JPH09179951A

JPH09179951A - 携帯可能情報記憶媒体及びそのシステム

Info

Publication number: JPH09179951A
Application number: JP34950595A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Irisawa; 和義入澤
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1995-12-22
Filing date: 1995-12-22
Publication date: 1997-07-11

Abstract

(57)【要約】【課題】ＩＣカード等が外部から受ける命令の正当性
を逐次判定して正当な場合のみ実行できる様にして、不
正な外部装置からの命令を拒絶する。【解決手段】外部装置がＩＣカードに命令を送るとき
は、ＩＣカードで発生させた乱数と、外部装置自身が所
有しＩＣカードと同一の暗号キー及び暗号アルゴリズム
とで、その命令に対する認証データを生成し命令と共に
送る。ＩＣカード側では受けた命令に対する認証データ
を生成し、外部からの認証データと一致していれば、そ
の命令を認証して実行する。認証データ生成に用いる暗
号キーは命令によって変わる様に複数の暗号キーの組み
合わせをキーテーブル等で定義しておき選択使用する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、集積回路としてマ
イクロプロセッサ及びＩＣメモリを内蔵したＩＣカード
に代表される携帯可能情報記憶媒体に関する。特に、外
部装置から受ける命令の正当性を判定することで、不正
な外部装置を拒絶できる携帯可能情報記憶媒体に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】演算処理手段としてマイクロプロセッ
サ、情報記憶手段としてＲＡＭ、ＲＯＭやＥＥＰＲＯＭ
を備えた、いわゆるＩＣカードに代表される携帯可能情
報記憶媒体は、マイクロプロセッサの高度なデータ処理
能力によって、内部に記憶されるデータを不正アクセス
から防御できる高度なセキュリティ性を有している。例
えば、外部装置から送られた暗証が内部に記憶しておい
た暗証と一致する場合のみ、内部のデータへのアクセス
を許可したり、或いは、携帯可能情報記憶媒体と外部装
置とで共通の暗号化アルゴリズムで暗号化データを生成
し、両者の暗号化データが同一の場合に内部のデータへ
のアクセスを許可する等の方策が取られる。そして、こ
の様なＩＣカードに代表される携帯可能情報記憶媒体
は、その優れたセキュリティ性によって、バンクカー
ド、クレジットカード、各種の施設やクラブ等のＩＤカ
ード、プリペイドカード等に使用されだしており、その
将来性が期待されている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】ところが、該携帯可能
情報記憶媒体に記憶された内容を不正に書き換えたり、
読み出したりする不正行為者に対する、携帯可能情報記
憶媒体側の防御技術は、これで充分であるという事はあ
りえない。例えば、ＩＣカードに予め記憶した暗証と外
部装置からの暗証を比較する場合は、記憶しておいた暗
証が解読されてしまえば、無防備となってしまう。ま
た、ＩＣカード側から見て、それがセットされる端末を
正当なものであると認証する端末認証は、一度ＩＣカー
ドが端末にセットされて端末を正当なものであると認証
した後は、再度端末認証を行うことはなく、最初に端末
認証を行った後に端末から送られる各種命令は全て正当
なものとして取り扱われる。したがって、不正な端末が
正当な端末を偽る余地が存在することになり、不正行為
による命令をＩＣカードが受け付けてしまう恐れが発生
する。

【０００４】

【課題を解決するための手段】そこで、本発明の携帯用
情報記憶媒体は、上記課題を解決し目的を達成するため
に、マイクロプロセッサとメモリとを、少なくとも有す
るＩＣカード等に代表される携帯可能情報記憶媒体にお
いて、乱数を発生する乱数発生手段と、暗号キー及び暗
号アルゴリズムを所有させ、前記乱数と暗号キー及び暗
号アルゴリズムを用いて外部装置から送られた命令の全
部又は一部に対する認証データを認証データ生成手段で
生成し、これを命令制御手段で外部装置から命令と共に
送られた認証データと比較することで、命令の正当性を
認証し命令実行を許可する様にした。このような携帯可
能情報記憶媒体に対する外部装置側には、上記と同じ暗
号キー及び同じ暗号アルゴリズムを持たせて、命令を携
帯可能情報記憶媒体に送る時は、その命令の全部又は一
部に対する認証データを、携帯可能情報記憶媒体側で発
生させた乱数を取得して、この乱数と暗号キーと暗号ア
ルゴリズムとを用いて作成し、命令と共に携帯可能情報
記憶媒体に送る。そして、携帯可能情報記憶媒体側で
は、外部装置から送られた命令に対して、外部装置側が
行ったと同様に命令の全部又は一部に対する認証データ
を作成する。すなわち、外部に送った乱数と、自己の暗
号キー及び暗号アルゴリズムで認証データを作成し、こ
れが外部装置から送られた認証データと一致したとき
に、正当な命令であり、また、正当な外部であると認証
する。そして、認証が不成立の場合は、その命令の実行
を拒絶する様にした。

【発明の実施の形態】

【０００５】以下、図面を参照しながら説明する。図１
は、命令によって異なる暗号キーを用いて、外部装置及
び携帯可能情報記憶媒体で認証データを生成し、この認
証データの認証により命令の実行可否を制御する説明図
である。図２は、本発明の携帯可能情報記憶媒体側と外
部装置側とからなるシステムの概略ブロック図である。

【０００６】また、本発明ではこの暗号キーを複数用い
て認証データを生成する様にして、しかも、命令により
用いる暗号キーの組み合わせを変える。すなわち、複数
の暗号キー群の中から予め任意の規則で命令に対応し
て、暗号キー選択手段が選んだ１個又は複数の暗号キー
を用いる。複数の暗号キー群と、命令と、用いる暗号キ
ーの組み合わせ（１個又は複数の暗号キーからなる）の
関係は、例えば、キーテーブルとして暗号キー選択手段
が所有する（図１及び図２参照）。

【０００７】そして、命令に対応して暗号キーの組み合
わせを変える場合、各命令毎にそれぞれ異なる組み合わ
せとする等と、その規則は任意である。（もちろん、携
帯可能情報記憶媒体側での規則と同一の規則を外部装置
側でも用いる。）該規則としては、例えば、命令をその
コマンド特権レベルに応じて複数のグループに分類し
て、同一のグループに属する命令に対しては、共通の暗
号キーの組み合わせを使用する。或いは、命令を使用す
る使用者、例えば、患者のＩＤカードを兼ねた携帯可能
情報記憶媒体であれば、患者、医者、薬剤師、医療事務
員等といった使用者毎にグループ分けする（同一の命令
が異なるグループに重複することもあり得る）等であ
る。コマンド特権レベルでの命令のグループ分けでは、
コマンド特権レベルが高いものは、用いる暗号キーの数
を多くする等することもできる。また、コマンド特権レ
ベルによってグループ分けされた命令は、その命令の使
用者のグループ分けになっていることもある。また、複
数の暗号キーを用いる場合、用いる暗号キーは同じであ
るが、命令に対して暗号アルゴリズムを操作するとき
に、暗号キーを用いる順番が異なる様な順番も規定した
組み合わせもあり得る。なお、順番が特に無ければ、例
えば、キーのＩＤ番号順とすれば良い。

【０００８】以上の様に、認証データの生成に用いる暗
号キーは、携帯可能情報記憶媒体に対して共通の暗号キ
ーを少なくとも一つ外部でも所有し、外部でもこれを用
いて（又、共通の乱数及び共通の暗号アルゴリズムを用
いて）認証キーを生成しないと正しい認証データは得ら
れない。また、用いる暗号キーが一つであるということ
は、外部装置側で認証キー生成に用いる暗号キーのキー
コードを一つ持てば最低限良いということだが、むしろ
普通は、一つのキーコードからなる暗号キーをマスター
キーとして用い、これと携帯可能情報記憶媒体の識別コ
ード等とからワークキーを生成して、このワークキーを
認証キー生成に用いる。従って、外部側では、携帯可能
情報記憶媒体から識別コードを取得して、外部で所有し
ている暗号キー（マスターキー）と取得した識別コード
とから暗号キー（ワークキー）を生成し、これを認証キ
ー生成に用いる。従って、上記でいう暗号キーの組み合
わせは、ワークキーの組み合わせであることもあるし、
マスターキーの組み合わせであることもある。

【０００９】また、外部装置側で認証データ生成に用い
る乱数は、携帯可能情報記憶媒体が用いる乱数と同一の
ものとし、一つの乱数を両者で共用することになるが、
乱数の発生は携帯可能情報記憶媒体側で行い、外部装置
は携帯可能情報記憶媒体側から取得した乱数を用いる。
乱数の共有化の点では、乱数発生は外部装置側で、或い
は両者で共通の乱数発生アルゴリズムで別々に同一の乱
数を発生させる様にするなども考えられるが、本発明の
趣旨である携帯可能情報記憶媒体側から外部（の命令、
ひいては外部装置）を認証する目的では、乱数発生は携
帯可能情報記憶媒体側のみが良い。外部装置側で乱数発
生を行う形態では、不正に製作した外部装置がそれに都
合の良い乱数を携帯可能情報記憶媒体に送ることで、携
帯可能情報記憶媒体の命令認証の仕組みを解読される余
地を与えることになるからである。なお、複数の暗号キ
ーを用いる暗号化のプロセスを複数回繰り返す場合に
は、通常は最初の暗号化プロセスに乱数を用いるが、必
ずしもこれに限定されず、例えば全部の暗号化プロセ
ス、或いは二回目以降の暗号化プロセスに用いても良
い。また、用いる乱数は、通常は連続して同一の乱数が
発生しない乱数発生手段によって得る。なお、乱数発生
手段は、ソフトウァア的なものであっても良く、乱数発
生回路によっても良く、任意である。

【００１０】認証データ生成手段は、上記暗号キーと乱
数と、所定の暗号アルゴリズムで、命令の全部又は一部
に対する認証データを生成する。認証データ生成に用い
る暗号アルゴリズムは任意であるが、例えば、データ暗
号標準ＤＥＳ（ＤａｔａＥｎｃｒｙｐｔｉｏｎＳｔ
ａｎｄａｒｄ）が使用でき、また、その操作モードとし
ては例えばＣＢＣ（ＣｈｉｐｅｒＢｌｏｃｋＣｈａ
ｉｎｉｎｇ）モードを使用すれば良い。なお、認証デー
タ生成手段は、ソフトウァア的なものであっても良く、
暗号化回路によっても良く、任意である。なお、認証デ
ータ生成の対象となる命令は、基本的には一つの命令毎
である。また、外部装置から携帯可能情報記憶媒体に送
る命令にはその命令のコードの他に、命令に応じて通常
は引数等のコード列が連なるが、本発明では命令の種類
によって用いる暗号キーを変えるので、少なくとも命令
の種類が分かれば良く、例えば命令コード部分だけでも
良い。或いは引数部分も含めた全命令文等とすれば、認
証データの対象となるコード列のビット長が大きくな
り、安全性はより高くなる。或いは、命令のコードの一
部でも、命令をグループ分けする形態では、その一部の
コードが共通なものを共通なグループとしても良い。な
お、命令に対する引数は、例えば、ＲＥＡＤ＿ＢＩＮＡ
ＲＹ命令ではファイルＩＤと読出し相対アドレスと長さ
等が引数となり、ＷＲＩＴＥ＿ＢＩＮＡＲＹ命令ではフ
ァイルＩＤと書き込み相対アドレスと書き込みデータ等
が引数となり、ＵＰＤＡＴＥ＿ＢＩＮＡＲＹ命令では、
ファイルＩＤと書換え相対アドレスと書換えデータ等が
引数となる。

【００１１】以上の様にして、外部装置から送られた平
文の命令に対して携帯可能情報記憶媒体は認証データを
内部で作成し、これを命令制御手段が前記平文の命令に
対応して送られた認証データと比較し、一致する場合は
その命令が正当であると認証し、その命令の実行許可を
出す。一致しない場合は命令実行を許可しない。そし
て、命令制御手段の命令許可がある場合のみ、命令実行
手段は外部から送られた命令を実行する。

【００１２】なお、本発明の携帯可能情報記憶媒体が記
憶するデータの格納形式等は任意であり、特に制限はな
いが、例えば、書き換え可能に格納されるデータは、Ｅ
ＥＰＲＯＭ等のＩＣメモリに図４の様な階層構造で格納
する。同図においては、メモリ領域のユーザーデータ領
域全域を管理するＭＦ（マスタファイル）に対して１又
は複数のＤＦ（データファィル）が割り当てられる。携
帯可能情報記憶媒体が複数の用途に使用される場合に
は、各用途毎にこのＤＦが割り当てられる。また、ＤＦ
に対してもＤＦが割り当てられることがある。これは、
或る用途の中でもデータを細分して格納する等の為であ
る。そして、各用途で利用する取引データ等はＷＦ（ワ
ークファイル）に格納される。また、ＷＦのアクセス権
獲得に必要なファイルアクセス制御に関する暗号キー等
はＫＦ（キーファイル）として格納される。また、ＭＦ
自身も携帯可能情報記憶媒体として必要なデータをＷＦ
に、暗号キー等をＫＦとして所有している。以上の様な
ファイルの階層構造、或いは、或るデータ領域、すなち
わＷＦに対するアクセス権の為のＫＦを格納する形式
は、従来のＩＣカード等と同様であ。そして、本発明で
使用する認証データ生成の為の暗号キーも、上記暗号キ
ー同様に上記ＫＦとして格納しておけば良い。なお、Ｋ
Ｆは特別な特権が無いとアクセスすることが出来ない様
になっている。また、キーテーブルも各用途毎のＤＦに
対して、或いは各用途共通でＭＦに対して等と、格納し
ておけば良い。

【００１３】

【実施例】以下、本発明を一実施例により説明する。図
２は本発明の携帯用情報記憶媒体及び外部装置とからな
るシステムの一実施例のブロック図である。携帯可能情
報記憶媒体は、乱数生成手段１、認証データ生成手段２
１、命令制御手段３、命令実行手段４、暗号キー選択手
段５１等を備えている。暗号キー選択手段５１は命令と
暗号キーとの対応表をキーテーブルとして備え、認証デ
ータ生成手段２１は暗号アルゴリズムを備えている。ま
た、この携帯可能情報記憶媒体は、マイクロコンピュー
タとＩＣメモリ等を有するＩＣカードであり、この他の
構成は、従来公知のＩＣカードと同様である。例えば接
触型のＩＣカードの場合はマイクロコンピュータＭＰＵ
（ＭｉｃｒｏＰｒｏｃｅｓｓｉｎｇＵｎｉｔ）を中心
に、ＭＰＵの動作プログラム等を格納したＲＯＭ（Ｒｅ
ａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、作業用メモリのＲＡ
Ｍ（ＲａｎｄｏｍＡｃｃｅｓｓＭｅｍｏｒｙ）、各
種利用データ、暗号キー、暗号アルゴリズムの格納メモ
リのＥＥＰＲＯＭ（ＥｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙＥｒａ
ｓａｂｌｅａｎｄＰｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅＲｅ
ａｄＯｎｌｙＭｅｍｏｒｙ）、また、必要に応じて
乱数発生させる乱数回路、暗号アルゴリズの演算処理を
行う暗号化回路、ＭＰＵと外部装置との電気的接続を行
う入出力コネクタ等から構成される（入出力コネクタは
非接触型の場合は不要である）。乱数回路、暗号化回路
等は、これらをソフトウェア的に行うのであれば不要で
ある。なお、メモリは通常はＭＰＵ経由でないとアクセ
スできない構造となっている。

【００１４】一方、端末等の外部装置側でも、携帯可能
情報記憶媒体と同様にして認証データを生成できる様
に、認証データ生成手段２２、暗号キー選択手段５２等
を備えている。また、その他の構成はシステムの用途に
より従来公知の機能を備えている。そして、外部装置側
では携帯可能情報記憶媒体に送る平文の命令に対して、
認証データＡを生成し、平文の命令に対応して携帯可能
情報記憶媒体に送る。

【００１５】そして、携帯可能情報記憶媒体側では、送
られた命令に対して認証データＡ′を生成し、これを前
記認証データＡと比較して認証を行い、命令の実行或い
は拒絶をすることとなる。

【００１６】図１は、複数の異なる暗号キーの組み合わ
せが命令によって使用される様子を示した説明図であ
る。キーテーブルには、複数の暗号キーがキー番号１〜
８として登録されており、これに命令Ａ及びＢ（ここで
は説明の都合二種類とした。Ａ及びＢは一つの命令とし
て考えても良いし、グループの区分と考えても良い）
で、異なる暗号キーを選択して用いる事が示されてい
る。具体的には、命令Ａには、キー番号１、５及び８の
暗号キーを、命令Ｂにはキー番号４及び６を用いること
を示している。このキーテーブルは外部装置側と携帯可
能情報記憶媒体側の両方で同一のものをそれぞれ所有す
る。図１の例では、命令として命令Ａを携帯可能情報記
憶媒体に送るので、外部装置は、キーテーブルを参照し
て、暗号キーにＫＥＹ１とＫＥＹ４とＫＥＹ８とをその
順番で暗号化操作に順次用いて平文の命令を暗号化して
認証データを得る。なお、同図の場合では、携帯可能情
報記憶媒体から所得した乱数は、ＫＥＹ１を用いる最初
の暗号化プロセスにのみ使用する。

【００１７】次に、図３のフロー図にて、外部装置と携
帯可能情報記憶媒体との処理の流れを説明する。外部装
置は、先ずＧＥＴ＿ＣＨＡＬＬＥＮＧＥ命令を携帯可能
情報記憶媒体に送り、携帯可能情報記憶媒体から乱数を
取得する（ステップＳ１）。なお、この乱数取得命令
は、認証データが不要であり認証なしで携帯可能情報記
憶媒体は命令実行する。次に、外部装置は携帯可能情報
記憶媒体に送る平文の（引数が含まれ得る）命令（文）
のデータの後ろに、８の倍数のなるように０（ゼロ）を
パディングした後、認証データを命令の一部に対するも
のとして作成すべく、命令の先頭８バイトと前記乱数と
を排他的論理和で演算する。次いで、携帯可能情報記憶
媒体側と同じ規則によりその命令で用いる暗号キーを選
択し（ステップＳ２）、選択された暗号キーを用いて暗
号関数ＤＥＳのＣＢＣモードにより、得られた暗号化デ
ータを再度暗号化する操作を暗号キーの数だけ次々に繰
り返して、最終的に得られた８バイトの暗号化データを
認証データＡとして生成する（ステップＳ３）。そし
て、この認証データＡを前記命令とともに携帯可能情報
記憶媒体に送る（ステップＳ４）。一方、携帯可能情報
記憶媒体側では、受信した命令から用いる暗号キーを選
び（ステップＳ５）、前記乱数とこの暗号キーと暗号ア
ルゴリズムにより、受信した命令に対して、外部装置と
同様な操作で認証データＡ′を生成する（ステップＳ
６）。そして、外部からの認証データＡと内部で生成し
た認証データＡ′とを比較して、一致しておればその命
令は正当であると認証して命令の実行を許可し（ステッ
プＳ７）、携帯可能情報記憶媒体は受信した命令を実行
する（ステップＳ８）。不一致であれば命令は認証され
ず命令の実行は拒絶される（ステップＳ９）。

【００１８】以上の様にして、本発明では、携帯可能情
報記憶媒体は外部から受ける命令について、その正当性
を認証しながら実行することになる。

【００１９】

【発明の効果】本発明によれば、外部装置からの命令に
対して、その命令毎にその正当性を確認した上で命令実
行が成されるので、不正にアクセスされる事の無い高い
セキュリティ性が得られる。また、接続の途中で命令を
捏造された場合でも、その検知が可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の携帯可能情報記憶媒体及びそのシステ
ムによる命令の認証動作を説明する説明図。

【図２】本発明の携帯可能情報記憶媒体及びそのシステ
ムの一実施例の概略ブロック図。

【図３】本発明の携帯可能情報記憶媒体及びそのシステ
ムの処理の流れを説明するフロー図。

【図４】本発明の携帯可能情報記憶媒体におけるファイ
ル構造の一例。

【符号の説明】

１乱数生成手段２１認証データ生成手段（携帯可能情報記憶媒体側）２２認証データ生成手段（外部装置側）３命令制御手段４命令実行手段５１暗号キー選択手段（携帯可能情報記憶媒体側）５２暗号キー選択手段（外部装置側）Ｓｎステップ番号

フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号庁内整理番号ＦＩ技術表示箇所Ｇ０９Ｃ 1/00 ６４０ 7259−5ＪＧ０９Ｃ 1/00 ６６０Ａ６６０Ｇ０６Ｆ 15/30 ３４０Ｈ０４Ｌ 9/10 ３５０ 9/32 Ｈ０４Ｌ 9/00 ６２１Ａ６７３Ｂ６７３Ｃ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】マイクロプロセッサとメモリとを、少な
くとも有する携帯可能情報記憶媒体において、乱数を発生する乱数発生手段と、携帯可能情報記憶媒体自身が所有する暗号キー及び暗号
アルゴリズムと、上記乱数を用いて、内部の認証データ
を生成する認証データ生成手段と、外部装置からの命令と共に送られる認証データを、上記
認証データ生成手段で生成した内部の認証データと比較
し、前記命令の正当性を認証し命令の実行を許可する命
令制御手段とを有し、暗号キー及び暗号アルゴリズムと上記乱数を用いて外部
装置から送られた命令の全部又は一部に対する内部の認
証データを認証データ生成手段により生成し、命令制御
手段にて該認証データを外部装置から送られた認証デー
タと比較して、一致する場合に命令が正当であると認証
して命令実行を許可する、携帯可能情報記憶媒体。
【請求項２】認証データ生成に用いる暗号キーが、複
数の暗号キー群の中から予め取り決めた任意の規則に従
って命令に対応して選ばれた１又は複数の暗号キーであ
り、外部装置から送られた命令を判別することで認証データ
生成に用いる暗号キーを上記暗号キー群の中から選択す
る暗号キー選択手段をさらに備え、認証データ生成手段は、暗号キーとして暗号キー選択手
段で指定された１又は複数の暗号キーの組み合わせを用
いて認証データを生成する、請求項１記載の携帯可能情
報記憶媒体。
【請求項３】複数の暗号キー群の中から命令に対応し
て１又は複数の暗号キーを選ぶ規則が、命令をグループ
分けして同一グループ内の命令では共通の暗号キーとす
る、請求項２記載の携帯可能情報記憶媒体。
【請求項４】命令制御手段は、命令実行許可条件とし
て、内部及び外部からの認証データ同士の一致と共に、
乱数発生手段で生成した乱数が外部に送られていること
を条件とする、請求項１、２又は３記載の携帯可能情報
記憶媒体。
【請求項５】携帯可能情報記憶媒体がＩＣカードであ
る、請求項１〜４のいずれか１項に記載の携帯可能情報
記憶媒体。
【請求項６】請求項１〜５のいずれか１項に記載の携
帯可能情報記憶媒体と、外部装置とからなる携帯可能情
報記憶媒体システムであって、上記外部装置は、携帯可能情報記憶媒体が認証データ生
成に用いるものと同一の暗号キーと同一の暗号アルゴリ
ズムを所有し、該暗号キー及び該暗号アルゴリズムと、携帯可能情報記
憶媒体から取得した乱数とを用いて、携帯可能情報記憶
媒体に送る命令に対する認証データを生成する認証デー
タ生成手段を備え、また、携帯可能情報記憶媒体側で認証データ生成に用い
る暗号キーが、命令をグループ分けして同一グループ内
の命令では共通の暗号キーとする等として、複数の暗号
キー群の中から予め取り決めた任意の規則に従って命令
に対応して選ばれた１又は複数の暗号キーである場合に
は、携帯可能情報記憶媒体に送る命令に対応して上記規
則と同様な規則で上記暗号キー群の中から上記認証デー
タ生成手段で用いる暗号キーを選択する暗号キー選択手
段も備え、携帯可能情報記憶媒体に命令を送るときは、該携帯可能
情報記憶媒体側と同様にして該命令の全部又は一部に対
する認証データを上記認証データ生成手段で生成して、
該命令と共に認証データを送る、携帯可能情報記憶媒体システム。