JP4762197B2 - スケーラブルな、不正に強い図形的な支払証印 - Google Patents

スケーラブルな、不正に強い図形的な支払証印 Download PDF

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Description

本発明は、スケーラブルな、不正に強い図形的支払証印をレンダリングするシステム及
び方法に関する。
関連出願の相互参照
この出願は、援用をもって開示内容が全て包含されたものとする、２０００年５月２５
日にDoron Shaked他によって提出され、「A Method and Apparatus for Generating and
Decoding a Visually Significant Bar Code」と題された同時係属中の米国特許出願第０
９／５７９，０７０号に関連する。
バーコードシンボルは、データ要素又は文字を表す様々な幅の平行なバー及びスペース
のパターンである。バーは２進コードの１を表し、スペースは２進コードの０を表す。従
来からの「一次元」バーコードシンボルは、単一次元のみで変化する一続きのバー及びス
ペースを含んでいる。一次元バーコードシンボルには、比較的小さい情報記憶容量しかな
い。一次元バーコードシンボルより多くの情報を含む機械読取可能シンボルに対する高ま
る要求を満たすために、「二次元」バーコードが開発された。二次元バーコードシンボル
の情報記憶容量は、一連のバー及びスペースを二次元に変化させることにより、一次元バ
ーコードに比較して増大する。一般的な二次元バーコード規格には、ＰＤＦ４１７、Ｃｏ
ｄｅ 1，及びＭａｘｉｃｏｄｅがある。一次元及び二次元バーコードシンボルは、通常、
印刷されたバーコードシンボルを電気信号に変換する光学式走査技法によって（例えば、
機械走査式レーザビーム、或いは、自己走査型電荷結合素子（ＣＣＤ）によって）読み取
られる。電気信号は、デジタル化され復号化されることにより、印刷されたバーコードシ
ンボルに符号化されたデータを復元する。
バーコードは、低レベルの情報内容の用途（例えば、自動値札付け及び在庫管理）と、
比較的高レベルの情報内容の用途（例えば、自動郵便物読取及び郵便物分配システムのた
めの住所及び郵便料金の符号化、及び印刷されたページの圧縮された内容の符号化）とを
含む、種々の用途で使用することができる。
米国郵便公社（United States Postal Service（ＵＳＰＳ））は、ユーザが自身のコン
ピュータで郵便料金を支払って郵便証印を印刷することを可能にする、情報ベースの証印
プログラム（Information Based Indicia Program（ＩＢＩＰ））を提案した。ＩＢＩＰ
によれば、印刷された郵便証印には、郵便料金が支払われたという証拠を伝える情報と郵
便処理に対して使用される情報とを含む、いくつかの必要な郵便データを含む、大きな二
次元バーコードが含まれる。必要な郵便データは、各ユーザに割り当てられる安全な郵便
料金課金装置内に保持される暗号鍵を使用して、暗号的にデジタルトークンに変換される
。デジタルトークンは、課金装置の秘密鍵に対応する公開鍵にアクセスすることができる
べリファイヤ（verifier）によって確認される。郵便証印内に埋め込まれた情報を確認す
ることにより、ＵＳＰＳは、郵便証印内に含まれるデータの完全性と真正とを検証するこ
とができ、従って、必要な郵便料金が支払われたということを合理的に確かめることがで
きる。
本発明は、不正な写真複製攻撃に対して実質的な防御を提供しながら、ユーザが、支払
証印の外観をカスタマイズして多種多様な確認処理環境に適応することを可能にする、支
払証印を生成する新規な方式を特徴とする。
一態様では、本発明は、支払情報から確証デジタルトークンが生成され、基礎画像が確
証デジタルトークン（corroborative digital token）の図形的な符号化によって変化す
ることにより支払証印が作成される、支払証印生成方法を特徴とする。
本明細書で使用する「確証デジタルトークン」という用語は、広く、情報の送り側又は
情報自体、或いはその両方を認証することができるデジタルトークンを言う。
本発明のこの態様による実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含むことがで
きる。
確証デジタルトークンは、支払情報の暗号変換から生成されることが好ましい。支払情
報は、支払額の指示及び郵便データを含むことができる。郵便データは、宛先住所情報及
び地理的投函エリア郵便番号を含むことができる。
基礎画像は、ユーザ選択画像を含むことができる。基礎画像は、ハーフトーン符号化プ
ロセスに基づいてレンダリングされることが好ましい。
本発明の他の態様では、埋め込まれた支払情報を含む支払証印が、埋め込まれた支払情
報が支払証印のオリジナルのレンダリングからは抽出可能であるが、支払証印のオリジナ
ルのレンダリングの写真複製からは抽出不可能であるように、写真複製に伴って劣化する
印刷特性で印刷面にレンダリングされる。
本発明のこの態様による実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含むことがで
きる
支払証印を、６００×６００ドット／インチ以下の最大解像度を有する写真複製技法に
よって再現不可能であるように選択された解像度で、ビットマップ画像としてレンダリン
グすることができる。いくつかの実施形態においては、支払証印は、１００ドット／イン
チ以上の解像度でビットマップ画像としてレンダリングされる。他の実施形態では、支払
証印は、１２５ドット／インチ以上の解像度でビットマップ画像としてレンダリングされ
る。支払証印は、少なくとも部分的に支払証印が印刷表面にいかにレンダリングされるか
に基づいて選択された解像度によりレンダリングされることが好ましい。
他の態様では、本発明は、少なくとも部分的に１つ又は複数の可変符号化パラメータに
基づいて、支払情報が確証デジタルトークンに符号化され、符号化された支払情報を含む
支払証印がレンダリングされる支払証印生成方法を特徴とする。
本発明のこの態様による実施形態は、以下の特徴のうちの１つ又は複数を含むことがで
きる。
符号化パラメータのうちの１つ又は複数は、支払値によって変化し得る。例えば、符号
化セキュリティレベルパラメータ（例えば、符号化秘密鍵ビット長パラメータ）は、支払
値によって変化し得る。符号化頑強性パラメータ（例えば、誤り訂正符号冗長性パラメー
タ）もまた、支払値によって変化し得る。
本発明の他の特徴及び利点は、図面及び特許請求項を含む以下の説明から明らかとなろ
う。
以下の説明では、同様の要素を識別するために同一の参照数字を使用する。さらに、図
面は、例示的な実施形態の主な特徴を図式的に例示するように意図されている。図面は、
実際の実施形態の全ての特徴及び示されている要素の相対的な寸法を示すようには意図さ
れておらず、一定の比例で縮小されていない。
図１Ａ及び図１Ｂを参照すると、一実施形態では、情報１２を支払証印１４に符号化す
るシステム１０は、エンコーダ１６とプリンタ１８とを有している。エンコーダ１６は、
コンピュータ又は他のプログラム可能プロセッサであってよく、プリンタ１８は、従来の
プリンタ（例えば、米国、カリフォルニア州、パロアルトのヒューレット・パッカード・
カンパニーから入手可能なＬａｓｅｒＪｅｔ（商品名）プリンタ）であっても、専用ラベ
ル印刷装置であってもよい。動作時、エンコーダ１６は、情報１２から確証デジタルトー
クンを生成する（ステップ２０）。エンコーダ１６は、基礎画像２２をデジタルトークン
の図形的符号化により変化させて支払証印１４を作成する（ステップ２４）。基礎画像２
２は、ロゴ（例えば、会社のロゴ），グラフィック，絵，文字（例えば、会社の頭文字）
，画像，又は視覚的意味を有するいかなるパターンをも含む、どのような図形的パターン
であってもよい。デジタルトークンを、基礎画像２２の文字，絵，画像，境界，又は背景
の図形的なデザインに埋め込むことにより、支払証印１４を作成することができる。情報
を、２値画像（例えば、黒及び白のドットパターン），マルチレベル画像（例えば、グレ
イレベル画像），又はマルチレベルカラー画像の形態で支払証印１４に埋め込んでよい。
プリンタ１８は、送り側から受取側に物理的に転送することができる支払証印１４のハー
ドコピー２６を生成する（ステップ２８）。ハードコピー２６は、郵便証印を有する宛名
ラベル及び封筒を含む多種多様の印刷物のうちの任意のものの形態であってよい。他の実
施形態では、支払証印１４を、他の印刷プロセスによってレンダリングすることができる
。代替的に、支払証印１４を、電子フォーマットでレンダリングすることができる。
支払証印１４が郵便料金の支払いを証明するように意図されている場合、情報１２は、
日付及び時刻と、郵便料金計器の残額と、総取引のストライクカウンタと、計器の通し番
号と、取引識別子と、支払い総額と、名宛人郵便番号と、名宛人名と、郵便料金の種類と
、ユーザの登録識別子と、ユーザの名前と、会社及び住所とを含み得る。
図２を参照すると、一実施形態では、エンコーダ１６を、以下のように情報１２から確
証デジタルトークンを生成するようにプログラムすることができる。エンコーダ１６は、
情報１２から暗号ハッシュ（cryptographic hash）を生成する（ステップ３０）。暗号ハ
ッシュは、情報１２をハッシングルーチン等の一方向暗号化プロセス（又はダイジェスト
生成プロセス（ダイジェスティングプロセス；digesting process））に通すことによっ
て生成することができる。ダイジェスト生成プロセスは、２つの異なる電子文書が同じ暗
号ハッシュを生成する確率が非常に低いように構成されるのが好ましい。エンコーダ１６
は、暗号ハッシュを暗号化することによりデジタル署名を生成する（ステップ３２）。非
対称（公開鍵）暗号化の実施形態では、暗号ハッシュを送り側の秘密鍵を用いて暗号化す
る。エンコーダ１６は、情報１２とデジタル署名とを連結することにより、デジタルトー
クンを生成する（ステップ３４）。いくつかの実施形態においては、デジタルトークンに
公開鍵証明書を添付する（ステップ３６）。この公開鍵証明書は、認証局によって発行さ
れることができる。公開鍵証明書は、特定の公開鍵が特定のエンティティ（例えば、送り
側）の公開鍵であるということ、及び、このエンティティが対応する秘密鍵の保持者であ
るということとの認証局による証明を含んでよい。さらに、公開鍵証明書は、特に、認証
局の名前，証明書保持者の名前，証明書の満了日，証明書保持者の公開鍵，及び認証局に
よって生成されたデジタル署名を含み得る。本明細書で使用する用語「デジタルトークン
」は、公開鍵証明書が添付されているか否かに関らずデジタルトークンを言う。エンコー
ダ１６は、結果としてのデジタルトークンを誤り訂正符号を用いて符号化する（ステップ
３８）。誤り訂正符号は、従来からの畳込み（ツリー）符号又は従来からのブロック符号
であってよい。例えば、誤り訂正符号は、３つの誤りに対して訂正を行う標準１６→３１
ビットＢＣＨ符号であってよい。
図３Ａ及び図３Ｂに示すように、一実施形態では、支払証印１４から情報１２を復号化
するシステム４０は、スキャナ４２とデコーダ４４とを有する。スキャナ４２は、従来か
らのデスクトップ光学スキャナ（例えば、米国、カリフォルニア州、パロアルトのヒュー
レット・パッカード・カンパニーから入手可能なＳｃａｎＪｅｔ（商品名）スキャナ）で
あっても、又はポータブルスキャナ（例えば、米国、カリフォルニア州、パロアルトのヒ
ューレット・パッカード・カンパニーから入手可能なＣａｐＳｈａｒｅ（商品名）ポータ
ブルスキャナ）であってもよい。デコーダ４４は、コンピュータ又は他のプログラム可能
プロセッサであってよい。動作時、スキャナ４２は、ハードコピー２６を読み取って、支
払証印１４を含むデジタル化された走査画像４６を生成する（ステップ４８）。デコーダ
４４は、走査画像４６と基礎画像２２との比較に基づき、走査画像４６からデジタルトー
クンを抽出する（ステップ５０）。デコーダ４４は、デジタルトークンを復号化して復号
化メッセージを生成する（ステップ５２）。デジタルトークンを、従来からの誤り訂正符
号復号化プロセスを使用して復号化してよい。
図４を参照すると、一実施形態では、支払証印から抽出された情報を以下のように認証
してよい。デコーダ４４は、復号化メッセージに含まれる暗号化された暗号ハッシュを解
読して、元の暗号ハッシュを取得する（ステップ６０）。暗号化された暗号ハッシュを、
例えば、添付の公開鍵証明書から取得することができ、或いは、他の何らかの方法で取得
することができる送り側の公開鍵を使用して、解読してよい。また、デコーダ４４は、元
の暗号ハッシュを生成するために使用したものと同じダイジェスト生成プロセスを使用し
て、復号化されたメッセージに含まれる情報から新たな暗号ハッシュを生成する（ステッ
プ６２）。デコーダ４４は、元の暗号ハッシュを新たな暗号ハッシュと比較する（ステッ
プ６４）。新たな暗号ハッシュが元の暗号ハッシュと一致する場合には、情報は真正であ
る（ステップ６６）。すなわち、情報は、元の暗号ハッシュを復元するために使用した公
開鍵に対応する秘密鍵によってデジタル署名されており、その情報は、署名された時刻か
らデジタル署名が確認された時刻までに変更されていなかったということである。このよ
うに、図４の認証プロセスを使用して、情報１２の真正又は情報１２の送り側のアイデン
ティティ、若しくは両方を確認することができる。新たな暗号ハッシュが元の暗号ハッシ
ュと一致しない場合（ステップ６４）には、情報は危殆化している（ステップ６８）。
抽出されたデジタルトークンに公開鍵証明書が添付されている場合には、公開鍵証明書
は、特定の公開鍵に対応する秘密鍵の保持者のアイデンティティに関しあるレベルの保証
を提供することができる。公開鍵証明書の真正を、認証局の公開鍵を使用して認証局のデ
ジタル署名を確認することにより試験することができる。
図５Ａ及び図５Ｂを参照すると、Doron Shaked他によって２０００年５月２５日に提出
され、「A Method and Apparatus for Generating and Decoding a Visually Significan
t Bar code」と題された、同時係属中の米国特許出願第０９／５７９，０７０号に記載さ
れている図形的符号化方式に従って、デジタルトークンの図形的符号化を用いて基礎画像
２２をレンダリングすることができる。この図形的符号化プロセスに従って、基礎画像２
２を複数のサブマトリクスに分割する（ステップ７０）。基礎画像２２の領域を、基準マ
ーキング（基準マーク）として保存する（ステップ７２）。保存されないサブマトリクス
を、選択された符号化プロセスに基づいて２値バーコードマトリクスに変換する（ステッ
プ７４）。例えば、図形的符号化の一実施形態では、図５Ｂに示す２×２ハーフトーンパ
ターン（又はマトリクス）に基づいて、２ビット符号化プロセスにより、情報を２レベル
画像に符号化してよい。この図形的符号化プロセスに従って、基礎画像２２のサブマトリ
クスに対し、閾値プロセスと２レベルハーフトーニングプロセスとを施す。例えば、一実
施形態では、基礎画像２２における５０％未満のグレイレベルを有するサブマトリクスは
、図５Ｂの２５％行における４つのバーコードマトリクスのうちの１つによって符号化さ
れる。少なくとも５０％のグレイレベルを有する基礎画像２２のサブマトリクスは、図５
Ｂの７５％行における４つのバーコードマトリクスのうちの１つによって符号化される。
他の実施形態では、符号化閾値レベルは、５０％より大きくても小さくてもよい。基礎画
像２２のサブマトリクスをレンダリングするために使用する特定のバーコードマトリクス
は、符号化されるべき情報に基づいて選択される。例えば、「１１」が７５％グレイレベ
ルサブマトリクス位置で符号化される場合には、バーコードマトリクス７６を使用してそ
のサブマトリクスがレンダリングされる。同様に、「０１」が２５％グレイレベルサブマ
トリクス位置で符号化される場合には、バーコードマトリクス７８を使用してそのサブマ
トリクスがレンダリングされる。
概して、図５Ａ及び図５Ｂの図形的符号化のプロセスを、ｎビット符号化マッピング（
ｎは、１以上の整数値を有する）に拡張してよい。例えば、一実施形態では、情報は、３
×３ハーフトーンパターンに基づいて５ビット符号化プロセスによって符号化される。
上述したように、支払証印１４は、埋め込まれた情報を郵便証印の写真複製から抽出す
ることができないように（少なくとも、一般的に利用可能な写真複製技法に関して）レン
ダリングすることができる。いくつかの実施形態においては、支払証印は、６００×６０
０ドット／インチ（ＤＰＩ）以下の最大コピー解像度を有する写真複製技法によって再生
不可能であるように選択された印刷解像度で、印刷面にレンダリングされる。下記の表１
に示すように、選択された印刷解像度は、少なくとも部分的には、印刷面に支払証印１４
をレンダリングするために使用される印刷技法によって決まる。
Figure 0004762197
このように、いくつかの実施形態においては、支払証印１４を、少なくとも部分的に、
支払証印１４をレンダリングするために使用するプロセスに基づいて選択された印刷解像
度を用いてレンダリングする。特に、単純な不正写真複写攻撃を防止するために、一実施
形態では、支払証印１４を、レーザプリンタレンダリングの場合は１２５ＤＰＩ以上の印
刷解像度で、インクジェットプリンタレンダリングの場合は１００ＤＰＩ以上の印刷解像
度で印刷する。
図６Ａ及び図６Ｂに示すように、レンダリングされた支払証印１４は、選択された基礎画像２２によって種々の異なる視覚的外観を有することができる。例えば、支払証印１４は、会社頭文字（例えば、「ＵＳＰＳ」）又は会社ロゴ（例えば、ＵＳＰＳロゴ）の外観を有することができる。ＵＳＰＳ ＩＢＩＰによれば、完全な郵便料金情報に基づく印は、支払証印１４とともに印刷された文字情報を含む。印刷された文字情報は、郵便料金額８０と、発送日付８２と、料金種別８４と、認可郵便局識別子８６と、レンダリング装置識別子８８とを含むことができる。発行装置ベンダ識別子９０等の他の情報も含むことができる。
いくつかの実施形態においては、ユーザが、支払証印に埋め込まれた情報を抽出し認証
するために利用可能な特定の処理環境に適応しながら、支払証印の図形的な外観を完全に
カスタマイズすることができるように、支払証印１４のセキュリティレベル又は頑強性レ
ベル、若しくは両方をスケーリングすることができる。一実施形態では、支払情報を確証
デジタルトークンに符号化するプロセスの符号化パラメータのうちの１つ又は複数を、支
払証印１４からデジタルトークンを抽出するために必要な処理の量を低減するように変更
することができる。例えば、支払情報をデジタルトークンに符号化するために使用される
秘密鍵のビット長を、支払証印１４によって表される金銭価値によって変更させることが
でき、支払証印の価値が高いほど長いビット長を使用することができる。さらに、支払証
印１４に符号化された情報の頑強性レベルを、金銭価値によって変更させることができる
。例えば、１ドル以上の支払証印の価値に対しては、１６→３１ビットＢＣＨ誤り訂正符
号を使用することができ、１ドル未満の支払証印の価値に対しては、８→１５ビットＢＣ
Ｈ誤り訂正符号を使用することができる。いくつかの実施形態においては、符号化情報の
頑強性レベルは、写真複写攻撃を防止する等、セキュリティについて考慮する事柄に基づ
いて選択される最低頑強性レベルより高いことが好ましい。支払証印１４に符号化しなけ
ればならない情報の量を低減することにより、支払証印１４の必要な最小サイズを低減し
てよい。このように、ユーザは、より自由に、支払証印１４の視覚的外観をカスタマイズ
することができる。
要するに、上述した実施形態は、スケーラブルな、不正に強い図形的な支払証印を作成
する新規な方式を提供する。支払証印は、従来の二次元バーコードシンボルの視覚的に意
味をなさない画像ではなく、選択された視覚的に意味のある図形的な画像（例えば、会社
頭文字又は会社ロゴ）の外観を有することができる。また、上述した実施形態は、ユーザ
が、埋め込まれた情報を抽出し認証するために利用可能な特定の処理環境に適応しながら
、支払証印の図形的な外観を完全にカスタマイズすることができるようにする、支払証印
のセキュリティレベル及び頑強性レベルをスケーリングする方法も提供する。
本明細書で説明したシステム及び方法は、いかなる特定のハードウェア構成又はソフト
ウェア構成にも限定されず、どのようなコンピューティング又は処理環境においても実施
することができる。上述した符号化及び復号化プロセスを、高レベルの手続き型又はオブ
ジェクト指向型プログラミング言語で、若しくはアセンブリ言語又は機械語で実施してよ
く、何れの場合も、プログラミング言語は、コンパイル型言語であってもインタプリタ型
言語であってもよい。
他の実施形態も特許請求項の範囲内にある。
前記実施形態を非対称（公開鍵）暗号化実施形態に関して説明したが、例えば暗号ハッ
シュが送り側の秘密鍵で暗号化される対称（秘密鍵）暗号化方式を使用する他の実施形態
を実施してもよい。さらに、前記実施形態を固定パターンハーフトーニング方法に関して
説明したが、他の実施形態は、クラスタディザリング（例えば、青色雑音；blue noise）
方法及び誤差拡散法を含む、異なるハーフトーニング方法を利用してよい。
さらに他の実施形態も特許請求項の範囲内にある。
情報を支払証印に符号化するシステムの図である。 情報を支払証印に符号化する方法のフローチャートである。 符号化される情報から確証デジタルトークンを生成する方法のフローチャートである。 支払証印から情報を抽出するシステムの図である。 支払証印から情報を抽出する方法のフローチャートである。 支払証印から抽出された情報を認証する方法のフローチャートである。 デジタルトークンの図形的符号化により基礎画像をレンダリングする方法のフローチャートである。 情報を２ビット２レベル図形的コードにマッピングする図表である。 ＵＳＰＳ頭文字の外観を有する支払証印の図である。 ＵＳＰＳロゴの外観を有する支払証印の図である。

Claims (2)

  1. 支払情報から確証デジタルトークンを生成するステップであって、当該確証デジタルトークンが、前記支払情報の暗号変換から生成され、前記支払情報は、宛先住所情報を含む郵便データを有する、ステップと、
    ユーザ選択画像を含む基礎画像を複数の画像領域に分割し、前記画像領域におけるピクセル値に基づいて前記画像領域を複数のグループに分け、かつ、前記分けられた画像領域を二次元コードパターンのセットで符号化して支払証印における前記確証デジタルトークンを図形的に符号化することによって、前記確証デジタルトークンの図形的な符号化で基礎画像を変化させて支払証印を作成するステップと
    を含む、支払証印を生成する方法であって、コードパターンの各セットが、それぞれの対応するグループの画像領域を符号化するものであり、符号化されるべき前記画像領域は、符号化されるべき前記画像領域におけるグレイレベル値に基づいて複数のハーフトーングループに分けられると共に、前記分けられた画像領域が、二次元の符号化されたハーフトーンパターンのそれぞれの対応するセットにより符号化される、方法。
  2. 前記確証デジタルトークンが生成される前記支払情報は、支払額の指示を含むことを特徴とする請求項１に記載の方法。
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