JP6492141B2 - Vector conversion system and vector conversion method - Google Patents
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本発明はベクトル変換システム及びベクトル変換方法に関する。 The present invention relates to a vector conversion system and a vector conversion method.
電子署名は、電子文書に対する偽造・改ざんの防止や、個人認証を目的として、広く利用されている。従来、電子署名はあらかじめ秘密鍵と公開鍵のペアを生成しておき、これを保存しておく。特に秘密鍵は署名者のみが利用でき、他者に対しては秘密となるよう、一般的にはICカード等に格納して署名者自身が管理する。署名者は任意の電子文書に対して、秘密鍵を利用して署名を生成することができ、検証者は公開鍵を用いて署名と電子文書の組が正しい(偽造・改ざんされていない)事を検証することができる。このような電子署名のアルゴリズムとしては、例えばRSA、 DSA、 Schnorr署名などがあり、これを利用してPKI(Public Key Infrastructure)が構築される。 Electronic signatures are widely used for the purpose of preventing forgery and falsification of electronic documents and for personal authentication. Conventionally, a digital key has a private key / public key pair generated in advance and stored. In particular, the secret key can be used only by the signer, and is generally stored in an IC card or the like and managed by the signer so that it is secret from others. The signer can generate a signature for any electronic document using the private key, and the verifier can use the public key to verify that the signature / electronic document pair is correct (not forged or falsified). Can be verified. Examples of such digital signature algorithms include RSA, DSA, and Schnorr signatures, and a PKI (Public Key Infrastructure) is constructed using the algorithms.
しかしながらPKIなど、電子署名を使ったシステムを安全に運用するためには、署名を生成するための秘密鍵が、正規の署名者のみによって使用できるようにし、他人が不正に利用することを防ぐための「鍵管理」の仕組みが必要となる。このためICカードなどの耐タンパ装置に格納して署名者が安全に保管したり、パスワードによって秘密鍵を保護するなどの対策が必要となる。しかしICカードやパスワードは、盗用や推測によって他人でも利用可能なため十分安全とは言えず、また鍵管理に伴う煩雑な運用によって、ユーザビリティが低下したり、運用コストが大きくなるという問題がある。 However, in order to safely operate a system that uses electronic signatures such as PKI, the private key used to generate the signature can be used only by a legitimate signer to prevent unauthorized use by others. A "key management" mechanism is required. For this reason, it is necessary to take measures such as storing it in a tamper-proof device such as an IC card and keeping it safely by the signer, or protecting the secret key with a password. However, IC cards and passwords cannot be said to be sufficiently secure because they can be used by others by theft or guessing, and there are problems that usability is reduced and operational costs are increased due to complicated operations associated with key management.
署名者の生体情報そのものを秘密鍵として利用可能とする電子署名方式(生体署名:Biometric Signature)が、特許文献1に記載されている。特許文献1に記載の技術では、指紋や静脈といった人間が固有に持つ生体情報を秘密鍵としている。また生体情報から暗号システムに利用可能な秘密鍵を生成する技術が、非特許文献1に記載されている。 Patent Document 1 discloses an electronic signature method (Biometric Signature) in which biometric information of a signer itself can be used as a secret key. In the technique described in Patent Document 1, biometric information unique to humans such as fingerprints and veins is used as a secret key. Also, Non-Patent Document 1 describes a technique for generating a secret key that can be used in a cryptographic system from biometric information.
特許文献1および非特許文献1に記載の技術では、生体情報に含まれる誤差を補正するため、特徴ベクトル空間上における最近傍整数格子点への丸め処理を利用している。これは、2つの生体情報同士が十分類似しているか否かの判定処理が、生体情報から抽出される特徴ベクトル同士の「L∞距離」に対するしきい値処理で実現されることに相当している。しかし指紋や静脈、顔、虹彩など多くの生体認証方式では、生体情報の特徴ベクトル同士の距離が、ユークリッド距離(L2距離)や、ハミング距離(L1距離)などで定義されるため、上記技術に基いて生体情報を秘密鍵とする電子署名や暗号システムを実現ことができない。 In the techniques described in Patent Document 1 and Non-Patent Document 1, rounding processing to the nearest integer grid point on the feature vector space is used to correct an error included in biological information. This is equivalent to the fact that the process of determining whether or not two pieces of biological information are sufficiently similar to each other is realized by threshold processing for the “L∞ distance” between feature vectors extracted from biological information. Yes. However, in many biometric authentication methods such as fingerprint, vein, face and iris, the distance between feature vectors of biometric information is defined by Euclidean distance (L2 distance), Hamming distance (L1 distance), etc. Therefore, it is impossible to realize an electronic signature or encryption system using biometric information as a secret key.
本発明の目的は、任意の距離空間上の特徴ベクトルを、L∞距離空間上のベクトルに変換することで、様々な種類の生体情報を用いた生体署名や暗号システムを実現することにある。 An object of the present invention is to realize a biometric signature or encryption system using various types of biometric information by converting a feature vector in an arbitrary metric space into a vector in an L∞ metric space.
本発明に係るベクトル変換システムは、生体情報から、所定の実数pと、所定の整数nと、に対し、n次元のLpノルム空間上で定義される特徴ベクトルを抽出するベクトル抽出部と、実数pに対してq=p/(p-1) なる実数qと、整数nと、所定の整数mと、に対して、n次元のLqノルム空間上で定義され、qノルムが所定の定数cに一致するm個の基準ベクトルを生成しそれらを並べた基準行列を生成する基準ベクトル生成部と、抽出された特徴ベクトルと基準行列との行列積を計算し、行列積計算の結果得られたベクトルをm次元のL∞ノルム空間上のベクトルと見做したものを変換ベクトルとして出力するベクトル変換部と、を備える。 A vector conversion system according to the present invention includes a vector extraction unit that extracts a feature vector defined on an n-dimensional Lp norm space for a predetermined real number p and a predetermined integer n from biological information, and a real number For a real number q such that q = p / (p-1) for p, an integer n, and a predetermined integer m, it is defined on an n-dimensional Lq norm space, and the q norm is a predetermined constant c The reference vector generation unit that generates m reference vectors that match and generates a reference matrix, and the matrix product of the extracted feature vector and the reference matrix are calculated. A vector conversion unit that outputs a vector obtained by regarding a vector as a vector on an m-dimensional L∞ norm space.
本発明により、任意の距離構造(Lp距離)を持つベクトル空間上のベクトルXを、L∞距離構造を持つベクトルYに変換することを可能とする。これによりハミング距離やユークリッド距離で定義される生体情報の特徴ベクトルを、L∞距離で定義されるベクトルに変換し、生体情報の特徴ベクトル同士の距離が、L∞距離で定義される場合でも生体署名システムを実現することができる。 According to the present invention, a vector X on a vector space having an arbitrary distance structure (Lp distance) can be converted into a vector Y having an L∞ distance structure. Thereby, the feature vector of the biological information defined by the Hamming distance or the Euclidean distance is converted into a vector defined by the L∞ distance, and the biological information even if the distance between the feature vectors of the biological information is defined by the L∞ distance. A signature system can be realized.
本実施例では、登録時にユーザの生体情報に基づいて署名を検証するためのデータ(以下「生体証明書」)を作成し、署名生成時に署名生成端末が任意のメッセージに対してユーザの生体情報のみに基づく署名(以下「生体署名」)を生成する、生体署名システムを例に説明する。本実施例のシステムは、例えば電子政府における電子申請や、ネットワークを介したユーザ認証などに利用することができる。なお、生体情報とは、ユーザから取得した指紋や静脈、虹彩などのパターン情報をいう。 In this embodiment, data for verifying a signature (hereinafter referred to as “biometric certificate”) is created based on the user's biometric information at the time of registration, and the signature generating terminal responds to an arbitrary message when generating the signature. An example of a biometric signature system that generates a signature based on only (hereinafter, “biometric signature”) will be described. The system of the present embodiment can be used for electronic application in e-government, user authentication via a network, and the like. Biometric information refers to pattern information such as fingerprints, veins, and irises acquired from a user.
図1に、本実施例における生体署名システムのシステム構成を示す。 FIG. 1 shows a system configuration of a biometric signature system in the present embodiment.
本システムは、ユーザの生体証明書の発行を行う登録端末100と、ユーザの生体情報を用いてメッセージ(電子文書)に対する生体署名を生成する署名生成端末110と、特徴ベクトルから基準ベクトルを生成する基準行列生成装置400とから構成される。
The system generates a reference vector from a
登録端末100は、ユーザから指紋や静脈などの登録用生体情報を取得するセンサ部101と、登録用生体情報から登録用特徴ベクトルを抽出する特徴ベクトル抽出部102と、ベクトル変換部106と、基準行列を記憶する基準行列記憶部107と、ユーザIDの入力を受け付けるID入力部103と、登録用特徴ベクトルから生体公開鍵を作成する生体公開鍵作成部104と、ユーザIDおよび生体公開鍵に対して登録端末自身の電子署名を付与して生体証明書を作成する生体証明書作成部105を含む。
The
署名生成端末110は、署名生成の対象であるメッセージを入力するメッセージ入力部111と、ユーザのIDを入力するID入力部116と、ユーザから署名用生体情報を取得するセンサ112と、署名用生体情報から署名用特徴ベクトルを抽出する特徴ベクトル抽出部113と、特徴ベクトル変換部117と、基準行列を記憶する基準行列記憶部118と、署名用特徴ベクトルを用いてメッセージに対する生体署名を生成する生体署名生成部114と、生体署名を出力する生体署名出力部115とから構成される。
The
基準行列生成装置400は、特徴ベクトルDB405と、基準行列生成部406とから構成される。
The reference
本実施例において基準行列は、基準行列生成装置400によりあらかじめ生成され、登録端末100の基準行列記憶部107および署名生成端末110の基準行列記憶部118に記憶されているものとする。
In this embodiment, it is assumed that the reference matrix is generated in advance by the reference
図5に、本実施例における登録端末100、署名生成端末110、ベクトル特徴装置410、及び基準行列生成装置400のハードウェア構成を示す。これらは図のようにCPU500、RAM501、HDD502、入力装置503、出力装置504、通信装置505とから構成することができる。
FIG. 5 shows the hardware configuration of the
次に本実施例における登録処理フローを図2を用いて説明する。
登録端末100が、センサ部101を通して登録ユーザの登録用生体情報(指紋画像や静脈画像など)を取得する(S200)。
特徴ベクトル抽出部102が、登録用生体情報から登録用特徴ベクトルXを抽出する(S201)。
Next, the registration processing flow in the present embodiment will be described with reference to FIG.
The
The feature
ベクトル変換部106が、登録用特徴ベクトルXを、後述する図4のステップS411乃至ステップS413の処理に従って変換し、登録用変換ベクトルYを生成する(S202)。このとき基準行列記憶部107に記憶された基準行列Mを使うとともに、必要に応じて第一のシードを使う。第一のシードは、例えば乱数でもよいし、ユーザの属性情報(IDなど)でもよい。
The
ID入力部103が、登録ユーザのIDの入力を取得する(S203)
生体公開鍵作成部104が、ベクトル変換部106によって変換された登録用変換ベクトルYを秘密鍵として、対応する生体公開鍵を作成する(S204)。生体公開鍵の具体的な作成方法は特許文献1あるいは非特許文献1に記載の方法などに従う。
The
The biometric public
第一のシードを変えることで、同一のユーザの生体情報から異なる複数の生体公開鍵を作成することが可能となり、またそれらの生体公開鍵同士のクロスマッチングを防ぐことができる。これにより、複数の異なるシステムに生体公開鍵をそれぞれ登録する際にそれらの間のリンクがとられることを防ぎ、プライバシを保護することができるほか、生体情報自体を変えずに生体公開鍵を破棄・更新することが可能となる。 By changing the first seed, a plurality of different biometric public keys can be created from the biometric information of the same user, and cross matching between these biometric public keys can be prevented. As a result, when registering biometric public keys in different systems, it is possible to prevent the link between them and protect privacy, and discard biometric public keys without changing the biometric information itself.・ It can be updated.
次に本実施例における署名生成フローを図3を用いて説明する。 Next, a signature generation flow in this embodiment will be described with reference to FIG.
署名生成端末110が、メッセージ入力部111を介して任意のメッセージMの入力を取得する(S300)。
The
ID入力部116が、ユーザの入力によってユーザIDを取得する(S301)。なお本ステップを省略し、以下のステップではユーザIDとしてNULLなどの記号を用いてもよい。このようにすることで署名時にユーザはIDの入力が不要となり、更なる利便性の向上が見込まれる。
The
センサ部112が、ユーザの署名用生体情報を取得する(S302)。
The
特徴ベクトル抽出部113が、センサ部112から取得された署名用生体情報から署名用特徴ベクトルX’を抽出する(S303)。
The feature
ベクトル変換部117が、前記署名用特徴ベクトルX’ を、後述する図4ステップS411乃至ステップS413の処理に従って変換し、登録用変換ベクトルY’を生成する(S304)。このとき基準行列記憶部118に記憶された基準行列Mを使うとともに、必要に応じて第一のシードを使う。第一のシードは、ステップS202で用いたものと同じ値を用いる。
The
生体署名生成部114が、ベクトル変換部117によって変換された署名用変換ベクトルY’を秘密鍵として、メッセージMに対する生体署名を生成する(S305)。生体署名の具体的な作成方法は特許文献1に記載の方法などに従う。
The biometric
あるいは非特許文献1の方法に従って、署名用変換ベクトルY’を用いた暗号鍵生成や認証処理を行うこともできる。 Alternatively, encryption key generation and authentication processing using the signature conversion vector Y ′ can be performed according to the method of Non-Patent Document 1.
生体署名は、前記生体公開鍵を用いて検証することができ、これによりメッセージMが改ざんされていないことと、生体署名が確かに正規のユーザにより生成されたことが確認される。具体的な検証方法は特許文献1に記載の方法などに従う。 The biometric signature can be verified using the biometric public key, which confirms that the message M has not been tampered with and that the biometric signature has been generated by a legitimate user. A specific verification method follows the method described in Patent Document 1.
特許文献1に記載の生体署名方式は、特徴ベクトル同士の距離がL∞距離で定義されることを前提としているが、静脈や虹彩、指紋、顔などの生体情報の特徴ベクトルは、一般にユークリッド距離(L2距離)やハミング距離(L1距離)を前提とする場合が多く、こういった生体情報では生体署名を実現できなかった。本実施例は、特徴ベクトルをL∞距離が定義されるベクトルに変換することで、この問題を解決し、多くの生体情報で生体署名を実現することが可能となる。 The biometric signature method described in Patent Document 1 is based on the premise that the distance between feature vectors is defined as an L∞ distance, but the feature vectors of biometric information such as veins, irises, fingerprints, and faces are generally Euclidean distances. (L2 distance) and Hamming distance (L1 distance) are often assumed, and biometric signatures cannot be realized with such biometric information. In this embodiment, by converting the feature vector into a vector in which the L∞ distance is defined, this problem can be solved and a biometric signature can be realized with a large amount of biometric information.
本実施例では、pノルムで距離が定義されるn次元実数ベクトルXを、∞ノルムで距離が定義されるm次元実数ベクトルYへ変換するシステムを例に説明する。 In this embodiment, a system that converts an n-dimensional real vector X whose distance is defined by a p-norm into an m-dimensional real vector Y whose distance is defined by an ∞ norm will be described as an example.
まず準備として、ノルムと距離について定義を行う。pを正の実数または無限大(∞)としたとき、n次元実数ベクトル First, as a preparation, we define the norm and distance. n-dimensional real vector, where p is a positive real number or infinity (∞)
のpノルム P-norm
は、以下のように定義される。 Is defined as follows:
またn次元実数ベクトルx,yの間のLp距離は、 The Lp distance between n-dimensional real vector x, y is
と定義される。 It is defined as
p に対して q を、
1/p + 1/q = 1
を満たす実数(または無限大)とする。つまりq=p/(p-1)。例えば p=2 ならば q=2 である。p=1 のときは q=∞(無限大)、p=∞ のときは q=1 とする。
q for p,
1 / p + 1 / q = 1
A real number (or infinity) that satisfies That is, q = p / (p-1). For example, if p = 2, then q = 2. q = ∞ (infinity) when p = 1, and q = 1 when p = ∞.
図4に、ベクトル変換処理フロー及び基準行列生成処理フローを示す。本フローの処理主体は、基準行列生成装置400、登録端末100のベクトル変換部106、署名生成端末110のベクトル変換部117である。なお、基準行列生成部及びベクトル変換部は、登録端末及び署名生成端末が備える機能ブロックではなく、基準行列生成装置及びベクトル変換装置であってもよい。
FIG. 4 shows a vector conversion process flow and a reference matrix generation process flow. The processing entities of this flow are the reference
基準行列生成装置400は、特徴ベクトルDB405を構成要素として含み、また登録端末100及び署名生成端末110は、ストレージ415を構成要素として含む。
The reference
特徴ベクトルDB405には、同一種類の複数の特徴ベクトル、例えば複数人の指の静脈パターンからそれぞれ抽出した特徴ベクトルの集合が記録されているものとする。ただし後述するように、基準行列生成装置400は必ずしも特徴ベクトルDB405を含まなくてもよい。
The
次に本実施例における基準行列生成処理フローを説明する。
基準行列生成装置400が、特徴ベクトルDBに含まれる複数の特徴ベクトルを読み出し、その分布を学習する(S401)。分布学習は、例えば主成分分析、判別分析、最尤法、あるいはより高度な機械学習アルゴリズムを用いても良い。
Next, the reference matrix generation processing flow in this embodiment will be described.
The reference
基準行列生成装置400が、分布学習の結果に従い、特徴ベクトルの分布をよく表現するm個のn次元ベクトル(以下、基準ベクトルと呼ぶ)を、qノルムが全てある所定の定数値c>0 に等しくなるように生成する(S402)。生成した基準ベクトルを
The reference
とし、それらの転置ベクトルを並べた n×m 行列を基準行列 M とする。これをベクトル変換生成装置のストレージ415に記録する。m は所定の自然数とする。後述するように、m を大きくすることでより変換前後の距離の誤差を小さくすることができる。m は n より大きくても、小さくても、等しくても良い。またm個の基準ベクトルは直交している必要はなく、一次独立でなくてもよい。このため、Mは一般的な基底変換とは異なる。
And an n × m matrix in which these transposed vectors are arranged is a reference matrix M. This is recorded in the
基準ベクトルの生成方法としては、例えば学習した分布に従ってm個のベクトルを独立に生起させ、そのqノルムをcに正規化してもよい。こうすることで、基準ベクトルと特徴ベクトルとのなす角が比較的小さくなり、ベクトル同士の内積が比較的大きくなる傾向が得られる。これにより比較的小さなmでもより変換前後の距離の誤差を小さくすることができる。 As a reference vector generation method, for example, m vectors may be independently generated according to a learned distribution, and the q-norm may be normalized to c. By doing so, the angle between the reference vector and the feature vector becomes relatively small, and the inner product of the vectors tends to be relatively large. As a result, the distance error before and after conversion can be reduced even with a relatively small m.
あるいはm個の基準ベクトルを、特徴ベクトルの分布とは関係なく、qノルムがcに等しくなるという制約だけを満たすように、一様ランダムに生成してもよい。この場合は特徴ベクトルDB405は不要となり、またステップS401も不要となる。
Alternatively, m reference vectors may be generated uniformly and randomly so as to satisfy only the constraint that the q-norm is equal to c regardless of the distribution of feature vectors. In this case, the
分布に従って生起させる場合に、あるいは一様ランダムに生起させる場合に、第二のシードを入力として擬似乱数生成器を用いてもよい。こうすることで、シードが固定されている場合は常に同じ基準行列が生成され、第二のシードを変えることで異なる基準行列を生成することができる。これの性質は後述する第二の実施例において有効に働く。 A pseudorandom number generator may be used with the second seed as an input when it is generated according to the distribution or when it is generated uniformly at random. By doing so, the same reference matrix is always generated when the seed is fixed, and a different reference matrix can be generated by changing the second seed. This property works effectively in the second embodiment described later.
すなわち、基準行列生成装置400は、あらかじめ複数のn次元特徴ベクトルを用いて、それらが従う特徴ベクトル分布を統計的に学習する学習部を更に備え、基準ベクトル生成部406は、前述の特徴ベクトル分布に従ってランダムに、ノルムが所定の定数cに一致するm個のn次元基準ベクトルを生成しても良い。
That is, the reference
なおp=1、q=∞の場合は、基準ベクトルは∞ノルムがcに等しくなるよう生成するが、この場合、更に基準ベクトルの各要素がcまたは-cに等しくなるよう生成してもよい。例えば When p = 1 and q = ∞, the reference vector is generated so that the ∞ norm is equal to c. In this case, the reference vector may be further generated so that each element of the reference vector is equal to c or −c. . For example
など。このようにすることで、基準ベクトルと特徴ベクトルとの内積の絶対値がより大きくなることが期待され、変換前後の距離の誤差をより小さくすることができる。 Such. By doing so, it is expected that the absolute value of the inner product of the reference vector and the feature vector is increased, and the error in the distance before and after conversion can be further reduced.
以下では 簡単のためc=1 として説明するが、そうでない場合も全く同様に実装し、同様の効果を得ることができる。 In the following description, c = 1 is used for simplicity, but the same effect can be obtained even if it is not so.
次に本実施例におけるベクトル変換処理フローを説明する。 Next, the vector conversion processing flow in the present embodiment will be described.
ベクトル変換部106、117が、特徴ベクトル
The
の入力を受け付け、ストレージ415に記録された基準行列 M との行列積を計算し、m次元射影ベクトル
, Calculate the matrix product with the reference matrix M recorded in the
とする(S411)。 (S411).
ベクトル変換部106、117が、m次元ベクトル
The
(以下、乱数ベクトルと呼ぶ)を生成する(S412)。乱数ベクトルは、第一のシードを入力とし、擬似乱数生成器を用いて生成してもよい。あるいは基準行列を元に生成してもよいし、予め固定された所定の乱数ベクトルを生成してもよい。 (Hereinafter referred to as a random number vector) is generated (S412). The random number vector may be generated using the first seed as an input and using a pseudo random number generator. Or you may produce | generate based on a reference | standard matrix, and may produce | generate the predetermined | prescribed random vector fixed beforehand.
ベクトル変換部106、117が、前記射影ベクトル
The
に、前記乱数ベクトル The random vector
を加算し、変換ベクトル Add the transformation vector
として出力する(S413)。 (S413).
なおこのステップは必ずしも必要ではなく、実行しなくてもよい。 This step is not always necessary and may not be executed.
以上のベクトル変換処理により、pノルムで定義される距離空間が、(近似的に)∞ノルムで定義される距離空間へ写される理由を、以下に説明する。 The reason why the metric space defined by the p-norm is copied (approximately) to the metric space defined by the ∞ norm by the above vector conversion process will be described below.
上記変換は The above conversion
と書ける。pノルムで距離が定義される2つのn次元ベクトル Can be written. two n-dimensional vectors whose distance is defined by the p-norm
に対し、これを上記の処理によって変換したm次元ベクトルをそれぞれ On the other hand, m-dimensional vectors converted by the above processing are
とすると、 Then,
と変形できる。従って And can be transformed. Therefore
の間のL∞距離は L∞ distance between
と書ける。ここでヘルダーの不等式 Can be written. Where Helder's inequality
より、 Than,
が成立する。基準ベクトル Is established. Reference vector
は、qノルムが1となる( Has a q-norm of 1 (
)よう生成していたため、上式は ) So that the above formula is
と変形できる。上記不等式は全てのi=1,2,…,m で成立するため、左辺の最大値もまた右辺以下に抑えられる。従って And can be transformed. Since the above inequality holds for all i = 1, 2,..., M 1, the maximum value on the left side is also kept below the right side. Therefore
が成立し、(式1)とあわせて Together with (Equation 1)
が成立する。 Is established.
一方で、基準ベクトル On the other hand, the reference vector
を様々に変化させることで By changing variously
の値も、(式3)の不等式を満たす範囲内、すなわち Also within the range satisfying the inequality of (Equation 3), that is,
以下の範囲で様々に変化する。従ってより多くの基準ベクトルに関する最大値は、より It varies in the following range. Therefore, the maximum value for more reference vectors is more
に近づいていく。つまり Approaching. That is
が成立する。従ってmが十分大きい場合は、近似的に Is established. Therefore, if m is sufficiently large, approximately
が成立する。 Is established.
例えば p=2 のとき、つまり特徴ベクトルがユークリッド空間上で定義される場合、ヘルダーの不等式の等号成立条件は、ベクトル For example, when p = 2, that is, when the feature vector is defined in Euclidean space, the condition for the equality of the Helder inequality is
が一次従属(平行なベクトル)であることである。従って、m個の基準ベクトル Is first-order dependent (parallel vectors). Therefore, m reference vectors
のうち、一つでも One of them
と平行であれば(式5)が成立する。また完全に平行でなくても、それに近ければ、(式5)は近似的に成立し、距離の誤差は小さくなる。 (Equation 5) is satisfied. Further, even if they are not completely parallel, if they are close to each other, (Equation 5) is approximately established, and the distance error becomes small.
上記ステップS401、S402のように、あらかじめ特徴ベクトルが従う分布を学習し、その分布に従って基準ベクトルを生起させることで、上述のように並行に近い基準ベクトルを生成させることができ、これにより比較的小さなmに対しても、変換前後の距離の誤差を小さくすることができる。 As described above in steps S401 and S402, by learning the distribution that the feature vector follows in advance and generating the reference vector according to the distribution, it is possible to generate a reference vector close to parallel as described above. Even for a small m, the error in distance before and after conversion can be reduced.
すなわち、登録端末100は、ユーザの生体情報を取得するセンサ部101と、生体情報から登録用特徴ベクトルを抽出する特徴ベクトル抽出部102と、予め定められたベクトル変換方法に従って特徴ベクトルを変換し、登録用変換ベクトルを生成するベクトル変換部106と、予め決められた所定の生体署名アルゴリズムに基づいて、登録用変換ベクトルを秘密鍵とする生体公開鍵を生成する生体公開鍵作成部104とを有し、署名生成端末110は、入力されたメッセージを取得するメッセージ入力部111と、ユーザの生体情報を取得するセンサ部112と、生体情報から署名用特徴ベクトルを抽出する特徴ベクトル抽出部113と、ベクトル変換方法に従って特徴ベクトルを変換し、署名用変換ベクトルを生成するベクトル変換部117と、所定の生体署名アルゴリズムに基づいて、署名用変換ベクトルを秘密鍵とする、メッセージに対する生体署名を生成する生体署名生成部114とを有し、基準行列生成装置400は、所定の実数pと、所定の整数n,mに対し、距離がLp距離で定義されるn次元の入力ベクトルを、q=p/(p-1) なる実数qに対して、qノルムが所定の定数cに一致するm個のn次元基準ベクトルを生成しそれらを並べた基準行列を生成し、入力ベクトルと基準行列ベクトルを署名生成端末110及び登録端末100に送信する基準ベクトル生成部406を有し、登録端末100及び署名生成端末110のベクトル変換部106、117は、入力ベクトルと基準行列との行列積を計算し、行列積の結果得られた距離がL∞距離で定義されるm次元の出力ベクトルに変換して出力する。
That is, the
また、基準行列生成装置400の基準ベクトル生成部406は、n次元の入力ベクトルが、所定の整数n,mに対し、距離がハミング距離またはL1距離で定義される場合は、∞ノルムが所定の定数cに一致するm個のn次元基準ベクトルを生成しそれらを並べた基準行列を生成し、入力ベクトルと基準行列ベクトルを署名生成端末110及び登録端末100に送信しても良い。
In addition, the reference
また、基準行列生成装置400の基準ベクトル生成部406は、n次元の入力ベクトルが、所定の整数n,mに対し、各要素が所定の定数cまたは-cのいずれかと一致するm個のn次元基準ベクトルを生成しそれらを並べた基準行列を生成し、入力ベクトルと基準行列ベクトルを署名生成端末110及び登録端末100に送信しても良い。
In addition, the reference
また、基準行列生成装置400の基準ベクトル生成部406は、n次元の入力ベクトルが、所定の整数n,mに対し、距離がユークリッド距離(L2距離)で定義される場合は、ユークリッドノルム(L2ノルム)が所定の定数cに一致するm個のn次元基準ベクトルを生成しそれらを並べた基準行列を生成する基準ベクトル生成し、入力ベクトルと基準行列ベクトルを署名生成端末110及び登録端末100に送信しても良い。
Further, the reference
また、登録端末100及び署名生成端末110のベクトル変換部106、117は、行列積を計算した後、m次元の乱数ベクトルを生成し、行列積計算の結果として得られるm次元ベクトルに対して乱数ベクトルを加算し、ベクトル加算の結果として得られるm次元ベクトルを出力しても良い。
In addition, the
100 登録端末
101 センサ部
102 特徴ベクトル抽出部
103 ID入力部
104 生体公開鍵作成部
106 ベクトル変換部
107 基準行列記憶部
110 署名生成端末
111 メッセージ入力部
112 センサ部
113 特徴ベクトル抽出部
114 生体署名生成部
115 生体署名出力部
116 ID入力部
117 ベクトル変換部
118 基準行列記憶部
400 基準行列生成装置
405 特徴ベクトルDB
410 ベクトル変換装置
415 ストレージ
500 CPU
501 RAM
502 HDD
503 入力装置
504 出力装置
505 通信装置
100 registration terminal 101
410
501 RAM
502 HDD
503
Claims (20)
前記実数pに対してq=p/(p-1) なる実数qと、前記整数nと、所定の整数mと、に対して、n次元のLqノルム空間上で定義され、qノルムが所定の定数cに一致するm個の基準ベクトルを生成しそれらを並べた基準行列を生成する基準ベクトル生成部と、
前記抽出された特徴ベクトルと前記基準行列との行列積を計算し、当該行列積計算の結果得られたベクトルをm次元のL∞ノルム空間上のベクトルと見做したものを変換ベクトルとして出力するベクトル変換部と、
を備えることを特徴とするベクトル変換システム。 A vector extraction unit that extracts a feature vector defined on an n-dimensional Lp norm space for a predetermined real number p and a predetermined integer n from biological information;
The real number q is defined on the n-dimensional Lq norm space for the real number q, q = p / (p-1) with respect to the real number p, the integer n, and the predetermined integer m, and the q norm is predetermined. A reference vector generation unit that generates m reference vectors that match the constant c of
A matrix product of the extracted feature vector and the reference matrix is calculated, and a vector obtained as a result of the matrix product calculation is regarded as a vector on an m-dimensional L∞ norm space and is output as a conversion vector. A vector conversion unit;
A vector conversion system comprising:
前記基準ベクトル生成部は、
前記実数pが1である場合は、m個のn次元ベクトルを各基準ベクトルの各要素が所定の定数cまたは-cのいずれかと一致するように生成しそれらを並べた基準行列を生成する、
ことを特徴とするベクトル変換システム。 The vector conversion system according to claim 1, wherein
The reference vector generation unit
When the real number p is 1, m m-dimensional vectors are generated so that each element of each reference vector matches one of the predetermined constants c and -c, and a reference matrix in which they are arranged is generated.
A vector conversion system characterized by that.
前記基準ベクトル生成部は、
前記実数pが2である場合は、ユークリッドノルム(L2ノルム)が所定の定数cに一致するm個のn次元基準ベクトルを生成しそれらを並べた基準行列を生成する、ことを特徴とするベクトル変換システム。 The vector conversion system according to claim 1, wherein
The reference vector generation unit
When the real number p is 2, a vector characterized by generating m n-dimensional reference vectors whose Euclidean norm (L2 norm) matches a predetermined constant c and generating a reference matrix in which they are arranged. Conversion system.
前記基準ベクトル生成部は、前記基準ベクトルを一様ランダムに生成する、
ことを特徴とするベクトル変換システム。 The vector conversion system according to claim 1, wherein
The reference vector generation unit generates the reference vector uniformly and randomly.
A vector conversion system characterized by that.
前記基準ベクトル生成部は、あらかじめ複数のn次元特徴ベクトルを用いて、当該複数のn次元特徴ベクトルが従う特徴ベクトル分布を統計的に学習する学習部を更に備え、前記特徴ベクトル分布に従ってランダムに前記基準ベクトルを生成する、
ことを特徴とするベクトル変換システム。 The vector conversion system according to claim 1, wherein
The reference vector generation unit further includes a learning unit that statistically learns a feature vector distribution according to the plurality of n-dimensional feature vectors using a plurality of n-dimensional feature vectors in advance, and randomly includes the feature vector distribution according to the feature vector distribution. Generate a reference vector,
A vector conversion system characterized by that.
前記所定の定数cは1である、
ことを特徴とするベクトル変換システム。 The vector conversion system according to claim 1, wherein
The predetermined constant c is 1.
A vector conversion system characterized by that.
前記ベクトル変換部は、行列積を計算した後に、m次元の乱数ベクトルを生成し、行列積計算の後に得られるm次元ベクトルに対して前記乱数ベクトルを加算し、当該ベクトル加算の結果として得られるm次元ベクトルを前記変換ベクトルとして出力する、
ことを特徴とするベクトル変換システム。 The vector conversion system according to claim 1, wherein
The vector conversion unit generates a m-dimensional random vector after calculating the matrix product, adds the random vector to the m-dimensional vector obtained after the matrix product calculation, and is obtained as a result of the vector addition outputting an m-dimensional vector as the transformation vector;
A vector conversion system characterized by that.
前記基準ベクトル生成部は、
所定の第一のシードを入力とする擬似乱数生成器の出力に基づいて、前記基準ベクトルを生成する、
ことを特徴とするベクトル変換システム。 The vector conversion system according to claim 1, wherein
The reference vector generation unit
Generating the reference vector based on an output of a pseudorandom number generator having a predetermined first seed as an input;
A vector conversion system characterized by that.
前記ベクトル変換部は、所定の第二のシードを入力とする擬似乱数生成器の出力に基づいて、前記乱数ベクトルを生成する、
ことを特徴とするベクトル変換システム。 The vector conversion system according to claim 7 , wherein
The vector conversion unit generates the random number vector based on an output of a pseudo random number generator that receives a predetermined second seed.
A vector conversion system characterized by that.
前記実数pに対してq=p/(p-1) なる実数qと、前記整数nと、所定の整数mと、に対して、n次元のLqノルム空間上で定義され、qノルムが所定の定数cに一致するm個の基準ベクトルを並べた基準行列と、前記抽出された特徴ベクトルと、の行列積を計算し、当該行列積計算の結果得られたベクトルをm次元のL∞ノルム空間上のベクトルと見做したものを変換ベクトルとして出力するベクトル変換部と、
を備えることを特徴とするベクトル変換システム。 A vector extraction unit that extracts a feature vector defined on an n-dimensional Lp norm space for a predetermined real number p and a predetermined integer n from biological information;
The real number q is defined on the n-dimensional Lq norm space for the real number q, q = p / (p-1) with respect to the real number p, the integer n, and the predetermined integer m, and the q norm is predetermined. A matrix product of a reference matrix in which m reference vectors matching the constant c of the above are arranged and the extracted feature vector is calculated. A vector conversion unit that outputs a vector regarded as a vector in space as a conversion vector;
A vector conversion system comprising:
基準ベクトル生成部が、前記実数pに対してq=p/(p-1) なる実数qと、前記整数nと、所定の整数mと、に対して、n次元のLqノルム空間上で定義され、qノルムが所定の定数cに一致するm個の基準ベクトルを生成しそれらを並べた基準行列を生成するステップと、
ベクトル変換部が、前記抽出された特徴ベクトルと前記基準行列との行列積を計算し、当該行列積計算の結果得られたベクトルをm次元のL∞ノルム空間上のベクトルと見做したものを変換ベクトルとして出力するステップと、
を備えることを特徴とするベクトル変換方法。 A step of extracting a feature vector defined on an n-dimensional Lp norm space for a predetermined real number p and a predetermined integer n from the biometric information;
The reference vector generation unit is defined on the n-dimensional Lq norm space for the real number q with respect to the real number p, q = p / (p-1), the integer n, and the predetermined integer m. Generating m reference vectors whose q norm matches a predetermined constant c, and generating a reference matrix in which they are arranged; and
A vector conversion unit calculates a matrix product of the extracted feature vector and the reference matrix, and considers a vector obtained as a result of the matrix product calculation as a vector in an m-dimensional L∞ norm space Outputting as a transformation vector;
A vector conversion method comprising:
前記基準ベクトル生成部は、
前記実数pが1である場合は、m個のn次元ベクトルを、各基準ベクトルの各要素が所定の定数cまたは-cのいずれかと一致するように生成しそれらを並べた基準行列を生成する、
ことを特徴とするベクトル変換方法。 The vector conversion method according to claim 11, wherein
The reference vector generation unit
When the real number p is 1, m n-dimensional vectors are generated so that each element of each reference vector matches one of the predetermined constants c and −c, and a reference matrix in which they are arranged is generated. ,
A vector conversion method characterized by that.
前記基準ベクトル生成部は、
前記実数pが2である場合は、ユークリッドノルム(L2ノルム)が所定の定数cに一致するm個のn次元基準ベクトルを生成しそれらを並べた基準行列を生成する、ことを特徴とするベクトル変換方法。 The vector conversion method according to claim 11, wherein
The reference vector generation unit
When the real number p is 2, a vector characterized by generating m n-dimensional reference vectors whose Euclidean norm (L2 norm) matches a predetermined constant c and generating a reference matrix in which they are arranged. Conversion method.
前記基準ベクトル生成部は、前記基準ベクトルを一様ランダムに生成する、
ことを特徴とするベクトル変換方法。 The vector conversion method according to claim 11, wherein
The reference vector generation unit generates the reference vector uniformly and randomly.
A vector conversion method characterized by that.
学習部が、あらかじめ複数のn次元特徴ベクトルを用いて、当該複数のn次元特徴ベクトルが従う特徴ベクトル分布を統計的に学習するステップを更に備え、
前記基準ベクトル生成部は、前記特徴ベクトル分布に従ってランダムに前記基準ベクトルを生成する、
ことを特徴とするベクトル変換方法。 The vector conversion method according to claim 11, wherein
The learning unit further includes a step of statistically learning a feature vector distribution followed by the plurality of n-dimensional feature vectors using a plurality of n-dimensional feature vectors in advance.
The reference vector generation unit randomly generates the reference vector according to the feature vector distribution.
A vector conversion method characterized by that.
前記所定の定数cは1である、
ことを特徴とするベクトル変換方法。 The vector conversion method according to claim 11, wherein
The predetermined constant c is 1.
A vector conversion method characterized by that.
前記ベクトル変換部は、行列積を計算した後に、m次元の乱数ベクトルを生成し、行列積計算の後に得られるm次元ベクトルに対して前記乱数ベクトルを加算し、当該ベクトル加算の結果として得られるm次元ベクトルを前記変換ベクトルとして出力する、
ことを特徴とするベクトル変換方法。 The vector conversion method according to claim 11, wherein
The vector conversion unit generates a m-dimensional random vector after calculating the matrix product, adds the random vector to the m-dimensional vector obtained after the matrix product calculation, and is obtained as a result of the vector addition outputting an m-dimensional vector as the transformation vector;
A vector conversion method characterized by that.
前記基準ベクトル生成部は、
所定の第一のシードを入力とする擬似乱数生成器の出力に基づいて、前記基準ベクトルを生成する、
ことを特徴とするベクトル変換方法。 The vector conversion method according to claim 11, wherein
The reference vector generation unit
Generating the reference vector based on an output of a pseudorandom number generator having a predetermined first seed as an input;
A vector conversion method characterized by that.
前記ベクトル変換部は、所定の第二のシードを入力とする擬似乱数生成器の出力に基づいて、前記乱数ベクトルを生成する、
ことを特徴とするベクトル変換方法。 The vector conversion method according to claim 17 ,
The vector conversion unit generates the random number vector based on an output of a pseudo random number generator that receives a predetermined second seed.
A vector conversion method characterized by that.
ベクトル変換部が、前記実数pに対してq=p/(p-1) なる実数qと、前記整数nと、所定の整数mと、に対して、n次元のLqノルム空間上で定義され、qノルムが所定の定数cに一致するm個の基準ベクトルをを並べた基準行列と、前記抽出された特徴ベクトルと、の行列積を計算し、当該行列積計算の結果得られたベクトルをm次元のL∞ノルム空間上のベクトルと見做したものを変換ベクトルとして出力するステップと、
を備えることを特徴とするベクトル変換方法。 A step of extracting a feature vector defined on an n-dimensional Lp norm space for a predetermined real number p and a predetermined integer n from the biometric information;
A vector conversion unit is defined on an n-dimensional Lq norm space for a real number q of q = p / (p-1) with respect to the real number p, the integer n, and a predetermined integer m. , Calculate a matrix product of a reference matrix in which m reference vectors whose q norm matches a predetermined constant c and the extracted feature vector, and obtain a vector obtained as a result of the matrix product calculation outputting a vector regarded as a vector on an m-dimensional L∞ norm space as a transformation vector;
A vector conversion method comprising:
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