組み込まれてもよい。図２はエンジンコントローラ１０１と被認証チップ１０３との内部構成を示している。認証チップ１０６は入出力回路２０１ａ、マイコン２０２ａ、揮発性メモリ２０３ａ、比較器２０４および不揮発性メモリ２０５ａを有している。入出力回路２０１ａは、制御装置１０５から出力されたコマンドなどを受信し、マイコン２０２ａへ転送する通信回路として機能する。さらに、入出力回路２０１ａはマイコン２０２ａからのレスポンスデータを制御装置１０５へ転送する。マイコン２０２ａは制御装置１０５から受信されたコマンドに従って内部処理を実施するためのプロセッサ回路である。不揮発性メモリ２０５ａには認証チップ１０６の制御を行うプログラムや認証テーブル２０８が書き込まれている。揮発性メモリ２０３ａはマイコン２０２ａがデータ処理を実施する際に一時的にデータを保存するメモリである。比較器２０４は、入力された２つのデータを比較し、２つのデータが等しいか異なるかを判定し、判定結果を出力する回路である。

入出力回路２０１ｂはプロセスカートリッジ１０２が画像形成装置１００の本体に装着されたときに通信回路１０４と電気的に接続される回路である。入出力回路２０１ｂは、制御装置１０５から送信されたコマンドやチャレンジを、通信回路１０４を経由して受信し、マイコン２０２ｂに出力する。入出力回路２０１ｂは、マイコン２０２ｂから出力されたレスポンスを、通信回路１０４を経由して受信し、マイコン２０２ａに出力する。マイコン２０２ｂは制御装置１０５からのコマンドに従って内部処理を実施するためのプロセッサ回路である。不揮発性メモリ２０５ｂには被認証チップ１０３を制御するためのプログラムや鍵テーブル２０７が書き込まれている。揮発性メモリ２０３ｂはマイコン２０２ｂがデータ処理を実施する際に一時的にデータを保存するためのメモリである。暗号回路２０６ｂはマイコン２０２ｂの指令に従い、認証処理のための暗号計算を実行する回路である。

認証処理の起点は制御装置１０５になっている。制御装置１０５は認証処理に必要な様々なコマンドを認証チップ１０６および被認証チップ１０３へ出力する。認証チップ１０６および被認証チップ１０３はそれぞれコマンドに従った処理を実行し、コマンドに対するレスポンスとして実行結果を制御装置１０５へ返答する。

［鍵テーブルと認証テーブル］
図３Ａは認証に使用される鍵を保持する鍵テーブル２０７−１〜２０７−ｎを示している。鍵テーブル２０７−１〜２０７−ｎのうち一つの鍵テーブル２０７が被認証チップ１０３の不揮発性メモリ２０５ｂに書き込まれる。図３Ｂは認証テーブル２０８−１〜２０８−ｍを示している。認証テーブル２０８−１〜２０８−ｍのうち一つの認証テーブル２０８が認証チップ１０６の不揮発性メモリ２０５ａに書き込まれる。

図３Ａが示すように複数個（有限個）の鍵テーブル２０７が存在し、各鍵テーブル２０７には識別情報（鍵テーブルＩＤ）が付加されている。同様に、複数個（有限個）の認証テーブル２０８が存在しており、各認証テーブル２０８には識別情報（認証テーブルＩＤ）が付加されている。ここでは、鍵テーブルＩＤの個数はｎ個である。認証テーブルＩＤの個数はｍ個である。一つの鍵テーブル２０７には、認証テーブルＩＤの個数と同一のｍ個の鍵が認証テーブルＩＤに紐付けられて書き込まれている。各鍵テーブル２０７に書き込まれる鍵は鍵テーブルＩＤごとに異なる。つまり、ある鍵テーブルＩＤを付加された鍵テーブル２０７に書き込まれる鍵と、他の鍵テーブルＩＤを付加された鍵テーブル２０７に書き込まれる鍵とは異なっている。

図３Ａでは、鍵テーブルＩＤを示す変数ｉは１からｎまでのいずれかの値をとる。また、認証テーブルＩＤを示す変数ｊは１からｍまでのいずれかの値をとる。鍵テーブルＩＤ＝ｉの鍵テーブル２０７−ｉに書き込まれる複数の鍵のうち、認証テーブルＩＤ＝ｊに対応する鍵は、鍵（ｉ，ｊ）と表される。

認証テーブル２０８には、鍵テーブル２０７の個数と同一のｎ個のチャレンジとレスポンスのペアが、鍵テーブルＩＤに紐付けられて書き込まれている。書き込まれるチャレンジとレスポンスのペアは認証テーブル２０８ごとに異なる。ある認証テーブル２０８に書き込まれる複数のペアと、他の認証テーブル２０８に書き込まれる複数のペアとは異なっている。認証テーブルＩＤ＝ｊの認証テーブル２０８−ｊに書き込まれる複数のチャレンジとレスポンスであって、鍵テーブルＩＤ＝ｉに対応するチャレンジとレスポンスはそれぞれ、チャレンジ（ｉ，ｊ）、レスポンス（ｉ，ｊ）と表現される。チャレンジ（ｉ，ｊ）およびレスポンス（ｉ，ｊ）は一つのペアを形成している。

［鍵、チャレンジおよびレスポンスの生成］
図４は鍵の生成方法を説明する図である。乱数生成器４０１は鍵（１，１）〜鍵（ｎ，ｍ）を生成する。乱数生成器４０１は認証システムの外部にある回路である。図４において行は認証テーブルＩＤに対応し、列は鍵テーブルＩＤに対応している。このような鍵グループは鍵マトリックス４００と呼ばれてもよい。鍵マトリックス４００はｎ×ｍ個の鍵を保持している。

図５はチャレンジとレスポンスのペアを生成する方法を説明する図である。図５が示すように、鍵テーブルＩＤに対応した列に保持されているｍ個の鍵が、鍵テーブルＩＤを付与された鍵テーブル２０７に格納される。たとえば、ｉ列目に保持されているｍ個の鍵（ｉ，１）〜（ｉ，ｍ）が、鍵テーブルＩＤとしてｉを付与されている鍵テーブル２０７−ｉに格納される。

認証テーブルＩＤ＝ｊの認証テーブル２０８−ｊを作成するためには、鍵マトリックスにおけるｊ番目の行に保持されている鍵（１，ｊ）〜（ｎ，ｊ）が一つずつ取得され、暗号回路２０６ｃに供給される。乱数発生器５０１はチャレンジ（１，ｊ）〜（ｎ，ｊ）を生成し、一つずつ暗号回路２０６ｃに供給する。暗号回路２０６ｃは、鍵（ｉ，ｊ）とチャレンジ（ｉ，ｊ）とを用いてレスポンス（ｉ，ｊ）を生成する。ｉは１からｎまでの値をとる。これにより、レスポンス（１，ｊ）〜（ｎ，ｊ）が生成される。図５が示すように、認証テーブル２０８−ｊには、チャレンジ（ｉ，ｊ）とレスポンス（ｉ，ｊ）とからなるペアが格納される。最終的に、ｎ個のペアが認証テーブル２０８−ｊに書き込まれる。

暗号回路２０６ｃは、被認証チップ１０３に設けられた暗号回路２０６ｂと同一の処理を施す暗号回路である。暗号回路２０６ｂと暗号回路２０６ｃとにそれぞれ同じ鍵と同じチャレンジを入力すれば、暗号回路２０６ｂと暗号回路２０６ｃは同一の出力データ（レスポンス）を出力する。

なお、チャレンジおよびレスポンスの添え字ｉ，ｊはそれぞれ、レスポンスの生成に使用された鍵に対応する鍵テーブルＩＤと認証テーブルＩＤを示している。複数の認証テーブルに同じ認証テーブルＩＤが付与されてもよい。この場合、同じ認証テーブルＩＤを付与された複数の認証テーブルに対して、乱数発生器５０１は異なるチャレンジを生成してもよい。たとえば、ある認証テーブル用のチャレンジ（１、ｊ）と他の認証テーブル用のチャレンジ（１、ｊ）が異なってもよい。これは、認証チップ１０６ごとに認証テーブル２０８を異ならしめることに有用である。たとえば、すべての認証チップ１０６がそれぞれ異なる認証テーブル２０８を保持することが可能となる。また、認証テーブルＩＤの個数を制限しつつ、存在するすべての認証テーブル２０８に異なるペアを書き込むことが可能となる。一方で、鍵テーブルＩＤが同じである複数の鍵テーブル２０７はいずれも同じ鍵を有していなければならない。

暗号回路２０６ｂ、２０６ｃは、たとえば、暗号化ハッシュ関数や共通鍵暗号関数を用いてレスポンスを計算する。暗号化ハッシュ関数としては、たとえば、ＮＩＳＴ＿ＦＩＰＳ＿ＰＵＢ １８０−４で規格化されたＳＨＡ−２５６が採用されてもよい。
レスポンス（ｉ，ｊ）＝ＳＨＡ−２５６（鍵（ｉ，ｊ）｜チャレンジ（ｉ，ｊ））・・・・（１）
ここで、“鍵（ｉ，ｊ）｜チャレンジ（ｉ，ｊ）”は、鍵（ｉ，ｊ）とチャレンジ（ｉ，ｊ）を連結することを意味する。つまり、“｜”は連結演算子である。共通鍵暗号関数としては、たとえば、ＮＩＳＴ＿ＦＩＰＳ＿ＰＵＢ １９７で規格化されたＡＥＳが採用されてもよい。
レスポンス（ｉ，ｊ）＝ ＡＥＳ（Ｋｅｙ ＝ 鍵（ｉ，ｊ）， Ｍｅｓｓａｇｅ ＝ チャレンジ（ｉ，ｊ））・・・（２）
生成された鍵テーブル２０７は、プロセスカートリッジ１０２を製造する工場で、被認証チップ１０３の不揮発性メモリ２０５ｂに書き込まれる。また、生成された認証テーブル２０８は、エンジンコントローラ１０１を製造する工場で認証チップ１０６の不揮発性メモリ２０５に書き込まれる。

［認証シーケンス］
図６Ａは認証方法に関するシーケンス図である。図７Ａは被認証チップ１０３が実行する認証方法を示すフローチャートである。図７Ｂは認証チップ１０６が実行する認証方法を示すフローチャートである。ここでは、被認証チップ１０３は鍵テーブルＩＤとしてｉを付与された鍵テーブル２０７を保持している。また、認証チップ１０６は認証テーブルＩＤとしてｊを付与された認証テーブル２０８を保持している。

Ｓｑ１で被認証チップ１０３は、自己の鍵テーブルＩＤを認証チップ１０６に送信する。
・Ｓ１で被認証チップ１０３のマイコン２０２ｂは、認証開始条件が満たされると、不揮発性メモリ２０５ｂから鍵テーブルＩＤを読み出し、入出力回路２０１ｂを介して、鍵テーブルＩＤを認証チップ１０６に送信する。認証開始条件は、たとえば、プロセスカートリッジ１０２が画像形成装置１００の本体に対して電気的に接続されたこと、または、認証チップ１０６から認証コマンドを受信したことなどである。
・Ｓ１１で認証チップ１０６のマイコン２０２ａは、通信回路１０４、制御装置１０５および入出力回路２０１ａを通じて、被認証チップ１０３から鍵テーブルＩＤを受信する。

Ｓｑ２で認証チップ１０６は、自己の認証テーブルＩＤを被認証チップ１０３に送信する。
・Ｓ１２で認証チップ１０６のマイコン２０２ａは不揮発性メモリ２０５ａから認証テーブルＩＤを読み出し、入出力回路２０１ａ、制御装置１０５および通信回路１０４を通じて、認証テーブルＩＤを被認証チップ１０３に送信する。
・Ｓ２で被認証チップ１０３のマイコン２０２ｂは認証チップ１０６から認証テーブルＩＤを受信する。

Ｓｑ３で認証チップ１０６は、チャレンジ（ｉ，ｊ）を被認証チップ１０３に送信する。
・Ｓ１３で認証チップ１０６のマイコン２０２ａは認証チップ１０６の認証テーブルＩＤと被認証チップ１０３の鍵テーブルＩＤとのペアに対応するチャレンジ（ｉ，ｊ）を不揮発性メモリ２０５ａの認証テーブル２０８から取得する。さらに、マイコン２０２ａはチャレンジ（ｉ，ｊ）を、入出力回路２０１ａ、制御装置１０５および通信回路１０４を通じて被認証チップ１０３に送信する。
・Ｓ３で被認証チップ１０３のマイコン２０２ｂは認証チップ１０６からチャレンジ（ｉ，ｊ）を受信する。

Ｓｑ４で被認証チップ１０３は、チャレンジ（ｉ，ｊ）に対応するレスポンス（ｉ，ｊ）を認証チップ１０６に送信する。
・Ｓ４で被認証チップ１０３のマイコン２０２ｂは認証チップ１０６の認証テーブルＩＤと被認証チップ１０３の鍵テーブルＩＤとのペアに対応する鍵（ｉ，ｊ）を鍵テーブル２０７から取得する。さらに、マイコン２０２ｂは鍵（ｉ，ｊ）とチャレンジ（ｉ，ｊ）とを暗号回路２０６ｂに供給し、暗号回路２０６ｂにレスポンス（ｉ，ｊ）を生成させる。
Ｓ５でマイコン２０２ｂは暗号回路２０６ｂにより生成されたレスポンス（ｉ，ｊ）を、入出力回路２０１ｂを通じて、認証チップ１０６に送信する。
・Ｓ１４で認証チップ１０６のマイコン２０２ａは被認証チップ１０３からレスポンス（ｉ，ｊ）を受信する。
Ｓ１５でマイコン２０２ａは、受信したレスポンス（ｉ，ｊ）と、認証テーブル２０８から取得したレスポンス（ｉ，ｊ）とを比較器２０４に供給し、これらを比較させる。
Ｓ１６でマイコン２０２ａは比較器２０４から比較結果を受け取り、比較結果に基づいて認証結果を作成し、制御装置１０５に認証結果を出力する。受信したレスポンス（ｉ，ｊ）と、認証テーブル２０８から取得したレスポンス（ｉ，ｊ）が一致していなければ、認証結果は認証失敗となる。一方で、受信したレスポンス（ｉ，ｊ）と、認証テーブル２０８から取得したレスポンス（ｉ，ｊ）とが一致していれば、認証結果は認証成功となる。認証結果が認証失敗であれば、制御装置１０５は画像形成処理を保留し、図示していない画像形成装置の表示部に、画像形成を許可するか否かの判断を利用者に委ねる表示を行う。認証結果が認証成功であれば、制御装置１０５は画像形成装置１００に画像形成を許可する。

なお、被認証チップ１０３が正規品であれば、不揮発性メモリ２０５ｂの鍵テーブル２０７に格納されているすべての鍵は正しい鍵である。よって、鍵（ｉ，ｊ）も正しい鍵である。暗号回路２０６ｂは、認証テーブル２０８の生成に使用された暗号回路２０６ｃと同一の暗号アルゴリズムを有している。そのため、暗号回路２０６ｂにより生成されたレスポンス（ｉ，ｊ）と、暗号回路２０６ｃにより生成されて、認証テーブル２０８に保持されているレスポンス（ｉ，ｊ）とは一致する。

［攻撃の影響］
認証チップ１０６および被認証チップ１０３が解析者によって攻撃を受けた場合の影響について説明する。攻撃対象が認証チップ１０６である場合、不揮発性メモリ２０５ａに格納されている認証テーブル２０８が解析対象となる。すべての認証チップ１０６と認証を可能にするためには、存在するすべての認証チップ１０６に書き込まれているすべてのレスポンスを解析する必要がある。しかし、認証チップ１０６に書き込まれている認証テーブル２０８は、認証チップ１０６ごとにすべて異なる。よって、すべてのレスポンスを収集するのは現実的には困難である。

攻撃対象が被認証チップ１０３である場合、不揮発性メモリ２０５ｂに格納されている鍵テーブル２０７が解析対象となる。不揮発性メモリ２０５ｂには、複数の認証テーブル２０８に対応した複数の鍵が書き込まれている。たとえば鍵（ｉ，ｊ）が攻撃者に暴露したと仮定する。この場合、鍵（ｉ，ｊ）は、認証テーブルＩＤ＝ｊの認証テーブル２０８を持つ認証チップ１０６にしか有効ではない。

図６Ａが示すように、被認証チップ１０３が認証チップ１０６に鍵テーブルＩＤを送信した後に、認証チップ１０６が認証テーブルＩＤとチャレンジを送信する。そのため、被認証チップ１０３が認証チップ１０６に鍵テーブルＩＤを送信した時点では、認証チップ１０６の認証テーブルＩＤはまだ不明である。そのため、すべての認証テーブルＩＤに対する改竄を実現するためには、攻撃者は、一つの鍵テーブルからすべての鍵を暴露する必要がある。耐タンパチップに対する驚異的な解析技術である破壊攻撃が用いられることもある。これは、チップの切断やチップを削ることを含む攻撃である。そのため、チップを完全に壊してしまう前に複数の鍵を暴露することは、鍵を一つだけ暴露することに比べて非常に困難である。

このように実施例１によれば、認証チップ１０６および被認証チップ１０３への解析の困難性は従来に比べて高くなる。特に認証チップ１０６への解析は実質的に意味がなくなるほど、困難となる。

＜実施例２＞
実施例２の認証システムは、実施例１の認証システムをさらにセキュアに改良したものである。実施例２において実施例１と共通する説明は省略され、相違点が詳細に説明される。

図６Ｂは実施例２の認証方法を示すシーケンス図である。図６ＡのＳｑ３ではチャレンジ（ｉ，ｊ）が送信されていたが、図６ＢのＳｑ３’で認証チップ１０６はチャレンジ（ｉ，ｊ）に加えてパスワードを被認証チップ１０３に送信する。被認証チップ１０３は、受信したパスワードと不揮発性メモリ２０５ｂに保持されているパスワードが一致していればレスポンス（ｉ，ｊ）を生成し、Ｓｑ４’でレスポンス（ｉ，ｊ）を送信する。一方で、被認証チップ１０３は、受信したパスワードと不揮発性メモリ２０５ｂに保持されているパスワードが一致していなければレスポンス（ｉ，ｊ）を生成せずに、Ｓｑ４’でエラーメッセージを送信する。つまり、認証処理は中止される。

図８Ａは実施例２の鍵テーブル２０７’を示している。図８Ｂは実施例２の認証テーブル２０８’を示している。実施例１の鍵テーブル２０７および認証テーブル２０８と比較して実施例２の鍵テーブル２０７’および認証テーブル２０８’はそれぞれパスワードを有している。パスワードは、鍵テーブルＩＤと認証テーブルＩＤとのペアごとに生成されている。認証テーブル２０８’−ｊには（ｊは１からｍまでの整数）、認証テーブルＩＤであるｊと、すべての鍵テーブルＩＤである１からｎまでの整数とのペアに対応した複数のパスワードが書き込まれる。書き込まれるパスワードは、鍵テーブルＩＤと認証テーブルＩＤとのペアごとに異なる。鍵テーブル２０７’にも、鍵テーブルＩＤおよび認証テーブルＩＤのペアに対応したパスワードが書き込まれている。つまり、鍵テーブル２０７’に保持されているパスワード（ｉ，ｊ）と認証テーブル２０８’に保持されているパスワード（ｉ，ｊ）とは一致する。パスワードは、たとえば乱数発生器で生成され、あらかじめ鍵テーブル２０７’と認証テーブル２０８’に書き込まれる。認証テーブル２０８’は認証チップ１０６の不揮発性メモリ２０５ａに書き込まれる。鍵テーブル２０７’は被認証チップ１０３の不揮発性メモリ２０５ｂに書き込まれる。

［被認証チップでの認証処理］
図９は被認証チップ１０３が実行する認証方法を示している。実施例１のＳ３が実施例２ではＳ６、Ｓ７、Ｓ８に置換されている。
・Ｓ６で被認証チップ１０３のマイコン２０２ｂは認証チップ１０６からチャレンジ（ｉ，ｊ）とパスワード（ｉ，ｊ）を受信する。
・Ｓ７でマイコン２０２ｂは、自己の鍵テーブルＩＤと認証チップ１０６の認証テーブルＩＤとのペア（ｉ，ｊ）に対応するパスワード（ｉ，ｊ）を不揮発性メモリ２０５ｂの鍵テーブル２０７’から取得する。さらに、マイコン２０２ｂは、鍵テーブル２０７’から取得されたパスワードと、受信されたパスワード（ｉ，ｊ）と一致するかどうかを判定する。両者が一致すれば、マイコン２０２ｂはＳ４に進む。つまり、これらのパスワードが一致すると、レスポンスが生成されて送信される。一方、両者が一致しなければ、マイコン２０２ｂはレスポンスを生成することなく、Ｓ８に進む。
・Ｓ８でマイコン２０２ｂは、エラーメッセージを認証チップ１０６に送信する。

［認証チップでの認証処理］
図１０は認証チップ１０６が実行する認証方法を示している。実施例１のＳ１３、Ｓ１４が実施例２ではＳ１７、Ｓ１８、Ｓ１９に置換されている。
・Ｓ１７で認証チップ１０６のマイコン２０２ａは、受信した鍵テーブルＩＤと、自己の認証テーブルＩＤとのペア（ｉ，ｊ）に対応するパスワード（ｉ，ｊ）およびチャレンジ（ｉ，ｊ）を、不揮発性メモリ２０５ｂの鍵テーブル２０７’から取得する。さらに、マイコン２０２ａは、パスワード（ｉ，ｊ）およびチャレンジ（ｉ，ｊ）を被認証チップ１０３に送信する。
・Ｓ１８でマイコン２０２ａは、被認証チップ１０３からレスポンス（ｉ，ｊ）またはエラーメッセージを受信する。
・Ｓ１９でマイコン２０２ａは、被認証チップ１０３からレスポンス（ｉ，ｊ）を受信したかどうかを判定する。レスポンス（ｉ，ｊ）を受信した場合は、マイコン２０２ａはＳ１５に進み、レスポンス（ｉ，ｊ）の比較処理を実行する。一方で、エラーメッセージを受信した場合、マイコン２０２ａはＳ１６に進み、認証失敗を示す認証結果を制御装置１０５に出力する。

実施例２によれば、チャレンジに対してパスワードが付加されているため、実施例１と比較して、認証システムのセキュリティがさらに向上する。耐タンパ性のあるチップの不揮発メモリに保存されているデータを静的に読みとることは極めて困難である。パスワードが存在するため、被認証チップ１０３に対する動的なアクセスによる鍵の暴露はさらに困難となる。パスワードが一致しなければ、レスポンスが生成されないからである。このように実施例２は、実施例１と比較して、被認証チップ１０３に対する解析の困難性が高い。

＜まとめ＞
被認証チップ１０３は認証装置により認証される被認証装置の一例である。不揮発性メモリ２０５ｂは鍵テーブル２０７を保持（記憶）する保持回路（メモリ）の一例である。マイコン２０２ｂおよび入出力回路２０１ｂは、保持回路により保持されている鍵テーブルの識別情報（例：鍵テーブルＩＤ）を認証装置に送信する回路（プロセッサや通信回路）の一例である。マイコン２０２ｂおよび入出力回路２０１ｂは、認証装置により保持されている認証テーブルの識別情報（例：認証テーブルＩＤ）を認証装置から受信する回路の一例である。マイコン２０２ｂおよび入出力回路２０１ｂは、鍵テーブルの識別情報と認証テーブルの識別情報とのペアに対応したチャレンジを認証装置から受信する回路の一例である。マイコン２０２ｂは、鍵テーブルの識別情報と認証テーブルの識別情報とのペアに対応する鍵を鍵テーブル２０７から取得する回路（プロセッサ）の一例である。暗号回路２０６ｂは、鍵テーブル２０７から取得された鍵と、認証装置から受信されたチャレンジとからレスポンスを生成する回路の一例である。マイコン２０２ｂおよび入出力回路２０１ｂは、レスポンスを認証装置に送信する回路の一例である。このように、鍵テーブルの識別情報が送信された後で、認証テーブルの識別情報が送信される。そのため、鍵テーブルの識別情報が送信された時点では、認証テーブルの識別情報は不明である。そのため、攻撃者は、一つの鍵テーブルからすべての鍵を暴露しなければならず、被認証装置の偽造は従来よりも困難になる。とりわけ、被認証装置は鍵を保持しているものの、認証装置は鍵を保持していない。そのため、認証装置からすべての鍵が漏洩することはない。また、認証装置はレスポンスを保持しているものの、被認証装置はレスポンスを保持していない。よって、被認証装置からすべてのレスポンスが漏洩することはない。よって、被認証装置の偽造は従来よりも困難であろう。

認証チップ１０６は、被認証装置を認証する認証装置の一例である。マイコン２０２ａおよび入出力回路２０１ａは、被認証装置から鍵テーブルの識別情報を受信する回路の一例である。不揮発性メモリ２０５ａは認証テーブルを保持する保持回路の一例である。マイコン２０２ａおよび入出力回路２０１ａは保持回路により保持されている認証テーブルの識別情報を被認証装置に送信する回路の一例である。マイコン２０２ａは、被認証装置から受信された鍵テーブルの識別情報と、保持回路により保持されている認証テーブルの識別情報とのペアに対応するチャレンジを認証テーブルから取得する回路の一例である。マイコン２０２ａおよび入出力回路２０１ａは、認証テーブルから取得されたチャレンジを被認証装置に送信する回路の一例である。マイコン２０２ａおよび入出力回路２０１ａは被認証装置からチャレンジに対するレスポンスを受信する回路の一例である。マイコン２０２ａは、被認証装置から受信された鍵テーブルの識別情報と、保持回路により保持されている認証テーブルの識別情報とのペアに対応したレスポンスを認証テーブルから取得する回路の一例である。比較器２０４は、被認証装置から受信されたレスポンスと認証テーブルから取得されたレスポンスとに基づき被認証装置を認証する回路の一例である。このように、鍵テーブルの識別情報が送信された後で、認証テーブルの識別情報が送信される。そのため、鍵テーブルの識別情報が送信された時点では、認証テーブルの識別情報は不明である。そのため、攻撃者は、一つの鍵テーブルからすべての鍵を暴露しなければならず、被認証装置の偽造は従来よりも困難になる。

図４や図５が示すように、鍵テーブル２０７の識別情報は、複数の鍵が行列状に配置された鍵マトリックス４００における一つの列番号に対応していてもよい。認証テーブル２０８の識別情報は、鍵マトリックス４００における一つの行番号に対応していてもよい。鍵テーブル２０７は、鍵マトリックス４００における一つの列であって、鍵テーブル２０７の識別情報によって指し示される列に格納されているｍ個の鍵を保持していてもよい。このようにｍ個の鍵が鍵テーブル２０７に格納されている。そのため、すべての鍵を暴露させることは困難である。とりわけ、被認証装置が耐タンパチップに実装されている場合には、鍵を取り出そうとすると耐タンパチップが破壊される。そのため、すべての鍵を暴露させることはさらに困難である。つまり、被認証装置の偽造は困難である。仮に、認証装置が保持している認証テーブルが暴露されても、被認証装置の鍵テーブルを偽造することができない。被認証装置を偽造するには、鍵テーブルに保持されているすべての鍵が必要となるためである。

認証テーブル２０８は、ｎ個の鍵とｎ個のチャレンジとから生成されたｎ個のレスポンスを保持している。さらに、認証テーブル２０８は当該ｎ個のチャレンジも保持している。ｎ個の鍵は、鍵マトリックス４００における一つの行であって、認証テーブル２０８の識別情報によって指し示される一つの行に格納されている。このように、認証テーブル２０８はｎ個のレスポンスを有しているため、そのすべてを暴露させることは困難である。とりわけ、認証装置が耐タンパチップに実装されている場合には、レスポンスを取り出そうとすると耐タンパチップが破壊される。そのため、すべてのレスポンスを暴露させることはさらに困難である。つまり、認証装置および被認証装置の偽造は困難である。

ｎ個のチャレンジはそれぞれ独立した乱数であってもよい。また、ｎ個のレスポンスのそれぞれは、ｎ個のチャレンジのうち一つのチャレンジとｎ個の鍵のうちの一つの鍵とを一方向性関数に入力することで演算されるものであってもよい。ここで、一方向性関数は、鍵テーブルから取得された鍵と認証装置から受信されたチャレンジとからレスポンスを生成するために使用される関数と同一である。これにより、単純に二つのレスポンスを比較することが可能となり、認証処理が容易になろう。一方向性関数は、共通鍵暗号関数または暗号ハッシュ関数であってもよい。

実施例２で説明されたように、認証装置はパスワードを被認証装置に送信し、被認証装置が認証装置からパスワードを受信し、認証装置から受信されたパスワードが正しいパスワードかどうかを判定してもよい。認証装置から受信されたパスワードが正しいパスワードである場合に、被認証装置は、鍵テーブルから取得された鍵とチャレンジとからレスポンスを生成してもよい。これにより、認証システムのセキュリティ性がさらに向上する。認証装置が、被認証装置から受信された鍵テーブルの識別情報と、認証装置により保持されている認証テーブルの識別情報とのペアに対応したパスワードを当該認証テーブルが取得してもよい。被認証装置は、被認証装置により保持されている鍵テーブルの識別情報と、認証装置から受信された認証テーブルの識別情報とのペアに対応したパスワードを当該鍵テーブルから取得してもよい。被認証装置は、認証装置から受信されたパスワードと鍵テーブルから取得されたパスワードを比較することで、認証装置から受信されたパスワードが正しいパスワードであるかどうかを判定してもよい。

画像形成装置の消耗品としては、たとえば、感光ドラムを含むカートリッジがある。画像形成装置のオプションデバイスは、たとえば、シートを供給するためのオプション給紙装置、または、シートを処理（排紙）するためのオプションの排紙装置であってもよい。

発明は上記実施形態に制限されるものではなく、発明の精神及び範囲から離脱することなく、様々な変更及び変形が可能である。従って、発明の範囲を公にするために請求項が添付される。

１００…画像形成装置（認証システム）、１０３…被認証チップ、１０６…認証チップ

Claims (22)

1. 被認証装置を認証装置により認証する認証方法であって、
   前記被認証装置が、当該被認証装置により保持されている鍵テーブルの識別情報を前記認証装置に送信することと、
   前記認証装置が、前記被認証装置から前記鍵テーブルの識別情報を受信することと、
   前記認証装置が、当該認証装置により保持されている認証テーブルの識別情報を前記被認証装置に送信することと、
   前記被認証装置が、前記認証テーブルの識別情報を受信することと、
   前記認証装置が、前記被認証装置から受信された前記鍵テーブルの識別情報と、前記認証装置により保持されている前記認証テーブルの識別情報とのペアに対応したチャレンジを前記被認証装置に送信することと、
   前記被認証装置が、前記認証装置から前記チャレンジを受信することと、
   前記被認証装置が、当該被認証装置により保持されている鍵テーブルの識別情報と、前記認証装置により保持されている認証テーブルの識別情報とのペアに対応する鍵を前記鍵テーブルから取得することと、
   前記被認証装置が、前記鍵テーブルから取得された前記鍵と前記チャレンジとからレスポンスを生成することと、
   前記被認証装置が、前記レスポンスを前記認証装置に送信することと、
   前記認証装置が、前記被認証装置から前記レスポンスを受信することと、
   前記認証装置が、前記被認証装置から受信された前記鍵テーブルの識別情報と、前記認証装置により保持されている前記認証テーブルの識別情報とのペアに対応したレスポンスを前記認証テーブルから取得することと、
   前記認証装置が、前記被認証装置から受信された前記レスポンスと前記認証テーブルから取得された前記レスポンスとに基づき前記被認証装置を認証することと
   を有することを特徴とする認証方法。
2. 前記鍵テーブルの識別情報は、複数の鍵が行列状に配置された鍵マトリックスにおける一つの列番号に対応しており、
   前記認証テーブルの識別情報は、前記鍵マトリックスにおける一つの行番号に対応しており、
   前記鍵テーブルは、前記鍵マトリックスにおける一つの列であって、前記鍵テーブルの識別情報によって指し示される列に格納されているｍ個の鍵を保持していることを特徴とする請求項１に記載の認証方法。
3. 前記認証テーブルは、前記鍵マトリックスにおける一つの行であって、前記認証テーブルの識別情報によって指し示される一つの行に格納されているｎ個の鍵とｎ個のチャレンジとから生成されたｎ個のレスポンスと、当該ｎ個のチャレンジとを保持していることを特徴とする請求項２に記載の認証方法。
4. 前記ｎ個のチャレンジはそれぞれ独立した乱数であることを特徴とする請求項３に記載の認証方法。
5. 前記ｎ個のレスポンスのそれぞれは、前記ｎ個のチャレンジのうち一つのチャレンジと前記ｎ個の鍵のうちの一つの鍵とを一方向性関数に入力することで演算されるものであり、
   前記一方向性関数は、前記鍵テーブルから取得された前記鍵と前記認証装置から受信された前記チャレンジとから前記レスポンスを生成するために使用される関数と同一であることを特徴とする請求項４に記載の認証方法。
6. 前記一方向性関数は、共通鍵暗号関数または暗号ハッシュ関数であることを特徴とする請求項５に記載の認証方法。
7. 前記認証装置が、パスワードを前記被認証装置に送信することと、
   前記被認証装置が、前記認証装置から前記パスワードを受信することと、
   前記被認証装置が、前記認証装置から受信された前記パスワードが正しいパスワードかどうかを判定することと、をさらに有し、
   前記認証装置から受信された前記パスワードが正しいパスワードである場合に、前記被認証装置が、前記鍵テーブルから取得された前記鍵と前記チャレンジとからレスポンスを生成することを特徴とする請求項１ないし６のいずれか一項に記載の認証方法。
8. 前記認証装置が、前記被認証装置から受信された前記鍵テーブルの識別情報と、前記認証装置により保持されている前記認証テーブルの識別情報とのペアに対応したパスワードを当該認証テーブルが取得することをさらに有することを特徴とする請求項７に記載の認証方法。
9. 前記被認証装置が、前記被認証装置により保持されている前記鍵テーブルの識別情報と、前記認証装置から受信された前記認証テーブルの識別情報とのペアに対応したパスワードを当該鍵テーブルから取得することをさらに有し、
   前記被認証装置は、前記認証装置から受信された前記パスワードと前記鍵テーブルから取得されたパスワードを比較することで、前記認証装置から受信された前記パスワードが正しいパスワードであるかどうかを判定することを特徴とする請求項７に記載の認証方法。
10. 被認証装置と認証装置とを有する認証システムであって、
    前記被認証装置は、
    当該被認証装置により保持されている鍵テーブルの識別情報を前記認証装置に送信し、
    前記認証装置から認証テーブルの識別情報を受信し、
    前記鍵テーブルの識別情報と、前記認証装置により保持されている前記認証テーブルの識別情報とのペアに対応したチャレンジを受信し、
    当該被認証装置により保持されている鍵テーブルの識別情報と、前記認証テーブルの識別情報とのペアに対応する鍵を前記鍵テーブルから取得し、
    前記鍵テーブルから取得された前記鍵と前記チャレンジとからレスポンスを生成し、
    前記レスポンスを前記認証装置に送信するように構成されており、
    前記認証装置は、
    前記被認証装置から前記鍵テーブルの識別情報を受信し、
    当該認証装置により保持されている認証テーブルの識別情報を前記被認証装置に送信し、
    前記チャレンジを前記被認証装置に送信し、
    前記被認証装置から前記レスポンスを受信し、
    前記被認証装置から受信された前記鍵テーブルの識別情報と、前記認証装置により保持されている前記認証テーブルの識別情報とのペアに対応したレスポンスを前記認証テーブルから取得し、
    前記被認証装置から受信された前記レスポンスと前記認証テーブルから取得された前記レスポンスとに基づき前記被認証装置を認証するように構成されていることを特徴とする認証システム。
11. 前記鍵テーブルの識別情報は、複数の鍵が行列状に配置された鍵マトリックスにおける一つの列番号に対応しており、
    前記認証テーブルの識別情報は、前記鍵マトリックスにおける一つの行番号に対応しており、
    前記鍵テーブルは、前記鍵マトリックスにおける一つの列であって、前記鍵テーブルの識別情報によって指し示される列に格納されているｍ個の鍵を保持していることを特徴とする請求項１０に記載の認証システム。
12. 前記認証テーブルは、前記鍵マトリックスにおける一つの行であって、前記認証テーブルの識別情報によって指し示される一つの行に格納されているｎ個の鍵とｎ個のチャレンジとから生成されたｎ個のレスポンスと、当該ｎ個のチャレンジとを保持していることを特徴とする請求項１１に記載の認証システム。
13. 認証装置により認証される被認証装置であって、
    鍵テーブルを記憶するように構成されたメモリと、
    通信回路であって、
    前記メモリにより保持されている鍵テーブルの識別情報を前記認証装置に送信し、
    前記認証装置により保持されている認証テーブルの識別情報を前記認証装置から受信し、
    前記鍵テーブルの識別情報と前記認証テーブルの識別情報とのペアに対応したチャレンジを前記認証装置から受信し、
    レスポンスを前記認証装置に送信するように構成された通信回路と、
    プロセッサであって、
    前記鍵テーブルの識別情報と前記認証テーブルの識別情報とのペアに対応する鍵を前記鍵テーブルから取得し、
    前記鍵テーブルから取得された前記鍵と前記チャレンジとから前記レスポンスを生成するように構成されたプロセッサと、
    を有することを特徴とする被認証装置。
14. 前記鍵テーブルの識別情報は、複数の鍵が行列状に配置された鍵マトリックスにおける一つの列番号に対応しており、
    前記認証テーブルの識別情報は、前記鍵マトリックスにおける一つの行番号に対応しており、
    前記鍵テーブルは、前記鍵マトリックスにおける一つの列であって、前記鍵テーブルの識別情報によって指し示される列に格納されているｍ個の鍵を保持していることを特徴とする請求項１３に記載の被認証装置。
15. 前記認証テーブルは、前記鍵マトリックスにおける一つの行であって、前記認証テーブルの識別情報によって指し示される一つの行に格納されているｎ個の鍵とｎ個のチャレンジとから生成されたｎ個のレスポンスと、当該ｎ個のチャレンジとを保持していることを特徴とする請求項１４に記載の被認証装置。
16. 前記被認証装置は、画像形成装置の消耗品、交換部品またはオプションデバイスに実装されることを特徴とする請求項１３ないし１５のいずれか一項に記載の被認証装置。
17. 前記画像形成装置の消耗品とは、感光ドラムを含むカートリッジであることを特徴とする請求項１６に記載の被認証装置。
18. 前記画像形成装置のオプションデバイスとは、シートを供給するためのオプション給紙装置、または、シートを処理するためのオプションの排紙装置を含むことを特徴とする請求項１６に記載の被認証装置。
19. 被認証装置を認証する認証装置であって、
    前記被認証装置から鍵テーブルの識別情報を受信する通信回路と、
    認証テーブルを記憶するメモリと、
    プロセッサと、を有し、
    前記通信回路は、前記メモリにより保持されている認証テーブルの識別情報を前記被認証装置に送信するように構成されており、
    前記プロセッサは、前記被認証装置から受信された前記鍵テーブルの識別情報と、前記メモリにより保持されている前記認証テーブルの識別情報とのペアに対応するチャレンジを前記認証テーブルから取得するように構成されており、
    前記通信回路は、前記認証テーブルから取得された前記チャレンジを前記被認証装置に送信し、前記被認証装置から前記チャレンジに対するレスポンスを受信するように構成されており、
    前記プロセッサは、前記被認証装置から受信された前記鍵テーブルの識別情報と、前記メモリにより保持されている前記認証テーブルの識別情報とのペアに対応したレスポンスを前記認証テーブルから取得し、前記被認証装置から受信された前記レスポンスと前記認証テーブルから取得された前記レスポンスとに基づき前記被認証装置を認証するように構成されていることを特徴とする認証装置。
20. 前記鍵テーブルの識別情報は、複数の鍵が行列状に配置された鍵マトリックスにおける一つの列番号に対応しており、
    前記認証テーブルの識別情報は、前記鍵マトリックスにおける一つの行番号に対応しており、
    前記鍵テーブルは、前記鍵マトリックスにおける一つの列であって、前記鍵テーブルの識別情報によって指し示される列に格納されているｍ個の鍵を保持していることを特徴とする請求項１９に記載の認証装置。
21. 前記認証テーブルは、前記鍵マトリックスにおける一つの行であって、前記認証テーブルの識別情報によって指し示される一つの行に格納されているｎ個の鍵とｎ個のチャレンジとから生成されたｎ個のレスポンスと、当該ｎ個のチャレンジとを保持していることを特徴とする請求項２０に記載の認証装置。
22. 前記認証装置は、画像形成装置の本体に実装されることを特徴とする請求項１９に記載の認証装置。

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