(57)【要約】  本発明は、ランダムバイナリ又はナンバーシーケンスの生成に関する。  本発明によれば、シーケンスは、指紋センサ（１０）及びアナログ／ディジタル変換器（１４）から作製される。ランダムバイナリシーケンスは、（低位ビットをランダムに切り換えるためのセンサからの信号の雑音レベルに十分に優れた解像度を有する）変換器からの低位ビットから作製される。前記センサは、好ましくは焦電検出素子のマトリクスを有する。ビットの順序は、再編成回路によってスクランブルされ、作製されたシーケンス内の０及び１ビットの分散のバランスをとるための手段（１８）が設けられる。【選択図】      図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
物理的に生じたランダムシーケンスを生成するための主な要素として、個々の検出素子のマトリクスを有する指紋センサ（１０）を含むランダムバイナリシーケンスジェネレータであって、該センサが、前記個々の検出素子によって検出された電圧レベルをディジタル形式に変換するためのアナログ／ディジタル変換器（１４）を含み、該変換の低位ビットが、擬似ランダムシーケンスのビットを形成するのに使用されるランダムシーケンスジェネレータ。
【請求項２】
前記個々の検出素子が焦電セルであることを特徴とする請求項１に記載のランダムシーケンスジェネレータ。
【請求項３】
前記センサが走査センサであり、該マトリクスが、指が前記センサの表面上でスワイプされる場合に指紋を検出するのに使用される、多数の検出素子の数行からなることを特徴とする請求項１及び２のいずれか一項に記載のランダムシーケンスジェネレータ。
【請求項４】
前記シーケンスのランダムな性質を強化するために、前記ビットの順序をスクランブルする手段を含むことを特徴とする請求項１〜３のいずれか一項に記載のジェネレータ。
【請求項５】
０及び１ビットのより良い分散を有するシーケンスを形成するために、００対及び１１対を消去するため、及び０１対を第１のビットに及び１０対を逆ビットに変換するため、低位ビットの連続する対をサンプリングする手段を含むことを特徴とする請求項４に記載のジェネレータ。
【請求項６】
前記変換で２つの連続する一連の０１及び１０対の間が逆になり、第１の変換で前記０１対を０ビットにマッピングし、逆変換で前記０１対を１にマッピングすることを特徴とする請求項５に記載のジェネレータ。
【請求項７】
ビットのそれぞれの新しい１対において、前記変換が逆になることを特徴とする請求項６に記載のジェネレータ。
【請求項８】
前記指紋の画像を確認する手段を含み、該手段が、特に、様々な前記個々の検出素子からの信号値の平均値及び／又は標準偏差を確認する手段を含むことを特徴とする請求項１〜７のいずれか一項に記載のジェネレータ。
【請求項９】
請求項１〜８のいずれか一項に記載のジェネレータを使用し、かつ指紋センサによって検出された指紋を暗号化する手段を含むシステムであって、これらの手段が前記ランダムシーケンスジェネレータを使用するシステム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、多くの暗号化ソフトウェアパッケージができる限りランダムなキーの生成を必要とする暗号化アプリケーションに主に使用される、ランダムナンバー又はバイナリシーケンスの生成に関する。
【背景技術】
【０００２】
純粋にアルゴリズムのランダムナンバージェネレータは、実際には、擬似ランダムナンバージェネレータであり、これらのナンバーは、外見はすべてランダムであるが完全にはランダムでないシーケンスのほぼランダムな性質を測定するのに使用される試験に示されているように、十分にランダムであるとは言えない。
【０００３】
バイナリシーケンスをよりランダムにするために、人間オペレータの関与が既に提案されており、ここでは、電子的に記録されたランダムな動きを実施するのにオペレータが必要であり、暗号化ソフトウェアパッケージのためのランダムナンバーを作る例として、コンピュータの前に座っているユーザに、マウスを用いて手動で任意に動かしてみるよう頼み、これらの動きを記録し、ランダムシーケンスを定義するのに使用する。しかし、これでもまだシーケンスが十分にランダムでないことが経験より分かっている。
【０００４】
熱雑音などのランダムな事象の物理ソースに基づくジェネレータもある。この物理ソースは、ランダムシーケンスに変換するフォーマット回路に適用される。これらのジェネレータは、残念ながら、統計的に見て余り良いものではない。何故なら、外部条件に関連した相関関係がしばしば現れるからであり、たとえば、設備に電力を供給するのに使用される電気回路網の５０ヘルツ又は６０ヘルツの周波数が、電子回路内に残留物という形で表れ、恐らくランダムなシーケンス内に明らかにランダムでない成分を生成する。
【０００５】
擬似ランダムジェネレータとランダムな物理ソースとを組み合わせ、物理ソースが、シーケンスのビットを生成するプロセスを引き継ぐ擬似ランダムジェネレータを開始するための瞬間「シード」を生成することを考えることもできる。しかし、物理ソースと擬似ランダムジェネレータとの間のこのような組合せを得るためには、比較的複雑なシステムを使用する必要がある。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明の目的は、本来強力にランダムな性質を示し、かつ殆どの統計試験の観点から見て、生成されたビットのシーケンスは既に満足できるものであるので、擬似ランダムジェネレータを必要としない又は殆ど必要としない、物理ソースに基づく新しい種類のランダムジェネレータを提案することである。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明は、物理的に生じるランダムシーケンスを生成するための主な要素として、個々の検出素子のマトリクスを有する指紋センサを含むランダムシーケンスジェネレータを提案しており、このセンサは、個々の検出素子によって検出された電圧レベルをディジタル形式に変換するためのアナログ／ディジタル変換器を含み、この変換の低位ビットを使用して、擬似ランダムシーケンスのビットを形成する。
【０００８】
センサは、走査センサであることが好ましく、このマトリクスは、指がセンサの表面上でスワイプされる場合に指紋を検出するのに使用される、多数の検出素子の数行からなる。このようなセンサが、仏国特許出願公開第２７４９９５５号明細書に開示されている。
【０００９】
センサは、この中の個々の検出素子が焦電セルであるセンサであることが好ましい。
【００１０】
指紋センサをランダムジェネレータとして使用することは、対象アプリケーション（特に暗号化アプリケーション）が安全な環境において動作するものであることから特に示唆され、セキュリティのために指紋センサが特に推奨される。したがって、異なる種類のセキュリティ（特に暗号化によるセキュリティ）のための１つのセンサを使用して、指紋照合に基づくセキュリティ機能及びランダム信号生成機能が組み合わせられることが好ましい。さらに良いことに、本発明により、（復号、照合、及び認証システムへ送信する前に）指紋自体を暗号化することができ、指紋読取りそのものを使用して、指紋を暗号化するのに使用されるランダムシーケンスが作られる。
【００１１】
アナログ／ディジタル変換器からの低位ビットの順序をスクランブルして、隣接した検出素子（又は画素）の間の又は隣接した行の間の相関関係を制限することが好ましい。
【００１２】
添付図面を参照しながら、以下の詳細な記述を読むことにより、本発明の他の特徴及び利点がより明らかとなろう。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
個々の焦電検出素子が、セラミック、又はＰＶＤＦ（ポリフッ化ビニリデン）などのプラスチック、又はセラミック焦電（又は圧電、結局同じことであるが）層によって形成され、信号を増幅する読取回路に接続された個々のコンデンサを形成する。次いで、信号は、変換器によってディジタル形式に変換される。１行に並んだ様々な検出素子又は画素からの信号が順次に読取られ、様々な行からの信号も順次に読取られる。
【００１４】
指がセンサに触れていない時には、外部温度と検出素子を載せている集積回路チップの消費電力とを考慮に入れると、それぞれの画素は、その環境とほぼ熱平衡にある。
【００１５】
しかし、焦電層は、外部からの妨害に極端に影響されやすく、空気の吸い込み、雑音、振動が、電荷レベル、したがって読取られ変換された信号のレベルを容易に変え得る。電子雑音がこれに加わる。これらの妨害は、指の存在により主信号がない場合に存在するが、存在する場合には主信号に追加される。
【００１６】
ランダムな雑音源は、主信号が存在する場合も又は存在しない場合も、アナログ／ディジタル変換器の最下位ビットによって形成される。さらに、ここは指紋を読取ることが目的であるので、多くある様々な画素が使用され、これらの画素からの信号の間には明らかな相関関係がなく、これらが並列していない場合には、なおさらである。
【００１７】
図は、本発明によるシステムを表している。指紋センサ１０が断面図に見られるが、これは、この上に指が置かれ得る又はスワイプされ得る区域１０内に焦電コンデンサのマトリクスを含むシリコンチップである。チップは、マトリクスをアドレス付けする、マトリクスからの信号を読取る、アナログ／ディジタル変換を増幅する及び実現する、独自の手段を備える。この手段は、より見やすくするために、チップの外に表されている。
【００１８】
マトリクスは、たとえば、それぞれ８行の２８０画素を含み、１ミリ秒で周期的に読取られる。読取られた信号は、変換器によって増幅されディジタル形式に変換される。指紋画像を撮るには４ビットの解像度を有する変換器で十分であるが、最下位ビットのランダムな性質を高めるために、より高い解像度の変換器を設けることもできる。
【００１９】
通常、システム設計においては、最下位ビットのレベルをランダムに切り換えるために、読取られた信号の増幅レベルが、最下位ビットのレベルより大きい自然雑音（熱、電子など）に十分であることを確実にするよう、あらゆる努力がなされる。
【００２０】
ビットのランダムシーケンスを形成するのに使用されるのは、アナログ／ディジタル変換器１４の出力部のこの最下位ビットである。
【００２１】
しかし、シーケンスは、変換器１４の出力部で直接サンプリングされないことが好ましい。むしろ、これは、画素再編成回路１６の出力部でとられることが好ましい。再編成回路１６は、指紋センサチップに置かれることも好ましい。
【００２２】
再編成回路１６は、指紋検出マトリクスのアドレス付けの順序で、つまり、行毎に、１つの行内に、マトリクスの列の順序で現れる、変換器１４からの低位ビットをとる。再編成回路１６は、変換器から受信されたビットの順序をスクランブルするので、マトリクス内の隣接した画素からのビットは、ランダムシーケンスの順序では隣接しない。このことにより、シーケンス内の相関関係が回避される。
【００２３】
いずれにせよ、再編成回路の機能は、知られている相関関係、隣接した画素の間の相関関係、又は他の相関関係の大部分を消去することである。たとえば、再編成回路は、マトリクスのいくつかの行からの全く同一の列のビットを連続して通過させるべきでない。実際には、異なる瞬間に同じ画像を見る必要があるので、理論上異なる行の間に相関関係がある。
【００２４】
さらに、再編成回路の後に、ビットの平均分散を調整するための回路又はソフトウェア手段１８が続く。つまり、平均的な期間に渡って、シーケンスは、１ビットと同数の０ビットを含むべきである。これは、比較的簡単なアルゴリズムによって行われる。（画素の順序のスクランブルから生じる）第１の再編成からのビットは、２つずつ読取られる。ビットが両方とも０又は両方とも１である場合には、単に無視される。第１のものが０で第２のものが１である場合には、１ビットが生成され、反対の場合には、０ビットが生成される（又は、当然ながら逆もある）。
【００２５】
このことにより、少なくとも第１の近似として、１ビットと同数の０ビットを得ることができる。何故なら、ランダムなソースが不適切に分散されており、（たとえば）１ビットより多くの０ビットを作製した場合、統計的に見て、組合せ００が現れる頻度はより多く、組合せ１１が現れる頻度はより少ないはずである。これらの２つの組合せが消去されるので、他の２つのみが残り、これらが異常な形で分散されるはずがない。
【００２６】
しかし、分散がまだ異常である場合には、上記の変換を周期的に交代させることに加えて、したがって受信された一連の対、０１又は１０については、変換で０１を１ビットに及び１０を０ビットに変えるが、その後の一連の対については、変換で０１を０ビットに及び１０を１ビットに変えるなどとすることが好ましい。変換は、それぞれの対においても交代され得る。つまり、作製されたランダムシーケンスのそれぞれのビットを逆にする。
【００２７】
相関関係を回避するための、１対の連続するビットを作製するための画素の選択は、再編成回路によって行われ、このため、それぞれの対について、遠く隔てられた１対の画素を使用することが提案されることが好ましい。たとえば、マトリクスの行の左端の画素が行の中間の画素と同時にとられ、次いで、左から開始して第２の画素と中間から開始して第２の画素との新しい対をとるために左に１ステップだけ移動するなどとする。
【００２８】
他の可能性が実現され得る。即ち、識別された相関関係を回避する原理が可能である。
【００２９】
ランダムシーケンスを素早く作製する必要がない場合、それぞれの画像ラインの走査において使用される１群の画素を変更することにより、それらの確かなもののみを使用して、行内のすべての画素を使用することを回避し得る。これにより、（同じ長さのランダムシーケンスに対してより多くのラインを必要とするので、速度が犠牲となるが）ランダムな性質が増加する。
【００３０】
外的な意味のない効果に対してランダムシーケンスジェネレータを保護するために、正しい動作かどうかを検査するのに使用される回路又は周期的自己試験ソフトウェアの形態の、制御回路又はソフトウェア２０が追加されることが好ましい。自己試験は、指紋画素からの信号値の分散を周期的に確認することに依存する。このことは、ゼロでないか又は恐らくセンサの飽和を生じるほど高くない画像全体の信号の平均値を計算することによって行われ得る。また、様々な画素からの信号値の間で、標準偏差の計算が行われ、この標準偏差は、それ程低くない（画素がすべて同じ信号レベルを提供するはずがない）又はそれ程高くない（何らかの異常がセンサに働いていることを示している）値を有するべきである。値のヒストグラムを監視することもできる（ヒストグラム内に隙間又は切れ目がないかどうかなどを検査する）。
【００３１】
最後に、画素の値が時間が経つにつれて変化すること、つまり、センサによって読取られるのは常に同じ画像パターンとは限らないことを検査することができる。
【００３２】
これにより、画像内に「死んだ」画素がないかどうか検査し、もしあった場合には、これらをランダムシーケンス作製プロセスから確実に消去することができる。
【００３３】
本発明による好ましい指紋センサは焦電セルセンサであるが、容量又は光学センサを考えることもできる。極端な場合には、擬似ランダムシーケンスを作製するために、マトリクスのすべてではなく、１つのみの検出セルを使用することもできるが、この実施形態は全く興味深いものではない。
【００３４】
上記に開示したランダムシーケンスジェネレータは、暗号化手段を使用するシステムにおいて特に有用である。特に、指紋センサによって検出された指紋を暗号化する手段において特にそうである。次いで、指紋読取りを使用して、この指紋の送信を暗号化するのに使用される擬似ランダムシーケンスが作られる。
【図面の簡単な説明】
【００３５】
【図１】本発明によるランダムシーケンスジェネレータを表している。
【図１】
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【国際調査報告】
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