(57)【要約】【課題】経済行為等社会行為に用いられる機器類やカード類（人工物）の認証において、バイオメトリクスに相当する人工物メトリクスの考え方が有効である。そこで、人工物メトリクスの要件を満たし、好ましくは安定的、経済的にも供給可能な材料を見出し、その製造方法を確立し、人工物の個別認証システムに適用することを課題とする。【解決手段】スピノーダル分相構造を持つポーラスガラスを人工物メトリクスとしての個別認証媒体とする。その製造方法と、個別認証媒体を利用した個別認証システムを提供する。【選択図】図２
2018052079.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
スピノーダル分相構造を持つ材料の欠片であって、少なくとも１つの平面を有する個別認証媒体。
【請求項２】
ホウケイ酸ガラスの分相構造を用いて作成される分相法ポーラスガラスからなる、請求項１に記載の個別認証媒体。
【請求項３】
前記個別認証媒体の細孔に充填物を付着させる加工または前記個別認証媒体の表面を平滑にする加工の少なくとも１つを施した、平均細孔径1nmから100μmまでの任意細孔構造を持つ分相法ポーラスガラスからなる、請求項１または２に記載の個別認証媒体。
【請求項４】
ガラスの原料を混合する原料混合工程と、混合された材料を熔解してホウケイ酸ガラス母材を作成する熔解工程と、作成されたホウケイ酸ガラス母材を成型する成型工程と、成型されたホウケイ酸ガラス母材を熱処理して分相する分相工程と、分相されたホウケイ酸ガラス母材に化学処理を施してポーラスガラスを作成する化学処理工程と、樹脂封止等により安定化する工程を含む個別認証媒体の製造方法。
【請求項５】
個別認証媒体と、
データ処理機と、
前記データ処理機に接続された観測装置
を備える個別認証システム及び装置であって、
前記個別認証媒体は、請求項１〜３のいずれかに記載の個別認証媒体であり、
前記観測装置は、前記個別認証媒体の表面画像を取得して前記データ処理機に送信し、
前記データ処理機は、前記表面画像から計算した特徴点情報と、予めデータベースに保持している前記個別認証媒体の特徴点情報とを照合して、個別認証を行う
ことを特徴とする個別認証システム及び装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、個別認証媒体とその作成法、及びそれを用いた認証システムに関し、より詳細には、物の個別認証に適用することができる個別認証媒体とその作成法、及びそれを用いた認証システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
今日のモバイルデバイスの爆発的普及やIoT(Internet of Things)社会に於いて、ネットワーク環境及び各種商取引、契約等信用行為を行うに当たり、個別認証が基本要件となっている。例えば、社会生活における個人の特定は、経済行為等社会行為に於いて根本であり、保証するためには、顔写真や最終的には指紋や虹彩パターン等のバイオメトリクスにより個別認証される。しかし、経済行為等社会行為に用いられる各種コンピュータを始め、携帯電話、自動車等の機器類やカード類は、現状に於いては究極的な個別認証システムを有しない。即ち、例えれば、今盗まれたスマートフォンのSIMカードが差し替えられたら、そのスマートフォンが、本来のスマートフォンである事を証明する事は難しい。また、自動運転車に於いても、個別識別は、安全な自動運転の基本となる技術である。
【０００３】
人工物の認証に対しては、個人の特定に使用されるバイオメトリクスに相当する証明媒体：人工物メトリクスという考えが有効である。しかしながら、人工物メトリクスの要件を理想的な形で満たす材料を発見することは当該分野の大きな課題となっている。
【０００４】
ある人工物の物理的特徴が人工物メトリクス要素として利用でき、人工物メトリック・システムが成り立ち得るための要件として以下の４つの性質が挙げられる（例えば、非特許文献１参照）。
・個別性(Individuality)
各個体の人工物メトリクス要素が、互いに十分異なっていると認められる性質
・読取安定性(Stability)
人工物メトリクス要素の登録後に、再度、人工物メトリクス要素を読み取ったときに、安定して登録時と同等の情報が読み取れる性質
・耐久性(Stability)
人工物の利用に伴う外的要因によって変化・劣化した人工物メトリクス要素から、安定して登録時と同等の情報が読み取れる性質
・耐クローン性(Clone Resistance)
読み取り装置を欺く偽物（これをクローンという）を作ることが極めて困難である性質
【０００５】
個別認証媒体として、必要条件を考えると、まず、個別性(Individuality)が絶対必要である。これは、各個体の人工物メトリクス要素が互いに十分異なっていると認められる性質であり、確立する為には、乱数表の如くランダム性が形成されなければならない。この場合、人為的でなく、媒体の製造過程で生じ得るランダムネスを生かした人工物メトリクスの考え方が有効であると考えられるが、製造工程で秩序ではなくランダムネスが発生する過程を選ばねばならない。媒体材料を製造する場合、例えば、結晶成長は秩序の再構築であり、ランダムが解消される過程となるため目的とは反する。材料作成における代表的な無秩序化は、非晶質材料、即ちガラス・プラスチック等のアモルファス材料作成である。しかし、アモルファス材料は、分子・原子レベルの無秩序化であり、認証に用いる場合には単位が小さすぎて観測が出来ない。即ち、観測できる程度の構造物が形成され、かつその組織がランダムになっている必要がある。
【０００６】
さらに、読取安定性(Stability)も、実用的には必要な要素となる。即ち、人工物メトリクス要素の登録後に、再度、人工物メトリクス要素を読み取ったときに、安定して登録時と同等の情報が読み取れる性質を満たす必要がある。このためには、観測できるだけではなく、コントラストが明瞭な、例えば、画像を与える物が好ましい。
【０００７】
この個別性(Individuality) 、読取安定性(Stability)は、認証媒体として、絶対必要な要件である。ここで、読取可能な事は、観測手段による限定を掛ける事となる。その個別構造の変化の単位は、通常の読み取り、光学カメラ、走査型電子顕微鏡、レーザー顕微鏡、AFM等走査顕微鏡等を用いるとなると、測定手段の下限である、１０ｎｍ以上である。上限は、媒体の大きさが１ｃｍ角までとしても、ランダム性の変化性を考えると、個別構造の変化の単位を少なくとも複数単位で変化させなければならない。そのため、あまり大きな変異単位は好ましくなく、ｍｍ単位以下であり、より好ましくは２００μｍ以下の構造物単位であることが好ましい。
【０００８】
これらの事から考えると、製造工程で秩序ではなくランダムネスが発生する過程としては、分子原子単位ではなく、粒子やある程度まとまった組織体が好ましい。例えば、繊維構造物の無秩序化が好ましく考えられ、先行技術である繊維による紙などの不織材が候補として考えられる。しかし、紙漉き等では、秩序化も発生する為、あまり大きな無秩序化が起こりにくい。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００９】
【特許文献１】特開２００２−２２６７４０号公報
【特許文献２】特開昭４９−１３１１４２号公報
【特許文献３】特開２００６−１２３１７４号公報
【特許文献４】特開平１０−０４９６４７号公報
【特許文献５】特許５２９２５７１号
【特許文献６】特許５２６３７２１号
【特許文献７】特許１６１７１５２号
【特許文献８】特許１７５７５２５号
【特許文献９】米国特許USP 216744 (1938). H. P. Hood and M. E. Nordberg:
【非特許文献】
【００１０】
【非特許文献１】松本弘之, 宇根正志, 松本勉, 岩下直行, 菅原嗣高, “人工物メトリクスの評価における現状と課題”, 金融研究, 第23巻第1号, pp. 61-140, 日本銀行金融研究所, 2014年6月.
【非特許文献２】H. Matsumoto, I. Takeuchi, H. Hoshino, T. Sugahara, and T. Matsumoto, “An Artifact-metric System Which Utilizes Inherent Texture”, IPSJ Journal, 42 (8), pp. 139-152 (2001).
【非特許文献３】H. Matsumoto and T. Matsumoto, “Clone match rate evaluation for an artifact-metric system”, IPSJ Journal 44, pp. 1991-2001 (2003).
【非特許文献４】M. Yamakoshi, J. Tanaka, M. Furuie, M. Hirabayashi, and T. Matsumoto, “Individuality evaluation for paper based artifact-metrics using transmitted light image”, Proc. SPIE 6819, 68190H-1-68190H-10 (2008).
【非特許文献５】吉田直樹, 横山雄紀, 西村和夫, 松本勉, “金属箔人工物メトリクス”, 電子情報通信学会論文誌A, Vol. J99-A, No. 8, pp. 341-350 (Aug. 2016).
【非特許文献６】T. Matsumoto, M. Hoga, Y. Ohyagi, M. Ishikawa, M. Naruse, K. Hanaki, R. Suzuki, D. Sekiguchi, N. Tate, M. Ohtsu, “Nano-artifact metrics based on random collapse of resist”, Scientific Reports 4, Article number: 6142 (2014).
【非特許文献７】藤川真樹, 小田史彦, 森安研吾, 渕真悟, 竹田美和, “有価陶磁器に対する人工物メトリクス適用のための研究”, Computer Security Symposium 2013, 3D3-4 (Oct. 2013).
【非特許文献８】江口清久, “ポーラスガラスの利用”, 日本金属学会会報, 第23巻, 第12号, pp. 989-995, 1984.
【非特許文献９】江口清久, “多孔質ガラスの作り方, 使い方”, 表面, Vol. 25, No. 3, pp. 184-194 (1987).
【非特許文献１０】H. Tanaka, T. Yazawa, K. Eguchi, H. Nagasawa, N. Matuda, and T. Einishi, “Precipitation of colloidal silica and pore size distribution in high silica porous glass”, Journal of Non-Crystalline Solids 65 pp. 301-309 (1984).
【非特許文献１１】H. Nagasawa, Y. Matumoto, N. Oi, S. Yokoyama, T. Yazawa, H. Tanaka, and K. Eguchi, “Effects of pore size on the retention time of octadescyl silanaized porous glass in high performance liquid chromatography”, Analytical Science, vol. 7 (Suppl) pp. 181-182  (1991).
【非特許文献１２】長澤浩, “分相法ポーラスガラスのセンサーへの応用”, Chemical Sensors, Vol. 31, No. 1, pp. 10-20 (2015).
【非特許文献１３】D. G. Lowe, “Object recognition from local scale-invariant features”, Proc. of the International Conference on Computer Vision, Corfu (Sept. 1999).
【非特許文献１４】佐々木栄祐, 今野俊一, 恒川佳隆. “エッジ画像と色情報を用いた SURF アルゴリズムの検討”, 計測自動制御学会東北支部 第280 回研究集会, No. 280-4, pp. 1-7 (2013).
【非特許文献１５】Tohru NOBUKI, Synthesis of Laves phase related bcc alloys and their hydrogenation,Journal  of  Advanced  Science, Vo l . 1 9, No.1&2, 2007
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１１】
これまでに、人工物メトリクスとして、紙、金属箔（アルミ箔）、磁性ファイバー、ナノ構造のレジスト倒壊を対象にしたシステムや、有価陶磁器の真贋判定のためのシステム等が提案されている（例えば、非特許文献２、４、５、６、７参照）。しかしながら、上記の耐久性等の要件を満たさないため、上記４つの要件を満たす材料を発見することが当該分野の大きな課題となっている。即ち、上記４つの要件を満たし、かつ、好ましくは安定的、経済的にも供給可能な材料を見出し、かつその製造方法を確立し、認証システムに適用する事が解決しようとする課題である。
【課題を解決するための手段】
【００１２】
この課題に対し、スピノーダル分解とそれに伴うスピノーダル分相構造が、解として考えられた。スピノーダル分解は、不安定状態から平衡状態への状態変化に対応する相分離のことであり、相分離は、例えば単相の合金や高分子溶液を多相領域のある温度に急冷・保持することにより起こる。ここで急冷後の状態は非平衡状態にあり、自由エネルギーGが定義されたとすると、その状態は自由エネルギーの組成Cに対する2階微分の符号により2つのタイプに分類される。正の状態は準安定状態と呼ばれる。この場合、自由エネルギーは濃度のゆらぎにより増加し、相分離には核生成を必要とする。
【００１３】
負の状態は不安定状態であり、濃度ゆらぎによって自由エネルギーが減少する。つまりゆらぎの成長によって相分離が進み、スピノーダル分解と呼ばれる。 核の発生を必要とせず、小さな濃度ゆらぎでも原子の拡散によって濃度差が拡大していく。 濃度ゆらぎの波は、特定の波長のとき成長速度が大きくなるため、スピノーダル分解によって生成した組織は周期的な変調構造を呈することが多い。また、相分離に於いては、液滴構造を形成する場合（バイノーダル分相）もあるが、連続相を形成し、絡み合った２相に分かれた構造をとる場合を特にスピノーダル分相と言う。
【００１４】
このスピノーダル分相構造を形成する物には、単層の合金や高分子溶液がある。そして、スピノーダル分相構造の典型構造を持つものとして分相法多孔質ガラス（ポーラスガラス）がある。スピノーダル分相構造は、一定の周期性を持ち、例えば、ポーラスガラスの場合、図１に示すような、異なる組成からなる二つの相から形成される。
【００１５】
このスピノーダル分解によって生成した組織は周期的な変調構造を呈するが、この変調構造の大きさ単位は、比較的大きく、原子数数十以上である事が多い。例えば、代表的なスピノーダル分相構造である分相法ポーラスガラスの場合、１０ｎｍから数十μｍ単位であり、ほぼ目的とする大きさとなる。
【００１６】
更に、このスピノーダル分相構造は、認証に於けるランダム性付与として、以下の理想的な構造を持つ。
・スピノーダル分相構造は、周期性を持つ構造であるが、１周期ごとに次の周期への連続構造の向きがランダムであり、結晶化のように一定方向への規則性が無い。
・従って、スピノーダル分相構造の表面には、この構造から由来する、特徴点が周期毎に発生し、表面を観察する事で、少なくともN周期角の長さを持つ領域では、N二乗の特徴点が発生する。ここで、少なくともと言うのは、周期毎の特徴点が、分岐だけでなく変化等の異形であれば、なお多数となる。
・かつ、スピノーダル分相構造物は、三次元立体物であり、三次元的ランダム性を考慮すると、更に多くの異形が形成される。
このことから、スピノーダル分相構造物は、人工物メトリクスに第一に求められる個別性を満たす充分な可能性を有すると考えられる。
【００１７】
更に、スピノーダル分相構造物の有利な点は、周期性の周期単位を制御しうる特長がある。例えば、ポーラスガラスの場合、その周期単位は、１ｎｍから１００μｍまで、任意に制御できる事が報告されている。従って、スピノーダル分相構造物であれば、周期単位を変更する事により、異なる領域の認識領域を定義できる事となる。今後、多数の異なる認証材を提供できるだけではなく、周期単位を変えることにより、異なった領域の認証の混同を防ぐ事ができる。
【００１８】
加えて、三次元構造であることは、二次元画像認識以上の可能性を含有しており、将来的には、三次元の認証を行いうる。
【００１９】
上記の理由をもって、スピノーダル分相構造を持つ材料の欠片であって、少なくとも１つの平面を有する個別認証媒体を個別認証に於ける材料とする。
【００２０】
スピノーダル分相構造を持つ材料としては、金属材料における合金類（例えば、非特許文献１５参照）や有機材料における高分子溶液（例えば、特許文献５参照）がある。有機無機複合材料としては、高分子を含むことで高分子の分相構造を利用し作成されたスピノーダル分相構造を持つゾルゲル法ポーラスガラス（例えば、特許文献６参照）も存在する。更に、典型構造を持つものとして、分相法多孔質ガラス（ポーラスガラス）がある。
【００２１】
これらの内、有機材料である高分子溶液から形成されたスピノーダル分相構造物は、比較的柔らかく長期安定性に欠ける点があり、認証に於ける材料として好ましい耐久性(Stability)が優れた材料とは言いがたい。
【００２２】
高分子含有材料から作成された、スピノーダル分相構造を持つゾルゲル法ポーラスガラスも脆い材料であり、耐久性には些か難があると同時に、微細構造として骨格は一次粒子からなる微細孔を含有する為、水分等の汚染に弱い特長がある。
【００２３】
更に、合金系スピノーダル分相構造物は、金属の特性である展性・延性の可能性があり微細媒体にするのは難しい側面がある。
【００２４】
しかしながら、同じスピノーダル分相構造物の中で、分相法ポーラスガラスは、耐久性に於いて安定が高く変化しにくい材料であり、認証材として好ましい特性を有している。しかも、この材料は、既に、正確に細孔径を１ｎｍから１００μｍまでの任意の細孔径とする制御が確立されており、認証材として、電子顕微鏡やレーザー顕微鏡を用いる測定法から光学顕微鏡を用いる認証も可能な材料である。
【００２５】
その為、好ましいスピノーダル分相構造物として、ホウケイ酸ガラスの分相構造を用いて作成される分相法ポーラスガラスからなる、個別認証媒体がより好ましい個別認証に於ける材料となる。
【００２６】
ここで、改めてスピノーダル分相構造物としての分相法ポーラスガラスの特性を考えたとき、人工物メトリクスとしての必要条件を考えると、スピノーダル分相構造物であることから個別性(Individuality)の条件は、十二分に満たしている。
【００２７】
また、基材が、ガラス材料であり、耐熱性は数百度に耐え燃えず熔けず、紫外線等での劣化も無く耐候性に優れ、殆どの薬品や有機溶剤にも溶けず、物理的にも強固であるので耐久性(Stability)において、理想的である。
【００２８】
また、細孔部分と骨格相からなる構造は、明瞭に差があることから、反射光や透過光でも充分なコントラストで観測が可能なだけでなく、強い光でも劣化する事が無いことから、長期に渡って読取安定性(Stability)が確保できると考えられる。
【００２９】
更に、素材がガラスの微細構造であるので、直接的に他のガラス素材を加工して同一物を作成することは極めて困難である。立体物であるので、立体構造までを含めた認証材としてコピー物を作る事は困難である。スピノーダル分相時に、周期構造は制御可能であるが、その分岐構造は、自己組織的複雑系・自然発生により構成される為、事実上複製は出来ない。従って耐クローン性(Clone Resistance)においても、現時点で最高レベルと考えられる。
【００３０】
しかしながら、作成しただけの分相法ポーラスガラスは、基本的には透明素材であるガラスのスポンジ構造物である為、画像取得には、照明等で若干の困難さがある。そこで、例えば、細孔に黒色の充填物を詰めたり、表面を観察し易いように平滑にしたりする加工を施すと、認証作業がより容易になる。よって、個別認証媒体の細孔に充填物を付着させる加工または個別認証媒体の表面を平滑にする加工の少なくとも１つを施した、平均細孔径1nmから100μmまでの任意細孔構造を持つ分相法ポーラスガラスからなる、個別認証媒体が好ましい媒体形態である。
【００３１】
また、個別認証媒体の製造方法として、原料混合工程、熔解工程、成型工程、分相工程、化学処理工程、および樹脂封止等により安定化する工程を含む製造方法が考案された。原料混合工程は、ガラスの原料を混合する。熔解工程は、混合された材料を熔解してホウケイ酸ガラス母材を作成する。成型工程は、作成されたホウケイ酸ガラス母材を成型する。分相工程は、成型されたホウケイ酸ガラス母材を熱処理して分相する。化学処理工程は、分相されたホウケイ酸ガラス母材に化学処理を施してポーラスガラスを作成する。そして、作成されたポーラスガラスは、樹脂封止等により安定化することができる。
【００３２】
図２において、上記の個別認証媒体を利用した個別認証システムを例示する。個別認証システム及び装置は、個別認証媒体、データ処理機、およびデータ処理機に接続された観測装置を含む。個別認証媒体は、上述した個別認証媒体とすることができる。観測装置は、個別認証媒体の表面画像を取得してデータ処理機に送信することができる。データ処理機は、表面画像から計算した特徴点情報と、予めデータベースに保持している個別認証媒体の特徴点情報とを照合して、個別認証を行うことができる。
【発明の効果】
【００３３】
請求項に記載された発明を代表的なネットワーク機器であるスマートフォンに適応した場合とする。例えば、細孔構造50μｍ、厚さ１００μｍ、8ｍｍ*8ｍｍ*1.1ｍｍ（図３）の樹脂封止したポーラスガラスをスマートフォンに貼り付けたものを想定する。このスマートフォンは、この認証材を保有していない状態では、ネットへの接続が許されない事として設定される。キャリアは、この認証用ポーラスガラス媒体の画像情報をデータベースとして保有する。この機器がネット上で認証される必要があるとき、
1、例えば、キャリアは、媒体上の数区画を指定し、その画像情報を要求する。これに対して、機器側は画像情報を送信し、認証を受ける。
2、重要な認証に用いる場合、例えば、銀行ＡＴＭにて認証機器として機能させる場合、ＡＴＭ側が持つセンサーに、人工物メトリクスそのものをかざし、画像認識を行い、認証を行う。
【００３４】
尚、個別の機器に付く認証媒体は、厳密に一個だけであると考えられるので、例えば、スマートフォンが盗難にあったとき、これを本来の所有者の了解無しに使用することは、ほぼ不可能になる。つまり、盗難した機器を利用しようとすると、当然認証媒体の貼付が必要であり、認証媒体と機器が完全に１対１対応で紐付けられていれば、事実上の盗難が不可能となる。
【００３５】
同じく、自動運転車を想定した場合、常に個別認証が厳密におこなわれるため、運転の乗っ取り等が不可能になり、サイバーテロから安全にコントロールが可能になる。
【００３６】
更に、個人識別であるバイオメトリクスとリンクさせ、厳密に紐付けする事により、ネットバンキング等のセキュリティの安全性が格段に高まる。
【００３７】
加えて、IoT においては、全ての機器類やカード類に個別番号を重ならないように与えなければならない。本発明の場合、携帯電話は、50μｍパターン、家電機器は、10μｍパターンと区分けして、認証パターンを与えるなど、重複が起こらない工夫が出来るだけではなく、そこに人為的な偏りを排除し、自然発生的に乱数を割り当てる事が可能となる。
【００３８】
尚、それでも、何らかの手法で画像等の媒体情報のクローン作成がなされた場合、三次元構造により、より深く個別認証する事も考えられる。
【００３９】
また、認証に当たっては、上に挙げた画像取得以外にも、ポーラスガラス細孔内に、誘電物質や、金属部材等を充填する事により、電磁気的やＣＴスキャンのような手法での認証も可能となる。
【００４０】
以上から、本発明による個別認証は
I.分相法ポーラスガラスにおける孔の分岐構造はランダムに構成され、人工物メトリクスとして利用する上で大きなランダムネスをもつ。
II.10nmから100μmまでの分岐した孔構造のスケーリングを制御できるため、人工物メトリクスにおける幅広い精度の認証に利用できる。
III.分相法ポーラスガラスは物理的に強固であるため、実用上十分な耐久性をもち、またガラス材料であることから自然な形で様々なデバイス（スマートフォン等）やセンサーに組み込むことが可能である。
IV.分相法ポーラスガラス製造に対しては高度に専門的な技術が要求されるものの、製造コストは安価であるため、様々なデバイスやセンサーに安価に組み込むことが可能である。
【００４１】
このことから、本発明の個別認証媒体は、将来的には、各種カードやパスポートなどの証明書にも適応可能である。
【００４２】
また、上記に加えて、ポーラスガラスの孔構造のスケーリングを小さくしていけばいくほど、クローンを作成することは困難であると考えられ、クローン製造困難性に関しても期待できる。
【図面の簡単な説明】
【００４３】
【図１】本発明の一実施形態の代表的ポーラスガラスの走査型電子顕微鏡写真であり、３種の異なった細孔径のポーラスガラスが相似構造であることを示す写真である。
【図２】本発明の一実施形態の評価装置概念図である。
【図３】本発明の一実施形態のポーラスガラス媒体の外観写真である（8ｍｍ*8ｍｍ*1.1ｍｍ）。
【図４】本発明の一実施形態のポーラスガラス媒体の製造工程を示す図である。
【図５】本発明の一実施形態の評価に使った細孔径200nmのポーラスガラスの走査型電子顕微鏡写真である。
【図６】本発明の一実施形態の1-MNN：最も小さい距離のみで測定する場合（n=1）のFAR及びFRRのグラフである。
【図７】本発明の一実施形態の10-MNN：小さい順に10個の距離をとり、それらの平均で測定する場合（n=10）のFAR及びFRRのグラフである。
【図８】本発明の一実施形態の100-MNN：小さい順に100個の距離をとり、それらの平均で測定する場合（n=100）のFAR及びFRRのグラフである。
【発明を実施するための形態】
【００４４】
（製造方法）
以下に、より詳しくこの分相法ポーラスガラスを用いた個別認証に於ける材料の作成方法と特徴を説明する。「ガラス」は、非晶質のネットワークを持つ無機質の材料であり、アモルファス材料として、オングストロームレベルである原子・分子の目から見れば「無秩序」を代表する材料として「組織化」あるいは「秩序化」の対局として見る事が出来る。他方、ナノレベル以上の視点から見れば、均一な素材として理解することが出来る。
【００４５】
我々が通常目にするガラスは、「ソーダライムガラス」、「鉛ガラス」、「ホウケイ酸ガラス」、および「石英ガラス」である。「ソーダライムガラス」は、主にケイ酸と酸化ナトリウム、酸化カルシュウムの３成分からなる一番ありふれたガラスである。「鉛ガラス」は、クリスタルガラスとして知られる酸化鉛を主成分とするガラスである。「ホウケイ酸ガラス」は、理化学ガラスとも呼ばれるガラスである。「石英ガラス」は、ケイ酸のみで形成されるガラスである。
【００４６】
このなかで、膨張係数が低く、熱ショックに強く、化学的安定性も非常に優れたホウケイ酸ガラスは、特定の条件で使用されると、突然化学的に弱く割れやすくなる現象があり、昔は「ホウ酸異常」として知られていた。この原因が、ガラスの「分相」と言われる現象によるものであり、この現象を上手く使えば、高価な石英ガラスが安価に作成できるとして1934年に米国コーニング社により合成石英ガラス：バイコールガラスが発明された。そして、中間物として分相法ポーラスガラスが発明された。
【００４７】
分相法ポーラスガラスには、最終組成がSiO2：96％以上になる高ケイ酸型のものと、アルミナやジルコニアを含有するホウケイ酸型の物が報告されている。この二種は作成できる細孔径範囲が異なり、高ケイ酸型：1 nm 〜300 nm、ホウケイ酸型：200 nm 〜50μmとなる。
【００４８】
図４を参照して、高ケイ酸型ポーラスガラスの作成工程を以下に示す。
・原料混合工程４０２において、珪砂と硼砂、ホウ酸と炭酸ソーダ、アルミナ等を用いて原料を混合する。
・熔解工程４０４において、原料混合工程４０２で混合した原料を１２００℃〜１５００℃程度で熔解し、SiO2、B2O3、Na2Oを主成分とするホウケイ酸ガラス母材を作成する。
・成型工程４０６において、熔解工程４０４で作成したホウケイ酸ガラス母材を８００℃〜１１００℃程度で成型する。
・分相工程４０８において、成型工程４０６で成型したホウケイ酸ガラス母材をガラス転移点以上の温度で保持する、熱処理を行うことにより分相を起こさせる。この際、ホウケイ酸ガラス母材は、ガラス転移点以上の温度にさらされると内部で各構成原子が揺らぎ、移動をおこす。結晶化とよく似ているが、アモルファスなガラスのまま、その温度でより安定な状態を取る二つのガラス相に分離し、微細な原子配列はランダムなアモルファス相のまま、もう少しマクロな塊としては、秩序構造を形成する。
【００４９】
二つの相は、一つがほとんどケイ酸からなるシリカ相であり、残りがホウ酸と酸化ナトリウムとケイ酸からなるホウ酸ソーダ相である。この時、出発ガラスの組成と温度により、スポンジのように組織が絡み合ったスピノーダル構造を作る場合と、一つの相が液滴のように孤立したドロップレット構造を作る場合がある。ポーラスガラスは、連続相構造であるスピノーダル分相物から得られる。
【００５０】
二つの相に分かれた状態で、引き続き一定以上の温度にさらされ続けると、この二つの相が再配列を起こし、秩序構造が成長する。なお、この相分離を起こす温度領域を越えると再度均一なガラス組成に戻る。この分相現象は、ガラスを構成している成分分子が、安定化を求めて自己集合と散逸構造を繰り返して、その温度での最も安定な二つの相が、最も界面面積が小さくなる方向へ自己組織化している現象と考えることが出来る。これは、液体のスピノーダル分相によるパターン形成であるが、ガラスの反応は時間軸が極めて長いために、液体を凍結して取り出すことが出来る自己組織化による構造形成に他ならない。
【００５１】
スピノーダル分相による構造形成の特徴は、大きく見ると秩序化であるが、結晶成長と異なり、秩序形成におけるランダム形成が含まれ、多数の分岐構造からなる構造は、相似形であるが全て異なると考えられる。外部からの制御による細孔構造の作りこみは、細孔径をコントロールすることは出来るが、分岐構造を制御することまでは出来ない。また、この構造は細孔径を変えることにより、多様なモードのランダム構造を得ることもできる。
【００５２】
分相によるランダム構造は、細孔径で示される距離単位で必ずランダム性が発現し、次の単位距離で次のランダム性が発生することにより、最終的に非常に大きなランダム性を獲得する。
【００５３】
ポーラスガラスのスピノーダル構造は表面的には二次元、全体構造としては三次元の複雑構造となる。分相構造は、温度と時間の係数により決定されるが、同じ構造を持つ条件でも温度が異なれば、できあがるポーラスガラスの特性が異なるが、相似形であるため、その相違性は一見目立たないのも特徴となる。
【００５４】
図４の化学処理工程４１０において、分相工程４０８で分相させたホウケイ酸ガラス母材を、酸溶液を用いた化学処理を施す。通常、数規定の硫酸、若しくは硝酸が用いられ、90 ℃以上に保持してホウ酸ソーダ相を溶かし出す。この処理が終わり、水洗後乾燥すると、図５で示すAタイプのSiO2：約96 ％のポーラスガラスが得られる。
【００５５】
Aタイプのポーラスガラスの細孔構造は、分相構造を反映しておらず、実際は、シリカガラスからなる骨格構造の中にホウ酸ソーダ相由来のシリカゲルが堆積した構造になっている。さらに、図４の化学処理工程４１０において、シリカゲルをアルカリ水溶液で除去するなど、何らかの方法で取り除く事により、分相構造を反映したBタイプのポーラスガラスが得られる。
【００５６】
更に、このポーラスガラスの特徴としては、構造を支える骨格はガラスであり強固で固く、また、分相時に歪が取れることから通常のガラスより割れにくく、機械的にも化学的にも強固な材料である。更に、一度化学処理をして、ポーラスガラスになった後は、分相が継続することは無く、熱的にも安定な材料である。
【００５７】
上記の作成方法において、主原料は、ケイ酸（珪砂）、ホウ酸、炭酸ナトリウム、アルミナ、ジルコニア等であり、通常のホウケイ酸ガラスと変わらないので、材料費は高価ではない。
【００５８】
また、作成工程は・原料混合・熔解・成型・分相・化学処理であり、作成に必要な機材は混合器、熔解ルツボ、電気炉（大気下）、化学処理反応器（フラスコ程度）であり、特に高価な機器は必要としないが、現時点でのポーラスガラスの価格は高い。しかしながら、これは主に工程費であり、少量生産での人件費が主である。更に、ポーラスガラスの加工は、通常のガラス加工と変わりなく、既に確立された設備・手法が利用できる。必要に応じポーラスガラスは、容易に大量の供給が可能である。この様にして作成される分相法ポーラスガラスは、例えば、1ｍｍ角、厚さ５０μｍの媒体として仕上げられ樹脂封止等により安定化され、対象物に強固に固定される。
【００５９】
（具体的認証方法）
人工物メトリクスを実現する認証システムは人工物メトリック・システムとよばれている（例えば、非特許文献２参照）。ここで、人工物メトリック・システムは、基本的に次の２つのフェーズにより構成される。
・登録フェーズ：対象の人工物の登録を行うため、その特徴（ランダムネス）を表すデータ（以降、登録データとよぶ）をセンサーによって取得し、データベースに記録する。
・検証フェーズ：対象の人工物の認証を行うため、その特徴を表すデータ（以降、検証データとよぶ）をセンサーによって取得する。そして、この検証データと、データベースに記録されている登録データを用いて検証を行い、最終的に検証結果（受理または拒否）を出力する。
【００６０】
人工物メトリック・システムの目的は、登録フェーズで提示された人工物と、検証フェーズで提示された人工物が同一のモノであるかを判定することである。同一と判定する場合には「受理」を出力し、そうでないと判定する場合には「拒否」を出力するのである。人工物メトリック・システムの基本的な精度を客観的に測る指標として、以下のFAR (またはFMR: False Match Rate), FRR (またはFNMR: False Non-Match Rate) が知られている。
・FAR (False Acceptance Rate: 誤受理率)：異なる人工物に対し、誤って受理と判定する確率
・FRR (False Rejection Rate: 誤拒否率) ：同一の人工物に対し、誤って拒否と判定する確率
上記の２種類の誤り確率（偽を真に判定する誤り確率と、真を偽に判定する誤り確率）は、人工物メトリック・システムだけではない。一般的に、すべての認証システム（バイオメトリック・システム等）、判定システム、検定システム（仮説検定等）で考えることができ、これらシステムの基本的な精度を測る指標である。
【００６１】
また、人工物メトリック・システムに対する強固なセキュリティを測る指標として、以下の指標が知られている（例えば、非特許文献３参照）。
・CAR (Clone Acceptance Rate: クローン受理率) ：偽の人工物であるクローンを誤って受理する確率
一般的にすべてのクローン製造可能性に対して、網羅的にCARを解析することは困難であるが、出来るだけ幅広く解析することが望ましいであろう。
【００６２】
図２において、個別認証システム２００の一実施形態を示す。個別認証システム２００は、個別認証媒体２０２、データ処理機２０６、およびデータ処理機に接続された観測装置２０４を含む。認証において、予め、個別認証媒体２０２の画像の特徴点情報等をデータベース２１４に登録する。個別認証時、観測装置２０４は、２２０で、個別認証媒体２０２の表面画像を取得する。観測装置２０４は、取得した表面画像を接続したデータ処理機２０６に送信する。データ処理機２０６は、観測装置２０４から受信した表面画像から特徴点を計算する特徴点計算手段２１０を備えることができる。また、計算した特徴点と、予めデータベースに登録された個別認証媒体２０２の特徴点情報とを照合し、認証を実施する特徴点照合手段２１２を備えることができる。
【００６３】
ここで、観測装置２０４は、光学カメラ、走査型電子顕微鏡、レーザー顕微鏡、AFM等走査顕微鏡等、任意の装置とすることができる。データ処理機２０６は、サーバ、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）等、任意の機器とすることができる。また、特徴点計算手段２１０は、任意の計算手法とすることができる。
【００６４】
しかしながら、この作業を全ての認証に於いて行う事は測定を伴うので、絶対的認証を行う場合を除いて通常は、画像から得られるデジタル情報を機器に登録しておき、その中の情報を照合するシステムとすることが考えられる。
【００６５】
即ち、本認証システムに於いては、莫大な数のランダム情報が、人工物メトリクスである分相法ポーラスガラスが有する事から、これを自然が与えた乱数表とみなすことができる。そして、照合元からの要求に合わせ、機器側が持つポーラスガラス情報の一部を乱数的に与える事で、通常の認証をきわめて高い安定度で実施することができる。
【００６６】
尚、絶対的認証に於いては、人工物メトリクス自体へのアクセスを用いるほうが好ましい。即ち、本認証システムは、個別認証媒体の表面の画像を、光学カメラ、走査型電子顕微鏡、レーザー顕微鏡、AFM等走査顕微鏡等によって取得し、画像の特徴点情報を用いて個別性を認証する、個別認証システム及び装置から構成される。上記のような各種観測システムにより要求されるセキュリティレベルに応じて選択し、材料に合わせた個別認証システム及び装置を用いることができる。
【実施例１】
【００６７】
特許文献７、８に記載のホウケイ酸タイプの分相法ポーラスガラスにより、細孔径２００ｎｍの板状物を６枚作成する。そして、それぞれを走査型電子顕微鏡（ＳＥＭ）により5,000倍と、10,000倍で観察した画像を元にポーラスガラスの孔の分布のランダムネスを調べるために簡易的な実験を行った。
【００６８】
このポーラスガラスの画像に対し、孔の分布パターンの一致・不一致を判定するのに、特徴量を用いたパターンマッチングによる手法を利用した。その詳細については次節以降で説明する。
【００６９】
（ポーラスガラス作成と画像取得方法）
サンプルとして、典型的なホウケイ酸型ポーラスガラス（平均細孔径200nm）を作成し、その異なる8か所をＳＥＭ（倍率10,000倍）で撮影し、8枚の元画像I, II, …, VIII（以降、これらを親画像とよぶ）を得た。同様に、同じ8か所に対し、倍率を変えてＳＥＭで撮影し（倍率5,000倍）、さらに8枚の元画像i, ii, …, viii（以降、これらを子画像とよぶ）を得た。ここでは、人工物メトリック・システムにおいて、登録フェーズと検証フェーズで画像を取得する際の精度が異なる場合を想定する。画像取得センサーの精度が異なるという劣悪な状況でも検証が有効に働くかを調べるため、倍率を変えた画像を実験対象とした。例えば、親画像が登録データ、子画像が検証データと考えた。
【００７０】
（人工物メトリック・システムにおける検証方法）
親画像と子画像の検証方法として、Sift特徴量を利用したパターンマッチングによる手法を利用した。ここで、Sift (Scale-Invariant Feature Transform) （例えば、非特許文献６参照) は1999年にD. Lowe によって発表された特徴点検出およびその記述方法である。Siftは画像の回転やスケール変化に不変、かつ照明の変化に強いという特徴がある。Siftはオープンソースの画像処理ライブラリであるOpenCV に実装され、画像識別などで広く用いられている特徴量検出手法である。更に、親画像と子画像の検証において、局所特徴量の考え方も利用している。ここで、局所特徴量とは、画像の濃淡の大きい点を検出し、その周辺との微分をベクトルで表現したものである（例えば、非特許文献１１参照）。
【００７１】
任意の親画像と子画像の組み合わせに対して、上記の方法で求めた特徴点の特徴量を総当たりで比較し、最も差dの小さい特徴点のペアを見つけ出し、そのdを距離とする。その後、すべての求めたペアに対して距離dを比較し、dが小さい順にn個とり、それらの平均を両画像間の距離とした。これにより、親画像と子画像間のパターンマッチングを行うが、上記のnの値として、以下の3種類を考察の対象とした。
・1-MNN：最も小さい距離のみで測定する場合（n=1）
・10-MNN：小さい順に10個の距離をとり、それらの平均で測定する場合（n=10）
・100-MNN：小さい順に100個の距離をとり、それらの平均で測定する場合（n=100）
上記の考察対象の距離を利用して、対象の両画像（親画像と子画像）の距離が、ある値（以降、閾値とよぶ）未満であれば、受理と判定し、閾値以上ならば拒否と判定する。
【００７２】
（実験結果）
親画像 I, II, …, VIIIと子画像 i, ii, …, viii に対して、1-MNNによる距離（小数点以下切り捨て）の値を表１に示す。
【００７３】
【表１】
2018052079.tif 000003
【００７４】
表１において、対角成分に位置する値は、ポーラスガラスにおける同一の撮影部を指すため、受理と判定すべき場合の距離値であり、それ以外は拒否と判定すべき場合の距離値である。ここで、対角成分に位置する値はすべて20未満であるのに対して、それ以外の値は100以上である。このため、画像の高い固有性が確認でき、この事はポーラスガラスの孔の分布のランダムネスが大きいことを示している。
【００７５】
図６は、上記1-MNNの場合のFAR及びFRRのグラフである。ここで、図６の横軸は「距離の閾値」を表し、縦軸は「誤り確率」を表している。図６では、親画像8つ、子画像8つ、計64通りの距離を計算し、グラフを描いている。本結果は、実験データ数64に対して、良い精度を示していると考えられる。もしも、親画像と子画像の倍率の差がほとんど同じであれば、今回の実験結果よりも更に高い精度を示すであろう。本稿では、ポーラスガラスを人工物メトリクスに適用する場合の最初の実験として、僅かな実験データ数で、登録データと検証データを取得するセンサーに精度差があり、簡易的な検証方法を想定したシナリオで実験した。それでも実験結果は良好な精度を示していると考えられる。そのため、ポーラスガラスは人工物メトリクスへの応用材料として期待できると考えている。
【００７６】
図７は、上記10-MNNの場合のFAR及びFRRのグラフである。ここで、図７の横軸は「距離の閾値」を表し、縦軸は「誤り確率」を表している。図７では、親画像8つ、子画像8つ、計64通りの距離を計算し、グラフを描いている。
【００７７】
図８は、上記100-MNNの場合のFAR及びFRRのグラフである。ここで、図８の横軸は「距離の閾値」を表し、縦軸は「誤り確率」を表している。図８では、親画像8つ、子画像8つ、計64通りの距離を計算し、グラフを描いている。
【００７８】
本明細書および図面に記述された実施形態は一例であり、添付の特許請求の範囲に対する限定または制限として解釈されるべきではない。
【産業上の利用可能性】
【００７９】
本発明は、モバイルデバイスの爆発的普及やIoT社会に於いて、ネットワーク環境及び各種商取引、契約等信用行為を行うに当たり必要とされる、個別認証に関わるものである。特に、現時点に於いて確実な個別識別性を持たない、経済行為等社会行為に用いられる各種コンピュータを始め、携帯電話、自動車等の機器類やカード類（人工物）に、自己組織的に作成されたスピノーダル分相構造を持つ人工物メトリクスを利用することができる。これにより、究極的な個別認証システムを与える事が可能となる。また、個人の特定となるバイオメトリクスと連携する事により偽造や改竄を困難にする。さらに個別識別を行なうネットワークシステムに不正行為があるものを判別し易くし、より精度良く認証ができ、低コストで安全なネットワーク環境を提供できる。
【図１】
2018052079.tif 000004
【図２】
2018052079.tif 000005
【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
2018052079.tif 000009
【図７】
2018052079.tif 000010
【図８】
2018052079.tif 000011