JP4139759B2 - 磁気記録媒体の認証 - Google Patents

Description

本発明は、磁気情報の書き換えを行わない読み出し専用の磁気カードの他、磁気情報の書き換えを行う磁気カードにも適用可能な、磁気記録媒体の認証に関するものである。

クレジットカード、プリペイドカード、キャッシュカード、ポイントカードなど、個人情報や金額の度数情報等が記録された各種カードが、広く普及している。偽造や変造等によって、これらのカードが不正使用されることが社会的に大きな問題となっており、それに対する対策が求められている。

磁性体に情報を記録する磁気カードにおいては、読み出し／書き込み装置（リーダ／ライタ）の機構精度が低い環境下で情報の読み出し／書き込みを行う必要があるので、書き込むことのできる情報量が少なく、応用範囲が限られる上、読み出し／書き込み装置によって容易に情報を書き換えることができるため、不正な書き換えが行われる危険性が高い。

特開平１０−１６４２１８号公報には、磁気バーコードの記録密度を上げ、個々の磁気記録媒体固有の識別情報を記録する技術が提案されている。特開平７−４７７９２号公報には、カード表面に光学的検知装置によって不規則パターンを形成する技術が提案されている。また、上記特開平１０−１６４２１８号には、レーザ等の熱源を使用して磁性層を欠如させることで、意図したデータを書き込む方法が提案されている。

特開平１０−１６４２１８号公報 特開平７−４７７９２号公報

しかしながら、上に述べた技術は、これまでに普及している磁気カードと、製造方法及び運用面において互換性がなく、したがって、これまでに普及しているインフラのもとで使用することはできない。

そこで本発明は、本人以外の不正な使用や記録内容の不正な書き換え等があった場合に直ちにそのことを直ちに検出でき、しかも、従来からの磁気カードとの互換性をある程度維持できるようにすることを解決すべき課題とする。

上記の課題を以下のようにして解決する。すなわち、記録領域に基本情報が磁気的に記録される磁気記録媒体を認証するための磁気記録媒体の認証方法において、予め用意した信号波形を用いて、前記基本情報の読み出し及び／又は書き込みが可能な範囲で前記基本情報の信号波形を変形させる信号波形変形工程と、信号波形が変形された前記基本情報を磁気的に磁気記録媒体の記録領域に書き込む書込工程と、前記記録領域から前記基本情報を読み出し、前記信号波形の変形に基づいて認証情報を生成する認証情報生成工程と、生成された前記認証情報を保存する認証情報保存工程と、磁気記録媒体を使用するときに、前記認証情報生成工程を再度実行して認証情報を生成しこれを保存されている認証情報と照合して当該使用の可否を判定する認証工程とを含んで構成する。

また、前記磁気記録媒体の前記基本情報が正規に書き換えられたときは、前記認証情報生成工程及び前記認証情報保存工程をさらに実行し、当該認証情報に基づいて前記認証工程を実行する。
前記認証情報保存工程は、認証情報の内容を前記磁気記録媒体に記録して保存することができる。また、前記認証情報保存工程で、認証情報の内容を通信回線を介して別の場所にある記録手段に送信してここに保存し、前記認証工程では、通信回線を介して前記記録手段から保存されている認証情報を読み出して照合するよう構成してもよい。

磁気記録媒体の記録領域に基本情報を記録する磁気記録装置には、前記基本情報を記録する前に、予め用意した信号波形を用いて、基本情報の信号波形を、その読み出し及び／又は書き込みが可能な範囲で変形させる信号波形変形手段を設ける。

この磁気記録装置によって記録された情報を読み取る装置には、磁気記録媒体から基本情報を読み取って当該磁気記録媒体の認証を実行するための認証情報を生成する認証情報生成手段を含んだ認証情報読み出し装置を設ける。

さらに、磁気記録媒体の記録領域に基本情報を記録する磁気記録装置であって、前記基本情報を記録する前に、予め用意した信号波形を用いて、基本情報の信号波形を、その読み出し及び／又は書き込みが可能な範囲で変形させる信号波形変形手段を含んでいる磁気記録装置と、前記磁気記録装置によって記録された磁気記録媒体から記録された信号を読み出して基本情報を取り出すとともに読み出された信号から当該磁気記録媒体の認証を実行するための認証情報を生成する読出装置と、前記読出装置によって生成された認証情報を予め保存されている情報と照合して当該磁気記録媒体の認証を行う認証装置とを含む磁気記録媒体認証システムを構築することができる。

前述のように、本発明では、各磁気カードを識別するために予め用意した信号波形を用いて前記基本情報の信号波形を変形させるが、この段階では、各磁気カードがどのような認証情報によって認証されるかは未定である。本発明では、記録領域から前記基本情報を読み出し、前記信号波形の変形に基づいて認証情報を生成して初めて個々の磁気カードを識別するための認証情報が明らかとなる。このため、不正使用者が他人の磁気カードから基本情報を不正にコピーし、それに基づいて当該他人名義の磁気カードを偽造したとしても、その信号波形には、認証のための変形がなされていないので、その磁気カードからは認証情報が得られないか又はまったく別の認証情報しか得られないことになるので、悪意の使用者が他人の磁気カードの基本情報を不正に入手し、これを別の磁気カードに記録し、本人になりすまして利用するといった不正使用を防止することができる。

以下に、図面を参照しながら、本発明に係る磁気記録媒体の認証方法、磁気記録媒体の認証システム、および認証可能な磁気記録媒体について説明する。なお、以下では、磁気記録媒体としていわゆる磁気カードを例に挙げ、後述の磁気記録装置及び認証情報読み出し装置も、磁気カード用に特化したものについて説明するが、本発明を適用できる磁気記録媒体はいわゆる磁気カードには限られず、情報を磁気的に記録する記録媒体であっていわゆる認証が必要となるもの全般を含むことを意図している。

図１は、一般的な磁気カード１を示した概略平面図である。磁気カード１には、磁性体が直接塗布された或いは磁性体層を塗布したフィルム等が貼付された磁気記録領域２が設けられており、図１の例ではこの磁気記録領域２に三つの磁気トラック２ａ、２ｂ、２ｃが形成されている。磁気トラック２ａ、２ｂ、２ｃには、この磁気カード本来の機能を果たすための基本情報が記録される。

上記の基本情報は、読み出し専用であってもよいし、書き換え可能であってもよい。磁気カードの用途が銀行のキャッシュカードやクレジット会社のクレジットカードのようなものであれば、読み出し専用とされ、基本情報として所有者の名前、口座番号、クレジットカード番号、発行年月日などが予め記録される。一方、磁気カードの用途がプリペイドカードのような書き換え可能なものであれば、基本情報として費用金額や使用度数などが記録され、これらの基本情報はカードの頒布後において必要に応じて書き換えられる。

図２は、本実施形態において使用する各種信号の波形図を示している。このうち（Ａ）は前述の基本情報の信号、（Ｂ）は個々のカードを識別するために用いられる認証パルス、そして（Ｃ）は（Ｂ）の認証パルスに基づいて（Ａ）の波形を変形させたあとの信号である。

従来は、図２（Ａ）に示した基本情報の信号波形をそのままドライバ回路（磁気ヘッドを含む）に供給し、磁気カードの磁気トラックに記録していた。これに対して本実施形態では、図２（Ｂ）の認証パルスに基づいて図２（Ａ）の信号波形を僅かに変形させ、この変形後の信号を、後述のドライバ回路へ供給する。ドライバ回路は、供給された信号に基づいて磁気ヘッドを駆動してギャップ間に磁界を発生させ、この磁界によって磁気トラックの磁性体を磁化する。

図３は、基本情報の信号パルス（同図Ａ）と、認証パルス（同図Ｂ）との関係を時間的に拡大して示した波形図である。ただし、この例では、基本情報の１パルス内に認証パルスが３パルス分含まれている。図２（Ａ）のように、基本情報の１パルス内に認証パルスを１パルスだけ含める場合には、基本情報に対する１認証パルスの時間的関係を個々の磁気カードごとに変える。一方、図３のように基本情報の１パルス内に複数の認証パルスを含める場合には、基本情報に対する認証パルスの時間的関係に加え、各認証パルス同士の時間的関係も個々の磁気カードごとに変えることができる。この場合に、乱数を発生させて、その値に基づいて基本情報に対する認証パルスの時間的関係や各認証パルス同士の時間的関係を変えるようにすることができる。複数の認証パルスを使用すれば、膨大な数のカードを識別できることは言うまでもなく、パルスの組み合わせを変えることで、さらにセキュリティを高めることができる。

ただし、この場合、基本情報の内容及びその読み出し及び書き込みに影響を与えないようにするため、認証パルスのパルス幅を基本情報の信号パルスのパルス幅よりも十分に狭くするとともに、基本情報の１パルス分の時間幅に含まれる認証パルスのパルス数も十分に少なくする。

図４は、本実施形態において用いる磁気記録回路の一例を示したブロック図である。この磁気記録回路は、認証パルスに基づいて基本情報の信号波形を変形させる。同図の入力端子 Data in には、図２（Ａ）に示した基本情報の信号が供給され、入力端子 Pulse には、図２（Ｂ）に示した認証パルスが供給される。また、 Enable 端子は常にロー・レベルとされる。

図４に示すゲート１０、１１、１２の動作によって、ゲート１１の出力には、Data in 端子に入力される基本情報の信号波形を反転した信号が現れ、ゲート１２の出力には、Data in 端子に入力される基本情報の信号波形がそのまま現れる。したがって、ゲート１１の出力とゲート１２の出力は、相互に反転した関係にある。ゲート１１の出力はスイッチ１３のＡ端子に、ゲート１２の出力はスイッチ１３のＢ端子にそれぞれ入力される。

スイッチ回路１３は、入力端子Ａ及びＢに供給された信号を SEL 端子に入力された信号に基づいて切り替え、出力端子Ｘ、Ｙに出力する。その結果、入力端子Ａに図２（Ａ）の信号波形、 SEL 端子に同図（Ｂ）の認証パルスを供給すると、出力端子Ｘには、図２（Ｃ）に示す信号波形が得られる。この図２（Ｃ）の信号波形が、認証パルスに基づいて変形させた後の基本情報の信号波形である。一方、出力端子Ｙには、図２（Ｃ）の信号を反転した信号が現れる。

スイッチ回路１３の二つの出力は、ドライバ回路１４において増幅され、磁気ヘッド１５へ供給される。そして、磁気カード１が磁気ヘッド１５に対してトラック方向に搬送される間に、磁気カード１の磁気トラックに接触している磁気ヘッド１５は、供給された信号に応じてギャップ領域に磁界を生成し、磁気トラックの磁性体を磁化して基本情報を書き込む。このとき書き込まれる基本情報は、図２（Ｃ）に示すように認証パルスによってわずかに変形されている。基本情報を読み出すときは、同じく磁気カード１をトラック方向に搬送し、磁気ヘッド１５によって磁気トラックの磁性体に書き込まれた情報を読み出す。

図５（Ａ）（Ｂ）はそれぞれ、磁気ヘッド１５によって磁気カードの磁気トラックから磁気特性を読み取って得られる信号を処理する回路のブロック図を示している。（Ａ）の回路は、磁気ヘッド１５からの信号を増幅器３０によって増幅し、ハイパスフィルタ３１を通し、さらに増幅器３２で増幅し、これをコンパレータ３３において所定の閾値と比較して二値化し、パルス信号として出力する。図５（Ｂ）の回路は、増幅回路４０で磁気ヘッド１５からの信号を増幅したあと、Ａ／Ｄコンバータ４１によってデジタル化し、その後デジタル的にフィルタリング及びデジタル符号化して、図５（Ａ）の回路と同様のパルス信号を出力する。

次に、図５（Ａ）（Ｂ）の回路によって読み取ったデータから個々の磁気カードを識別する方法について説明する。図６は、図５（Ａ）の回路の各部における信号を模式的に示している。図６（Ａ）は増幅回路３０において増幅された後の信号波形であり、全体としてサイン波に近い信号波形は基本情報に対応し、このサイン波形からの細かいずれは、磁気カードに書き込む前に基本情報の波形を認証パルスによって変形したことを反映している。図６（Ｂ）は、図６（Ａ）の信号をハイパスフィルタ３１を通過させて低周波成分を差し引いた後の信号、図６（Ｃ）はコンパレータ３３を通過してデジタル化した後の信号を示している。

図６（Ａ）に示した信号から認証情報を抽出する方法は、各種考えることができるが、ここではその一つについて説明する。まず、コンパレータ３３によって二値化された図６（Ｃ）のパルス信号に対し、最初のパルスの立ち上がりからそれ以降の各パルスの立ち上がりまでの時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，…を計測する。そして、計測された各時間の比率ｒ１＝ｔ１／ｔ２，ｒ２＝ｔ２／ｔ３，ｒ３＝ｔ３／ｔ４，…を算出し、得られた値ｒ１，ｒ２，ｒ３，…を一定の規則に従って並べる。

前述のように、図６（Ｃ）のパルス波形は、磁気カードごとに異なる。したがって、このようにして並べられた上記一連の数値も磁気カードごとに異なる。そこで、本実施形態では、この一連の数値を磁気カードの認証情報として利用する。すなわち、ここで得られた値ｒ１，ｒ２，ｒ３，…を、別に記録してある認証情報と照合し、一定の範囲の誤差を許容して一致するかどうかを判定する。

なお、上記の説明で、時間ｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，…が得られた後にさらにこれらの比率ｒ１，ｒ２，ｒ３，…を算出した理由は、図６（Ａ）の信号を読み出すときのスキャン速度が必ずしも毎回同じとは限らないことを考慮したためである。スキャン速度が異なると、同じ磁気カードであってもｔ１，ｔ２，ｔ３，ｔ４，…は毎回異なるが、これらの比率ｒ１，ｒ２，ｒ３，…は一定となる。このため、ｒ１，ｒ２，ｒ３，…を認証情報として利用すれば、スキャン速度が変化する場合でも、認証情報として毎回ほぼ同一の結果を得ることができる。

さらに、上で述べた認証情報の抽出方法は、何らかの理由により図６（Ｃ）の信号波形のパルスの一部が欠落するような場合にも対応できる。例えば、前述の認証情報を一定桁数の数値列とし、そのうちの例えば８０％以上について一致していれば真性な磁気カードと認識するという規則を定めたとすれば、真性な磁気カードから得られた図６（Ｃ）の信号のうち２０％以下のパルスが読み取れずに欠落したとしても、これを真性なカードとして認証することができる。一方、ランダムなカードを挿入して、そこから抽出した認証情報のうち８０％以上が偶然一致する確率は無視できる程度に低く、したがって不正なカードを誤って真性なカードと認識してしまう可能性はほとんどない。

図６（Ａ）は、基本情報の信号波形の１パルス分だけであるが、１パルス分だけであっても、これから得られる認証情報を基本情報と照合して本人確認を行うことができる。また、基本情報のどの部分の１パルス分かを秘密にしておけば、認証パルスで変形させているのがどの１パルスかを潜在的な不正使用者が知ることができないので、その分セキュリティのレベルを上げることができる。また、例えば、このシステムを利用するカード供給業者ごとに、基本情報の信号波形のどの部分を認証パルスで変形させるかを変えるようにすれば、ある業者のカードを別の業者のシステムに使用して誤って通過させてしまうという誤動作をより確実に防止できる。

クレジットカードや銀行のキャッシュカードなどの読み出し専用カードにこのシステムを適用すると、上記のようにして得られる認証情報に基づいて、例えば以下に説明するように、カードの不正使用に対するセキュリティを高めることができる。

磁気カードの磁気記録領域には、所有者を特定する情報（氏名、口座番号、クレジットカード番号等）が基本情報として記録される。この情報は、人間が読み取れるようにカードの表面にも表示される。磁気記録領域に記録されるこの基本情報の信号波形は、図２（Ｂ）に示した認証パルスによって、図２（Ｃ）のように変形させてある。そして、磁気カードを頒布する前に、一度基本情報の信号波形を読み出して、認証パルスによって変形された信号波形に基づいて認証情報を生成し、これをカードの所定の場所に記録（保存）しておく。

その後、この磁気カードが使用者に頒布され、使用者がこれを使用するときは、磁気カードの読み出し装置は、基本情報を読み出すのに加え、認証パルスによって変形された基本情報の信号波形に基づいて認証情報を生成する。そして、この認証情報が、予めカードの所定の場所に記録（保存）されている内容と同じであれば、そのカードの使用は本人による適正な使用であると判断する。

一方、基本情報は本人の使用であることを示しているが、認証情報が一致しない場合は、そのカードの使用は不正な使用であると判断する。このような不一致が起こるのは、例えばある磁気カードから基本情報を読み出し、その基本情報を別の磁気カードに書き写して偽造した場合である。このような磁気カードは、基本情報については元のものと同じであるが、図６（Ｃ）のようなパルス列が得られないか、あるいは得られても元のパルス列とは異なるので、読み取った認証情報は元のものとは異なる。したがって、このような場合は直ちにその使用を拒絶する。これにより、悪意の使用者が他人の磁気カードの基本情報を不正に入手し、これを別の磁気カードに記録し、本人になりすまして利用するといった不正使用を防止することができる。

別の利用態様として、磁気カードの供給業者が、予めすべての磁気カードの基本情報及び認証情報をサーバーコンピュータに記録しておくこともできる。この場合、読み出し装置は、通信回線を介して当該サーバーコンピュータにアクセスし、読み取った基本情報及び認証情報をコンピュータに記録されている基本情報及び認証情報と照合する。その際、両者が一致していれば、そのカードの使用は本人による適正な使用と判断し、一致しなければ、不正使用の可能性があるとして、そのカードの使用を拒絶する。

プリペイドカードのように基本情報が書き換えられる磁気カードの場合は、基本情報を書き換える際に図２（Ｃ）のように認証パルスによってこの基本情報の信号波形を変形させて書き込むとともに、一度これを読み出して図６（Ｃ）のようなパルス波形と、これを基にした認証情報を生成し、これをカードの所定の場所に記録（保存）する。このような処理を基本情報が書き換えられるたびに行うことによって、使用者としては従来の書き換え可能な磁気カードと同様に取り扱うことができ、しかも不正使用を有効に防止できる。

さらに、本実施形態の磁気カードには、従来からの磁気カード用リーダとの互換性を担保できるという特徴がある。前述のように、認証パルスによる基本情報波形の変形は、基本情報及びその読み出し／書き込みに影響を与えない範囲で磁気記録領域２に記録されるので、基本情報については従来からの読み出し装置を用いて本実施形態の磁気カードからその内容を読み出すことができるからである。また、従来からの磁気カードを、本実施形態の認証情報に対応する磁気カード用リーダ／ライタを用いて、従来通りの用途での読み出し／書き込みを行うこともできる。

上記では、磁気記録媒体として、磁気カードを例に挙げて説明したが、これ以外にも、例えば身分証やパスポート等のように本人帰属性の高いものに必要な情報を記録して貼付する磁気ストライプなどにも、本発明を適用することができる。さらに、上記では、磁気カードから認証情報を抽出する方法として、図５、図６に示した方法を述べたが、これ以外にも、例えば、図６（Ａ）に示した信号波形を周波数解析し、その周波数特性から各カードに特有の情報を抽出し、これを認証情報として用いることも可能である。

また、上記実施例では、基本情報に信号波形を変形させるのに認証パルスを用いたが、基本情報に信号波形を変形させる別の方法として、カードライタ内の書き込み用の磁気ヘッドを駆動するモータや、磁気カードを動かすモータ等を駆動させる駆動系の信号ノイズ成分を加えることで、磁気ヘッドの書き込み速度を変化させて基本情報の信号波形を微妙に歪ませることも可能である。

本発明に係る磁気記録媒体の認証方法、磁気記録媒体の認証システム及び認証可能な磁気記録媒体は、クレジットカード等の読み取り専用の磁気カードカード及びプリペイドカード等の書き換え可能な磁気カードなど、情報を磁気的に記録する記録媒体であっていわゆる認証が必要となるもの全般の製造、流通、販売その他において利用することが可能である。

一般的な磁気カードを示した概略平面図である。 基本情報の信号波形、認証パルスの波形、そして認証パルスに基づいて基本情報の信号波形を変化させた後の信号波形を示す波形図である。 基本情報の信号パルス（同図Ａ）と、認証パルス（同図Ｂ）との関係を時間的に拡大して示した波形図である。 本実施形態で用いる一例の磁気記録回路のブロック図である。 磁気ヘッドによって磁気カードのトラックから磁気特性を読み取って得られる信号を処理する回路例のブロック図である。 図５（Ａ）の回路の各部における信号を模式的に示した波形図である。

Claims (9)

1. 記録領域に基本情報が磁気的に記録される磁気記録媒体を認証するための磁気記録媒体の認証方法であって、
   予め用意したパルス状の信号波形を用いて、前記基本情報の読み出し及び／又は書き込みが可能な範囲で前記基本情報の信号波形を変形させる信号波形変形工程と、
   信号波形が変形された前記基本情報を磁気的に磁気記録媒体の記録領域に書き込む書込工程と、
   前記記録領域から前記基本情報を読み出し、読み出した前記基本情報の波形から前記パルス状の信号波形を取り出し、当該信号波形の立ち上がり又は立ち下がりから、それ以降の各パルスの立ち上がり又は立ち下がりまでの時間を計測し、得られた複数の時間のあいだの比率を複数算出し、当該複数の比率の値を認証情報とする認証情報生成工程と、
   前記認証情報を保存する認証情報保存工程と、
   前記認証情報生成工程によって得られた認証情報を、予め記録されている認証情報と照合して当該磁気記録媒体の使用の可否を判定する認証工程と、
   を含んで構成される磁気記録媒体の認証方法。
2. 前記磁気記録媒体の前記基本情報が正規に書き換えられたときは、前記認証情報生成工程及び前記認証情報保存工程をさらに実行し、当該認証情報に基づいて前記認証工程を実行するものである、請求項１に記載の磁気記録媒体の認証方法。
3. 前記認証情報保存工程は、認証情報の内容を前記磁気記録媒体に記録して保存するものである、請求項１又は２に記載の磁気記録媒体の認証方法。
4. 前記認証情報保存工程では、認証情報の内容を通信回線を介して別の場所にある記録手段に送信してここに保存し、前記認証工程では、通信回線を介して前記記録手段から保存されている認証情報を読み出して照合するものである、請求項１又は２に記載の磁気記録媒体の認証方法。
5. 基本情報の信号波形を、予め用意したパルス状の信号波形を用いて前記基本情報の読み出し及び／又は書き込みが可能な範囲で変形させて記録した磁気記録媒体から、基本情報を読み出して、読み出した前記基本情報の波形から前記パルス状の信号波形を取り出し、当該信号波形の立ち上がり又は立ち下がりから、それ以降の各パルスの立ち上がり又は立ち下がりまでの時間を計測し、得られた複数の時間のあいだの比率を複数算出し、当該複数の比率の値を、当該磁気記録媒体の認証を実行するための認証情報として生成する認証情報生成手段を含んでいることを特徴とする磁気記録媒体の認証情報読み出し装置。
6. 請求項５に記載の認証情報読み出し装置によって得られた認証情報を、予め保存されている情報と照合して当該磁気記録媒体の認証を行うことを特徴とする磁気記録媒体の認証装置。
7. 磁気記録媒体の記録領域に基本情報を記録する磁気記録装置であって、前記基本情報を記録する前に、予め用意したパルス状の信号波形を用いて、基本情報の信号波形を、その読み出し及び／又は書き込みが可能な範囲で変形させる信号波形変形手段を含んでいる磁気記録装置と、
   磁気記録媒体から前記基本情報を読み出して、読み出した前記基本情報の波形から前記パルス状の信号波形を取り出し、当該信号波形の立ち上がり又は立ち下がりから、それ以降の各パルスの立ち上がり又は立ち下がりまでの時間を計測し、得られた複数の時間のあいだの比率を複数算出し、当該複数の比率の値を、当該磁気記録媒体の認証を実行するための認証情報として生成する認証情報生成手段を含む磁気記録媒体の認証情報読み出し装置と、
   前記読み出し装置によって生成された認証情報を、予め保存されている情報と照合して当該磁気記録媒体の認証を行う認証装置と、
   を含んでなることを特徴とする磁気記録媒体認証システム。
8. 前記認証装置が認証情報と照合する情報を予め保存する場所は、磁気記録媒体自身である、請求項７に記載の磁気記録媒体認証システム。
9. 前記認証装置が認証情報と照合する情報を予め保存する場所は、前記認証装置と通信回線を介して接続された記録手段である、請求項７に記載の磁気記録媒体認証システム。

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