JP4607455B2 - システム及び携帯端末 - Google Patents
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Description
我々の生活において、携帯電話のような携帯装置によって遂行される認証及び処理の占める割合が多くなってきている。例えば、電話の料金請求書に直接料金が請求されてくるようなサービスを携帯電話で実行するといった、携帯電話の利用が増えている。
具体的には、本発明によれば、認証、暗号化及び/あるいは署名のためのシステムであって、前記システムは、ユーザーによってアナログ入力として入力される、ユーザーに特有な値から、複数の特徴値を抽出するためのアルゴリズムが与えられるように設計されている入力装置(105)を備え、前記アルゴリズムは、前記複数の特徴値を抽出する際に、前記複数の特徴値におけるナチュラルバリエーションを除去することにより、一致する値の入力の際に同一の前記複数の特徴値を生成するように設計されており、
前記入力装置は、前記アルゴリズムを構成し、前記アナログ入力をサンプル化して得られた、サンプル化された信号を数量化する数量化手段を有し、該数量化手段は、サンプル化された信号において示された前記複数の特徴値を選択し、前記複数の特徴値に対応するサンプル空間を、所定サイズのインターバルに分け、これにより、前記複数の特徴値を、対応するインターバルに位置させることによりサンプル化された信号を数量化し、前記ナチュラルバリエーションが除去された前記複数の特徴値を得るものであり、
前記システムは、前記ナチュラルバリエーションが除去された前記複数の特徴値を受け、少なくとも一つのユーザー特有の暗号鍵を生成するように設計されている装置(106)を備えることを特徴とするシステムが得られる。
・暗号化
・デジタル証明
鍵とは、ここでは任意の長さの一つ以上のデジタル数値コードをいう。
マーケット及び文献においては、デジタル認証、暗号化及び署名に関する公知の方法がいくつか存在する。
i)ユーザーに秘密鍵が割り当てられている(前もって作成されたもの);
ii)秘密鍵は、ローカルあるいは中央記憶媒体に暗号化状態で保存される;
iii)ユーザーが秘密鍵を使用する際、秘密鍵にアクセスする度にパスワードあるいは指紋を提供する。
i)ユーザーの秘密鍵は、各ユーザーにリンクされている一組の入力パラメータから作成され、基本的には、バイオメトリック入力、パスワード及び携帯電話やスマートカードのシリアルナンバーの組み合わせからなる。
ii)秘密鍵は決して保存されないが、ユーザー主導においては、オン・ザ・フライで作成される。
iii)ユーザーは、秘密鍵が作成されるべき時にはいつでも、正しいパラメータのセットを製造するべきである。
iv)同じ入力パラメータが与えられた時はいつでも、同じ秘密鍵が作成される。
今日のデータシステムのいくつかは、コンピュータや関連したネットワークリソースへアクセスするために、正しい指紋の提示を必要とするログイン手続を有している。これは、提示された指紋と比較されるための、オリジナルあるいはテンプレートが前もって登録されている各ユーザーによって実行される。もしユーザーが“十分に類似している”指紋を提示すれば、ユーザーは許可を受けたとみなされる。この方法の欠点は、本質的にバイオ入力が保存されるので、悪人の手に入る可能性がある。
今日、前もって作成した鍵によって、文書への全ての署名が行われている。これらの鍵は記憶媒体に保存され、正しいパスワードあるいは指紋が作成されたときのみ、使用が可能となる。文献に“文書は指紋によって電子的に署名されています”と記載されている場合、保存されている鍵にアクセスした指紋によって署名がなされているということになる。この方法は、以下の弱点を持つ。
1.細心の注意を払うべきバイオ入力が保存されなければならない。
2.暗号鍵が保存されることによって、攻撃に晒されることになる。
バイオ入力、ユーザー情報及びハードウェア特性に関連する電子署名による許可制御は、上記特許文献1に開示されており、バイオメトリック入力、ユーザーデータ及びハードウェアIDを組み合わせたシステムについて記載がなされている。全ての入力の組合せによる署名は、携帯ユニットに保存される。署名に使用される鍵は、従来の方法で割り当てられている。ユーザーが許可される時、全てのユーザー入力が読み出され、割り当てられた鍵で署名される。もし、その結果が、保存されている“オリジナル”に十分類似していれば、ユーザーは許可される。この技術は、例えばキーカードのような特権を携える携帯端末の正しい所有権を証明するために改良された。カード内のバイオ情報を保存することにより、ユーザーをカードの正しい所有者として確認することが可能となる。このように、本技術の目的は、本発明とは完全に異なっている。
マイテックテクノロジーは、予め作成した秘密鍵を暗号化するためにバイオ入力を用いている。暗号化された鍵はその後携帯端末に保存される。秘密鍵は、正しいバイオメトリック入力を提示することにより再生される(上記特許文献2及び上記特許文献3)。この方法は以下の欠点を持つ。
1.バイオ入力の慎重を期する部分が保存されなければならない。
2.暗号鍵が暗号化された形で保存されるが、攻撃に晒される。
ドイツ特許において、Bodoによって、指紋から直接秘密鍵を作成する方法が提案されている(上記特許文献4)。この提案されている方法には、実際使用するには適切でない、いくつかの弱点がある。そのうち最も重要な二つの弱点は、
1.Bodoは、バイオ入力において自然なバリエーションをどのように扱うかという問題点について対処していない。これは、この方法において解決すべき基本的問題点である。このように、実用性の面において、この方法は役に立たないと考えられる[上記非特許文献1参照(ref. chapter 22 in ICSA Guide to Cryptography,Randall K.Nichols,McGraw−Hill,1999)]。
2.Bodoの方法では、改竄された鍵を取り扱うことができない。バイオ入力は与えられた秘密鍵に独自の接続を有している。もし鍵が改竄されたら、そのバイオ入力は、新しく異なった暗号鍵を作成する際に利用できなくなり、秘密鍵の使用に関する国際規格に矛盾する。
以下に、図面を参照しながらシステムの説明を介して、本発明のより詳細な説明を行う。
参照符号101は鍵入力を示している。このような入力の基本例として、例えば指紋のようなバイオメトリ、音声、網膜、虹彩、DNAあるいは他のバイオメトリック特性といったものが挙げられる。
参照符号105はセンサを示しており、このセンサはそれ自体は公知であるが、基本的にはバイオメトリック入力のような鍵入力を読取ることができ、鍵を作成するための装置106によって読取られ、使用されるようなデータフォーマットにこれを変換することができる。
1.同じセットの入力パラメータが提示されるといつも作成される同じ鍵か、あるいは
2.入力パラメータによって独自に決定された、有限あるいは無限の独自のシリアルナンバーを形成するように作成された鍵
によって、入力101、102、103及び105に独自に接続している。
ハードウェア装置から転送されるデータ108は、基本的には暗号化され署名されている。これは、受信者のみがメッセージを読解可能できなければならないと同時に、受信者が、送信者が誰であるかを立証できることを意味する。
4.1 一般的な方法
本発明は、バイオメトリによって各ユーザーに独自に接続されている暗号鍵を作成するための一般的な方法を導入している。
a)鍵入力(101)からn次元特徴ベクトルfq(n)を規定することにより、fq(n)が各ユーザーに対して独自のものとなり、アナログ入力101において自然なバリエーションがあった場合においても繰り返し利用可能となること、
b)ユーザーの鍵入力からfq(n)を規定すること、
c)fq(n)と予め規定された素数生成元Gによって独自に規定される、一つ以上の素数を生成すること、
d)入力として作成された素数を用いて、関数Kによって独自に規定されるユーザーに対する一つ以上の暗号鍵を決定すること。ただし、関数Kは使用されている暗号化技術のタイプによって独自に規定されるものとする。
e)暗号鍵が使用できる状態にあること、
をいう。
a)鍵入力(101)からn次元特徴ベクトルfq(n)を規定することにより、fq(n)は各ユーザーに対して独自のものとなり、アナログ入力101の自然なバリエーションの場合においても繰り返し利用可能となる。
1.ユーザーの鍵入力からfq(n)を規定する。
2.予め規定された素数生成元Gと入力としてのfq(n)から、2つの素数p及びqを生成する。
3.関数Kと素数p及びqからユーザーの秘密鍵及び公開鍵を決定する。
4.中央レジスタに公開鍵とユーザーとの関係を記録する。
1.ユーザーの鍵入力からfq(n)を決定する。
2.予め規定された素数生成元Gと入力としてのfq(n)から、2つの素数p及びqを生成する。
3.関数Kと素数p及びqからユーザーの秘密鍵及び公開鍵を決定する。
4.鍵が使用できる状態である。
鍵入力から特徴を抽出する異なった数多くの公知の方法が、数多く本願においても上手に利用されている。これには、画像処理、信号処理、統計学、数学からの従来の技術同様、指紋分析分野で良く知られた作業が含まれる。
一般的方法として、素数生成元Gについて言及する。本発明を実行する際、多くの異なった公知の素数生成元を使用することが可能である。以下にGの簡素化バージョンについて説明するが、これは1024ビットRSA暗号鍵を作成するために使用してもよい。
b)ハッシュ値のそれぞれに対して、素数が見つかるまで1ずつハッシュ値を増やしていって最も近い素数を見つける。これにより、2つの素数p及びqが生成される。
c)RSA用の公開鍵及び秘密鍵を作成するための関数Kを以下のように規定する。
公開鍵PU=p*q
秘密鍵PRは、PR=[p,q]を満たすような、要素p及びqを有するベクトルである。
認証及び暗号化のためのバイオメトリの全ての使用において、最も大きな課題の一つは、アナログ且つ可変の入力を、アナログ信号の特性を失うことなく、いかにして繰り返し利用可能な、矛盾の無いデジタル信号に変換するかということである。これを解決する効果的な方法を以下に述べることにする。
a)鍵入力のn個の適切な特徴f(n)を選択する。
b)関連のある鍵入力のそれぞれの選択の分析を行う。
c)それぞれの特徴に対して、サンプルスペースをいくつかのインターバルに分けるが、このとき、2つの異なった鍵入力の特徴が結果的に異なったインターバルに、また同じ鍵入力の特徴は結果的に同じインターバルになることが望ましい。
a)ユーザーの入力において、m個のf(n)のサンプルからカッティングベクトルfm(n)を決定する。
b)fm(n)+v(n)の各要素が、結果的には最も近いインターバルの中間にくるような方法で、訂正ベクトルv(n)を決定する。
c)ユーザーの暗号鍵が作成される時に利用可能となるように、v(n)を保存する。
a)鍵入力からf(n)を決定する。
b)fv(n)=f(n)+v(n)を決定する。
c)各要素が、fv(n)の対応する要素が位置するインターバルを確認するような方法で、変換された特徴ベクトルfq(n)が決定される。
4.5に記載の方法は、各ユーザーに対して訂正ベクトルv(n)をどこかに保存することを要求する。これを保存する場所は、明らかに、位置的に携帯端末の中にあって、例えば、図1に示されているシステム入力(103)などである。
a)上述のように、ユーザーに対して、f(n)、v(n)及びfq(n)を決定する。
b)ユーザーの秘密鍵PR及び公開鍵PUの両方が、素数p及びqの関数である。
c)入力としてのPUを伴う予め規定されたグローバルな関数Yがv(n)を生成し、Y(PU)=v(n)を満足するようなPUを要求するように設定する。
d)fq(n)から素数pを決定する。
e)例えば、Y(PU)=v(n)のような新しい素数qを選択する。
a)Y(PU)=v(n)を満たすような、V(n)を決定する。
b)鍵入力(101)からf(n)を決定する。
c)上述のような、f(n)及びv(n)からfq(n)を決定する。
d)fq(n)からqを決定する。
e)公開鍵PU=pqを満たすqを決定する。
f)ユーザーの秘密鍵は、PR=[p,q]。
3に記載されているように、保存されているシステムの特性は、選択可能な入力である。入力103を使用しない利点は、携帯端末が完全にユーザーから独立することである。これは、他の従来の方法では提案されていない特徴である。
5.1 慎重を期する情報を保存しない
本発明の秘訣は、中央にも携帯端末にもいずれの場所にも、ユーザーに関する慎重を期する情報を保存しないことである。従来の技術では、以下の内容を含む情報が保存されていた。
1.ユーザーのバイオメトリに関する、慎重を期する情報、及び
2.暗号鍵
本発明によると、一般的なユーザー独立型の携帯端末によって、安全な認証及び署名が可能になる。
1.暗号鍵生成のための入力として、バイオメトリック鍵入力(101)のみを使用する。
2.暗号鍵生成のための入力として、バイオメトリック鍵入力(101)及びユーザーの公開鍵に隠されているシステムアトリビュート(103)を使用する。
3.上記選択肢の一つを実行するが、その際、さらにセキュリティを高めるために、秘密のユーザーコード(102)も暗号鍵生成のための入力として使用される。
一つ以上の入力パラメータを組み合わせて使用することにより、一つ及び同じシステム内において、可変のセキュリティクリアランスを達成することができる。これは、異なったセキュリティを必要とするタスク間で区別をする際に、非常に便利である。従って、より要求の多いタスクに対する全ての入力を提示する必要があるにもかかわらず、ユーザーは単に、簡素なタスク用の入力パラメータの一つを提示すればよい。
レベル1:保存されているシステムアトリビュート、最低のセキュリティを与える。
レベル2:英数字コード、最低のセキュリティレベルより1段階高いセキュリティを与える。
レベル3:英数字コード及び保存されているシステムアトリビュート、最低のセキュリティレベルより2段階高いセキュリティを与える。
レベル4:バイオメトリック入力、最低のセキュリティより3段階高いセキュリティを与える。
レベル5:バイオメトリック入力及び保存されているシステムアトリビュート、最低レベルのセキュリティより4段階高いセキュリティを与える。
レベル6:バイオメトリック入力及び英数字コード、最低のセキュリティレベルより5段階高いセキュリティを与える。
レベル7:バイオメトリック入力、英数字コード及び保存されているシステムアトリビュート、最高レベルのセキュリティを与える。
3に記載されているシステムは、入力パラメータの一つを変化させることにより、各個人と接続されている複数の鍵セットに非常に適したものとなっている。このような異なった鍵セットがどのように使用されるかを示した例には、個人としての人物に接続されているもの、会社内の従業員としてのユーザーに接続されているもの、そしてカスタマー関係において生じる特権に接続されている鍵が含まれている。一つ以上のこれらの鍵パラメータはまた、ユーザーのアイデンティティが直接鍵セットに接続されていないという意味では、匿名である。プライバシー保護の領域においてこれは非常に重要である。これの現実に即した例として、医療雑誌が挙げられる。
3に記載されているシステムはまた、ユーザーが新しい登録手続を行うことを必要とせずに、デジタル鍵セットにおける動的変更を可能としている。
この例題は、無線ネットワークにおけるメッセージのデジタル署名に関する本発明の1仕様について説明する。図2を参照。ユーザーは、図1に記載されているような集積システムを有する携帯電話を使用し、
ここで、参照符号101は、ユーザーの右人指し指の配置場所を示している。
参照符号102は、英数字パスワードの入力を示している。
参照符号103は、携帯電話のシリアルナンバーを示している。
参照符号104は、署名されるメッセージの入力を示している。
装置105は、キャパシタンスの測定に基づいて、指の3Dデジタル表示を作成する、ストライプセンサである。
ブロック106は、RSA鍵を作成するためのアルゴリズムを示している。情報は、ウェーブレット変換及び特徴値の組合せを介して、指紋(3D)から抽出される。このデータはRSA鍵を作成する素数アルゴリズムに使用される。
参照符号107は、従来のRSA暗号化/復号化を示している。
参照符号108は、メッセージ104の署名バージョンを示している。
1.ユーザーの指紋
2.ユーザーの指紋の正しい3D画像(1から作成される)
3.ユーザーのパスワード
4.ユーザーの携帯電話のシリアルナンバー
5.鍵を作成するためのアルゴリズム
これは、許可を受けない使用を非常に難しくしている。
本発明の仕様について例示するが、これは機能性からいえば、インターネットバンキングのためのユーザー認証に使用される今日のコード計算機に似ているものである。図3を参照。
ここで、参照符号101は、ユーザーの虹彩を示している。
英数字コード102はこの例では使用しない。
参照符号103は、コード計算機のシリアルナンバーを示している。
この例における参照符号104は、銀行からの英数字の呼びかけを示している。
この場合のセンサ105は虹彩カメラである。
この場合のブロック106は、入力パラメータの各セットに対する、ユニークな(独自の)、限定された数字を生成する擬似乱数アルゴリズムである。
この場合のブロック107は、呼びかけに応答するために銀行104とブロック106からの呼びかけを組み合わせるロジックである。
この例のブロック108は、銀行からの呼びかけ104に対する英数字の応答を示している。
この例では携帯端末、特に、ユーザーの指紋を使用することにより、ユーザーが認証される電子ロック/スイッチを電気的に操作するマスターキー(オールラウンドキー)について説明する。図4参照。
ここで、参照符号101は、ユーザーの右手親指を示している。
英数字コード102及びシリアルナンバー103は本例では使用されない。
参照符号104は、操作されるロック/スイッチからの暗号化された呼びかけを示している。
本例におけるセンサ105は、指紋センサである。
ブロック106は、RSA公開/秘密鍵のペアを作成するアルゴリズムを示している。
ブロック107は、従来のRSA復号化/暗号化を示している。
ブロック108は、電子ロック/スイッチからの呼びかけに対する暗号化された応答を示している。
本発明は、バイオメトリと暗号化を共に結びつけることで、完全に新しい方法にするという、素晴らしい改変を提示している。本発明を利用すると、ユーザーの取り扱い注意の情報を保存する必要がなく、これはプライバシーの保護及びセキュリティの両方の面において有益である。
電子処理
契約書の電子形成
電子ケースワーク
物理的承認制御(建物、乗り物、及び電子的に制御されたロックが適切であるその他の場所)
ロジカルアクセス制御(コンピュータ、ネットワーク、特権に基づくネットワークサービス)
電子身分証明書
Claims (8)
- 認証、暗号化及び/あるいは署名のためのシステムであって、前記システムは、ユーザーによってアナログ入力として入力される、ユーザーに特有な値から、複数の特徴値を抽出するためのアルゴリズムが与えられるように設計されている入力装置(105)を備え、前記アルゴリズムは、前記複数の特徴値を抽出する際に、前記複数の特徴値におけるナチュラルバリエーションを除去することにより、前記ナチュラルバリエーションが除去された前記複数の特徴値を生成するように設計されており、
前記入力装置は、前記アルゴリズムを構成し、前記アナログ入力をサンプル化して得られた、サンプル化された信号を数量化する数量化手段を有し、該数量化手段は、サンプル化された信号において示された前記複数の特徴値を選択し、前記複数の特徴値に対応するサンプル空間を、所定サイズのインターバルに分け、これにより、前記複数の特徴値を、対応するインターバルに位置させることによりサンプル化された信号を数量化して、前記ナチュラルバリエーションが除去された前記複数の特徴値を得るものであり、
前記システムは、前記ナチュラルバリエーションが除去された前記複数の特徴値を受け、少なくとも一つのユーザー特有の暗号鍵を生成するように設計されている装置(106)を備えることを特徴とするシステム。 - 前記入力装置に入力される値がバイオメトリックデータからなる請求項1に記載のシステム。
- 前記少なくとも一つの暗号鍵を生成するように設計されている装置(106)が素数生成器を備えることを特徴とする請求項1に記載のシステム。
- 前記少なくとも一つの暗号鍵を生成するように設計されている装置(106)が、少なくとも一つのユーザーコードの入力のための装置(102)に接続されており、それにより、暗号鍵の生成に対する入力をより複雑にして、その結果セキュリティのレベルを高めることを特徴とする請求項1、2、及び3のいずれかに記載のシステム。
- 前記少なくとも一つの暗号鍵を生成するように設計されている装置(106)は、前記ユーザーコードに加えてシステム入力が与えられ、それにより暗号鍵の生成に対する入力をより複雑にして、その結果セキュリティのレベルを高めることを特徴とする、請求項4に記載のシステム。
- 前記少なくとも一つの暗号鍵を生成するように設計されている装置(106)は、全てのユーザーに対して一つ以上のユニークな鍵セットを生成することを特徴とする請求項5に記載のシステム。
- 請求項1に記載のシステムを有する、安全な認証、暗号化及び/あるいは署名のための携帯端末であって、前記入力装置に入力される値に基づいて、ユーザー確認に適したユーザー特有の信号を生成するように設計されていることを特徴とする携帯端末。
- 前記入力装置に入力される値はバイオメトリックデータからなることを特徴とする請求項7に記載の携帯端末。
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