JP6151627B2 - 生体認証システム、生体認証方法およびコンピュータプログラム - Google Patents
生体認証システム、生体認証方法およびコンピュータプログラム Download PDFInfo
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Description
本発明は、生体認証システム、生体認証方法およびコンピュータプログラムに関する。
従来、Ｗｅｂサービス等で用いられているユーザ認証方式としてユーザの識別子（ＩＤ）とパスワードを用いたものが知られているが、このＩＤとパスワードを用いたユーザ認証方式は安全性や利便性の点で十分に要求に応えられなくなってきている。その要因として、パスワードの複雑性への要求が高度化している点と、個人が利用するＷｅｂサービスの数の増加が挙げられる。前者においては、端末の高性能化に伴い、パスワードの安全性を担保するために、パスワードに対して、大文字、小文字、数字、記号の組み合わせや８文字以上の長さなどが要求されているが、これにより、パスワードが複雑化し、ユーザの利便性が低下している。後者においては、個人が複数のＷｅｂサービスで同じＩＤやパスワードを使いまわすことにより、あるＷｅｂサービスのＩＤとパスワードが漏洩することによって、該漏洩したＩＤとパスワードにより他のＷｅｂサービスで不正ログインが可能になるという安全性の低下が問題視されている。
それらの問題から、ＩＤとパスワードを用いたユーザ認証方式の代替手段として、生体認証方式が注目されている。生体認証方式では、ユーザの記憶や所持に頼ることなく認証が可能であり、利便性が大きく向上すると考えられる。しかし、生体情報は変更不可の情報であり、もし登録された生体情報が漏洩しても、その漏洩した登録情報から元の生体情報を復元できなくする方法が必須の要件となる。一般に生体認証システムでは、入力された生体情報に対して何らかの処理を加えてデジタル化された生体情報（以下、テンプレートと称する）を生成し、該テンプレートを暗号化した登録テンプレートを保管している。そして、認証時には、登録テンプレートを復号して、認証時に入力されたユーザの生体情報から生成されたテンプレートと照合を行っている。この生体認証方法では、登録テンプレートの漏洩時に元の生体情報を復元することは困難であるが、認証時に登録テンプレートを復号するので元のテンプレートがメモリ上に展開されてしまうため、該メモリ上に在る元のテンプレートを入手することが可能であるという問題がある。
この問題に対処するための技術として、テンプレート保護技術がある。テンプレート保護技術では、生体情報をパラメータで変換し、認証時に元の生体情報に復元することなく、生体情報を変換したままの状態で照合することを可能にする。このテンプレート保護技術を用いることにより、認証時に登録テンプレートから元のテンプレートを入手することはできなくなる。
テンプレート保護技術として、バイオメトリック暗号方式とキャンセラブルバイオメトリクス方式が知られている（例えば、非特許文献１、２参照）。
バイオメトリック暗号方式では、パラメータとして公開鍵暗号方式の秘密鍵を使用して生体情報から登録テンプレートを作成し、登録テンプレートを保管しておく。そして、照合時には、登録テンプレートを逆変換することなく、照合時に入力されたユーザの生体情報から生成されたテンプレートとの照合を行い、照合結果からユーザの秘密鍵を復元し、ＰＫＩ（Public Key Infrastructure：公開鍵基盤）を用いて認証を行う。また、非特許文献２には、バイオメトリック暗号方式において生体情報をビット列で扱うことができる「Fuzzy Commitment Scheme」が記載されている。
キャンセラブルバイオメトリクス方式では、生体情報をパラメータで変換して登録テンプレートを作成し、登録テンプレートを保管しておく。そして、照合時には、登録テンプレートを逆変換することなく、照合時に入力されたユーザの生体情報から生成されたテンプレートとの照合を行う。
また、キャンセラブルバイオメトリクス方式に似たテンプレート保護技術として、ゼロ知識証明（Zero Knowledge Interactive Proof：ＺＫＩＰ）を用いた方式が知られている（例えば、非特許文献３、４参照）。ＺＫＩＰを用いた方式では、生体情報に対して乱数パラメータやその他合成数などを使用してコミットメントを行い、コミットメントを登録テンプレートとして保管しておく。そして、照合時には、登録テンプレートを使用して、照合時に入力されたユーザの生体情報に対して行われたコミットメントに対するＺＫＩＰを行う。この方式の場合、ＺＫＩＰの性質上、コミットメントの作成に必要な計算量の多さや通信量の多さといった実装する上でのデメリットのほか、ＺＫＩＰの制約により照合精度が低下するといったデメリットがある。しかし、コミットメントの性質から、登録テンプレートとパラメータが漏洩しても、元の生体情報を復元することはできないため、安全性は高いと言える。
N. K. Ratha, J. H. Connell, and R. Bolle. "Enhancing security and privacy in biometrics based authentication system." IBM Systems Journal, 40(3):614-634, 2001.
A. Juels and M. Wattenberg. "A fuzzy commitment scheme." In Sixth ACM Conference on Computer and Communication Security, pages 28-36. ACM Press, 1999.
尾形わかは，菊池浩明，西垣正勝，「リモートバイオメトリクス認証に有効な「近い」ことを示す零知識証明プロトコル」，情報理論とその応用シンポジウム（SITA2006）予稿集，pp.319-322，2006
永井慧，菊池浩明，尾形わかは，西垣正勝，「Zerobio-秘匿ニューラルネットワーク評価を用いた非対称指紋認証システムの開発と評価」，情報学処理学会論文誌，Vol.48，No.7，pp.2307-2318，2007
しかし、上述した従来のテンプレート保護技術では、以下に示す課題がある。
バイオメトリック暗号方式及びキャンセラブルバイオメトリクス方式では、テンプレートとパラメータの両方が漏洩した場合、元の生体情報が復元されてしまう危険性がある。このため、テンプレートだけでなく、パラメータも安全に保管しなければならない。従来の生体認証システムにおいて、パラメータの保管先としては、サーバやＩＣカードなどが使用されているが、それぞれ課題がある。
パラメータをサーバに保管する場合、パラメータと登録テンプレートをそれぞれ別個のサーバに保管したとしても、もし両方のサーバからそれぞれ漏洩したパラメータと登録テンプレートが入手されてしまうと、生体認証システムに登録されている全ユーザの生体情報が復元されてしまう恐れがある。一方、ＩＣカードにパラメータを保管する場合、ユーザがＩＣカードを所持しなければならないという利便性における課題がある。また、ＩＣカードの盗難時には、新規にパラメータを発行し、登録テンプレートを更新しなければならないが、そのためにはＩＣカード自体を再発行する必要がある。さらに、登録テンプレートが漏洩した場合には、全ユーザのパラメータを更新しなければならず、コストや利便性の面で課題がある。
ＺＫＩＰを用いた方式では、登録テンプレートとパラメータが漏洩しても元の生体情報を復元することはできない。しかしながら、照合時に、ＺＫＩＰを行うサーバへ送信されるコミットメントが全て取得されてしまうと、取得されたコミットメントを使用することにより不正に認証が成功してしまう恐れがある。
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、テンプレート保護技術を使用する際の安全性や利便性の向上を図ることができる生体認証システム、生体認証方法およびコンピュータプログラムを提供することを課題とする。
（１）本発明に係る生体認証システムは、通信事業者の無線通信ネットワークの加入者に対して発行されたＳＩＭカードと、前記ＳＩＭカードを使用して前記無線通信ネットワークに接続する端末装置と、前記端末装置と通信するサーバ装置と、を有し、前記端末装置から入力された生体情報に基づいて前記サーバ装置で認証を行う生体認証システムであり、テンプレート保護技術で使用されるパラメータを前記ＳＩＭカードで保管し、前記ＳＩＭカードに具備される共通鍵を使用して、前記ＳＩＭカードと前記端末装置の間で交換される前記パラメータの暗号化、又は、前記ＳＩＭカードと前記サーバ装置の間で交換される前記パラメータの暗号化を行う、ことを特徴とする。
（２）本発明に係る生体認証システムは、通信事業者の無線通信ネットワークの加入者に対して発行されたＳＩＭカードと、前記ＳＩＭカードを使用して前記無線通信ネットワークに接続する端末装置と、前記端末装置と通信するサーバ装置と、を有し、テンプレート保護技術としてバイオメトリック暗号方式を使用し、前記ＳＩＭカードは、自ＳＩＭカードで具備する共通鍵を使用して、前記バイオメトリック暗号方式のパラメータである自ＳＩＭカードの秘密鍵を暗号化し、暗号化秘密鍵を生成する暗号化部と、前記端末装置との間でデータを交換する端末インタフェース部と、前記共通鍵を使用して、前記端末装置から受信されたテンプレート照合結果データに対して復号を行う復号化部と、を有し、前記端末装置は、生体情報を入力する生体情報入力部と、前記ＳＩＭカードとの間でデータを交換するＳＩＭカードインタフェース部と、前記生体情報入力部から入力された登録生体情報と前記ＳＩＭカードから受信された暗号化秘密鍵を使用して登録テンプレートを作成する登録テンプレート作成部と、前記登録テンプレートを保持する記憶部と、前記生体情報入力部から入力された照合生体情報と前記記憶部に保持される登録テンプレートを照合する照合部と、を有し、該照合の結果として生成されたテンプレート照合結果データを前記ＳＩＭカードへ送信し、前記ＳＩＭカードは、前記テンプレート照合結果データに対する復号により得られた秘密鍵を使用して、前記端末装置を介して前記サーバ装置との間で公開鍵基盤を用いた認証を行う、ことを特徴とする。
（３）本発明に係る生体認証システムは、通信事業者の無線通信ネットワークの加入者に対して発行されたＳＩＭカードと、前記ＳＩＭカードを使用して前記無線通信ネットワークに接続する端末装置と、前記端末装置と通信するサーバ装置と、を有し、テンプレート保護技術としてキャンセラブルバイオメトリクス方式を使用し、前記端末装置は、生体情報を入力する生体情報入力部と、前記生体情報入力部から入力された生体情報に対して前処理を行う前処理部と、ＳＩＭカードとの間でデータを交換するＳＩＭカードインタフェース部と、を有し、前記ＳＩＭカードは、前記端末装置との間でデータを交換する端末インタフェース部と、自ＳＩＭカードに具備されるパラメータを使用して、テンプレート登録過程で前記端末装置から受信された前処理登録生体情報を変換し、登録テンプレートを作成する登録テンプレート作成部と、前記パラメータを使用して、テンプレート照合過程で前記端末装置から受信された前処理照合生体情報を変換し、被照合テンプレートを作成する被照合テンプレート作成部と、前記サーバ装置との間で共有される共通鍵を使用して、前記端末装置を介して前記サーバ装置から受信した暗号化一時乱数に対して復号を行う復号化部と、前記暗号化一時乱数に対する復号により得られた暗号化一時乱数復号結果データを使用して前記被照合テンプレートの変換を行い、変換被照合テンプレートを生成する変換部と、を有し、前記サーバ装置は、前記端末装置を介して前記ＳＩＭカードから受信した登録テンプレートを記憶する記憶部と、前記ＳＩＭカードとの間で共有される共通鍵を使用して一時乱数を暗号化し、暗号化一時乱数を生成する暗号化部と、前記暗号化部により生成された暗号化一時乱数の元の一時乱数を使用して、前記記憶部に保持される登録テンプレートの変換を行い、変換登録テンプレートを生成する変換部と、前記端末装置を介してＳＩＭカードから受信した変換被照合テンプレートと、前記変換登録テンプレートとの照合を行う照合部と、を有する、ことを特徴とする。
（４）本発明に係る生体認証システムは、通信事業者の無線通信ネットワークの加入者に対して発行されたＳＩＭカードと、前記ＳＩＭカードを使用して前記無線通信ネットワークに接続する端末装置と、前記端末装置と通信するサーバ装置と、を有し、テンプレート保護技術としてゼロ知識証明を用いた方式を使用し、前記端末装置は、生体情報を入力する生体情報入力部と、前記生体情報入力部から入力された生体情報に対して前処理を行う前処理部と、ＳＩＭカードとの間でデータを交換するＳＩＭカードインタフェース部と、を有し、前記ＳＩＭカードは、前記端末装置との間でデータを交換する端末インタフェース部と、自ＳＩＭカードに具備されるパラメータを使用して、テンプレート登録過程で前記端末装置から受信された前処理登録生体情報に対するコミットメントを生成し、生成したコミットメントを登録テンプレートとする登録コミットメント処理部と、前記パラメータを使用して、テンプレート照合過程で前記端末装置から受信された前処理照合生体情報に対するコミットメントを生成し、生成したコミットメントを被検証テンプレートとする被検証コミットメント処理部と、前記サーバ装置との間で共有される共通鍵を使用して、前記端末装置を介して前記サーバ装置から受信した暗号化一時乱数に対して復号を行う復号化部と、前記暗号化一時乱数に対する復号により得られた暗号化一時乱数復号結果データを使用して、前記被検証テンプレートの変換を行い、変換被検証テンプレートを生成する変換部と、を有し、前記サーバ装置は、前記端末装置を介して前記ＳＩＭカードから受信した登録テンプレートを記憶する記憶部と、前記ＳＩＭカードとの間で共有される共通鍵を使用して一時乱数を暗号化し、暗号化一時乱数を生成する暗号化部と、前記端末装置を介してＳＩＭカードから受信した変換被検証テンプレートに対する復元を行う復元部と、前記記憶部に保持される登録テンプレートを使用して、前記復元部による復元の結果として得られた変換被検証テンプレート復元結果データに対するゼロ知識証明を行うゼロ知識証明処理部と、を有する、ことを特徴とする。
（５）本発明に係る生体認証方法は、通信事業者の無線通信ネットワークの加入者に対して発行されたＳＩＭカードと、前記ＳＩＭカードを使用して前記無線通信ネットワークに接続する端末装置と、前記端末装置と通信するサーバ装置と、を有し、前記端末装置から入力された生体情報に基づいて前記サーバ装置で認証を行う生体認証システムの生体認証方法であり、テンプレート保護技術で使用されるパラメータを前記ＳＩＭカードで保管し、前記ＳＩＭカードに具備される共通鍵を使用して、前記ＳＩＭカードと前記端末装置の間で交換される前記パラメータの暗号化、又は、前記ＳＩＭカードと前記サーバ装置の間で交換される前記パラメータの暗号化を行う、ことを特徴とする。
（６）本発明に係るコンピュータプログラムは、通信事業者の無線通信ネットワークの加入者に対して発行されたＳＩＭカードと、前記ＳＩＭカードを使用して前記無線通信ネットワークに接続する端末装置と、前記端末装置と通信するサーバ装置と、を有し、テンプレート保護技術としてバイオメトリック暗号方式を使用し、前記端末装置から入力された生体情報に基づいて前記サーバ装置で認証を行う生体認証システムの前記ＳＩＭカードのコンピュータに、テンプレート保護技術で使用されるパラメータを前記ＳＩＭカードで保管するステップと、前記ＳＩＭカードに具備される共通鍵を使用して、前記ＳＩＭカードと前記端末装置の間で交換される前記パラメータの暗号化を行うステップと、を実行させるためのコンピュータプログラムであることを特徴とする。
（７）本発明に係るコンピュータプログラムは、通信事業者の無線通信ネットワークの加入者に対して発行されたＳＩＭカードと、前記ＳＩＭカードを使用して前記無線通信ネットワークに接続する端末装置と、前記端末装置と通信するサーバ装置と、を有し、テンプレート保護技術としてキャンセラブルバイオメトリクス方式またはゼロ知識証明を用いた方式を使用し、前記端末装置から入力された生体情報に基づいて前記サーバ装置で認証を行う生体認証システムの前記ＳＩＭカードのコンピュータに、テンプレート保護技術で使用されるパラメータを前記ＳＩＭカードで保管するステップと、前記ＳＩＭカードと前記サーバ装置との間で共有される共通鍵を使用して、前記ＳＩＭカードと前記サーバ装置の間で交換される前記パラメータの暗号化を行うステップと、を実行させるためのコンピュータプログラムであることを特徴とする。
（８）本発明に係るコンピュータプログラムは、通信事業者の無線通信ネットワークの加入者に対して発行されたＳＩＭカードと、前記ＳＩＭカードを使用して前記無線通信ネットワークに接続する端末装置と、前記端末装置と通信するサーバ装置と、を有し、テンプレート保護技術としてキャンセラブルバイオメトリクス方式またはゼロ知識証明を用いた方式を使用し、前記端末装置から入力された生体情報に基づいて前記サーバ装置で認証を行う生体認証システムの前記サーバ装置のコンピュータに、前記ＳＩＭカードと前記サーバ装置との間で共有される共通鍵を使用して、前記ＳＩＭカードと前記サーバ装置の間で交換される前記テンプレート保護技術で使用されるパラメータの暗号化を行うステップ、を実行させるためのコンピュータプログラムであることを特徴とする。
本発明によれば、テンプレート保護技術を使用する際の安全性や利便性の向上を図ることができるという効果が得られる。
以下、図面を参照し、本発明の実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る生体認証システム１の構成を示すブロック図である。図１において、生体認証システム１は、ＳＩＭカード（Subscriber Identity Module Card）１０と端末２０とサーバ３０を有する。ＳＩＭカード１０は端末２０に具備される。ＳＩＭカード１０は、通信事業者の無線通信ネットワーク（例えば携帯電話網など）の加入者に対して発行されたものである。ＳＩＭカード１０にアクセスするためには通信事業者の許可が必要である。これにより、ＳＩＭカード１０は耐タンパー性（Tamper Resistant）を有する。
図１は、本発明の一実施形態に係る生体認証システム１の構成を示すブロック図である。図１において、生体認証システム１は、ＳＩＭカード（Subscriber Identity Module Card）１０と端末２０とサーバ３０を有する。ＳＩＭカード１０は端末２０に具備される。ＳＩＭカード１０は、通信事業者の無線通信ネットワーク（例えば携帯電話網など）の加入者に対して発行されたものである。ＳＩＭカード１０にアクセスするためには通信事業者の許可が必要である。これにより、ＳＩＭカード１０は耐タンパー性（Tamper Resistant）を有する。
端末２０は、ＳＩＭカード１０を使用して該当する無線通信ネットワークに接続し、該無線通信ネットワークを介して通信を行うことができる。端末２０は、ＳＩＭカード１０に該当する無線通信ネットワークを介してサーバ３０とデータを送受する。端末２０は、スマートフォン等の携帯可能な携帯端末であってもよく、又は、据置き型の端末であってもよい。
以下、本実施形態に係る実施例を説明する。
実施例１では、テンプレート保護技術としてバイオメトリック暗号方式を使用する。図２は、本発明の実施例１に係るＳＩＭカード１０の構成例を示すブロック図である。図３は、本発明の実施例１に係る端末２０の構成例を示すブロック図である。図４は、本発明の実施例１に係るサーバ３０の構成例を示すブロック図である。
図２において、ＳＩＭカード１０は、公開鍵作成部１１と暗号化部１２と記憶部１３と復号化部１４と端末インタフェース部１５を有する。これら各部の間はデータを送受可能となっている。公開鍵作成部１１は、公開鍵暗号方式で使用される自ＳＩＭカード１０の秘密鍵に対応する公開鍵を作成する。該秘密鍵はＳＩＭカード１０で保管されている。暗号化部１２は、自ＳＩＭカード１０に具備される共通鍵を使用して秘密鍵を暗号化する。この暗号方式として、例えばＡＥＳ（Advanced Encryption Standard）暗号が挙げられる。記憶部１３はデータを記憶する。復号化部１４は、自ＳＩＭカード１０に具備される共通鍵を使用して暗号化データに対して復号を行う。端末インタフェース部１５は、端末２０との間でデータの送受を行う。
図３において、端末２０は、生体情報入力部２１と量子化部２２と登録テンプレート作成部２３と通信部２４と記憶部２５と照合部２６とＳＩＭカードインタフェース部２７を有する。これら各部の間はデータを送受可能となっている。生体情報入力部２１は生体情報の入力を行う。生体情報入力部２１は、生体情報（例えば指紋など）を取得する生体センサを具備するものであってもよく、又は、端末２０とは独立した生体センサから出力される生体情報を入力するものであってもよい。
量子化部２２は、生体情報入力部２１から入力された生体情報を量子化する。登録テンプレート作成部２３は登録テンプレートの作成を行う。通信部２４は、サーバ３０との間でデータを送受する。記憶部２５はデータを記憶する。照合部２６は、登録テンプレートとの照合を行う。ＳＩＭカードインタフェース部２７は、ＳＩＭカード１０との間でデータの送受を行う。
図４において、サーバ３０は、通信部３１と記憶部３２と認証部３３を有する。これら各部の間はデータを送受可能となっている。通信部３１は、端末２０との間でデータを送受する。記憶部３２はデータを記憶する。認証部３３はＰＫＩを用いた認証を行う。
次に、図５、図６を参照して、実施例１に係る生体認証システム１の動作を説明する。図５は、本発明の実施例１に係るテンプレート登録過程の手順を示すシーケンスチャートである。図６は、本発明の実施例１に係るテンプレート照合過程の手順を示すシーケンスチャートである。
まず図５を参照してテンプレート登録過程の動作を説明する。
（ステップＳ１０１） 端末２０はユーザＩＤをサーバ３０へ送信する。サーバ３０は端末２０から受信したユーザＩＤを記憶部３２に保持する。
（ステップＳ１０２） ＳＩＭカード１０は、公開鍵作成部１１により、自己の秘密鍵に対応する公開鍵を作成する。該作成された公開鍵は、ＳＩＭカード１０から端末２０を介してサーバ３０へ送信される。
（ステップＳ１０３） サーバ３０は、端末２０から受信した公開鍵を、当該端末２０から受信したユーザＩＤに関連付けて記憶部３２に保持する。
（ステップＳ１０２） ＳＩＭカード１０は、公開鍵作成部１１により、自己の秘密鍵に対応する公開鍵を作成する。該作成された公開鍵は、ＳＩＭカード１０から端末２０を介してサーバ３０へ送信される。
（ステップＳ１０３） サーバ３０は、端末２０から受信した公開鍵を、当該端末２０から受信したユーザＩＤに関連付けて記憶部３２に保持する。
（ステップＳ１０４） ＳＩＭカード１０は、暗号化部１２により、自ＳＩＭカード１０で具備する共通鍵を使用して秘密鍵を暗号化する。この暗号化される秘密鍵は、テンプレート保護技術におけるパラメータの役割を果たす。
（ステップＳ１０５） ＳＩＭカード１０は、ステップＳ１０４で暗号化された秘密鍵（暗号化秘密鍵）を端末２０へ送信する。
（ステップＳ１０５） ＳＩＭカード１０は、ステップＳ１０４で暗号化された秘密鍵（暗号化秘密鍵）を端末２０へ送信する。
（ステップＳ１０６） 端末２０は、生体情報入力部２１により、ユーザの生体情報を入力する。テンプレート登録過程で入力された生体情報のことを、登録生体情報と称する。
（ステップＳ１０７） 端末２０は、量子化部２２により、生体情報入力部２１から入力された登録生体情報を量子化する。
（ステップＳ１０８） 端末２０は、登録テンプレート作成部２３により、量子化部２２で量子化された登録生体情報とＳＩＭカード１０から受信した暗号化秘密鍵との排他的論理和の演算を行う。この排他的論理和演算部２３の演算結果は登録テンプレートとなる。
（ステップＳ１０９） 端末２０は、登録テンプレート作成部２３により作成された登録テンプレートを記憶部２５に保持する。
（ステップＳ１０７） 端末２０は、量子化部２２により、生体情報入力部２１から入力された登録生体情報を量子化する。
（ステップＳ１０８） 端末２０は、登録テンプレート作成部２３により、量子化部２２で量子化された登録生体情報とＳＩＭカード１０から受信した暗号化秘密鍵との排他的論理和の演算を行う。この排他的論理和演算部２３の演算結果は登録テンプレートとなる。
（ステップＳ１０９） 端末２０は、登録テンプレート作成部２３により作成された登録テンプレートを記憶部２５に保持する。
次に図６を参照してテンプレート照合過程の動作を説明する。
（ステップＳ１１１） 端末２０は、サーバ３０に対してユーザＩＤを提示する。
（ステップＳ１１２） サーバ３０は、端末２０から提示されたユーザＩＤに関連付けられている公開鍵を、記憶部３２から読みだして認証のために準備する。
（ステップＳ１１２） サーバ３０は、端末２０から提示されたユーザＩＤに関連付けられている公開鍵を、記憶部３２から読みだして認証のために準備する。
（ステップＳ１１３） 端末２０は、生体情報入力部２１により、ユーザの生体情報を入力する。テンプレート照合過程で入力された生体情報のことを、照合生体情報と称する。
（ステップＳ１１４） 端末２０は、量子化部２２により、生体情報入力部２１から入力された照合生体情報を量子化する。この量子化された照合生体情報は、被照合テンプレートとなる。
（ステップＳ１１４） 端末２０は、量子化部２２により、生体情報入力部２１から入力された照合生体情報を量子化する。この量子化された照合生体情報は、被照合テンプレートとなる。
（ステップＳ１１５） 端末２０は、照合部２６により、量子化部２２により作成された被照合テンプレートと記憶部２５に保持される登録テンプレートとの照合を行う。この照合の結果としてテンプレート照合結果データが生成される。このテンプレート照合結果データは、照合生体情報が登録生体情報に十分に近い場合には、正しい復号によってＳＩＭカード１０の秘密鍵を復元できるものである。その正しい復号とは、登録テンプレートの基の暗号化秘密鍵に係る暗号鍵である共通鍵を使用する復号のことである。
（ステップＳ１１６） 端末２０は、照合部２６で生成されたテンプレート照合結果データをＳＩＭカード１０へ送信する。
（ステップＳ１１７） ＳＩＭカード１０は、復号化部１４により、自ＳＩＭカード１０で具備する共通鍵を使用して、端末２０から受信したテンプレート照合結果データに対して復号を行う。
（ステップＳ１１７） ＳＩＭカード１０は、復号化部１４により、自ＳＩＭカード１０で具備する共通鍵を使用して、端末２０から受信したテンプレート照合結果データに対して復号を行う。
このとき、復号に使用された共通鍵が暗号化秘密鍵の暗号化に使用された共通鍵と異なる場合、正しく復号を行うことができないので、秘密鍵の復元に失敗する。これは、テンプレート登録過程で使用されたＳＩＭカード１０とは異なるＳＩＭカード１０がテンプレート照合過程で使用された結果であり、秘密鍵の復元に失敗することによって不正なテンプレート照合（例えば、なりすましによる不正なユーザ認証）を防止できる。
（ステップＳ１１８） ＳＩＭカード１０は、秘密鍵の復元に成功した場合、復元した秘密鍵を使用して、端末２０を介してサーバ３０（認証部３３）との間でＰＫＩを用いた認証を行う。
上述のバイオメトリック暗号方式を使用した実施例１によれば、以下に示す効果が得られる。
（１）バイオメトリック暗号方式では、登録テンプレートの作成に使用される秘密鍵（パラメータの役割を果たす）が漏洩した場合、生体認証のステップを全てスキップして不正な認証が行われる危険性がある。従来のバイオメトリック暗号方式では、ローカルでテンプレート照合過程が行われる場合、照合結果として秘密鍵が端末のメモリ上に復元されてしまうことにより、該メモリ上の秘密鍵が漏洩する恐れがある。これに対して、実施例１によれば、ＳＩＭカード１０で具備する共通鍵を使用して秘密鍵を暗号化し、端末２０には暗号化秘密鍵を供給することにより、従来のバイオメトリック暗号方式のように秘密鍵が漏洩することを防ぐことができる。これにより、バイオメトリック暗号方式における信頼性の向上を図ることができる。
（２）実施例１では、テンプレート登録過程において、暗号化秘密鍵と登録生体情報から登録テンプレートを作成する。そして、テンプレート照合過程において、照合生体情報（被照合テンプレート）と登録テンプレートとの照合の結果として得られたテンプレート照合結果データに対して、ＳＩＭカード１０で具備する共通鍵で復号を行う。ここで、テンプレート照合過程において、ユーザ本人のＳＩＭカード１０が使用されれば正しい共通鍵が復号に使用されるので秘密鍵の復元が成功するが、もしユーザ本人以外のＳＩＭカード１０が使用された場合には正しくない共通鍵が復号に使用されるので秘密鍵の復元が失敗する。これにより、なりすましによる不正なユーザ認証を防止できる。
実施例２では、テンプレート保護技術としてキャンセラブルバイオメトリクス方式を使用する。図７は、本発明の実施例２に係るＳＩＭカード１０の構成例を示すブロック図である。図８は、本発明の実施例２に係る端末２０の構成例を示すブロック図である。図９は、本発明の実施例２に係るサーバ３０の構成例を示すブロック図である。
図７において、ＳＩＭカード１０は、テンプレート作成部４１と変換部４２と記憶部４３と復号化部４４と端末インタフェース部４５を有する。これら各部の間はデータを送受可能となっている。テンプレート作成部４１は、ＳＩＭカード１０に具備されるパラメータを使用して生体情報のテンプレートの作成を行う。該パラメータはＳＩＭカード１０で保管されている。変換部４２は、データの変換を行う。記憶部４３はデータを記憶する。復号化部４４は、ＳＩＭカード１０に具備される共通鍵を使用して暗号化データに対して復号を行う。端末インタフェース部４５は、端末２０との間でデータの送受を行う。テンプレート作成部４１は登録テンプレート作成部および被照合テンプレート作成部に相当する。
図８において、端末２０は、生体情報入力部５１と前処理部５２と通信部５３と記憶部５４とＳＩＭカードインタフェース部５５を有する。これら各部の間はデータを送受可能となっている。生体情報入力部５１は生体情報の入力を行う。生体情報入力部５１は、生体情報（例えば指紋など）を取得する生体センサを具備するものであってもよく、又は、端末２０とは独立した生体センサから出力される生体情報を入力するものであってもよい。
前処理部５２は、生体情報入力部５１から入力された生体情報に対して前処理を行う。生体情報に対する前処理では、生体情報のばらつきを減らす処理や、個人の特徴を抽出する処理を行う。その前処理として、例えばフーリエ変換が挙げられる。生体センサから出力される生体情報は、同一人物から取得された生体情報であっても、一般にばらつきを有する。例えば、指紋情報を取得する指紋センサでは、同一人物から取得した指紋情報であっても、指紋センサに指を押し付ける角度や圧力の違い、又は測定時の環境の違いによって、異なる指紋情報が取得されることが一般的である。このため、指紋情報のばらつきを減らす前処理を行うことによって、指紋情報の確度を高める。また、指紋情報から個人の特徴を抽出する前処理を行うことによって、個人認証の精度を高める。
通信部５３は、サーバ３０との間でデータを送受する。記憶部５４はデータを記憶する。ＳＩＭカードインタフェース部５５は、ＳＩＭカード１０との間でデータの送受を行う。
図９において、サーバ３０は、通信部６１と記憶部６２と乱数発生部６３と暗号化部６４と変換部６５と照合部６６を有する。これら各部の間はデータを送受可能となっている。通信部６１は、端末２０との間でデータを送受する。記憶部６２はデータを記憶する。乱数発生部６３は、一時的に使用される乱数（一時乱数）を発生する。暗号化部６４は、乱数発生部６３により発生された一時乱数を暗号化する。変換部６５は、データの変換を行う。この変換部６５による変換は、ＳＩＭカード１０の変換部４２による変換と同じである。照合部６６は、登録テンプレートに関する照合を行う。
次に、図１０、図１１を参照して、実施例２に係る生体認証システム１の動作を説明する。図１０は、本発明の実施例２に係るテンプレート登録過程の手順を示すシーケンスチャートである。図１１は、本発明の実施例２に係るテンプレート照合過程の手順を示すシーケンスチャートである。
まず図１０を参照してテンプレート登録過程の動作を説明する。
（ステップＳ２０１） 端末２０はユーザＩＤをサーバ３０へ送信する。サーバ３０は端末２０から受信したユーザＩＤを記憶部６２に保持する。
（ステップＳ２０２） 端末２０は、生体情報入力部５１により、ユーザの生体情報を入力する。テンプレート登録過程で入力された生体情報のことを、登録生体情報と称する。
（ステップＳ２０３） 端末２０は、前処理部５２により、生体情報入力部５１から入力された登録生体情報に対して前処理を行う。
（ステップＳ２０４） 端末２０は、前処理部５２により前処理が行われた登録生体情報（前処理登録生体情報）をＳＩＭカード１０へ送信する。
（ステップＳ２０３） 端末２０は、前処理部５２により、生体情報入力部５１から入力された登録生体情報に対して前処理を行う。
（ステップＳ２０４） 端末２０は、前処理部５２により前処理が行われた登録生体情報（前処理登録生体情報）をＳＩＭカード１０へ送信する。
（ステップＳ２０５） ＳＩＭカード１０は、テンプレート作成部４１により、自ＳＩＭカード１０に具備されるパラメータを使用して、端末２０から受信した前処理登録生体情報を変換する。この前処理登録生体情報の変換結果は登録テンプレートとなる。
（ステップＳ２０６） ＳＩＭカード１０は、テンプレート作成部４１により作成された登録テンプレートを、端末２０を介してサーバ３０へ送信する。サーバ３０は、端末２０から受信した登録テンプレートを、当該端末２０から受信したユーザＩＤに関連付けて記憶部６２に保持する。
次に図１１を参照してテンプレート照合過程の動作を説明する。
（ステップＳ２１１） 端末２０は、サーバ３０に対してユーザＩＤを提示する。
（ステップＳ２１２） サーバ３０は、乱数発生部６３により一時乱数を発生する。
（ステップＳ２１２） サーバ３０は、乱数発生部６３により一時乱数を発生する。
（ステップＳ２１３） サーバ３０は、暗号化部６４により、乱数発生部６３で発生された一時乱数を、ＳＩＭカード１０との間で共有される共通鍵を使用して暗号化する。一時乱数の暗号化に使用される共通鍵は、事前に、サーバ３０とＳＩＭカード１０の間で共有される。この共通鍵の共有は、通信事業者サーバを介して行われる。具体的には、以下の手順１〜５で行われる。
手順１：サーバ３０と端末２０の間でユーザ認証を行う。
手順２：サーバ３０の生体認証アプリケーションと通信事業者サーバの間でユーザ認証を行い、サーバ３０の生体認証アプリケーションと通信事業者サーバの間で情報を共有し、サーバ３０と通信事業者サーバの間でサーバ認証を行う。
手順３：通信事業者サーバからサーバ３０の生体認証アプリケーションに対して認証トークンを発行する。
手順４：サーバ３０の生体認証アプリケーションから通信事業者サーバへ、コマンド（ＳＩＭカード１０に対する共通鍵の登録）と認証トークンを送信する。
手順５：通信事業者サーバにより、認証トークンの確認後に、端末２０に具備されるＳＩＭカード１０に対してコマンド（ＳＩＭカード１０に対する共通鍵の登録）を実行する。これにより、サーバ３０とＳＩＭカード１０の間で共通鍵が共有される。
手順１：サーバ３０と端末２０の間でユーザ認証を行う。
手順２：サーバ３０の生体認証アプリケーションと通信事業者サーバの間でユーザ認証を行い、サーバ３０の生体認証アプリケーションと通信事業者サーバの間で情報を共有し、サーバ３０と通信事業者サーバの間でサーバ認証を行う。
手順３：通信事業者サーバからサーバ３０の生体認証アプリケーションに対して認証トークンを発行する。
手順４：サーバ３０の生体認証アプリケーションから通信事業者サーバへ、コマンド（ＳＩＭカード１０に対する共通鍵の登録）と認証トークンを送信する。
手順５：通信事業者サーバにより、認証トークンの確認後に、端末２０に具備されるＳＩＭカード１０に対してコマンド（ＳＩＭカード１０に対する共通鍵の登録）を実行する。これにより、サーバ３０とＳＩＭカード１０の間で共通鍵が共有される。
（ステップＳ２１４） サーバ３０は、ステップＳ２１３で暗号化された一時乱数（暗号化一時乱数）を、端末２０を介してＳＩＭカード１０へ送信する。
（ステップＳ２１５） サーバ３０は、変換部６５により、ステップＳ２１４でＳＩＭカード１０へ送信された暗号化一時乱数の暗号化前の元の一時乱数を使用して、該当する端末２０から提示されたユーザＩＤに関連付けられて記憶部６２に保持される登録テンプレートの変換を行う。
（ステップＳ２１６） 端末２０は、生体情報入力部５１により、ユーザの生体情報を入力する。テンプレート照合過程で入力された生体情報のことを、照合生体情報と称する。
（ステップＳ２１７） 端末２０は、前処理部５２により、生体情報入力部５１から入力された照合生体情報に対して前処理を行う。
（ステップＳ２１８） 端末２０は、前処理部５２により前処理が行われた照合生体情報（前処理照合生体情報）をＳＩＭカード１０へ送信する。
（ステップＳ２１７） 端末２０は、前処理部５２により、生体情報入力部５１から入力された照合生体情報に対して前処理を行う。
（ステップＳ２１８） 端末２０は、前処理部５２により前処理が行われた照合生体情報（前処理照合生体情報）をＳＩＭカード１０へ送信する。
（ステップＳ２１９） ＳＩＭカード１０は、テンプレート作成部４１により、自ＳＩＭカード１０に具備されるパラメータを使用して、端末２０から受信した前処理照合生体情報を変換する。この前処理照合生体情報の変換結果は被照合テンプレートとなる。
（ステップＳ２２０） ＳＩＭカード１０は、復号化部４４により、サーバ３０との間で共有される共通鍵を使用して、端末２０を介してサーバ３０から受信した暗号化一時乱数に対して復号を行う。この復号の結果として暗号化一時乱数復号結果データが得られる。
（ステップＳ２２１） ＳＩＭカード１０は、変換部４２により、復号化部４４で得られた暗号化一時乱数復号結果データを使用して、テンプレート作成部４１で作成された被照合テンプレートの変換を行う。
（ステップＳ２２２） ＳＩＭカード１０は、変換部４２で変換された被照合テンプレート（変換被照合テンプレート）を、端末２０を介してサーバ３０へ送信する。
（ステップＳ２２１） ＳＩＭカード１０は、変換部４２により、復号化部４４で得られた暗号化一時乱数復号結果データを使用して、テンプレート作成部４１で作成された被照合テンプレートの変換を行う。
（ステップＳ２２２） ＳＩＭカード１０は、変換部４２で変換された被照合テンプレート（変換被照合テンプレート）を、端末２０を介してサーバ３０へ送信する。
（ステップＳ２２３） サーバ３０は、照合部６６により、端末２０を介してＳＩＭカード１０から受信した変換被照合テンプレートと、ステップＳ２１５で変換部６５により変換された登録テンプレート（変換登録テンプレート）との照合を行う。
このとき、ステップＳ２１５の登録テンプレート変換に使用された一時乱数と、ステップＳ２２１の被照合テンプレート変換に使用された暗号化一時乱数復号結果データとが異なる場合には、ステップＳ２２３の照合に失敗する。この要因として、サーバ３０で一時乱数の暗号化に使用された共通鍵と、ＳＩＭカード１０で暗号化一時乱数に対する復号に使用された共通鍵とが異なることが考えられるが、これは、テンプレート登録過程で使用されたＳＩＭカード１０とは異なるＳＩＭカード１０がテンプレート照合過程で使用された結果であり、変換被照合テンプレートと変換登録テンプレートとの照合に失敗することによって不正なテンプレート照合（例えば、なりすましによる不正なユーザ認証）を防止できる。
上述のキャンセラブルバイオメトリクス方式を使用した実施例２によれば、以下に示す効果が得られる。
（１）実施例２では、テンプレート照合過程の都度、サーバ３０で一時乱数を発生し、該一時乱数を使用して端末２０からサーバ３０へ送信される通信データ（被照合テンプレート）が変換される。これにより、テンプレート照合過程における端末２０とサーバ３０間の通信データの安全性を高めることができる。
（２）サーバ３０から端末２０へ一時乱数を送信する際に、ＳＩＭカード１０との間で共有される共通鍵を使用して一時乱数が暗号化されるので、ユーザ本人のＳＩＭカード１０が使用されれば正しい共通鍵が復号に使用されるので一時乱数の復元が成功するが、もしユーザ本人以外のＳＩＭカード１０が使用された場合には正しくない共通鍵が復号に使用されるので一時乱数の復元が失敗する。これにより、なりすましによる不正なユーザ認証を防止できる。
実施例３では、テンプレート保護技術としてゼロ知識証明を用いた方式を使用する。図１２は、本発明の実施例３に係るＳＩＭカード１０の構成例を示すブロック図である。図１３は、本発明の実施例３に係る端末２０の構成例を示すブロック図である。図１４は、本発明の実施例３に係るサーバ３０の構成例を示すブロック図である。
図１２において、ＳＩＭカード１０は、コミットメント処理部７１と変換部７２と記憶部７３と復号化部７４と端末インタフェース部７５を有する。これら各部の間はデータを送受可能となっている。コミットメント処理部７１は、ＳＩＭカード１０に具備されるパラメータを使用して、ゼロ知識証明におけるコミットメントを生成する処理を行う。該パラメータはＳＩＭカード１０で保管されている。コミットメントの生成に使用されるパラメータとして、例えば乱数パラメータやその他合成数などが挙げられる。変換部７２は、データの変換を行う。記憶部７３はデータを記憶する。復号化部７４は、ＳＩＭカード１０に具備される共通鍵を使用して、暗号化データに対して復号を行う。端末インタフェース部７５は、端末２０との間でデータの送受を行う。コミットメント処理部７１は登録コミットメント処理部および被検証コミットメント処理部に相当する。
図１３において、端末２０は、生体情報入力部８１と前処理部８２と通信部８３と記憶部８４とＳＩＭカードインタフェース部８５を有する。これら各部の間はデータを送受可能となっている。生体情報入力部８１は生体情報の入力を行う。生体情報入力部８１は、生体情報（例えば指紋など）を取得する生体センサを具備するものであってもよく、又は、端末２０とは独立した生体センサから出力される生体情報を入力するものであってもよい。
前処理部８２は、生体情報入力部８１から入力された生体情報に対して前処理を行う。この前処理部８２は、実施例２に係る図８の前処理部５２と同様に、生体情報に対する前処理として、生体情報のばらつきを減らす処理や、個人の特徴を抽出する処理を行う。通信部８３は、サーバ３０との間でデータを送受する。記憶部８４はデータを記憶する。ＳＩＭカードインタフェース部８５は、ＳＩＭカード１０との間でデータの送受を行う。
図１４において、サーバ３０は、通信部９１と記憶部９２と乱数発生部９３と暗号化部９４と復元部９５とゼロ知識証明処理部９６を有する。これら各部の間はデータを送受可能となっている。通信部９１は、端末２０との間でデータを送受する。記憶部９２はデータを記憶する。乱数発生部９３は一時乱数を発生する。暗号化部９４は、乱数発生部９３により発生された一時乱数を暗号化する。復元部９５は、変換データに対する復元を行う。この復元部９５による復元は、ＳＩＭカード１０の変換部７２により変換された変換データに対する復元である。ゼロ知識証明処理部９６は、ゼロ知識証明の処理を行う。
次に、図１５、図１６を参照して、実施例３に係る生体認証システム１の動作を説明する。図１５は、本発明の実施例３に係るテンプレート登録過程の手順を示すシーケンスチャートである。図１６は、本発明の実施例３に係るテンプレート照合過程の手順を示すシーケンスチャートである。
まず図１５を参照してテンプレート登録過程の動作を説明する。
（ステップＳ３０１） 端末２０はユーザＩＤをサーバ３０へ送信する。サーバ３０は端末２０から受信したユーザＩＤを記憶部９２に保持する。
（ステップＳ３０２） 端末２０は、生体情報入力部８１により、ユーザの生体情報を入力する。テンプレート登録過程で入力された生体情報のことを、登録生体情報と称する。
（ステップＳ３０３） 端末２０は、前処理部８２により、生体情報入力部８１から入力された登録生体情報に対して前処理を行う。
（ステップＳ３０４） 端末２０は、前処理部８２により前処理が行われた登録生体情報（前処理登録生体情報）をＳＩＭカード１０へ送信する。
（ステップＳ３０３） 端末２０は、前処理部８２により、生体情報入力部８１から入力された登録生体情報に対して前処理を行う。
（ステップＳ３０４） 端末２０は、前処理部８２により前処理が行われた登録生体情報（前処理登録生体情報）をＳＩＭカード１０へ送信する。
（ステップＳ３０５） ＳＩＭカード１０は、コミットメント処理部７１により、自ＳＩＭカード１０に具備されるパラメータを使用して、端末２０から受信した前処理登録生体情報に対するコミットメントを生成する。この前処理登録生体情報に対するコミットメントは登録テンプレートとなる。
（ステップＳ３０６） ＳＩＭカード１０は、コミットメント処理部７１により生成された登録テンプレートを、端末２０を介してサーバ３０へ送信する。サーバ３０は、端末２０から受信した登録テンプレートを、当該端末２０から受信したユーザＩＤに関連付けて記憶部９２に保持する。
次に図１６を参照してテンプレート照合過程の動作を説明する。
（ステップＳ３１１） 端末２０は、サーバ３０に対してユーザＩＤを提示する。
（ステップＳ３１２） サーバ３０は、乱数発生部９３により一時乱数を発生する。
（ステップＳ３１２） サーバ３０は、乱数発生部９３により一時乱数を発生する。
（ステップＳ３１３） サーバ３０は、暗号化部９４により、乱数発生部９３で発生された一時乱数を、ＳＩＭカード１０との間で共有される共通鍵を使用して暗号化する。一時乱数の暗号化に使用される共通鍵は、事前に、サーバ３０とＳＩＭカード１０の間で共有される。この共通鍵の共有の手順は、実施例２の手順１〜５と同様である。
（ステップＳ３１４） サーバ３０は、ステップＳ３１３で暗号化された一時乱数（暗号化一時乱数）を、端末２０を介してＳＩＭカード１０へ送信する。
（ステップＳ３１５） 端末２０は、生体情報入力部８１により、ユーザの生体情報を入力する。テンプレート照合過程で入力された生体情報のことを、照合生体情報と称する。
（ステップＳ３１６） 端末２０は、前処理部８２により、生体情報入力部８１から入力された照合生体情報に対して前処理を行う。
（ステップＳ３１７） 端末２０は、前処理部８２により前処理が行われた照合生体情報（前処理照合生体情報）をＳＩＭカード１０へ送信する。
（ステップＳ３１６） 端末２０は、前処理部８２により、生体情報入力部８１から入力された照合生体情報に対して前処理を行う。
（ステップＳ３１７） 端末２０は、前処理部８２により前処理が行われた照合生体情報（前処理照合生体情報）をＳＩＭカード１０へ送信する。
（ステップＳ３１８） ＳＩＭカード１０は、コミットメント処理部７１により、自ＳＩＭカード１０に具備されるパラメータを使用して、端末２０から受信した前処理照合生体情報に対するコミットメントを生成する。この前処理照合生体情報に対するコミットメントは被検証テンプレート（被検証コミットメント）となる。
（ステップＳ３１９） ＳＩＭカード１０は、復号化部７４により、サーバ３０との間で共有される共通鍵を使用して、端末２０を介してサーバ３０から受信した暗号化一時乱数に対して復号を行う。この復号の結果として暗号化一時乱数復号結果データが得られる。
（ステップＳ３２０） ＳＩＭカード１０は、変換部７２により、復号化部７４で得られた暗号化一時乱数復号結果データを使用して、コミットメント処理部７１で作成された被検証テンプレートの変換を行う。
（ステップＳ３２１） ＳＩＭカード１０は、変換部７２で変換された被検証テンプレート（変換被検証テンプレート）を、端末２０を介してサーバ３０へ送信する。
（ステップＳ３２０） ＳＩＭカード１０は、変換部７２により、復号化部７４で得られた暗号化一時乱数復号結果データを使用して、コミットメント処理部７１で作成された被検証テンプレートの変換を行う。
（ステップＳ３２１） ＳＩＭカード１０は、変換部７２で変換された被検証テンプレート（変換被検証テンプレート）を、端末２０を介してサーバ３０へ送信する。
（ステップＳ３２２） サーバ３０は、復元部９５により、端末２０を介してＳＩＭカード１０から受信した変換被検証テンプレートに対する復元を行う。この復元の結果として変換被検証テンプレート復元結果データが得られる。
（ステップＳ３２３） サーバ３０は、ゼロ知識証明処理部９６により、該変換被検証テンプレートに該当する端末２０から提示されたユーザＩＤに関連付けられて記憶部９２に保持される登録テンプレートを使用して、復元部９５で得られた変換被検証テンプレート復元結果データに対するゼロ知識証明を行う。
このとき、ステップＳ３２２での変換被検証テンプレートに対する復元が失敗していた場合には、ステップＳ３２３のゼロ知識証明に失敗する。この要因として、サーバ３０で一時乱数の暗号化に使用された共通鍵と、ＳＩＭカード１０で暗号化一時乱数に対する復号に使用された共通鍵とが異なることが考えられる。これは、サーバ３０における一時乱数の暗号化にはＳＩＭカード１０との間で共有される共通鍵が使用されることから、テンプレート登録過程で使用されたＳＩＭカード１０とは異なるＳＩＭカード１０がテンプレート照合過程で使用された結果である。これにより、変換被検証テンプレート復元結果データに対する登録テンプレートを使用したゼロ知識証明に失敗することによって、不正なテンプレート照合（例えば、なりすましによる不正なユーザ認証）を防止できる。
上述のゼロ知識証明を用いた方式を使用した実施例３によれば、以下に示す効果が得られる。
（１）従来のゼロ知識証明を用いた方式では、コミットメントが全て漏洩した場合、生体認証のステップを省いて不正な認証が行われる危険性がある。これに対して、実施例３によれば、テンプレート照合過程の都度、サーバ３０で一時乱数を発生し、該一時乱数を使用して端末２０からサーバ３０へ送信される通信データ（被検証テンプレート（被検証コミットメント））が変換される。これにより、テンプレート照合過程における端末２０とサーバ３０間の通信データの安全性を高め、コミットメントの推測を困難にすることができる。
（２）サーバ３０から端末２０へ一時乱数を送信する際に、ＳＩＭカード１０の共通鍵を使用して一時乱数が暗号化されるので、ユーザ本人のＳＩＭカード１０が使用されれば正しい共通鍵が復号に使用されるので一時乱数の復元が成功するが、もしユーザ本人以外のＳＩＭカード１０が使用された場合には正しくない共通鍵が復号に使用されるので一時乱数の復元が失敗する。これにより、なりすましによる不正なユーザ認証を防止できる。
上述した実施形態によれば、以下に示す効果が得られる。
（１）耐タンパー性を有するＳＩＭカード上にテンプレート保護技術で使用されるパラメータを安全に保管することができる。例えばスマートフォンのようにユーザが常時所持している携帯端末のＳＩＭカード上にテンプレート保護技術で使用されるパラメータを安全に保管することにより、ユーザがパラメータの管理をしなければならない煩わしさを軽減し利便性の向上を図ることができる。
（２）ＳＩＭカードに具備される共通鍵を使用してパラメータ（秘密鍵、一時乱数）の暗号化を行うことにより、端末のメモリ上にパラメータや登録テンプレート、被照合テンプレートがそのまま保持されることがない。これにより、端末のメモリ上のデータが漏洩しても、元の生体情報が復元されたり、テンプレートが不正に利用されたりすることを防止できる。
（３）ＳＩＭカードに具備される共通鍵を使用してパラメータ（秘密鍵、一時乱数）の暗号化を行うことにより、テンプレート照合過程における復号の成否によって、不正なテンプレート照合、例えばユーザ本人のＳＩＭカード以外のＳＩＭカードを使用したなりすましによる不正なユーザ認証などを防止できる。
なお、ＳＩＭロック環境下ではＳＩＭカードだけが盗難にあったとしても、ＳＩＭカード内の情報を使用することはできない。もしＳＩＭカードと端末のセットで盗難にあったとしても、一般的な生体認証の他人受入率に相当する脅威で収まる。
（４）仮に登録テンプレートが漏洩した場合には、各ＳＩＭカードに対して、通信事業者の無線通信ネットワークを通じて、新規に発行されたパラメータの更新を行うことができる。これにより、一般のＩＣカードでパラメータを保管する場合に比べて、コストや利便性の面で優れている。
以上、本発明の実施形態について図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、本発明は、スマートフォン等の携帯端末向けのアプリケーションやＷｅｂサービスの利用の際のユーザ認証に利用可能である。また、本発明に係るスマートフォン等の携帯端末を認証機として使用することにより、様々な分野のサービスに対して、生体認証特有の生体センサなどの設備を用意することなく、生体認証を導入することが可能となる。
また、上述した生体認証システム１を実現するためのコンピュータプログラムをコンピュータ読み取り可能な記録媒体に記録して、この記録媒体に記録されたプログラムをコンピュータシステムに読み込ませ、実行するようにしてもよい。なお、ここでいう「コンピュータシステム」とは、ＯＳや周辺機器等のハードウェアを含むものであってもよい。
また、「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、フレキシブルディスク、光磁気ディスク、ＲＯＭ、フラッシュメモリ等の書き込み可能な不揮発性メモリ、ＤＶＤ（Digital Versatile Disk）等の可搬媒体、コンピュータシステムに内蔵されるハードディスク等の記憶装置のことをいう。
さらに「コンピュータ読み取り可能な記録媒体」とは、インターネット等のネットワークや電話回線等の通信回線を介してプログラムが送信された場合のサーバやクライアントとなるコンピュータシステム内部の揮発性メモリ（例えばＤＲＡＭ（Dynamic Random Access Memory））のように、一定時間プログラムを保持しているものも含むものとする。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
また、上記プログラムは、このプログラムを記憶装置等に格納したコンピュータシステムから、伝送媒体を介して、あるいは、伝送媒体中の伝送波により他のコンピュータシステムに伝送されてもよい。ここで、プログラムを伝送する「伝送媒体」は、インターネット等のネットワーク（通信網）や電話回線等の通信回線（通信線）のように情報を伝送する機能を有する媒体のことをいう。
また、上記プログラムは、前述した機能の一部を実現するためのものであっても良い。さらに、前述した機能をコンピュータシステムにすでに記録されているプログラムとの組み合わせで実現できるもの、いわゆる差分ファイル（差分プログラム）であっても良い。
１…生体認証システム、１０…ＳＩＭカード、１１…公開鍵作成部、１２，６４，９４…暗号化部、１３，２５，３２，４３，５４，６２，７３，８４，９２…記憶部、１４…復号化部、１５，４５，７５…端末インタフェース部、２０…端末（端末装置）、２１，５１，８１…生体情報入力部、２２…量子化部、２３…登録テンプレート作成部、２４，３１，５３，６１，８３，９１…通信部、２６，６６…照合部、２７，５５，８５…ＳＩＭカードインタフェース部、３０…サーバ（サーバ装置）、３３…認証部、４１…テンプレート作成部（登録テンプレート作成部、被照合テンプレート作成部）、４２，６５，７２…変換部、４４，７４…復号化部、５２，８２…前処理部、６３，９３…乱数発生部、７１…コミットメント処理部（登録コミットメント処理部、被検証コミットメント処理部）、９５…復元部、９６…ゼロ知識証明処理部
Claims (8)
- 通信事業者の無線通信ネットワークの加入者に対して発行されたＳＩＭカードと、前記ＳＩＭカードを使用して前記無線通信ネットワークに接続する端末装置と、前記端末装置と通信するサーバ装置と、を有し、前記端末装置から入力された生体情報に基づいて前記サーバ装置で認証を行う生体認証システムであり、
テンプレート保護技術で使用されるパラメータを前記ＳＩＭカードで保管し、
前記ＳＩＭカードに具備される共通鍵を使用して、前記ＳＩＭカードと前記端末装置の間で交換される前記パラメータの暗号化、又は、前記ＳＩＭカードと前記サーバ装置の間で交換される前記パラメータの暗号化を行う、
ことを特徴とする生体認証システム。 - 通信事業者の無線通信ネットワークの加入者に対して発行されたＳＩＭカードと、前記ＳＩＭカードを使用して前記無線通信ネットワークに接続する端末装置と、前記端末装置と通信するサーバ装置と、を有し、
テンプレート保護技術としてバイオメトリック暗号方式を使用し、
前記ＳＩＭカードは、
自ＳＩＭカードで具備する共通鍵を使用して、前記バイオメトリック暗号方式のパラメータである自ＳＩＭカードの秘密鍵を暗号化し、暗号化秘密鍵を生成する暗号化部と、
前記端末装置との間でデータを交換する端末インタフェース部と、
前記共通鍵を使用して、前記端末装置から受信されたテンプレート照合結果データに対して復号を行う復号化部と、を有し、
前記端末装置は、
生体情報を入力する生体情報入力部と、
前記ＳＩＭカードとの間でデータを交換するＳＩＭカードインタフェース部と、
前記生体情報入力部から入力された登録生体情報と前記ＳＩＭカードから受信された暗号化秘密鍵を使用して登録テンプレートを作成する登録テンプレート作成部と、
前記登録テンプレートを保持する記憶部と、
前記生体情報入力部から入力された照合生体情報と前記記憶部に保持される登録テンプレートを照合する照合部と、を有し、該照合の結果として生成されたテンプレート照合結果データを前記ＳＩＭカードへ送信し、
前記ＳＩＭカードは、前記テンプレート照合結果データに対する復号により得られた秘密鍵を使用して、前記端末装置を介して前記サーバ装置との間で公開鍵基盤を用いた認証を行う、
ことを特徴とする生体認証システム。 - 通信事業者の無線通信ネットワークの加入者に対して発行されたＳＩＭカードと、前記ＳＩＭカードを使用して前記無線通信ネットワークに接続する端末装置と、前記端末装置と通信するサーバ装置と、を有し、
テンプレート保護技術としてキャンセラブルバイオメトリクス方式を使用し、
前記端末装置は、
生体情報を入力する生体情報入力部と、
前記生体情報入力部から入力された生体情報に対して前処理を行う前処理部と、
ＳＩＭカードとの間でデータを交換するＳＩＭカードインタフェース部と、を有し、
前記ＳＩＭカードは、
前記端末装置との間でデータを交換する端末インタフェース部と、
自ＳＩＭカードに具備されるパラメータを使用して、テンプレート登録過程で前記端末装置から受信された前処理登録生体情報を変換し、登録テンプレートを作成する登録テンプレート作成部と、
前記パラメータを使用して、テンプレート照合過程で前記端末装置から受信された前処理照合生体情報を変換し、被照合テンプレートを作成する被照合テンプレート作成部と、
前記サーバ装置との間で共有される共通鍵を使用して、前記端末装置を介して前記サーバ装置から受信した暗号化一時乱数に対して復号を行う復号化部と、
前記暗号化一時乱数に対する復号により得られた暗号化一時乱数復号結果データを使用して前記被照合テンプレートの変換を行い、変換被照合テンプレートを生成する変換部と、を有し、
前記サーバ装置は、
前記端末装置を介して前記ＳＩＭカードから受信した登録テンプレートを記憶する記憶部と、
前記ＳＩＭカードとの間で共有される共通鍵を使用して一時乱数を暗号化し、暗号化一時乱数を生成する暗号化部と、
前記暗号化部により生成された暗号化一時乱数の元の一時乱数を使用して、前記記憶部に保持される登録テンプレートの変換を行い、変換登録テンプレートを生成する変換部と、
前記端末装置を介してＳＩＭカードから受信した変換被照合テンプレートと、前記変換登録テンプレートとの照合を行う照合部と、を有する、
ことを特徴とする生体認証システム。 - 通信事業者の無線通信ネットワークの加入者に対して発行されたＳＩＭカードと、前記ＳＩＭカードを使用して前記無線通信ネットワークに接続する端末装置と、前記端末装置と通信するサーバ装置と、を有し、
テンプレート保護技術としてゼロ知識証明を用いた方式を使用し、
前記端末装置は、
生体情報を入力する生体情報入力部と、
前記生体情報入力部から入力された生体情報に対して前処理を行う前処理部と、
ＳＩＭカードとの間でデータを交換するＳＩＭカードインタフェース部と、を有し、
前記ＳＩＭカードは、
前記端末装置との間でデータを交換する端末インタフェース部と、
自ＳＩＭカードに具備されるパラメータを使用して、テンプレート登録過程で前記端末装置から受信された前処理登録生体情報に対するコミットメントを生成し、生成したコミットメントを登録テンプレートとする登録コミットメント処理部と、
前記パラメータを使用して、テンプレート照合過程で前記端末装置から受信された前処理照合生体情報に対するコミットメントを生成し、生成したコミットメントを被検証テンプレートとする被検証コミットメント処理部と、
前記サーバ装置との間で共有される共通鍵を使用して、前記端末装置を介して前記サーバ装置から受信した暗号化一時乱数に対して復号を行う復号化部と、
前記暗号化一時乱数に対する復号により得られた暗号化一時乱数復号結果データを使用して、前記被検証テンプレートの変換を行い、変換被検証テンプレートを生成する変換部と、を有し、
前記サーバ装置は、
前記端末装置を介して前記ＳＩＭカードから受信した登録テンプレートを記憶する記憶部と、
前記ＳＩＭカードとの間で共有される共通鍵を使用して一時乱数を暗号化し、暗号化一時乱数を生成する暗号化部と、
前記端末装置を介してＳＩＭカードから受信した変換被検証テンプレートに対する復元を行う復元部と、
前記記憶部に保持される登録テンプレートを使用して、前記復元部による復元の結果として得られた変換被検証テンプレート復元結果データに対するゼロ知識証明を行うゼロ知識証明処理部と、を有する、
ことを特徴とする生体認証システム。 - 通信事業者の無線通信ネットワークの加入者に対して発行されたＳＩＭカードと、前記ＳＩＭカードを使用して前記無線通信ネットワークに接続する端末装置と、前記端末装置と通信するサーバ装置と、を有し、前記端末装置から入力された生体情報に基づいて前記サーバ装置で認証を行う生体認証システムの生体認証方法であり、
テンプレート保護技術で使用されるパラメータを前記ＳＩＭカードで保管し、
前記ＳＩＭカードに具備される共通鍵を使用して、前記ＳＩＭカードと前記端末装置の間で交換される前記パラメータの暗号化、又は、前記ＳＩＭカードと前記サーバ装置の間で交換される前記パラメータの暗号化を行う、
ことを特徴とする生体認証方法。 - 通信事業者の無線通信ネットワークの加入者に対して発行されたＳＩＭカードと、前記ＳＩＭカードを使用して前記無線通信ネットワークに接続する端末装置と、前記端末装置と通信するサーバ装置と、を有し、テンプレート保護技術としてバイオメトリック暗号方式を使用し、前記端末装置から入力された生体情報に基づいて前記サーバ装置で認証を行う生体認証システムの前記ＳＩＭカードのコンピュータに、
テンプレート保護技術で使用されるパラメータを前記ＳＩＭカードで保管するステップと、
前記ＳＩＭカードに具備される共通鍵を使用して、前記ＳＩＭカードと前記端末装置の間で交換される前記パラメータの暗号化を行うステップと、
を実行させるためのコンピュータプログラム。 - 通信事業者の無線通信ネットワークの加入者に対して発行されたＳＩＭカードと、前記ＳＩＭカードを使用して前記無線通信ネットワークに接続する端末装置と、前記端末装置と通信するサーバ装置と、を有し、テンプレート保護技術としてキャンセラブルバイオメトリクス方式またはゼロ知識証明を用いた方式を使用し、前記端末装置から入力された生体情報に基づいて前記サーバ装置で認証を行う生体認証システムの前記ＳＩＭカードのコンピュータに、
テンプレート保護技術で使用されるパラメータを前記ＳＩＭカードで保管するステップと、
前記ＳＩＭカードと前記サーバ装置との間で共有される共通鍵を使用して、前記ＳＩＭカードと前記サーバ装置の間で交換される前記パラメータの暗号化を行うステップと、
を実行させるためのコンピュータプログラム。 - 通信事業者の無線通信ネットワークの加入者に対して発行されたＳＩＭカードと、前記ＳＩＭカードを使用して前記無線通信ネットワークに接続する端末装置と、前記端末装置と通信するサーバ装置と、を有し、テンプレート保護技術としてキャンセラブルバイオメトリクス方式またはゼロ知識証明を用いた方式を使用し、前記端末装置から入力された生体情報に基づいて前記サーバ装置で認証を行う生体認証システムの前記サーバ装置のコンピュータに、
前記ＳＩＭカードと前記サーバ装置との間で共有される共通鍵を使用して、前記ＳＩＭカードと前記サーバ装置の間で交換される前記テンプレート保護技術で使用されるパラメータの暗号化を行うステップ、
を実行させるためのコンピュータプログラム。
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