JPH10326333A

JPH10326333A - プリペイドカードおよびその偽造識別装置

Info

Publication number: JPH10326333A
Application number: JP9133877A
Authority: JP
Inventors: Hideki Imai; 秀樹今井; Yuji Watanabe; 裕治渡邊; Kazukuni Kohara; 和邦古原
Original assignee: NISETSUTO KK
Current assignee: NISETSUTO KK
Priority date: 1997-05-23
Filing date: 1997-05-23
Publication date: 1998-12-08
Anticipated expiration: 2017-05-23
Also published as: JP3878970B2

Abstract

(57)【要約】【目的】磁気ストライプを備えたプリペイドカードが偽
造され使用されたときに、そのカードが不正であること
を正しく識別する。【構成】磁気ストライプに発生するジッタをランダムパ
ターンとして利用する。プリペイドカードの金額がＭｎ
円でＭ円単位で使用できるとするとき、製造時にジッタ
を観測しｎ＋１個のランダムパターンを作り、ジッタ位
置の情報を暗号化し署名としてその磁気ストライプに記
録しておく。使用に際しては、その署名を復号化したジ
ッタ位置と実際のジッタ位置とを照合し、一致すれば真
正なカードであるとする。Ｍｈ円が使用されたとき端末
装置では、そのプリペイドカードのｈ個のランダムパタ
ーンを消去する。【効果】使用により金額情報が書き換えられランダムパ
ターンも変更されるが、ランダムパターンを最後の金額
までカードを認証するために有効に利用できる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明が属する技術分野】本発明は、プリペイドカード
の偽造を防止ための技術に関する。本発明は、磁気スト
ライプを用いたプリペイドカードが偽造され使用された
ときに、そのカードが偽造であることを識別することが
できるプリペイドカード、プリペイドカードが使用され
る端末装置、複数の端末装置と通信手段により接続され
たセンタ装置に関する。本発明は、テレホンカード、パ
チンコカード、交通機関の乗車券、娯楽施設の回数券、
その他に広く利用することができる。

【０００２】

【従来の技術】近年、偽造プリペイドカードによる不正
使用が社会問題となっている。特に、磁気ストライプが
形成されたカードを使用するものでは、不正者は真正な
カードの磁気ストライプの上に記録されたデータを解析
し、磁気ライタを用いて新たな情報を上書きすることに
より、料金情報などを不正に改ざんすることにより、真
正なカードと区別がつかなくなる偽造カードを比較的簡
単に作成することができる。磁気ストライプの上書きは
磁気ライタなどの装置が手に入ると、比較的容易にかつ
大量に行うことができるから、いちど不正者により偽造
が行われるとその被害は深刻なものになりうる。そこ
で、プリペイドカードが使用されたときに、そのプリペ
イドカードの情報を読み取る端末装置で、それが真正な
プリペイドカードであるか、偽造されたプリペイドカー
ドであるかを識別することができ、しかも不正者には絶
対にバイパスすることができないような認証方式が必要
となる。

【０００３】犯罪捜査などでは個人を特定するために、
人間のＤＮＡや指紋が利用される。これは、１）ＤＮＡや指紋が、個人に固有の情報であり、異なる
人間は異なるＤＮＡや指紋を持っていると考えることが
できる（固有性）、２）ＤＮＡや指紋は、人間が意図的に制御して変更する
ことができない（再生困難性）、３）ＤＮＡや指紋は一生不変であり、また誰もがそれを
確認することができる（再現性）、など、個人を特定するための条件を満たすものであるか
らである。

【０００４】これと同様なことがプリペイドカードに対
しても設定できる。プリペイドカードの内部にＤＮＡや
指紋に相当するような特徴量を設定することができれ
ば、端末装置は不正に偽造されたプリペイドカードを見
抜くことができるから、偽造されたプリペイドカードが
使用される被害を事前に防ぐことができる。

【０００５】フエルナンデスは米国特許第５２３５１６
６号および第５４３０２７９号で、カードの磁気ストラ
イプにディジタル情報を書き込むときに生じるジッタを
この固有性があり、再生困難性があり、再現性がある情
報として利用できることを開示した。磁気ストライプに
生じるジッタは、磁気ストライプの物理的な厚みの変動
などの磁気ストライプの物理的なムラ、磁気ライタの回
転速度などの動作ムラ、磁気ライタに与える電圧電流の
ムラ、その他により自然現象として生じるものであり、
いちどプリペイドカードが作成されると、そのジッタは
固有性があり、同じジッタを再現させることは困難であ
り、またいったん生じたジッタは何回でも読み取り再現
することができることを示した。そして、プリペイドカ
ードの作成時に磁気ストライプの特定部分に生じたジッ
タを観測し、そのジッタのチエックサム（とフエルナン
デスは定義する）を作り、これをそのプリペイドカード
の磁気ストライプの別の箇所にディジタル情報として記
録しておく発明を開示した。

【０００６】その従来発明では、プリペイドカードが使
用されたとき、その磁気ストライプに記録された金額に
関する情報を読み取るとともに、その磁気ストライプの
特定部分のジッタを実際に観測し、プリペイドカードを
作成したときと同一の論理によりチエックサムを演算
し、それがディジタル情報として記録されたチエックサ
ムと一致するか否かを調べる。もしこれが一致すれば真
正なプリペイドカードであるとし、不一致であれば偽造
されたプリペイドカードとする。

【０００７】たとえば、不正者が真正なプリペイドカー
ドを正規に購入し、別に同一形式のプリペイドカードを
用意して、その真正なプリペイドカードのディジタル情
報の全部を別に用意した磁気ストライプに複写すること
により、真正なプリペイドカードとそっくりの偽造プリ
ペイドカードを作ったとする。多くの場合に、このよう
にして作成された偽造プリペイドカードは、プリペイド
カードを使用する端末装置では、真正なプリペイドカー
ドとの区別がつかない。ところが、その磁気ストライプ
の特定部分のジッタはカード毎に固有であるから、正規
に購入した真正なものと、複写により作成したものとで
は違うので、その特定部分のジッタから得られるチエッ
クサムは、そのプリペイドカードに記録されたチエック
サムとは一致しない。上記従来技術ではこのようにして
偽造を発見できる。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】このフエルナンデスに
よる偽造防止方法は有効な方法であるが、上記チエック
サムのビット数に応じて、偽造プリペイドカードであっ
ても、偶然にそのカードの特定部分のジッタに一致する
チエックサムが一定の割合で得られる。また、ジッタを
読み取る特定部分の磁気ストライプ上の位置やチエック
サム演算の論理を、自ら解析する、あるいは秘密が漏洩
される、などにより不正者が知ってしまえば、発見され
ることなく使用できる偽造プリペイドカードを不正者が
作成することができるようになる。

【０００９】一方、多くの磁気ストライプにディジタル
情報として金額情報を記録したプリペイドカードでは、
その金額情報をプリペイドカードの使用によって金額単
位Ｍ（日本国では「円」、これはドルでもセントでも、
その他どのような単位でもよい）づつ減額するようにな
っている。すなわち、全体でＭ×ｎ（円）となるよう
に、金額単位Ｍ（円）の金額情報がｎ個磁気的に記録さ
れ、使用によりＭ円単位でこの金額情報が書き換えられ
あるいは抹消されるようになっている。すなわち、プリ
ペイドカードが使用される端末装置は、単位金額情報を
抹消する、あるいは金額情報を書き直すなどの機能を備
えている。したがって、上記ジッタを読み取る特定部分
は、最後の１金額単位の金額情報が抹消されるまで変更
されない部分であることが必要である。したがって、ジ
ッタを読み取る磁気ストライプの特定部分はきわめて限
られた部分に設定しなければならないから、ランダムパ
ターンとしての価値が低くなる。またその特定部分の位
置は不正者により発見されやすいことになる。

【００１０】金額情報を抹消あるいは書き直すたびに、
特定部分を変更する、あるいは書き直した位置に新たに
設定する、などの方法も考えられるが、その場合には、
特定部分を選択する情報、上記チエックサムを演算する
情報、その他鍵情報を端末装置にあらかじめ設定してお
くことが必要になり、これが不正者に盗まれて利用され
る可能性を高くすることになる。

【００１１】本発明は、このような背景に行われたもの
であって、真正なプリペイドカードと区別がつかずに偽
造プリペイドカードが使用される可能性をきわめて低く
することができる、プリペイドカードおよびその偽造識
別装置を提供することを目的とする。本発明は、不正者
の解析などによりかりに偽造が成功しても、きわめて多
数の使用できない偽造プリペイドカードを作成し、その
中から使用できるものを選別しなければならないなど、
実質的に不正により利益を得ることができないプリペイ
ドカードおよびその偽造識別装置を提供することを目的
とする。本発明は、使用によって金額情報が変更される
場合にも、使用できる残りの金額について偽造を相応に
識別することができる、プリペイドカードおよびその偽
造識別装置を提供することを目的とする。

【００１２】

【課題を解決するための手段】本発明の第一の観点は、
プリペイドカードである。本発明のプリペイドカード
は、磁気ストライプが形成され、その磁気ストライプに
使用される金額単位Ｍ円の金額情報がｎ個磁気的に記録
された金額Ｍｎ円のプリペイドカードにおいて、そのカ
ードに形成された磁気ストライプに少なくともｎ個のラ
ンダムパターンＸ₁，Ｘ₂，・・・Ｘ_n，・・・がそれ
ぞれ個別にかつ使用される端末装置により消去可能に記
録されたことを特徴とする。すなわち、複数ｎ個のラン
ダムパターンそのものが、金額Ｍｈ円が使用されるたび
にｈ個づつ消去されるところに特徴がある。複数ｎ個の
ランダムパターンを作成するには、長いランダムパター
ンを単純にｎ個に分割して作成することが最も単純な方
法であるが、その他にもさらに込み入った方法でも作成
することができる。端末装置による消去はその磁気スト
ライプにパンチにより孔をあける、その磁気ストライプ
を上書きする、その他の方法により行うことができる。

【００１３】これにより、磁気ストライプに記録された
金額情報を書き換えた場合にも、ランダムパターンは相
応に保持されるし、ランダムパターンの数に対応してそ
のプリペイドカードの残りの金額を特定することができ
る。

【００１４】ここで「ランダムパターン」とは、プリペ
イドカードの製造時に偶然発生的に生まれる特徴量であ
って、そのカードのダイジェストとして機能する制御困
難な乱数パラメタをいう。ランダムパターンには、固有
性、再生困難性、再現性があることが必要である。固有
性は本来パターンとカードとの間に１対１の対応がある
ということであるが、現実にはカードの数がパターンの
数より多くなることがある。その場合には、あるカード
のパターンと同じパターンを持つ別のカードを見いだす
ことが、物理的かつ計算量的に困難である場合も固有性
を有するとすることができる。再生困難性とは、意図的
に別のカードの上に特定のパターンを創り出すことが困
難であるということである。再現性とは、ひとつのカー
ドについてその寿命期間にわたりパターンが不変であ
り、それはそのプリペイドカードの検証を行う者が必要
なときに直接にそのカードから認識できるという性質で
ある。

【００１５】プリペイドカードの磁気ストライプに生じ
るパルス状のジッタの位置（およびまたは大きさ）はラ
ンダムパターンの典型的な例である。つまり、磁気スト
ライプに生じるジッタは、磁気ストライプの材料や厚
さ、記録する磁気ライタの性質、その磁気ライタの駆動
速度、駆動ムラ、その他の原因により偶然発生的に生じ
るものであり、プリペイドカード毎にその発生位置およ
び大きさは固有なものである。これは一般的に普及して
いる磁気リーダで読み取ることが可能であり、一般的な
磁気ライタにより特定のジッタを意図的に書き込むこと
はできない。新たに磁気ライタで磁気ストライプ上に情
報を上書きするとその前のジッタは消えてしまい、その
上書き部分に新たなジッタが発生することになる。この
ため、磁気ストライプをコピーしてプリペイドカードを
偽造しても、ジッタの位置および大きさが異なるので、
端末装置はジッタの位置（およびまたは大きさ）を確認
すれば真偽を判定することができる。ジッタは振幅情報
としてパルス状の雑音として認識することができるほ
か、周波数情報あるいは時間情報としてクロック周波数
あるいはクロック・タイミングのムラとしても認識する
ことができる。

【００１６】磁気ストライプに記録されたディジタル情
報のジッタの位置（およびまたは大きさ）にはランダム
パターンとなる。ジッタの位置（およびまたは大きさ）
を観測しそれをディジタル情報にして、そのカードの固
有の署名として、そのカードの磁気ストライプに記録し
ておくことができる。そのディジタル情報は秘密に保持
された暗号化により作成することがよい。その暗号はセ
ンタ装置のみが知る秘密鍵により暗号化し、その秘密鍵
に対応する端末装置に設定された公開鍵により復号化す
ることができる。磁気ストライプ上に設定するランダム
パターンの数は、端末装置の識別を確実にするために、
プリペイドカードの使用可能金額Ｍｎ円についてｎ＋１
個以上とすることが望ましい。

【００１７】プリペイドカードが使用されると、使用さ
れる端末装置で得られるランダムパターンは、すでにそ
の一部が使用により消去されているかも知れないが、消
去されていない部分を用いて検証を行えば十分である。
すなわち、未使用のプリペイドカードについてｎ＋１個
のランダムパターンが設定され、そのｎ＋１個のランダ
ムパターンについて秘密鍵により暗号化された署名Ｓが
あると、端末装置でその署名Ｓを復号化すると元のｎ＋
１個のランダムパターンが得られる。実際にそのプリペ
イドカードから端末装置が観測できるランダムパターン
は、ｎ＋１のうち使用により消去されていない部分であ
るが、それが元のｎ＋１個のランダムパターンのうちの
対応する部分と照合することができる。残り金額が少な
くなるにしたがって照合することができる部分が小さく
なるがそれは実用上問題ない。

【００１８】本発明の第二の観点は、プリペイドカード
の正当性を識別する偽造プリペイドカードの識別装置で
ある。本発明の装置は、磁気ストライプが形成され、そ
の磁気ストライプに使用される金額単位Ｍ（円）の金額
情報がｎ個磁気的に記録された金額Ｍｎ（円）のプリペ
イドカードの正当性を識別する装置であって、使用者が
金額Ｍｈ（円）の使用を要求するとき、そのプリペイド
カードの磁気ストライプに磁気的に記録されたｈ個以上
のランダムパターンおよびそのランダムパターンが暗号
化された署名をそのプリペイドカードから読取る手段
と、この読取る手段により読取られた署名を復号化する
手段と、この復号化する手段により復号化された情報と
この読取る手段により読取られたランダムパターンとを
照合してそのプリペイドカードの正当性を判定する手段
と、金額Ｍｈ（円）の使用許可情報を送出するとともに
その磁気ストライプに記録されたｈ個のランダムパター
ンを消去する手段とを備えたことを特徴とする。

【００１９】この場合も署名は、そのプリペイドカード
のランダムパターンをセンタ装置に保持される秘密鍵に
より暗号化されたディジタル情報であり、前記正当性を
判定する手段およびｈ個のランダムパターンを消去する
手段は、そのプリペイドカードが使用される端末装置に
設けられ、その端末装置は前記秘密鍵に対応する公開鍵
を保持しこの公開鍵を用いて前記署名情報の復号化を行
う手段を含む。

【００２０】このセンタ装置と端末装置との間に、端末
装置で使用されたプリペイドカードの正当性に関する情
報を伝達する通信手段を設けることによりさらに識別能
力を向上することができる。すなわち、センタ装置に
は、プリペイドカードの作成時に設定されプリペイドカ
ードを個別に識別できるように設定されたカード識別番
号ＩＤ_C、このカード識別番号ＩＤ_Cに対応してそのプ
リペイドカードに設定された署名情報Ｓが記録されたデ
ータベースと、その通信手段を介して当該端末装置から
到来する情報をこのデータベースに記録された情報と照
合することによりそのプリペイドカードの不正を識別す
る手段とを含む構成とすることができる。そのデータベ
ースには、端末装置を設置する店番号ＩＤ_sが併せて記
録することができる。

【００２１】この構成により同一のプリペイドカードが
不正により再生されて使用されたときには、データベー
スの記録と照合することにより発見することができる。
また、データベースに各プリペイドカード対応に残り金
額を記録しておくなら、データベースの容量に問題はあ
るもののその不正使用の発見はさらに確実になる。

【００２２】本発明の第三の観点は磁気媒体に記録され
たソフトウエアである。すなわち、プログラム制御され
たコンピュータを含むハードウエアにインストールする
ことにより上述の偽造プリペイドカード識別装置となる
ソフトウエアが記録された機械読み取り可能な記憶媒体
を特徴とし、その記憶媒体を特許の対象とする。端末装
置が署名を復号化するために必要な暗号鍵は、装置のソ
フトウエアを記録した記録媒体と同一の記憶媒体に合わ
せて記録することができるが、暗号鍵の管理のために別
の記憶媒体に記録することもできる。このソフトウエア
が記録された記憶媒体は端末装置とセンタ装置とで別の
記憶媒体とすることがよい。

【００２３】

【発明の実施の形態】プリペイドカードには、発行情報
や料金情報を書き込むための磁気ストライプが形成され
ている。磁気ストライプは記録できる情報量が少ない
が、書き込みが容易であり、カードそのものが安価であ
ることからプリペイドカードとして広く用いられてい
る。磁気ストライプは磁性材料であるから磁気に近づけ
ると記録内容が破壊されてしまう。また磁気ストライプ
に情報を書き込むための磁気ライタが比較的容易に入手
できるので不正者によって改ざんされやすいなどの問題
がある。磁気ストライプを用いたプリペイドカードの場
合、価値は磁気ストライプ上に記録されたデータに集約
されるので、プリペイドカードが真正であるかの認証を
行う際には、磁気ストライプ上のデータの不正書き換え
や不正コピーを正確に検証することができるなら、磁気
プリペイドカードカードの偽造を防止することができ
る。

【００２４】磁気ストライプ上に情報を記録すると、磁
気ストライプにはパルス状のジッタがランダムに生じ
る。図１にその様子を模式的に示す。このジッタは既存
の広く普及している磁気リーダで読み取ることができ
る。しかし、磁気ライタを用いてて特定の位置にジッタ
を書き込むことはきわめて困難である。また磁気ストラ
イプ上に存在するジッタは、新たに磁気ライタで上書き
すれば消えてしまう。

【００２５】したがって、磁気ストライプをコピーして
偽造のプリペイドカードを作っても、磁気ストライプ上
のジッタは異なる位置に存在することになる。プリペイ
ドカードを製造するときに、磁気ストライプに記録を行
った後にその磁気ストライプに発生したジッタをディジ
タル情報として記録しておく。そしてプリペイドカード
が使用されたときに、端末で実際にそのプリペイドカー
ドから観測したジッタの位置とそのディジタル情報によ
る記録とを照合することにより、そのプリペイドカード
が書き直されたものであるか否かを識別することができ
る。これは、ジッタに対しては読み出し能力が書き込み
能力を上回るという事実を利用しており、一般に、この
ような事実が成り立つ物理量はランダムパルスとしての
要件を満たす可能性が高い。

【００２６】本発明の磁気プリペイドカードでは、この
ランダムパターンをプリペイドカードの正当性の認証に
利用するため、それぞれのプリペイドカードには、読み
取られたランダムパターン、すなわちこの実施例では磁
気ストライプ上のジッタの位置をディジタル情報として
符号化して記録しておく。このとき単にディジタル符号
として記録するのではなく、磁気ストライプ上のジッタ
の位置をセンタ装置の秘密鍵で暗号化しこれを署名とし
て記録しておく。この様子を図２に示す。

【００２７】プリペイドカードを使用する端末装置で
は、使用されるプリペイドカードからこのランダムパタ
ーン、すなわち磁気ストライプ上のジッタの位置を実際
に読み取り、併せて磁気ストライプからディジタル情報
として読み取られた署名を前記秘密鍵に対応する公開鍵
で復号化する。その復号化されたデータはその磁気スト
ライプのランダムパターン、すなわちジッタ位置となる
はずであり、これが照合されるか否かによりそのプリペ
イドカードの正当性を識別することができる。真正なプ
リペイドカードでは復号化されたジッタ位置と、読み取
られたジッタ位置とは一致するはずである。かりに上書
きした磁気ストライプであったとすると、ジッタ位置は
変更されているから、読み取られたジッタ位置と署名を
復号化することにより得られたジッタ位置とは一致しな
い。また、上書きして変更されたジッタ位置を観測し
て、これを暗号化しようとしても、秘密鍵を知らないと
正しい署名を作ることができないから、秘密鍵を知らな
い者にはこの偽造はできない。

【００２８】多くのプリペイドカードでは、使用者が正
当にプリペイドカードを買い入れてこれを使用すると、
１回限りの使用ではなく、複数回にわたり使用され、そ
のつど磁気ストライプ上の金額情報が変更されるように
なっている。金額情報が変更されるとジッタ位置もはじ
めのものから部分的に変更されてゆく。これでは、ジッ
タ位置が最後まで保存されないことになる。本発明で
は、金額情報を使用するたびに減額するときに、有効に
ジッタ位置の情報がプリペイドカードの認証に利用する
ことができるようにしたものである。

【００２９】プリペイドカードの金額をＭｎ円、使用の
単位をＭ円とする。ジッタによるランダムパターン全体
を分割してこれをｎ＋１個の個別のランダムパターンＸ
₁、Ｘ₂、・・・Ｘ_n+1とする。各ランダムパターンは
磁気ライタで上書きしたり、パンチで孔をあけるなどし
て個別に消去できるようにする。この様子を図３に示
す。

【００３０】センタ装置では、ｉ番目のランダムパター
ンＸ_iを読み取り、これから写像ｆを定める。写像ｆは
ｒ_i＋１ビット（ｔ_i，Ｒ_i）である。ただし、ｔ_iは
１ビット、Ｒ_iはｒ_iビットであり、ｒ₁＋ｒ₂＋・・
・ｒ_n+1＝ｒとする。ｔ_iはそのランダムパターンの採
用の可否を決定するビットであり、いまｔ_i＝０を採用
する。Ｒ_iはランダムパターンを記述するパラメタであ
る。また、センタ装置は平文および暗号文がともにｒビ
ットからなる公開鍵方式を選び、秘密鍵Ｋ_sと公開鍵Ｋ
_pとの対を生成する。秘密鍵は厳重に秘密に保管する。

【００３１】図４によりセンタ装置のプリペイドカード
作成を説明する。作成中のカードのディジタル情報が書
き込まれた磁気ストライプから、ｎ＋１個のランダムパ
ターンＸ₁、Ｘ₂、・・・Ｘ_n+1を読み取り、（ｔ_i，
Ｒ_i）＝ｆ（Ｘ_i）、ｉ＝１，・・・ｎ＋１を求め
る。ｔ＝１となるｉが一つでも存在する場合は、もうい
ちど磁気情報を書き直し再度繰り返す。つぎにＲ＝（Ｒ
₁，・・・，Ｒ_n+1）に大使秘密鍵による変換ＥＫ_sを
施し署名Ｓ＝ＥＫ_s（Ｒ）を演算する。そして、カード
の一意に設定したカード番号ＩＤ_C、署名Ｓ、使用可能
な最初のランダムパターンの番号ｊ（この場合はｊ＝
１）をその磁気ストライプの最後に記入しておく。

【００３２】図５は端末装置によるプリペイドカードの
認証を説明する。使用されたプリペイドカードからカー
ド番号ＩＤ_C、署名Ｓ、ランダムパターンの番号ｊを読
み取る。図では端末装置で読み取ったものに‘をつけて
表示する。（ｔ_i，Ｒ_i）＝ｆ（Ｘ_i）、ｉ＝１，・・
・ｎ＋１を求め、一つでもｔ_i＝１となるｉが存在し
たらそのプリペイドカードの使用を拒否する。読み取っ
た署名Ｓに公開鍵による変換演算を施し、Ｒ＝（Ｒ₁，
・・・，Ｒ_n+1）＝ＥＫ_p（Ｓ）を求め、読み取ったＲ
_iと変換演算したＲ_iとが等しければ使用を許可し、等
しくなければそのプリペイドカードの使用を拒否する。
ＥＫ_p（Ｓ）は署名Ｓの公開変換アルゴリズムである。

【００３３】使用者がＭｈ円の使用を要求した場合に、
残り金額が十分であればこれを許可し、ランダムパター
ンをｈ番目まで消去して、使用可能な最初のランダムパ
ターンを書き換える。使用可能な最初のランダムパター
ンの番号がｎ＋１となったときには、使用者に対してそ
の旨を表示してそのプリペイドカードを回収する。

【００３４】

【実施例】図６は本発明実施例装置の構成図であり、一
つのセンタ装置に対して複数の端末装置が双方向通信路
により接続されている。端末装置は店に配置される。一
例として、パチンコ用のプリペイドカードを考えると、
センタ装置はプリペイドカードの発行元であり、店はパ
チンコ店であり、端末装置は一つの店に複数設置される
場合もある。端末装置には顧客がアクセスし、購入した
プリペイドカードが使用される。すなわち、端末装置に
はプリペイドカードが挿入され、端末装置は、その磁気
ストライプの情報を読み取り、あるいはその磁気ストラ
イプの情報の一部を書き換える。センタ装置および端末
装置とも、コンピュータ制御された装置であり、センタ
装置には大きいデータベースが設置されている。

【００３５】プリペイドカードの金額はＭｎ円であり、
使用の単位はＭ円である。使用済のプリペイドカードは
原則として回収する。各プリペイドカードには長いラン
ダムパターンをｎ＋１個に区分してＸ₁，・・・・・Ｘ
_n+1とする。各ランダムパターンは個別に消去できる。
ランダムパターン以外に各プリペイドカードには、ｒ＋
ｄ＋αビットのデータを記入する。ただし、ｒは署名Ｓ
に要するビット数であり、ｄは１からｎ＋１までの数を
表すのに要するビット数であり、αはプリペイドカード
固有の番号ＩＤ_Cを表すのに必要なビット数である。セ
ンタ装置は現在使用可能なすべてのプリペイドカードに
ついて、ｒ＋ｄ＋α＋βビットの情報を記憶できるデー
タベースＩ、および使用済のプリペイドカードについて
同様の情報を一定期間記憶しておくデータベースIIを有
する。βは店番号ＩＤ_sを表すのに必要なビット数であ
る。店あるいは端末装置の管理者および使用者は不正を
行う可能性があるものとする。

【００３６】平文および暗号文がともにｒビットからな
る公開鍵方式を選び、秘密鍵Ｋ_pと公開鍵Ｋ_sの対を生
成する。秘密鍵は厳重に秘密に保管する。ランダムパタ
ーンＸ_iからｒ_i＋１ビット（ｔ_i，Ｒ_i）への写像ｆ
を定める。店に一意の店番号ＩＤ_sを与える。公開鍵Ｋ
_p、公開変換アルゴリズムＥＫ_p、および写像ｆを各端
末装置に与える。端末装置に店内での一意の装置番号Ｉ
Ｄ_tを与える。センタ装置と各端末装置との間には双方
向の通信手段を用意する。店と端末装置との間、店毎の
端末装置は正常な動作を確認する。前記データベースＩ
およびIIを用意する。

【００３７】プリペイドカードの発行手順は次ぎのとお
りである。ｎ＋１個のランダムパターンＸ₁，・・・・
・Ｘ_n+1をカードに記録する。ランダムパターンを読
み、（ｔ_i，Ｒ_i) ＝ｆ（Ｘ_i）、ｉ＝１，・・・ｎ＋
１を求める。ｔ＝１となるｉが一つでもあれば最初に
戻る。Ｒ＝（Ｒ₁，・・・，Ｒ_n+1）に対し秘密変換Ｅ
Ｋ_sを施し、署名Ｓ＝ＥＫ_s（Ｒ）を求める。ｊ＝１と
する。ただしｊは使用可能な最初のランダムパターンの
番号である。カードの一意番号ＩＤ_Cを定め、人が読め
るように文字で印刷する。カードの磁気ストライプに
（ＩＤ_C，Ｓ，ｊ）を記録する。そのカードを実際に売
り出す店番号ＩＤ_sを定める。（ＩＤ_C，Ｓ，ｊ，ＩＤ
_s）をデータベースに入力する。

【００３８】プリペイドカードが使用される端末装置の
動作はつぎのとおりである。カードから（ＩＤ' _C，
Ｓ',ｊ’）を読み取る。カードからランダムパターン
Ｘ' _j，・・・・・，Ｘ' _n+1を読み込み、（ｔ' ，
Ｒ' _i）＝ｆ（Ｘ' _i），i ＝j',・・・ ,n ＋1 を求
め、一つでもt'_iとなるｉが存在したらカードの使用を
拒否する。署名Ｓ' に公開鍵による変換を施し、Ｒ" ＝
（Ｒ" ₁, ・・・・,n＋1)＝ＥＫＰ_s(S')を求める。
Ｒ' _i＝Ｒ" _iがｉのj'からｎ＋１までについて成立す
ればカードの使用を許可し、成立しなければカードの使
用を拒否する。

【００３９】使用者がＭｈ円の使用を要求したとき、残
り金額が十分であればこの使用を許可し、ランダムパタ
ーンをｊからｊ＋ｈまで消去して、使用可能な最初のラ
ンダムパターンの番号ｊをｊ＋ｈに書き換える。使用可
能なランダムパターンの番号がｎ＋１になったらその旨
を表示してカードを回収する。店にＩＤ' _C，Ｓ',
ｊ’，ｈおよび端末装置の番号ＩＤ_tを通知する。

【００４０】店からセンタ装置への通知はつぎのとおり
である。店は端末装置から使用したカードについての情
報ＩＤ’_C，Ｓ',ｊ’，ｈを受取り、正当性を確認した
うえで監査などのため一定期間その情報を記憶してお
く。正当でなければその端末装置を検査する。その情報
ＩＤ' _C，Ｓ',ｊ’，ｈを店番号ＩＤ_sとともに通信手
段を通じてセンタ装置に送る。

【００４１】センタ装置のデータベースの更新および支
払いはつぎのとおりである。データベースＩからカード
番号がＩＤ' _Cとなる項目（ＩＤ' _C，Ｓ',ｊ’，ｈ）
に対応する情報を求める。そのカード番号となる項目が
データベースＩに存在しないときには、データベースII
を検索する。そしてデータベースIIにも存在しない場合
には不正であるとして支払いを拒否する。データベース
IIに存在する場合には、その項目に対してつぎのように
操作を行う。すなわち署名Ｓが正しく残り金額があるな
らデータの内容を（ＩＤ' _C，Ｓ',ｊ’，ｈ）に更新す
る。残り金額がないならこの情報をデータベースIIに移
し一定期間保存する。更新した使用量に相当する金額を
店に支払う。署名が正当でないと判定した場合には不正
入力として支払いを拒否する。ランダムパターンの番号
ｊがデータベースの内容と一致しない場合には事故処理
に入る。

【００４２】センタ装置装置の事故処理はつぎのとおり
行われる。カード番号ＩＤ' _Cが回収されていないとき
にはその回収を試みる。カードが回収されたときには、
カードの消去されていないランダムパターンと署名とか
らどちらの記録が正しいかを判定する。カードが回収さ
れている場合にはいずれの店で事故またはは不正が行わ
れたかを店の記録等により検討する。

【００４３】この実施例方式の数値例は次ぎのとおりで
ある。すなわち、使用可能なプリペイドカードの総数を
１００億枚、店の数を１０万とし、カードの金額は最高
２０Ｍ円であるとすると、ｎは２０である。ランダムパ
ターンＸの複写Ｒのビット数をそれぞれ１０とし最後だ
けを４０とすると複写Ｒを表示するビット数ｒは２４０
となる。１からｎまでのビット数を表すに要するビット
数ｄは５であり、カード番号を表すに要するビット数α
は４０であり、店番号を表すに要するビット数βは１８
程度とすると、カードに書き込むデータは誤り訂正ある
いは検査ビットを含めても約４００ビット程度である。
これ以外にランダムパターンを２０個、４０ビットのパ
ラメタを取り出せるランダムパラメタを１個カードに記
入しなければならない。したがってデータベースＩのサ
イズはおよそ５００ギガバイトとなる。データベースII
は、使用済カードの情報の保管期間に依存するが、デー
タベースＩの数倍の容量が必要になる。

【００４４】ランダムパラメタの複写Ｒを表すに要する
ビット数２４０に対して、公開鍵暗号としては楕円暗号
を用いることができる。この暗号の安全性は完全に保証
されているものではないが、５ないし１０年程度では簡
単に破られることはないと考えられる。カードを偽造す
るには２の５０乗程度のパターンを用意すれば不可能で
はないが、これにはセンタ装置のデータベースの数万倍
の記憶容量が必要であり、データの生成にも膨大な時間
を要することになるから、カード金額に見合う偽造は起
こりえない。

【００４５】使用済のカードを使ってその金額を改ざん
する場合には、一つのランダムパターン、すなわちＭ円
（たとえば５００円）を増額するのに、５００回程度の
上書き回数を行わないと成功しないと考えられる。さら
にランダムパターンの連結部分を利用するとこの回数は
さらに大幅に増すことができる。

【００４６】〔応用例〕端末装置が秘密鍵を知ることに
なると、端末装置でランダムパターンにセンタ装置と同
様の署名をつけることができるようになる。そこで、使
用済の部分を消去するのではなく、ランダムパターンを
書き換えてそれに署名をつけるという偽造がありえるこ
の場合には、書き換えたランダムパターンと使用可能な
金額との両者に対して一つの署名をつける方法がある。

【００４７】この方法では、どの端末装置でも正当なラ
ンダムパターンを生成することができなければならない
から、採用可能なランダムパターンの範囲を大きくしな
ければならない。したがって、安全性を大きくするには
ランダムパターンを記述するビット数を十分大きくとっ
ておく必要がある。しかし、カードに記入するランダム
パターンはひとつですむから、カードの記憶容量が限ら
れているとしてもランダムパターンをかなり大きくする
ことができ、装置の耐タンパ性が破られないかぎり、偽
造や改ざんがきわめて困難なカードを作れる可能性は高
い。

【００４８】店および端末装置の耐タンパ性が高けれ
ば、店からの不正な深刻も不可能となる。センタ装置の
データベースは店からの不正な申告を防止することがで
きる機能があるが、その場合にはセンタ装置のデータベ
ースを省略することができることになる。

【００４９】端末装置の耐タンパ性が破られ、秘密鍵が
暴露されても、その被害がシステム全体に及ばないよう
にするには、一つの秘密鍵を一つの店あるいは特定のグ
ループに限定することが有効である。その場には、その
店あるいはそのグループはその秘密鍵で署名されたカー
ドしか使えなくなるが、その店の装置で他店のカードを
書き換えるなどにより他店のカードをも使えるようにす
るシステムが得られる。このような書き換えを行うに
は、他店の署名が正当であるか否かを検査しなければな
らない。これには、リアルタイムの通信手段でセンタ装
置に問い合わせる、その他店に直接に問い合わせる、他
店の方式の正当性を判定する手段を端末装置に装備する
などが考えられる。

【００５０】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、使
用のつど金額情報を書き換えるプリペイドカードであっ
ても、ランダムパターンを利用した認証が残り金額の最
終値まで可能であるとともに、実用的かつ経済的に偽造
を行っても利益を得ることができないプリペイドカード
およびその認証装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】磁気ストライプ上のジッタを模式的に説明する
図。

【図２】プリペイドカードにランダムパターンとともに
署名を記録する状態を示す図。

【図３】磁気ストライプ上のランダムパターンを使用不
能にするとともに、使用可能な部分から復号データを得
る状態を説明する図。

【図４】センタ装置で本発明プリペイドカードを製造す
る手順を説明する図。

【図５】端末装置で本発明プリペイドカードを使用し消
去する手順を説明する図。

【図６】複数の端末装置がセンタ装置に通信手段により
接続された状態を説明する図。

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】磁気ストライプが形成され、その磁気ス
トライプに使用される金額単位Ｍ（円）の金額情報がｎ
個磁気的に記録された金額Ｍｎ（円）のプリペイドカー
ドにおいて、その磁気ストライプに少なくともｎ個のランダムパター
ンＸ₁，Ｘ₂，・・・Ｘ_n，・・・がそれぞれ個別にか
つ使用される端末装置により消去可能に記録されたこと
を特徴とするプリペイドカード。
【請求項２】前記ランダムパターンの数はｎ＋１個で
ある請求項１記載のプリペイドカード。
【請求項３】前記ランダムパターンは、前記磁気スト
ライプにディジタル情報を記録することにより発生する
ジッタに基づき生成される請求項１または２記載のプリ
ペイドカード。
【請求項４】前記ランダムパターンとともに、そのラ
ンダムパターンを暗号化した情報が署名としてそのカー
ドの磁気ストライプに記録された請求項３記載のプリペ
イドカード。
【請求項５】前記署名は、秘密鍵により暗号化され、
前記端末装置に保持される公開鍵により復号可能である
請求項４記載のプリペイドカード。
【請求項６】磁気ストライプが形成され、その磁気ス
トライプに使用される金額単位Ｍ（円）の金額情報がｎ
個磁気的に記録された金額Ｍｎ（円）のプリペイドカー
ドの正当性を識別する装置であって、使用者が金額Ｍｈ（円）の使用を要求するとき、そのプ
リペイドカードの磁気ストライプに磁気的に記録された
ｈ個以上のランダムパターンおよびそのランダムパター
ンが暗号化された署名をそのプリペイドカードから読取
る手段と、この読取る手段により読取られた署名を復号
化する手段と、この復号化する手段により復号化された
情報と前記読取る手段により読取られたランダムパター
ンとを照合してそのプリペイドカードの正当性を判定す
る手段と、金額Ｍｈ（円）の使用許可情報を送出すると
ともにその磁気ストライプに記録されたｈ個のランダム
パターンを消去する手段とを備えたことを特徴とする偽
造プリペイドカード識別装置。
【請求項７】前記署名は、そのプリペイドカードのラ
ンダムパターンをセンタ装置に保持される秘密鍵により
暗号化されたディジタル情報であり、前記正当性を判定
する手段および前記ｈ個のランダムパターンを消去する
手段は、そのプリペイドカードが使用される端末装置に
設けられ、その端末装置は前記秘密鍵に対応する公開鍵
を保持しこの公開鍵を用いて前記署名情報の復号化を行
う手段を含む請求項６記載の偽造プリペイドカード識別
装置。
【請求項８】前記センタ装置と前記端末装置との間に
は、前記端末装置で使用されたプリペイドカードに関す
る情報を伝達する通信手段が設けられた請求項７記載の
偽造プリペイドカード識別装置。
【請求項９】前記センタ装置には、プリペイドカード
の作成時に設定されプリペイドカードを個別に識別でき
るように設定されたカード識別番号ＩＤ_C、このカード
識別番号ＩＤ_Cに対応してそのプリペイドカードに設定
された署名情報Ｓが記録されたデータベースと、前記通
信手段を介して前記端末装置から到来する情報をこのデ
ータベースに記録された情報と照合することによりその
プリペイドカードの不正を識別する手段とを含む請求項
８記載の偽造プリペイドカード識別装置。
【請求項１０】前記データベースには、前記端末装置
を設置する店番号ＩＤ_sが併せて記録された請求項９記
載の偽造プリペイドカード識別装置。
【請求項１１】プログラム制御されたコンピュータを
含むハードウエアにインストールすることにより請求項
６ないし１０のいずれかに記載の偽造プリペイドカード
識別装置となるソフトウエアが記録された機械読み取り
可能な記憶媒体。
【請求項１２】前記端末装置が前記署名を復号化する
ための暗号鍵が同一の記憶媒体にあるいは別の記憶媒体
に記録された請求項１１記載の記憶媒体。