(57)【要約】  本発明は、生体認証サンプルから抽出された特徴成分のシーケンスに基づいてヒトが同一であることを確認する方法及び装置に関する。その後特徴成分は量子化され、かつ隣接する量子化間隔のハミング距離が1となるように1のデータビットシーケンスを与える。データビットシーケンスは、1のビット文字列に連結され、かつ前記ビット文字列は、遺伝情報に組み込まれた排他的論理和(XOR)操作を用いることによって、ヘルパーデータと結合される。最終的には、その遺伝情報は秘密Vにデコードされ、秘密Sは秘密Vと適合される。
2009510582.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
生体認証サンプルから抽出された特徴成分のシーケンスに基づいて人間の身元を確認する方法であって：
各特徴成分を量子化する手順；
隣接する量子化間隔がハミング距離にして1となるように、データビットシーケンスを各量子化された特徴成分に割り当てる手順；
前記データビットシーケンスをビット文字列に連結する手順；
排他的論理和(XOR)操作を用いて前記ビット文字列とヘルパーデータとをコードワード内で結合させる手順；
前記コードワードを秘密Vにデコードする手順；及び
秘密Sを前記秘密Vと適合させる手順；
を有する方法。
【請求項２】
各特徴成分は複数の量子化間隔に量子化され、その際、各量子化間隔の確率は統計モデルに従って等しくなる、請求項1に記載の方法。
【請求項３】
前記デコードが誤り補正コードによってなされる、請求項1に記載の方法。
【請求項４】
前記誤り補正コードが2進法の誤り補正コードである、請求項3に記載の方法。
【請求項５】
前記2進法の誤り補正コードがハミングコードに基づく、請求項4に記載の方法。
【請求項６】
前記誤り補正コードが多レベルの誤り補正コードである、請求項3に記載の方法。
【請求項７】
前記多レベルの誤り補正コードがBCH（ボーズ、レイ-チャウドリ、ホッケンゲム）コードに基づく、請求項6に記載の方法。
【請求項８】
生体認証サンプルから抽出された特徴成分のシーケンス及び秘密に基づいてヘルパーデータセットを生成することで人間の身元確認を可能にする方法であって：
各特徴成分を量子化する手順；
隣接する量子化間隔がハミング距離にして1となるように、データビットシーケンスを各量子化された特徴成分に割り当てる手順；
前記データビットシーケンスをビット文字列に連結する手順；
前記秘密をコードワードにエンコードする手順；及び
排他的論理和(XOR)操作を用いて前記ビット文字列とコードワードとを前記ヘルパーデータセット内で結合する手順；
を有する方法。
【請求項９】
生体認証サンプルから抽出された特徴成分のシーケンスに基づいて人間の身元を確認する装置であって：
特徴成分を量子化する量子化装置；
2つの隣接する量子化間隔がハミング距離にして1となるように、ビットシーケンスを各量子化された特徴成分に割り当てる割り当て装置；
各ビットシーケンスをビット文字列に連結する連結装置；
前記ビット文字列とヘルパーデータとをコードワード内で結合するXOR操作器；
前記コードワードを秘密Vにデコードするデコーダ；及び
秘密Sを前記秘密Vと適合させる適合装置；
を有する装置。
【請求項１０】
生体認証サンプルから抽出された特徴成分のシーケンス及び秘密に基づいてヘルパーデータセットを生成することで人間の身元確認を可能にする装置であって：
各特徴成分を量子化する量子化装置；
隣接する量子化間隔がハミング距離にして1となるように、データビットシーケンスを各量子化された特徴成分に割り当てる割り当て装置；
前記データビットシーケンスをビット文字列に連結する連結装置；及び
前記秘密に基づいて前記ビット文字列と対応するコードワードとを前記ヘルパーデータセット内で結合するXOR操作器；
を有する装置。
【請求項１１】
請求項1から8のうちのいずれかの手順を実行するように備えられたプロセッサへダウンロードされて実行される、コンピュータプログラム製品。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は概して人の身元の確認方法及び人の身元確認を可能にする装置に関する。具体的には、本発明に係る方法及び装置は、生体認証データに関する機密事項の情報の保存に関する。
【背景技術】
【０００２】
全ての人間は、たとえば指紋、虹彩、顔などの固有の生体認証データのセットを有する。このデータは、より高いレベルのセキュリティを実現するため、かつユーザーがPINコードを記憶する必要もなければ如何なるアクセスカードを携帯する必要もないセキュリティシステムを実現するため、複数の最新セキュリティシステムで利用されている。
【０００３】
しかし生体認証セキュリティシステムが大きな利点を有するとしても、そのようなセキュリティシステムを用いるにあたっては複数の問題が存在する。特に、記録された生体認証データと比較するためにシステム内で保持されている生体認証参照データを喪失する危険性は問題である。その参照データを喪失することは全てのセキュリティシステムにとって問題である。しかし生体認証データは直接人体に関係するので、‘個人情報’は、生体認証データに基づくシステム内では容易に変化しない。従って、生体認証セキュリティシステムには、生体認証参照データを安全に保存する方法及び装置が必要である。
【０００４】
特許文献1は、生体認証の暗号鍵を生成及び利用してデータを保護及び取得する方法及び装置について開示している。それにはランダム鍵と生体認証情報とを合わせることでテンプレートを生成する手順が含まれる。
【特許文献１】米国特許第20030219121号明細書
【非特許文献１】リナーツ(Linnartz  J.P.)、チュイルズ(Tuyls  P.)、「プライバシーを改善し、かつ生体認証テンプレートの誤用を防止する新たな遮蔽関数」（“New  Shielding  Functions  to  Enhance  Privacy  and  Prevent  Misuse  of  Biometric  Templates”）、LNCS2688、AVBPA2003、2003年
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
上記観点から、本発明の目的は、上で論じた問題を解決すること、又は少なくとも緩和することである。具体的な目的は、単純な方法かつ低コストで実行される、機密事項の情報の効率的な保存方法を実現することである。
【課題を解決するための手段】
【０００６】
本発明の第1態様によると、本発明は、生体認証サンプルから抽出された特徴成分のシーケンスに基づいて人間の身元を確認する方法によって実現される。当該方法は、各特徴成分を量子化する手順、隣接する量子化間隔がハミング距離にして1となるように、データビットシーケンスを各量子化された特徴成分に割り当てる手順、前記データビットシーケンスをビット文字列に連結する手順、排他的論理和(XOR)操作を用いて前記ビット文字列とヘルパーデータとをコードワード内で結合させる手順、前記コードワードを秘密Vにデコードする手順、及び秘密Sを前記秘密Vと適合させる手順、を有する。
【０００７】
この第1態様の利点は、排他的論理和(XOR)操作は、処理を効率的にする操作であることである。
【０００８】
この第1態様に係る一の実施例では、各特徴成分は複数の量子化間隔に量子化される。その際、各量子化間隔の確率は統計モデルに従って等しくなる。この方法を実行した結果、ビット文字列が均一に分布する。
【０００９】
この第1態様に係る一の実施例では、デコードは誤り補正コードに従って行われる。
【００１０】
この種類のデコードの利点は、たとえエンコーダ302とデコーダ330との間で小さな測定エラーが生じても、そのデコーダが、誤り補正コードを用いてそのデータを回復する結果、FRRが低くなることである。
【００１１】
誤り補正コードは、たとえばハミングコードのような2進法の誤り補正コード、又はたとえばBCHコードのような多レベル補正コードであって良い。コードの冗長性、及び補正に必要なコード数に依存して、テンプレート情報の漏洩が生じる恐れがある。従って用途の種類に依存して、誤り補正コードは、秘密の漏洩、ノイズ、強さ、及びサイズを調節することで、セキュリティ及びシステムの特徴を最適化するように選ばれる。これはコードの冗長性に依存する。
【００１２】
第2態様によると、本発明は、生体認証サンプルから抽出された特徴成分のシーケンス及び秘密Sに基づいてヘルパーデータセットを生成することで人間の身元確認を可能にする方法によって実現される。当該方法は、各特徴成分を量子化する手順、隣接する量子化間隔がハミング距離にして1となるように、データビットシーケンスを各量子化された特徴成分に割り当てる手順、前記データビットシーケンスをビット文字列に連結する手順、前記秘密Sをコードワードにエンコードする手順、及び排他的論理和(XOR)操作を用いて前記ビット文字列とコードワードとを前記ヘルパーデータセット内で結合する手順、を有する。
【００１３】
この第2態様の利点は、排他的論理和(XOR)操作は、処理を効率的にする操作であることである。
【００１４】
本発明の第3態様によると、本発明は、生体認証サンプルから抽出された特徴成分のシーケンスに基づいて人間の身元を確認する装置によって実現される。当該装置は、特徴成分を量子化する量子化装置、隣接する量子化間隔がハミング距離にして1となるように、ビットシーケンスを各量子化された特徴成分に割り当てる割り当て装置、各ビットシーケンスをビット文字列に連結する連結装置、前記ビット文字列とヘルパーデータとをコードワード内で結合するXOR操作器、前記コードワードを秘密Vにデコードするデコーダ、及び秘密Sを前記秘密Vと適合させる適合装置、を有する。
【００１５】
本発明の第4態様によると、本発明は、生体認証サンプルから抽出された特徴成分のシーケンス及び秘密Sに基づいてヘルパーデータセットを生成することで人間の身元確認を可能にする装置によって実現される。当該装置は、各特徴成分を量子化する量子化装置、隣接する量子化間隔がハミング距離にして1となるように、データビットシーケンスを各量子化された特徴成分に割り当てる割り当て装置、前記データビットシーケンスをビット文字列に連結する連結装置、及び前記秘密Sに基づいて前記ビット文字列と対応するコードワードとを前記ヘルパーデータセット内で結合するXOR操作器、を有する。
【００１６】
本発明の第5態様によると、本発明は、コンピュータプログラム製品によって実現される。当該コンピュータプログラム製品は、本発明による方法を実行するように備えられたプロセッサへダウンロードされてプロセッサ上で実行されるときに、本発明による方法を前記プロセッサに実行させる命令を有する。
【００１７】
本発明の他の目的、特徴、及び利点は、図及び添付された従属請求項から得られる以降の詳細な説明から明らかとなる。
【００１８】
全体を通して、請求項中で用いられている全ての語は、本明細書中で明示的に表した場合を除けば、当技術分野における通常の意味に従って訳されている。本明細書で開示されている工程は、明示的に示されない限り、開示された厳密な形態で実行される必要ではない。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１９】
本発明の上記目的、特徴、及び利点、それだけではなく他の目的、特徴、及び利点は、本発明の好適実施例についての良好かつ非限定的な記載を通じてより良く理解することができる。
【００２０】
ヘルパーデータを用いた生体認証参照データの一般的な保護方法が図1に図示されている。破線左側には登録段階が図示されている。破線右側には鑑定段階が図示されている。それらの段階は、本方法をより良く理解してもらうために一緒に図示されているが、すぐに分かるように、各別個に用いられても良い。
【００２１】
登録段階では、たとえば人間の指紋のような、生体認証データの一部種類が、たとえば指紋スキャナのような適切な読み取り装置によってシステム内に読み取られる。読み取られた生体認証データは、生体認証テンプレートxn100となる。生体認証テンプレートxn100はこの人間に固有であるため、保護することが重要である。
【００２２】
生体認証テンプレートxn100は、エンコーダ102によってエンコードされることで秘密104になる。それに加えて、エンコーダは、生体認証テンプレートxn100に基づくヘルパーデータセットw106を生成する。
【００２３】
その後、秘密S104は、好適にはたとえばハッシュ関数のような一方向関数である関数F108に入力されることで、秘密S104を暗号化された秘密F(S)110に暗号化する。秘密を暗号化した後、暗号化された秘密F(S)110はデータベース112に保存される。ヘルパーデータセットw106もまた、データベース112に保存される。しかしヘルパーデータセットw106は暗号化されない。
【００２４】
鑑定段階では、ynで表された人間の生体認証サンプルが読み取られ、かつデコーダ116へ送られる。データベース112に保存されたヘルパーデータセットw106もまたデコーダ116へ送られる。その後生体認証サンプルyn114は、ヘルパーデータセットw106を用いて秘密V118にデコードされる。
【００２５】
続いて秘密V118は、暗号化された秘密F(V)122を生成するため、関数F108と同様の関数F120に入力される。
【００２６】
最終的に、データベース122に保存された暗号化された秘密F(S)110、及び暗号化された秘密F(V)122は、適合装置124へ送られる。適合装置124は、F(S)110とF(V)122とが互いに対応する場合には肯定的な返答Y126を出力し、さもなければ否定的な返答N128を出力する。
【００２７】
図1によるシステムでは、秘密S104及びV118は、低い他人受け入れ率(FAR)を実現するため、大量のデータを有していなければならない。よって大量のデータセットを含む秘密が、エンコーダ102及びデコーダ116に強く求められる。
【００２８】
妥当な量の生体認証データビットを用いて低FARを実現するため、生体認証データは最初に多数の特徴成分に分割されて良い。これは、主成分分析(PCA)、フィッシャー分析、又は線形判別関数(LDA)を用いることによって実現されて良い。
【００２９】
生体認証データを多数の特徴成分に分割した後、各特徴成分に値が関連づけられて良い。
【００３０】
その後、各特徴成分は量子化されて良い。この量子化は、各量子化間隔の確率が等しくなるように行われることが好ましい。たとえば特徴成分がガウス分布で、かつ各特徴成分が8のサブ範囲を生じさせるように設定される場合の、1つの特徴成分の量子化が図2に図示されている。破線は隣接する量子化間隔間の距離を表している。
【００３１】
量子化間隔の数が8に選択されたので、各量子化間隔の確率は0.125(1/8)である。量子化間隔の数には2nで表される数を選ぶのが便利である。ここでnは正の整数である。
【００３２】
統計モデルがたとえばガウスモデルに従って予め決定されて良い。このため、サブ範囲の間隔も同様に予め決定されて良い。
【００３３】
その後、コードワードが可能な間隔の各々に割り当てられる。その際、2つの隣接する量子化間隔に関するコードワード間のハミング距離が1となる。これはグレイコードを用いて実現されて良い。
【００３４】
ビットシーケンスを量子化して、上述した各特徴成分に割り当てることによって、ガウス分布する生体認証特徴データは、均一な2進数の独立する同じように分布するデータ源から得られたものとモデル化できるシーケンスに変換される。
【００３５】
この変換の効果は、鑑定段階で読み取られる生体認証データは限られた数のビットエラーしか発生させないことである。この生体認証データは、登録段階においてノイズが付加されて読み取られた生体認証データとみなすことができる。
【００３６】
生体認証データが上述の方法によって変換されるとき、登録及び鑑定段階の処理は、図3に示された方法によって説明することができる。
【００３７】
登録段階では、無作為に選ばれた秘密S300がエンコーダ302に入力される。エンコーダ302は秘密S300をエラー補正コードワードcn304にマッピングする。エラー補正コードワードは、たとえばハミングコード、又はリードソロモンコードやBCH（ボーズ、レイ-チャウドリ、ホッケンゲム）コードのような単一エラー補正コードであって良い。どの種類のエンコーディングが用いられるのかは、各システムの特定の要求に依存し、各異なるシステムでそれぞれ異なって良い。
【００３８】
登録を行うために特徴成分xn306のシーケンスを受ける又は得る際、各特徴成分は量子化装置Q308によって、上述の方法により変換され、コードワードに割り当てられ、かつビット文字列xbn310に連結される。その後コードワードcn304及びビット文字列xbn310は、XOR操作器312によって、ヘルパーデータセットw314内で共に処理される。
【００３９】
続いて鑑定段階では、鑑定のため、特徴成分yn320のシーケンスが生体認証サンプルから抽出され、かつ上述したのと同様に、特徴成分が量子化されて、ビット文字列ybn324に変換される。
【００４０】
生体認証サンプルから得られたシーケンスyn320は、異なる生体認証サンプルの測定から得られたシーケンスxn306にノイズ316が付加されたものとみなされて良い。ノイズ316は測定の結果生じるものである。上述したような変換、すなわち、好適にはそれぞれが（ほぼ）等しい確率を有する多数の間隔にガウス分布を分割し、かつ隣接する量子化間隔のハミング距離が1となるように、ビットシーケンスを各間隔に割り当てる変換のため、ノイズ316の付加は加算操作とみなされて良い。シーケンスxn306及びノイズ316は、加算器318へ入力され、シーケンスyn320が出力される。
【００４１】
その後サンプルデータコードワードybn324及びヘルパーデータセット314は、XOR操作器326に入力される。この操作の結果、つまりコードワードvn328はデコーダ330に入力される。この結果は秘密V332にデコードされる。デコーダ330はエンコーダ302と同一の原理を用いる。
【００４２】
最終的に秘密V332が秘密S300と適合する場合、シーケンスxn306及びシーケンスyn320は、1人の同一人から得られたものと考えられる。
【００４３】
図3に図示されたシステム内での秘密S300及びV332は、デジタル形式の如何なる秘密であっても良いので、必ずしも生体認証データに基づいた秘密でなくて良い。しかしシーケンスxn306及びシーケンスyn320は、生体認証データ、又は他の使用者に固有のデータ（から得られるデータ）であることが好ましい。
【００４４】
図4は、独立する同じように分布するデータ源及び2進数表記の対称なチャネルによって置換された付加ノイズを有するガウスデータ源のモデルを図示している。
【００４５】
図5に図示された本発明の他の実施例では、非特許文献1に記載された量子化に強い特徴の抽出(QRFE)のブロック図が示されている。これにより、2つの異なるレベルでヘルパーデータを送ることが可能となる。2つの異なるレベルとは、良好なQRFEを実現するためのQRFEレベル、及び上述したように良好なノイズに対する強さを実現するためのエンコーディング/デコーディングレベルである。
【００４６】
シーケンスxn306は登録QRFE500に入力される。登録QRFE500は、テンプレートデータビットシーケンスxbn310は、図4に図示された方法と同じ方法で処理され、ヘルパーデータセットw2n502はデータベースに保存される。
【００４７】
確認段階では、生体認証サンプルが鑑定QRFE504へ入力される。特徴の抽出を改善するため、特徴成分を抽出するときには、ヘルパーデータセットw2n502が考慮される。
【００４８】
QRFEブロックがシステムに加えられるので、これらのブロックは、特徴を抽出する前処理とみなされて良い。
【００４９】
図6は、人間の身元を確認する装置600を図示している。当該装置は、生体認証サンプルから多数の特徴成分を抽出する任意の抽出装置602、好適には各量子化間隔の確率が統計モデルに従って等しくなるように前記特徴成分を量子化する量子化装置604、2つの隣接する量子化間隔のハミング距離が1となるように各量子化された特徴成分にビットシーケンスを割り当てる割り当て装置606、各ビットシーケンスをビット文字列に連結する連結装置608、前記ビット文字列とヘルパーデータセットwnをコードワードvn内で結合するXOR操作器610、前記コードワードvnを秘密V332にデコードするデコーダ612、及び秘密Sと前記秘密Vとを適合させる適合装置614を有する。
【００５０】
図7は、シーケンスxn及び秘密Sに基づいてヘルパーデータセットwnを生成する装置700を図示している。当該装置は、前記生体認証サンプルから特徴成分のシーケンスを抽出する任意の抽出装置702、好適には各量子化間隔の確率が統計モデルに従って等しくなるように前記特徴成分を量子化する量子化装置704、2つの隣接する量子化間隔のハミング距離が1となるように各量子化された特徴成分にデータビットシーケンスxbnを割り当てる割り当て装置706、各ビットシーケンスをビット文字列に連結する連結装置708、及び前記ビット文字列xbnと対応するコードワードcnとを前記ヘルパーデータセットwn内で結合するXOR操作器710を有する。
【００５１】
図6及び7に図示されているように、コンピュータプログラム製品612及び712は、プロセッサにダウンロードされてそのプロセッサ上で実行されるときに、実行可能な命令を含む。その実行可能な命令は、上述の方法の如何なる手順をも実施する。
【００５２】
本発明については主として、2,3の実施例を参照しながら説明した。しかし当業者にはすぐに分かるように、上で開示された以外の実施例も同じように、「特許請求の範囲」で定義された本発明の技術的範囲内において可能である。
【図面の簡単な説明】
【００５３】
【図１】生体認証参照データを保護する一般的な方法を概略的に図示している。
【図２】特徴成分の可能な量子化を概略的に示している。
【図３】生体認証データを保護する一般的な方法を概略的に図示している。
【図４】図3とは異なる方法を概略的に図示している。
【図５】生体認証データを保護する別な方法を概略的に図示している。
【図６】人間の身元を確認する装置を概略的に図示している。
【図７】ヘルパーデータを生成する装置を概略的に図示している。
【図１】
2009510582.tif 000003
【図２】
2009510582.tif 000004
【図３】
2009510582.tif 000005
【図４】
2009510582.tif 000006
【図５】
2009510582.tif 000007
【図６】
2009510582.tif 000008
【図７】
2009510582.tif 000009
【国際調査報告】
2009510582.tif 000010
2009510582.tif 000011
2009510582.tif 000012