JP4475386B2 - チップカードの初期化 - Google Patents

Description

本発明はチップカード初期化技術の分野に関し、特に、初期化工程においてチップカードに読み込まれるレコードのコンパイル及び処理に関する。

チップカードは多くの実施形態で良く知られている。チップカードは、例えば入場管理や支払取引に用いられ、通常はマイクロコントローラと少なくとも１つのメモリとを含む半導体チップを有する。チップカードは、クレジットカードの大きさの、またはスモールカードモジュール（例えば移動電話機のＳＩＭ−加入者識別モジュール）としての通常のデザインに加え、他のデザイン（例えばキーホルダーまたはリング）に形成されることもある。本明細書ではこれらの実施形態の全てを「チップカード」と称する。

チップカードの製造において、初期化とは、チップカードハードウエアの完成及び検査合格後に、比較的多量のチップカードに対して同一のプログラム及び／またはデータをインポートする方法工程のことである。引き続く、個人の個別データのローディング工程は個人適合化と称される。

上記の２つの工程を分離するのは、個々のチップカードに個別に転送されるデータの量を最少化するという生産技術上の理由による。用途によっては、追加プログラム及び／またはデータを比較的少数のチップカードに書き込む、いわゆる後初期化工程を初期化工程と個人適合化工程の間にはさむことがある。これらの生産工程及び工程間の境界画定の概要は、非特許文献１の第１０.４章（ｐ.５８４−５９２）に記載されている。

少なくとも出願人が知る範囲での従来技術によれば、ＧＳＭ移動電話システム（汎ヨーロッパデジタル移動通信システム）用のチップカードはチップカードのマスクプログラムＲＯＭに３２バイトのリリースキーを収める。初期化プロセスを開始するためには、リリースキーに一致するデータ値を適当なコマンド（例えばVERIFY INITIALOZATION KEY（初期化キー照合））とともにチップカードに転送しなければならない。転送された値はチップカードのＲＯＭに格納されているリリースキーと照合される。一致した場合に、チップカードのＥＥＰＲＯＭ及び初期化に必要な全てのチップカードコマンドへのアクセスが可能になる。

引き続く、チップカードへの初期化データのローディングは、そのままで行うこともできるし、ロードキーで暗号化して行うことができる。暗号化ローディングにより、不正アクセスがあっても、暗号化された初期化データの秘密は確実に保持される。

しかし、このシステムには初期化権限機関がリリースキーを知っていなければならないという問題がまだある。チップカード製造業者自身のみならず外部パートナー（例えば移動電話ネットワーク管理者）についても自らチップカードを初期化する必要は強まるばかりである。この場合、外部パートナーへの転送の間またはチップカードへの読み込み時にリリースキーが探り出されたり、あるいは外部パートナーがリリースキーを秘密厳守しない危険がある。

無権限の個人によるリリースキーへのアクセスが可能になれば、リリースキーによって基本チップカード機能を改変させるためのアクセスが可能になり、次いで、改変させたチップカード機能を用いてチップカードのハードウエア及びソフトウエアを探り出すことができるから、おそらくは全チップカード生産ラインが危機に瀕し得ることになろう。例えば、無権限の第三者がリリースキーを知れば、その第三者は自身のプログラムコードをチップカードにロードし、よって、マスクプログラムＲＯＭに既におかれているコードを探り出すことができる。

特許文献１は、チップカードの後初期化のための方法を開示している。この方法では、初期化に関して上述した手順と同様に、チップカードペレーティングシステムの特定のコマンドをリリースするためにキーが用いられる。

特許文献２は、平文による初期値の転送を回避する、処理ステーションとチップカード間で秘密の初期値を交換するための暗号法を示している。
独国特許出願公開第１９６３３４６６Ａ１号明細書 独国特許出願公開第１９９０２７２２Ａ１号明細書 ヴォルフガング・ランクル（Wolfgang Rankl）及びヴォルフガング・エッフィング（Wolfgang Effing）著，「チップカードハンドブック（Handbuch der Chipkarten）」，第３版，１９９９年

本発明の課題は、上記問題を少なくともある程度は回避し、特に外部パートナーにより行われる初期化に適すると同時に攻撃の可能性をほとんどまたは全く与えない、チップカードを初期化するための方法を提供することにある。特に、無権限の個人による保護された初期化コマンドへのアクセス成功及び／またはチップカードへのプログラムコードの不正ローディングの危険を軽減する。

上記課題を解決するため、独立請求項の特徴を有する方法及び装置が本発明にしたがって提供される。従属請求項は本発明の好ましい実施形態を定める。

請求項１は初期化レコード読込時にチップカードにより実行される工程を定める。請求項５は上記工程の実行のために構成されたチップカードに関する。請求項６は本発明のチップカード初期化の実行に適するレコードを得るためにチップカード製造業者により実行される方法を定める。請求項１０はそのようなレコードを有するコンピュータ読出可能なデータ記憶媒体に関する。請求項１１は、実質的に、初期化レコードを生成し、これを評価する、２つの「鏡映反転」部分からなる本発明の方法全体に関する。

本発明は、リリースキーを平文では外部パートナーにアクセス可能にさせず、リリースキーを平文ではチップカードに転送もしないという発想に基づく。逆に、リリースキーは（必要に応じて別の情報とともに）認証値に組み込まれ、認証値は、製造業者から外部パートナーに、また外部パートナーの処理ステーションからチップカードに、暗号化された状態で排他的に転送される。

本発明は、リリースキーが平文では外部パートナーにもチップカードにも転送されず、外部パートナーにはアクセス不可能でもあることにより、多大な利点を提供する。これにより、チップカードの初期化コマンドへの不正アクセスが確実に回避される。

したがって、チップカードの内部構造及び内部プログラムの保護性にも基づく、総合チップカードシステムのセキュリティが高められ、同時に、外部パートナーには自身の事業所において初期化プロセスを実行できる可能性が与えられる。これにより、例えばＧＳＭネットワーク管理者によるチップカードシステムの採用が進み、チップカードの適用可能範囲が、外部でのチップカード初期化が必要であるかまたは望ましい使用分野にまで広がる。

請求項に挙げられている工程の順序が限定的であるとはされていない。逆に、本発明は、上記工程が、異なる順序で、または並行して、あるいは擬似的に並行して（インターリーブされて）、実行される実施形態で提供される。

本明細書で用いられる意味において「コンピュータ読出可能なデータ記憶媒体」とは、磁気または光ディスクまたはテープのような物質的データ記憶媒体だけでなく、データ情報が変調されて担持されている電圧信号または光信号のような非物質的データ記憶媒体も含むとされる。

本明細書における用語において、「初期化」とは、好ましくは、上述した比較的多量のチップカードへのプログラム及びデータの転送を指す。しかし、本発明の別の実施形態において、「初期化」は、狭い意味での初期化だけでなく後初期化及び／または個人適合化も含めて、さらに広く理解されるべきである。本明細書において、「初期化データ」とは、狭い意味でのデータだけでなく、プログラム、プログラム断片及びコマンドも指す。

本発明にしたがえば、受け取られたリリースキーとチップカードに格納されているリリースキーの間が一致しているかがチェックされる。本明細書において、「一致」とは、好ましくは２つのリリースキーが同一であることを指す。しかし、本発明の別の実施形態においては、２つのリリースキーの間に別の関係が必要となり得る。そのような別の関係（例えば２つのリリースキーが相補的な関係）がそのような実施形態においては「一致」と称される。一致が検出されれば、初期化データがメモリ、好ましくはＥＥＰＲＯＭまたは不揮発性ＲＡＭに書き込まれる。

本発明の好ましい実施形態においては、初期化データが平文ではなく暗号化された初期化データとして転送される態様が提供される。解読に必要な情報は認証値に収められているかまたは認証値から導くことができる。この情報は、特に、暗号化された初期化データを解読するためのロードキーとすることができる。初期化データの暗号化転送には、初期化データに収められた製造業者の企業秘密が安全に守られるという利点がある。さらに、初期化データの故意の偽変がさらに一層妨げられる。

本発明の好ましい実施形態では、認証値に収められた１以上の初期化パラメータが（例えば、設定されている、いくつかの実行可能な暗号化法の内の１つにより）初期化データのローディングに影響を与える。あるいは、またはさらに、本発明の別の実施形態では、初期化パラメータが、チップカードの、初期化データローディング後の初期化の実行及び／または初期化後の機能に影響を与える態様が提供される。例えば、初期化パラメータにより、チップカードの特定の初期化後機能に対して、チップカードのマスクプログラムＲＯＭにおかれているいくつかのアルゴリズムの中から選択することができる。この実施形態も、本発明の適用範囲を大幅に広げる。

不正操作から認証値を保護するため、本発明の好ましい実施形態では、認証値全体または認証値の個々の部分（リリースキー及び／またはロードキー及び／または初期化パラメータ）が暗号チェックサムにより保護される。

本発明の方法の好ましい実施形態においても、本発明のチップカード及び本発明のデータ記憶媒体の好ましい実施形態においても、これらの方法、チップカード及びデータ記憶媒体は、上述した特徴に対応する特徴または従属請求項に定められる特徴を有する。

本発明のさらなる特徴、特性及び利点は、一実施形態及びいくつかの別実施形態の以下の説明から得られるであろう。

図１は、製造業者ステーション１０，処理ステーション１２，及びチップカード１４を簡略に示す。製造業者ステーション１０はチップカード１４の製造業者の下に配置され、処理ステーション１２及びチップカード１４はチップカード製造業者の外部パートナーの下に配置される。製造業者ステーション１０と処理ステーション１２の間には、例えば、電話回線を介する電気通信路としてまたはデータ記憶媒体の交換によって実現され得るデータ通信路１６がある。チップカード１４は有線接続路１８を介して処理ステーション１２に接続される。

チップカード１４のコンポーネントは、半導体チップ２０と、コンタクトが有線接続路１８に接続されるコンタクトバンク２２とである。半導体チップ２０は、技術上既知の態様で、インターフェース回路２４，マイクロコントローラ２６，読出−書込メモリ２８（ＲＡＭ＝ランダムアクセスメモリ），不揮発性メモリ３０及びマスクプログラム読出専用メモリ３２（ＲＯＭ）を有する。本実施形態において、不揮発性メモリ３０は電気的消去可能読出専用メモリ（ＥＥＰＲＯＭ）として構成される。半導体チップ２０の上記の機能ブロックは、バス３４により相互接続される。インターフェース回路２４はさらに、コンタクトバンク２２に接続される。

チップカード１４の上述した実施形態は技術上既知である。読出専用メモリ３２にリリースキーＥＮＫ'が与えられていることも同様に既知である。しかし図１に示されるチップカード１４は、チェックサムキーＣＳＫ'及び認証値キーＡＶＫ'もチップカード１４のマスクプログラム読出専用メモリ３２に与えられている点で従来技術と異なる。認証値キーＡＶＫ'は以下で詳細に説明される認証値を解読する役割を持ち、チェックサムキーＣＳＫ'は認証値の無謬性をチェックするために与えられる。

製造業者ステーション１０は、初期化プロセスにおいてチップカードに転送されるプログラム命令及びデータ値の両方を通常含む初期化データＩＮＤにアクセスできる。さらに、製造業者ステーション１０は１つまたはそれより多くの初期化パラメータＩＮＰ及び外部パートナー識別子ＥＸＴを有する。最後に、製造業者ステーション１０は、リリースキーＥＮＫ，チェックサムキーＣＳＫ及び認証値キーＡＶＫのためのデータ値も有する。ＥＮＫ，ＣＳＫ及びＡＶＫの値は、チップカード１４に格納されているＥＮＫ'，ＣＳＫ'及びＡＶＫ'の値と同一である。

初期化に必要なレコードＤＳをコンパイルするときに、製造業者ステーション１０は、図２に示され且つ以下でさらに精確に説明される方法を実行する。この方法の結果、レコードＤＳは暗号化された初期化データＥＩＮＤ及び暗号化された認証値ＥＡＶを有する。レコードＤＳは処理ステーション１２に転送されて、処理ステーション１２のバッファに入れられる。チップカード１４の初期化時に、処理ステーション１２はレコードＤＳをチップカード１４に転送する。チップカード１４で受け取られたデータは、同様に以下でさらに精確に説明され且つ図３に示される方法によって評価される。

図２にしたがう方法は製造業者ステーション１０で実行される。この方法は与えられた初期化データＩＮＤから始まる。工程４０において、初期化データＩＮＤ及び外部パートナー識別子ＥＸＴからロードキーＬＤＫが生成される。本明細書で説明される実施形態において、ロードキーＬＤＫは、一対のＩＮＤ値及びＥＸＴ値毎に新しく生成されるランダム値である。別の実施形態において、工程４０においてロードキーＬＤＫを別の方法で計算することもできる。

ロードキーＬＤＫはいくつかの機能を果たす。第１に、ロードキーＬＤＫは、暗号化された初期化データＥＩＮＤを得るために、工程４２で初期化データＩＮＤを暗号化するためにはたらく。第２に、ロードキーＬＤＫは認証値ＡＶのコンポーネントである。認証値ＡＶのその他のコンポーネントは、１つまたはそれより多くの初期化パラメータＩＮＰ及びリリースキーＥＮＫである。

本明細書で説明される実施形態ではさらに、工程４４において、チェックサムキーＣＳＫをキーとして用いて、上記の３つの値ＬＤＫ，ＩＮＰ及びＥＮＫから暗号チェックサムＣＣＳが計算される。本実施形態におけるチェックサム計算に用いられるアルゴリズムはＩＳＯ９７９７により技術上既知のＭＡＣ（メッセージ確認コード；非特許文献１の第４.６.４章を参照されたい）であるが、別の実施形態では別の計算方法が提供される。暗号チェックサムＣＣＳにより、認証値ＡＶに含まれるデータの無謬性が保証される。

本明細書に説明される実施形態において、認証値ＡＶは、ＬＤＫ，ＩＮＰ及びＥＮＫの値並びに暗号チェックサムＣＣＳの連鎖であるが、別の実施形態では、認証値ＡＶを決定するために別の方法が用いられ、認証値ＡＶはより多くのデータ及び／または異なるデータ及び／またはより少ないデータを含むことができる。

後続の暗号化工程４６において、暗号化された認証値ＥＡＶを得るために認証値ＡＶが認証値キーＡＶＫを用いて暗号化される。工程４６で用いられる暗号化法は、例えば、ＣＢＣ（暗号ブロック連鎖方式）モードでは隠された認証値ＡＶの内部構造が保存されるから、好ましくはＣＢＣモードの、技術上既知のＤＥＳまたは３重ＤＥＳ（ＤＥＳ＝データ通信用暗号標準；非特許文献１の第４.６.１章を参照されたい）の内の１つとすることができる。しかし、別の実施形態では工程４６に別の暗号化法が与えられる。

本方法の２つの最終工程４８及び５０において、処理ステーション１２に、暗号化された認証値ＥＡＶが初めに送信され、次いで暗号化された初期化データＥＩＮＤが送信されて、処理ステーション１２でバッファに入れられ、最終的にはチップカード１４に渡される。暗号化されたデータＥＡＶ及びＥＩＮＤは合せて、図１に示されるレコードＤＳを形成するが、別の実施形態においてレコードＤＳはさらにコンポーネントを含むことができる。

図３は、チップカード１４によるレコードＤＳ（図１）の受領及び処理に関する。工程６０において、チップカード１４は、元々は製造業者ステーション１０に由来し、処理ステーション１２に転送された、暗号化された認証値ＥＡＶをまず受信する。コンポーネントＬＤＫ，ＩＮＰ，ＥＮＫ及びＣＣＳをもつ認証値ＡＶを得るために、工程６２において、暗号化された認証値ＥＡＶがチップカード１４の読出専用メモリ３２に格納されている認証値キーＡＶＫ'を用いて解読される。本説明を簡潔にするため、レコードＤＳには偽変が生じておらず、よって工程６２で計算された認証値ＡＶは図２で示される認証値ＡＶと同一であると仮定する。

チェックサム計算が再び行われ（工程６４）、これにより、チップカード１４に格納されているチェックサムキーＣＳＫ'を用いて、コンポーネントＬＤＫ，ＩＮＰ及びＥＮＫから暗号チェックサムＣＣＳ'が決定される。工程６６において、計算されたチェックサムＣＣＳ'の、暗号化された認証値ＡＶに含まれているチェックサムＣＣＳからの偏差が検出されれば、認証値ＡＶは過誤ありとして棄却され、本方法は打ち切られる。

チェックサム計算結果の照合に合格すれば、後続の工程６８において、解読された認証値ＡＶに含まれているリリースキーＥＮＫがチップカード１４のマスクプログラム読出専用メモリ３２に格納されているリリースキーＥＮＫ'と照合される。この照合にも合格すれば、続いて初期化データのローディングに入ることができる。合格しなければ、プロセスは打ち切られる。別の実施形態においては、工程６６と６８を異なる順序で行うことができる。

初期化プロセスが継続されれば、チップカード１４は暗号化された初期化データＥＩＮＤを工程７０において受信する。データＥＩＮＤは、解読のための計算された認証値ＡＶのロードキーＬＤＫを用いて、工程７２で解読される。工程７２で適用される解読法はさらに、１つまたはそれより多くの初期化パラメータＩＮＰに依存し得る。例えば、パラメータ値に依存して、ＤＥＳまたは３重ＤＥＳを用いることができる。工程７２における解読法が工程４２（図２）における暗号化に用いられた方法と整合していなければならないことは、当然である。解読工程７２の結果として、初期化データＩＮＤがチップカード１４で得られ、初期化データＩＮＤは工程７４において不揮発性メモリ３０に書き込まれる。

表示を簡潔にするため、図３は工程７０から７４を順次に示すが、これらの工程は、チップカード１４の限られたメモリ空間状態に合せるため、本明細書で説明される実施形態においてはインターリーブされる。

初期化データＩＮＤが不揮発性メモリ３０にロードされた後、工程７６において、技術上既知の態様で別の無謬性チェックが別の暗号チェックサムを用いて行われる。この無謬性チェックに合格すれば、工程７８において初期化が開始される。本明細書で説明される実施形態においては、１つまたはそれより多くの初期化パラメータが初期化の最終的なパラメータ設定に用いられる。例えば、初期化パラメータＩＮＰがＧＳＭシステムにおける認証のために読出専用メモリ３２におかれているいくつかのアルゴリズムの中から選択する態様を提供することもできる。

方法全体に含まれるコンポーネント及びデータ通信経路の概要を示す。 チップカード初期化に用いられるレコードを生成するための方法のデータフロー図を示す。 初期化中にチップカードにより実行される方法のデータフロー図を示す。

符号の説明

１０ 製造業者ステーション
１２ 処理ステーション
１４ チップカード
１６ データ通信路
１８ 有線接続
２０ 半導体チップ
２２ コンタクトバンク
２４ インターフェース回路
２６ マイクロコントローラ
２８ 読出−書込みメモリ（ＲＡＭ）
３０ 不揮発性メモリ
３２ マスクプログラム読出専用メモリ（ＲＯＭ）
３４ バス

Claims (9)

1. チップカード（１４）に初期化データ（ＩＮＤ）を読み込むための方法であって、前記チップカード（１４）により実行される、
   少なくとも１つの秘密のリリースキー（ＥＮＫ）を含んだ認証値（ＡＶ）が暗号化され、暗号化された認証値（ＥＡＶ）を受け取る工程、
   前記少なくとも１つの秘密のリリースキー（ＥＮＫ）を含む認証値（ＡＶ）を得るために、前記暗号化された認証値（ＥＡＶ）を、前記認証値（ＡＶ）を暗号化するために用いられる認証値キー（ＡＶＫ）と同一である認証値キー（ＡＶＫ’）を用いて解読する工程、
   前記得られた秘密のリリースキー（ＥＮＫ）が前記チップカード（１４）に格納されている秘密のリリースキー（ＥＮＫ'）に一致するか否かをチェックする工程、及び
   前記リリースキー（ＥＮＫ，ＥＮＫ'）が一致すれば、前記初期化データ（ＩＮＤ）を受け取り、前記チップカード（１４）の不揮発性メモリ（３０）に前記初期化データ（ＩＮＤ）を書き込む工程、
   を有する方法において、
   前記暗号化された認証値（ＥＡＶ）の前記解読により少なくとも１つのロードキー（ＬＤＫ）がさらに得られ、
   前記初期化データ（ＩＮＤ）が、暗号化された初期化データ（ＥＩＮＤ）として前記チップカード（１４）により受け取られて、前記チップカード（１４）において、該初期化データ（ＥＩＮＤ）より前に前記チップカード（１４）により受け取られた前記ロードキー（ＬＤＫ）を用いて解読されることを特徴とする方法。
2. 前記暗号化された認証値（ＥＡＶ）の前記解読により、前記チップカード（１４）の、後続する読込に影響を与える及び／または初期化プロセスに影響を与える及び／または以降の機能に影響を与える、少なくとも１つの初期化パラメータ（ＩＮＰ）がさらに得られることを特徴とする請求項１に記載の方法。
3. 前記リリースキー（ＥＮＫ）及び／または前記ロードキー（ＬＤＫ）及び／または前記少なくとも１つの初期化パラメータ（ＩＮＰ）が暗号チェックサム（ＣＣＳ）により保護され、前記暗号チェックサム（ＣＣＳ）が認証値（ＡＶ）から得られることを特徴とする請求項１または２に記載の方法。
4. マイクロコントローラ（２６）、読出専用メモリ（３２）及び不揮発性メモリ（３０）を有し、前記マイクロコントローラ（２６）の制御下で請求項１から３のいずれか１項に記載の方法を実行するように設定されていることを特徴とするチップカード。
5. チップカード（１４）を初期化するためのレコード（ＤＳ）を生成するための方法であって、
   少なくとも１つの秘密のリリースキー（ＥＮＫ）を導くことができる、認証値（ＡＶ）を生成する工程、
   前記少なくとも１つの秘密のリリースキー（ＥＮＫ）を含む暗号化された認証値（ＥＡＶ）を得るために認証値キー（ＡＶＫ）を用いて前記認証値（ＡＶ）を暗号化する工程、
   前記暗号化された認証値（ＥＡＶ）を前記レコード（ＤＳ）に組み入れる工程、及び
   暗号化されていないかまたは暗号化されている初期化データ（ＩＮＤ，ＥＩＮＤ）を前記レコード（ＤＳ）に組み入れる工程、
   を有する方法において、
   前記認証値キー（ＡＶＫ）は、前記暗号化された認証値（ＥＡＶ）を復号化するのに用いられる認証値キー（ＡＶＫ’）と同一であり、
   ロードキー（ＬＤＫ）が生成され、前記初期化データ（ＩＮＤ）が前記ロードキー（ＬＤＫ）を用いて暗号化されて、暗号化された初期化データ（ＥＩＮＤ）として前記レコード（ＤＳ）に組み入れられ、
   前記暗号化された認証値（ＥＡＶ）が前記ロードキー（ＬＤＫ）を含むことを特徴とする方法。
6. 前記認証値（ＡＶ）は、前記認証値（ＡＶ）から、前記チップカード（１４）の、後続する読込に影響を与える及び／または初期化プロセスに影響を与える及び／または以降の機能に影響を与える少なくとも１つの初期化パラメータ（ＩＮＰ）がさらに導かれるように生成されることを特徴とする請求項５に記載の方法。
7. 前記リリースキー（ＥＮＫ）及び／または前記ロードキー（ＬＤＫ）及び／または前記少なくとも１つの初期化パラメータ（ＩＮＰ）が暗号チェックサム（ＣＣＳ）により前記認証値（ＡＶ）内に保護され、前記暗号チェックサム（ＣＣＳ）が前記認証値（ＡＶ）から得られるように前記認証値（ＡＶ）が生成されることを特徴とする請求項５または６に記載の方法。
8. コンピュータ読出可能なデータ記憶媒体において、請求項５から７のいずれか１項に記載の方法によって生成可能または生成済であるレコード（ＤＳ）を有することを特徴とするコンピュータ読出可能なデータ記憶媒体。
9. チップカード（１４）を初期化するための方法において、
   製造業者ステーション（１０）において請求項５から７のいずれか１項に記載の方法によりレコード（ＤＳ）を生成する工程、
   前記レコード（ＤＳ）を処理ステーション（１２）に転送する工程、及び
   請求項１から３のいずれか１項に記載の方法により前記レコード（ＤＳ）を前記チップカード（１４）に読み込む工程、
   を有することを特徴とする方法。

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