JP4996904B2 - 生体認証システム、登録端末、認証端末、及び認証サーバ - Google Patents

Description

本発明は、生体的特徴を用いて個人を認証する生体認証技術に関する。

生体情報を用いたユーザ認証システムは、登録時にユーザから生体情報を取得し、特徴量と呼ばれる情報を抽出して登録する。この登録情報をテンプレートという。認証時は、再びユーザから生体情報を取得して特徴量を抽出し、テンプレートと照合して本人か否かを確認する。ネットワークを介して認証サーバがクライアント側にいるユーザを生体情報に基づいて認証する場合、典型的には認証サーバがテンプレートを保持する。クライアントは認証時にユーザの生体情報を取得し、特徴量を抽出して認証サーバへ送信し、認証サーバはこの特徴量をテンプレートと照合して本人か否かを確認する。

生体認証は、偽造が困難であり、忘れることもないといった利点がある。しかし指紋や虹彩などの生体情報は生涯不変と言われており、また一人のユーザが持つ生体情報の数には限りがある（例えば指紋は10指のみ）ため、仮に認証サーバに登録したテンプレートが漏洩してなりすましの危険が生じた場合、登録情報を容易に破棄・更新することができず、安全性を回復できないという欠点がある。

この問題に対し、特徴量をある種の変換関数により変換し、秘匿した状態で登録・照合する、生体情報秘匿型生体認証が提案されている（特許文献１）。この生体情報秘匿型生体認証システムでは、認証サーバが特徴量を一切知らずに認証を行うため、仮に認証サーバからテンプレートや照合情報が漏洩しても元の特徴量や生体情報はわからず、偽造生体の作成に利用されるといった脅威を防ぐことができる。

米国特許 Ｎｏ．６８３６５５４

生体情報秘匿型生体認証システムは、サーバに登録したテンプレートや、正規ユーザが認証したときの照合情報が漏洩した場合、なりすましの脅威を防ぐことはできない。テンプレートはサーバ内部で管理し外部に送信しない情報であるため、運用により漏洩リスクを低減することができるが、正規ユーザが認証したときの照合情報はクライアントからサーバへ送信する情報であるため、漏洩リスクが大きい。

本発明の目的は、サーバに対して特徴量を秘匿したまま、認証時にクライアント側に正規ユーザの特徴量が存在していることを、サーバが確認することができる生体認証システムを提供することにある。

本発明の他の目的は、クライアントが不正なサーバに対して照合情報を送信してしまう脅威を低減する、運用コストの低い生体認証システムを提供することにある。

本発明は、上記目的を達成するため、生体情報を取得する認証端末と、認証端末により取得された生体情報に基づいて利用者を認証する認証サーバとからなる生体認証システムであって、認証端末は、生体情報を変換パラメータに基づいて変換する変換部と、変換部により変換された変換生体情報を認証サーバへ送信する送信部と、変換パラメータに関する知識を、認証サーバに対して開示することなく証明する、変換パラメータ証明部とからなり、認証サーバは、認証端末から変換生体情報を受信する受信部と、認証端末が変換パラメータを知っていることを、認証端末との通信および変換パラメータ検証情報に基づいて検証する変換パラメータ検証部と、変換生体情報を登録データと比較して類似性を判定する照合部とからなり、変換パラメータ検証部による変換パラメータの検証が成功し、且つ照合部による変換生体情報と登録データとの類似性の判定が成功した場合に、認証成功とする生体認証システムを提供する。

また、本発明においては、生体情報に基づいて利用者を認証する生体認証システムにおける登録端末であって、変換パラメータを生成する生成部と、変換パラメータ検証情報を作成する検証情報作成部と、
登録時に取得された生体情報を変換パラメータに基づいて変換し、登録データを作成する登録生体情報変換部と、登録データと変換パラメータ検証情報との組データの完全性を保証するための第一の署名データを作成する署名作成部と、登録データと変換パラメータ検証情報との組データと、第一の署名データを、認証サーバに送信する送信部とを有する登録端末を提供する。

更に、本発明においては、生体情報に基づいて利用者を認証する認証サーバを有する生体認証システムにおける認証端末であって、生体情報を取得する取得部と、取得された生体情報を変換パラメータに基づいて変換する変換部と、変換部により変換された変換生体情報を認証サーバへ送信する送信部と、変換パラメータに関する知識を、認証サーバに対して開示することなく証明する、変換パラメータ証明部とから構成される認証端末を提供する。

更にまた、本発明においては、認証端末により取得された生体情報に基づいて利用者を認証する生体認証システムにおける認証サーバとして、認証端末で変換パラメータで変換された変換生体情報を受信する受信部と、認証端末が変換パラメータを知っていることを、認証端末との通信および変換パラメータ検証情報に基づいて検証する変換パラメータ検証部と、変換生体情報を記憶された登録データと比較して類似性を判定する照合部とを有し、変換パラメータ検証部による変換パラメータの検証が成功し、且つ照合部による変換生体情報と登録データとの類似性の判定が成功した場合に認証成功とする認証サーバを提供する。

なお、本明細書等において、登録端末、認証端末、認証サーバ等における各種の“機能”を、“部”と呼ぶことがある。例えば、“変換パラメータ検証機能”を“変換パラメータ検証部”と、“照合機能”を“照合部”と呼ぶことがあることに留意されたい。また、生体認証システムにおいては、“生体情報”そのものを特徴量とすることができるため、本明細書等において、“生体情報”には、“特徴量”との意味も含まれていることに留意されたい。

このように本発明によれば、認証サーバは、変換パラメータ検証部で認証端末が正しい変換パラメータＫを知っていることを確認した上で、照合部で、登録データであるテンプレートＴ（＝Ｆ（Ｘ，Ｋ））と変換生体情報である照合情報Ｖ（＝Ｇ（Ｙ，Ｋ））の類似性判定を行う。認証端末は、変換パラメータＫを知った上で照合情報Ｖを送信しなくてはならないため、生体情報Ｙを知っていなくてはならない。

従って認証サーバは、ｄ（Ｔ，Ｖ）＝ｄ（Ｘ，Ｙ）＜ｔを確認することで、（Ｘ、Ｙを知らずに）認証端末側に登録時の特徴量としての生体情報Ｘに十分近い（つまり正規ユーザのものと考えられる）特徴量としての生体情報Ｙが存在することを確認することができる。その結果、例えテンプレートＴや、正規ユーザが認証したときの照合情報Ｕ（＝Ｆ（Ｘ’，Ｋ），ｄ（Ｘ’，Ｘ）＜ｔ）が漏洩しても、直接なりすましの脅威に結びつくことはない。

以下、本発明の具体的実施例を図面を用いて詳述する。

本発明の第一の実施例として、ユーザの特徴量としての生体情報を認証サーバに対して秘匿したまま認証を行う生体認証システムを説明する。

図１に本実施例の生体認証システムの全体構成を示す。本実施例の生体認証システムは、登録時にユーザの生体情報を取得してユーザ保持データとユーザ登録データを発行する登録端末１００と、認証時にユーザの生体情報を取得し、ユーザ保持データを用いて変換生体情報に変換して認証サーバへ送信する認証端末１１０と、ユーザ保持データを記録する記録媒体１２０と、ネットワーク１３０と、特徴量としての生体情報の照合処理を行ってユーザ認証を行う認証サーバ１４０とから構成される。

認証端末１１０は、一つの装置として実装してもよいし、パーソナルコンピュータ(ＰＣ)にセンサやＩＣカードリーダライター（Ｒ／Ｗ）を接続して構成してもよい。また認証端末１１０はユーザの携帯電話や携帯情報端末（ＰＤＡ）、あるいは銀行現金自動預け払い機（ＡＴＭ）、クレジットカード決済端末、キオスク端末などで構成してもよい。なお、本実施例では登録端末１００と認証端末１１０が別の端末であるとして説明するが、両方の機能を持った一つの端末であってもよい。

記録媒体１２０は、ＩＣカード、磁気カード、フラッシュメモリ、ハードディスク、２次元バーコードなどが利用可能である。また記録媒体１２０は、認証端末１１０の内部の記憶部などであっても良い。

ネットワーク１３０は、広域ネットワーク(ＷＡＮ)やローカルエリアネットワーク（ＬＡＮ）などのネットワーク、ユニバーサル・シリアル・バス（ＵＳＢ）やＩＥＥＥ１３９４を用いた機器間の通信、あるいは携帯電話網やＢｌｕｅＴｏｏｔｈ（登録商標）などの無線通信を用いてもよい。例えばインターネットバンキングシステムの場合、認証端末１１０はユーザの自宅ＰＣや携帯電話、認証サーバ１４０はバンキングサーバ、ネットワーク１３０はインターネットとする構成が考えられる。またＰＣログインシステムの場合、認証端末１１０は認証装置、認証サーバ１４０はＰＣ、ネットワーク１３０はＵＳＢケーブルといった構成も考えられる。

登録端末１００は、指紋センサなどの生体情報を取得するセンサ１０１と、取得した生体情報から特徴量を抽出する特徴量抽出機能１０２と、変換パラメータ生成機能１０３と、登録用の特徴量を秘匿するために変換パラメータで変換してテンプレートを作成する登録特徴量変換機能１０４と、変換パラメータやテンプレートに対して検証情報を作成する検証情報作成機能１０５と、作成した情報の完全性（改ざんされていないこと）を保証するための署名を作成する署名機能１０６と、記録媒体１２０のデータを読み書きする記録媒体リーダライタ（Ｒ／Ｗ）１０７と、認証サーバ１４０に登録データ等の情報をネットワーク１３０を介して通信するための送受信部としての通信インターフェイス（Ｉ／Ｆ）１０８とから構成される。

この登録端末１００は、後で説明するように汎用のＰＣ等で構成された場合、この特徴量抽出機能１０２、変換パラメータ生成機能１０３、登録特徴量変換機能１０４、検証情報作成機能１０５、及び署名機能１０６は、その内部の中央処理部（ＣＰＵ）で処理されるプログラムなどで構成される。この場合、これらの「機能」は登録端末１００で実行されるプログラムの部分を構成する。なお、このプログラムは、通常その内部の記憶部（メモリ）に格納されているが、必要に応じて、記憶媒体を用いた提供、あるいはネットワーク１３０等の通信媒体を介しての提供も可能であることはいうまでもない。なお、以下、本実施例で使用される他のプログラムについても同様である。

認証端末１１０は、登録端末１００と同様、生体情報を取得するセンサ１０１と、生体情報から特徴量を抽出する特徴量抽出機能１０２と、記録媒体１２０とデータの書き込み／読み出しを行うための記録媒体Ｒ／Ｗ１０７と、ネットワーク１３０を介してデータの送受信を行うための通信Ｉ／Ｆ１０８を有する。更に、認証端末１１０は、照合用の特徴量を秘匿するために変換パラメータを用いて変換し、照合情報を作成する照合特徴量変換機能１１１と、正しい変換パラメータを知っていることを認証サーバ１４０に対して証明する変換パラメータ証明機能１１２と、認証サーバ１４０が正しいテンプレートを知っていることを検証するテンプレート検証機能１１３と、登録端末１００が発行した署名を検証する署名検証機能１１４とから構成される。

認証端末１１０は、登録端末１００同様、一般的なＰＣで構成される場合、これらの特徴量抽出機能１０２、照合特徴量変換機能１１１、変換パラメータ証明機能１１２、テンプレート検証機能１１３、署名検証機能１１４は、その内部のＣＰＵでプログラム処理によって実現されても良い。

記録媒体１２０は、ユーザ保持データ１２１を記憶する。ユーザ保持データ１２１は、ユーザ識別子（ＩＤ）１２２と、変換パラメータ１２３と、テンプレート検証情報１２４と、署名１２５とから構成される。

次に認証サーバ１４０は、変換された生体特徴量等を受信するための通信Ｉ／Ｆ１０８と、署名検証機能１１４と、登録端末１００が作成したユーザ登録データをデータベース１４５に登録する登録機能１４１と、受信した変換生体情報である特徴量を照合する照合機能１４２と、認証端末１１０が正しい変換パラメータを知っていることを検証する変換パラメータ検証機能１４３と、自分が正しいテンプレートを知っていることを認証端末１１０に証明するテンプレート証明機能１４４と、データベース１４５とから構成される。データベース１４５は、１人以上のユーザのユーザ登録データ１５０を記録する。ユーザ登録データ１５０は、ユーザＩＤ１２２と、テンプレート１５１と、変換パラメータ検証情報１５２と、署名１５３とから構成される。

この認証サーバ１４０の、通信Ｉ／Ｆ１０８とデータベース１４５以外の、署名検証機能１１４、登録機能１４１、照合機能１４２、変換パラメータ検証機能１４３、テンプレート証明機能１４４は、次に説明するハードウェア構成中のＣＰＵでのプログラム処理とすることができる。

図２に、第一の実施例における登録端末１００、認証端末１１０、認証サーバ１４０のハードウェア構成の一例を示す。これらの端末は、図２に示すように、内部バス等を介して接続されたＣＰＵ２００、メモリ２０１、ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）２０２、入力装置２０３、出力装置２０４、通信装置（通信Ｉ／Ｆ）２０５とから構成することができる。ＣＰＵ２００は、メモリ２０１に記憶されたプログラムの実行等を行う。以上から明らかなように、端末、サーバ共に、これらの要素を有する汎用のコンピュータシステムを構成する。

図３に、本実施例における登録時の処理手順およびデータの流れを示す。以下、図３に示す登録フローに従い、第一の実施例における登録処理を説明する。

登録端末１００は、ユーザＩＤ１２２の入力を受け付ける（ステップＳ３０１）。ユーザＩＤ１２２はユーザやオペレータが入力してもよいし、認証サーバ１４０が生成したものを登録端末１００に送信してもよい。登録端末１００は、センサ１０１などを用いて、ユーザの生体情報を取得する（ステップＳ３０２）。生体情報は、指紋画像、静脈画像、虹彩画像、音声データなど、人の生体に関する情報をデジタル化したデータとする。

続いて、登録端末１００は、特徴量抽出機能１０２により、取得した生体情報から登録特徴量（Ｘ）を抽出する（ステップＳ３０３）。登録特徴量（Ｘ）の抽出方法は生体情報の種類や照合方式により様々な方式が実用化されており、どのような特徴量を用いてもよい。またステップＳ３０２で取得した生体情報そのものを特徴量とすることもできる。

登録端末１００は、変換パラメータ生成機能１０３により、変換パラメータ（Ｋ）１２３を生成する（ステップＳ３０４）。登録端末１００は、登録特徴量変換機能１０４で、変換関数（Ｆ）と変換パラメータ（Ｋ）１２３を用い、登録特徴量（Ｘ）を変換してテンプレート（Ｔ＝Ｆ（Ｘ，Ｋ））１５１を作成する（ステップＳ３０５）。特徴量（Ｘ）、変換パラメータ（Ｋ）、変換関数（Ｆ）の具体例は後で詳述する。

次に、登録端末１００は、検証情報作成機能１０５により、変換パラメータ（Ｋ）１２３に対する検証情報１５２を作成する（ステップＳ３０６）。また、登録端末１００は、検証情報作成機能１０５により、テンプレート（Ｔ）１５１に対する検証情報１２４を作成する（ステップＳ３０７）。この検証情報１５２、１２４の具体例については後述する。

登録端末１００は、署名機能１０６で、ユーザＩＤ１２２と変換パラメータ（Ｋ）１２３とテンプレート検証情報１２４に対して電子署名１２５を作成し、これらのデータをまとめてユーザ保持データ１２１を作成する（ステップＳ３０８）。登録端末１００は、ユーザ保持データ１２１を記録媒体１２０に書き込む（ステップＳ３０９）。

同様に、登録端末１００は、署名機能１０６で、ユーザＩＤ１２２とテンプレート（Ｔ）１５１と変換パラメータ検証情報１５２に対して電子署名１５３を作成し、これらのデータをまとめてユーザ登録データ１５０を作成して通信Ｉ／Ｆ１０８を介して、認証サーバ１４０に送信する（ステップＳ３１０）。認証サーバ１４０は、通信Ｉ／Ｆ１０８を介してユーザ登録データ１５０を受信し、データベース１４５に登録する（ステップＳ３１１）。

以上、本実施例の生体認証システムにおける登録時の処理手順を説明した。引き続き、本実施例の生体認証システムの認証時の処理手順を説明する。

図４に、本実施例における認証時の処理手順およびデータの流れを示す。まず、認証端末１１０は、記録媒体Ｒ／Ｗ１０７を用いて、記録媒体１２０からユーザ保持データ１２１を読み込んで、内部の一時記憶装置（図２のメモリ２０１など）に記憶する（ステップＳ４０１）。認証端末１１０は、署名検証機能１１４により、署名１２５を検証し、ユーザ保持データ１２１が改ざんされていないか確認する。改ざんされていたら、認証処理を中止する（ステップＳ４０２）。次に、認証端末１１０は、認証サーバ１４０に対してユーザＩＤ１２２を送信し、認証要求を行う。（ステップＳ４０３）。

認証サーバ１４０は、認証端末１１０からの認証要求を受け、ユーザＩＤ１２２をキーとしてデータベース１４５からユーザ登録データ１５０を検索する（ステップＳ４０４）。認証サーバ１４０は、署名検証機能１１４にて署名１５３を検証し、ユーザ登録データ１５０が改ざんされていないことを確認する。改ざんされていたら、認証処理を中止する。（ステップＳ４０５）。

続いて、認証サーバ１４０は、テンプレート証明機能１４４を用いて、認証端末１１０に対し、自分が正しいテンプレート１５１を知っていることを、テンプレート１５１に関する知識を与えずに証明する（ステップＳ４０６）。テンプレート証明機能１４４のテンプレート知識証明の具体的な方法は後述する。

一方、認証端末１１０は、テンプレート検証機能１１３において、認証サーバ１４０が正しいテンプレート１５１を知っていることを、テンプレート検証情報１２４を用いて検証する。検証が失敗したら認証処理を中止する（ステップＳ４０７）。検証の具体的な方法は後述する。

同様に、認証端末１１０は、変換パラメータ証明機能１１２を使って、認証サーバ１４０に対し、自分が正しい変換パラメータ１２３を知っていることを、変換パラメータ１２３に関する知識を与えずに証明する（ステップＳ４０８）。変換パラメータ証明機能１１２における変換パラメート知識証明の具体的な方法は後述する。

一方、認証サーバ１４０は変換パラメータ検証機能１４３により、認証端末１１０が正しい変換パラメータ１２３を知っていることを、変換パラメータ検証情報１５２を用いて検証する。検証が失敗したら認証処理を中止する（ステップＳ４０９）。検証の具体的な方法は後述する。

認証端末１１０は、センサ１０１などにより、ユーザの生体情報を取得する（ステップＳ４１０）。認証端末１１０は、特徴量抽出機能１０２により、取得した生体情報から照合特徴量（Ｘ’）を抽出する（ステップＳ４１１）。続いて、認証端末１１０は、照合特徴量変換機能１１１により、変換関数（Ｇ）と変換パラメータ（Ｋ）１２３を用い、照合特徴量（Ｘ’）を変換して照合情報（Ｖ＝Ｇ（Ｘ’，Ｋ））を作成し、認証サーバ１４０へ送信する（ステップＳ４１２）。変換関数（Ｇ）の具体例は後述する。

認証サーバ１４０は、この照合情報（Ｖ）を通信Ｉ／Ｆ１０８を介して受信し、照合機能１４２でテンプレート（Ｔ）１５１と照合する。照合の結果ＴとＶが一致していればユーザが本人である（ＯＫ）と判定し、そうでなければ他人（ＮＧ）と判定する（ステップＳ４１３）。ここで照合は、ある距離関数ｄと判定しきい値ｔを用い、ｄ（Ｔ，Ｖ）＜ｔならば一致、そうでなければ不一致とする。距離関数ｄの具体例は後述する。認証端末１１０は、読み込んだユーザ保持データ１２１を一時記憶部（メモリ２０１など）から消去する（ステップＳ４１４）。

引き続き、上述した実施例で説明した特徴量や変換関数の具体例を説明する。虹彩認証に適用可能な例として、Michael Braithwaite, et al.“Application-Specific Biometric Templates”、[2006年9月4日検索]、インターネット
＜http://www.cis.upenn.edu/~cahn/publications/autoid02.pdf＞に記載の方法を述べる。

特徴量Ｘとして、虹彩画像から抽出した虹彩コードと呼ばれる２０４８ビットのデータを考える。虹彩コードＸ，Ｙ同士の距離ｄ（Ｘ，Ｙ）は、ハミング距離で与えられる。ハミング距離は、ＸとＹの対応する位置にある各ビットを比較したときの、異なるビットの数として定義される。

虹彩コードに対する変換パラメータＫを、２０４８ビットの適当なデータとして与え、変換関数をＦ（Ｘ，Ｋ）＝Ｇ（Ｙ，Ｋ）＝
Ｘ ｘｏｒ Ｋで定義する。ここでＡ ｘｏｒ Ｂは、ＡとＢの排他的論理和を表すものとする。このとき任意のＸ，Ｙ，Ｋに対しｄ（Ｘ，Ｙ）＝ｄ（Ｆ（Ｘ，Ｋ），Ｇ（Ｙ，Ｋ））が成立する。

従ってテンプレートをＴ＝Ｆ（Ｘ，Ｋ）、照合情報をＶ＝Ｇ（Ｘ’，Ｋ）とすると、ＴとＶの距離ｄ（Ｔ，Ｖ）は、ＸとＸ’の距離ｄ（Ｘ，Ｘ’）と等しくなる。これにより、認証サーバ１４０は元の特徴量（虹彩コード）Ｘ，Ｘ’を知ることなく、正しい照合結果を得ることができる。

なお特徴量や変換関数として、指紋認証に適用可能な上記Michael Braithwaite, et al.の文献に記載の方法、画像マッチングに基づく生体認証技術全般に適用可能な、比良田真史 他、「画像マッチングに基づく生体認証に適用可能なキャンセラブルバイオメトリクスの提案」、電子情報通信学会技術報告 2006-07-ISEC-SITE-IPSJ-CSEC、に記載の方法などが知られている。本実施例は、これら全ての方法に適用可能であり、また一般的な生体情報秘匿型生体認証技術全てに適用可能である。生体情報秘匿型生体認証の他の具体的な実現手段としては、例えば、特開２００６−１５８８５１号公報、「生体情報の特徴量変換方法および生体認識システム」に記載の方法などがある。

次に、上述した本実施例における変換パラメータ証明機能１１２、テンプレート検証機能１１３、変換パラメータ検証機能１４３、テンプレート証明機能１４４と使った、変換パラメータ（Ｋ）やテンプレート（Ｔ）の知識証明、知識検証の具体的方法を述べる。これらは一般にゼロ知識証明や公開鍵暗号技術などを用いて様々な方法で実現することができるが、本実施例においては、ＥｌＧａｍａｌ署名を用いた具体例を説明し、ハッシュ関数を用いた具体例を第二の実施例として説明する。

ＥｌＧａｍａｌ署名における鍵生成では、大きな素数ｐと、Ｚｐ上の乗法群の巡回部分群で位数ｑの大きなものの生成元ｇと、乱数ｘと、ｙ＝ｇ＾ｘ ｍｏｄ ｐ に対し、Ｐ＝（ｐ，ｇ，ｙ）を公開鍵、ｘを秘密鍵とする（詳細は、ElGamal, Taher, “A public key cryptosystems and a signature scheme based on discrete logarithm,” Proc of CRYPTO '84, LNCS 197, pp.10-18, Springer-Verlag, 1985を参照されたい。）。

まず、登録端末１００は、登録時、検証情報作成機能１０５において、上記ｐ、ｇを生成し、秘密鍵ｘとして上述の変換パラメータ（Ｋ）１２３を用いて公開鍵ＰＫ＝（ｐ，ｇ，ｇ＾Ｋ ｍｏｄ ｐ）を作成し、これを変換パラメータ検証情報１５２とし、認証サーバ１４０に送る。同様に検証情報作成機能１０５は、秘密鍵ｘとしてテンプレート（Ｔ）１５１を用いて公開鍵ＰＴ＝（ｐ，ｇ，ｇ＾Ｔ ｍｏｄ ｐ）を作成し、これをテンプレート検証情報１２４として記録媒体１２０に記憶する。

なお秘密鍵ｘとして、変換パラメータ（Ｋ）１２３やテンプレート（Ｔ）１５１の替わりに、そのハッシュ値を用いてもよい。また、あらかじめ秘密鍵と公開鍵の組を生成しておいてから、秘密鍵のハッシュ値を変換パラメータ（Ｋ）１２３として用いてもよい。

さて、認証端末１１０が、変換パラメータ証明機能１１２により、図４の変換パラメータ知識証明ステップＳ４０８で、変換パラメータ（Ｋ）１２３を知っていることを認証サーバ１４０に証明する際は、まず認証サーバ１４０がランダムなデータｍを生成して認証端末１１０に送信する。認証端末１１０はｍに対し、変換パラメータ１２３を秘密鍵として署名を作成し、認証サーバ１４０へ返信する。認証サーバ１４０は、変換パラメータ検証機能１４３で、この署名を変換パラメータ検証情報１５２（公開鍵ＰＫ）を用いて検証する。

同様に、認証サーバ１４０が、図４のテンプレート知識証明ステップ４０６で、テンプレート（Ｔ）１５１を知っていることを認証端末１１０に証明する際には、テンプレート証明機能１４４により、認証サーバ１４０がテンプレート１５１を秘密鍵として署名を作成し、認証端末１１０が、テンプレート検証機能１１３により、これをテンプレート検証情報１２４（公開鍵ＰＴ）を用いて検証することで実現される。なお署名作成と署名検証アルゴリズムの詳細に関しては上述したElGamal文献を参照されたい。

さて、このように本実施例の生体認証システムでは、認証端末１１０が正しい変換パラメータ（Ｋ）を知っていることを認証サーバ１４０が変換パラメータ検証機能を使って確認した上で、照合情報Ｖ＝Ｇ（Ｘ’，Ｋ）とテンプレートＴ＝Ｆ（Ｘ，Ｋ）を照合する。これにより認証サーバ１４０は、認証端末１１０側にｄ（Ｘ，Ｘ’）＜ｔなるＸ’が存在すること、つまり正規ユーザの生体情報が入力されたことを確認することができる。

従来の秘匿型生体認証システムでは、認証サーバは照合情報ＶとテンプレートＴを照合するだけで本人／他人の判定を行うため、認証端末に正規ユーザの生体情報が存在するのか、それとも単に照合情報のみを知っているだけなのかを判別できない。このためテンプレートＴを入手した攻撃者や、正規ユーザが認証を行ったときの照合情報Ｕを入手した攻撃者は、これを照合情報として認証サーバに送信することにより、生体情報を入手しなくても正規ユーザになりすますことができる問題があった。

それに対し、本実施例はこのようななりすまし攻撃を防ぎ、安全性の高い生体情報秘匿型生体認証システムを実現する。なお、本実施例によればテンプレートや照合情報の漏洩は直接なりすましの脅威に結びつかないが、更に変換パラメータ（Ｋ）１２３まで同時に漏洩した場合には、元の特徴量が復元できてしまう。同様に変換パラメータ（Ｋ）１２３の漏洩は直接なりすましの脅威に結びつかないが、同時にテンプレートまたは照合情報が漏洩した場合には、元の特徴量が復元できてしまう。この問題に対しては、変換パラメータとテンプレートを定期的に更新することで対策することができる。

更に、本実施例の生体認証システムでは、認証サーバ１４０が正しいテンプレートを知っていることを認証端末１１０がテンプレート検証機能１１３で確認した上で、照合情報Ｖを送信する。これにより、攻撃者が認証サーバになりすまして認証端末１１０と通信し、正規ユーザの照合情報Ｖを入手する攻撃を防ぐことが可能となる。なお、仮にテンプレート１５１が漏洩し、それを入手した攻撃者が認証サーバになりすました場合、認証端末１１０は攻撃者に照合情報Ｖを送信してしまう。ただしこの場合、既に攻撃者はテンプレートを入手しているため、照合情報Ｖを送信することで更なる脅威が発生することはない。

さて、上述した第一の実施例においては、変換パラメータ（Ｋ）やテンプレート（Ｔ）の知識証明、知識検証の方法として、公開鍵暗号技術などを用いて実現する例を説明した。

次にハッシュ関数を用いた例を第二の実施例として説明する。データｘのハッシュ値を与えるハッシュ関数をＨ（ｘ）と表記する。ハッシュ関数の例としては、ＳＨＡ２５６などがある。（詳細は、FIPS 180-2, “Secure Hash Standard (SHS)”, [2006年9月4日検索]、インターネット
＜http://csrc.nist.gov/CryptoToolkit/tkhash.html＞を参照。）
本実施例において、登録端末１００は、変換パラメータ１２３（Ｋ）のハッシュ値ＶＫ＝Ｈ（Ｋ）を計算し、これを変換パラメータ検証情報１５２とする。またテンプレート１５１（Ｔ）のハッシュ値ＶＴ＝Ｈ（Ｔ）を計算し、これをテンプレート検証情報１２４とする。

認証端末１１０が、変換パラメータ証明機能１１２で、変換パラメータ１２３を知っていることを認証サーバ１４０に証明する際は、先の実施例同様、まず認証サーバ１４０がランダムなデータｍを生成して認証端末１１０に送信する。認証端末１１０はｍとＫを用いて、ｍ’＝Ｈ（Ｈ（Ｋ）｜ｍ）を計算し、認証サーバ１４０へ返信する。ここで“ｘ｜ｙ”はｘとｙのビット連結を表すものとする。認証サーバ１４０は変換パラメータ検証情報１５２（ＶＫ）とｍを用いてＨ（ＶＫ｜ｍ）を計算し、ｍ’と一致するか検証する。

同様に、認証サーバ１４０が、テンプレート証明機能１４４で、テンプレート１５１を知っていることを認証端末１１０に証明する際には、認証端末１１０がランダムなデータｍを生成して認証サーバ１４０に送信する。認証サーバ１４０はｍとＴを用いて、ｍ’＝Ｈ（Ｈ（Ｔ）｜ｍ）を計算し、認証端末１１０へ返信する。認証端末１１０はテンプレート検証情報１２４（ＶＴ）とｍを用いてＨ（ＶＴ｜ｍ）を計算し、ｍ’と一致するか検証する。

以上第一、第二の実施例として、変換パラメータ（Ｋ）やテンプレート（Ｔ）の知識証明、知識検証の方法として、ElGamal署名と、ハッシュ関数を用いた例を説明したが、これらに限定されるものでないことは言うまでもない。例えば、Schrorr署名（Schnorr signature, [2006年9月4日検索]、インターネット
＜http://en.wikipedia.org/wiki/Schnorr_signature＞)、Cramer-Shoup署名(Cramer-Shoup cryptosystem, [2006年9月4日検索]、インターネット
＜http://en.wikipedia.org/wiki/Cramer-Shoup_system＞)なども利用することができる。

以上本発明の具体的な実施例について説明したが、本発明は詳述した上記の実施例に限定されることなく、生体情報に基づいてユーザ認証を行う任意のアプリケーションに対して適用可能である。例えば社内ネットワークにおける情報アクセス制御、インターネットバンキングシステムやＡＴＭにおける本人確認、会員向けＷｅｂサイトへのログイン、保護エリアへの入場時の個人認証、パソコンのログインなどへの適用も可能である。

本発明の第一の実施例の機能構成を示すブロック図、 第一の実施例のハードウェア構成を示すブロック図、 第一の実施例の登録処理を示す流れ図、 第一の実施例の認証処理を示す流れ図である。

符号の説明

１００：登録端末、１０１：センサ、１０２：特徴量抽出機能、１０３：変換パラメータ生成機能、１０４：登録特徴量変換機能、１０５：検証情報作成機能、１０６：署名機能、１０７：記録媒体Ｒ／Ｗ、１０８：通信Ｉ／Ｆ、１１０：認証端末、
１１１：照合特徴量変換機能、１１２：変換パラメータ証明機能、
１１３：テンプレート検証機能、１１４：署名検証機能、１２０：記録媒体、１２１：ユーザ保持データ、１２２：ユーザＩＤ、１２３：変換パラメータ、１２４：テンプレート検証情報、１２５：署名、
１３０：ネットワーク、１４０：認証サーバ、１４１：登録機能、
１４２：照合機能、１４３：変換パラメータ検証機能、１４４：テンプレート証明機能、１４５：データベース、１５０：ユーザ登録データ、１５１：テンプレート、１５２：変換パラメータ検証情報、１５３：署名。

Claims (15)

1. 登録時に生体情報の登録を行う登録端末と、生体情報を取得する認証端末と、前記登録端末により登録された生体情報と前記認証端末により取得された生体情報に基づいて利用者を認証する認証サーバとからなる生体認証システムであって、
   前記登録端末は、
   変換パラメータを生成する生成部と、
   変換パラメータ検証情報を作成する検証情報作成部と、
   前記生体情報を前記変換パラメータに基づいて変換して登録データを作成する登録生体情報変換部と、
   前記登録データと前記変換パラメータ検証情報を、前記認証サーバに送信する送信部とを有し、
   前記認証端末は、
   前記生体情報を前記変換パラメータに基づいて変換する変換部と、
   前記変換部により変換された変換生体情報を前記認証サーバへ送信する送信部と、
   前記変換パラメータに関する知識を、前記認証サーバに対して開示することなく証明する、変換パラメータ証明部とを有し、
   前記認証サーバは、
   前記登録端末から前記登録データと前記変換パラメータ検証情報を受信し、前記認証端末から前記変換生体情報を受信する受信部と、
   前記認証端末が前記変換パラメータを知っていることを、前記認証端末との通信および前記変換パラメータ検証情報に基づいて検証する変換パラメータ検証部と、
   前記変換生体情報を前記登録データと比較して類似性を判定する照合部とを有し、
   前記変換パラメータ検証部による前記変換パラメータの検証が成功し、且つ前記照合部による前記変換生体情報と前記登録データとの類似性の判定が成功した場合に、認証成功とする
   生体認証システム。
2. 請求項１記載の生体認証システムであって、
   前記登録端末は、
   前記登録データと前記変換パラメータ検証情報との組データの完全性を保証するための第一の署名データを作成する署名作成部を更に有し、前記送信部は、前記第一の署名データを、前記認証サーバに送信し、
   前記認証サーバは、
   受信した前記登録データと前記変換パラメータ検証情報との前記組データが改ざんされていないことを前記第一の署名データに基づいて検証する署名検証部を更に有する
   生体認証システム。
3. 請求項２記載の生体認証システムであって、
   前記認証サーバは、
   前記登録データに関する知識を、前記認証端末に対して開示することなく証明する、登録データ証明部を更に有し、
   前記認証端末は、
   前記認証サーバが前記登録データを知っていることを、前記認証サーバとの通信および登録データ検証情報に基づいて検証する登録データ検証部を更に有し、
   前記認証端末は、前記登録データ検証部における検証が成功した場合に、前記送信部から前記変換生体情報を前記認証サーバへ送信する
   生体認証システム。
4. 請求項３記載の生体認証システムであって、
   前記登録端末の前記検証情報作成部は前記登録データ検証情報を作成し、
   前記署名作成部は、前記変換パラメータと前記登録データ検証情報との組データの完全性を保証するための第二の署名データを作成し、
   前記認証端末は、
   前記変換パラメータと前記登録データ検証情報の前記組データが改ざんされていないことを前記第二の署名データに基づいて検証する署名検証部を更に有する
   生体認証システム。
5. 請求項１記載の生体認証システムであって、
   前記認証端末は、前記変換パラメータを記憶する記憶部を更に有する
   生体認証システム。
6. 請求項１記載の生体認証システムであって、
   前記認証端末は、
   前記登録端末によって記録媒体に記憶された前記変換パラメータを読み出す読み出し部を更に有し、
   認証処理終了時に前記変換パラメータをその内部から消去する
   生体認証システム。
7. 生体情報に基づいて利用者を認証する生体認証システムにおける登録端末であって、
   変換パラメータを生成する生成部と、
   前記変換パラメータを検証するための変換パラメータ検証情報を作成する検証情報作成部と、
   登録時に取得された生体情報を前記変換パラメータに基づいて変換し、登録データを作成する登録生体情報変換部と、
   前記登録データと前記変換パラメータ検証情報との組データの完全性を保証するための第一の署名データを作成する署名作成部と、
   前記登録データと前記変換パラメータ検証情報との前記組データと、前記第一の署名データを、認証サーバに送信する送信部とを有する
   登録端末。
8. 請求項７記載の登録端末であって、
   前記検証情報作成部は登録データ検証情報を作成し、
   前記署名作成部は、前記変換パラメータと前記登録データ検証情報との組データの完全性を保証するための第二の署名データを作成する
   登録端末。
9. 請求項８記載の登録端末であって、
   記録媒体への書き込み部を更に有し、
   前記書き込み部は、前記変換パラメータと前記登録データ検証情報との前記組データと、
   前記第二の署名データを前記記録媒体に書き込む
   登録端末。
10. 生体情報に基づいて利用者を認証する認証サーバを有する生体認証システムにおける認証端末であって、
    前記生体情報を取得する取得部と、
    取得された前記生体情報を変換パラメータに基づいて変換する変換部と、
    前記変換部により変換された変換生体情報を前記認証サーバへ送信する送信部と、
    前記変換パラメータに関する知識を、前記認証サーバに対して開示することなく証明する、変換パラメータ証明部と、
    前記認証サーバに前記変換生体情報と照合されるべき登録データが存在することを、前記認証サーバとの通信および登録データ検証情報に基づいて検証する登録データ検証部とを有する
    認証端末。
11. 請求項１０記載の認証端末であって、
    前記登録データ検証部において、前記登録データの存在の検証が成功した場合に、前記送信部から前記変換生体情報を前記認証サーバへ送信する
    認証端末。
12. 請求項１１記載の認証端末であって、
    前記変換部が前記生体情報を前記変換パラメータに基づいて変換するに際し、記録媒体に記録された前記変換パラメータを読み出す読み出し部を更に有する
    認証端末。
13. 登録端末により登録された生体情報と、認証端末により取得された生体情報に基づいて利用者を認証する生体認証システムにおける認証サーバであって、
    前記登録端末から、前記生体情報を変換パラメータを用いて変換した登録データと、前記変換パラメータを検証するための変換パラメータ検証情報とを受信し、前記認証端末から、前記認証端末で前記変換パラメータで変換された変換生体情報を受信する受信部と、
    前記認証端末が前記変換パラメータを知っていることを、前記認証端末との通信および前記変換パラメータ検証情報に基づいて検証する変換パラメータ検証部と、
    前記変換生体情報を前記登録データと比較して類似性を判定する照合部とを有し、
    前記変換パラメータ検証部による前記変換パラメータの検証が成功し、且つ前記照合部による前記変換生体情報と前記登録データとの類似性の判定が成功した場合に、認証成功とする
    認証サーバ。
14. 請求項１３記載の認証サーバであって、
    前記登録データに関する知識を、前記認証端末に対して開示することなく証明する、登録データ証明部を更に有する
    認証サーバ。
15. 請求項１４記載の認証サーバであって、
    受信した前記登録データと前記変換パラメータ検証情報との前記組データが改ざんされていないことを第一の署名データに基づいて検証する署名検証部を更に有する
    認証サーバ。

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