JP4792771B2 - データ処理方法およびデータ処理システム - Google Patents

Description

本発明は、たとえば、ＩＣカードやリーダ／ライタ（Reader/Writer）装置などのデータ処理装置間でデータ通信を行うデータ処理方法、データ処理システム、およびデータ処理装置に関するものである。

たとえば、ＩＣカードやリーダ／ライタ装置などのデータ処理装置間でデータ通信を行うシステムが知られている（たとえば、特許文献１参照）。

近年では、たとえばＩＣカード自体に強力なセキュリティ性を確保するために各種の機能が実装されており、たとえば外部からの不正なアクセスに対する安全性が高い。
しかし、ＩＣカード自体を落としたり盗まれたりした場合には、他人が容易に使用してしまう可能性がある。
このため、ＩＣカードを本人以外が使用できないようにするために、指紋などの個人（ユーザ）の生体情報を用いて個人認証を行うシステムが知られている。

たとえば、ＩＣカードが、生体情報を検知するための生体情報読み取り部を備え、カード使用時に生体情報読み取り部が個人（ユーザ）の生体情報を読み取る。そして予めＩＣカードが備えるメモリに格納する生体情報と、読み取った生体情報が一致する場合に、ＩＣカードの所有者本人であると判断して、リーダ／ライタと通信可能とするシステムが知られている。

また、リーダ／ライタが、生体情報を検知する生体情報読み取り部を備え、ＩＣカード使用時に個人（ユーザ）の生体情報を読み取り、読み取った生体情報をリーダ／ライタからＩＣカードへ送信し、ＩＣカードが備えるメモリに格納する生体情報と一致する場合に、ＩＣカードの所有者本人であると判断した、リーダ／ライタと通信可能とするシステムが知られている。

特開２００２−２４７７８号公報

しかし、たとえば上述したＩＣカードに読み取り部を設けたシステムでは、生体情報をＩＣカードに保存しておく必要があり、外部から何らかの方法により生体情報を読み取られる可能性がある。
また、上述したリーダ／ライタに読み取り部を設けたシステムでは、ＩＣカードの処理負荷は軽減されるが、リーダ／ライタと通信中の生体情報を不正に読み出すことで、生体情報が読み出される可能性がある。

本発明は、かかる事情に鑑みてなされたものであり、その目的は、生体情報を用いてよりセキュリティ性の高いデータ通信を行うことができるデータ処理方法、データ処理システム、およびデータ処理装置を提供することにある。

前記目的を達成するために、本発明の第１の観点のデータ処理方法は、第１および第２のデータ処理装置間で公開鍵暗号方式を用いてデータ通信を行うデータ処理方法であって、前記第１のデータ処理装置が、予めユーザの生体情報に応じて生成された前記公開鍵暗号方式による公開鍵に基づいて、所定のデータを前記公開鍵暗号方式により暗号化して暗号データを生成し、当該暗号データを前記第２のデータ処理装置に送信する第１のステップと、前記第２のデータ処理装置が、前記ユーザの生体情報に基づいて前記公開鍵暗号方式による前記公開鍵に対応する秘密鍵を生成し、当該秘密鍵に基づいて、前記第１のデータ処理装置から受信した前記暗号データを前記公開鍵暗号方式に対応する復号方式により復号する第２のステップと、を有し、前記予め生成された公開鍵暗号方式による公開鍵および当該公開鍵に対応する秘密鍵は、ユーザの生体情報を所定回数読み取り、読み出した生体情報をビット列データに変換して前記所定回数分の平均値を算出する第３のステップと、前記第３のステップにおいて読み出した前記生体情報と同じビット数の乱数を生成し、前記第３のステップにおいて算出した前記平均値と排他的論理和を計算する第４のステップと、前記第４のステップにおいて計算した結果の値が素数であるか否かを判断し、素数でないと判断した場合は前記第４のステップを繰り返すことにより素数である結果の値を２つ生成し、それぞれを公開鍵および秘密鍵とする第５のステップと、により生成する。

さらに、前記目的を達成するために、本発明の第２の観点のデータ処理システムは、公開鍵暗号方式を用いてデータ通信を行う第１および第２のデータ処理装置を有するデータ処理システムであって、前記第１のデータ処理装置は、前記第２のデータ処理装置とデータ通信を行う第１の送受信部と、ユーザの生体情報に応じて予め生成された前記公開鍵暗号方式による公開鍵を記憶するメモリと、前記メモリが記憶する前記公開鍵に基づいて、所定のデータを前記公開鍵暗号方式により暗号化して暗号データを生成し、当該暗号データを前記第１の送受信部を介して前記第２のデータ処理装置に送信する第１の制御部と、を含み、前記第２のデータ処理装置は、前記第１のデータ処理装置とデータ通信を行う第２の送受信部と、前記第２のデータ処理装置のユーザの生体情報を読み取る読取部と、前記読取部が読み取った前記生体情報に基づいて前記公開鍵暗号方式による前記公開鍵に対応する秘密鍵を生成し、当該秘密鍵に基づいて、前記第１のデータ処理装置から前記第２の送受信部を介して受信した前記暗号データを前記公開鍵暗号方式に対応する復号方式により復号する第２の制御部と、を含み、前記予め生成された公開鍵暗号方式による公開鍵および当該公開鍵に対応する秘密鍵は、ユーザの生体情報を所定回数読み取り、読み出した生体情報をビット列データに変換して前記所定回数分の平均値を算出し、読み出した前記生体情報と同じビット数の乱数を生成し、前記算出した前記平均値との排他的論理和を計算し、計算した結果の値が素数であるか否かを判断し、素数でないと判断した場合は素数となるまで前記乱数の生成を繰り返すことにより素数である結果の値を２つ生成し、それぞれを公開鍵および秘密鍵とする。

本発明によれば、生体情報を用いてよりセキュリティ性の高いデータ通信を行うことができるデータ処理方法、データ処理システム、およびデータ処理装置を提供することができる。

本発明に係るデータ処理システムは、第１のデータ処理装置が、生体情報に応じて生成された公開鍵暗号方式による公開鍵に基づいて、所定のデータを公開鍵暗号方式により暗号化して暗号データを生成し、その暗号データを第２のデータ処理装置に送信し、第２のデータ処理装置が、その生体情報に基づいて公開鍵暗号方式による公開鍵に対応する秘密鍵を生成し、その秘密鍵に基づいて、第１のデータ処理装置から受信した暗号データを公開鍵暗号方式に対応する復号方式により復号する。

以下、図面を参照しながら、本発明に係るデータ処理システムの一実施形態を説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係るデータ処理装置を採用したデータ処理システムの全体構成図である。図２は、図１に示したデータ処理システム１のより詳細な全体構成図である。
本実施形態に係るデータ処理システム１は、たとえば図１，２に示すように、ＩＣカード２、リーダ／ライタ（Ｒ／Ｗ）３、およびサーバ装置４を有する。

ＩＣカード２は、本発明に係るデータ処理装置および第２のデータ処理装置の一実施形態に相当する。リーダ／ライタ３、およびサーバ装置４は、本発明に係る第１のデータ処理装置の一実施形態に相当する。

ＩＣカード２、リーダライタ３、およびサーバ装置４間は、たとえばデータ通信路を介してデータ通信可能である。このデータ通信路は、たとえばデータ通信線を用いた有線方式であってもよいし、無線方式であってもよい。

〔ＩＣカード２〕
ＩＣカード２は、本発明に係るデータ処理を行い、処理結果に基づいてリーダ／ライタ３と本発明に係るデータ通信を行う。
ＩＣカード２は、たとえば図１，２に示すように、送受信部２１、生体情報読み取り部（読取部）２２、メモリ（記憶装置）２３、および制御部（ＣＰＵ：Central processing unit）２４を有する。
送受信部２１、読取部２２、メモリ２３、およびＣＰＵ２４は、たとえばデータ線２５により接続されている。

送受信部２１は本発明に係る第２の送受信部（送受信部）の一実施形態に相当する。読取部２２は本発明に係る読取部の一実施形態に相当する。
メモリ２３は本発明に係る第２のメモリの一実施形態に相当する。ＣＰＵ２４は本発明に係る第２の制御部（制御部）の一実施形態に相当する。

送受信部２１は、ＣＰＵ２４の制御により、他のデータ処理装置、たとえばリーダ／ライタ３とデータ通信路を介してデータ通信を行う。
本実施形態に係る送受信部２１は、たとえば、変調回路、復調回路、同調回路、増幅回路などにより構成され、他のデータ処理装置と無線方式や有線方式により予め規定された通信方式により、データ通信を行う。

読取部２２は、ＣＰＵ２４の制御により、たとえば、ＩＣカード２のユーザ（所有者）の生体情報Ｄ１を読み取り、その読み取り結果を示すデータをＣＰＵ２４に出力する。
この生体情報Ｄ１は、たとえばユーザ固有の生体情報を示すデータであり、詳細には指紋データや、手のひらの血管の分布パターン、顔の画像や、声紋、瞳の虹彩パターンなどのデータである。

メモリ２３は、たとえばＣＰＵ２４のワークスペースとして用いられる。メモリ２３は、たとえばＣＰＵ２４の制御により記憶するデータを読み出す。また、メモリ２３は、ＣＰＵ２４の制御により所定のデータを記憶する。
メモリ２３は、たとえば、ＲＡＭ（Random access memory）やＲＯＭ（Read only memory）などにより構成されている。

図３は、図１に示したデータ処理システム１に係るデータを説明するための図である。図３（ａ）は、図１に示したＩＣカード２のメモリ２３が記憶するデータを説明するための図である。
メモリ２３は、本発明に係る機能を有するプログラムや、たとえば図３（ａ）に示すように、乱数（乱数情報）Ｄ２、ユーザ情報Ｄ３、秘密鍵ＳＫ１などを記憶する。

乱数情報Ｄ２は、たとえば、生体情報を基に秘密鍵や公開鍵を生成する際に用いられる乱数に関するデータである。
ユーザ情報Ｄ３は、ＩＣカード２のユーザに関するデータである。
秘密鍵ＳＫ１は、生体情報Ｄ１に基づいて生成された、公開鍵ＰＫ１に対応する秘密鍵を示すデータである。

ＣＰＵ２４は、ＩＣカード２全体、詳細には送受信部２１、読取部２２、メモリ２３などの各構成要素を統括的に制御する。
また、ＣＰＵ２４は、たとえばメモリ２３が記憶するプログラムを実行することにより、本発明に係る機能を実現する。

ＣＰＵ２４は、詳細にはたとえば、生体情報Ｄ１に基づいて公開鍵暗号方式による公開鍵に対応する秘密鍵を生成し、当該秘密鍵に基づいて、リーダ／ライタ３から送受信部２１を介して受信した暗号データを公開鍵暗号方式に対応する復号方式により復号する。

この際、ＣＰＵ２４は、読取部２２が読み取った生体情報Ｄ１に基づいて、公開鍵暗号方式による公開鍵に対応する秘密鍵を生成する。

また、ＣＰＵ２４は、生成した秘密鍵に基づいて、送受信部２１を介してリーダ／ライタ３から受信した暗号データを復号方式により復号して所定のデータを取得し、当該取得した所定のデータとリーダ／ライタ３に送信した所定のデータとを比較した結果、一致していると判断した場合に、リーダ／ライタ３と所定のデータ通信を行い、一致していないと判断した場合に、リーダ／ライタ３とのデータ通信を禁止する。
また、ＣＰＵ２４の詳細な動作に関しては、後述する。

〔リーダ／ライタ３〕
リーダ／ライタ３は、生体情報Ｄ１に応じて生成された公開鍵暗号方式による公開鍵に基づいて、所定のデータを公開鍵暗号方式により暗号化して暗号データを生成する。

リーダ／ライタ３は、たとえば図１，２に示すように、送受信部３１、メモリ３２、およびＣＰＵ（制御部）３３を有する。
送受信部３１、メモリ３２、およびＣＰＵ３３は、データ線３４により接続されている。

送受信部３１は、本発明に係る第１の送受信部の一実施形態に相当する。メモリ３２は、本発明に係る第１のメモリの一実施形態に相当する。ＣＰＵ３３は、本発明に係る第１の制御部の一実施形態に相当する。

送受信部３１は、たとえば、ＣＰＵ３３の制御により、他のデータ処理装置、たとえばＩＣカード２やサーバ装置４とデータ通信路を介してデータ通信を行う。
本実施形態に係る送受信部３１は、たとえば、変調回路、復調回路、同調回路、増幅回路などにより構成され、他のデータ処理装置と無線方式や有線方式により予め規定された通信方式により、データ通信を行う。

メモリ３２は、たとえばＣＰＵ３３のワークスペースとして用いられる。メモリ３２は、たとえばＣＰＵ３３の制御により、記憶するデータを読み出す。また、メモリ２３は、ＣＰＵ３３の制御により所定のデータを記憶する。
メモリ３２は、たとえばＲＡＭ（Random access memory）やＲＯＭ（Read only memory）などにより構成される。

図３（ｂ）は、図１に示したリーダ／ライタ３のメモリ３２が記憶するデータを説明するための図である。
メモリ３２は、たとえば図３（ｂ）に示すように、公開鍵ＰＫ１、乱数情報Ｄ２、ユーザ情報Ｄ３などのデータを関連付けて記憶する。

公開鍵ＰＫ１は、生体情報Ｄ１に応じて生成された公開鍵暗号方式による公開鍵を示すデータである。本実施形態ではメモリ３２は、公開鍵ＰＫ１として、たとえばユーザの複数の生体情報Ｄ１に対応する複数の公開鍵ＰＫ１（ＰＫ１−１〜５）を記憶する。
乱数情報Ｄ２やユーザ情報Ｄ３に関しては、上述したので説明を省略する。

ＣＰＵ３３は、リーダ／ライタ３全体、詳細には送受信部３１やメモリ３２などの各構成要素を統括的に制御する。
ＣＰＵ３３は、たとえばメモリ３２が記憶するプログラムを実行することにより、本発明に係る機能を実現する。

ＣＰＵ３３は、たとえば、メモリ３２が記憶する、生体情報に応じて生成された公開鍵暗号方式による公開鍵に基づいて、所定のデータをその公開鍵暗号方式により暗号化して暗号データを生成する。ＣＰＵ３３は、その生成した暗号データを、送受信部３１を介してＩＣカード２に送信する。

また、ＣＰＵ３３は、メモリ３２が記憶する公開鍵に基づいて、送受信部３１を介してＩＣカード２から受信した所定のデータを、公開鍵暗号方式により暗号化して暗号データを生成する。
ＣＰＵ３３の詳細な動作については後述する。

〔サーバ装置４〕
サーバ装置４は、たとえば、生体情報Ｄ１を登録する登録機関等により管理されるホストコンピュータ５により、管理されている。
サーバ装置４は、たとえば、図１，２に示すように、送受信部４１、メモリ４２、およびＣＰＵ（制御部）４３を有する。
送受信部４１、メモリ４２、およびＣＰＵ４３は、たとえばデータ線４４により接続されている。

送受信部４１は、たとえばＣＰＵ４３の制御により、他のデータ処理装置、たとえばリーダ／ライタ３とデータ通信路を介してデータ通信を行う。
本実施形態に係る送受信部４１は、たとえば、変調回路、復調回路、同調回路、増幅回路などにより構成され、他のデータ処理装置と無線方式や有線方式により予め規定された通信方式により、データ通信を行う。

メモリ４２は、たとえばＣＰＵ４３のワークスペースとして用いられる。メモリ４２は、たとえばＣＰＵ４３の制御により記憶するデータを読み出す。また、メモリ４２は、ＣＰＵ４３の制御により所定のデータを記憶する。
メモリ４２は、たとえば、ＲＡＭやＲＯＭなどにより構成されている。

図３（ｃ）は、図１に示したサーバ装置４のメモリ４２が記憶するデータを説明するための図である。
また、メモリ４２は、たとえば図３（ｃ）に示すように、生体情報Ｄ１、公開鍵ＰＫ１、乱数情報Ｄ２、ユーザ情報Ｄ３などのデータを関連付けて記憶する。
生体情報Ｄ１は、ＩＣカード２のユーザ（所有者）の生体情報を示すデータである。このデータは、たとえばＩＣカード２生成時に記憶される。
本実施形態ではメモリ４２は、たとえばユーザの複数の生体情報Ｄ１（Ｄ１−１〜５）を記憶する。
公開鍵ＰＫ１、乱数情報Ｄ２、ユーザ情報Ｄ３に関しては、上述したので説明を省略する。

ＣＰＵ４３は、サーバ装置４全体、詳細には送受信部４１、メモリ４２などの各構成要素を統括的に制御する。
また、ＣＰＵ４３は、たとえばメモリ４２が記憶するプログラムを実行することにより、本発明に係る機能を実現する。

ＣＰＵ４３は、詳細にはたとえば、送受信部４１を介して公開鍵の要求を示す信号を受信すると、メモリ４２から読み出した生体情報Ｄ１に基づいて、公開鍵暗号方式による公開鍵ＰＫ１を生成し、当該生成した公開鍵ＰＫ１を送受信部４１を介して要求元に送信する。
ＣＰＵ４３の詳細な動作については後述する。

図４は、図１に示したデータ処理システム１の動作の一具体例を説明するためのフローチャートである。図４を参照しながら、データ処理システム１の動作を簡単に説明する。
以下、リーダ／ライタ３およびサーバ装置４をデータ処理装置（第１のデータ処理装置に相当する）として簡単に説明する。
データ通信前には、ＩＣカード２のメモリ２３内に、生体情報Ｄ１が記憶されていない状態である。

ステップＳＴ１において、データ処理装置は、生体情報Ｄ１に応じて生成された公開鍵暗号方式による公開鍵ＰＫ１に基づいて、所定のデータを公開鍵暗号方式により暗号化して暗号データを生成する。

ステップＳＴ２において、データ処理装置は、生成した暗号データをＩＣカード２に送信する。

ステップＳＴ３において、ＩＣカード２のＣＰＵ２４は、送受信部２１を介してデータ処理装置から、その暗号データを受信する。

ステップＳＴ４において、読取部２２がユーザの生体情報Ｄ１を読み取り、読取結果を示す信号をＣＰＵ２４に出力する。

ステップＳＴ５において、ＣＰＵ２４は、読取部２２から受信した生体情報Ｄ１に基づいて、公開鍵暗号方式による公開鍵ＰＫ１に対応する秘密鍵ＳＫ１を生成する。

ステップＳＴ６において、ＣＰＵ２４は、生成した秘密鍵ＳＫ１に基づいて、データ処理装置から受信した暗号データを公開鍵暗号方式に対応する復号方式により復号する。

以上、説明したように、リーダ／ライタ３やサーバ装置４が、生体情報Ｄ１に応じて生成された公開鍵暗号方式による公開鍵ＰＫ１に基づいて、所定のデータを公開鍵暗号方式により暗号化して暗号データを生成し、ＩＣカード２が、読取部２２が読み取った生体情報Ｄ１に基づいて公開鍵暗号方式による公開鍵に対応する秘密鍵ＳＫ１を生成し、当該秘密鍵ＳＫ１に基づいて、リーダ／ライタ３やサーバ装置４から受信した暗号データを公開鍵暗号方式に対応する復号方式により復号するので、生体情報Ｄ１を用いてよりセキュリティ性の高いデータ通信を行うことができる。

また、データ通信前に、ＩＣカード２のメモリ２３内には生体情報Ｄ１が記憶されていない状態であり、一般的なＩＣカードのようにメモリに生体情報Ｄ１を記憶している装置と比べて、不正な第３者によりメモリ２３から生体情報Ｄ１を読み取られて悪用されることがなく、セキュリティ性が高い。

また、たとえばデータ通信初期時に、読取部２２が読み取った生体情報Ｄ１に基づいて秘密鍵ＳＫ１を生成するのでセキュリティ性が高い。
詳細には、たとえばＩＣカード２のユーザ（所有者）本人が、ＩＣカード２を使用する場合には、読取部２２が読み取った生体情報Ｄ１を基に生成した秘密鍵ＳＫ１により、その秘密鍵ＳＫ１に対応する予め登録している公開鍵ＰＫ１により暗号化された暗号データを適正に復号でき、たとえばＩＣカード２のユーザ以外の第３者がＩＣカード２の不正使用を試みる場合に、読取部２２が読み取った生体情報Ｄ１を基に生成した秘密鍵ＳＫ１では、暗号データを適正に復号できないので、セキュリティ性が高い。

また、たとえばリーダ／ライタ３に読取部を設けて、リーダ／ライタ３とＩＣカード間で生体情報を送受信するシステムと比べて、上述したようにリーダ／ライタ３とＩＣカード２間で生体情報Ｄ１を送受信せずに、データ通信を行うことができるのでセキュリティ性が高い。

図５は、図１に示したデータ処理システム１のより詳細な動作を説明するためのフローチャートである。
図５を参照しながら、図１に示したデータ処理システム１のより詳細な動作を、各構成要素の制御部（ＣＰＵ）の動作を中心に説明する。

たとえば登録機関が管理するホストコンピュータ５などにより、個人認証およびデータ通信の暗号化に使用する可能性のある複数の生体情報Ｄ１を読み出しておき（ＳＴ１１）、各生体情報Ｄ１を基に公開鍵暗号方式の秘密鍵ＳＫ１を生成し、各秘密鍵ＳＫ１に対応する公開鍵ＰＫ１を生成する（ＳＴ１２）。この公開鍵ＰＫ１は公開される。

この際、たとえばＩＣカード２の読取部２２が読み取った生体情報Ｄ１を、登録機関が管理するホストコンピュータ５に登録してもよい。
また、公開鍵ＰＫ１や秘密鍵ＳＫ１はＩＣカード２が生成してもよいし、ホストコンピュータ５が生成してもよい。また、リーダ／ライタ３やサーバ装置４が生成してもよい。

作成された公開鍵ＰＫ１は、たとえばホストコンピュータ５のサーバ装置４に全て公開し（ＳＴ１３）、サーバ装置４が公開鍵ＰＫ１を保存・管理する（ＳＴ１４）。
詳細には、サーバ装置４は、図３（ｃ）に示すように、公開された公開鍵ＰＫ１をメモリ４２に記憶する。

たとえば、ユーザがＩＣカード２を使用する場合、まず、ＩＣカード２のＣＰＵ２４が所定のデータ（乱数）を生成し（ＳＴ１５）、メモリ２３に格納されているユーザ情報Ｄ３を読み出して（ＳＴ１６）、その所定のデータ（乱数）およびユーザ情報Ｄ３をＩＣカード２の送受信部２１を介して、リーダ／ライタ３に送信する（ＳＴ１７）。

リーダ／ライタ３のＣＰＵ３３は、送受信部３１を介してＩＣカード２から、その所定のデータ（乱数）およびユーザ情報Ｄ３を受信すると、ホストコンピュータ５やサーバ装置４にアクセスして、ユーザ情報Ｄ３から必要な公開鍵ＰＫ１を全てサーバ装置４からダウンロードする。

詳細には、ＣＰＵ３３は、送受信部３１を介してＩＣカード２から、そのユーザ情報Ｄ３に対応する公開鍵ＰＫ１を要求する信号を、送受信部３１を介して送信する（ＳＴ１８）。
サーバ装置４のＣＰＵ４３は、送受信部４１を介してその要求を示す信号を受信すると、そのユーザ情報Ｄ３に対応する公開鍵ＰＫ１をメモリ４２から読み出して、送受信部４１を介して、リーダ／ライタ３に送信する（ＳＴ１９）。

リーダ／ライタ３のＣＰＵ３３は、ダウンロードした公開鍵ＰＫ１を用いて、受信した所定のデータ（乱数）を、全ての公開鍵ＰＫ１で暗号化し（ＳＴ２０）、各公開鍵ＰＫ１によって暗号化された全ての暗号データを、送受信部３１を介してＩＣカード２へ送信する（ＳＴ２１）。
つまり、リーダ／ライタ３のＣＰＵ３３は、公開鍵ＰＫ１に基づいて、ＩＣカード２から受信した所定のデータを公開鍵暗号方式により暗号化して暗号データを生成し、その暗号データを送受信部３１を介してＩＣカード２へ送信する。

ユーザは、公開鍵ＰＫ１作成時に秘密鍵ＳＫ１とした生体情報Ｄ１の中から、任意の生体情報Ｄ１を１つ選び、ＩＣカード２の読取部２２に読み取らせる（ＳＴ２２）。つまり、ＩＣカード２のＣＰＵ２４は、読取部２２がユーザの生体情報、たとえば指紋を読み取った結果を示す生体情報Ｄ１を受信する。

そして、ＩＣカード２のＣＰＵ２４は、送受信部２１を介して受信した暗号化されている全ての暗号データに対し、生体情報Ｄ１を用いて全てのデータを順番に復号し（ＳＴ２３）、送信した所定のデータ（乱数）と一致するものがあるかを確認（判断）する（ＳＴ２４，ＳＴ２５）。

たとえば、ＩＣカード２のＣＰＵ２４は、秘密鍵ＳＫ１に基づいて、リーダ／ライタ３から受信した暗号データを復号方式により復号して所定のデータを取得し、当該取得した所定のデータ（乱数）とリーダ／ライタ３に送信した所定のデータ（乱数）とを比較した結果、一致していると判断した場合にリーダ／ライタ３と所定のデータ通信を行い、一致していないと判断した場合にリーダ／ライタ３とのデータ通信を禁止する。

詳細には、ＩＣカード２のＣＰＵ２４は、秘密鍵ＳＫ１を用いて全ての暗号データを復号化し、送信した所定のデータ（乱数）と一致するデータがない場合は、他人が不正使用したと断定し、ＩＣカード１４にアクセス不可能（禁止）となる（ＳＴ２５，ＳＴ２６）。

一方、ＩＣカード２のＣＰＵ２４は、一致するデータがあると判断した場合に、カード所有者本人が使用したと判断し（ＳＴ２７）、ＩＣカード２とリーダ／ライタ３とが相互にアクセス可能とする。

また、ＩＣカード２のＣＰＵ２４は、一致したデータを送受信部２１を介してリーダ／ライタ３に送信することで（ＳＴ２８）、復号化して一致したデータが何であったかをリーダ／ライタ３に通知して、そのとき使用した公開鍵ＰＫ１が何であったかをリーダ／ライタ３に把握させる。

つまり、リーダ／ライタ３のＣＰＵ３３は、送受信部３１を介してその通知を受けて、その通知に基づいて複数のＰＫ１のうち、そのとき使用した公開鍵ＰＫ１を把握する（ＳＴ２９）。
リーダ／ライタ３のＣＰＵ３３は、その復号に使用した生体情報Ｄ１の対（対応する）となるＰＫ１を用いて所定のデータを暗号化して暗号データを生成し、送受信部３１を介してＩＣカード２に送信する（ＳＴ３０）。

ＩＣカード２のＣＰＵ２４は、送受信部２１を介して受信した暗号データに、先ほど読み取った生体情報Ｄ１に応じて生成した秘密鍵ＳＫ１を用いて復号する（ＳＴ３１）、そして以降、ＩＣカード２とリーダ／ライタ３間では通常の暗号通信を行い（ＳＴ３２）、通信の安全性を高める。

図６は、図１に示したデータ処理システム１の秘密鍵ＳＫ１および公開鍵ＰＫ１を生成する動作の一具体例を説明するためのフローチャートである。
図７は、データ処理システム１が、生体情報Ｄ１の一具体例として指紋データを採用した場合の動作を説明するための図である。

以下、図６，７を参照しながら、生体情報Ｄ１から公開鍵暗号方式の秘密鍵ＳＫ１および公開鍵ＰＫ１を生成する動作の一具体例を説明する。本具体例ではたとえば生体情報Ｄ１を指紋とし、公開鍵暗号方式にＲＳＡ（R. Rivest、A. Shamir、L. Adelman）公開鍵暗号方式を用いた場合を説明する。

ＩＣカード２の読取部２２として、たとえば図７に示すように、ＩＣカード２上でもサイズ的に実装が容易である静電容量タイプの指紋センサを用いる。
静電容量タイプの指紋センサは、指紋をコンデンサとし、指ｆと指紋センサ２０１間にたまった電荷の容量によって指紋情報を抽出する。
このとき抽出する静電容量は、図７に示すように、たとえば４段階で判定を行う（静電容量Ｃ１，Ｃ２，Ｃ３，Ｃ４）。

ステップＳＴ１０１において、読取部２２は、ユーザの指紋を所定回数、たとえばｎ回スキャンする。

ＩＣカード２は、たとえば図７に示すように、読取部２２が生体情報として抽出する指紋データを画像データとして数段階で数値化し、マトリックス状の量子化データとし、量子化されたマトリック状の画像データをビット列化する。

図８は、図１に示したデータ処理システム１のＩＣカード２の読取部２２が生体情報として指紋データを読み取る動作を説明するための図である。
詳細には、たとえば図８に示すように、データサイズとして縦６４ドット、横６４ドットの６４×６４＝４０９６で構成され、一つのドットが４値を持ち２ｂｉｔで表すことになるので、４０９６×２＝８１９２ｂｉｔのデータとなる。

図９は、図８に示した、指紋データをビット列データに変換する動作を説明するための図である。図１０は、図９に示したビット列データを説明するための図である。
図９に示すように、画像データの端部から１列ごとに順にビット列データに変換する。詳細にはたとえば図９に向かって左上のデータをＭＳＢ（Most significant bit）とし、上から順にビット列を並べ、右下のデータがＬＳＢ（Least significant bit）とする。
たとえば図１０に示すように、８１９２ｂｉｔのデータが抽出される。

ステップＳＴ１０２において、上述した読取部２２による抽出を繰り返し、詳細には上述した８１９２ｂｉｔの指紋データ抽出をｎ回繰り返し（ｎは任意の値）、平均値を求める。

図１１は、図６に示すステップＳＴ１０２の指紋データの平均値を算出する動作の一具体例を説明するためのフローチャートである。図１２〜１５は、指紋データの平均値を算出する動作の一具体例を説明するための図である。

ステップＳＴ２０１において、平均値の算出方法は、たとえば図１０，１２に示すように、ｎ個の指紋データのドット情報（２ｂｉｔ）同士を加算し、ｎで割る（乗算する）。この処理をすべてのドット情報で行う。

ステップＳＴ２０２において、たとえば図１３に示すように平均値のドット情報と各指紋データを比較し、所定値分平均値と差がある場合、具体的には３段階異なるドット情報があった場合、そのドット情報を削除する。

ステップＳＴ２０３において、たとえば図１４に示すように、削除後のデータから再度平均値を求める。
ステップＳＴ２０４において、たとえば図１５に示すように、平均値のドット情報と各指紋データを再度比較し、２段階異なるドット情報があった場合に削除する。
ステップＳＴ２０５において、削除後のデータから再度平均値を求める。
ステップＳＴ２０６において、最終的に算出された平均値を指紋データとする。

次に、図６に示すステップＳＴ１０３において、たとえば生体情報Ｄ１である指紋データと同じビット数、詳細には８１９２ｂｉｔの乱数（乱数情報Ｄ２）を生成する。
ステップＳＴ１０４において、生成した乱数（乱数情報Ｄ２）と最終的に算出された指紋データの平均値とに基づいて、たとえばＸＯＲ（exclusive OR：排他的論理和）を計算する。
ステップＳＴ１０５において、計算した結果が素数かどうかを判断し、素数でないと判断の場合にはステップＳＴ１０３の処理に戻り計算結果が素数になるまで乱数の生成を繰り返す。素数と判断した場合には、ステップＳＴ１０６の処理に進む。

ステップＳＴ１０６において、上述したステップＳＴ１０３〜ＳＴ１０５の処理により、素数を２つ生成する。
ステップＳＴ１０７において、ステップＳＴ１０６において生成した素数に基づいて、たとえばＲＳＡ公開暗号鍵の（素数ｐ，素数ｑ）として、ＲＳＡ公開鍵暗号方式の秘密鍵と公開鍵を生成する。

本実施形態に係るＲＳＡ公開鍵暗号方式を簡単に説明する。
具体的には、値ｎ＝素数ｐ×素数ｑ、および値λ（ｎ）＝ＬＣＭ（ｐ−１，ｑ−１）を計算する。ここでＬＣＭ（ａ，ｂ）はａ，ｂの最小公倍数を示す。
また、０以上λ（ｎ）未満の整数のうち、適当な値ｅを定める。この際値ｅは、ＧＣＤ（ｅ，λ（ｎ））＝１の関係がある。ここでＧＣＤ（ａ，ｂ）はａ，ｂの最小公倍数を示す。
また、ｄ＝１／ｅ ｍｏｄ λ（ｎ）を計算する。ここでｂ ｍｏｄ ｎは、０以上ｎ未満かつ、値ｂを値ｎで割ったあまりを示す値ａである。
ＲＳＡ公開鍵暗号方式において、公開鍵ＰＫ１は値ｅおよび値ｎであり、秘密鍵ＳＫ１は値ｄまたは（素数ｐ，素数ｑ）である。

平文ｍを暗号化する場合には、暗号データｃ＝ｍ＾ｅ ｍｏｄ ｎを演算する。
暗号データｃを復号する場合には、平文ｍ＝ｃ＾ｄ ｍｏｄ ｎを演算する。

以上、説明したように、ＩＣカード２は、読取部２２が読み取ったユーザの生体情報Ｄ１および乱数（乱数情報Ｄ２）に基づいて演算により複数の素数を生成し、複数の素数に基づいて秘密鍵ＳＫ１を生成し、リーダ／ライタ３やサーバ装置４（ホストコンピュータ５）は、生体情報Ｄ１と乱数情報Ｄ２に基づいて演算により得られた複数の素数に応じた公開鍵ＰＫ１を用いて、公開鍵暗号方式による暗号化を行うので、簡単な処理により、生体情報Ｄ１から公開鍵ＰＫ１および秘密鍵ＳＫ１を生成することができる。

また、生体情報として、ユーザの指紋を読み取った結果得られた複数の指紋データの平均値および乱数（乱数情報Ｄ２）に基づいて秘密鍵ＳＫ１および／または公開鍵ＰＫ１を生成するので、１個の指紋データを用いた場合と比べて、より高精度に公開鍵ＰＫ１や秘密鍵ＳＫ１を生成することができる。

詳細には、数値化された指紋データ（生体情報）の抽出を所定回数、たとえば数回行い、各指紋データの平均値を求め、平均値と離れた（所定値以上異なる）データを削除し、再度平均値を求め、最終的に算出された平均値を、抽出された指紋データ（生体情報）とするので、より高精度に公開鍵ＰＫ１や秘密鍵ＳＫ１を生成することができる。

また、リーダ／ライタ３やサーバ装置４は、ＩＣカード２のユーザに関するユーザ情報Ｄ３と、公開鍵ＰＫ１を関連付けて記憶するメモリ３２を含み、ＩＣカード２は、乱数（乱数情報Ｄ２）およびＩＣカード２のユーザに関するユーザ情報Ｄ３を記憶するメモリ２３を含み、データ通信初期時に、ＩＣカード２が、メモリ２３から読み出したユーザ情報Ｄ３および所定のデータをリーダ／ライタ３に送信し、リーダ／ライタ３が、ＩＣカード２から受信したユーザ情報Ｄ３に基づいて、メモリ３２から当該ユーザ情報Ｄ３に関連付けられた公開鍵ＰＫ１を読み出し、当該読み出した公開鍵ＰＫ１および受信した所定のデータに基づいて暗号データを生成するので、より、セキュリティが高くなる。

また、たとえば上述したように、複数個の指紋データ（生体情報）の平均値と、乱数に基づいて素数を算出し、その素数を基に公開鍵暗号方式による公開鍵ＰＫ１および秘密鍵ＳＫ１を生成したので、単純な処理により高速に公開鍵ＰＫ１および秘密鍵ＳＫ１を生成することができる。

また、カード生成時に、指紋から公開鍵ＰＫ１と秘密鍵ＳＫ１を生成し、公開鍵ＰＫ１を公開しておき、素数計算時に使用した乱数とユーザ情報Ｄ３を、ＩＣカード２のメモリ２３に記憶することで、より簡単に秘密鍵ＳＫ１を生成することができる。

また、上述した実施形態では、公開鍵暗号方式としてＲＳＡ公開鍵暗号方式を採用したが、この形態に限られるものではない。他の公開鍵暗号方式を用いてもよい。

〔他の具体例〕
以下、データ処理システム１の他の具体例を説明する。
たとえば予めＩＣカード２作成時に指紋を読み取り、上述した鍵生成方法で秘密鍵ＳＫ１と公開鍵ＰＫ１を作成しておき、公開鍵ＰＫ１をホストコンピュータ５のサーバ装置４に公開しておく。

素数計算時に使用した２つの乱数は、ＩＣカード２内のメモリ２３に保存しておく。
また、ユーザのＩＤ番号（ユーザ情報Ｄ３）をＩＣカード２内のメモリ２３に格納しておく。このＩＤ番号（ユーザ情報Ｄ３）を用いて、サーバ装置４から公開鍵ＰＫ１をダウンロードする。

ユーザは、ＩＣカード２を使用するとき、指紋登録した指を選んで、ＩＣカード２の読取部２２にあて、リーダ／ライタ３にＩＣカード２をかざす。
ＩＣカード２のＣＰＵ２４は乱数を生成し、メモリ２３に格納していたユーザＩＤ（ユーザ情報Ｄ３）と、生成した乱数をリーダ／ライタ３に送信する。
リーダ／ライタ３は、ユーザＩＤ（ユーザ情報Ｄ３）を基に、サーバ装置４から公開鍵ＰＫ１をダウンロードする。
リーダ／ライタ３は、公開鍵ＰＫ１を用いて、受信した乱数を暗号化し、暗号化されたデータをＩＣカード２に送信する。

ＩＣカード２のＣＰＵ２４は、読取部２２で読み出した指紋から、上述した鍵生成方法により秘密鍵ＳＫ１を作成する。
このとき素数計算時に使用した乱数は、カード登録時に使用した乱数を使用するので、メモリ２３に格納してあった乱数と抽出した指紋データの平均値とのＸＯＲを計算する。その後素数判定を行うので、登録時の指紋スキャンデータと、今回の指紋スキャン時のデータの不一致を起こしにくくなる。

続いて、ＩＣカード２のＣＰＵ２４は、受信した暗号化されたデータを復号する。公開鍵ＰＫ１で暗号化された乱数が、最初に送信した乱数と一致した場合は、正しいユーザが使用したと断定し個人認証が終了する。このとき、一致しなかった場合は、他人が使用したと断定し、この時点でリーダ／ライタ３との通信は終了する。

上述したように、生体情報Ｄ１をＩＣカード２内に保存することなく、生体情報を用いた本人確認が行え、本人の生体情報なしにはＩＣカード２を使用することができなくなる。
また、生体情報Ｄ１を用いた暗号化システムによって、本人の生体情報Ｄ１がなければデータを復号できないので、通信中のデータを不正に読み出したとしても、解読が不可能である。
さらに、予め登録しておいた複数の生体情報Ｄ１のうち、任意のものを選ぶことが可能であるので、生体情報Ｄ１による個人認証の利便性が向上し、個人認証時に使用される生体情報Ｄ１が毎回異なるので、安全性も向上する。

なお、本発明は本実施形態に限られるものではなく、任意好適な改変が可能である。

本実施形態では、リーダ／ライタ３と、サーバ装置４と、ホストコンピュータ５と、登録機関とを分けて説明したが、この形態に限られるものではない。たとえば、それぞれ１つのデータ処理装置により、本発明を実現してもよいし、それぞれ組み合わせて本発明を実現してもよい。

また、ＩＣカード２を用いて説明したがこの形態に限られるものではない。たとえば、パーソナルコンピュータ、携帯電話、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）、携帯型コンピュータ、可搬型コンピュータなど、本発明に係る機能を有するデータ処理装置であればよい。

また、本実施形態では生体情報として指紋データを用いたがこの形態に限られるものではない。たとえば、生体情報として、ユーザ固有の生体情報を示すデータであればよく、詳細には指紋データや、手のひらの血管の分布パターン、顔の画像や、声紋、瞳の虹彩パターンなどのデータであってもよい。

たとえば、ＩＣカードやリーダ／ライタ装置などのデータ処理装置間でデータ通信を行うデータ処理方法、データ処理システム、およびデータ処理装置に適用することができる。

本発明の一実施形態に係るデータ処理装置を採用したデータ処理システムの全体構成図である。 図１に示したデータ処理システム１のより詳細な全体構成図である。 図１に示したデータ処理システム１に係るデータを説明するための図である。（ａ）は図１に示したＩＣカード２のメモリ２３が記憶するデータを説明するための図である。（ｂ）は図１に示したリーダ／ライタ３のメモリ３２が記憶するデータを説明するための図である。（ｃ）は図１に示したサーバ装置４のメモリ４２が記憶するデータを説明するための図である。 図１に示したデータ処理システム１の動作の一具体例を説明するためのフローチャートである。 図１に示したデータ処理システム１のより詳細な動作を説明するためのフローチャートである。 図１に示したデータ処理システム１の秘密鍵ＳＫ１および公開鍵ＰＫ１を生成する動作の一具体例を説明するためのフローチャートである。 データ処理システム１が、生体情報Ｄ１の一具体例として指紋データを採用した場合の動作を説明するための図である。 図１に示したデータ処理システム１のＩＣカード２の読取部２２が生体情報として指紋データを読み取る動作を説明するための図である。 図８に示した、指紋データをビット列データに変換する動作を説明するための図である。 図９に示したビット列データを説明するための図である。 図６に示すステップＳＴ１０２の指紋データの平均値を算出する動作の一具体例を説明するためのフローチャートである。 指紋データの平均値を算出する動作の一具体例を説明するための図である。 指紋データの平均値を算出する動作の一具体例を説明するための図である。 指紋データの平均値を算出する動作の一具体例を説明するための図である。 指紋データの平均値を算出する動作の一具体例を説明するための図である。

符号の説明

１…データ処理システム１、２…ＩＣカード、３…リーダ／ライタ（Ｒ／Ｗ）、４…サーバ装置、５…ホストコンピュータ５、２１…送受信部、２２…生体情報読み取り部（読取部）、２３…メモリ（記憶装置）、２４…制御部（ＣＰＵ：Central processing unit）、２５…データ線、３１…送受信部、３２…メモリ、３３…ＣＰＵ（制御部）、３４…データ線、４１…送受信部、４２…メモリ、４３…ＣＰＵ（制御部）、４４…データ線、２０１…指紋センサ。

Claims (4)

1. 第１および第２のデータ処理装置間で公開鍵暗号方式を用いてデータ通信を行うデータ処理方法であって、
   前記第１のデータ処理装置が、予めユーザの生体情報に応じて生成された前記公開鍵暗号方式による公開鍵に基づいて、所定のデータを前記公開鍵暗号方式により暗号化して暗号データを生成し、当該暗号データを前記第２のデータ処理装置に送信する第１のステップと、
   前記第２のデータ処理装置が、前記ユーザの生体情報に基づいて前記公開鍵暗号方式による前記公開鍵に対応する秘密鍵を生成し、当該秘密鍵に基づいて、前記第１のデータ処理装置から受信した前記暗号データを前記公開鍵暗号方式に対応する復号方式により復号する第２のステップと、
   を有し、
   前記予め生成された公開鍵暗号方式による公開鍵および当該公開鍵に対応する秘密鍵は、
   ユーザの生体情報を所定回数読み取り、読み出した生体情報をビット列データに変換して前記所定回数分の平均値を算出する第３のステップと、
   前記第３のステップにおいて読み出した前記生体情報と同じビット数の乱数を生成し、前記第３のステップにおいて算出した前記平均値と排他的論理和を計算する第４のステップと、
   前記第４のステップにおいて計算した結果の値が素数であるか否かを判断し、素数でないと判断した場合は前記第４のステップを繰り返すことにより素数である結果の値を２つ生成し、それぞれを公開鍵および秘密鍵とする第５のステップと、
   により生成するデータ処理方法。
2. 前記第１のステップにおいて、前記第１のデータ処理装置が、前記公開鍵に基づいて、前記第２のデータ処理装置から受信した前記所定のデータを前記公開鍵暗号方式により暗号化して前記暗号データを生成し、
   前記第２のステップにおいて、前記第２のデータ処理装置が、前記秘密鍵に基づいて、前記第１のデータ処理装置から受信した前記暗号データを前記復号方式により復号して前記所定のデータを取得し、当該取得した所定のデータと前記第１のデータ処理装置に送信した前記所定のデータとを比較した結果、一致していると判断した場合に前記第１のデータ処理装置と所定のデータ通信を行い、一致していないと判断した場合に前記第１のデータ処理装置とのデータ通信を禁止する
   請求項１に記載のデータ処理方法。
3. 前記第１のデータ処理装置は、前記第２のデータ処理装置のユーザに関するユーザ情報と、前記公開鍵を関連付けて記憶する第１のメモリを含み、
   前記第２のデータ処理装置は、前記乱数および前記第２のデータ処理装置のユーザに関するユーザ情報を記憶する第２のメモリを含み、
   前記第１のステップの前に、前記第２のデータ処理装置が、前記第２のメモリから読み出した前記ユーザ情報および前記所定のデータを前記第１のデータ処理装置に送信するステップを有し、
   前記第１のステップにおいて、前記第１のデータ処理装置が、前記第２のデータ処理装置から受信した前記ユーザ情報に基づいて、前記第１のメモリから当該ユーザ情報に関連付けられた公開鍵を読み出し、当該読み出した公開鍵および前記受信した前記所定のデータに基づいて前記暗号データを生成する
   請求項１に記載のデータ処理方法。
4. 公開鍵暗号方式を用いてデータ通信を行う第１および第２のデータ処理装置を有するデータ処理システムであって、
   前記第１のデータ処理装置は、
   前記第２のデータ処理装置とデータ通信を行う第１の送受信部と、
   ユーザの生体情報に応じて予め生成された前記公開鍵暗号方式による公開鍵を記憶するメモリと、
   前記メモリが記憶する前記公開鍵に基づいて、所定のデータを前記公開鍵暗号方式により暗号化して暗号データを生成し、当該暗号データを前記第１の送受信部を介して前記第２のデータ処理装置に送信する第１の制御部と、
   を含み、
   前記第２のデータ処理装置は、
   前記第１のデータ処理装置とデータ通信を行う第２の送受信部と、
   前記第２のデータ処理装置のユーザの生体情報を読み取る読取部と、
   前記読取部が読み取った前記生体情報に基づいて前記公開鍵暗号方式による前記公開鍵に対応する秘密鍵を生成し、当該秘密鍵に基づいて、前記第１のデータ処理装置から前記第２の送受信部を介して受信した前記暗号データを前記公開鍵暗号方式に対応する復号方式により復号する第２の制御部と、
   を含み、
   前記予め生成された公開鍵暗号方式による公開鍵および当該公開鍵に対応する秘密鍵は、
   ユーザの生体情報を所定回数読み取り、読み出した生体情報をビット列データに変換して前記所定回数分の平均値を算出し、読み出した前記生体情報と同じビット数の乱数を生成し、前記算出した前記平均値との排他的論理和を計算し、計算した結果の値が素数であるか否かを判断し、素数でないと判断した場合は素数となるまで前記乱数の生成を繰り返すことにより素数である結果の値を２つ生成し、それぞれを公開鍵および秘密鍵とする データ処理システム。

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