JP7024709B2 - 暗号化情報照合装置、暗号化情報照合方法、及び、暗号化情報照合プログラム - Google Patents

Description

本願発明は、暗号化された照合対象の情報に対して、当該情報が曖昧であることを許容した照合処理を行う技術に関する。

近年、クラウドコンピューティングの急速な進展に伴い、通信ネットワークに接続された計算資源に配置された利用者のデータに基づくサービスが急速に広がってきている。このようなサービスでは、利用者の機微なデータを扱う機会が増大してきているので、利用者のデータを安全に管理することが重要になってきている。このような状況の下、オープンな通信ネットワーク環境において、利用者のデータを暗号化した状態で管理し、検索や統計処理などを高速に行う技術に対する研究開発が活発に行われている。

一方、近年、パスワードや磁気カード等を用いた個人認証の脆弱性をついた犯罪が頻発しているという状況において、より安全性の高い指紋や静脈などの生体的な特徴に基づく生体認証技術が注目を集めている。生体認証を用いたシステムにおいては、認証情報の検証を行うために、生体情報に関するテンプレートをデータベースに保管する必要がある。指紋や静脈等の生体情報は、基本的に生涯不変のデータであるので、情報漏洩が発生した場合の被害は甚大である。したがって、生体情報は、最も機密性が要求される情報である。このため、テンプレートが漏洩しても「なりすまし」を行えないよう、テンプレート情報を秘匿した状態で認証を行うテンプレート保護型の生体認証技術が重要となってきている。

このような技術に関連する技術として、特許文献１には、検索クエリを暗号化した状態で、大規模な暗号化データに対する検索処理を高速に行うシステムが開示されている。このシステムにおける記憶装置は、検索対象データとして、平文データを秘匿化した秘匿データと、平文データを分類する平文インデックスを秘匿化した秘匿化インデックスとを格納している。このシステムにおける演算装置は、検索クライアントから、平文クエリを秘匿化した秘匿データ用クエリ、及び、平文インデックスを秘匿化した秘匿化インデックス用クエリを受信する。当該演算装置は、所定の検索可能暗号技術に基づき、当該記憶装置において、秘匿化インデックス用クエリに該当する秘匿化インデックスを検索し、検索された秘匿化インデックスに分類された秘匿データ群を対象として、秘匿データ用クエリに該当する秘匿データを検索する。

また、特許文献２には、指の置き方等の生体情報入力誤差の影響を回避した照合対象の絞り込みを行う本人認証システムが開示されている。このシステムは、抽出した生体特徴データと、予め基準として定めた生体データとの類似度を算出する。このシステムは、抽出した生体特徴データと、算出した類似度情報とを格納手段に格納し、当該格納手段から、類似度情報に基づき照合対象を選出する。そして、このシステムは、認証用の生体特徴データと、照合対象として選出した生体特徴データとの照合を行う。

また、特許文献３には、第１乃至第３のノードを備える照合システムが開示されている。このシステムにおける第１のノードは、公開鍵により認証データを暗号化して第３のノードに送信する。第１のノードは、認証データと照合される被認証データを受信したときに、認証データを第３のノードから取得することによって、認証データと被認証データとの距離を、それらのデータが暗号化された状態で算出する。そして第１のノードは、第３のノードから取得した多項式に算出した距離を代入したのちに暗号化した値を照合データとして生成し、その照合データを第２のノードに送信する。第２のノードは公開鍵と秘密鍵の対を生成したのち、生成した公開鍵を第１のノードに送信する。第２のノードは、生成した秘密鍵と照合用データとに基づいて、認証データを被認証データと照合する。第３のノードは、暗号化された認証データを記憶し、認証データと被認証データの距離の閾値をパラメータとして含む多項式を生成する。

特開2015-135541号公報 特開2002-297549号公報 国際公開第2014/185450号

Haruna Higo, Toshiyuki Isshiki, Kengo Mori, Satoshi Obana,"Preserving Fingerprint Authentication Resistant to Hill-Climbing Attacks"， SAC2015, Aug. 2015. 肥後，一色，森，尾花，"認証時の情報開示の少ない秘匿生体認証方式"，暗号と情報セキュリティシンポジウム(SCIS2016), 2016年1月.

個人認証には、１対１認証と、１対Ｎ認証（Ｎは２以上の整数）とがある。１対１認証は、例えば、被認証者が「自分は誰である」と主張し、認証者が、被認証者が主張した人物であることを検証する認証である。これに対し、１対Ｎ認証は、例えば、被認証者が「自分がある集合（組織）に所属している」と主張し、認証者が、被認証者が主張した集合に属することを検証する認証である。１対Ｎ認証は、例えば、１対１認証をＮ回行うことによって構成されるが、Ｎの値が大きい場合は、計算コストについて非現実的である。

また、生体認証においては、特許文献２に記載されているように、指の置き方等の生体情報の入力誤差の影響を考慮する必要があるので、照合対象の情報が曖昧であることを許容した照合処理を行う必要がある。

１対Ｎの生体認証を行う場合、例えば、生体から得られる特徴量（例えば指紋等）によるグループ分けや、生体情報の一部を利用した簡易認証を行うことによって、照合対象を絞りこんだのち、照合対象の情報が曖昧であることを許容した照合処理を行うことが考えられる。このような照合処理は、生体情報が秘匿されていない場合は、生体情報が示す値を使用した計算を行うことによって実現可能である。しかしながら、より安全生の高い、生体情報を秘匿した生体認証においては、被認証者から送信された生体情報が暗号化等によって秘匿されているので、上述した照合処理を行うことが困難である。すなわち、照合対象の情報が曖昧であることを許容した照合処理を、安全かつ高速に行うことが課題である。特許文献１乃至３が示す構成は、この課題を解決するのに十分であるとは言えない。本願発明の主たる目的は、この課題を解決する暗号化情報照合装置等を提供することである。

本願発明の一態様に係る暗号化情報照合装置は、１以上の照合対象情報が特性の類似性に基づいてグループ分けされている場合に、前記グループを代表する１以上の代表情報と、前記グループに属する暗号化された前記照合対象情報とが、関連付けされて記憶された記憶手段と、暗号化された第一の入力情報と、前記記憶手段に記憶された前記１以上の代表情報との第一の類似度を算出し、算出した前記第一の類似度に基づいて、前記第一の入力情報との照合を行う対象とする前記グループを特定する特定手段と、前記暗号化された第一の入力情報と、前記特定手段によって特定された前記グループに属する前記暗号化された１以上の照合対象情報との第二の類似度を、前記第一の入力情報及び前記照合対象情報が暗号化された状態で算出し、算出した前記第二の類似度が基準を満たす前記照合対象情報が存在するか否かを判定する判定手段と、を備える。

上記目的を達成する他の見地において、本願発明の一態様に係る暗号化情報照合方法は、１以上の照合対象情報が特性の類似性に基づいてグループ分けされており、前記グループを代表する１以上の代表情報と、前記グループに属する暗号化された前記照合対象情報とが、関連付けされて記憶手段に記憶されている場合に、情報処理装置によって、暗号化された第一の入力情報と、前記記憶手段に記憶された前記１以上の代表情報との第一の類似度を算出し、算出した前記第一の類似度に基づいて、前記第一の入力情報との照合を行う対象とする前記グループを特定し、前記暗号化された第一の入力情報と、特定した前記グループに属する前記暗号化された１以上の照合対象情報との第二の類似度を、前記第一の入力情報及び前記照合対象情報が暗号化された状態で算出し、算出した前記第二の類似度が基準を満たす前記照合対象情報が存在するか否かを判定する。

また、上記目的を達成する更なる見地において、本願発明の一態様に係る暗号化情報照合プログラムは、１以上の照合対象情報が特性の類似性に基づいてグループ分けされている場合に、前記グループを代表する１以上の代表情報と、前記グループに属する暗号化された前記照合対象情報とが、関連付けされて記憶された記憶手段にアクセス可能なコンピュータに、暗号化された第一の入力情報と、前記記憶手段に記憶された前記１以上の代表情報との第一の類似度を算出し、算出した前記第一の類似度に基づいて、前記第一の入力情報との照合を行う対象とする前記グループを特定する特定処理と、前記暗号化された第一の入力情報と、前記特定処理によって特定された前記グループに属する前記暗号化された１以上の照合対象情報との第二の類似度を、前記第一の入力情報及び前記照合対象情報が暗号化された状態で算出し、算出した前記第二の類似度が基準を満たす前記照合対象情報が存在するか否かを判定する判定処理と、を実行させるためのプログラムである。

更に、本願発明は、係る暗号化情報照合プログラム（コンピュータプログラム）が格納された、コンピュータ読み取り可能な、不揮発性の記録媒体によっても実現可能である。

本願発明は、照合対象の情報が曖昧であることを許容した照合処理を、安全かつ高速に行うことを可能とする。

本願発明の第１の実施形態に係る暗号化情報照合システム１０の構成を示すブロック図である。 本願発明の第１の実施形態に係る管理テーブル１４３の構成を例示する図である。 本願発明の第１の実施形態に係る暗号化情報照合システム１０が、代表情報を生成して記憶装置１４０に格納する動作（照合対象情報登録準備動作）を示すフローチャートである。 本願発明の第１の実施形態に係る暗号化情報照合システム１０が、登録用入力情報を、照合対象情報として登録する動作を示すフローチャートである。 本願発明の第１の実施形態に係る暗号化情報照合システム１０が、照合用入力情報を、照合対象情報と照合する動作を示すフローチャート（１／２）である。 本願発明の第１の実施形態に係る暗号化情報照合システム１０が、照合用入力情報を、照合対象情報と照合する動作を示すフローチャート（２／２）である。 本願発明の第２の実施形態に係る暗号化情報照合装置２０の構成を示すブロック図である。 本願発明の各実施形態に係る暗号化情報照合装置（システム）を実行可能な情報処理装置の構成を示すブロック図である。

以下、本願発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。

＜第１の実施形態＞
図１は、本願発明の第１の実施の形態に係る暗号化情報照合システム１０の構成を概念的に示すブロック図である。暗号化情報照合システム１０は、生体情報等の入力情報を、登録済みである照合対象情報と、１対Ｎ認証を行うシステムである。暗号化情報照合システム１０は、例えば、指の置き方等の生体情報の入力誤差の影響を考慮して、入力情報が曖昧であることを許容した照合処理を行う。

本実施形態に係る暗号化情報照合システム１０は、登録装置１００、代表情報生成装置１１０、照合要求装置１２０、照合実行装置１３０、記憶装置１４０、及び、暗号鍵生成装置１５０を備えている。これらの各装置は、通信ネットワークによって、通信可能に接続されている。暗号化情報照合システム１０は、図１に示す構成が１つの装置に含まれた、暗号化情報照合装置であってもよい。

記憶装置１４０は、例えば、磁気ディスクあるいは電子メモリ等の記憶デバイスを含む。記憶装置１４０は、代表情報生成装置１１０によって格納された代表情報１４１－１乃至１４１－Ｌ（Ｌは任意の自然数）と、登録装置１００によって格納された照合対象情報１４２－１乃至１４２－Ｎ（Ｎは任意の自然数）及び管理テーブル１４３とを記憶している。記憶装置１４０に記憶されたこれらの情報の詳細については後述する。

暗号鍵生成装置１５０は、例えばセキュリティに関するパラメータ情報を入力されることによって、暗号化処理において使用される公開鍵ｐｋ、及び、復号処理において使用される秘密鍵ｓｋを生成する。暗号鍵生成装置１５０は、生成した公開鍵ｐｋを、登録装置１００、代表情報生成装置１１０、照合要求装置１２０、及び、照合実行装置１３０へ配信する。暗号鍵生成装置１５０は、生成した秘密鍵ｓｋを、登録装置１００、及び、照合実行装置１３０へ配信する。

代表情報生成装置１１０は、生成部１１１を備えている。生成部１１１は、外部から入力された、代表情報の生成仕様を表す情報に基づいて、１以上の代表情報を生成する。この代表情報は、暗号化情報照合システム１０が照合処理の対象とする例えば生体情報等の情報を、その情報の類似性に基づいてグループ化（分類）した場合において、各グループを代表する（すなわち、グループ化における基準となる）情報である。そして、代表情報の生成仕様を表す情報は、例えばグループ化における学術的な基準を示す情報である。生成部１１１は、暗号鍵生成装置１５０から配信された公開鍵ｐｋを用いて生成した代表情報を暗号化し、暗号化した代表情報を、代表情報１４１－１乃至１４１－Ｌとして記憶装置１４０へ格納する。すなわち、本実施形態に係る暗号化情報照合システム１０が照合処理の対象とする情報に関して、Ｌ個のグループが存在する。

登録装置１００は、距離算出部１０１、登録部１０２、及び、秘密鍵記憶部１０３を備えている。秘密鍵記憶部１０３は、電子メモリあるいは磁気ディスク等の記憶デバイスであり、暗号鍵生成装置１５０から配信された秘密鍵ｓｋを記憶している。

登録装置１００には、図示しない他装置から、登録用入力情報（第二の入力情報）が入力される。登録用入力情報は、暗号化情報照合システム１０が照合処理を行うにあたり、照合対象として、記憶装置１４０に事前に格納（登録）される情報である。登録用入力情報は、公開鍵ｐｋを用いて暗号化された情報である。登録用入力情報は、あるいは、登録装置１００によって生成されてもよい。

距離算出部１０１は、登録用入力情報と、記憶装置１４０に記憶された個々の代表情報１４１－１乃至１４１－Ｌとのｎ（ｎは登録用入力情報と代表情報との次元を示す自然数）次元ユークリッド距離（本願では以降、単に「距離」と称する場合がある）を、登録用入力情報と代表情報１４１－１乃至１４１－Ｌとが暗号化された状態で算出する。登録用入力情報と代表情報との距離は、登録用入力情報と代表情報との類似度（第三の類似度）を表す指標である。

情報Ｘがｎ次元ベクトルＸ（x[1],x[2],・・・,x[n]）として表され、情報Ｙがｎ次元ベクトルＹ（y[1],y[2],・・・,y[n]）として表される場合、情報Ｘと情報Ｙとの二乗ユークリッド距離ｄ（Ｘ，Ｙ）は、
d(X,Y) = (x[1]-y[1])^2+(x[2]-y[2])^2+・・・+(x[n]-y[n])^2（数式１）
によって算出される。数式１において、「^」はべき乗を表す演算子である。

本実施形態に係る暗号化情報照合システム１０は、暗号として、Somewhat準同型暗号を使用する。Somewhat準同型暗号は、暗号化された平文（暗号化される前の情報）を復号せずに、当該暗号化された平文に対して、加算や乗算等の演算を行うことが可能な暗号である。その際、その演算結果は、暗号化された値として求められる。すなわち、公開鍵ｐｋを使用して暗号化された情報Ｘを「Enc(pk,X)」と表し、公開鍵ｐｋを使用して暗号化された情報Ｙを「Enc(pk,Y)」と表した場合、距離算出部１０１は、「Enc(pk,X)」及び「Enc(pk,Y)」を復号せずに、距離d(X,Y)が公開鍵ｐｋにより暗号化された「Enc(pk,d(X,Y))」を算出することができる。

登録部１０２は、外部から入力された、あるいは登録装置１００により生成された登録用入力情報を、照合対象情報１４２－ｉ（ｉは１乃至Ｎのいずれかの整数）として、記憶装置１４０に格納する。登録部１０２は、この際、記憶装置１４０から、代表情報１４１－１乃至１４１－Ｌを入手する。

ここで、暗号化されている登録用入力情報を「Enc(pk,X)」と表し、暗号化されている代表情報１４１－ｉ（ｉは１乃至Ｌのいずれかの整数）を「Enc(pk,RI[i])」と表す。「RI[i]」は、代表情報１４１－ｉが暗号化される前の情報を表す。この場合、登録部１０２は、登録用入力情報と代表情報１４１－ｉとの距離を暗号化した値である「CD[i]」を、Somewhat準同型暗号の準同型性を利用して、
CD[i] = Enc(pk,d(RI[i],X))（数式２）
によって算出することができる。登録部１０２は、代表情報１４１－１乃至１４１－Ｌに対して、数式２に示す通り「CD[i]」を算出することによって、登録用暗号化距離情報「｛CD[1],・・・,CD[L]｝」を生成する。

登録部１０２は、生成した登録用暗号化距離情報「｛CD[1],・・・,CD[L]｝」を、秘密鍵記憶部１０３に記憶された秘密鍵ｓｋを用いて復号する。ここで、復号された「CD[i]」を、「Dec(sk,CD[i])」と表す。登録部１０２は、「Dec(sk,CD[i])」の値が最小となるｉを特定する。登録部１０２は、暗号化されている登録用入力情報「Enc(pk,X)」を、照合対象情報１４２－ｊ（ｊは１乃至Ｎのいずれかの整数）として記憶装置１４０へ格納するとともに、照合対象情報１４２－ｊと、特定した代表情報１４１－ｉとを関連付けるレコードを、記憶装置１４０に格納されている管理テーブル１４３に登録（追加）する。

図２は、本実施形態に係る管理テーブル１４３の構成を例示する図である。管理テーブル１４３に含まれる「照合対象情報識別子」は、照合対象情報１４２－１乃至１４２－Ｎを識別可能な識別子を表す。管理テーブル１４３に含まれる「所属グループ」は、「照合対象情報識別子」が示す照合対象情報１４２－ｊが関連付けられる代表情報１４１－ｉを表す。図２に例示する管理テーブル１４３は、例えば、同テーブルの一行目を参照すると、照合対象情報１４２－１は代表情報１４１－３によって代表されるグループに所属することを示している。管理テーブル１４３は、同テーブルの二行目を参照すると、照合対象情報１４２－２は代表情報１４１－８によって代表されるグループに所属することを示している。

図１に示す照合要求装置１２０は、距離算出部１２１、及び、照合クエリ生成部１２２を備えている。照合要求装置１２０は、図示しない他装置から、照合用入力情報（第一の入力情報）が入力される。照合用入力情報は、暗号化情報照合システム１０が、記憶装置１４０に事前に格納（登録）されている照合対象情報１４２－１乃至１４２－Ｎとの照合を行う対象となる情報である。照合用入力情報は、登録用入力情報と同様に、公開鍵ｐｋを用いて暗号化された情報である。照合用入力情報は、外部から入力される構成ではなく、例えば、照合要求装置１２０によって生成されてもよい。

距離算出部１２１は、照合用入力情報と、記憶装置１４０に記憶された個々の代表情報１４１－１乃至１４１－Ｌとの距離を、照合用入力情報と代表情報１４１－１乃至１４１－Ｌとが暗号化された状態で算出する。照合用入力情報と代表情報との距離は、照合用入力情報と代表情報との類似度（第一の類似度）を表す指標である。

ここで、暗号化されている照合用入力情報を「Enc(pk,Y)」と表す。この場合、距離算出部１２１は、照合用入力情報と代表情報１４１－ｉとの距離を暗号化した値である「AD[i]」を、Somewhat準同型暗号の準同型性を利用して、
AD[i] = Enc(pk,d(RI[i],Y))（数式３）
によって算出することができる。距離算出部１２１は、代表情報１４１－１乃至１４１－Ｌに対して、数式３に示す通り「AD[i]」を算出することによって、照合用暗号化距離情報「｛AD[1],・・・,AD[L]｝」を生成する。

照合クエリ生成部１２２は、照合用入力情報「Enc(pk,Y)」と、距離算出部１２１によって算出された照合用暗号化距離情報「｛AD[1],・・・,AD[L]｝」とを含む照合クエリ「（｛AD[1],・・・,AD[L]｝,Enc(pk,Y)）」を生成する。照合クエリ生成部１２２は、生成した照合クエリを、照合実行装置１３０へ送信する。

照合実行装置１３０は、特定部１３１、判定部１３２、及び、秘密鍵記憶部１３３を備えている。秘密鍵記憶部１３３は、電子メモリあるいは磁気ディスク等の記憶デバイスであり、暗号鍵生成装置１５０から配信された秘密鍵ｓｋを記憶している。

特定部１３１は、照合要求装置１２０から受信した照合クエリに含まれる照合用暗号化距離情報「｛AD[1],・・・,AD[L]｝」を、秘密鍵記憶部１３３に記憶された秘密鍵ｓｋを用いて復号する。ここで、復号された「AD[i]」を、「Dec(sk,AD[i])」と表す。特定部１３１は、「Dec(sk,AD[i])」の値が最小となるｉを特定する。

判定部１３２は、管理テーブル１４３を参照することによって、特定部１３１によって特定されたグループｉに所属する照合対象情報１４２－ｋ（ｋは１乃至Ｎの少なくともいずれかの整数）を、記憶装置１４０から入手する。判定部１３２は、特定部１３１によって特定されたグループｉに所属する照合対象情報１４２－ｋが存在しない場合は、照合結果として、「不一致」と判定する。

判定部１３２は、照合用入力情報と、記憶装置１４０から入手した例えばＫ個（Ｋは任意の自然数）の照合対象情報１４２－ｋとの距離を暗号化した値である「DXY[k]」を、Somewhat準同型暗号の準同型性を利用して、
DXY[k] = Enc(pk,d(X[k],Y))（数式４）
によって算出することができる。数式４において、「X[k]」は、照合対象情報１４２－ｋが暗号化される前の情報を表す。

判定部１３２は、算出したＫ個の「DXY[k]」を、秘密鍵記憶部１３３に記憶された秘密鍵ｓｋを用いて復号する。ここで、復号された「DXY[k]」を、「Dec(sk,DXY[k])」と表す。「Dec(sk,DXY[k])」は、照合用入力情報と照合対象情報との類似度（第二の類似度）を表す指標である。特定部１３１は、Ｋ個の「Dec(sk,DXY[k])」の値が、基準を満たすか否か（例えば、閾値以下であるか否か）を判定する。特定部１３１は、値が閾値以下である「Dec(sk,DXY[k])」が存在する場合、照合結果として「一致」と判定する。特定部１３１は、値が閾値以下である「Dec(sk,DXY[k])」が存在しない場合、照合結果として「不一致」と判定する。

次に図３乃至図５のフローチャートを参照して、本実施形態に係る暗号化情報照合システム１０の動作（処理）について詳細に説明する。

図３は、本実施形態に係る暗号化情報照合システム１０が、代表情報を生成し、生成した代表情報を記憶装置１４０に格納する動作（照合対象情報の登録準備動作）を示すフローチャートである。

暗号鍵生成装置１５０は、公開鍵ｐｋ及び秘密鍵ｓｋを生成し、生成した公開鍵ｐｋを登録装置１００及び代表情報生成装置１１０へ配信し、生成した秘密鍵ｓｋを登録装置１００へ配信する（ステップＳ１０１）。登録装置１００は、配信された秘密鍵ｓｋを、秘密鍵記憶部１０３に格納する（ステップＳ１０２）。

代表情報生成装置１１０における生成部１１１は、外部から入力された、代表情報の生成仕様を表す情報に基づいて、代表情報１４１－１乃至１４１－Ｌを生成し、当該代表情報を、公開鍵ｐｋを使用して暗号化する（ステップＳ１０３）。生成部１１１は、暗号化した代表情報１４１－１乃至１４１－Ｌを、記憶装置１４０へ格納し（ステップＳ１０４）、全体の処理は終了する。

図４は、本実施形態に係る暗号化情報照合システム１０が、登録用入力情報を、照合対象情報として登録する動作を示すフローチャートである。

登録装置１００に対して、登録用入力情報が入力される（ステップＳ２０１）。登録装置１００における距離算出部１０１は、個々の代表情報１４１－１乃至１４１－Ｌと登録用入力情報との距離を、登録用暗号化距離情報として算出する（ステップＳ２０２）。

登録装置１００における登録部１０２は、距離算出部１０１により算出された登録用暗号化距離情報を、秘密鍵ｓｋを用いて復号したのち、復号した登録用暗号化距離情報に含まれる距離同士を比較することによって、距離が最小となる代表情報を特定する（ステップＳ２０３）。登録部１０２は、登録用入力情報を照合対象情報として格納するとともに、登録した照合対象情報と、特定した代表情報の識別子とを関連付けたレコードを、管理テーブル１４３に登録し（ステップＳ２０４）、全体の処理は終了する。

図５Ａ及び５Ｂは、本実施形態に係る暗号化情報照合システム１０が、照合用入力情報を、照合対象情報と照合する動作を示すフローチャートである。

照合要求装置１２０に対して、照合用入力情報が入力される（ステップＳ３０１）。照合要求装置１２０における距離算出部１２１は、個々の代表情報１４１－１乃至１４１－Ｌと照合用入力情報との距離を、照合用暗号化距離情報として算出する（ステップＳ３０２）。照合要求装置１２０における照合クエリ生成部１２２は、照合用暗号化距離情報と照合用入力情報とから照合クエリを生成し、生成した照合クエリを照合実行装置１３０へ入力する（ステップＳ３０３）。

照合実行装置１３０における特定部１３１は、照合クエリに含まれる照合用暗号化距離情報を秘密鍵ｓｋを用いて復号したのち、復号した照合用暗号化距離情報に含まれる距離同士を比較することによって、距離が最小となる代表情報（グループ）を特定する（ステップＳ３０４）。管理テーブル１４３において、特定部１３１により特定されたグループに属する照合対象情報が存在しない場合（ステップＳ３０５でＮｏ）、照合実行装置１３０における判定部１３２は、照合結果として「不一致」と判定し（ステップＳ３１１）、全体の処理は終了する。

管理テーブル１４３において、特定部１３１により特定されたグループに属する照合対象情報が存在する場合（ステップＳ３０５でＹｅｓ）、判定部１３２は、管理テーブル１４３において、特定部１３１により特定されたグループに属する照合対象情報を、記憶装置１４０から入手する（ステップＳ３０６）。

特定部１３１は、入手した照合対象情報と照合用入力情報との距離を算出する（ステップＳ３０７）。特定部１３１は、算出した距離を秘密鍵ｓｋを用いて復号することによって、距離が閾値以下となる照合対象情報が存在するか否かを確認する（ステップＳ３０８）。

距離が閾値以下となる照合対象情報が存在しない場合（ステップＳ３０９でＮｏ）、処理はステップＳ３１１へ進む。距離が閾値以下となる照合対象情報が存在する場合（ステップＳ３０９でＹｅｓ）、特定部１３１は、照合結果として「一致」と判定し（ステップＳ３１０）、全体の処理は終了する。

本実施形態に係る暗号化情報照合システム１０は、照合対象の情報が曖昧であることを許容した照合処理を、安全かつ高速に行うことができる。その理由は、暗号化情報照合システム１０は、特性に応じてグループ分けされた照合対象情報１４２－１乃至１４２－Ｎを管理し、照合用入力情報との距離が最短である（類似度が最も高い）代表情報を特定し、照合用入力情報との距離が基準を満たす（閾値以下である）、当該代表情報が代表するグループに所属する照合対象情報が存在するか否かを判定する処理を、照合用入力情報及び照合対象情報が暗号化された状態で行うからである。

以下に、本実施形態に係る暗号化情報照合システム１０によって実現される効果について、詳細に説明する。

一般に、１対Ｎの生体認証を行う場合、例えば、生体から得られる特徴量によるグループ分けや、生体情報の一部を利用した簡易認証を行うことによって、照合対象を絞りこんだのち、照合対象の情報が曖昧であることを許容した照合処理を行うことが考えられる。このような照合処理は、生体情報が秘匿されていない場合は、生体情報が示す値を使用した計算を行うことによって実現可能である。しかしながら、より安全生の高い、生体情報を秘匿した生体認証においては、被認証者から送信された生体情報が暗号化等によって秘匿されているので、上述した照合処理を行うことが困難である。すなわち、照合対象の情報が曖昧であることを許容した照合処理を、安全かつ高速に行うことが課題である。

このような課題に対して、本実施形態に係る暗号化情報照合システム１０では、特性が類似した照合対象情報ごとにグループ分けされている場合に、記憶装置１４０に、グループを代表する暗号化された代表情報１４１－１乃至１４１－Ｌと、グループに属する暗号化された照合対象情報１４２－１乃至１４２－Ｎとが、関連付けされて記憶されている。照合要求装置１２０における距離算出部１２１は、照合用入力情報と、記憶装置１４０に記憶された代表情報１４１－１乃至１４１－Ｌとの距離を算出する。そして、特定部１３１は、算出された距離が最短となる代表情報が代表するグループを特定する。判定部１３２は、暗号化された照合用入力情報と、特定部１３１によって特定されたグループに属する暗号化された照合対象情報との距離を、照合用入力情報及び照合対象情報が暗号化された状態で算出する。そして判定部１３２は、当該距離が基準を満たす（閾値以下である）照合対象情報が存在するか否かを判定する。すなわち、暗号化情報照合システム１０は、照合対象の情報が曖昧であることを許容した上述した照合処理を、照合用入力情報及び照合対象情報が暗号化された状態を維持した状態で行う。これにより、本実施形態に係る暗号化情報照合システム１０は、照合対象の情報が曖昧であることを許容した照合処理を、安全かつ高速に行うことができる。

また、本実施形態に係る登録装置１００における距離算出部１０１は、登録用入力情報と代表情報１４１－１乃至１４１－Ｌとの距離を算出する。登録装置１００における登録部１０２は、登録用入力情報を、算出された距離が最短となる代表情報と関連付けて、記憶装置１４０に格納する。すなわち、本実施形態に係る暗号化情報照合システムは、記憶装置１４０に対する情報の格納を自動で行うので、利用者の負担を軽減することができる。

また、本実施形態に係る代表情報生成装置１１０における生成部１１１は、代表情報の生成仕様を表す情報に基づいて代表情報を生成したのち暗号化し、暗号化した代表情報を記憶装置１４０に格納する。距離算出部１０１は、登録用入力情報と代表情報との距離を、登録用入力情報及び代表情報が暗号化された状態で算出する。これにより、本実施形態に係る暗号化情報照合システム１０は、照合対象とするグループを特定する処理においても、登録用入力情報を暗号化した状態を維持するので、照合対象の情報が曖昧であることを許容した照合処理を、より安全に行うことができる。

なお、代表情報１４１－１乃至は１４１－Ｌは、特定の個人の生体情報を表す情報ではないので、登録用入力情報、照合用入力情報、及び、照合対象情報１４２－１乃至１４２－Ｎほどに機密性は欲求されない。したがって、本実施形態に係る暗号化情報照合システム１０は、代表情報１４１－１乃至１４１－Ｌを暗号化せずに管理し、係る暗号化されていない代表情報１４１－１乃至１４１－Ｌを、暗号化情報照合システム１０に含まれる構成要素として使用してもよい。この場合、登録装置１００は、平文の（すなわち、暗号化される前の、あるいは、復号された）登録用入力情報と代表情報との距離を算出したのち、登録用入力情報を暗号化して記憶装置１４０に格納する。そして、照合要求装置１２０及び照合実行装置１３０は、暗号化された照合対象情報１４２－１乃至１４２－Ｎを記憶装置１４０から入手し、生成した照合用暗号化距離情報を送受信する。したがって、本実施形態に係る暗号化情報照合システム１０は、この場合においても、機密性が要求される情報について機密性を維持した状態で、照合処理を行うことができる。

また、本実施形態に係る暗号化情報照合システム１０は、類似度として、ユークリッド距離の他、ハミング距離、あるいは、マハラノビス距離を用いてもよい。暗号化情報照合システム１０は、非特許文献１あるいは非特許文献２に記載された、照合用入力情報と照合対象情報との距離を秘匿した状態で照合処理を行う方法を用いてもよい。本実施形態に係る暗号化情報照合システム１０は、あるいは、これらの距離以外の類似性を示す情報を、類似度として用いてもよい。

なお、本実施形態に係る暗号化情報照合システム１０は、照合用入力情報と代表情報との距離が最短であるグループに、照合用入力情報との距離が基準を満たす照合対象情報が存在しない場合に、距離が２番目に近いグループから、距離が短い順番に、順次、照合を行う対象とするグループを変更するようにしてもよい。これにより、本実施形態に係る暗号化情報照合システム１０は、照合用入力情報と代表情報との距離が最短であるグループを除くいずれかのグループに、照合用入力情報との距離が基準を満たす照合対象情報が存在するにもかかわらず、照合結果として不一致と判定すること（False negative）を回避することを高速に行うことができる。

＜第２の実施形態＞
図６は、本願発明の第２の実施形態に係る暗号化情報照合装置２０の構成を概念的に示すブロック図である。暗号化情報照合装置２０は、特定部２３１、判定部２３２、及び、記憶部２４０を備えている。

記憶部２４０には、１以上の照合対象情報が特性の類似性に基づいてグループ分けされている場合に、そのグループを代表する１以上の代表情報２４１－１乃至２４１－Ｌ（Ｌは任意の自然数）と、当該グループに属する暗号化された照合対象情報２４２－１乃至２４２－Ｎ（Ｎは任意の自然数）とが、関連付けされて記憶されている。

特定部２３１は、暗号化された入力情報と、記憶部２４０に記憶された代表情報２４１－１乃至２４１－Ｌとの第１の類似度を算出する。そして、特定部２３１は、算出した第１の類似度に基づいて、暗号化された入力情報との照合を行う対象とするグループを特定する。

判定部２３２は、暗号化された入力情報と、特定部２３１によって特定されたグループに属する暗号化された照合対象情報との第２の類似度を、入力情報及び照合対象情報が暗号化された状態で算出する。そして、判定部２３２は、算出した第２の類似度が基準を満たす照合対象情報が存在するか否かを判定する。

本実施形態に係る暗号化情報照合装置２０は、照合対象の情報が曖昧であることを許容した照合処理を、安全かつ高速に行うことができる。その理由は、暗号化情報照合装置２０は、特性に応じてグループ分けされた照合対象情報２４２－１乃至２４２－Ｎを管理し、入力情報と代表情報との類似度に基づいて、入力情報との照合を行うグループを特定し、入力情報との距離が閾値以下である、特定したグループに所属する照合対象情報が存在するか否かを判定する処理を、入力情報及び照合対象情報が暗号化された状態で行うからである。

＜ハードウェア構成例＞
上述した各実施形態において図１、及び、図６に示した暗号化情報照合装置（システム）における各部は、専用のＨＷ（ＨａｒｄＷａｒｅ）（電子回路）によって実現することができる。また、図１、及び、図６において、少なくとも、下記構成は、ソフトウェアプログラムの機能（処理）単位（ソフトウェアモジュール）と捉えることができる。
・距離算出部１２１、
・照合クエリ生成部１２２、
・特定部１３１及び２３１、
・判定部１３２及び２３２、
但し、これらの図面に示した各部の区分けは、説明の便宜上の構成であり、実装に際しては、様々な構成が想定され得る。この場合のハードウェア環境の一例を、図７を参照して説明する。

図７は、本願発明の各実施形態に係る暗号化情報照合装置（システム）を実行可能な情報処理装置９００（コンピュータ）の構成を例示的に説明する図である。即ち、図７は、図１、及び、図６に示した暗号化情報照合装置（システム）を実現可能なコンピュータ（情報処理装置）の構成であって、上述した実施形態における各機能を実現可能なハードウェア環境を表す。

図７に示した情報処理装置９００は、構成要素として下記を備えている。
・ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ＿Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ＿Ｕｎｉｔ）９０１、
・ＲＯＭ（Ｒｅａｄ＿Ｏｎｌｙ＿Ｍｅｍｏｒｙ）９０２、
・ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ＿Ａｃｃｅｓｓ＿Ｍｅｍｏｒｙ）９０３、
・ハードディスク（記憶装置）９０４、
・外部装置との通信インタフェース９０５、
・バス９０６（通信線）、
・ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ＿Ｄｉｓｃ＿Ｒｅａｄ＿Ｏｎｌｙ＿Ｍｅｍｏｒｙ）等の記録媒体９０７に格納されたデータを読み書き可能なリーダライタ９０８、
・入出力インタフェース９０９。

即ち、上記構成要素を備える情報処理装置９００は、これらの構成がバス９０６を介して接続された一般的なコンピュータである。情報処理装置９００は、ＣＰＵ９０１を複数備える場合もあれば、マルチコアにより構成されたＣＰＵ９０１を備える場合もある。

そして、上述した実施形態を例に説明した本願発明は、図７に示した情報処理装置９００に対して、次の機能を実現可能なコンピュータプログラムを供給する。その機能とは、その実施形態の説明において参照したブロック構成図（図１、及び、図６）における上述した構成、或いはフローチャート（図３乃至図５）の機能である。本願発明は、その後、そのコンピュータプログラムを、当該ハードウェアのＣＰＵ９０１に読み出して解釈し実行することによって達成される。また、当該装置内に供給されたコンピュータプログラムは、読み書き可能な揮発性のメモリ（ＲＡＭ９０３）、または、ＲＯＭ９０２やハードディスク９０４等の不揮発性の記憶デバイスに格納すれば良い。

また、前記の場合において、当該ハードウェア内へのコンピュータプログラムの供給方法は、現在では一般的な手順を採用することができる。その手順としては、例えば、ＣＤ－ＲＯＭ等の各種記録媒体９０７を介して当該装置内にインストールする方法や、インターネット等の通信回線を介して外部よりダウンロードする方法等がある。そして、このような場合において、本願発明は、係るコンピュータプログラムを構成するコード或いは、そのコードが格納された記録媒体９０７によって構成されると捉えることができる。

以上、上述した実施形態を模範的な例として本願発明を説明した。しかしながら、本願発明は、上述した実施形態には限定されない。即ち、本願発明は、本願発明のスコープ内において、当業者が理解し得る様々な態様を適用することができる。

この出願は、２０１６年６月２日に出願された日本出願特願２０１６－１１０６４２を基礎とする優先権を主張し、その開示の全てをここに取り込む。

１０ 暗号化情報照合システム
１００ 登録装置
１０１ 距離算出部
１０２ 登録部
１０３ 秘密鍵記憶部
１１０ 代表情報生成装置
１１１ 生成部
１２０ 照合要求装置
１２１ 距離算出部
１２２ 照合クエリ生成部
１３０ 照合実行装置
１３１ 特定部
１３２ 判定部
１３３ 秘密鍵記憶部
１４０ 記憶装置
１４１－１乃至１４１－Ｌ 代表情報
１４２－１乃至１４２－Ｎ 照合対象情報
１４３ 管理テーブル
１５０ 暗号鍵生成装置
２０ 暗号化情報照合装置
２３１ 特定部
２３２ 判定部
２４０ 記憶部
２４１－１乃至２４１－Ｌ 代表情報
２４２－１乃至２４２－Ｎ 照合対象情報
９００ 情報処理装置
９０１ ＣＰＵ
９０２ ＲＯＭ
９０３ ＲＡＭ
９０４ ハードディスク（記憶装置）
９０５ 通信インタフェース
９０６ バス
９０７ 記録媒体
９０８ リーダライタ
９０９ 入出力インタフェース

Claims (10)

1. １以上の照合対象情報が特性の類似性に基づいてグループに分けられている場合に、前記グループを代表する１以上の代表情報と、前記グループに属する暗号化された前記照合対象情報とが、関連付けされて記憶された記憶手段と、
   暗号化された第一の入力情報と、前記記憶手段に記憶された１以上の前記代表情報との第一の類似度を暗号化された状態で算出し、算出した前記第一の類似度を復号し、復号した前記第一の類似度に基づいて、前記第一の入力情報との照合を行う対象とする前記グループを特定する特定手段と、
   暗号化された前記第一の入力情報と、前記特定手段によって特定された前記グループに属する暗号化された１以上の前記照合対象情報との第二の類似度を暗号化された状態で算出し、算出した前記第二の類似度を復号し、復号した前記第二の類似度が基準を満たす前記照合対象情報が存在するか否かを判定する判定手段と、
   を備え、
   前記判定手段は、前記第一の類似度が最も大きい前記グループに、前記第二の類似度が基準を満たす前記照合対象情報が存在しない場合に、前記第一の類似度が２番目に大きい前記グループから前記第一の類似度の大きさの順番に、順次、照合を行う対象とする前記グループを変更する、
   暗号化情報照合装置。
2. 前記記憶手段には、暗号化された前記代表情報が記憶され、
   前記特定手段は、前記第一の類似度を、前記第一の入力情報及び前記代表情報が暗号化された状態で算出する、
   請求項１に記載の暗号化情報照合装置。
3. 前記判定手段は、準同型暗号により暗号化された前記第一の入力情報と、準同型暗号により暗号化された前記照合対象情報との前記第二の類似度を算出する、
   請求項１または２に記載の暗号化情報照合装置。
4. 前記特定手段は、準同型暗号により暗号化された前記第一の入力情報と、準同型暗号により暗号化された前記代表情報との前記第一の類似度を算出する、
   請求項２に記載の暗号化情報照合装置。
5. 暗号化された第二の入力情報と、前記記憶手段に記憶された１以上の前記代表情報との第三の類似度を暗号化された状態で算出し、算出した前記第三の類似度を復号することによって、前記第三の類似度が最も高い前記代表情報が代表する前記グループを特定し、暗号化された前記第二の入力情報を、前記照合対象情報として、特定した前記グループと関連付けて前記記憶手段に格納する登録手段をさらに備える、
   請求項１乃至４のいずれか一項に記載の暗号化情報照合装置。
6. 前記登録手段は、準同型暗号により暗号化された前記第二の入力情報と前記代表情報との前記第三の類似度を算出する、
   請求項５に記載の暗号化情報照合装置。
7. 外部から入力された、前記代表情報の生成仕様を表す情報に基づいて前記代表情報を生成し、生成した前記代表情報を、前記記憶手段に格納する生成手段をさらに備える、
   請求項１乃至６のいずれか一項に記載の暗号化情報照合装置。
8. 前記特定手段は、前記第一の入力情報と、前記代表情報との間の二乗ユークリッド距離、あるいはハミング距離、あるいは二乗マハラノビス距離を、前記第一の類似度として算出し、算出した前記第一の類似度を示す距離が最短となる前記代表情報が代表する前記グループを特定し、
   前記判定手段は、前記第一の入力情報と、前記照合対象情報との間の二乗ユークリッド距離、あるいはハミング距離、あるいは二乗マハラノビス距離を、前記第二の類似度として算出し、算出した前記第二の類似度を示す距離が閾値以下となる前記照合対象情報が存在するか否かを判定する、
   請求項１乃至７のいずれか一項に記載の暗号化情報照合装置。
9. １以上の照合対象情報が特性の類似性に基づいてグループに分けられており、前記グループを代表する１以上の代表情報と、前記グループに属する暗号化された前記照合対象情報とが、関連付けされて記憶手段に記憶されている場合に、
   情報処理装置によって、
   暗号化された第一の入力情報と、前記記憶手段に記憶された１以上の前記代表情報との第一の類似度を暗号化された状態で算出し、算出した前記第一の類似度を復号し、復号した前記第一の類似度に基づいて、前記第一の入力情報との照合を行う対象とする前記グループを特定し、
   暗号化された前記第一の入力情報と、特定した前記グループに属する暗号化された１以上の前記照合対象情報との第二の類似度を暗号化された状態で算出し、算出した前記第二の類似度を復号し、復号した前記第二の類似度が基準を満たす前記照合対象情報が存在するか否かを判定する、
   方法であって、
   前記第一の類似度が最も大きい前記グループに、前記第二の類似度が基準を満たす前記照合対象情報が存在しない場合に、前記第一の類似度が２番目に大きい前記グループから前記第一の類似度の大きさの順番に、順次、照合を行う対象とする前記グループを変更する、
   暗号化情報照合方法。
10. １以上の照合対象情報が特性の類似性に基づいてグループに分けられている場合に、前記グループを代表する１以上の代表情報と、前記グループに属する暗号化された前記照合対象情報とが、関連付けされて記憶された記憶手段にアクセス可能なコンピュータに、
    暗号化された第一の入力情報と、前記記憶手段に記憶された１以上の前記代表情報との第一の類似度を暗号化された状態で算出し、算出した前記第一の類似度を復号し、復号した前記第一の類似度に基づいて、前記第一の入力情報との照合を行う対象とする前記グループを特定する特定処理と、
    暗号化された前記第一の入力情報と、前記特定処理によって特定された前記グループに属する暗号化された１以上の前記照合対象情報との第二の類似度を暗号化された状態で算出し、算出した前記第二の類似度を復号し、復号した前記第二の類似度が基準を満たす前記照合対象情報が存在するか否かを判定する判定処理と、
    を実行させるためのプログラムであって、
    前記判定処理は、前記第一の類似度が最も大きい前記グループに、前記第二の類似度が基準を満たす前記照合対象情報が存在しない場合に、前記第一の類似度が２番目に大きい前記グループから前記第一の類似度の大きさの順番に、順次、照合を行う対象とする前記グループを変更する、
    を実行させるための暗号化情報照合プログラム。

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