JP7384487B2 - 暗号認証システム、ユーザ端末、サービスサーバ、及びプログラム - Google Patents

暗号認証システム、ユーザ端末、サービスサーバ、及びプログラム Download PDF

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Description

本開示は暗号認証システムに係り、特に、入力された情報を照合するための暗号認証システム、ユーザ端末、サービスサーバ、及びプログラムに関する。
従来より、暗号化した情報を処理する技術が開発されている。
例えば、ユーザの認証を必要とする任意のＷｅｂサイトに対して、認証を代行する、いわゆるシングルサインオンに関する技術がある（特開２００２－０３２３４０号公報）。この技術では、ユーザ認証が必要な複数のＷｅｂサイトを、ユーザ端末から利用するシステムにおいて、Ｗｅｂサーバと、ユーザ端末との間に認証を代行するプロキシを置いている。そして、このプロキシに、Ｗｅｂサイトにおける認証を代行させることにより、ユーザ認証作業の操作回数を削減している。
また、シングルサインオンに関する技術として、認証状態を一元管理する認証状態管理サーバを必要とせずに、シングルサインオン機能を実現して、システム構築コスト及び運用管理コストを軽減する技術がある（特開２００２－３３５２３９号公報）。この技術では、ユーザの認証状態を複数のサーバで共有し、各サーバが相互に認証レベルを比較してユーザの認証状態を分散管理している。
また、シングルサインオンに関する技術として、パソコンの設定環境を問わず、また、ユーザに認証用の物理デバイスを別途携帯させる必要のない認証システムに関する技術がある（特開２０１１－２３８０３６号公報）。この技術では、サーバが、携帯電話から受信した個体識別番号に基づいてクライアントセッションＩＤに対応するログイン要求の送信元のクライアントＰＣのユーザのログイン認証の実行、及びログイン情報の管理を行っている。
また、シングルサインオンに関する技術として、従来型のプロキシに全ての認証情報を記憶させておくリスクに対処するための技術がある（特許６５１８３７８号）。この技術では、リソースサーバと認証サーバとを用いて、予めユーザ及びサービスサーバの事前登録を行っておき、事前登録した情報を用いて認証を行っている。
特許文献１～３における従来のシングルサインオンの手法では、ユーザの身元証明書としてチケットを発行するいわゆるケルベロス認証方式が用いられている。しかし、チケットの盗聴による情報漏えいのリスクがある。また、ユーザとの間でセキュアな通信を確保するための暗号鍵も必要になってくる。このように、セキュリティを十分に担保しようとすると実装上の煩雑さが生じてしまい、導入コストが高いという問題がある。
また、特許文献４における手法は、プロキシを用いない方式であるものの、生成されたアクセストークンをユーザ側で管理しておく必要があり、盗聴された場合、情報漏えい、なりすましなどのリスクが存在する。また、サービスサーバには個人情報は提供されないものの、リソースサーバでユーザの個人情報を暗号化していないデータとしてデータベースで管理している。そのため、個人情報の取り扱いの管理上の問題は依然存在する。また、認証サーバから認証側復号鍵、リソースサーバから固有復号鍵をサービスサーバ側に配布して、サービスサーバ側でユーザ情報を復号化している。そのため、鍵管理の煩雑性の問題もあり、また、復号鍵の盗聴、及び復号化自体による情報漏えいのリスクもある。
また、シングルサインオンの認証に用いられているＩＤ及びパスワードの管理は煩雑であり、個人の管理に委ねられてしまう面があるため、根本的に漏えいのリスクが存在する。また、生体情報についても、センシティブな情報であるため利用が敬遠されている実情もある。
このように、シングルサインオンの仕組みは利便性が高いものの、リスク及び管理コスト等の観点で種々の課題が存在する。
本開示は、上記事情を鑑みて成されたものであり、ユーザの個人情報を秘匿させたまま、高速、かつ、安全に横断的な認証サービスの提供を可能とする暗号認証システム、ユーザ端末、サービスサーバ、及びプログラムを提供することを目的とする。
上記目的を達成するために、本開示に係る第１の態様の暗号認証システムは、インターネットを介して接続されたユーザ端末、一つ以上の暗号化サーバ、計算サーバ、及びサービスサーバを含む暗号認証システムである。前記サービスサーバは、前記ユーザ端末からのリクエストを受け付けると、認証時の第２の平文情報と、一時鍵である第３の暗号鍵とに基づいて、第３の暗号化情報を計算して、前記ユーザ端末に送信する。前記ユーザ端末は、受信した前記第３の暗号化情報と、認証時の第１の平文情報とに基づいて、第４の暗号化情報を計算して、前記暗号化サーバに送信する。前記暗号化サーバと前記計算サーバとの連携により、予め定められた暗号化照合関数による所定の処理を行い、前記第４の暗号化情報と、一時鍵である第４の暗号鍵と、予め登録された第１の暗号化情報、第２の暗号化情報、及び第１の暗号鍵を含む登録暗号情報とに基づいて、照合対象の暗号化情報を計算して、前記サービスサーバへ送信する。前記サービスサーバは、前記第３の暗号鍵、及び前記登録暗号情報の計算に用いた第２の暗号鍵を用いた照合関数により、前記照合対象の暗号化情報に含まれる前記第１の平文情報、及び前記第２の平文情報のそれぞれの一致度合いを求め、前記一致度合いに応じた認証結果を前記ユーザ端末に送信する。
また、本開示に係るユーザ端末は、サービスサーバから、認証時の第２の平文情報と、一時鍵である第３の暗号鍵とに基づいて計算された、第３の暗号化情報を受信し、受信した前記第３の暗号化情報と、認証時の第１の平文情報とに基づいて、第４の暗号化情報を計算して、暗号化サーバに送信し、前記サービスサーバから、認証結果を受信する、ユーザ端末であって、前記認証結果は、前記暗号化サーバと計算サーバとの連携により、予め定められた暗号化照合関数による所定の処理が行われ、前記第４の暗号化情報と、一時鍵である第４の暗号鍵と、予め登録された第１の暗号化情報、第２の暗号化情報、及び第１の暗号鍵を含む登録暗号情報とに基づいて計算された、照合対象の暗号化情報を用いて、前記サービスサーバにおいて、前記第３の暗号鍵、及び前記登録暗号情報の計算に用いた第２の暗号鍵を用いた照合関数により、前記照合対象の暗号化情報に含まれる前記第１の平文情報、及び前記第２の平文情報のそれぞれの一致度合いが求められている。
また、本開示に係るサービスサーバは、ユーザ端末からのリクエストを受け付けると、認証時の第２の平文情報と、一時鍵である第３の暗号鍵とに基づいて、第３の暗号化情報を計算して、前記ユーザ端末に送信し、照合対象の暗号化情報を受信し、前記第３の暗号鍵、及び登録暗号情報の計算に用いた第２の暗号鍵を用いた照合関数により、前記照合対象の暗号化情報に含まれる第１の平文情報、及び前記第２の平文情報のそれぞれの一致度合いを求め、前記一致度合いに応じた認証結果を前記ユーザ端末に送信する、サービスサーバであって、前記照合対象の暗号化情報は、前記ユーザ端末によって前記第３の暗号化情報及び認証時の第１の平文情報に基づいて計算された第４の暗号化情報を受信した暗号化サーバと計算サーバとの連携により、予め定められた暗号化照合関数による所定の処理が行わることによって、前記第４の暗号化情報と、一時鍵である第４の暗号鍵と、予め登録された第１の暗号化情報、第２の暗号化情報、及び第１の暗号鍵を含む登録暗号情報とに基づいて計算されている。
また、本開示に係る第２の態様の暗号認証システムは、照合暗号化サーバは、ユーザ端末の登録時の第１の暗号化情報の計算に用いた第１の暗号鍵を保持し、サービスサーバは、サービスサーバの登録時の第２の暗号化情報の計算に用いた第２の暗号鍵を保持し、計算サーバは、前記第１の暗号化情報、及び前記第２の暗号化情報を保持し、前記ユーザ端末からの前記サービスサーバへの所定のリクエストに応じて、前記照合暗号化サーバ、前記サービスサーバ、及び前記計算サーバが連携して、前記第１の暗号鍵、前記第２の暗号鍵、前記第１の暗号化情報、及び前記第２の暗号化情報を用いた計算を行い、前記サービスサーバから前記ユーザ端末に認証結果を送信する。
また、本開示に係るプログラムは、ユーザ端末からのリクエストを受け付けると、認証時の第２の平文情報と、一時鍵である第３の暗号鍵とに基づいて、第３の暗号化情報を計算する。前記第３の暗号化情報及びユーザの認証時の第１の平文情報に基づいて計算された第４の暗号化情報と、一時鍵である第４の暗号鍵と、予め登録された第１の暗号化情報、第２の暗号化情報、及び第１の暗号鍵を含む登録暗号情報とに基づいて、予め定められた暗号化照合関数による所定の処理により計算された、照合対象の暗号化情報を受信する。前記第３の暗号鍵、及び前記登録暗号情報の計算に用いた第２の暗号鍵を用いた照合関数により、前記照合対象の暗号化情報に含まれる前記第１の平文情報、及び前記第２の平文情報のそれぞれの一致度合いを求め、前記一致度合いに応じた認証結果を前記ユーザ端末に送信する。以上の処理をコンピュータに実行させるためのプログラムである。
本開示の暗号認証システム、ユーザ端末、サービスサーバ、及びプログラムによれば、ユーザの個人情報を秘匿させたまま、高速、かつ、安全に横断的な認証サービスの提供を可能とする、という効果が得られる。
本開示の暗号認証システムの導入シーンのイメージ図である。 本開示の暗号認証システムの簡易な構成を示す図である。 ユーザ端末、及び各サーバに対応するコンピュータのハードウェア構成を示すブロック図である。 本開示の暗号認証システムの登録手順、及び認証代行手順の処理の流れを模式的に示す図である。 ユーザ端末の登録手順の流れを示すシーケンス図である。 サービスサーバの登録手順の流れを示すシーケンス図である。 認証代行手順（照合手順）の流れを示すシーケンス図である。 ユーザ端末、及びサービスサーバの具体的な機能構成を示すブロック図である。 サービスサーバの登録鍵記憶部、及び一時鍵記憶部に格納される暗号鍵の一例を示す図である。 登録暗号化サーバ、照合暗号化サーバ、及び計算サーバの具体的な機能構成を示すブロック図である。 照合暗号化サーバのユーザ鍵記憶部、及び一時鍵記憶部に格納される暗号鍵の一例を示す図である。 計算サーバのユーザ暗号化情報記憶部、及びサービス暗号化情報記憶部に格納される暗号化情報の一例を示す図である。 本開示の手法の照合速度の一例を示す図である。 他の手法と本開示の手法とを比較した場合の一例を示す図である。
以下、図面を参照して本開示の実施形態を詳細に説明する。
まず、本開示の実施形態における技術を提案するに至った背景について説明する。
認証代行サービスは、インターネット上で様々な異なるサービスを用いる場合において、個別のサービスへのログインを代行するサービスであり、いくつかの方式が提案及び実装されている。認証代行サービスは、ログインの安全性及び利便性を確保するため、利用者の単一のＩＤ及びパスワード、又は生体情報その他の個人情報による認証情報を用いている。認証代行サービスが提供するシングルサインオンの仕組みにおいては、利用者はサービスごとに個別のログイン情報を記憶することなく、認証代行サービス自体から発行されたチケットを示すだけでよい。そのため、利用者の利便性が向上し、また個別のサービスを利用する場合も、なりすまし、ログイン情報の盗聴などのセキュリティリスクを低減できる。
しかしながら、上述した課題において示したように、従来からのシングルサインオンの仕組みには様々な課題が存在する。例えば、実装上の煩雑さ、認証代行サービス自体の信頼性の確保、個人情報の管理の困難性、生体情報を利用する場合のリスク管理、及び認証代行サービスのドメインの管理等がある。
そこで本開示において提案する手法では、照合可能な暗号化情報を用いた認証方式を提案する。前提となる技術として、本開示の技術の発明者らが開発した参考文献１の技術がある。
［参考文献１］国際公開第２０１９／１２４１６４号
参考文献１の技術では、複数の暗号化装置の各々において個人情報を秘匿させたまま、高速に照合を行う暗号認証システムを提案している。参考文献１の技術では、個人情報が暗号化されたまま保持されており、認証においても復号化されることなく高速に照合を行う仕組みを用いている。このような仕組みにより参考文献１では、例えば、ホテルの入退室の管理を、ユーザの任意の情報（例えば、ユーザが所持するカード、指紋等）によって行うようなケースにおいて、セキュリティ及び利便性の高い認証の仕組みを実現している。
本開示の手法は、個人情報を秘匿させたまま照合を行う点で参考文献１と共通である。本開示の手法では、認証代行サービス側及びサービス側で分散して暗号鍵を管理することにより、個人情報を秘匿させたまま、シングルサインオンの認証に必要な照合処理を高速に行うことが可能な暗号認証システムを実現する。本開示の暗号認証システムは、認証代行サービス側で個人情報を秘匿させたまま管理し、サービス提供側で最終的な照合を行う仕組みとする。また、シングルサインオンの実装上の煩雑さを回避しつつ、セキュアな構成を確保する。
本開示の暗号認証システムにより、シングルサインオンの仕組みにおいて、複数のサービス提供者のサービスについてユーザの個人情報を渡さずに認証を行うことが可能となる。これにより、サービス事業者側は、個人情報の管理を行わずとも、各種サービスを連携させ、Ｗｅｂアプリケーション等を介した、横断的なサービスの提供が可能となる。また、個人情報を秘匿したまま管理するため、ＩＤ及びパスワード等の情報漏えいの恐れのある情報以外の固有の個人情報を用いて、ユーザにとって利便性の高い認証が行える点でメリットがある。また、認証代行サービス側が暗号化された個人情報を登録情報として管理しており、ユーザ側ではチケット等を管理する必要がないため、ユーザはサービス事業者が横断的に展開している各種サービスを安全に利用できる。
図１は、本開示の暗号認証システムの導入シーンのイメージ図である。ユーザは、認証代行サービスに個人情報を暗号化して登録する。認証代行サービスでは個人情報は暗号化された状態で、つまり秘匿されたまま管理される。ユーザが複数のサービス事業者のいずれかにサービス利用の認証をリクエストすると、サービス事業者とユーザと認証代行サービスとの三者間で認証に係る処理が行われるが、サービス事業者側には個人情報は秘匿されたまま認証が行われる。
暗号認証システムの導入シーンの一例を挙げる。例えば、あるサービスを提供するサービス事業者Ａが事務機器のアプリの認証システムを導入するような場合に、本開示の暗号認証システムを管理する認証代行サービスを利用できる。この場合、サービス事業者Ａが認証代行サービスを導入することで、サービス事業者Ａの顧客又は従業員が対象のユーザとなる。これらのユーザは、サービス事業者Ａの事務機器のアプリだけでなく、他のサービス事業者の関連サービス、子サービス、及び第三者のアプリも、シングルサインオンの仕組みによって利用可能となる。認証代行サービスは、サービス事業者のサービスサーバの利用料と、認証代行手数料を徴収できる。サービスサーバは、サービス事業者のサービスに応じて、例えば、歯科カルテのクラウド管理システム、映像コンテンツのデータベース、宿泊施設のスマートフロント等、様々なサービスを管理するサーバが想定される。これにより、ユーザの利便性が向上すると共に、サービス事業者（医療機関、放送事業者、又は旅行代理店等）にとって、ユーザである顧客又は従業員の個人情報の管理業務のコスト負担、及びセキュリティリスクを大幅に軽減することができる。このようにサービス事業者が横断的なサービス連携及び提供を行う場合であっても、ユーザは最初に個人情報を暗号化情報として認証代行サービスに登録しておくだけでよい。
以下に、本開示の暗号認証システムの手法について詳細に説明する。
図２は、本開示の暗号認証システムの簡易な構成を示す図である。図２に示すように、暗号認証システム１００は、ユーザ端末１１０と、サービスサーバ１２０と、登録暗号化サーバ１３０と、照合暗号化サーバ１４０と、計算サーバ１５０とを有する。暗号認証システム１００は、各装置がネットワークＮを介して接続されている。サービスサーバ１２０は、複数のサービス提供者ごとにある認証要求者のサーバである。このうち、登録暗号化サーバ１３０と、照合暗号化サーバ１４０と、計算サーバ１５０とは、クラウド上に存在するサーバを想定しており、認証代行サービス側のサーバである。複数のサービスサーバ１２０がそれぞれクラウド上のサーバであるか、物理サーバであるかは任意である。なお、登録暗号化サーバ１３０及び照合暗号化サーバ１４０は、一体のサーバとしてもよい。また、登録暗号化サーバ１３０及び照合暗号化サーバ１４０と、計算サーバ１５０とは、別の認証代行サービス提供者が管理してもよい。
図３は、ユーザ端末１１０、及び各サーバ（１２０、１３０、１４０、１５０）に対応するコンピュータのハードウェア構成を示すブロック図である。各装置において、ハードウェア構成は共通でよいため、一図において説明する。図３に示すように、各装置において、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）１１、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）１２、ＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）１３、ストレージ１４、入力部１５、表示部１６及び通信インタフェース（Ｉ／Ｆ）１７を有する。各構成は、バス１９を介して相互に通信可能に接続されている。なお、図３において、例えば、ユーザ端末１１０をＣＰＵ１１とするならば、サービスサーバをＣＰＵ２１、登録暗号化サーバ１３０をＣＰＵ３１、照合暗号化サーバ１４０をＣＰＵ４１、計算サーバ１５０をＣＰＵ５１と置き換えればよい。他のブロックについても同様である。
ＣＰＵ１１は、中央演算処理ユニットであり、各種プログラムを実行したり、各部を制御したりする。すなわち、ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２又はストレージ１４からプログラムを読み出し、ＲＡＭ１３を作業領域としてプログラムを実行する。ＣＰＵ１１は、ＲＯＭ１２又はストレージ１４に記憶されているプログラムに従って、上記各構成の制御及び各種の演算処理を行う。本実施形態では、ＲＯＭ１２又はストレージ１４には、物体追跡プログラムが格納されている。
ＲＯＭ１２は、各種プログラム及び各種データを格納する。ＲＡＭ１３は、作業領域として一時的にプログラム又はデータを記憶する。ストレージ１４は、ＨＤＤ（Ｈａｒｄ Ｄｉｓｋ Ｄｒｉｖｅ）又はＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）等の記憶装置により構成され、オペレーティングシステムを含む各種プログラム、及び各種データを格納する。
入力部１５は、マウス等のポインティングデバイス、及びキーボードを含み、各種の入力を行うために使用される。
表示部１６は、例えば、液晶ディスプレイであり、各種の情報を表示する。表示部１６は、タッチパネル方式を採用して、入力部１５として機能してもよい。
通信インタフェース１７は、端末等の他の機器と通信するためのインタフェースであり、例えば、イーサネット（登録商標）、ＦＤＤＩ、Ｗｉ－Ｆｉ（登録商標）等の規格が用いられる。以上が、各装置のハードウェア構成の説明である。
また、ユーザ端末１１０は、暗号化処理が可能なアプリケーションを実行可能なプログラム及びインタフェースを有する。また、アプリケーションは、個人情報ｐ１（ｐ１’）として、所定の情報（例えば、カード情報、又は生体情報など）を読み取って利用する。また、ユーザ端末１１０では、複数のサービスサーバ１２０ごとの連携を設定しておく。連携を設定しておくことで、例えば、ユーザが複数のサービスを利用する際に必要な認証要求のリクエストを送信するタイミングを予め定めておく。例えば、宿泊施設で、施設自体の認証と、施設に付随する動画サービスの認証が必要となるケースがある。このようなケースでは、宿泊施設のサービスサーバ１２０Ａとの認証、及び動画サービスのサービスサーバ１２０Ｂとの認証が必要となる。この場合、宿泊施設のチェックインの際に、同時に認証を行うように連携を設定しておけばよい。また、同時でなくても、例えば、宿泊施設のサービスサーバ１２０Ａとの認証成功が確認できた後に、動画サービスのサービスサーバ１２０Ｂの認証を行うようにしておいてもよい。このように集中したタイミングで複数のサービスの認証がある場合でも、ユーザは都度認証要求をせずに、シームレスに複数のサービスを利用できる。また、このような連携の設定は、照合暗号化サーバ１４０から受信するようにしてもよい。なお、個人情報ｐ１（ｐ１’）が、本開示の第１の平文情報の一例である。
サービスサーバ１２０は、暗号化処理、及び照合処理が可能であり、かつ、鍵の管理を行うアプリケーションを実行可能なプログラム及びインタフェースを有する。また、アプリケーションは、サービスサーバ１２０の任意の情報ｐ２（ｐ２’）を利用する。任意の情報ｐ２（ｐ２’）が、本開示の第２の平文情報の一例である。
本開示の暗号認証システムの手法は、大きく分けると、登録手順と、認証代行手順とに分けられる。図４は、本開示の暗号認証システムの登録手順、及び認証代行手順の処理の流れを模式的に示す図である。図４に示す各経路のうち、セキュアな通信を確保する経路は、ユーザ端末１１０と登録暗号化サーバ１３０との間の経路、ユーザ端末１１０と照合暗号化サーバ１４０との間の経路、及び登録暗号化サーバ１３０と照合暗号化サーバ１４０との間の経路である。その他の経路はセキュアでない経路を用いてもよい。セキュアな経路は実線、セキュアでない経路は破線で示している。また、記号について、ｐは平文情報、ｃは暗号化情報、ｋは暗号鍵を表す。各記号に付く番号は、それぞれ本開示の平文情報、暗号化情報、暗号鍵の番号に対応する。以下に、登録手順と、認証代行手順との詳細を説明する。
［登録手順］
登録手順は、ユーザ端末１１０の登録と、サービスサーバ１２０の登録とのそれぞれについて行う。登録処理の仕組み自体は参考文献１の手法と同様である。
まず、ユーザ端末１１０の登録手順について説明する。図５は、ユーザ端末１１０の登録手順の流れを示すシーケンス図である。
１－１．ユーザ端末１１０は、個人情報ｐ１をセキュアな通信路を用いて登録暗号化サーバ１３０へ送信する。セキュアな通信経路は、登録暗号化サーバ１３０への直接入力、又はＳＳＬ／ＴＳＬ通信である。
１－２．登録暗号化サーバ１３０は、ワンタイムキーとして暗号鍵ｋ１を生成する。
１－３．登録暗号化サーバ１３０は、以下（１）式で暗号化情報ｃ１を計算する。式中の演算記号は排他的論理和である。

・・・（１）
１－４．登録暗号化サーバ１３０は、ｃ１をセキュアでない通信路を用いて計算サーバ１５０へ送信する。
１－５．登録暗号化サーバ１３０は、ｋ１をセキュアな通信路を用いて照合暗号化サーバ１４０へ送信する。
１－６．計算サーバ１５０は、ｃ１を保持する。
１－７．照合暗号化サーバ１４０は、ｋ１を保持する。
１－８．登録暗号化サーバ１３０は、ｐ１，ｋ１，ｃ１を破棄する。
次に、サービスサーバ１２０の登録手順について説明する。サービスサーバ１２０の登録は、サービスサーバ１２０ごとに行う。図６は、サービスサーバ１２０の登録手順の流れを示すシーケンス図である。
２－１．サービスサーバ１２０は、任意の情報ｐ２をセキュアな通信路を用いて登録暗号化サーバ１３０へ送信する。
２－２．登録暗号化サーバ１３０は、ワンタイムキーである暗号鍵ｋ２を生成する。
２－３．登録暗号化サーバ１３０は、以下（２）式で暗号化情報ｃ２を計算する。

・・・（２）
２－４．登録暗号化サーバ１３０は、ｃ２をセキュアでない通信路を用いて計算サーバ１５０へ送信する。
２－５．登録暗号化サーバ１３０は、ｋ２をセキュアな通信路を用いてサービスサーバ１２０へ送信する。
２－６．計算サーバ１５０は、ｃ２を保持する。
２－７．サービスサーバ１２０は、ｋ２を保持する。
２－８．登録暗号化サーバ１３０は、ｐ２，ｋ２，ｃ２を破棄する。
以上のように、サービスサーバ１２０がｋ２を保持する点が、ユーザ端末１１０の登録時と異なっている。以上が登録手順の説明である。
［認証代行手順］
ユーザ端末１１０がサービスサーバ１２０の提供するサービスを利用する場合の認証代行手順（照合手順）について説明する。図７は、認証代行手順（照合手順）の流れを示すシーケンス図である。
ここでユーザ端末１１０は、個人情報ｐ１’を用い、サービスサーバ１２０は任意の情報ｐ２’を用いる。認証が成功する場合は以下（３）式の条件１を満たす。

・・・（３）
３－１．ユーザ端末１１０は、サービス利用の認証要求のためのリクエストをサービスサーバ１２０へ送信する。
３－２．サービスサーバ１２０は、リクエストを受信すると、ワンタイムキーである暗号鍵ｋ３を生成する。
３－３．サービスサーバ１２０は、以下（４）式で暗号化情報ｃ３を計算する。

・・・（４）
３－４．サービスサーバ１２０は、ｃ３をセキュアでない通信路を用いてユーザ端末１１０へ送信する。
３－５．ユーザ端末１１０は、以下（５）式で暗号化情報ｃ４を計算する。

・・・（５）
３－６．ユーザ端末１１０は、ｃ４をセキュアな通信路を用いて照合暗号化サーバ１４０へ送信する。
３－７．照合暗号化サーバ１４０は、ｃ４を受信すると、ワンタイムキーである暗号鍵ｋ４を生成する。
３－８．照合暗号化サーバ１４０は、以下（６）式で暗号化情報ｃ５を計算する。

・・・（６）
３－９．照合暗号化サーバ１４０は、ｃ５をセキュアでない通信路を用いて計算サーバ１５０へ送信する。
３－１０．計算サーバ１５０は、以下（７）式で暗号化情報ｃ６を計算する。

・・・（７）
ここでｃ６は以下（８）式のように展開できる。そのため、暗号化情報ｃ６は、ｐ１及びｐ１’、ｐ２及びｐ２’の照合が可能な暗号化情報となっている。

・・・（８）
３－１１．計算サーバ１５０は、ｃ６をセキュアでない通信路を用いて照合暗号化サーバ１４０へ送信する。
３－１２．照合暗号化サーバ１４０は、以下（９）式で暗号化情報ｃ７を計算する。

・・・（９）
ここでｃ７は以下（１０）式のように展開できる。そのため、暗号鍵ｋ２及び暗号鍵ｋ３があれば照合可能となる。

・・・（１０）
３－１３．照合暗号化サーバ１４０は、ｃ７をセキュアでない通信路を用いてサービスサーバ１２０へ送信する。なお、上記（６）式から（１０）式が、本開示の暗号化照合関数の一例である。ｃ７が、本開示の照合対象の暗号化情報の一例である。
３－１４．サービスサーバ１２０は、以下（１１）式でｒを計算する。なお、（１１）式が、本開示の照合関数の一例である。

・・・（１１）
３－１５．サービスサーバ１２０は、を判定し、ｒ＝０の場合、認証成功としてユーザ端末１１０へ返却し（３－１６）、ｒ≠０の場合、認証失敗としてユーザ端末１１０へ返却する（３－１７）。
以上が認証代行手順の説明である。
次に、各装置の機能構成について説明する。
ユーザ端末１１０、及びサービスサーバ１２０の機能構成について説明する。図８は、ユーザ端末１１０、及びサービスサーバ１２０の具体的な機能構成を示すブロック図である。ユーザ端末１１０は、個人情報処理部１１１と、ユーザ暗号化部１１２とを含んでいる。サービスサーバ１２０は、サービス暗号化部１２１と、登録鍵記憶部１２２と、一時鍵記憶部１２３と、照合部１２４とを含んでいる。
個人情報処理部１１１は、ユーザ端末１１０に付随する各種インタフェースにより個人情報を取得し、暗号化の対象とする平文情報に取得する。カードであればカード番号を数字及び文字列を取得し、指紋、目の光彩の情報であれば画像を取得する。取得した個人情報は、上述した１－１及び３－５の処理で利用する。
ユーザ暗号化部１１２は、ユーザ端末１１０での各種暗号化に関する処理として上述した３－１、３－５の処理を行う。
サービス暗号化部１２１は、サービスサーバ１２０での各種暗号化に関する処理として上述した２－１、３－２から３－４の処理を行う。
図９は、サービスサーバ１２０の登録鍵記憶部１２２、及び一時鍵記憶部１２３に格納される暗号鍵の一例を示す図である。登録鍵記憶部１２２には、上述した２－７で保持した暗号鍵ｋ２が格納される。一時鍵記憶部１２３には、上述した３－２で生成したワンタイムキーである暗号鍵ｋ３がユーザＩＤごとに格納される。複数のリクエストが同時にある場合、ユーザＩＤごとに複数のワンタイムキーが格納される。ワンタイムキーは、一定時間後に破棄される。
照合部１２４は、照合に関する処理として上述した３－１４から３－１７の処理を行う。
登録暗号化サーバ１３０、照合暗号化サーバ１４０、及び計算サーバ１５０の機能構成について説明する。図１０は、登録暗号化サーバ１３０、照合暗号化サーバ１４０、及び計算サーバ１５０の具体的な機能構成を示すブロック図である。図１０に示すように、登録暗号化サーバ１３０は、登録暗号化部１３１を含んでいる。照合暗号化サーバ１４０は、照合暗号化部１４１と、ユーザ鍵記憶部１４２と、一時鍵記憶部１４３とを含んでいる。計算サーバ１５０は、計算部１５１と、ユーザ暗号化情報記憶部１５２と、サービス暗号化情報記憶部１５３とを含んでいる。
登録暗号化部１３１は、登録時の処理として上述した１－２から１－５、２－２から２－５の処理を行う。
照合暗号化部１４１は、照合時の処理として上述した３－７から３－９、３－１２、３－１３の処理を行う。
図１１は、照合暗号化サーバ１４０のユーザ鍵記憶部１４２、及び一時鍵記憶部１４３に格納される暗号鍵の一例を示す図である。ユーザ鍵記憶部１４２には、上述した１－７で保持した暗号鍵ｋ１がユーザＩＤごとに格納される。一時鍵記憶部１４３には、上述した３－７で生成したワンタイムキーである暗号鍵ｋ７がリクエストＩＤごとに格納される。リクエストＩＤとは、認証のリクエストを識別するためのＩＤである。
計算部１５１は、照合時の処理として上述した３－１０、３－１１の処理を行う。
図１２は、計算サーバ１５０のユーザ暗号化情報記憶部１５２、及びサービス暗号化情報記憶部１５３に格納される暗号化情報の一例を示す図である。ユーザ暗号化情報記憶部１５２には、上述した１－６で保持した暗号化情報ｃ１がユーザＩＤごとに格納される。サービス暗号化情報記憶部１５３には、上述した２－６で保持した暗号化情報ｃ２がサービスＩＤごとに格納される。
以上、説明した本開示の実施形態に係る暗号認証システムによれば、ユーザの個人情報を秘匿させたまま、高速、かつ、安全に横断的な認証サービスの提供を可能とする。
［実験例］
本開示の実施形態の手法の実験例について説明する。図１３は、本開示の手法の照合速度の一例を示す図である。図１４は、他の手法と本開示の手法とを比較した場合の一例を示す図である。図１３では、平文（ｐ１，ｐ２）のサイズを変えた場合の実行速度を示している。ここで８１９２ビットにおいても実行速度が１ｍｓ以下となっていることがわかる。このように高速な照合が行えるため、リアルタイムな認証が可能である。図１４では、Ｋｅｒｂｅｒｏｓ ｂａｓｅｄ、Ｓｍａｒｔ ｃａｒｄ Ｂａｓｅｄ、Ｏｐｅｎ ＩＤ、ＶＥ ｂａｓｅ（本開示の手法）の、使用可能な個人情報、暗号方式、及び鍵配布の必要性を比較した。本開示の手法は、任意の個人情報を扱えるだけでなく、鍵配布の必要性についても、ｋ２をサービスサーバ１２０に配布するのみでよい。そのため、多数の煩雑な鍵管理の必要性がなく、実装上の鍵管理の煩雑さも抑制される。他の手法では複数の装置間で鍵配布の必要性が出てくるため、煩雑であり実装上のコストが高いという問題がある。
以上のように、情報を暗号化したまま照合を行い、暗号化された情報について照合結果を得るようにすることで、ネットワーク上でやり取りされる情報を取得されたとしても、暗号化された情報からは元の情報を特定することができないため、秘匿性を保ったままシングルサインオンの認証を行えるというメリットがある。また、高速かつ安全に認証が行えるため、ユーザ及びサービス提供者にとって利便性が高いサービスの提供が可能となる。
なお、本開示は、上述した実施形態に限定されるものではなく、この発明の要旨を逸脱しない範囲内で様々な変形や応用が可能である。
なお、上記実施形態でＣＰＵがソフトウェア（プログラム）を読み込んで実行した各種処理を、ＣＰＵ以外の各種のプロセッサが実行してもよい。この場合のプロセッサとしては、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ－Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）等の製造後に回路構成を変更可能なＰＬＤ（Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｌｏｇｉｃ Ｄｅｖｉｃｅ）、及びＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ）等の特定の処理を実行させるために専用に設計された回路構成を有するプロセッサである専用電気回路等が例示される。また、各種処理を、これらの各種のプロセッサのうちの１つで実行してもよいし、同種又は異種の２つ以上のプロセッサの組み合わせ（例えば、複数のＦＰＧＡ、及びＣＰＵとＦＰＧＡとの組み合わせ等）で実行してもよい。また、これらの各種のプロセッサのハードウェア的な構造は、より具体的には、半導体素子等の回路素子を組み合わせた電気回路である。
また、上記実施形態では、プログラムがストレージ１４に予め記憶（インストール）されている態様を説明したが、これに限定されない。プログラムは、ＣＤ－ＲＯＭ（Ｃｏｍｐａｃｔ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、ＤＶＤ－ＲＯＭ（Ｄｉｇｉｔａｌ Ｖｅｒｓａｔｉｌｅ Ｄｉｓｋ Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）、及びＵＳＢ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ Ｓｅｒｉａｌ Ｂｕｓ）メモリ等の非一時的（ｎｏｎ－ｔｒａｎｓｉｔｏｒｙ）記憶媒体に記憶された形態で提供されてもよい。また、プログラムは、ネットワークを介して外部装置からダウンロードされる形態としてもよい。
２０２０年２月１８日に出願された日本国特許出願２０２０－２５６５９の開示はその全体が参照により本明細書に取り込まれる。
本明細書に記載された全ての文献、特許出願、及び技術規格は、個々の文献、特許出願、及び技術規格が参照により取り込まれることが具体的かつ個々に記された場合と同程度に、本明細書中に参照により取り込まれる。

Claims (14)

  1. インターネットを介して接続されたユーザ端末、一つ以上の暗号化サーバ、計算サーバ、及びサービスサーバを含む暗号認証システムであって、
    前記サービスサーバは、前記ユーザ端末からのリクエストを受け付けると、認証時の第２の平文情報と、一時鍵である第３の暗号鍵とに基づいて、第３の暗号化情報を計算して、前記ユーザ端末に送信し、
    前記ユーザ端末は、受信した前記第３の暗号化情報と、認証時の第１の平文情報とに基づいて、第４の暗号化情報を計算して、前記暗号化サーバに送信し、
    前記暗号化サーバと前記計算サーバとの連携により、予め定められた暗号化照合関数による所定の処理を行い、前記第４の暗号化情報と、一時鍵である第４の暗号鍵と、予め登録された第１の暗号化情報、第２の暗号化情報、及び第１の暗号鍵を含む登録暗号情報とに基づいて、照合対象の暗号化情報を計算して、前記サービスサーバに送信し、
    前記サービスサーバは、前記第３の暗号鍵、及び前記登録暗号情報の計算に用いた第２の暗号鍵を用いた照合関数により、前記照合対象の暗号化情報に含まれる前記第１の平文情報、及び前記第２の平文情報のそれぞれの一致度合いを求め、前記一致度合いに応じた認証結果を前記ユーザ端末に送信する、
    暗号認証システム。
  2. 前記サービスサーバは、複数のサービスサーバとし、
    前記暗号化サーバ及び前記計算サーバは、前記複数のサービスサーバごとに前記照合対象の暗号化情報の計算を実行する請求項１に記載の暗号認証システム。
  3. 前記ユーザ端末に、又は前記暗号化サーバおいて、前記複数のサービスサーバに関する所定の連携が設定されており、
    前記ユーザ端末は、前記設定に応じて、前記複数のサービスサーバに対して同時、又は所定のタイミングで認証のリクエストを送信する請求項２に記載の暗号認証システム。
  4. 前記ユーザ端末は、前記認証時の第１の平文情報をユーザに関する情報として、カード情報、又は生体情報を含む所定の情報を読み取って利用する請求項１～請求項３の何れか１項に記載の暗号認証システム。
  5. 前記暗号化サーバは、登録暗号化サーバと、照合暗号化サーバとを有し、
    前記登録暗号化サーバは、前記登録暗号情報として、第１の暗号鍵及び前記ユーザ端末の登録時の第１の平文情報を用いて計算した第１の暗号化情報と、前記第２の暗号鍵及び前記サービスサーバの登録時の第２の平文情報を用いて計算した第２の暗号化情報とを前記計算サーバに登録し、
    前記第２の暗号鍵を前記サービスサーバに送信する請求項１～請求項４の何れか１項に記載の暗号認証システム。
  6. 前記照合暗号化サーバは、前記第４の暗号化情報を一時鍵である第４の暗号鍵で暗号化した第５の暗号化情報を前記計算サーバに送信し、
    前記計算サーバは、前記第５の暗号化情報を、前記第１の暗号化情報及び前記第２の暗号化情報に基づいて、平文情報の照合に関する第６の暗号化情報を計算して、前記暗号化サーバに送信し、
    前記照合暗号化サーバは、前記第６の暗号化情報を、前記第１の暗号鍵と、前記第４の暗号鍵とに基づいて、前記照合対象の暗号化情報を計算する請求項５に記載の暗号認証システム。
  7. 前記計算サーバは、前記暗号化照合関数により、前記第４の暗号鍵で暗号化した第５の暗号化情報と、前記第１の暗号化情報と、前記第２の暗号化情報とに基づいて、登録時の第１の平文情報と認証時の第１の平文情報との一致度、及び、登録時の第２の平文情報と認証時の第２の平文情報との一致度が求まる前記第６の暗号化情報を計算する請求項６に記載の暗号認証システム。
  8. 前記ユーザ端末と前記登録暗号化サーバとの間の経路、前記ユーザ端末と前記照合暗号化サーバとの間の経路、及び前記登録暗号化サーバと前記照合暗号化サーバとの間の経路についてセキュアな経路とするように設計する請求項５～請求項７の何れか１項に記載の暗号認証システム。
  9. サービスサーバから、認証時の第２の平文情報と、一時鍵である第３の暗号鍵とに基づいて計算された、第３の暗号化情報を受信し、
    受信した前記第３の暗号化情報と、認証時の第１の平文情報とに基づいて、第４の暗号化情報を計算して、暗号化サーバに送信し、
    前記サービスサーバから、認証結果を受信する、ユーザ端末であって、
    前記認証結果は、前記暗号化サーバと計算サーバとの連携により、予め定められた暗号化照合関数による所定の処理が行われ、前記第４の暗号化情報と、一時鍵である第４の暗号鍵と、予め登録された第１の暗号化情報、第２の暗号化情報、及び第１の暗号鍵を含む登録暗号情報とに基づいて計算された、照合対象の暗号化情報を用いて、前記サービスサーバにおいて、前記第３の暗号鍵、及び前記登録暗号情報の計算に用いた第２の暗号鍵を用いた照合関数により、前記照合対象の暗号化情報に含まれる前記第１の平文情報、及び前記第２の平文情報のそれぞれの一致度合いが求められている、
    ユーザ端末。
  10. ユーザ端末からのリクエストを受け付けると、認証時の第２の平文情報と、一時鍵である第３の暗号鍵とに基づいて、第３の暗号化情報を計算して、前記ユーザ端末に送信し、
    照合対象の暗号化情報を受信し、
    前記第３の暗号鍵、及び登録暗号情報の計算に用いた第２の暗号鍵を用いた照合関数により、前記照合対象の暗号化情報に含まれる第１の平文情報、及び前記第２の平文情報のそれぞれの一致度合いを求め、前記一致度合いに応じた認証結果を前記ユーザ端末に送信する、サービスサーバであって、
    前記照合対象の暗号化情報は、前記ユーザ端末によって前記第３の暗号化情報及び認証時の第１の平文情報に基づいて計算された第４の暗号化情報を受信した暗号化サーバと計算サーバとの連携により、予め定められた暗号化照合関数による所定の処理が行わることによって、前記第４の暗号化情報と、一時鍵である第４の暗号鍵と、予め登録された第１の暗号化情報、第２の暗号化情報、及び第１の暗号鍵を含む登録暗号情報とに基づいて計算されている、
    サービスサーバ。
  11. 照合暗号化サーバは、ユーザ端末の登録時の第１の暗号化情報の計算に用いた第１の暗号鍵を保持し、
    サービスサーバは、サービスサーバの登録時の第２の暗号化情報の計算に用いた第２の暗号鍵を保持し、
    計算サーバは、前記第１の暗号化情報、及び前記第２の暗号化情報を保持し、
    前記ユーザ端末からの前記サービスサーバへの所定のリクエストに応じて、
    前記照合暗号化サーバ、前記サービスサーバ、及び前記計算サーバが連携して、前記第１の暗号鍵、前記第２の暗号鍵、前記第１の暗号化情報、及び前記第２の暗号化情報を用いた計算を行い、前記サービスサーバから前記ユーザ端末に認証結果を送信する、
    暗号認証システム。
  12. 登録暗号化サーバを更に含み、
    前記登録暗号化サーバは、前記ユーザ端末から第１の平文情報を受け付けた場合に、前記第１の暗号鍵を生成し、前記第１の暗号化情報を計算し、
    前記サービスサーバから第２の平文情報を受け付けた場合に、前記第２の暗号鍵を生成し、前記第２の暗号化情報を計算し、
    前記第１の暗号化情報、及び前記第２の暗号化情報を前記計算サーバに登録する、請求項１１に記載の暗号認証システム。
  13. 前記登録暗号化サーバは、前記第１の暗号化情報の登録後に前記第１の平文情報、前記第１の暗号鍵、及び前記第１の暗号化情報を破棄し、前記第２の暗号化情報の登録後に前記第２の平文情報、前記第２の暗号鍵、及び前記第２の暗号化情報を破棄する、請求項１２に記載の暗号認証システム。
  14. ユーザ端末からのリクエストを受け付けると、認証時の第２の平文情報と、一時鍵である第３の暗号鍵とに基づいて、第３の暗号化情報を計算し、
    前記第３の暗号化情報及びユーザの認証時の第１の平文情報に基づいて計算された第４の暗号化情報と、一時鍵である第４の暗号鍵と、予め登録された第１の暗号化情報、第２の暗号化情報、及び第１の暗号鍵を含む登録暗号情報とに基づいて、予め定められた暗号化照合関数による所定の処理により計算された、照合対象の暗号化情報を受信し、
    前記第３の暗号鍵、及び前記登録暗号情報の計算に用いた第２の暗号鍵を用いた照合関数により、前記照合対象の暗号化情報に含まれる前記第１の平文情報、及び前記第２の平文情報のそれぞれの一致度合いを求め、前記一致度合いに応じた認証結果を前記ユーザ端末に送信する、
    処理をコンピュータに実行させるためのプログラム。
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