(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
筆記面に対するペンの傾斜角及び方位角の一方又は両方により表される該ペンの方向ベクトルを時系列的に測定する方向測定手段と、
該筆記面における該ペンの先端の位置ベクトルを時系列的に測定するペン先位置測定手段と、
第１エンティティが該ペンを用いて該筆記面に所定パターンを書くとき、該方向測定手段により測定された該ペンの方向ベクトル、及び該ペン先位置測定手段により測定された位置ベクトルを成分に含む第１ベクトルを時系列的に生成する第１ベクトル生成手段と、
第２エンティティが該ペンを用いて該筆記面に該所定パターンを書くとき、該方向測定手段により測定された該ペンの方向ベクトル、及び該ペン先位置測定手段により測定された位置ベクトルを成分に含む第２ベクトルを時系列的に生成する第２ベクトル生成手段と、
該第１ベクトル生成手段により生成された第１ベクトルに含まれる方向ベクトルと該第２ベクトル生成手段により生成された第２ベクトルに含まれる方向ベクトルとの差、及び該第１ベクトルに含まれる位置ベクトルと該第２ベクトルに含まれる位置ベクトルとの差をそれぞれ規格化し、前者を後者より大きく重み付けした上で加算することにより、該第１ベクトルと該第２ベクトルとの差を求め、該差の累積値が最小になるように該第１ベクトル及び該第２ベクトルの時間スケールを整合させるＤＰマッチング処理を行うＤＰマッチング処理手段と、
該ＤＰマッチング処理手段により行われるＤＰマッチング処理における第１ベクトルと第２ベクトルとの差の累積値が所定の閾値以下の場合は第１エンティティと第２エンティティとが一致すると判定し、該閾値より大きい場合は第１エンティティと第２エンティティとが相違すると判定する判定手段とを備えていることを特徴とする認証システム。
【請求項２】
前記筆記面における前記ペンの筆圧を時系列的に測定する筆圧測定手段を備え、
前記第１ベクトル生成手段が、第１エンティティが該ペンを用いて該筆記面に所定パターンを書くとき、該筆圧測定手段により測定された筆圧を成分として含む前記第１ベクトルを時系列的に生成し、
前記第２ベクトル生成手段が、第２エンティティが該ペンを用いて該筆記面に所定パターンを書くとき、該筆圧測定手段により測定された位置ベクトルを成分として含む前記第２ベクトルを時系列的に生成し、
前記ＤＰマッチング処理手段が、該第１ベクトル生成手段により生成された第１ベクトルに含まれる位置ベクトルと該第２ベクトル生成手段により生成された第２ベクトルに含まれる位置ベクトルとの差と、該第１ベクトルに含まれる筆圧と該第２ベクトルに含まれる筆圧との差とをそれぞれ規格化し、前者を後者より大きく重み付けした上で加算することにより、該第１ベクトルと該第２ベクトルとの差を求め、該差の累積値が最小になるように該第１ベクトル及び該第２ベクトルの時間スケールを整合させるＤＰマッチング処理を行うことを特徴とする請求項１記載の認証システム。
【請求項３】
筆記面に対するペンの傾斜角及び方位角の一方又は両方により表される該ペンの方向ベクトルを時系列的に測定する方向測定手段と、
該筆記面における該ペンの筆圧を時系列的に測定する筆圧測定手段と、
第１エンティティが該ペンを用いて該筆記面に所定パターンを書くとき、該方向測定手段により測定された該ペンの方向ベクトル、及び該筆圧測定手段により測定された筆圧を成分に含む第１ベクトルを時系列的に生成する第１ベクトル生成手段と、
第２エンティティが該ペンを用いて該筆記面に該所定パターンを書くとき、該方向測定手段により測定された該ペンの方向ベクトル、及び該筆圧測定手段により測定された筆圧を成分に含む第２ベクトルを時系列的に生成する第２ベクトル生成手段と、
該第１ベクトル生成手段により生成された第１ベクトルに含まれる方向ベクトルと該第２ベクトル生成手段により生成された第２ベクトルに含まれる方向ベクトルとの差、及び該第１ベクトルに含まれる筆圧と該第２ベクトルに含まれる筆圧との差をそれぞれ規格化され、前者を後者より大きく重み付けした上で加算することにより、該第１ベクトルと該第２ベクトルとの差を求め、該差の累積値が最小になるように該第１ベクトル及び該第２ベクトルの時間スケールを整合させるＤＰマッチング処理を行うＤＰマッチング処理手段と、
該ＤＰマッチング処理手段により行われるＤＰマッチング処理における第１ベクトルと第２ベクトルとの差の累積値が所定の閾値以下の場合は第１エンティティと第２エンティティとが一致すると判定し、該閾値より大きい場合は第１エンティティと第２エンティティとが相違すると判定する判定手段とを備えていることを特徴とする認証システム。
【請求項４】
第１エンティティが前記ペンを用いて前記筆記面に前記所定パターンを複数回にわたって書いたとき、前記第１データ生成手段により複数組の第１ベクトルが時系列的に生成され、前記ＤＰマッチング処理手段が該複数組の第１ベクトルに対してＤＰマッチング処理を施し、該第１ベクトル生成手段がＤＰマッチング処理後の該複数組の第１ベクトルの平均ベクトルを新たな一の第１ベクトルとして時系列的に生成することを特徴とする請求項１、２又は３記載の認証システム。
【請求項５】
前記閾値が、複数組の第１ベクトルに対するＤＰマッチング処理における前記差の累積値の最大値と同程度に設定されることを特徴とする請求項４記載の認証システム。
【請求項６】
第２エンティティが前記ペンを用いて前記筆記面に前記所定パターンを複数回にわたって書いたとき、前記第２データ生成手段により複数組の第２ベクトルが時系列的に生成され、前記ＤＰマッチング処理手段が該複数組の第２ベクトルに対してＤＰマッチング処理を施し、該第２ベクトル生成手段がＤＰマッチング処理後の該複数組の第２ベクトルの平均ベクトルを新たな一の第２ベクトルとして時系列的に生成することを特徴とする請求項１、２、３、４又は５記載の認証システム。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は認証システム、特にエンティティの筆記時のペンの方向に現れる個人差を利用する認証システムに関する。
【０００２】
【従来の技術】
インターネットの普及によってネットワーク上の通信を利用した商取引が盛んに行われているが、商取引の安全を確保するために各エンティティの認証を行うことが重要である。一般には、認証局が取引に必要なパスワードやＩＤナンバーを予め各エンティティに付与し、そのパスワード等をネットワークに通信可能に接続された端末装置に入力させることで認証を行う。しかし、パスワードやＩＤナンバーが他人の知るところとなった場合、認証局はそのパスワード等を入力したものが別人であることを識別することができない。
【０００３】
かかる背景に鑑み、近年、「バイオメトリクス（生体識別）」による認証の研究が盛んに行われている。バイオメトリクスによる認証方法にはＤＮＡ、顔、網膜、指紋等の人間の身体的・物理的特徴を用いる方法と、署名や声等の人間の行動の特徴を用いる方法とがある。前者の方法によれば、指紋等の身体的特徴を別人が盗用して本人に成り済ますのは極めて困難であるため、認証がきわめて確実に行われるという利点がある。しかし、ＤＮＡや顔や指紋を識別するための特殊かつ高価な装置が必要となるため実用化が困難という問題がある。一方、後者の方法の一例として、筆跡照合による方法が提案されている。筆跡の照合はＤＮＡや顔の識別と比較して簡単な構成の装置により行えるので、実用性が高い。しかし、別人により本人の筆跡が巧みに模倣される可能性は高く、認証の信頼性が十分とはいえない。
【０００４】
そこで、本願発明者は、筆記時におけるペンの方向に現れる個人差に着目し、その個人差を利用した信頼性・実用性の高い認証方法を提案している（電子情報通信学会、信学技報「署名時のペンの方向に着目したオンライン署名照合」（１９９８年２月刊行）参照）。この認証方法によれば、まず、本人が署名するときの筆記面に対するペンの方向の時間変化が測定され、基準の署名データとして登録される。次に、任意の者が同一の署名をするときのペンの方向の時間変化が測定され、認証用の署名データとして基準の署名データと比較される。両データの比較に際し、それぞれの時間スケールが整合される。例えば、基準の署名データ、認証用の署名データの測定時間の比が１．１：１とすると、後者の時間スケールは前者の時間スケールに合わせて１．１倍に一様に拡大される。こうして時間スケールが整合された上で両データが比較され、両データの誤差が所定の閾値以下であれば認証用の署名データに係る署名者は本人であり、閾値より大きければ別人であると判断される。この認証方法は筆跡のみを利用する認証方法と比較して格段に向上することが示された。
【０００５】
しかし、全体的な時間スケールを整合させても、筆記時間の部分的なばらつきにより本人が別人と誤認される可能性が残されていた。例えば、二分されるパターンについて、基準の署名データの測定時には前半：後半が０．４５：０．５５という時間配分で書かれ、認証用の署名データの測定時には前半：後半が０．５５：０．４５という時間配分で書かれたとする。また、前半と後半とでペンの方向が顕著に変化したとする。この場合、配分比０．４５〜０．５５の時間帯で両方の署名データの誤差が大きくなり、結果として基準の署名データ及び認証用の署名データが同一人から測定されたにもかかわらず別人と誤認される可能性があった。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
かかる背景に鑑み、本発明は、筆記時間の部分的ばらつきの影響を排除し、ペンの方向の時間変化を比較することでより信頼性の高い認証システムを提供することを解決課題とする。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
前記課題を解決するための本発明の第１態様の認証システムは、筆記面に対するペンの傾斜角及び方位角の一方又は両方により表される該ペンの方向ベクトルを時系列的に測定する方向測定手段と、該筆記面における該ペンの先端の位置ベクトルを時系列的に測定するペン先位置測定手段と、第１エンティティが該ペンを用いて該筆記面に所定パターンを書くとき、該方向測定手段により測定された該ペンの方向ベクトルと、該ペン先位置測定手段により測定された位置ベクトルとを成分に含む第１ベクトルを時系列的に生成する第１ベクトル生成手段と、第２エンティティが該ペンを用いて該筆記面に該所定パターンを書くとき、該方向測定手段により測定された該ペンの方向ベクトルと、該ペン先位置測定手段により測定された位置ベクトルとを成分に含む第２ベクトルを時系列的に生成する第２ベクトル生成手段と、該第１ベクトル生成手段により生成された第１ベクトルに含まれる方向ベクトルと該第２ベクトル生成手段により生成された第２ベクトルに含まれる方向ベクトルとの差と、該第１ベクトルに含まれる位置ベクトルと該第２ベクトルに含まれる位置ベクトルとの差とが、それぞれ規格化され、前者を後者より大きく重み付けし上で加算することにより、該第１ベクトルと該第２ベクトルとの差を求め、該差の累積値が最小になるように該第１ベクトル及び該第２ベクトルの時間スケールを整合させるＤＰマッチング処理を行うＤＰマッチング処理手段と、該ＤＰマッチング処理手段により行われるＤＰマッチング処理における第１ベクトルと第２ベクトルとの差の累積値が所定の閾値以下の場合は第１エンティティと第２エンティティとが一致すると判定し、該閾値より大きい場合は第１エンティティと第２エンティティとが相違すると判定する判定手段とを備えていることを特徴とする。
【０００８】
本発明の第１態様の認証システムによれば、まず、第１エンティティがペンを用いて筆記面に所定パターンを書くとき、方向測定手段により筆記面に対する傾斜角又は方位角により表されるペンの「方向ベクトル」が時系列的に測定される。また、このとき、ペン先位置測定手段により筆記面におけるペンの先端の「位置ベクトル」が時系列的に測定される。そして、第１ベクトル生成手段により、測定されたペンの「方向ベクトル」及びペンの先端の「位置ベクトル」を成分に含む第１ベクトルが時系列的に生成される。また、第２エンティティがペンを用いて筆記面に所定パターンを書くとき、方向測定手段によりペンの方向ベクトルが時系列的に測定される。さらに、このとき、ペン先位置測定手段により筆記面におけるペンの先端の「位置ベクトル」が時系列的に測定される。そして、第２ベクトル生成手段により、測定されたペンの方向ベクトル及びペンの先端の「位置ベクトル」を成分に含む第２ベクトルが時系列的に生成される。ここで「筆記面」は、平面のみならず球面の一部等の曲面を含む。また、「所定パターン」とはペンを用いて筆記面に書ける又は描けるあらゆるパターンを意味し、文字、記号、符号、図形、これらの組み合わせ、及びこれらの断片的部分を含む。
【０００９】
次に、ＤＰマッチング処理手段によりＤＰマッチング処理が行われ、第１及び第２ベクトルの差の累積値が最小となるように、即ち、第１及び第２ベクトルが最もよく整合するように時間スケールが調整される。この第１ベクトルと第２ベクトルとの差には、第１ベクトルに成分として含まれている方向ベクトルと第２ベクトルに成分として含まれている方向ベクトルとの差、及び第１ベクトルに成分として含まれている位置ベクトルと第２ベクトルに成分として含まれている位置ベクトルとの差が含まれる。また、前者が後者より大きく重み付けされた上で加算されることにより、第１ベクトルと第２ベクトルとの差が求められる。ここで、ベクトルの「差」は、両ベクトルのなす角度、両ベクトルで表されるベクトル空間内の点同士の距離、両ベクトルの内積、両ベクトルの長さの差等を含む。
【００１０】
本発明のＤＰマッチング処理の概要について図２を用いて説明する。簡単のため、第１及び第２ベクトルは１次元とし、第１ベクトルが図２（ａ）に点線で示すように時間０〜ｔ１  で増加、ｔ１  〜ｔ２  で減少、ｔ２  〜ｔ３  で増加し、第２ベクトルが図２（ａ）に実線で示すように時間０〜ｔ１’で増加、ｔ１’〜ｔ２’で減少、ｔ２’〜ｔ３’で増加したとする。また、ｔ１’＜ｔ１  ＜ｔ２’＜ｔ２  ＜ｔ３  ＜ｔ３’であり、時間０〜ｔ１  、ｔ１  〜ｔ２  、ｔ２  〜ｔ３  の比が２：２：１、時間０〜ｔ１’、ｔ１’〜ｔ２’、ｔ２’〜ｔ３’の比が１：２：３であり、両ベクトルの時間変化に部分的ばらつきがあるとする。この場合、ＤＰマッチング処理が行われると、図２（ｂ）に点線で示す第１ベクトルの時間０〜ｔ１  、ｔ１  〜ｔ２  、ｔ２  〜ｔ３  に合わせ、実線で示すように第２データの時間０〜ｔ１’、ｔ１’〜ｔ２’、ｔ２’〜ｔ３’が伸縮される。一方、従来通り第２ベクトルの時間スケールが第１ベクトルの時間スケールに合わせて図２（ｂ）に一点鎖線で示すように一様に縮小されると、両ベクトルはその時間スケールの部分的ばらつきを反映して大きく相違した形となる。
【００１１】
最後に、判定手段により、ＤＰマッチング処理における差の累積値が所定の閾値以下の場合には両エンティティが一致すると判定され、閾値より大きい場合には両エンティティが相違すると判定される。
【００１２】
本発明の第１態様の認証システムによれば、ＤＰマッチング処理により両ベクトルの時間変化の部分的ばらつきが解消されて両ベクトルが最もよく整合される。その上で、両ベクトルの差の累積値に基づいて第１エンティティと第２エンティティとの同否が判定される。このように両ベクトルの時間変化の部分的ばらつきが解消されるので、第１エンティティと第２エンティティとが同一にもかかわらず、筆記時に生じるペンの方向の時間的な部分的ばらつきのために別人と判定されるおそれを抑制することができる。
【００１３】
また、ＤＰマッチング処理における第１ベクトルと第２ベクトルとの差には、各ベクトルに含まれる方向ベクトル同士の差、及び各ベクトルに含まれる方向ベクトル同士の差が含まれている。従って、第１及び第２ベクトルの差には、第１、第２ベクトルのそれぞれの成分である方向ベクトル、位置ベクトルの差が含まれている。従って、筆記面に対するペンの方向、筆記面におけるペンの先端の位置から両エンティティの筆記癖を総合的に比較した上で認証を行うことができる。また、ＤＰマッチング処理において、第１、第２ベクトルにそれぞれ含まれる方向ベクトルの差と、位置ベクトルの差とがそれぞれ規格化され、重み付けされてから加算されることで第１ベクトルと第２ベクトルとの差が求められる。ここで「規格化」とは、単位次元の異なるベクトル成分の差をまとめて評価できるようにそれぞれの単位を無次元化し、大きさを［０、１］等の共通する範囲内の数値とすることをいう。また、重み付けが「方向ベクトルの規格化された差の重み」＞「位置ベクトルの規格化された差の重み」とされている。本願発明者が得た知見によれば、位置ベクトルよりも方向ベクトルに各エンティティの筆記癖が現れやすい。従って、第１ベクトルと第２ベクトルとの差には、各エンティティの筆記癖が適切に反映され、この差に基づいて認証を行うことにより、認証システムの信頼性をさらに向上させることができる。
【００１４】
本発明の第１態様の認証システムは、さらに、前記筆記面における前記ペンの筆圧を時系列的に測定する筆圧測定手段を備え、前記第１ベクトル生成手段が、第１エンティティが該ペンを用いて該筆記面に所定パターンを書くとき、該筆圧測定手段により測定された筆圧を成分として含む前記第１ベクトルを時系列的に生成し、前記第２ベクトル生成手段が、第２エンティティが該ペンを用いて該筆記面に所定パターンを書くとき、該筆圧測定手段により測定された位置ベクトルを成分として含む前記第２ベクトルを時系列的に生成し、前記ＤＰマッチング処理手段が、該第１ベクトル生成手段により生成された第１ベクトルに含まれる位置ベクトルと該第２ベクトル生成手段により生成された第２ベクトルに含まれる位置ベクトルとの差と、該第１ベクトルに含まれる筆圧と該第２ベクトルに含まれる筆圧との差とをそれぞれ規格化し、前者を後者より大きく重み付けした上で加算することにより、該第１ベクトルと該第２ベクトルとの差を求め、該差の累積値が最小になるように該第１ベクトル及び該第２ベクトルの時間スケールを整合させるＤＰマッチング処理を行うことを特徴とする。
【００１５】
本発明によれば、ＤＰマッチング処理における第１ベクトルと第２ベクトルとの差には、各ベクトルに含まれる方向ベクトル同士の差、各ベクトルに含まれる位置ベクトルの差、及び各ベクトルに含まれる筆圧同士の差が含まれている。従って、筆記面に対するペンの方向、ペン先端の位置、及び筆圧から両エンティティの筆記癖を総合的に比較した上で認証を行うことができる。また、ＤＰマッチング処理において、第１、第２ベクトルにそれぞれ含まれる方向ベクトルの差と、位置ベクトルの差と、筆圧の差とがそれぞれ規格化され、重み付けされてから加算されることで第１ベクトルと第２ベクトルとの差が求められる。また、重み付けが「方向ベクトルの規格化された差の重み」＞「位置ベクトルの規格化された差の重み」＞「筆圧の規格化された差の重み」とされている。本願発明者が得た知見によれば、筆圧よりも位置ベクトル、位置ベクトルよりも方向ベクトルに各エンティティの筆記癖が現れやすい。従って、第１ベクトルと第２ベクトルとの差には、各エンティティの筆記癖が適切に反映され、この差に基づいて認証を行うことにより、認証システムの信頼性をさらに向上させることができる。
【００１６】
また、前記課題を解決するための本発明の第２態様の認証システムは、筆記面に対するペンの傾斜角及び方位角の一方又は両方により表される該ペンの方向ベクトルを時系列的に測定する方向測定手段と、該筆記面における該ペンの筆圧を時系列的に測定する筆圧測定手段と、第１エンティティが該ペンを用いて該筆記面に所定パターンを書くとき、該方向測定手段により測定された該ペンの方向ベクトル、及び該筆圧測定手段により測定された筆圧を成分に含む第１ベクトルを時系列的に生成する第１ベクトル生成手段と、第２エンティティが該ペンを用いて該筆記面に該所定パターンを書くとき、該方向測定手段により測定された該ペンの方向ベクトル、及び該筆圧測定手段により測定された筆圧を成分に含む第２ベクトルを時系列的に生成する第２ベクトル生成手段と、該第１ベクトル生成手段により生成された第１ベクトルに含まれる方向ベクトルと該第２ベクトル生成手段により生成された第２ベクトルに含まれる方向ベクトルとの差、及び該第１ベクトルに含まれる筆圧と該第２ベクトルに含まれる筆圧との差をそれぞれ規格化され、前者を後者より大きく重み付けした上で加算することにより、該第１ベクトルと該第２ベクトルとの差を求め、該差の累積値が最小になるように該第１ベクトル及び該第２ベクトルの時間スケールを整合させるＤＰマッチング処理を行うＤＰマッチング処理手段と、該ＤＰマッチング処理手段により行われるＤＰマッチング処理における第１ベクトルと第２ベクトルとの差の累積値が所定の閾値以下の場合は第１エンティティと第２エンティティとが一致すると判定し、該閾値より大きい場合は第１エンティティと第２エンティティとが相違すると判定する判定手段とを備えていることを特徴とする。
【００１７】
本発明の第２態様の認証システムによれば、ＤＰマッチング処理における第１ベクトルと第２ベクトルとの差には、各ベクトルに含まれる方向ベクトル同士の差、及び各ベクトルに含まれる筆圧同士の差が含まれている。従って、筆記面に対するペンの方向、筆圧から両エンティティの筆記癖を総合的に比較した上で認証を行うことができる。また、ＤＰマッチング処理において、第１、第２ベクトルにそれぞれ含まれる方向ベクトルの差と、筆圧の差とがそれぞれ規格化され、重み付けされてから加算されることで第１ベクトルと第２ベクトルとの差が求められる。また、重み付けが「方向ベクトルの規格化された差の重み」＞「筆圧の規格化された差の重み」とされている。本願発明者が得た知見によれば、筆圧よりも方向ベクトルに各エンティティの筆記癖が現れやすい。従って、第１ベクトルと第２ベクトルとの差には、各エンティティの筆記癖が適切に反映され、この差に基づいて認証を行うことにより、認証システムの信頼性をさらに向上させることができる。
【００２０】
また、第１エンティティが前記ペンを用いて前記筆記面に前記所定パターンを複数回にわたって書いたとき、前記第１データ生成手段により複数組の第１ベクトルが時系列的に生成され、前記ＤＰマッチング処理手段が該複数組の第１ベクトルに対してＤＰマッチング処理を施し、該第１ベクトル生成手段がＤＰマッチング処理後の該複数組の第１ベクトルの平均ベクトルを新たな一の第１ベクトルとして時系列的に生成することが好ましい。
【００２１】
さらに、第２エンティティが前記ペンを用いて前記筆記面に前記所定パターンを複数回にわたって書いたとき、前記第２データ生成手段により複数組の第２ベクトルが時系列的に生成され、前記ＤＰマッチング処理手段が該複数組の第２ベクトルに対してＤＰマッチング処理を施し、該第２ベクトル生成手段がＤＰマッチング処理後の該複数組の第２ベクトルの平均ベクトルを新たな一の第２ベクトルとして時系列的に生成することが好ましい。
【００２２】
この認証システムでは、ＤＰマッチング処理が施された複数組の第１、第２ベクトルが平均化される。従って、偶発的な筆記癖が各エンティティに固有の筆記癖であるかのように第１、第２ベクトルに反映される事態が抑制される。すなわち、一の組の第１、第２ベクトルに偶発的な筆記癖が反映されていても、別の組の第１、第２ベクトルにはその筆記癖が反映されていない可能性が高い。このため、ＤＰマッチング処理後の複数組のベクトルの平均化によりかかる偶発的な筆記癖の影響を緩和することができる。また、偶発的に現れなかった筆記癖が、固有の筆記癖ではないかのように第１、第２ベクトルに反映されない事態が抑制される。すなわち、一の組の第１、第２ベクトルに固有の筆記癖が反映されていなくても、別の組の第１、第２ベクトルにはその筆記癖が反映されている可能性が高いため、ベクトルの平均化によりその筆記癖を明確化することができる。このように偶発的な筆記癖の影響が緩和され、固有の筆記癖が明確化された第１、第２ベクトルに基づき各エンティティの異同が判定されることにより認証の信頼性を向上させることができる。
【００２３】
前記閾値が、複数組の第１ベクトルに対するＤＰマッチング処理における前記差の累積値の最大値と同程度に設定されることが好ましい。この差の累積値は同一の第１エンティティが同一の所定パターンを書くときに筆記癖がどの程度ばらつくかを示すものである。すなわち、第１エンティティと一致する第２エンティティが認証に際して同一の所定パターンを書くとき、筆記癖のばらつきにより差の累積値が同程度になると予想される。かかる筆記癖のばらつきを予想した上で認証が行われるので、両エンティティが一致するにもかかわらず、相違すると誤って判定される可能性を軽減することができる。また、筆記癖のばらつきが大きい第１エンティティに対しては閾値を増加させて認証の条件をやや緩和する一方、筆記癖のばらつきが小さい第１エンティティに対しては閾値を低めに押さえて認証システム全体の信頼性を確保することができる。
【００２４】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の認証システムの実施形態について図面を用いて説明する。図１は本実施形態の認証システムの説明的構成図であり、図２は本実施形態の認証システムにおけるＤＰマッチングの概要説明図であり、図３は本実施形態の認証システムにおけるＤＰマッチング処理の詳細の説明図である。
【００２５】
図１に示す認証システムは、複数箇所に設置された略平板状のタブレット（筆記面）１と、図示しない磁石が仕込まれたペン２と、タブレット１に接続された端末装置３と、複数の端末装置３にネットワークを介して通信可能に接続された認証用端末装置４とを備えている。
【００２６】
タブレット１は、ペン２に仕込まれた磁石の磁気を検出することでタブレット１に対する傾斜角θ及び方位角φで表されるペン２の方向ベクトルａ＝  ｔ（ｃｏｓθｓｉｎφ、ｃｏｓθｃｏｓφ、ｓｉｎθ）を時系列的に測定する方向測定手段５と、タブレット１におけるペン２の先端の位置ベクトルｂ＝（ｘ、ｙ）を時系列的に測定するペン先位置測定手段６と、タブレット１に対するペン先の筆圧ｐを時系列的に測定する筆圧測定手段７とを備えている。認証用端末装置４は、認証の基準となる第１ベクトルを生成する第１ベクトル生成手段８と、認証に際して第１ベクトルと比較される第２ベクトルを生成する第２ベクトル生成手段９と、両ベクトルのＤＰマッチング処理を行うＤＰマッチング処理手段１０と、ＤＰマッチング処理の結果に基づいて本人か否かを判定する判定手段１１と、認証に必要な種々のデータを記憶保持するメモリ１２とを備えている。第１ベクトル生成手段８、第２ベクトル生成手段９により生成される第１ベクトル  ｔ（ａ１  、ｂ１  、ｐ１  ）、第２ベクトル  ｔ（ａ２  、ｂ２  、ｐ２  ）は、ある時点の３次元の方向ベクトルａ１  、ａ２  、２次元の位置ベクトルｂ１  、ｂ２  、筆圧ｐ１  、ｐ２  を含む６次元のベクトルである。
【００２７】
前記構成の認証システムによる認証の手順について説明する。本実施形態では、認証システムがクレジット・カードを利用したショッピングに適用され、タブレット１、ペン２、端末装置３を備えたカード発行の窓口及びショップが存在し、また、カード会社が認証用端末装置４を所有している。まず、カードを所望する第１エンティティが、カード発行に必要な個人データをカード発行の窓口にある端末装置３に入力する。また、第１エンティティはペン２を用いてその端末装置３に接続されたタブレット１に自己の氏名（本発明の「所定パターン」）を署名する。このとき、方向測定手段５、ペン先位置測定手段６、筆圧測定手段７によりペン２の方向ベクトル、位置ベクトル、筆圧が時系列的に測定され、基準の署名データとされる。また、筆圧が０から有限値となったときが書き始めの時刻として測定され、筆圧が最終的に０となったときが書き終えの時刻として測定される。続いて、個人データ及び基準の署名データが発行窓口の端末装置３から認証用端末装置４に送信される。そして、カード会社が第１エンティティにカードを発行する場合、暗証番号等のカード・データとともに基準の署名データがメモリ１２に記憶保持される。
【００２８】
タブレット１等が備えられたショップにおいて、カード会社から付与されたカードを用いてショッピングを希望する第２エンティティは、ショップの端末装置３にカード・データを入力するとともに、ペン２を用いてタブレット１に署名する。このとき、方向測定手段５、ペン先位置測定手段６、筆圧測定手段７によりペン２の方向ベクトル、位置ベクトル、筆圧が時系列的に測定され、認証用の署名データとされる。続いて、カード・データ及び認証用の署名データがショップの端末装置３から認証用端末装置４に送信される。
【００２９】
次に、カード会社の認証用端末装置４において、ショップの端末装置３から送信されてきたカード・データに対応し、メモリ１２に記憶保持されている基準の署名データに基づいて第１ベクトル生成手段８が第１ベクトルを生成する。また、ショップの端末装置３から送信されてきた認証用の署名データに基づいて第２ベクトル生成手段９が第２ベクトルを生成する。
【００３０】
さらに、ＤＰマッチング処理手段１０により第１、第２ベクトルに対してＤＰマッチング処理が行われる。ＤＰマッチング処理によれば、既に図２を用いて概要を説明したように両ベクトルの差の累積値が最小になるように両ベクトルの時間スケールが調整されるが、その詳細については後述する。第１、第２ベクトルの差ｄは次式（１）で表される。
【００３１】
0003562577.tif 000002
ここで、函数ｆ（Ｘ）＝（Ｘ−ｍｉｎＸ）／（ｍａｘＸ−ｍｉｎＸ）は、差Ｘを無次元化して区間［０、１］の範囲に規格化する函数である。上式（１）の右辺の第１項は、ペン２の方向ベクトルａ１  、ａ２  のなす角度を表す。また、第２項は位置ベクトルｂ１  、ｂ２  の距離を表し、第３項はペン先の筆圧ｐ１  、ｐ２  の差異を表す。また、α、β、γはいずれの、各エンティティの筆記癖がペン２の方向、ペン２の先端の位置、筆圧のうちいずれに強く現れるかに応じて決定される重みである。
【００３２】
最後に、第１、第２ベクトルに対するＤＰマッチング処理における差の累積値と閾値とが比較される。その結果、差の累積値が閾値以下ならば第１エンティティと第２エンティティとが一致する、すなわち、ショップで署名したのは本来のカード所有者本人と判定される。また、差の累積値が閾値より大きければ第１エンティティと第２エンティティとが相違する、すなわち、ショップで署名したのは本来のカード所有者とは別人と判定される。この判定結果は認証用端末装置４からショップの端末装置３に送信され、本人と判定された場合にはショッピングが進行し、別人と判定された場合にはショッピングが停止する。
【００３３】
ここで、本実施形態のＤＰマッチング処理の詳細について図３を用いて説明する。第１、第２ベクトルは前述のように６次元であるが、ここでは説明を簡単にするため１次元とする。第１ベクトル生成手段８により、所定時間Δｔごとに図３（ａ）に点線で示すように変化するｎ１  ＝６個の第１ベクトルのセット（３、２、１、２、３、１）が生成されたとする。また、第２ベクトル生成手段９により、所定時間Δｔごとに図３（ａ）に実線で示すように変化するｎ２  ＝５個の第２ベクトルのセット（３、１、２、３、０）が生成されたとする。
【００３４】
本実施形態のＤＰマッチング処理では、格子点（ｍ１  、ｍ２  ）にｍ１  個目の第１ベクトル及びｍ２  個目の第２ベクトルが対応する図３（ｃ）に示す格子系が用いられる。例えば、格子点（１、３）には１個目の第１ベクトル（＝３）及び３個目の第２ベクトル（＝２）が対応する。そして、格子点に対応する第１ベクトルと第２ベクトルとの差（上式（１）参照）の累積値が最小になるように（１、１）から（ｎ１  ＝６、ｎ２  ＝５）に至るまで格子点が接続される。例えば、差を両ベクトルの差の絶対値とすると、格子点（１、１）における両ベクトルの差は、１個目の第１ベクトル（＝３）と１個目の第２ベクトル（＝３）との差の絶対値をとって０となる。なお、このとき、格子点（ｍ１  、ｍ２  ）は格子点（ｍ１  ＋１、ｍ２  ）、（ｍ１  、ｍ２  ＋１）又は（ｍ１  ＋１、ｍ２  ＋１）に接続される。例えば、格子点（１、１）は、格子点（１、２）、（２、１）又は（２、２）のいずれかに接続される。
【００３５】
ここで、図３（ｃ）に示す経路１｛（１、１）→（２、２）→（３、２）→（４、３）→（５、４）→（６、５）｝及び経路２｛（１、１）→（１、２）→（２、３）→（３、４）→（４、４）→（５、５）→（６、５）｝を考える。各格子点に対応する第１及び第２ベクトルの差の累積値を調べると、経路１では２、経路２では９である。比較のため各経路について、例えば、格子点（３、２）を通る経路１については、３個目の第１ベクトルの時刻２Δｔに２個目の第２ベクトルの時刻Δｔが対応するように両ベクトルの時間スケールを整合させる。この結果を図３（ｂ）に示すが、差の累積値が小さい経路１に従った場合、差の累積値が大きい経路２に従った場合より両ベクトルがよく整合している。これから明らかなように、差の累積値が最小となる経路に従って両データの時間スケールが整合されると、両ベクトルの整合性が最良となる。
【００３６】
本実施形態の認証システムによれば、ＤＰマッチング処理により両ベクトルが最もよく整合するように両ベクトルの時間スケールが調整される。その上で、両ベクトルの差の累積値に基づいてカードの本来の所有者である第１エンティティとそのカードを用いてショッピングをしようとする第２エンティティとの同否が判定される。このように両ベクトルの時間変化の部分的ばらつきが解消されるので、両エンティティが同一にもかかわらず、署名に際してペン２の時間変化に部分的ばらつきが生じて別人と判定されるおそれを抑制することができる。
【００３７】
また、上式（１）に示すように、第１ベクトルと第２ベクトルとの差ｄには方向ベクトルａ１  、ａ２  のなす角度、位置ベクトルｂ１  、ｂ２  の距離、筆圧ｐ１  、ｐ２  の差異が含まれている。従って、タブレット１に対するペン２の方向、タブレット１におけるペン２の先端の位置、タブレット１に対する筆圧から両エンティティの筆記癖を総合的に比較した上で認証を行うことができる。
【００３８】
本願発明者が複数人に対して行った実験によれば、α＋β＋γ＝１という条件下で上式（１）の重みをα＝０．４９＞β＝０．３４＞γ＝０．１７とすると、本人が本人と判定された確率が平均で９８．２％とかなり高くなった。α＞β＞γという大小関係は、筆圧よりも位置ベクトル、位置ベクトルよりも方向ベクトルに各エンティティの筆記癖が現れやすいことを意味する。従って、大小関係α＞β＞γから決定される第１ベクトルと第２ベクトルとの差ｄに基づいて認証を行うことにより、認証システムの信頼性を向上させることができる。
【００３９】
また、大小関係α＞β＞γとされると第１、第２エンティティがタブレット１にペン２を用いて署名するときのペン２の方向ベクトルａ１  、ａ２  のなす角度が認証に際して最重視されている。例えば、右利きのエンティティと左利きのエンティティとでは筆記時のペン２の方向ベクトルが著しく相違するので両者が相違することが明確に判定される。また、タブレット１に手を触れずに筆記するエンティティのペン２の方向ベクトルは、タブレット１に手を置きながら筆記するエンティティのそれと比較してタブレット１に対して略垂直になる傾向があるので、かかる傾向によっても認証を行うことができる。
【００４０】
なお、本実施形態では認証システムがカードを用いたショッピングに適用されたが、他の実施形態として銀行口座からの預金の引き出し等、認証が必要なあらゆる場面に適用されてもよい。
【００４１】
また、本実施形態ではタブレット１に書かれる所定パターンがエンティティ自身の氏名であったが、他の実施形態として所定パターンが特定の文字、記号、符号、またはこれらの断片的部分であってもよい。特に、所定パターンとして文字等の断片的部分が用いられる場合、タブレット１に異なる文字等を書いても、それらの文字等が共通の所定パターンを含むときは認証が行えるので認証システムの汎用性が向上する。例えば、第１エンティティが反時計回りに記号「△」を書き、第２エンティティが反時計回りに記号「□」を書いたとする。この場合、前者の底辺及び後者の下辺は筆記面において右向きのパターンとして共通しており、ペン先を右に動かすときの各エンティティの癖が現れる。従って、このパターンを筆記面に書くときのペン２の方向に対応する第１、第２ベクトルが比較されることで、より確実に認証が行われる。また、この場合、右向きのパターンが書かれている時間は、筆圧測定手段７により測定される筆圧ではなく、ペン先位置測定手段６により測定される位置ベクトルの時間変化に基づいて測定される。タブレット１においてｘ正方向を右とすると、ｄｘ／ｄｔ＞０、ｄｙ／ｄｔ＝０である時間において所定パターンが書かれていると測定される。
【００４２】
さらに、本実施形態では第１、第２ベクトルは６次元であったが、他の実施形態としてペン２の方向ベクトルを残して低次元化し、３、４又は５次元のベクトルとされてもよい。この場合も、第１及び第２ベクトルに対するＤＰマッチング処理における差の累積値には、各エンティティがタブレット１に筆記する際のペン２の方向に現れる個人差が反映されるため、この個人差を利用して信頼性の高い認証を行うことができる。
【００４３】
また、本実施形態では上式（１）の重みをα＞β＞γとしたが、他の実施形態として、α＜β＜γ、α＝β＝γ等のこれ以外の関係に従って重み付けされてもよい。この場合も第１及び第２ベクトルの差ｄを表す上式（１）には、右辺第１項で表されるようにペン２の方向ベクトルａ１  、ａ２  のなす角度が反映されている。従って、ペン２の方向ベクトルに現れる各エンティティの筆記癖が反映された形で認証を行うことができる。
【００４４】
さらに、本実施形態ではエンティティはカード発行のため、そしてカードを用いたショッピングのために１回ずつ署名したが、他の実施形態としていずれかの場面でエンティティが複数回にわたって署名し、複数の署名データから第１ベクトル生成手段８、第２ベクトル生成手段９により複数組の第１、第２ベクトルが生成され、ＤＰマッチング処理手段１０が複数組の第１、第２ベクトルに対してＤＰマッチング処理を施し、第１ベクトル生成手段８、第２ベクトル生成手段９がＤＰマッチング処理後の複数組の第１、第２ベクトルの平均ベクトルを新たな一の第１、第２ベクトルとして生成してもよい。
【００４５】
この場合、ＤＰマッチング処理が施された複数組の第１、第２ベクトルが平均化される。従って、偶発的な筆記癖が各エンティティに固有の筆記癖であるかのように第１、第２ベクトルに反映される事態が抑制される。すなわち、一の組の第１、第２ベクトルに偶発的な筆記癖が反映されていても、別の組の第１、第２ベクトルにはその筆記癖が反映されていない可能性が高い。このため、ＤＰマッチング処理後の複数組のベクトルの平均化によりかかる偶発的な筆記癖の影響を緩和することができる。また、偶発的に現れなかった筆記癖が、固有の筆記癖ではないかのように第１、第２ベクトルに反映されない事態が抑制される。すなわち、一の組の第１、第２ベクトルに固有の筆記癖が反映されていなくても、別の組の第１、第２ベクトルにはその筆記癖が反映されている可能性が高いため、ベクトルの平均化によりその筆記癖を明確化することができる。このように偶発的な筆記癖の影響が緩和され、固有の筆記癖が明確化された第１、第２ベクトルに基づき各エンティティの異同が判定されることにより認証の信頼性を向上させることができる。
【００４６】
また、複数組の第１ベクトルに対してＤＰマッチング処理が行われる場合、このＤＰマッチング処理における差の累積値の最大値と同程度に閾値が設定されてもよい。この差の累積値は同一の第１エンティティが同一の所定パターンを書くときに筆記癖がどの程度ばらつくかを示すものである。すなわち、第１エンティティと一致する第２エンティティが認証に際して同一の所定パターンを書くとき、筆記癖のばらつきにより差の累積値が同程度になると予想される。かかる筆記癖のばらつきを予想した上で認証が行われるので、両エンティティが一致するにもかかわらず、相違すると誤って判定される可能性を軽減することができる。また、筆記癖のばらつきが大きい第１エンティティに対しては閾値を増加させて認証の条件をやや緩和する一方、筆記癖のばらつきが小さい第１エンティティに対しては閾値を低めにして認証システム全体の信頼性を確保することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本実施形態の認証システムの説明的構成図
【図２】本実施形態の認証システムにおけるＤＰマッチング処理の概要説明図
【図３】本実施形態の認証システムにおけるＤＰマッチング処理の詳細な説明図
【符号の説明】
１‥タブレット（筆記面）、２‥ペン、５‥方向測定手段、６‥ペン先位置測定手段、７‥筆圧測定手段、８‥第１ベクトル生成手段、９‥第２ベクトル生成手段、１０‥ＤＰマッチング処理手段、１１‥判定手段
【図１】
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【図２】
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【図３】
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