(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
使用されるカードに記録された情報を読み取る手段と、そのカードから読み取った情報からその正当性を判定する手段を備えたＩＣカードの認証装置において、
そのＩＣカードには、ＩＣチップのディジタルメモリにその製造時に発生する故障位置に関する情報がそのカードのＩＣチップに記録され、
前記正当性を判定する手段は、そのＩＣチップを観測して得られた故障位置とそのカードに記録された故障位置に関する情報から演算して得られる故障位置とを比較してそのカードの受入れ可否を判定する手段を含む
ことを特徴とするＩＣカードの認証装置。
【請求項２】
発行されたＩＣカードの情報を記憶するデータベースを含むセンタ装置と、ＩＣカードが使用される端末装置と、そのセンタ装置とその端末装置との間に設けられた双方向通信手段とを備えた請求項１記載のＩＣカードの認証装置。
【請求項３】
プログラム制御されたコンピュータを含むハードウエアにインストールすることにより、そのハードウエアが請求項１または２記載のＩＣカードの認証装置となるソフトウエアが記録された機械読み取り可能な記録媒体。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明が属する技術分野】
本発明は、ＩＣカードの偽造防止に関する。本発明は、ＩＣカードが偽造されて使用されたときに、そのカードが偽造であることを識別することができるＩＣカード、ＩＣカードが使用される端末装置、多数の端末装置と通信手段により接続されたセンタ装置に関する。本発明は、テレホンカード、パチンコカード、鉄道あるいはバスなど交通機関の乗車券、娯楽施設の回数券、その他に利用されるプリペイドカードとして、あるいは多量の情報およびまたは演算回路を含むＩＤカードとして、その他に広く利用することができる。
【０００２】
【従来の技術】
近年、偽造プリペイドカードによる不正使用が社会問題となっている。特に、磁気ストライプが形成されたカードを使用するものでは、不正者は真正なカードの磁気ストライプの上に記録されたデータを解析し、磁気ライタを用いて新たな情報を上書きすることにより、料金情報などを不正に改ざんした偽造カードを比較的簡単に作成することができる。磁気ストライプの上書きは比較的容易にかつ大量に行うことが可能であるから、いちど不正者により偽造が行われるとその被害は深刻なものになりうる。そこで、プリペイドカードが使用されたときに、そのプリペイドカードの情報を読み取る端末装置で、それが真正なプリペイドカードであるか、偽造されたプリペイドカードであるかを識別することができ、しかも不正者には絶対にバイパスすることができないような認証方式が必要となる。
【０００３】
犯罪捜査などでは個人を特定するために、人間のＤＮＡや指紋が利用される。これは、
１）ＤＮＡや指紋が、個人に固有の情報であり、異なる人間は異なるＤＮＡや指紋を持っていると考えることができる（固有性）、
２）ＤＮＡや指紋は、人間が意図的に制御して変更することができない（再生困難性）、
３）ＤＮＡや指紋は一生不変であり、また誰もがそれを確認することができる（再現性）、
など、個人を特定するための条件を満たすものであるからである。
【０００４】
これと同様なことがプリペイドカードに対しても設定できる。プリペイドカードの内部にＤＮＡや指紋に相当するような特徴量を設定することができれば、端末装置は不正に偽造されたプリペイドカードを見抜くことができるから、偽造されたプリペイドカードが使用される被害を事前に防ぐことができる。
【０００５】
フエルナンデスは米国特許第５２３５１６６号および第５４３０２７９号で、磁気ストライプにディジタル情報を書き込むときに生じるジッタをこの固有性があり、再生困難性があり、再現性がある情報として利用できることを開示した。磁気ストライプに生じるジッタは、磁気ストライプの物理的な厚みの変動などの磁気ストライプの物理的なムラ、磁気ライタの動作ムラ、磁気ライタに与える電圧電流のムラ、その他により自然現象として生じるものであり、いちどプリペイドカードが作成されると、そのジッタは固有性があり、同じジッタを再現させることは困難であり、またいったん生じたジッタは何回でも読み取り再現することができることを示した。そして、プリペイドカードの作成時に磁気ストライプの特定部分に生じたジッタを観測し、そのジッタのチエックサム（とフエルナンデスは定義する）を作り、これをそのプリペイドカードの磁気ストライプの別の箇所にディジタル情報として記録しておく発明を開示した。
【０００６】
その従来発明では、プリペイドカードが使用されたとき、その磁気ストライプに記録された金額に関する情報を読み取るとともに、その磁気ストライプの特定部分のジッタを実際に観測し、プリペイドカードを作成したときと同一の論理によりチエックサムを演算し、それがディジタル情報として記録されたチエックサムと一致するか否かを調べる。もしこれが一致すれば真正なプリペイドカードであるとし、不一致であれば偽造されたプリペイドカードとする。
【０００７】
たとえば、不正者が真正なプリペイドカードを正規に購入し、別に同一形式のプリペイドカードを用意して、その真正なプリペイドカードのディジタル情報の全部を別に用意した磁気ストライプに複写することにより、真正なプリペイドカードとそっくりの偽造プリペイドカードを作ったとする。多くの場合に、このようにして作成された偽造プリペイドカードは、プリペイドカードを使用する端末装置では、真正なプリペイドカードとの区別がつかない。ところが、その磁気ストライプの特定部分のジッタはカード毎に固有であるから、正規に購入した真正なものと、複写により作成したものとでは違うので、その特定部分のジッタから得られるチエックサムは、そのプリペイドカードに記録されたチエックサムとは一致しない。このようにして偽造を発見できる。
【０００８】
さらにフエルナンデスは、ＩＣカードについて、国際特許出願PCT/US95/17075において偽造防止技術に関する発明を開示したが、これはランダムパターンを用いてカードの認証を行う技術ではないものと本願発明者は理解している。これはランダムパターンを利用してカードの正当性を認証する技術ではなく、ＩＣカードに設けられたＩＣチップで乱数発生を行う技術に関するものである。
【０００９】
ここで「ランダムパターン」とは、プリペイドカードの製造時に偶然発生的に生まれる特徴量であって、そのカードのダイジェストとして機能する制御困難な乱数パラメタをいう。ランダムパターンには、固有性、再生困難性、再現性があることが必要である。固有性は本来パターンとカードとの間に１対１の対応があるということであるが、現実にはカードの数がパターンの数より多くなることがある。その場合には、あるカードのパターンと同じパターンを持つ別のカードを見いだすことが、物理的かつ計算量的に困難である場合も固有性を有するとすることができる。再生困難性とは、意図的に別のカードの上に特定のパターンを創り出すことが困難であるということである。再現性とは、ひとつのカードについてその寿命期間にわたりパターンが不変であり、それはそのプリペイドカードの検証を行う者が必要なときに直接認識できるという性質である。
【００１０】
カードの磁気ストライプに生じるパルス状のジッタの位置（または大きさ）はランダムパターンの典型的な例である。つまり、磁気ストライプに生じるジッタは、磁気ストライプの材料や厚さ、記録する磁気ライタの性質、その磁気ライタの駆動速度、駆動ムラ、その他の原因により偶然発生的に生じるものであり、カード毎にその発生位置（および大きさ）は固有なものである。これは一般的に普及している磁気リーダで読み取ることが可能であり、一般的な磁気ライタにより特定のジッタを書き込むことはできない。新たに磁気ライタで磁気ストライプ上に情報を上書きするとその前のジッタは消えてしまい、新たなジッタが発生することになる。このため、磁気ストライプをコピーしてカードを偽造しても、ジッタの位置（および大きさ）が異なるので、端末装置はジッタの位置（および大きさ）を確認すれば真偽を判定することができる。ジッタは振幅情報としてパルス状の雑音として認識することができるほか、周波数情報あるいは時間情報としてクロック周波数あるいはクロック・タイミングのムラとしても認識することができる。
【００１１】
【発明が解決しようとする課題】
半導体メモリの製造技術が進歩すると、ＩＣカードを低廉な価格で提供することができるようになる。ＩＣカードは磁気ストライプを用いたカードに比べて多量の情報を記憶することができるし、単に情報を記憶するだけでなくカードの中で情報を処理することができることから、ＩＣカードが磁気ストライプを用いたカードに代わって広く用いられるようになると考えられている。上記のフエルナンデスによる磁気ストライプが形成されたカードについての偽造防止方法は有効な方法であるが、これはこのままＩＣカードに応用することができない。
【００１２】
ＩＣカードについても、そのカードが使用されたときに、そのカードが正当なものであるかを即時に判定する技術はきわめて重要である。ＩＣカードの不正利用を防止する技術が相当に程度に確立されるまでは、どんなにＩＣカードの機能が優れていてもこれを広く使用することができない。
【００１３】
本発明は、このような背景に行われたものであって、磁気ストライプ上のジッタ、その他ランダムパターンを利用して、ＩＣカードについての偽造識別技術を提供することを目的とする。本発明は、偽造することが困難であり、偽造されたときにはそのＩＣカードが使用する端末装置で即時にかつ簡単に偽造を識別することができるＩＣカードおよびその識別装置を提供することを目的とする。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
本発明の第一の観点は、ＩＣカードの一部に磁気ストライプを設けて、この磁気ストライプに発生するジッタをランダムパターンとして利用することに特徴がある。すなわち本発明は、カードの一部に磁気ストライプを形成し、その磁気ストライプに発生するジッタに関する情報がそのカードのＩＣチップおよびまたはその磁気ストライプに記録することを特徴とする。このジッタに関する情報は暗号化されて記録されることが望ましい。また、そのジッタに関する情報は、センタ装置の秘密鍵により暗号化され、カードが使用される端末装置に設定された公開鍵により復号可能な暗号により記録されることが望ましい。
【００１５】
本発明はさらにＩＣカードの認証装置であり、使用されるカードに記録された情報を読み取る手段と、そのカードから読み取った情報からその正当性を判定する手段を備えたＩＣカードの認証装置において、そのＩＣカードには、ＩＣチップのほかに磁気ストライプが設けられ、その磁気ストライプに発生するジッタに関する情報がそのカードのＩＣチップおよびまたはその磁気ストライプに記録され、その正当性を判定する手段は、その磁気ストライプから観測したジッタとそのカードに記録されたジッタに関する情報から演算して得られるジッタとを比較してそのカードの受入れ可否を判定する手段を含むことを特徴とする。
【００１６】
その装置は、発行されたＩＣカードの情報を記憶するデータベースを含むセンタ装置と、ＩＣカードが使用される端末装置と、そのセンタ装置とその端末装置との間に設けられた双方向通信手段とを備え、センタ装置がＩＣカードの不正使用に関する情報管理を厳密に行うことができるようにすることが望ましい。
【００１７】
本発明はさらに、プログラム制御されるコンピュータを含むハードウエアにインストールすることにより、そのハードウエアが上記ＩＣカードの認証装置となるソフトウエアが記録された機械読み取り可能な記録媒体であることを特徴とする。
【００１８】
本発明の第二の観点は、ＩＣカード上のディジタルメモリの故障をランダムパターンとして利用するものである。すなわち本発明は、ディジタルメモリに製造時に発生するメモリ故障が発生した位置に関する情報がそのカードの一部に記録されたことを特徴とするＩＣカードである。その位置に関する情報は暗号化して記録されることが望ましい。また、その位置に関する情報は、センタ装置の秘密鍵により暗号化され、カードが使用される端末装置に設定された公開鍵により復号可能な暗号により記録されることが望ましい。
【００１９】
本発明は、さらに、使用されるカードに記録された情報を読み取る手段と、そのカードから読み取った情報からその正当性を判定する手段を備えたＩＣカードの認証装置であって、そのＩＣカードには、ＩＣチップのディジタルメモリにその製造時に発生する故障位置に関する情報がそのカードのＩＣチップに記録され、その正当性を判定する手段は、そのＩＣチップを観測して得られた故障位置とそのカードに記録された故障位置に関する情報から演算して得られる故障位置とを比較してそのカードの受入れ可否を判定する手段を含むことを特徴とするＩＣカードの認証装置にある。この装置は、発行されたＩＣカードの情報を記憶するデータベースを含むセンタ装置と、ＩＣカードが使用される端末装置と、そのセンタ装置とその端末装置との間に設けられた双方向通信手段とを備えた構成とすることができる。
【００２０】
また、本発明は、プログラム制御されるコンピュータを含むハードウエアにインストールすることにより、そのハードウエアが請求項１０または１１記載のＩＣカードの認証装置となるソフトウエアが記録された機械読み取り可能な記録媒体である。
【００２１】
本発明の第三の観点は、ディジタルメモリのアナログ値をランダムパターンとして利用するものである。すなわち本発明は、カードに形成されている多数の二値ディジタルメモリセルについて、そのメモリセルが保持する電気的アナログ値をｑ値レベル（ｑ値は３以上の整数）で観測した値に関する情報のハッシュされたダイジェストがそのカードのＩＣチップに記録されたことを特徴とするＩＣカードにある。ハッシュ関数とは衝突のない圧縮関数である。電気的アナログ値をｑ値レベルで観測した値のダイジェストに関する情報は暗号化して署名として記録することが望ましい。これは、センタ装置の秘密鍵により暗号化され、カードが使用される端末装置に設定された公開鍵により復号可能な暗号により記録される構成とすることができる。図４はこの手順を説明する図である。
【００２２】
本発明は、さらに、使用されるカードに記録された情報を読み取る手段と、そのカードから読み取った情報からその正当性を判定する手段とを備えたＩＣカードの認証装置であって、そのＩＣカードには、カードに形成された多数の二値ディジタルメモリのうち特定のメモリセル（複数であることが望ましい）について、そのメモリセルが保持する電気的アナログ値をｑ値レベル（ｑは３以上の整数、ｑは１６以上であることが望ましい）で観測した値に関する情報がそのカードのＩＣチップに記録され、その正当性を判定する手段は、その特定のメモリセルが保持する電気的アナログ値をｑ値レベルで観測した値とそのカードに記録された電気的アナログ値に関する情報から演算して得られる値とを比較してそのカードの受入れ可否を判定する手段を含むことを特徴とする。この装置は、発行されたＩＣカードの情報を記憶するデータベースを含むセンタ装置と、ＩＣカードが使用される端末装置と、そのセンタ装置とその端末装置との間に設けられた双方向通信手段とを備えることができる。
【００２３】
さらに本発明は、プログラム制御されるコンピュータ装置を含むハードウエアにインストールすることにより、そのハードウエアが上記のＩＣカードの認証装置となるソフトウエアが記録された機械読み取り可能な記録媒体である。
【００２４】
【発明の実施の形態】
ＩＣカードの表面あるいは内部に磁気ストライプを形成し、その磁気ストライプに、たとえばそのＩＣカードの種類、識別番号、その他ディジタル情報を記録する。磁気ストライプ上に情報を記録すると、磁気ストライプにはパルス状のジッタがランダムに生じる。図１にはその様子を模式的に示す。このジッタは既存の磁気リーダで読み取ることができるが、磁気ライタを用いて特定の位置にジッタを書き込むことはできない。また磁気ストライプ上に存在するジッタは、新たに磁気ライタで上書きすれば消えてしまう。
【００２５】
したがって、磁気ストライプをコピーして偽造カードを作っても、磁気ストライプ上のジッタは異なる位置に存在することになる。はじめのジッタの位置を読み取り、これを符号化して、ＩＣチップのディジタルメモリあるいはその磁気ストライプの一部に記録しておくと、プリペイドカードが使用されたときに、端末装置でそのジッタの位置とその記録から得られたジッタの位置とを照合することにより、そのプリペイドカードが書き直されたものであるか否かを識別することができる。これは、ジッタに対しては読み出し能力が書きこみ能力を上回るという事実を利用しており、一般に、このような事実が成り立つ物理量はランダムパターンとしての要件を満たす可能性が高い。
【００２６】
本発明のＩＣカードでは、この併設された磁気ストライプに発生するランダムパターンをＩＣカードの正当性の認証に利用するために利用する。それぞれのＩＣカードには、製造の際に読み取られたランダムパターン、すなわちこの磁気ストライプ上のジッタの位置をディジタル符号として記録しておく。このとき単にディジタル符号として記録するのではなく、磁気ストライプ上のジッタの位置をセンタ装置の秘密鍵で暗号化しこれを署名として記録しておくことがよい。この様子を図２に示す。
【００２７】
このように製造されたＩＣカードを使用する端末装置では、使用されたＩＣカードから磁気ストライプのジッタの位置を実際に読み取り、併せて読み取られた署名を前記秘密鍵に対応する公開鍵で復号する。その復号されたデータはその磁気ストライプのランダムパターン、すなわちジッタ位置となるはずであり、これが照合されるか否かによりそのＩＣカードの正当性を識別することができる。正当なＩＣカードでは復号されたジッタ位置と、読み取られたジッタ位置とは一致するはずである。かりに上書きした磁気ストライプであったとすると、ジッタ位置は変更されているから、読み取られたジッタ位置と署名を復号することにより得られたジッタ位置とは一致しない。かりに、使用済のＩＣカードを用いてその内部情報を正当なＩＣカードの内部情報とそっくりに書き換えることにより不正なＩＣカードを製造しても、そのＩＣカードに設けられた磁気ストライプのジッタはそのカードに固有のものであるから、そのジッタに関する情報をその固有のジッタに合わせて書き換えなければ使用できない。また、かりに上書きして変更されたジッタ位置を観測して、これを暗号化しようとしても、秘密鍵を知らないと正しい署名を作ることができないから、秘密鍵を知らない者にはこの偽造はできない。
【００２８】
ＩＣカードを使用する端末装置は、ＩＣカードを接続するインターフェースと、このインターフェースを介してディジタル情報を送受信するプログラム制御されたコンピュータとを備える。そしてこのような装置は、ＩＣカードを使用する装置として広く一般的な装置として構成されたものである。このような装置に本発明を実施するための独特のソフトウエアをインストールすることにより、本発明のＩＣカード認証装置とすることができる。そのソフトウエアには、そのＩＣカードに記録されたジッタ位置その他に関するランダムパターンの情報を復号するための暗号鍵をも含む。そのソフトウエアは磁気記録媒体、あるいは光記録媒体など、機械読み取り可能な記録媒体に記録されて販売されることになる。その記録媒体は本発明の特許の対象となる。
【００２９】
図３に示すように、このような装置は複数の端末装置に対して、ＩＣカードの発行を管理する一つのセンタ装置を設け、双方向の通信手段によりこれを接続し、発行済のＩＣカードについて記録し管理することが望ましい。そのような構成により、さらに厳密に不正カードを識別することができ、ＩＣカードの不正使用を防止することができる。
【００３０】
つぎにディジタルメモリの故障率を利用する場合について説明する。ディジタルメモリは製造時に故障が発生する。故障したディジタルメモリのセルは、そのメモリ情報が１あるいは０に固定されてしまう。このメモリ故障が発生したメモリ位置をランダムパターンとして利用するものである。ディジタルメモリの製造時には、その製造工程を制御するその他の方法により故障発生率を制御することができるとすると、ランダムパターンとして利用できる程度まで、その故障率を上昇させるとよい。そして、この故障位置はいったん発生すると変化しないものと考えられ（固有性）、人が任意に設定してこの故障位置を発生させることは困難であり（再生困難性）、その故障位置は後からでも別途観測して確認することができる（再現性）。
【００３１】
ＩＣカードの製造の際に、このメモリ故障が発生した位置を観測し、その位置に関する情報を暗号化してそのＩＣカードのＩＣチップにディジタル情報として記録しておく。ＩＣカードが使用されたときには、そのＩＣチップからそのディジタル情報を読み出すとともに、そのメモリ故障が発生した位置を別に実際にそのＩＣカードについて観測する。そしてその読み出したディジタル情報を復号してメモリ故障位置を求め、これが実際に観測した故障位置と照合する。この照合が一致するならそのＩＣカードは正当であり、その照合が不一致であるならそのＩＣカードは不正なものであるとして使用を拒否する。
【００３２】
この場合にも、センタ装置に大きいデータベースを設けて、発行済のＩＣカードについて管理を行なうとともに、センタ装置と端末装置との間に双方向の通信手段を設け、使用されたＩＣカードの全部についてセンタ装置で管理を行うようにすることにより不正をさらに厳格に防止することができる。
【００３３】
また、端末装置あるいはセンタ装置について、ソフトウエアを機械読み取り可能な記録媒体に記録し、これをコンピュータ制御されたハードウエアにインストールすることにより本発明の装置を得るように構成することができる。
【００３４】
つぎに、ディジタルメモリの電気的なアナログ値をランダムパターンとして利用する発明について説明する。
【００３５】
ＩＣカードの中の特定のメモリセルを設定する。設定するメモリセルの数ｍははなるべく多くすることがよいが物理的には限界がある。例えばｍ＝１２８個のメモリセルを設定する。そして、そのメモリセルには、１および０を数回繰り返して記録した後に、任意に設定されたパターンにしたがって情報１または０を記録する。そうすると各メモリセルの値はその情報１にしたがって、Ｅボルト（ＴＴＬでは５ボルト）あるいは０ボルトの電圧を呈することになるが、実際にはこれは正確に５ボルトではなく、また０ボルトでもない。この電圧値をｑ値レベル、たとえば３２値のレベルとして測定して、これをランダムパターンとする。すなわち、１２８個のメモリセルについてそれぞれ３２値の電圧レベルの表が得られる。この表のダイジェストをハッシュ関数により作成し、それを暗号化して判別用の署名としてそのＩＣカードのＩＣチップ内に記録しておく。このＩＣカードが使用されたときには、そのＩＣチップから暗号化された判別用の署名を読み出しそれを復号する。一方その特定のメモリセルについて、電圧値をｑ値レベルで測定し、これをハッシュしてダイジェストを作成し、署名を復号した情報と照合する。これが一致するならそのＩＣカードは正当なものであり、不一致ならば不正なものとして使用を拒否する。
【００３６】
この場合にも、ＩＣカードを使用する端末装置の複数とセンタ装置とを設け、発行済のＩＣカードについてその使用状況を管理することは、不正を防止するために有効な手法である。
【００３７】
また端末装置およびセンタ装置について、それぞれプログラム制御されたコンピュータを含むハードウエアに、本発明の装置として機能させるためのソフトウエアをインストールすることにより本発明の装置を得ることができる。このためのソフトウエアを記録した機械読み取り可能な記録媒体は特許の対象となる。
【００３８】
【発明の効果】
本発明によりＩＣカードについても、ランダムパターンを用いた偽造識別を行うことができるようになり、ＩＣカードの不正使用を防止することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施例ＩＣカードの構成を説明する図。
【図２】本発明の実施例ＩＣカードのランダムパターンと署名との関係を説明する図。
【図３】本発明実施例のセンタ装置と端末装置との関係を説明する図。
【図４】ディジタルメモリのアナログ値を利用するための手順を説明する図。
【図１】
0003980706.tif 000002
【図２】
0003980706.tif 000003
【図３】
0003980706.tif 000004
【図４】
0003980706.tif 000005