(57)【要約】【課題】生体認証による遠隔サーバーでのユーザー認証を安全に行うことができる生体認証基盤を提供する。【解決手段】認証装置３００は、生体情報から抽出された複数の特徴点に関する情報のそれぞれを２次元ベクトルで表現した第１ベクトル群を機密化した登録機密ベクトル群を保持するベクトル保持部を含む。端末装置１００は、機密パラメータを保持する機密パラメータ保持部と、生体情報を取得し、取得した生体情報から複数の特徴点に関する情報のそれぞれを２次元ベクトルで表現した第２ベクトル群を抽出する生体情報取得部と、第２ベクトル群を機密化する機密ベクトル生成部と、機密化された第２ベクトル群を入力機密ベクトル群として認証装置に送信する送信部とを含む。認証装置３００は、入力機密ベクトル群を受信する受信部と、入力機密ベクトル群と登録機密ベクトル群とを機密化を保持しつつ照合する照合部とをさらに有する。【選択図】図７
2015064818.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
認証装置と、
前記認証装置とネットワークを介して接続された端末装置と、を備え、
前記認証装置は、生体情報から抽出された複数の特徴点に関する情報のそれぞれを２次元ベクトルで表現した第１ベクトル群を機密化した登録機密ベクトル群を保持するベクトル保持部を含み、
前記登録機密ベクトル群は、
【数１】
2015064818.tif 000098
で表現され、
前記端末装置は、
前記機密パラメータを保持する機密パラメータ保持部と、
生体情報を取得し、取得した生体情報から複数の特徴点に関する情報のそれぞれを２次元ベクトルで表現した第２ベクトル群を抽出する生体情報取得部と、
第２ベクトル群を機密化する機密ベクトル生成部と、
機密化された第２ベクトル群を入力機密ベクトル群として前記認証装置に送信する送信部と、を含み、
前記入力機密ベクトル群は、
【数２】
2015064818.tif 000099
で表現され、
前記認証装置は、
前記入力機密ベクトル群を受信する受信部と、
前記入力機密ベクトル群と前記登録機密ベクトル群とを機密化を保持しつつ照合する機密照合部と、をさらに有することを特徴とする認証システム。
【請求項２】
前記生体情報取得部は指紋情報であり、
前記第１ベクトル群は、
【数３】
2015064818.tif 000100
で表現され、
前記第１変動方向ベクトルは、
【数４】
2015064818.tif 000101
で表現され、
前記第２ベクトル群は、
【数５】
2015064818.tif 000102
前記第２変動方向ベクトルは、
【数６】
2015064818.tif 000103
で表現されることを特徴とする請求項１に記載の認証システム
【請求項３】
前記機密照合部は、前記登録機密ベクトル群と生体情報全体の回転を補正した前記入力機密ベクトル群の差分ベクトル群を用いて前記登録機密ベクトル群と前記入力機密ベクトル群とを機密照合することを特徴とする請求項１または２に記載の認証システム。
【請求項４】
認証装置と、
前記認証装置とネットワークを介して接続された端末装置と、を備え、
前記認証装置は、生体情報から抽出された複数の特徴点に関する情報のそれぞれを２次元ベクトルで表現した第１ベクトル群を保持するベクトル保持部を含み、
前記第１ベクトル群は、
【数７】
2015064818.tif 000104
で表現され、
前記端末装置は、
生体情報を取得し、取得した生体情報から複数の特徴点に関する情報のそれぞれを２次元ベクトルで表現した第２ベクトル群を抽出する生体情報取得部と、
第２ベクトル群を機密化する機密ベクトル生成部と、
機密化された第２ベクトル群を前記認証装置に送信する送信部と、を含み、
機密化された第２ベクトル群は、
【数８】
2015064818.tif 000105
で表現され、
前記認証装置は、
機密化された第２ベクトル群を受信する受信部と、
前記第１ベクトル群と機密化された第２ベクトル群とを照合する非機密照合部と、をさらに有することを特徴とする認証システム。
【請求項５】
前記非機密照合部は、前記第１ベクトル群と生体情報全体の回転を補正した機密化された第２ベクトル群との差分ベクトル群を用いて前記第１ベクトル群と機密化された第２ベクトル群とを照合することを特徴とする請求項４に記載の認証システム。
【請求項６】
認証装置と、
前記認証装置とネットワークを介して接続された端末装置と、を備え、
前記認証装置は、生体情報から抽出された複数の特徴点に関する情報のそれぞれを２次元ベクトルで表現した第１ベクトル群を保持するベクトル保持部を含み、
前記第１ベクトル群は、
【数９】
2015064818.tif 000106
で表現され、
前記端末装置は、
生体情報を取得し、取得した生体情報から複数の特徴点に関する情報のそれぞれを２次元ベクトルで表現した第２ベクトル群を抽出する生体情報取得部と、
第２ベクトル群を機密化する機密ベクトル生成部と、
機密化された第２ベクトル群を前記認証装置に送信する送信部と、を含み、
機密化された第２ベクトル群は、
【数１０】
2015064818.tif 000107
で表現され、
前記認証装置は、
機密化された第２ベクトル群を受信する受信部と、
前記第１ベクトル群と機密化された第２ベクトル群とを照合する照合部と、をさらに有することを特徴とする認証システム。
【請求項７】
認証装置と、
前記認証装置とネットワークを介して接続された端末装置と、を備え、
前記認証装置は、
生体情報から抽出された複数の特徴点に関する第１情報のそれぞれを２次元ベクトルで表現した第１ベクトル群を保持する第１ベクトル保持部と、
前記複数の特徴点に関する第２情報のそれぞれを２次元ベクトルで表現した第２ベクトル群を機密化した登録機密ベクトル群を保持する第２ベクトル保持部と、
乱数を発生させる乱数発生部と、
乱数を前記端末装置に送信する送信部と、を含み、
前記第１ベクトル群は、
【数１１】
2015064818.tif 000108
で表現され、
登録機密ベクトル群は、
【数１２】
2015064818.tif 000109
で表現され、
前記端末装置は、
前記第１機密パラメータを保持する機密パラメータ保持部と、
前記認証装置から乱数を受信する受信部と、
乱数を用いて第２機密パラメータを生成する第２機密パラメータ生成部と、
生体情報を取得し、取得した生体情報から複数の特徴点に関する第３情報のそれぞれを２次元ベクトルで表現した第３ベクトル群と、当該複数の特徴点に関する第４情報のそれぞれを２次元ベクトルで表現した第４ベクトル群とを抽出する生体情報取得部と、
乱数を発生する乱数発生器と、
発生された乱数を利用して第３ベクトル群および第４ベクトル群を機密化する機密ベクトル生成部と、
機密化された第３ベクトル群および第４ベクトル群を前記認証装置に送信する送信部と、を含み、
機密化された第３ベクトル群は、
【数１３】
2015064818.tif 000110
で表現され、
機密化された第４ベクトル群は、
【数１４】
2015064818.tif 000111
で表現され、
前記認証装置は、
機密化された第３ベクトル群および機密化された第４ベクトル群を受信する受信部と、
前記第２ベクトル群と機密化された第４ベクトル群とを照合する機密照合部と、をさらに有し、
前記機密照合部は、前記第１ベクトル群と第３ベクトル群とを用いて前記第２機密パラメータを復元し、復元された第２機密パラメータが、前記乱数を用いて生成されたパラメータである場合、前記第２ベクトル群と機密化された第４ベクトル群とを照合することを特徴とする認証システム。
【請求項８】
認証装置と、
前記認証装置とネットワークを介して接続された端末装置と、を備え、
前記認証装置は、
生体情報から抽出された複数の特徴点に関する第１情報のそれぞれを２次元ベクトルで表現した第１ベクトル群を保持する第１ベクトル保持部と、
乱数を発生させる第１乱数発生部と、
第１乱数発生部により発生した乱数を用いて前記複数の特徴点に関する第２情報のそれぞれを２次元ベクトルで表現した第２ベクトル群を機密化した登録機密ベクトル群を保持する第２ベクトル保持部と、
前記第１ベクトル群は、
【数１５】
2015064818.tif 000112
で表現され、
登録機密ベクトル群は、
【数１６】
2015064818.tif 000113
で表現され、
前記端末装置は、
前記第１機密パラメータを保持する機密パラメータ保持部と、
乱数を発生させる第１乱数発生部と、
第１乱数発生部により発生した乱数を用いて第２機密パラメータを生成する第２機密パラメータ生成部と、
生体情報を取得し、取得した生体情報から複数の特徴点に関する第３情報のそれぞれを２次元ベクトルで表現した第３ベクトル群と、当該複数の特徴点に関する第４情報のそれぞれを２次元ベクトルで表現した第４ベクトル群とを抽出する生体情報取得部と、
第３ベクトル群および第４ベクトル群を機密化する機密ベクトル生成部と、
機密化された第３ベクトル群および第４ベクトル群を前記認証装置に送信する送信部と、を含み、
機密化された第３ベクトル群は、
【数１７】
2015064818.tif 000114
で表現され、
機密化された第４ベクトル群は、
【数１８】
2015064818.tif 000115
で表現され、
前記認証装置は、
機密化された第３ベクトル群および機密化された第４ベクトル群を受信する受信部と、
前記第２ベクトル群と機密化された第４ベクトル群とを照合する照合部と、
乱数を発生させる第２乱数発生部であって、前記第１乱数発生部と同期するよう構成された第２乱数発生部と、
第２乱数発生部により発生した乱数を用いて第３機密パラメータ生成する第３機密パラメータ生成部と、をさらに有し、
前記照合部は、前記第１ベクトル群と第３ベクトル群とを用いて前記第２機密パラメータを復元し、復元された第２機密パラメータが第３パラメータと同一である場合、前記第２ベクトル群と機密化された第４ベクトル群とを照合することを特徴とする認証システム。
【請求項９】
前記認証装置とネットワークを介して接続されたサービス提供装置を備え、
前記認証装置は、前記サービス提供装置からユーザの認証要求を受け付けたとき、当該ユーザが正規ユーザであるか否か認証し、
前記サービス提供装置は、ユーザから所定のサービスに対するアクセス要求を受け付けたとき、当該ユーザが正規ユーザであるか否かの認証を前記認証装置に要求し、前記認証装置による認証結果に応じた処理を行うことを特徴とする請求項１から８のいずれかに記載の認証システム。
【請求項１０】
前記認証装置は、当該認証装置とは別の認証装置に認証を委託する認証委託部を備え、
前記認証委託部は、認証の信頼度が当該認証装置と同一またはそれ以上の別の認証装置に認証を委託することを特徴とする請求項１から９のいずれかに記載の認証システム。
【請求項１１】
前記認証装置は、当該認証装置とは別の認証装置に認証を委託する認証委託部を備え、
前記認証委託部は、セキュリティレベルが当該装置と同一またはそれ以上の別の認証装置に認証を委託することを特徴とする請求項１から１０のいずれかに記載の認証システム。
【請求項１２】
前記端末装置は半導体素子を有し、
前記生体情報取得部および前記機密ベクトル生成部は、半導体素子によって実現されることを特徴とする請求項１から１１のいずれかに記載の認証システム。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、鍵やカードに代わる施錠装置、切符や定期券に代わる検札、クレジットカードや暗証番号及び印鑑に代わるキャッシュレス信用取引や銀行取引、電話の声で本人を確認していた株式売買等の資産管理運用にも代わる電子商取引、医療カルテ又は社会福祉又はサービス業又は行政その他の履歴データ例えば戸籍謄本の検索、パスポート写真及び顔を目視することによる識別に頼っていた入国管理業務にまで応用できる本人確認手段としての生体認証技術に関する。
【背景技術】
【０００２】
本人確認の方法として、パスワード認証は広く採用されている認証方法である。被認証者は本人しか知り得ない情報として任意のパスワードを設定し、これを記憶する。しかし、認証機会が増加しつつある昨今では、被認証者が認証機会に応じて複数のパスワードを使い分けることは困難となりつつある。
【０００３】
近年になって注目されている本人確認の方法として、指紋、掌紋、顔、虹彩、声紋などの生体情報による生体認証がある（例えば特許文献１）。生体認証によれば、被認証者の生体情報そのものがパスワードの役割を果たすため、被認証者に「記憶に伴う負荷」がかからないという利点がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００５−０３８０２０
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
生体認証を導入するには、所定サービスを提供するサービス提供装置がカバーする範囲内で本人が出頭して指紋登録することが要求される。また、指紋自身が貴重な個人情報であり、それが漏えいした場合には大きな問題となる。そのため、登録指紋の保管に多大な費用をかけてセキュリティを強化することが行われている。
【０００６】
これらの理由から生体認証はクローズトシステムとして利用することが主流であり、しかも、生体情報をネットワーク上で認証装置に転送する代わりに、公開鍵基盤（ＰＫＩ）が代行されるなど、真に認証装置での生体認証の本人確認を積極的に利用し、しかも、他社の指紋照合装置を利用したオープン化の大きな障害になっている。実際、遠隔地で指紋登録する物理的な場所が確保できない状況では、モバイルクラウドの恩恵を受けることができない。
【０００７】
そのため、スマートフォン端末を利用した生体認証基盤のニーズが高まっている今日においても、小規模な範囲の利用に限定されている。多くの企業を巻き込んだオープン化による大規模な生体認証基盤の連携が望まれるが、そのためには標準化された生体情報を直接用いた認証装置で登録生体情報との照合が不可欠である。
【０００８】
本発明はこうした状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、生体認証基盤のオープン化のための最大の障害を取り除くため、生体認証による遠隔サーバーでのユーザー認証を安全に行うことができる生体認証基盤を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記課題を解決するために、本発明のある態様の認証システムは、認証装置と、認証装置とネットワークを介して接続された端末装置と、を備える。認証装置は、生体情報から抽出された複数の特徴点に関する情報のそれぞれを２次元ベクトルで表現した第１ベクトル群を機密化した登録機密ベクトル群を保持するベクトル保持部を含む。登録機密ベクトル群は、乱数から生成された第１変動乱数パラメータと機密パラメータから生成される変動方向ベクトルを用いて、
【数１】
2015064818.tif 000003
で表現され、端末装置は、機密パラメータを保持する機密パラメータ保持部と、生体情報を取得し、取得した生体情報から複数の特徴点に関する情報のそれぞれを２次元ベクトルで表現した第２ベクトル群を抽出する生体情報取得部と、第２ベクトル群を機密化する機密ベクトル生成部と、機密化された第２ベクトル群を入力機密ベクトル群として認証装置に送信する送信部と、を含む。入力機密ベクトル群は、乱数から生成された第２変動乱数パラメータと共通の前記機密パラメータから生成される変動方向ベクトルを用いて、
【数２】
2015064818.tif 000004
で表現され、認証装置は、入力機密ベクトル群を受信する受信部と、入力機密ベクトル群と登録機密ベクトル群とを機密化を保持しつつ照合する機密照合部と、をさらに有する。
【００１０】
なお、以上の構成要素の任意の組合せ、本発明の表現を装置、方法、システム、プログラム、プログラムを格納した記録媒体などの間で変換したものもまた、本発明の態様として有効である。
【発明の効果】
【００１１】
本発明によれば、生体認証による遠隔サーバーでのユーザー認証を安全に行うことができる生体認証基盤を提供することができる。
【図面の簡単な説明】
【００１２】
【図１】一般的な指紋認証の仕組みを説明するためのフロー図である。
【図２】一般的な指紋認証の仕組みを説明するためのフロー図である。
【図３】図３（ａ）、（ｂ）は、指紋画像の一部を拡大して示す図である。
【図４】特徴点について説明するための図である。
【図５】第１の実施の形態に係る認証システムの構成を示す。
【図６】第１の実施の形態に係る認証システムの処理を示すシーケンス図である。
【図７】第１の実施の形態に係る認証システムの処理を示すシーケンス図である。
【図８】特徴情報の機密化について説明するための図である。
【図９】端末装置の機能構成を示すブロック図である。
【図１０】サービス提供装置の機能構成を示すブロック図である。
【図１１】認証装置の機能構成を示すブロック図である。
【図１２】登録装置の機能構成を示すブロック図である。
【図１３】登録指紋画像の特異点の位置ベクトルの位置座標を示す図である。
【図１４】登録機密位置ベクトルの位置座標を示す図である。
【図１５】入力指紋画像の特異点の位置ベクトルの位置座標を示す図である。
【図１６】入力機密位置ベクトルの位置座標を示す図である。
【図１７】差分ベクトルを示す図である。
【図１８】第２の実施の形態に係る認証システムの処理を示すシーケンス図である。
【図１９】第２の実施の形態に係る認証システムの処理を示すシーケンス図である。
【図２０】特異点隆線角ベクトルの機密化について説明するための図である。
【図２１】差分ベクトルを示す図である。
【図２２】第３の実施の形態に係る認証システムの処理を示すシーケンス図である。
【図２３】第３の実施の形態に係る認証システムの処理を示すシーケンス図である。
【図２４】第４の実施の形態に係る認証システムの処理を示すシーケンス図である。
【発明を実施するための形態】
【００１３】
以下、本発明を好適な実施の形態をもとに図面を参照しながら説明する。各図面に示される同一または同等の構成要素、部材、処理には、同一の符号を付するものとし、適宜重複した説明は省略する。また、実施の形態は、発明を限定するものではなく例示であって、実施の形態に記述されるすべての特徴やその組み合わせは、必ずしも発明の本質的なものであるとは限らない。
【００１４】
本実施の形態の認証システムについて説明する前に、一般的な指紋認証の仕組みについて説明する。図１は、図２は、一般的な指紋認証の仕組みを説明するためのフロー図である。指紋認証における処理は登録フェーズと照合フェーズとに大別される。図１は前者を示し、図２は後者を示す。
【００１５】
指紋認証では、事前に認証のための指紋の登録が必要となる。指紋認証を利用する場合は必ず本人が指定された登録場所に出頭して、免許証、保険証などの本人確認手段を用いて指紋やユーザーＩＤなどを登録する。
【００１６】
図１に示すように、登録フェーズでは、まず指紋を指紋センサーに読み取らせ、指紋画像を取得する（Ｓ１０）。指紋センサーが読み取った指紋画像には、所定の前処理が施される（Ｓ１１）。例えば、指紋画像は、Ａ／Ｄ変換回路でデジタル情報に変換され、フィルタ回路でノイズを減らされ、二値化回路で二値化され、細線化回路で細線化される。前処理を施された指紋画像から、分岐点や端点などの特徴点に関する情報である特徴情報を抽出する（Ｓ１２）。特徴点については後述する。抽出された特徴情報は、テンプレートとして、システム内に記憶される（Ｓ１３）。
【００１７】
図２に示すように、照合フェーズでは、まず指紋を指紋センサーに読み取らせ、指紋画像を取得する（Ｓ２０）。指紋センサーが読み取った指紋画像には、所定の前処理が施される（Ｓ２１）。前処理を施された指紋画像から、特徴情報を抽出する（Ｓ２２）。Ｓ２０〜Ｓ２２は、Ｓ１０〜Ｓ１２に対応する。続いて、照合のために入力された指紋の特徴情報と、予め登録された指紋の特徴情報とを照合する（Ｓ２３）。
【００１８】
次に特徴点について説明する。図３（ａ）、（ｂ）は、指紋画像の一部を拡大して示す図である。指紋画像では、比較的白い谷と隆線と呼ばれる黒い線とが縞状になっている。この隆線は連続した曲線であるが、図３（ａ）に示すような途切れる端点や、図３（ｂ）に示すような分岐点も存在する。これらの点は特異点またはマニューシャと呼ばれる。この特異点の位置、それに接続している隆線の方向や、隆線の形状が指紋の特徴点として利用されている。この特異点は、個人個人で異なり、各個人の特異点は生涯変わらないため、国際的に特異点が特徴点の標準に指定されている。
【００１９】
図４は、１つの特異点１０００とそれに接続している隆線１００１とを示している。特異点が分岐点の場合は、分岐する前の特異点に接続する隆線を示している。特異点の位置は、ある点を原点に選び、そこからの２次元ベクトル
【数３】
2015064818.tif 000005
または位置座標で表される。特異点がＭ個存在する場合にすべての特異点の位置ベクトル（以下、「特異点位置ベクトル」と呼ぶ）を特徴点として選択すると
【数４】
2015064818.tif 000006
で表される。
【００２０】
ここで、指紋センサーにより指紋データを取得するときの指と指紋センサーとの関係で、指紋画像に回転や平行移動が生じる場合がある。この場合、特異点も同様な影響を受ける。照合フェーズの入力指紋画像が、登録指紋画像を回転角θの回転とベクトル
【数５】
2015064818.tif 000007
の平行移動した画像であるとすると、入力指紋の各特異点の位置ベクトル
【数６】
2015064818.tif 000008
は、回転角θの回転行列
【数７】
2015064818.tif 000009
と登録指紋の対応する特異点の位置ベクトル
【数８】
2015064818.tif 000010
を用いて、
【数９】
2015064818.tif 000011
で表される。
【００２１】
次に、センサーに応じてシステムが決定する一定の間隔で並ぶ隆線上の複数（ここでは４つ）の点（１００２）（１００３）（１００４）（１００５）を選ぶ。これらの点を結ぶ線分の中で隣接線分が作る角度ｍθ０、ｍθ１、ｍθ２、ｍθ３（以下、これらを「特異点隆線角」と呼ぶ）は、特異点に接続する隆線の特徴（隆線の方向や、隆線の形状）を表す。この特異点隆線角は、４次元ベクトル形式で、
【数１０】
2015064818.tif 000012
のように表される。
【００２２】
特異点隆線角は、指紋画像全体の回転に関して、絶対的な特異点での隆線方向を表す第１要素ｍθ０（以下、「特異点方向角」と呼ぶ）については直接回転が影響するが、第２要素以下ｍθ１、ｍθ２、ｍθ３（以下、「隆線形状角」と呼ぶ）は隣接線分との間の相対的な角度であるため回転は影響しない。また、どちらも指紋画像全体の平行移動に対しては影響されない。後述の実施の形態においては、隆線の形状のための隆線上のサンプル点は１点とし、隆線角ベクトルの要素としては、第１要素の特異点方向角と第２要素の隆線形状角の２つからなる２次元ベクトル
【数１１】
2015064818.tif 000013
として説明する。
【００２３】
上述した指紋認証技術を利用したネットワーク上の生体認証基盤は、指紋認証と公開鍵基盤を組み合わせたものが主流で、指紋生体情報をネットワーク上で転送することを避けるために、生体情報のネットワークサーバーでの認証は十分の注意がされており、オープン化を考慮していない。そのため、スマートフォン端末を利用した生体認証基盤のニーズが高まっている今日においても、小規模な利用に限定されている。多くの企業を巻き込んだオープン化による大規模な生体認証基盤の連携が望まれる。
【００２４】
そのために必要な技術は生体情報の機密化技術であり、認証装置側で記憶保存される機密生体情報が認証装置やその管理者であっても元の生体情報に復元できない「機密性」が必要である。また、漏えいされたとしても、復元できないことは当然であるが、新たな機密生体情報を再発行して置き換えられる「更新性」が必要である。また、照合のために端末側で入力された指紋情報も機密化されて、認証装置側へ転送するが、認証装置側の認証には元の指紋情報に復元することなく認証が可能な「機密認証性」が必要である。
【００２５】
また、端末装置としてスマートフォンを想定したモバイルクラウドへの応用を考えると、無線通信路による指紋データの伝送であるため、データが通信路で漏えいする可能性がある。この対策として機密生体情報の「ワンタイム性」が必要となる。機密生体情報は利用回ごとに異なる機密化を行い、一度機密化されたものは二度と利用できない仕組みが必要になる。更に、認証装置と端末との間で高速な生体認証のためには、単純に端末側から認証装置側への一方向にデータを転送する「一方向性」が必要となる。以下、これらの課題を解決するための実施の形態を説明する。
【００２６】
（第１の実施の形態）
図５は、第１の実施の形態に係る認証システム７００の構成を示す。認証システム７００は、端末装置１００で総称される端末装置１００ａ、１００ｂ、・・・、１００ｃと、サービス提供装置２００と、認証装置３００と、登録装置４００と、を備える。これらの各装置は、ＬＡＮ・ＷＡＮ・インターネット等を含む無線および有線の通信網を介して接続される。
【００２７】
端末装置１００は、被認証者であるユーザがそれぞれ保持する情報処理端末である。端末装置１００は、好適にはユーザが移動時に携帯する携帯情報端末であり、例えばスマートフォンやタブレット端末（タブレットコンピュータ）である。変形例として、ユーザ宅に設置された据置型のＰＣであってもよい。端末装置１００は指紋センサー機能を備える。もちろん、指紋センサー機能を備えるリーダが接続されてもよい。
【００２８】
サービス提供装置２００は、正規ユーザであることが確認されたユーザに、各種サービスを提供する。正規ユーザとは、サービス提供装置２００が提供するサービスを利用できる者として予め登録されたユーザをいう。
【００２９】
認証装置３００は、サービス提供装置２００のサービスを利用しようとするユーザが正規ユーザ本人であるか否かを認証する。認証装置３００は、指紋認証により、正規ユーザ本人であるか否かを認証する。登録装置４００は、正規ユーザの登録を行う。
【００３０】
次に、認証システム７００が行う処理を説明する。図６、７は、本実施の形態に係る認証システム７００の処理を示すシーケンス図である。図６は登録フェーズのシーケンス図を示し、図７は照合フェーズのシーケンス図を示す。
【００３１】
図６に示すように、登録装置４００は、指紋センサーにより指紋を読み取り（Ｓ３０）、読み取った指紋画像に所定の前処理を施し（Ｓ３１）、前処理を施した指紋画像から特異点位置ベクトルと特異点方向角とを特徴点として抽出する（Ｓ３２）。
【００３２】
登録装置４００は、抽出した特異点位置ベクトルを機密化する（Ｓ３３）。特に、登録装置４００は、指紋ごとに決められる機密化のための機密パラメータである秘密回転角と、ランダムに生成される変動乱数パラメータとを用いて特徴点特異点ベクトルを機密化する。この機密化方法は図８で後述する。機密化された特異点位置ベクトルは認証装置３００に送られ（Ｓ３４）、そこで記憶される（Ｓ３５）。以下、認証装置３００で記憶される機密化された特異点位置ベクトルを「登録機密位置ベクトル」と呼ぶ。また、機密パラメータの秘密回転角は端末装置１００に送られ（Ｓ３６）、そこで記憶される（Ｓ３７）。
【００３３】
図７に示すように、ユーザは、端末装置１００を介して、サービス提供装置２００に所定サービスのアクセス要求をする（Ｓ４０）。サービス提供装置２００は、認証装置３００に、アクセス要求元のユーザが正規ユーザ本人であるか否かの認証を要求する（Ｓ４１）。認証装置３００は、認証に必要な情報の提供を端末装置１００に要求する（Ｓ４２）。これを受けて端末装置１００は、指紋センサーにより指紋を読み取り（Ｓ４３）、読み取った指紋画像に所定の前処理を施し（Ｓ４４）、前処理を施した指紋画像から特異点位置ベクトルと特異点隆線角ベクトルとを抽出し（Ｓ４５）、図６のＳ３７で記憶した機密パラメータの秘密回転角と認証の度にランダムに生成される変動乱数パラメータとを用いて機密化する（Ｓ４６）。Ｓ４３〜Ｓ４６はＳ３０〜Ｓ３３に対応する。
【００３４】
端末装置１００は、機密化された特異点位置ベクトル（以下、「入力機密位置ベクトル」と呼ぶ）を認証装置３００に送る（Ｓ４７）。認証装置３００は、入力機密位置ベクトルと、登録機密位置ベクトルとを機密化された状態のまま照合し、ユーザの本人確認を行う（Ｓ４８）。認証装置３００は、認証結果をサービス提供装置２００に通知する（Ｓ４９）。サービス提供装置２００は、認証結果に応じた処理を行う（Ｓ５０）。
【００３５】
次に機密化について説明する。図８は、特徴情報の機密化について説明するための図である。Ｍ（Ｍ＝３）個の特異点の特異点方向角ｍθ０（ｉ）の単位ベクトル（１００６）は、回転行列
【数１２】
2015064818.tif 000014
と単位ベクトル
【数１３】
2015064818.tif 000015
（１００７）を用いると、
【数１４】
2015064818.tif 000016
と表すことができる。
【００３６】
このベクトル方向を基準に、さらに秘密回転角θｋだけ回転した変動方向ベクトル（１００８）は、
【数１５】
2015064818.tif 000017
で表される。このベクトルは与えられた指紋情報に対する特異点位置ベクトルの変動方向ベクトルを与える。乱数を利用して任意の実数α（ｉ）を生成して、これを変動の大きさを表す変動乱数パラメータとする。そして、特異点位置ベクトルに、
【数１６】
2015064818.tif 000018
の変動ベクトルを加えると、変換後の特異点位置ベクトル（１００９）は、
【数１７】
2015064818.tif 000019
となる。変動乱数パラメータがわからない場合、この機密位置ベクトルから元の特異点位置ベクトルは復元できない。また、機密パラメータの秘密回転角がわかったとしても機密位置ベクトルから元の特異点位置ベクトルを推定できない。つまり、機密位置ベクトルは元の特異点位置ベクトルに復元できない機密性を有する。特異点位置ベクトルは、このようにして機密化される。
【００３７】
次に機密化された登録機密位置ベクトルと入力機密位置ベクトルとを機密化を保持しつつ照合する機密照合について説明する。同じ秘密回転角θｋから生成された登録機密位置ベクトルと入力機密位置ベクトルとの２つの指紋の機密指紋情報の対応する特異点対が特定できたと仮定する。一つの特異点対の機密位置ベクトルを
【数１８】
2015064818.tif 000020
と表す。ここで
【数１９】
2015064818.tif 000021
は、それぞれ登録機密位置ベクトルと入力機密位置ベクトルとを示している。特異点対は対応しているとの仮定であるので、登録と入力の特異点の位置ベクトルは、
【数２０】
2015064818.tif 000022
と
【数２１】
2015064818.tif 000023
を用いて表している。これは元の位置ベクトルを
【数２２】
2015064818.tif 000024
とし、座標軸の原点の選択が任意に選べることを考慮して、座標原点の指紋基準点からの平行移動量を
【数２３】
2015064818.tif 000025
を用いて表している。各特異点の隆線角ベクトル
【数２４】
2015064818.tif 000026
に対してさらに秘密回転角θｋだけ回転した方向ベクトル
【数２５】
2015064818.tif 000027
上に特異点を移動させている。入力指紋位置ベクトルについては、登録指紋画像に対して回転角θｋ回転しているので、隆線角ベクトルが
【数２６】
2015064818.tif 000028
に変化しているため、秘密回転角θｋだけ回転した方向ベクトル上に特異点を移動させている。実際の移動量は乱数発生器を用いて発生する乱数によってそれぞれ変動乱数パラメータを決定するため、この変動乱数パラメータを利用後破棄すれば、機密化された指紋位置ベクトルから元の指紋位置ベクトルを特定することはできない。
【００３８】
登録の機密位置ベクトルに対して入力の機密位置ベクトルを回転角度−θｋだけ回転させ、回転毎に後述する非類似度を計算する。この非類似度の中で最小の値をとる回転角度−θｋを真の回転角度と判定する。まず、登録機密位置ベクトルおよび入力機密位置ベクトルから、
【数２７】
2015064818.tif 000029
を計算する。すなわち、入力機密位置ベクトルを回転角度−θｋだけ回転したベクトル
【数２８】
2015064818.tif 000030
と登録機密位置ベクトル
【数２９】
2015064818.tif 000031
の差分ベクトルを求める。特異点対が正しく、かつ、回転角が正しい場合、この差分ベクトルは、
【数３０】
2015064818.tif 000032
である。すなわち、差分ベクトル
【数３１】
2015064818.tif 000033
は、特異点に無関係な固定点
【数３２】
2015064818.tif 000034
から特異点方向角ｍθ０（Ｔ）（ｉ）を秘密回転角θｋだけ回転した方向ベクトル上の点を頂点とするベクトルとなる。
【００３９】
ここでそれぞれの差ベクトル（以下、「機密位置差ベクトル」と呼ぶ）を以下のように表す。
【数３３】
2015064818.tif 000035
このように機密位置差ベクトル
【数３４】
2015064818.tif 000036
は、座標基準差ベクトル
【数３５】
2015064818.tif 000037
、変動差パラメータΔα（ｉ）および変動方向ベクトル
【数３６】
2015064818.tif 000038
を利用して表されている。ただし、
【数３７】
2015064818.tif 000039
である。すなわち、機密位置差ベクトルはすべて変動方向ベクトル
【数３８】
2015064818.tif 000040
の一直線上に分布することになる。この直線は、傾きが特異点毎に
【数３９】
2015064818.tif 000041
と知れていて、しかも固定点
【数４０】
2015064818.tif 000042
を通る直線だから、
【数４１】
2015064818.tif 000043
で表される。すべての機密位置差ベクトル
【数４２】
2015064818.tif 000044
との誤差
【数４３】
2015064818.tif 000045
を最小にする
【数４４】
2015064818.tif 000046
を推定する直線回帰問題である。
【００４０】
秘密回転角
【数４５】
2015064818.tif 000047
を認証装置３００側でも持っている場合は、
【数４６】
2015064818.tif 000048
のみ最適化を行えればよく、偏微分を利用して、
【数４７】
2015064818.tif 000049
が得られる。したがって、各特異点の非類似度としてこの誤差の絶対値を選ぶと
【数４８】
2015064818.tif 000050
が得られる。機密位置差ベクトルから直線に垂直線を下した最短距離を非類似度とすると、
【数４９】
2015064818.tif 000051
となる。この非類似度が所定のしきい値より小さい場合、登録機密位置ベクトルと入力機密位置ベクトルの元となる指紋情報が同一であると判断する。
【００４１】
ここで、
【数５０】
2015064818.tif 000052
に示されるように、対応する特異点対の入力機密位置ベクトルと登録機密位置ベクトルとの位置差ベクトル
【数５１】
2015064818.tif 000053
は同一の変動方向ベクトル上に位置する。そのため、この位置差ベクトルは照合結果によって明らかになる。そして、位置差ベクトルは、すべての特異点に共通な固定ベクトル
【数５２】
2015064818.tif 000054
を通り、変動方向ベクトル
【数５３】
2015064818.tif 000055
に沿って変動乱数パラメータ差Δα（ｉ）だけ移動したものであるため、照合によって固定ベクトルや変動乱数パラメータ差が明らかになる。しかし、変動乱数パラメータ差が明らかになっても、入力、登録機密位置ベクトルの機密化のためのそれぞれの変動乱数パラメータは知ることはできない。すなわち、この照合によって、入力と登録機密位置ベクトルの機密性を失うことはない。
【００４２】
次に端末装置１００、サービス提供装置２００、認証装置３００および登録装置４００の各構成について図９〜１２を参照して説明する。なお、図９〜１２では、他の実施の形態において使用される部材についても示している。
【００４３】
図９は、図５における端末装置１００の機能構成を示すブロック図である。これら各ブロックは、ハードウェア的には、コンピュータのＣＰＵをはじめとする素子や機械装置で実現でき、ソフトウェア的にはコンピュータプログラム等によって実現されるが、ここでは、それらの連携によって実現される機能ブロックを描いている。したがって、これらの機能ブロックはハードウェア、ソフトウェアの組合せによっていろいろなかたちで実現できることは、当業者には理解されるところである。図１０〜１２においても同様である。
【００４４】
端末装置１００は、ユーザインタフェース処理部１１０と、通信部１２０と、データ処理部１３０と、データ保持部１４０と、を含む。ユーザインタフェース処理部１１０は、ユーザからの入力処理やユーザに対する情報表示のようなユーザインタフェース全般に関する処理を担当する。通信部１２０は、サービス提供装置２００や認証装置３００や登録装置４００との通信処理を担当する。データ処理部１３０は、ユーザインタフェース処理部１１０を介した入力操作や通信部１２０から取得されたデータを元にして各種のデータ処理を実行する。データ処理部１３０は、ユーザインタフェース処理部１１０、通信部１２０およびデータ保持部１４０の間のインタフェースの役割も果たす。データ保持部１４０は、予め用意された各種の設定データや、データ処理部１３０から受け取ったさまざまなデータを格納する。
【００４５】
ユーザインタフェース処理部１１０は、画像取得部１１１と、データ入力部１１２と、表示部１１３と、を含む。画像取得部１１１は、指紋センサーとして機能し、指紋画像を取得する（図７のＳ４３）。データ入力部１１２は、ユーザからの入力操作を受け付ける。表示部１１３は、ユーザに対して各種情報を表示する。
【００４６】
通信部１２０は、アクセス要求送信部１２１と、認証情報要求受信部１２２と、認証情報送信部１２３と、機密パラメータ受信部１２４とを含む。アクセス要求送信部１２１は、サービス提供装置２００に、所定サービスのアクセス要求を送信する（図７のＳ４０）。認証情報要求受信部１２２は、認証に必要な情報の提供要求、すなわちユーザＩＤと入力機密位置ベクトルの提供要求を受信する。認証情報送信部１２３は、認証装置３００にユーザＩＤと入力機密位置ベクトルを送信する（図７のＳ４７）。機密パラメータ受信部１２４は、登録装置４００から秘密回転角を受信する。データ保持部１４０は、機密パラメータ保持部１４１を含む。機密パラメータ保持部１４１は、秘密回転角を保持する（図６のＳ３７）。
【００４７】
データ処理部１３０は、画像処理部１３１と、特徴点抽出部１３２と、変動乱数パラメータ生成部１３３と、機密情報生成部１３４と、を含む。画像処理部１３１は、取得した指紋画像に対して、前処理を施す（図７のＳ４４）。特徴点抽出部１３２は、画像処理された指紋画像から特異点位置ベクトルと特異点隆線角ベクトルとを抽出する（図７のＳ４５）。変動乱数パラメータ生成部１３３は、変動乱数パラメータとして用いる乱数を発生させる。機密情報生成部１３４は、特異点位置ベクトルを機密化し、入力機密位置ベクトルを生成する（図７のＳ４６）。特に、機密情報生成部１３４は、機密パラメータ保持部１４１に保持される秘密回転角と、特異点隆線角ベクトルのうちの特異点方向角と、変動乱数パラメータとを用いて機密化する。
【００４８】
図１０は、サービス提供装置２００の機能構成を示すブロック図である。サービス提供装置２００は、通信部２２０と、データ処理部２３０と、データ保持部２４０と、を含む。通信部２２０は、端末装置１００やサービス提供装置２００や登録装置４００との通信処理を担当する。データ処理部２３０は、通信部２２０から取得されたデータを元にして各種のデータ処理を実行する。データ処理部２３０は、通信部２２０とデータ保持部２４０の間のインタフェースの役割も果たす。データ保持部２４０は、予め用意された各種の設定データや、データ処理部２３０から受け取ったさまざまなデータを格納する。
【００４９】
通信部２２０は、アクセス要求受信部２２１と、認証要求送信部２２２と、認証結果受信部２２３と、を含む。アクセス要求受信部２２１は、端末装置１００から、所定サービスのアクセス要求を受信する。認証要求送信部２２２は、認証装置３００に、アクセス要求元のユーザが正規ユーザ本人であるか否かの認証要求を送信する（図７のＳ４１）。認証結果受信部２２３は、認証装置３００から認証結果を受信する。データ処理部２３０は、アクセス制御部２３１を含む。アクセス制御部２３１は、受信した認証結果に応じた処理をする（図７のＳ５０）。具体的には、アクセス制御部２３１は、アクセス要求元のユーザが正規ユーザ本人である場合、所定のサービスを提供する。一方、正規ユーザ本人ではない場合、その旨を通知して、アクセスを拒否する。
【００５０】
図１１は、認証装置３００の機能構成を示すブロック図である。認証装置３００は、通信部３２０と、データ処理部３３０と、データ保持部３４０と、を含む。通信部３２０は、端末装置１００やサービス提供装置２００や登録装置４００との通信処理を担当する。データ処理部３３０は、通信部３２０から取得されたデータを元にして各種のデータ処理を実行する。データ処理部３３０は、通信部３２０とデータ保持部３４０の間のインタフェースの役割も果たす。データ保持部３４０は、予め用意された各種の設定データや、データ処理部３３０から受け取ったさまざまなデータを格納する。
【００５１】
通信部３２０は、認証情報要求送信部３２１と、認証情報受信部３２２と、認証結果通知部３２３と、を含む。認証情報要求送信部３２１は、認証に必要な情報を端末装置１００に要求する。特に、認証情報要求送信部３２１は、ユーザＩＤと入力機密位置ベクトルとを要求する。認証情報受信部３２２は、端末装置１００からユーザＩＤと入力機密位置ベクトルを受信する。認証結果通知部３２３は、認証結果をサービス提供装置２００に通知する（図７のＳ４９）。
【００５２】
データ保持部３４０は、正規ユーザ保持部３４１を含む。正規ユーザ保持部３４１は、サービス提供装置２００が提供するサービスを利用可能な正規ユーザのユーザＩＤと、その登録機密位置ベクトルとを対応づけて保持する。
【００５３】
データ処理部３３０は、照合部３３１を含む。照合部３３１は、認証情報受信部３２２が受信したユーザＩＤをキーにして正規ユーザ保持部３４１を検索し、そのユーザの登録機密位置ベクトルを取得する。続いて、照合部３３１は、登録機密ベクトルと入力機密ベクトルとを照合し、本人確認を行う（図７のＳ４８）。特に、照合部３３１は上述した非類似度を算出し、非類似度が所定の閾値以下の場合、登録機密位置ベクトルと入力機密位置ベクトルとが同一の指紋に基づくものであると判定する。つまり、正規ユーザ本人であると判定する。一方、非類似度が閾値より大きい場合、登録機密位置ベクトルと入力機密位置ベクトルとが同一の指紋に基づくものではないと判定する。つまり、正規ユーザ本人ではないと判定する。なお、閾値は、実験等に基づいて決定すればよい。
【００５４】
図１２は、登録装置４００の機能構成を示すブロック図である。登録装置４００は、ユーザインタフェース処理部４１０と、通信部４２０と、データ処理部４３０と、データ保持部４４０と、を含む。ユーザインタフェース処理部４１０は、ユーザからの入力処理やユーザに対する情報表示のようなユーザインタフェース全般に関する処理を担当する。通信部４２０は、端末装置１００や認証装置３００やサービス提供装置２００との通信処理を担当する。データ処理部４３０は、ユーザインタフェース処理部４１０を介した入力操作や通信部４２０から取得されたデータを元にして各種のデータ処理を実行する。データ処理部４３０は、ユーザインタフェース処理部４１０、通信部４２０およびデータ保持部４４０の間のインタフェースの役割も果たす。データ保持部４４０は、予め用意された各種の設定データや、データ処理部４３０から受け取ったさまざまなデータを格納する。
【００５５】
ユーザインタフェース処理部４１０は、画像取得部４１１とデータ入力部４１２と表示部４１３とを含む。これらは、画像取得部１１１、データ入力部１１２、表示部１１３にそれぞれ対応する。
【００５６】
通信部４２０は、正規ユーザ情報送信部４２１と、機密パラメータ送信部４２２と、を含む。正規ユーザ情報送信部４２１は、ユーザＩＤと登録機密位置ベクトルとを認証装置３００に送信する（図６のＳ３４）。機密パラメータ送信部４２２は、秘密回転角を端末装置１００に送信する（図６のＳ３６）。
【００５７】
データ処理部４３０は、画像処理部４３１と、特徴点抽出部４３２と、変動乱数パラメータ生成部４３３と、機密情報生成部４３４と、を含む。これらは、画像処理部１３１、特徴点抽出部１３２、変動乱数パラメータ生成部１３３、機密情報生成部１３４にそれぞれ対応する。加えて、データ処理部４３０は、秘密回転角生成部４３５を含む。秘密回転角生成部４３５は、秘密回転角として用いる乱数を発生させる。機密情報生成部４３４は、この秘密回転角を用いて登録機密ベクトルを生成する。
【００５８】
以下、実施例について説明する。
図１３は、特異点位置ベクトルの機密位置ベクトルへの変換の数値化の説明図である。図１３に示すように、生体情報として１２８ピクセル×４００ピクセルの指紋画像の中の１０個の指紋の特異点の位置ベクトルを
【数５４】
2015064818.tif 000056
とする。各特異点の特異点方向角は、
【数５５】
2015064818.tif 000057
とする。
【００５９】
ランダムに秘密回転角θｋを生成し、各特異点の隆線方向を表す単位ベクトルを基準にそれより秘密回転角だけ回転した単位ベクトルを各特異点の変動方向ベクトルとする。いま、秘密回転角を１５度とすると、各特異点の変動方向ベクトルは、
【数５６】
2015064818.tif 000058
であり、特異点毎の変動方向ベクトルは、
【数５７】
2015064818.tif 000059
となる。次に、登録時に乱数より各特異点の変動乱数パラメータをランダムに発生させる。例えば変動乱数パラメータが
【数５８】
2015064818.tif 000060
であったときの、登録機密位置ベクトルは、
【数５９】
2015064818.tif 000061
となる。図１４に登録機密位置ベクトルの位置座標を示す。図１４から明らかなように、機密化された位置座標は元の位置座標と全く異なる。したがって変動方向ベクトルがわかったとしても変動量は不明であるため、復元はできない。
【００６０】
次に、入力された指紋特異点位置ベクトルを同じように機密化し、指紋特異点機密位置ベクトルを生成してみる。まず、入力された指紋画像は、登録画像と比較して回転され、さらに平行ベクトルで全体が平行移動しているものとする。この例では、−１５度回転され（−２０，４０）だけ移動した場合を図１５に示している。
【００６１】
特異点位置ベクトルを
【数６０】
2015064818.tif 000062
とする。各特異点の特異点方向角は、
【数６１】
2015064818.tif 000063
とする。秘密回転角は１５度であるので、各特異点の変動方向ベクトルは、
【数６２】
2015064818.tif 000064
となる。ランダムな変動乱数パラメータが
【数６３】
2015064818.tif 000065
であったとき、機密変換された入力機密位置ベクトルは、
【数６４】
2015064818.tif 000066
となる。この結果を図１６に示す。ただし、Ｘ座標の演算には法１２８の演算を用い、Ｙ座標の演算には法４００の演算を用いて結果が同じ１２８×４００の画素内になるようにしている。変動乱数パラメータが未知であれば、元の生体情報を復元することは不可能である。
【００６２】
次にこの登録機密情報と入力機密情報を復号化することなく、指紋照合すること考える。両者の位置合わせと特異点の対応がわかった場合は、位置差ベクトルが以下のように求められる。
【数６５】
2015064818.tif 000067
これをプロットしたのが図１７である。これらの各点は、以下の式で表され、
【数６６】
2015064818.tif 000068
固定点Δｄの座標は、以下の式で求められる。ただし、ａｉ＝ｔａｎ（ｍθ０（ｉ）＋θｋ）であり、登録指紋特異点の特異点方向角ｍθ０（ｉ）と秘密回転角θｋから計算される。実際、
【数６７】
2015064818.tif 000069
が得られ、座標（２９．６７，−３３．４６）を中心に方向
【数６８】
2015064818.tif 000070
の直線上に位置差ベクトルが分布する。
【００６３】
以上、説明した本実施の形態に係る認証システム７００によると、ネットワークにより転送される指紋情報は秘密回転角と変動乱数パラメータにより確率論的に復元不可能な情報に変換される。すなわち認証装置やその管理者であっても元の指紋情報に復元できない復元できない機密性を有する情報に変換される。
【００６４】
また、本実施の形態に係る認証システム７００によると、新たな秘密回転角を生成して新たに指紋登録とその機密化を行えば、登録機密位置ベクトルを取り替えることができる。つまり、更新性を有する。なお、仮に登録機密指紋情報が流出しても、新たな秘密回転角を生成して登録機密指紋情報を取り替えれば、古い秘密回転角により生成された古い機密指紋情報は利用不可能となるため、悪用されることはない。
【００６５】
また、本実施の形態に係る認証システム７００によると、機密化された指紋情報がネットワークにより転送され、機密化された状態で照合される。機密化されたデータのまま、機密照合されるので安全性が保証される。
【００６６】
（第２の実施の形態）
第２の実施の形態に係る認証システムについて説明する。第２の実施の形態に係る認証システムと、第１の実施の形態に係る認証システムとの主な違いは、照合に用いる特徴情報と照合によって元の生体情報が復元される非機密照合の方法である。
図１８、１９は、第２の実施の形態に係る認証システム７００の処理を示すシーケンス図である。図１８は登録フェーズのシーケンス図を示し、図１９は照合フェーズのシーケンス図を示す。図１８は図６に対応し、図１９は図７に対応する。
【００６７】
図１８のＳ６０〜Ｓ６１は、図６のＳ３０〜Ｓ３１と同様であるため、Ｓ６２から説明する。登録装置４００は、前処理を施した指紋画像から特異点隆線角ベクトルを特徴点として抽出する（Ｓ６２）。抽出された特異点隆線角ベクトルは認証装置３００に送られ（Ｓ６３）、そこで記憶される（Ｓ６４）。以下、認証装置３００で記憶される特異点隆線角ベクトルを「登録隆線角ベクトル」と呼ぶ。
【００６８】
図１９のＳ７０〜Ｓ７１は、図７のＳ４０〜Ｓ４１と同様であるため、Ｓ７２から説明する。認証装置３００は、乱数を生成し（Ｓ７２）、認証に必要な情報の提供を端末装置１００に要求するとともにその乱数を端末装置１００に送信する（Ｓ７３）。端末装置１００は、Ｓ７３で受信した乱数を用いて秘密隆線角回転角を生成する（Ｓ７４）。
【００６９】
続いて端末装置１００は、指紋センサーにより指紋を読み取り（Ｓ７５）、読み取った指紋画像に所定の前処理を施し（Ｓ７６）、前処理を施した指紋画像から特異点隆線角ベクトルを抽出し（Ｓ７７）、Ｓ７４で生成した秘密隆線角回転角を用いて特異点隆線角ベクトルを機密化する（Ｓ７８）。端末装置１００は、機密化された特異点隆線角ベクトル（以下、「入力機密隆線角ベクトル」と呼ぶ）を認証装置３００に送る（Ｓ７９）。認証装置３００は、入力機密隆線角ベクトルと、図１８のＳ６４で記憶した登録隆線角ベクトルとを照合し、ユーザの本人確認を行う（Ｓ８０）。認証装置３００は、認証結果をサービス提供装置２００に通知する（Ｓ８１）。サービス提供装置２００は、認証結果に応じた処理を行う（Ｓ８２）。
【００７０】
次に本実施の形態における機密化について説明する。図２０は、横軸を特異点方向角、縦軸を隆線形状角とする特異点隆線角ベクトル平面であり、特異点隆線角ベクトルの機密化について説明するための図である。図２０に示すように、特異点隆線角ベクトル
【数６９】
2015064818.tif 000071
の機密化は、特異点隆線角ベクトルが指紋全体の平行移動には無関係であり回転に関しては第１要素の特異点方向角が回転分だけ増減するだけであるため、簡単化される。この２次元平面上の一定方向の任意の大きさのベクトルを加えることで機密化が可能である。本実施の形態では、指紋画像全体がφ回転された特異点隆線角ベクトルは、回転による増加ベクトル（φ，０）ｔを用いて、
【数７０】
2015064818.tif 000072
（１０１０）に対して、秘密隆線角回転角ρｋ（１０１１）を与えて変動方向ベクトル
【数７１】
2015064818.tif 000073
（１０１２）を定め、ランダムに生成した実数の変動乱数パラメータα（ｉ）を利用して機密化した隆線角ベクトル（１０１３）（以下、「機密隆線角ベクトル」と呼ぶ）
【数７２】
2015064818.tif 000074
を
【数７３】
2015064818.tif 000075
のように算出する。この機密化方法では、指紋画像の平行移動及び回転に対して不変であるシフト・回転不変指紋情報については、秘密回転角の回転基準を特異点の隆線方向に選ぶ必要がないため、機密化が簡単化される。
【００７１】
次に非機密照合について説明する。入力指紋の機密隆線角ベクトル
【数７４】
2015064818.tif 000076
と登録指紋の指紋特異点隆線角ベクトル
【数７５】
2015064818.tif 000077
との差分ベクトルを求めると、
【数７６】
2015064818.tif 000078
であるので、すべての特異点の上記差分ベクトルが１つの直線（ｙ＝ａｘ＋ｂ）上に分布する。この様子を図２１に示す。
【００７２】
この直線は、秘密隆線角回転角を利用しない場合は、直線の傾きも原点からのずれについて、直線回帰法を適用して２乗誤差を最小にする推定から、
【数７７】
2015064818.tif 000079
を計算することによって求まる。
【００７３】
秘密隆線角回転角ρｋを利用する場合は、ａ＝ｔａｎ（ρｋ）を既知、ｂを未知として
【数７８】
2015064818.tif 000080
の計算から推定できる。
【数７９】
2015064818.tif 000081
となる。ここでそれぞれの差ベクトルを以下のように表す。
【数８０】
2015064818.tif 000082
このように機密位置差ベクトル
【数８１】
2015064818.tif 000083
は、座標基準差ベクトル
【数８２】
2015064818.tif 000084
と変動差パラメータΔα（ｉ）および変動方向ベクトル
【数８３】
2015064818.tif 000085
を利用して表されている。ただし、
【数８４】
2015064818.tif 000086
である。すなわち、機密位置差ベクトルはすべて変動方向ベクトル
【数８５】
2015064818.tif 000087
の一直線上に分布することになる。この直線をｙ＝ａｘ＋ｂとして、すべての機密位置差ベクトル
【数８６】
2015064818.tif 000088
との誤差
【数８７】
2015064818.tif 000089
を最小にするａ、ｂを推定する直線回帰問題である。直線の傾きａを与える秘密回転角θｋが認証装置３００側でも持っている場合は、ａ＝ｔａｎθｋであるので、ｂについてのみ最適化を行えれば
【数８８】
2015064818.tif 000090
が得られる。また、直線の傾きが未知の場合は、
【数８９】
2015064818.tif 000091
となる。
【００７４】
各特異点の非類似度として、このようにして求められた直線との誤差の絶対値を選ぶと、
【数９０】
2015064818.tif 000092
が得られる。機密位置差ベクトルから直線に垂直線を下した最短距離を非類似度とすると、
【数９１】
2015064818.tif 000093
となる。の非類似度が所定のしきい値より小さい場合、登録隆線角ベクトルと入力機密隆線角ベクトルの元となる指紋情報が同一であると判断する。
【００７５】
第２の実施の形態では、第１の実施の形態と異なり、登録生体情報については機密化せず、入力生体情報だけ機密化している。そのため、照合の時に入力生体情報の変動方向ベクトルと変動乱数パラメータが明らかになってしまうので、機密照合ではない。
【００７６】
次に端末装置１００、認証装置３００および登録装置４００の各構成について図９、１１、１２を参照して説明する。サービス提供装置２００については、上述したとおりである。
【００７７】
（端末装置）
乱数受信部１２５は認証装置３００から乱数を受信し、秘密隆線角回転角生成部１３５は、その乱数を用いて秘密隆線角回転角を生成する（図１９のＳ７４）。機密情報生成部１３４は、生成された秘密隆線角回転角と変動乱数パラメータ生成部１３３が生成する変動乱数パラメータとを用いて特異点隆線角ベクトルを機密化する（図１９のＳ７８）。つまり入力機密隆線角ベクトルを生成する。認証情報送信部１２３は、ユーザＩＤと入力機密隆線角ベクトルとを認証装置３００に送信する（図１９のＳ７９）。
【００７８】
（認証装置）
データ処理部３３０は、乱数生成部を含む。乱数生成部３３２は、乱数を生成する（図１９のＳ７２）。認証情報要求送信部３２１は、認証に必要な情報であるユーザＩＤと、入力機密隆線角ベクトルとを要求するとともに乱数生成部３３２が生成した乱数を送信する（図１９のＳ７３）。認証情報受信部３２２は、端末装置１００からユーザＩＤと入力機密隆線角ベクトルを受信する。また正規ユーザ保持部３４１は、登録隆線角ベクトルをユーザＩＤと対応付けて保持し（図１８のＳ６４）、照合部３３１は、登録隆線角ベクトルと入力機密隆線角ベクトルとを照合し、本人確認を行う（図１９のＳ８０）。
【００７９】
（登録装置）
正規ユーザ情報送信部４２１は、ユーザＩＤと、特徴点抽出部４３２が抽出した登録隆線角ベクトルとを認証装置３００に送信する。
【００８０】
以上、説明した認証システム７００によれば、第１の実施の形態に係る認証システム７００と同様の作用効果を奏することができる。加えて、本実施の形態に係る認証システム７００によると、指紋特異点位置ベクトルと異なり、指紋画像の平行移動には不変であり、回転には線形に増減する性質を持つ隆線角ベクトルを利用するため、より簡単な操作で機密化が可能となる。
【００８１】
（第３の実施の形態）
第３の実施の形態に係る認証システムについて説明する。第３の実施の形態は、第１の実施の形態と第２の実施の形態の認証方法を組み合わせた認証方法である。第１の実施形態は登録および入力生体情報の機密性、登録生体情報の更新性のために利用し、第２の実施形態は入力生体情報の機密性、ワンタイム性に利用されている。それぞれ異なる生体情報を用いているため、２つの実施形態の認証方法を組み合わせることが可能となる。
【００８２】
図２２、２３は、第３の実施の形態に係る認証システム７００の処理を示すシーケンス図である。図２２は登録フェーズのシーケンス図を示し、図２３は照合フェーズのシーケンス図を示す。図２２は図６および図１８に対応し、図２３は図７および図１９に対応する。
【００８３】
図２２のＳ９０〜Ｓ９１は、図６のＳ３０〜Ｓ３１と同じであるため、Ｓ９２から説明する。登録装置４００は、前処理を施した指紋画像から特異点位置ベクトルと特異点隆線角ベクトルとを特徴点として抽出する（Ｓ９２）。登録装置４００は、秘密回転角と、ランダムに生成される変動乱数パラメータとを用いて特異点位置ベクトルを機密化する（Ｓ９３）。すなわち登録機密位置ベクトルを生成する。登録機密位置ベクトルと抽出された登録特異点隆線角ベクトルとは認証装置３００に送られ（Ｓ９４）、そこで記憶される（Ｓ９５）。また、秘密回転角は端末装置１００に送られ（Ｓ９６）、そこで記憶される（Ｓ９７）。
【００８４】
図２３のＳ１００〜Ｓ１０１は、図７のＳ４０〜Ｓ４１と同様であるため、Ｓ１０２から説明する。認証装置３００は、乱数を生成し（Ｓ１０２）、認証に必要な情報の提供を端末装置１００に要求するとともにその乱数を端末装置１００に送信する（Ｓ１０３）。認証装置３００は、その乱数を用いて秘密隆線角回転角を生成する（Ｓ１０４）。端末装置１００は、Ｓ１０３で受信した乱数を用いて秘密隆線角回転角を生成する（Ｓ１０５）。端末装置１００は、認証装置３００と同一のプロセスで秘密隆線角回転角を生成する（Ｓ１０６）。つまり、Ｓ１０４とＳ１０５とでは、同じ秘密隆線角回転角が生成される。
【００８５】
続いて端末装置１００は、指紋センサーにより指紋を読み取り（Ｓ１０６）、読み取った指紋画像に所定の前処理を施し（Ｓ１０７）、前処理を施した指紋画像から特異点位置ベクトルと、特異点隆線角ベクトルとを抽出し（Ｓ１０８）、図２２のＳ９７で記憶した秘密回転角とランダムに生成される変動乱数パラメータとを用いて機密化する。つまり入力機密位置ベクトルを生成する。また端末装置１００は、Ｓ１０５で生成した秘密隆線角回転角を用いて特異点隆線角ベクトルを機密化する。つまり、入力機密隆線角ベクトルを生成する（Ｓ１０９）。端末装置１００は、入力機密位置ベクトルと入力機密隆線角ベクトルとを認証装置３００に送る（Ｓ１１０）。
【００８６】
認証装置３００は、端末装置１００から送信された入力機密隆線角ベクトルと図２２のＳ９５で記憶した登録隆線角ベクトルとを照合し、Ｓ１０９で用いた秘密隆線角回転角、すなわちＳ１０５で生成した秘密隆線角回転角を復元する（Ｓ１１１）。認証装置３００は、Ｓ１０４で生成した秘密隆線角回転角とＳ１１１で復元した秘密隆線角回転角とが一致するか比較する。一致する場合は（Ｓ１１２のＹ）、端末装置１００から送られた入力機密位置ベクトルと、Ｓ９５で記憶した登録機密位置ベクトルとを機密照合し、ユーザの本人確認を行う（Ｓ１１３）。異なる場合は（Ｓ１１２のＮ）、ワンタイム性違反として位置ベクトルの照合を実施しないで認証処理を終了する。認証装置３００は、認証結果をサービス提供装置２００に通知する（Ｓ１１４）。サービス提供装置２００は、認証結果に応じた処理を行う（Ｓ１１５）。
【００８７】
次に端末装置１００、サービス提供装置２００、認証装置３００および登録装置４００の各構成について図９〜１２を参照して説明する。
【００８８】
（端末装置）
秘密隆線角回転角生成部１３５は、認証装置３００から受信した乱数を用いて秘密隆線角回転角を生成する（図２３のＳ１０５）。機密情報生成部１３４は、生成された秘密隆線角回転角と、変動乱数パラメータ生成部１３３が生成する変動乱数パラメータと、を用いて特異点隆線角ベクトルを機密化する（図２３のＳ１０９）。また機密情報生成部１３４は、特異点位置ベクトルを、機密パラメータ保持部１４１に保持される秘密回転角と、特異点隆線角ベクトルのうちの特異点方向角と、変動乱数パラメータとを用いて機密化する（図２３のＳ１０９）。つまり入力機密位置ベクトルを生成する。また、認証情報送信部１２３は、ユーザＩＤと、入力機密隆線角ベクトルと、入力機密位置ベクトルと、を認証装置３００に送信する（図２３のＳ１１０）。
【００８９】
（認証装置３００）
乱数生成部３３２は乱数を生成（図２３のＳ１０２）する。認証情報要求送信部３２１は認証に必要な情報であるユーザＩＤと入力機密隆線角ベクトルとを要求するとともに、乱数生成部３３２が生成した乱数を送信する（図２３のＳ１０３）。また、データ処理部３３０は秘密隆線角回転角生成部３３３を含む。秘密隆線角回転角生成部３３３は乱数生成部３３２が生成した乱数を用いて秘密隆線角回転角を生成する。例えばその乱数を初期値として擬似乱数発生器を使用して乱数の秘密隆線角回転角を生成する（図２３のＳ１０４）。
【００９０】
認証情報受信部３２２は、端末装置１００からユーザＩＤと入力機密隆線角ベクトルと入力機密位置ベクトルとを受信する。照合部３３１は、ユーザＩＤをキーにして正規ユーザ保持部３４１から登録隆線角ベクトルを取得し、端末装置１００から送信された入力機密隆線角ベクトルと照合して秘密隆線角回転角を復元する（図２３のＳ１１１）。復元された秘密隆線角回転角が、秘密隆線角回転角生成部３３３が生成した秘密隆線角回転角と一致する場合は、照合部３３１は、端末装置１００から送られた入力機密位置ベクトルと、正規ユーザ保持部３４１に保持される登録機密位置ベクトルとを照合し、本人確認を行う（図２３のＳ１１３）。異なる場合は、照合部３３１は、その後の照合を行わずに終了する。
【００９１】
（登録装置）
正規ユーザ情報送信部４２１はユーザＩＤと特徴点抽出部４３２が抽出した登録隆線角ベクトルとを認証装置３００に送信し（図２２のＳ９４）、機密パラメータ送信部４２２は秘密回転角を端末装置１００に送信する（図２２のＳ９５）。
【００９２】
以上、説明した認証システム７００によれば、第１の実施の形態に係る認証システム７００と同様の作用効果を奏することができる。加えて、本実施の形態に係る認証システム７００によると、機密化された秘密隆線角回転角は一度（ワンタイム）の認証にしか利用できないため、登録機密位置ベクトル等の生体情報が通信路で傍受されてもその再利用を防止することができる。
【００９３】
（第４の実施の形態）
第４の実施の形態に係る認証システムについて説明する。第４の実施の形態に係る認証システムと、第３の実施の形態に係る認証システムとの主な違いは、通信の方向が一方向である点である。前者はチャレンジレスポンス方式と同様に認証装置は乱数を毎回端末装置に送付して、受信した入力機密生体情報が送付した乱数を利用して機密化されていることを確認するのに対して、後者は予め決めた手順に従って、認証および端末装置が独立に機密パラメータを生成している点が異なる。
【００９４】
図２４は、第４の実施の形態に係る認証システムの処理を示すシーケンス図である。図２４は照合フェーズを示す。図２４は図２３に対応する。
【００９５】
図２４では、図２３と異なり、端末装置１００は独立して乱数を生成し（Ｓ１２０）、秘密隆線角回転角を生成している（Ｓ１２１）。なお、Ｓ１２１とＳ１２３とでは、同じ秘密隆線角回転角が生成されるよう公知の手法を利用して構成されているものとする。また、端末装置１００は、認証装置３００から認証情報の要求を受けることなく、特異点位置ベクトルおよび特異点隆線角ベクトルを機密化し、認証装置３００に送信している。端末装置１００は、このときにサービス提供装置２００に対するアクセス要求も送信する。正規ユーザ本人である場合は、認証装置３００は、端末装置１００からのアクセス要求とともに認証結果を認証装置３００に通知する（Ｓ１３２）。
【００９６】
本実施の形態によれば、第３の実施の形態に係る生体認証システムと同様の作用効果を奏する。加えて、本実施の形態によれば、端末装置１００から認証装置３００への一方向の通信だけが発生する。そのため、端末装置１００と認証装置３００とで双方向の通信が発生する場合に比べ、認証速度が向上する。例えば、サービス提供装置２００が、電気錠、電子機器、自動車のドア鍵などのリモコン装置である場合、操作性、信頼性に加えて認証速度が重要であるため、特に有効である。
【００９７】
（第５の実施の形態）
第５の実施の形態に係る認証システムについて説明する。第５の実施の形態に係る認証システムと、第１の実施の形態に係る認証システムとの主な違いは、照合に用いる特徴情報と照合の方法である。
【００９８】
マッチオンカードに代表される安全なセキュアエレメント内部に登録指紋情報を保存し、指紋認証も安全なセキュアエレメントで実行される場合、登録指紋情報は一度セキュアエレメントやＩＣカードに保存されると、その後は二度と外部に出て行かないため極めて安全な指紋認証が可能となる。そのため登録指紋情報には機密化が不要となり、端末装置１００で生成される指紋情報だけに機密性とワンタイム性が要求される。本実施の形態では、特異点位置ベクトルに毎回異なる秘密回転角を用いて入力機密位置ベクトルを生成し、それをセキュアエレメントに送付して、登録特異点位置ベクトルと照合するものである。
【数９２】
2015064818.tif 000094
に対して、入力指紋画像の全体の回転を探索する手段として、回転毎に対応する特異点毎に、入力指紋の機密位置ベクトルの回転と登録指紋の機密位置ベクトルの差分ベクトルを求めると、
【数９３】
2015064818.tif 000095
であるので、すべての特異点の上記差分ベクトルが１つの直線上に分布する。この直線をｙ＝ａｘ＋ｂとして、直線回帰法を適用して２乗誤差を最小にする推定から、
【数９４】
2015064818.tif 000096
によって求められる。したがって、各特異点の非類似度としてこの誤差の絶対値を選ぶと
【数９５】
2015064818.tif 000097
が得られる。
【００９９】
このように入力指紋特異点の位置ベクトルを機密化すると、機密化された安全な状態で入力情報を安全な照合場所へ送付が可能となる。また、指紋照合には機密化のための秘密回転角が不要であるため、毎回秘密回転角を変えることによりワンタイム化にすることが可能となる。その場合、認証側でもワンタイムの正当性判定のために利用された秘密回転角を知っている必要があり、認証側で発生した乱数を端末装置に送付して、秘密回転角を生成するチャレンジレスポンス型や、端末とサーバー側で同期した同一の秘密回転角を独立に発生する仕組みが必要となる。
【０１００】
以上、本発明について、実施の形態をもとに説明した。この実施の形態は例示であり、各構成要素の組み合わせにいろいろな変形例が可能なこと、またそうした変形例も本発明の範囲にあることは当業者に理解されるところである。以下、変形例について説明する。
【０１０１】
（変形例１）
第１〜５の実施の形態では、指紋を用いて認証する場合について説明したがこれに限られない。例えば、掌紋、声紋、静紋、虹彩（アイリス）、顔形、その他の生体情報を用いてもよい。
【０１０２】
（変形例２）
スマートフォン等のモバイル機器の脆弱下では、生体情報の機密化も鍵ベクトルを生成するプロセスが知れたら簡単に悪用が可能である。また、指紋センサーから得られる指紋画像データが流用されても生体認証基盤に致命的である。これらを保護する方法は、半導体チップなどのハードウエアにこれらの機能を持たせ、安全な機密生体情報を半導体チップ内で生成して、出力端子から機密生体情報を出力してそれを認証装置に送付する方式であれば、極めて高い安全性が確保できる。したがって、第１〜第５の実施の形態において、端末装置１００の各部材のうち、少なくとも画像取得部１１１と、画像処理部１３１と、特徴点抽出部１３２と、機密情報生成部１３４と、の各機能を半導体チップ内で実行させてもよい。
【０１０３】
（変形例３）
第１〜５の実施の形態では、登録装置４００により指紋情報を取得し、登録する場合について説明したがこれに限られない。例えば、端末装置１００が指紋情報を取得し、登録してもよい。つまり端末装置１００が、登録装置４００の機能を有していてもよい。
【０１０４】
（変形例４）
第２の実施の形態では、端末装置１００は、認証装置３００から乱数を受信し、その乱数を用いて秘密隆線角回転角を生成する場合について説明したが、これに限られない。例えば、端末装置１００が乱数を生成し、この乱数を用いて秘密隆線角回転角を生成してもよい。もちろん、認証装置３００以外の外部の装置から乱数を受信してもよい。
【０１０５】
（変形例５）
第１〜第５の実施の形態では、サービス提供装置２００と認証装置３００とが別個の装置である場合について説明したが、これに限られず、これらは１つの装置であってもよい。
【０１０６】
（変形例６）
実施の形態では、サービス提供装置２００から認証要求を受けた認証装置３００が本人確認を行う場合について説明したが、これに限られない。例えば、認証装置３００が委託部を備え、この委託部により他の認証装置に認証を委託し、他の認証装置に本人確認を行わせてもよい。
【０１０７】
ここで、異なる認証装置では、ユーザー認証の認証精度が異なる場合がある。これは主に、サービス提供装置が要求する安全性に依存している。個人の財産、権利、義務に関わるサービスを提供している場合は、本人確認は極めて重要であり高い指紋照合精度が必要となる。例えば入国管理システムでは、２本の指を使った指紋認証を実行した高い認証精度が必要となる。したがって、認証装置間での認証の委託を行うためには、認証精度が同程度か、またはそれ以上に精度が高い必要がある。
【０１０８】
例えば、認証装置３００ａ、３００ｂ、３００ｃ、３００ｄがあり、認証装置３００ｂは信頼性尺度から認証装置３００ａと同一クラスに属し、認証装置３００ｃは認証装置３００ａより上位クラスに属し、認証装置３００ｄは認証装置３００ａより低いクラスに属している場合、認証装置３００ａは自分と同等である認証装置３００ｂや上位クラスの認証装置３００ｃに認証を委託することができる。しかし、認証装置３００ａは、自分より低いクラスの認証装置３００ｄに委託認証はできない。
【０１０９】
したがって、委託部は、例えば外部の認証局サーバが定めた認証装置同士の信頼性尺度の階層関係にしたがって、認証精度が同程度か、またはそれ以上に精度が高い認証装置を特定し、その認証装置に認証を委託してもよい。また、委託部は、信頼性尺度に代えて、または信頼性尺度とともに、セキュリティレベルとが同程度かまたはそれ以上に高い認証装置に認証を委託してもよい。
【０１１０】
本変形によれば、実施の形態の認証システムと同様の作用効果を奏することができる。加えて、本変形例によれば、事前登録していない認証装置を介して認証を実現することができる。ユーザからみれば利用可能なサービスの範囲が広がったことを意味し、ユーザにとっての利便性が向上する。
【符号の説明】
【０１１１】
１００，２００  サービス提供装置、  ３００，４００  登録装置、  ７００  認証システム。
【図１】
2015064818.tif 000116
【図２】
2015064818.tif 000117
【図４】
2015064818.tif 000118
【図５】
2015064818.tif 000119
【図６】
2015064818.tif 000120
【図７】
2015064818.tif 000121
【図８】
2015064818.tif 000122
【図９】
2015064818.tif 000123
【図１０】
2015064818.tif 000124
【図１１】
2015064818.tif 000125
【図１２】
2015064818.tif 000126
【図１３】
2015064818.tif 000127
【図１４】
2015064818.tif 000128
【図１５】
2015064818.tif 000129
【図１６】
2015064818.tif 000130
【図１７】
2015064818.tif 000131
【図１８】
2015064818.tif 000132
【図１９】
2015064818.tif 000133
【図２０】
2015064818.tif 000134
【図２１】
2015064818.tif 000135
【図２２】
2015064818.tif 000136
【図２３】
2015064818.tif 000137
【図２４】
2015064818.tif 000138
【図３】
2015064818.tif 000139