JP5184442B2 - デジタル認証、暗号化、署名のためのシステムに用いられる方法 - Google Patents

Description

本発明は、一時的であるが矛盾がなく、繰り返し利用可能な暗号鍵を作成することによって、デジタル署名、暗号化、署名を行うシステムに用いられる方法に関する。

１ プリアンブル
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。

今日のシステムに関する課題のうちの一つに、ユーザーの認証が携帯端末に接続されていることが挙げられる。もし、許可を受けていない人がここにアクセスできた場合、商品及びサービスは購入され、装置の持ち主に料金が課金されてしまうことになる。

いわゆるスマートカードのような、より新しい形の認証／暗号化もまた、認証及び暗号をフィジカルデバイスにリンクさせるが、これらはカード内に保存されている個人的な暗号鍵に基づいて行われる。これらの装置も許可を受けていない人に手に渡ってしまったら、暗号鍵が露呈する恐れがあり、他人が装置の正規の所有権を請求することが可能となってしまう。

マーケット上の代替解決策として、携帯端末の代わりにセントラルユニットで慎重を期する情報を保存する方法が挙げられる。この種の解決策の弱点は、セントラルユニットへのオンライン接続が安全でなければならないことである。これにはコストがかかり、新しいセキュリティリスクを生じる可能性がある。更に、セントラルユニットにおいてセキュリティに攻撃を受け、すべての中央情報に悪影響が出たりすると、この種のシステムにとってはかなり深刻である。

特許文献１、特許文献２、特許文献３、特許文献４、及び非特許文献１には、関連技術（後に述べる）が記載されている。

国際公開第９９／６５１７５号パンフレット（ＷＯ−Ａ１ ９９６５１７５） 米国特許第６２１９７９４号 米国特許第５６８０４６０号 ドイツ特許第４２４３９０８号（ＤＥ４２４３９０８）

ｃｈａｐｔｅｒ ２２ ｉｎ ＩＣＳＡ Ｇｕｉｄｅ ｔｏ Ｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｙ，Ｒａｎｄａｌｌ Ｋ．Ｎｉｃｈｏｌｓ，ＭｃＧｒａｗ−Ｈｉｌｌ，１９９９

本発明の目的は、デジタル認証、暗号化及び署名のためのシステムに用いられる方法を提供することであり、このシステムにおいては、識別、独自の（ユニークな）符号（コード）あるいは暗号鍵といった、慎重を期する情報を決して保存することなく、ユーザーのセキュリティを高め、結果的に許可を受けていない人の手に渡ることを困難にするものである。

本発明は、特に、このシステムにおいて、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、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方法を提供するものである。

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において実行され、一人のユーザーによってアナログ入力として入力されるバイオメトリック鍵入力（１０１）の可変の特徴値ｆ（ｎ）を区別する方法であって、
Ａ） 前記鍵入力（１０１）のｎ個の適切な可変の特徴値ｆ（ｎ）を選択するステップと、
Ｂ） 前記ｆ（ｎ）の各特徴値に対して、異なるバイオメトリック鍵入力の特徴値が結果的に異なるインターバルになり、同じバイオメトリック鍵入力の特徴値が結果的に同じインターバルになるように、インターバルを定義するステップと、
Ｃ） 前記特徴値ｆ（ｎ）の繰り返しのｍ個のサンプル測定によって、平均値であるカッティングベクトルｆｍ（ｎ）を決定するステップと、
Ｄ） 前記特徴値ｆ（ｎ）の前記値ｆｍ（ｎ）と、それに最も近いインターバルの中間との差を示す訂正ベクトルｖ（ｎ）を決定し、各要素が、ｆｍ（ｎ）の対応する要素が位置するインターバルを特定するように、特徴ベクトルｆｑ（ｎ）を決定するステップと、
Ｅ） 次に行う特徴値区別処理に使用するために、前記訂正ベクトルｖ（ｎ）を適切なメモリに保存するステップとを含むことを特徴とする方法が得られる。

本発明によれば、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、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方法を得ることができる。

本発明による、デジタル認証、暗号化及び署名のためのシステムのブロック図である。 本発明による、無線ネットワークにおけるデジタル署名の一例を概略的に示した図である。 本発明で用いるコード計算機の一例を概略的に示した図である。 オールラウンドキー（マスターキー）によって使用される本発明の一例を概略的に示した図である。

本発明では、一時的であるが矛盾がなく、繰り返し利用可能なデジタル鍵が作成される。これらの鍵は各ユーザーとユニークに（独自に）接続されており、一組の入力パラメータ（そのうちの一つは、バイオメトリック入力である）によって作成される。これらの鍵は決して保存されることはないが、必要とされる間だけは一時的メモリに存在し、その時間は今日の技術では、ほんの一瞬にすぎない。

作成された鍵は、以下を含む数多くの目的に使用されるが、これに限定されるものではない。

・認証
・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。

暗号鍵とは、第三者には判読不可能で、許可を受けた人物には読取可能なメッセージを作成するために使用されるいかなる手段をも意味する。

メッセージあるいは文書とは、ここでは、送信者から送信されるあらゆる形式の情報として、可能な限り最も広義に解釈されるべきである。

認証とは、ユーザーその人が、自身の正当性を主張できる人であることを何らかの形で確認することを意味するものと解釈される。

デジタル署名とは、デジタル文書に署名をして、紙形式の同じ文書にペンで署名をすることによって生じる同じ権限を有するために、各人のアイデンティティに接続している鍵を使用することを意味する。

バイオメトリック入力とは、例えば指紋、網膜、ＤＮＡ、顔の輪郭や音声といった人物を特定できるいかなる形の入力をも意味するが、人物には唯一の特性であり、これまで商業的には使用されてこなかった他のバイオメトリック特性もまた、この定義に含まれる。

２ 既存の技術との比較
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。

従来の暗号化方法に共通している事実は以下のとおり：
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。

本発明の特徴は以下のとおり；
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生成するべきである。
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。

本発明は、公開鍵基盤（ＰＫＩ）や、ＲＳＡのような既に確立されて認識されている暗号化方法のための、既存の規格と組み合わせ可能な暗号化のシステム及び方法論を導入しており、この公開鍵暗号法は、一元化された国際科学団体によって数十年間テストされて、妥当性が確認されてきたアルゴリズムや方法に基づいているという利点がある。

従来の暗号化システムと比較すると、本発明は、決して秘密鍵を保存せずに、正しいユーザーのみがそれらを作成することが可能となっているので、ユーザーに対してより改良されたセキュリティを提供している。

バイオメトリを使用する従来の暗号化システムと比較すると、本発明は、プライバシー保護に関して他では基本とされているバイオ入力の保存を、どこにも保存する必要がないという利点がある。

以下は、本発明とは異なる、バイオメトリを使用する既存の技術についての説明である。

指紋による認証
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。

指紋によるデジタル文書への署名
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。

電子署名による許可制御
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。

バイオメトリックによる暗号化
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。

Ｂｏｄｏ
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。

３ 本発明によるシステムの説明
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。

図１は、アナログあるいはデジタルシステムを示しており、このシステムは、ユーザー入力を受信し、ソフトウェアあるいはハードウェアを通じて、暗号化及び署名されたメッセージを作成する。

このソリューションを実行するために必要とされるハードウェアは、現在マーケットに存在しているソリューションに基づいている。

このソリューションを実行するために必要とされるソフトウェア及びアルゴリズムは、既存の技術及びアルゴリズムに基づいている。

図面において、本発明は黒のフローチャート形式で図示されており、暗号鍵を作成するための基礎を形成している値が入力である場合、入力とハードウェア／ソフトウェア部分ＨＷ／ＳＷ、及び出力データごとに区別している（図の底部参照）。

入力
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１０２は、アナログあるいはデジタルユーザーコードを示している。これは基本的には英数字パスワードである。ユーザーは自由に選択することができるが、鍵が作成される時はいつでも同じパスワードが使用されなければならない。

参照符号１０４は、プリアンブルで規定されているようなデジタル文書を示している。

ＨＷ／ＳＷ
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。

このように、センサ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ことができる。

ＤＮＡがバイオメトリックデータとして使用される時は、装置１０５はサンプルのＤＮＡコードを提供する分析装置となり、データは、暗号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変換される。

鍵入力及びユーザーコードに加えて、システム入力１０３が設けられている。システム入力は製造中に、あるいは初期工程を介して、しばしばシステム内（一般的には携帯端末）に保存される。システム入力（１０３）は、使用している各ハードウェアのバージョンに特有な情報か、あるいは個々のユーザー独自の情報からなる。この例として、スマートカードのシリアルナンバーや、携帯電話のＰＵＫコード、保存されている任意のビットストリング、あるいはあまり神経を使わないユーザー特有の情報などが挙げられる。

装置１０６はユーザー主導において暗号鍵を作成する。作成された鍵は、
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。

装置１０６で作成された鍵は、デジタル署名／暗号化のための装置１０７で使用される。このような署名／暗号化の基本的な例としてはＲＳＡ公開鍵技術が挙げられるが、これは今日では、最もセキュリティ技術の高いものの一つとして考えられている。

出力データ
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 本発明の説明
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。

本発明の一般的な方法とは、
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。

４．２ 公開鍵暗号法
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。

ｂ）ユーザー開始
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。

ｃ）仕様
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。

４．３ 特徴の抽出
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。

しかしながら、本発明の前提条件は、アナログ入力１０１（鍵入力）における自然なバリエーションが、毎回異なった特徴を生成してはいけないということである。即ち、決定された特徴は、一つのサンプルが次のものへ自然なバリエーションしても、矛盾が無く、かつ繰り返し利用可能でなければならないということである。

この問題点の解決方法は２つある。一つは鍵入力における自然なバリエーションに対して本質的に強固である特徴を見出すことである。これが最も求められる方法である。もう一つは、アナログ信号を、再生可能なデジタル信号に変換するために数量化技術を用いることである。これを達成することにより、本発明を実行する際にさらに多くの特徴を使用することが可能となる。このような一般的な数量化技術は、４．５に記載されている。

４．４ 素数及び暗号鍵の生成
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。

ａ）出力が２つの独自のハッシュ値ｈ１及びｈ２であって、この双方が５１２ビットの長さを有するとき、ハッシュ関数を介してｆｑ（ｎ）を起動する。
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。

４．５ 可変アナログ信号から繰り返し使用可能なデジタル信号への変換
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。

例えば指紋画像といった、鍵入力全体を変換する代わりに、鍵入力の最も重要な特徴を示す特徴ベクトルを変換する。この特徴ベクトルは、鍵入力における自然なバリエーションに対して強固となるように、以下の方法に従って処理される。

ステップ１：事前分析
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。

ステップ２：ユーザー開始
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次に作成される時に利用可能となるように、ｖ（ｎ）を保存する。

ステップ３：変換
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。

４．６ 保存ｖ（ｎ）
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。

いずれにせよ、ｖ（ｋ）は本来の鍵入力あるいはユーザーの暗号鍵を復元する際に使用される情報を含まないことは特記に値する。ｖ（ｎ）を携帯端末に保存しても、ユーザーに対するセキュリティリスクを伴わないのである。

本発明では、作成された暗号鍵が公開鍵制度において使用されるような場合に、ｖ（ｎ）を保存する別の方法を提案している。以下に説明している方法を使用することによって、Ｖ（ｎ）及び／あるいは他の重要な情報を、システム内のセキュリティを低くすることなく公開鍵に統合することが可能である。以下の例では、ＲＳＡ公開鍵技術を使用している。

ステップ１：ユーザー開始
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。

ステップ２：秘密鍵の作成
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］。

４．７ 保存されたシステムの特性
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。

ユーザーが特定の携帯端末に依存することの利点は、不正使用者が実際に正当な携帯端末を入手できるかどうかに依存していることを考慮すると、セキュリティが高まる点である。

暗号鍵の作成において、保存されているシステムの特徴を利用するもう一つの利点は、入力情報の量が増加し、鍵入力（１０１）の独自の情報の必要性が減少することである。

５ 本発明の特徴
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
このような保存されている情報は、慎重を期するユーザーのバイオメトリ、あるいはユーザーの秘密鍵を見つけるために悪用される可能性がある。本発明は、慎重を期するいかなる情報も保存しないので、プライバシーの保護やセキュリティの点においては、これまでの公知技術より魅力的である。

５．２ ユーザー独立型携帯端末
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。

ユーザー独立型携帯端末は、ユーザーの観点からすれば非常に便利である。もし、人物Ａが携帯端末を無くしたり忘れたりした場合にでも、人物Ｂの携帯端末を借りて、Ａ自身が認証をおこなったり、あるいはデジタル署名を作成したりすることができる。

ユーザー独立型装置は、３に記載されているシステムに基づいて、以下の方法の一つを選択することによって製造される。

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。

５．３ 可変のセキュリティクリアランス
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。

提供されている異なったセキュリティレベルは、３に記載されている一つ以上の入力パラメータを組み合わせることによって達成される。以下に、入力パラメータの組み合わせ例をいくつか記載する。

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。

従来のシステムでは、一つ及び同じシステム内における、可変のセキュリティクリアランスを提案していない。

５．４ 複数のデジタル鍵のセット
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。

ユーザーは、一つ以上の入力パラメータを変化させることによって、異なった鍵セットを区別する。この例として、ユーザーが各鍵セットに対して一つのパスワードを持つ必要があることが挙げられる。そうでなければ、ユーザーは各鍵セットに対して一つの携帯装置を持つことになる。ユーザーはまた同時にいくつかの入力パラメータを変更することができるが、例えば、第２の鍵セットが右手の人指し指と、パスワード番号２、及び青い携帯電話に接続されている時に、左の人差し指、パスワード番号１、及び赤い携帯装置に独自に接続されている一つの鍵セットによって変更される。

従来のシステムには本発明と同じ可撓性がなく、この可撓性があれば、複数のデジタル鍵のセットを一つ及び同じシステム内に提供することが可能になる。

５．５ デジタル鍵セットにおける動的変更
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。

もしユーザーがパスワード、バイオメトリック入力、バイオメトリック入力からの特性を抽出する方法を変更したり、あるいはハードウェア装置を変更した場合に、鍵もまたこれに従って変化する。

もしユーザーが安全な方法でこの変更を中央のサーバーに伝えた場合、ユーザーは動的に一つ以上の鍵セットをアップデートすることができる。

実際これが使用されるのは、パスワードを変更したいと希望した時である。そうでなければ、携帯装置が壊れて、取り替えが必要になった時である。

中央に変更が伝えられる際、この伝達は安全な方法で行われることが重要である。安全なアップデートを確実するいくつかの公知技術がある。

そのうちの一つの技術は、友人間で分割される特別な秘密鍵を有するものである。この特別な秘密鍵が何人の友人間で分配されるか、そして実際にそれは誰かということは、ユーザーのみが知ることになる。従って、中央サーバーにおける鍵セットの変更を有効にするために必要とされる特別な秘密鍵を作成できるのは、ユーザーのみということになる。

従来のシステムでは、本発明によって提案されているような、鍵セット内で動的変更を提供することができない。

６ 例題システム１−無線ネットワークにおけるデジタル署名
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。

すべてのユーザーは、まず始めに中央のサーバーにＲＳＡ公開鍵を登録する。ＲＳＡ公開鍵は、ユーザーの携帯電話と一体化したハードウェア及びソフトウェア（図１に基づいて）によって、登録中に作成される。登録時にユーザーはまた、正当な権利者であることを証明するために、（従来の）他の形式で身元確認を作成する。

登録が実行されると、全てのユーザーは容易に入ることができ、同意書に署名することが可能になる。例えばユーザーは、インターネット上でローン申請書に書き込み、携帯電話上のストライプセンサ越しに指を動かすことによって署名する。ユーザーのＲＳＡ秘密鍵がその後装置１０６で作成され、それは、携帯電話内でソフトウェアが装置１０７のローン申請書に署名をするのにかかる、ほんのわずかな時間だけ存在する。その申請書は関連する公開鍵によって暗号化されて独自に処理されるが、この鍵は中央サーバー（図２参照）に行けばみつけることができる。

携帯電話同士、及び携帯電話と中央サーバーの間における、図２記載の無線接続は、ブルートゥース及び／あるいはＧＳＭである。この無線接続越しの通信は、セキュア・ソケット・レイヤ（ＳＳＬ）のような標準の暗号化技術をもちいて保護されている。

上述のシステムは従来のシステムよりも、より高いセキュリティを提供している。ユーザーのＲＳＡ秘密鍵はどこにも保存されないため、ユーザーが携帯電話を無くしても、紛失するようなことがない。従って、許可を受けていないユーザーが秘密鍵を作成するには、かなりのコストと手間がかかることがわかるであろう。更に、以下へのアクセスが必要となる。

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。

７ 例題システム２−コード計算機
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。

全てのユーザーは、図１による携帯端末を有しており、
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。

全てのユーザーは、まず初めに、携帯装置によって秘密の数字でもって銀行に登録される。この数字は１０１から１０３の入力に基づいて擬似乱数アルゴリズムから生成される。

この数字は、銀行以外にはどこにも保存されないが、銀行に対して自身の認証が必要となったときにはいつでも、ユーザーはオン・ザ・フライで、携帯装置内に作成することができる。これにより、許可を受けていない人物がユーザーの秘密の数字にアクセスするリスクが削減する。

ユーザーの認証は、正しい数字を有する人物のみが正しい応答をするような擬似課題を作成する銀行を介して執り行われる。これを行う数多くの方法が知られている。銀行にとって一つの簡単な例としては、ユーザーがその数にｘ、ｙ、ｚの桁数を提示するか調べることである（銀行は決して同じ数字を２度要求しない）。もしユーザーが正しい応答（出力１０８）をしたならば、ユーザーは認証される。

暗号化された接続とは、例えばセキュア・ソケット・レイヤ（ＳＳＬ）のような従来暗号化プロトコルによって暗号化された、固定されたあるいは無線接続を意味する。端末は、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）、携帯情報端末（ＰＤＡ）、あるいは携帯電話である。コード計算機は、１に記載されたシステムに基づく携帯装置である。端末がＰＤＡあるいは携帯電話であるとき、携帯装置は端末と一体化した部品となり得る。

８ 例題システム３−マスターキー
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。

マスターキーは図１記載のシステムに基づいており、
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。

マスターキー及び操作されるロック／スイッチは、いずれもブルートゥースのような技術に基づいた無線通信モジュールを有している。ロック／スイッチは認証を受けたユーザーのリストを含んでいる。

ユーザーが指紋センサを押してマスターキーを作動させる時、ユーザーのＲＳＡ公開鍵が送信される。もしロック／スイッチにおいて、ＲＳＡ公開鍵が登録ユーザーに適合した場合、ランダムテストコードがユーザーのＲＳＡ公開鍵（１０４）で暗号化されて、返送されてくる。ユーザーはＲＳＡ秘密鍵でそのテストコードを復号化し、それを戻す前にロック／スイッチのＲＳＡ公開鍵で暗号化する（出力１０８）。ロック／スイッチはＲＳＡ秘密鍵を有する応答を受信して復号化し、もし受信したテストコードが正しければ、ユーザーは認証される。

マスターキーは複数の人物で自由に共有して使用することが可能であるが、ユーザーのみが、認証を受けるためのロックを作動することができる。従って、オールラウンドキーという用語は、全てのロック及び全ての人物に対する鍵という意味である。

ユーザー特有の情報あるいはユーザーが認証されるためのロック／スイッチを含まないので、もしマスターキーが悪人の手に渡っても、リスクはない。

ロック／スイッチが認証を行わないようにする唯一の方法は、認証を受けたユーザーのＲＳＡ秘密鍵を見つけるように管理することであるが、これは非常に時間もお金もかかる。

ロック／スイッチの不正操作を更に難しくするために、ユーザーの鍵のペアを作成する過程において、指紋（１０８）に加えて、マスターキーのパスワード（１０２）及び／あるいはシリアルナンバー（１０３）も要求することが可能である。

９ 仕様
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。

本発明は、公開鍵インフラ（ＰＫＩ）の既存の規準と両立することができ、それゆえ、ＰＫＩが使用されるすべての場所で利用可能であり、あるいは、利用可能であると考えられる。

しかしながら、本発明の仕様ＰＫＩの分野に限定されるものではない。本発明は、認証が必要な状況において利用可能である。

以下は、明らかになっている仕様のリストである。

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 (3)

1. 認証、暗号化及び／あるいは署名のためのシステムにおいて実行され、一人のユーザーによって入力装置（１０５）にアナログ入力として入力されるバイオメトリック鍵入力（１０１）の可変の特徴値ｆ（ｎ）を区別する方法であって、
   Ａ） 前記鍵入力（１０１）のｎ個の適切な可変の特徴値ｆ（ｎ）を選択するステップと、
   Ｂ） 前記ｆ（ｎ）の各特徴値に対して、異なるバイオメトリック鍵入力の特徴値が結果的に異なるインターバルになり、同じバイオメトリック鍵入力の特徴値が結果的に同じインターバルになるように、インターバルを定義するステップと、
   Ｃ） 前記特徴値ｆ（ｎ）のｍ個のサンプルを繰り返し測定することによって、平均値であるカッティングベクトル値ｆｍ（ｎ）を決定するステップと、
   Ｄ） 前記特徴値ｆ（ｎ）の前記値ｆｍ（ｎ）と、それに最も近いインターバルの中間との差を示す訂正ベクトルｖ（ｎ）を決定し、前記訂正ベクトルｖ（ｎ）をメモリに保存し、次の処理に使用に備えるステップと、
   Ｅ) ｆｍ（ｎ）の対応する要素が位置付けられたインターバルを特定するように、特徴ベクトルｆｑ（ｎ）を決定するステップと、を含むことを特徴とする方法。
2. 請求項１に記載の方法において、
   前記保存するステップの次に行われる前記特徴値区別処理は、
   Ｆ） バイオメトリック鍵入力の前記特徴値ｆ（ｎ）を決定するステップと、
   Ｇ） 決定された前記特徴値ｆ（ｎ）を前記保存されている訂正ベクトルｖ（ｎ）に対応する大きさと方向に移し、ｆｖ（ｎ）＝ｆ（ｎ）＋ｖ（ｎ）を得、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特定するように、特徴ベクトルｆｑ（ｎ）を決定するステップとを、含むことを特徴とする方法。
3. 前記訂正ベクトルｖ（ｎ）を含む情報は、入力としてＰＵを有する予め規定されたグローバルな関数Ｙがｖ（ｎ）を生成する、Ｙ（ＰＵ）＝ｖ（ｎ）を満足するような、公開鍵ＰＵとして保存されることを特徴とする請求項１に記載の方法。

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