(57)【要約】      （修正有）【課題】最新のハッキング攻撃に対しても送信する映像データの改竄や偽装を防止する画像偽造防止装置を提供する。【解決手段】画像偽造防止装置は、被写体の撮像を行う撮像素子１０１と、少なくとも所定の期間において、時間の経過に伴って変化するチャレンジデータを生成するチャレンジデータ生成部１０２と、物理的複製困難関数に基づきチャレンジデータに対応して、時間の経過に伴って変化する固有のレスポンスを生成する固有レスポンス生成部１０３と、を備える。該レスポンスと、撮像素子１０１により撮像される被写体を含む画像とが、前記所定の期間において対応して変化する。【選択図】図１
2017216679.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも所定の期間において、時間の経過に伴って変化するチャレンジデータを生成するチャレンジデータ生成部と、
物理的複製困難関数に基づき前記チャレンジデータに対応して、時間の経過に伴って変化する固有のレスポンスを生成する固有レスポンス生成部と、
被写体を撮像して得られる被写体画像データを、前記レスポンスに対応して変化させる固有情報付加部と、
を備える画像偽造防止装置。
【請求項２】
前記固有情報付加部は、前記被写体を撮像して前記被写体画像データを生成し、所定の撮像パラメータの変更によって前記被写体画像データを調整可能な撮像素子を備え、
前記固有情報付加部は、前記レスポンスに対応して前記撮像パラメータを変更することによって、前記被写体画像データを前記レスポンスに対応して変化させる、
請求項１記載の画像偽造防止装置。
【請求項３】
前記固有情報付加部は、所定の入力に対応した発光パターンで前記被写体を照明する発光素子を備え、
前記固有情報付加部は、前記レスポンスに対応して前記発光素子の生成する発光パターンを変更することによって、前記被写体画像データを前記レスポンスに対応して変化させる、
請求項１記載の画像偽造防止装置。
【請求項４】
前記固有情報付加部は、所定の入力に対応したキャラクタを生成して前記被写体画像データに付加するキャラクタ生成部を備え、
前記固有情報付加部は、前記レスポンスに対応して前記キャラクタ生成部の生成するキャラクタを変更することによって、前記被写体画像データを前記レスポンスに対応して変化させる、
請求項１記載の画像偽造防止装置。
【請求項５】
前記チャレンジデータは、時刻情報、位置情報、乱数の少なくとも一つを用いて生成される、
請求項１〜４の何れか一つに記載の画像偽造防止装置。
【請求項６】
前記チャレンジデータは、製品個体情報、ユーザ固有情報、製品設置の拠点情報の少なくとも一つを更に用いて生成される、
請求項５記載の画像偽造防止装置。
【請求項７】
前記物理的複製困難関数は、抵抗変化型不揮発メモリに含まれる抵抗変化素子の抵抗値に基づく関数である、
請求項１〜６の何れか一つに記載の画像偽造防止装置。
【請求項８】
前記固有レスポンス生成部は、前記抵抗変化型不揮発性メモリに電気的ストレスを印加することにより前記物理的複製困難関数を変更する書き込み回路を備える、
請求項７記載の画像偽造防止装置。
【請求項９】
変更後の物理的複製困難関数に基づく所定の情報を外部サーバに送信する送信回路をさらに備え、
前記書き込み回路は、定期的又は不定期的に前記物理的複製困難関数の変更を行う、
請求項８記載の画像偽造防止装置。
【請求項１０】
前記固有レスポンス生成部は、前記物理的複製困難関数の第１および第２の変換テーブルを含み、
前記書き込み回路は、前記第１の変換テーブルを更新せずに、前記第２の変換テーブルを更新することにより、前記物理的複製困難関数を変更する、
請求項８記載の画像偽造防止装置。
【請求項１１】
前記固有レスポンス生成部は、前記第１の変換テーブルと前記更新された第２の変換テーブルの論理演算を行い、
前記論理演算の結果を外部サーバに送信する送信回路を更に備える
請求項１０記載の画像偽造防止装置。
【請求項１２】
前記固有情報付加部は、前記レスポンスのデータと前記被写体画像データとから得られるダイジェストデータを生成するダイジェストデータ生成部を備え、
前記固有情報付加部は、前記被写体画像データに前記ダイジェストデータを付加することにより、前記被写体画像データを変化させる、
請求項１〜１１の何れか一つに記載の画像偽造防止装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本開示は、被写体を撮像して得られる画像データの偽造及び改竄を防止してデータを送信する画像偽造防止装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
従来、いくつかの画像偽造検出システムが周知である（例えば、特許文献１、特許文献２）。
【０００３】
特許文献１は、車室内をカメラで撮影して得られるカメラ画像の偽装を検出する技術を開示する。この技術では、被写体を照明する発光ダイオード（ＬＥＤ）光源の発光パターンとして、秘密鍵によって暗号化したデータパターンを用い、カメラ画像に写りこんだ光量変化のパターンから暗号情報を抽出し、照合を行う。
【０００４】
また、特許文献２では、監視カメラと監視端末の双方でそれぞれ標準時刻情報を取得する。監視カメラは、監視対象物である被写体を撮像し、その撮像で得られた映像信号の垂直ブランク期間に標準時刻情報を付加して監視端末に送る。監視端末は、映像信号に付加された標準時刻情報と監視端末自身が取得した標準時刻情報とを比較し、同一時刻か否かを認証することにより映像信号の改竄を検知する。特許文献２では、さらに、付加する情報を秘密鍵で暗号化し、予め秘密鍵をシェアしたもの同志が画像の閲覧を許可することで、更なる高セキュアな画像改竄防止システムを提供できると述べられている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００５】
【特許文献１】特開２００６−１４６９６２号公報
【特許文献２】特開２００５−０９４４２０号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本開示は、被写体を撮像して得られる画像データの偽造及び改竄を防止してデータを送信する画像偽造防止装置を提供する。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本開示の一態様に係る画像偽造防止装置は、少なくとも所定の期間において、時間の経過に伴って変化するチャレンジデータを生成するチャレンジデータ生成部と、物理的複製困難関数（以降、ＰＵＦ：Ｐｈｙｓｉｃａｌｌｙ  Ｕｎｃｌｏｎａｂｌｅ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎともいう）に基づき前記チャレンジデータに対応して、時間の経過に伴って変化する固有のレスポンスを生成する固有レスポンス生成部と、被写体を撮像して得られる被写体画像データを、前記レスポンスに対応して変化させる固有情報付加部と、を備える。
【発明の効果】
【０００８】
本開示による画像偽造防止システムは、被写体を撮像して得られる画像データが秘密情報の漏洩による画像偽造攻撃を防止して安全にデータを送信する。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】図１は、実施の形態１に係る画像偽造検出システムの全体構成を示す図である。
【図２】図２は、実施の形態１に係る画像偽造検出システムの動作を示すフローチャートである。
【図３】図３は、実施の形態２に係る画像偽造検出システムの全体構成を示す図である。
【図４】図４は、実施の形態２に係る画像偽造検出システムの動作を示すフローチャートである。
【図５】図５は、実施の形態３に係る画像偽造検出システムの全体構成を示す図である。
【図６】図６は、実施の形態３に係る画像偽造検出システムの動作を示すフローチャートである。
【図７】図７は、実施の形態の変形例に係る画像偽造検出システムの全体構成を示す図である。
【図８】図８は、本開示の抵抗変化型の不揮発メモリの具体的な構成例を示すブロック図である。
【図９Ａ】図９Ａは、抵抗変化素子の抵抗ばらつきを説明する説明図である。
【図９Ｂ】図９Ｂは、抵抗変化素子の抵抗変化のメカニズムを説明する説明図である。
【図１０】図１０は、抵抗値のばらつき分布の中央値を検出し、それを閾値として各メモリセルの抵抗値から０／１の２値データにした模式図である。
【図１１】図１１は、送信データおよびハッシュ値の計算処理を示すイメージ図である。
【図１２】図１２は、物理的複製困難関数の変換テーブルを示すイメージ図である。
【発明を実施するための形態】
【００１０】
（本開示に至った知見）
従来の画像偽造検出システムにおいては、秘密鍵による暗号化データを画像に付加させたり、暗号化したパターンを基にしたＬＥＤ発光をカメラで撮影したりすることで、改竄防止や閲覧認証をするものがあった。つまり、秘密鍵による暗号データがセキュリティを担う要である。
【００１１】
近年の暗号化技術の進歩により、例えば暗号回路の方式の代表的なものとしては３ＤＥＳ（Ｔｒｉｐｌｅ  Ｄａｔａ  Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄ）やＡＥＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ  Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ  Ｓｔａｎｄａｒｄ）といったものが広く用いられている。これらの暗号化方式には、入出力となっている平文（すなわち、暗号前データ）と暗号文のペアを入手し、最高速のコンピュータを駆使して解析しても、現実的な時間内では秘密鍵を特定できないような高度な暗号アルゴリズムが採用されており、その安全性は確認されている。このように暗号データは計算量的安全性に守られている。
【００１２】
一般的に秘密鍵は、ＩＣの製造工程で、セキュリティが担保された設備環境下で、予めＩＣ内部に書込まれ、ＩＣ間で事前にシェアされている。そして、それら事前にシェアされた秘密鍵をもつＩＣ同士、またはＩＣを搭載した装置と利用者が相互認証できるようにする。これにより、秘密鍵を知りえない不正規のＩＣや利用者の成り済ましやデータ改竄、模造品などを排除する。例えば、認証する側が、乱数データを秘密鍵で暗号化し、認証される側に送信する。認証される側は、予めシェアされた秘密鍵で暗号化された乱数データを復号化して、もとの乱数データに戻し、その乱数データを認証する側に返信する。認証する側は、乱数データが一致することを確認する。これにより、認証される側が秘密鍵を持っていることが担保され、認証する側は認証される側を正規な対象者として認証する。データの通信も同様である。
【００１３】
しかしながら、暗号化されたデータへのハッキングは安全であっても、近年の攻撃技術の進歩により、秘密鍵が直接ハッキングされる脆弱性が懸念されはじめた。
【００１４】
古典的な手法のＩＣでは、暗号鍵を内部のフューズＲＯＭまたは不揮発性メモリに保存していた。前者の構成には、Ｘ線投射などによってフューズ素子の状態を観察し、フューズ素子の導通・非導通を解析し、保存されている鍵情報をハッキングされ得る。後者の構成はＸ線投射では解析されない。しかし、不揮発性メモリのメモリ素子両端に直接プローブをあて電気的に素子の状態を読み取ることにより鍵情報をハッキングされ得る。そのため、セキュリティを強化したＩＣは、内部回路に直接プローブを当てられないように最先端の微細プロセスを用いて製造される。つまり、最新技術のプローブの先端径よりも細い配線ルールをもつ微細プロセスでＩＣを製造することで、プロービングによる解析の脅威を回避していた。
【００１５】
先端プロセスを用いればプロービングや光学観察によって解析が困難になる。しかし、生産台数の少ないＩＣの品種は、先端プロセスで製造すると高額になり商品競争力を失う。逆に、製造コストの低い古いプロセスで製造すると物理耐タンパ性が乏しくなる。よって、コストとセキュリティの両立が困難である。
【００１６】
さらに、最近ではサイドチャンネル攻撃という手法がとられ始め、脅威とされてきている。サイドチャンネル攻撃とは、各信号処理回路の実行時の半導体デバイスの消費電力、および消費電力に依存する輻射電磁波などのサイドチャネル情報を用いて、秘密鍵を特定する手法である。この手法の一例として、ＤＰＡ（Ｄｉｆｆｅｒｅｎｔｉａｌ  Ｐｏｗｅｒ  Ａｎａｌｙｓｉｓが挙げられる。この手法が脅威である理由は、攻撃者（すなわち、ハッカー）がＩＣに物理的に損傷を与えず、実動作中に鍵情報をハッキングできることにある。不揮発性メモリに記憶された鍵情報は、暗号処理を実行することをトリガとしたタイミングで読み出される。ＤＰＡの原理に鑑みれば、そのタイミングと同じようなタイミングで読み出されたデータが特定され取得されれば、ＤＰＡによりデータ内容が解析される恐れがある。
【００１７】
また、ＩＣの内部仕様書が漏洩するとＩＣの制御方法がハッカーに理解され、上述のように不揮発性メモリに保存されたデータ全てが、暗号鍵情報も含めてハードコピーされ、ＩＣの複製が作成されてしまう。
【００１８】
このように、最新のハッキング攻撃で容易に秘密鍵を盗む事例が報告されており、先行技術では映像を改竄や偽装から防止できなくなってきている。
【００１９】
本開示は、秘密情報の漏洩による画像偽造攻撃を防止する画像偽造検出システムを提供すると共に、安全なカメラ監視システムを提供する。なお、画像偽造検出システムは、画像偽造防止装置の一例である。
【００２０】
本開示の一態様に係る画像偽造防止装置は、少なくとも所定の期間において、時間の経過に伴って変化するチャレンジデータを生成するチャレンジデータ生成部と、物理的複製困難関数に基づき前記チャレンジデータに対応して、時間の経過に伴って変化する固有のレスポンスを生成する固有レスポンス生成部と、被写体を撮像して得られる被写体画像データを、前記レスポンスに対応して変化させる固有情報付加部と、を備える。
【００２１】
ここで、物理的複製困難関数とは、物理的構造体がもつ製造ばらつきをもとによって具体化される関数であり、当該製造ばらつき（つまり当該関数）を、個体ごとに人為的に制御することが極めて困難であるという特徴を有するものである。そのため、前述の構成において、前記レスポンスは物理的な複製が実質的に不可能な個体識別情報であり、当該個体識別情報に対応して前記被写体画像データが変化することにより、前記被写体画像データの改竄検出が可能になる。
【００２２】
また、前記固有情報付加部は、前記被写体を撮像して前記被写体画像データを生成し、所定の撮像パラメータの変更によって前記被写体画像データを調整可能な撮像素子を備え、前記固有情報付加部は、前記レスポンスに対応して前記撮像パラメータを変更することによって、前記被写体画像データを前記レスポンスに対応して変化させてもよい。
【００２３】
このような構成によれば、基本的な構成要素である撮像素子を用いて、前記被写体画像データに前記固有情報を付加できるので、画像偽造防止装置の構成を簡素化できる。
【００２４】
また、前記固有情報付加部は、所定の入力に対応した発光パターンで前記被写体を照明する発光素子を備え、前記固有情報付加部は、前記レスポンスに対応して前記発光素子の生成する発光パターンを変更することによって、前記被写体画像データを前記レスポンスに対応して変化させてもよい。
【００２５】
このような構成によれば、照明用の発光素子を有するシステムにおいて、当該発光素子を利用して、前記被写体画像データに前記固有情報を付加できる。例えば、本画像偽造防止装置をドライブレコーダに適用する場合、前記発光素子を車両のヘッドライトとして実装することができる。
【００２６】
また、前記固有情報付加部は、所定の入力に対応したキャラクタを生成して前記被写体画像データに付加するキャラクタ生成部を備え、前記固有情報付加部は、前記レスポンスに対応して前記キャラクタ生成部の生成するキャラクタを変更することによって、前記被写体画像データを前記レスポンスに対応して変化させてもよい。
【００２７】
このような構成によれば、レスポンスに対応して変化する被写体画像データの部分を前記キャラクタが付加されている部分に限定し、その他の部分において、レスポンスに対応して変化していない本来の被写体画像データを得ることができる。
【００２８】
また、前記画像偽造防止装置において、前記チャレンジデータは、時刻情報、位置情報、乱数の少なくとも一つを用いて生成されてもよく、また、製品個体情報、ユーザ固有情報、製品設置の拠点情報の少なくとも一つを用いて生成されてもよい。
【００２９】
このような構成によれば、前記チャレンジデータに時刻情報などの被写体画像データごとユニークな情報を用いることによって、被写体画像データの偽造防止及び偽造検出の信頼性が向上する。
【００３０】
また、前記画像偽造防止装置において、前記物理的複製困難関数は、抵抗変化型不揮発メモリに含まれる抵抗変化素子の抵抗値に基づく関数であってもよい。
【００３１】
前記抵抗変化素子の抵抗値は、前記抵抗変化素子に複数存在する導通フィラメントパスの本数やパス経路のばらつきがもととなっている。導通フィラメントは所定以上の電気的ストレスが印加されない間は、同じ状態を維持するものの、所定以上の電気的ストレスが印加されると導通フィラメントの本数や経路がランダムに変更され、抵抗値のばらつき分布関係、すなわち抵抗変化型不揮発性メモリにおける物理的複製困難関数が更新される特徴がある。
【００３２】
そのため前述の構成によれば、例えば製品の再利用おいて全く異なる物理的複製困難関数に変更して製品を再利用することができる。また、一度使用した製品を廃棄するとき、これまで改竄検出に用いていた物理的複製困難関数を消去し、安全に廃棄できるシステムを構築できる。その結果、装置の再利用や廃棄において、登録された古い物理的複製困難関数が悪用されるようなリスクを回避できる。
【００３３】
また、前記画像偽造防止装置において、前記固有レスポンス生成部は、前記抵抗変化型不揮発性メモリに電気的ストレスを印加することにより前記物理的複製困難関数を変更する書き込み回路を備えてもよい。
【００３４】
このような構成によれば、前記抵抗変化型不揮発性メモリに電気的ストレスを印加するという比較的簡便な手順によって、前述した製品の再利用や廃棄の安全性を確保できる。
【００３５】
また、前記画像偽造防止装置は、変更後の物理的複製困難関数に基づく所定の情報を外部サーバに送信する送信回路をさらに備えてもよい。前記書き込み回路は、定期的又は不定期的に前記物理的複製困難関数の変更を行ってもよい。
【００３６】
このような構成によれば、将来的にＰＵＦ自体を解析する未知の攻撃に対しても高い防御力を実現できるため、画像の偽造検出の信頼性がさらに向上する。
【００３７】
また、前記画像偽造防止装置において、前記固有レスポンス生成部は、前記物理的複製困難関数の第１および第２の変換テーブルを含んでもよい。前記書き込み回路は、前記第１の変換テーブルを更新せずに、前記第２の変換テーブルを更新することにより、前記物理的複製困難関数を変更してもよい。前記固有レスポンス生成部は、前記第１の変換テーブルと前記更新された第２の変換テーブルの論理演算を行ってもよい。前記画像偽造防止装置は、前記論理演算の結果を外部サーバに送信する送信回路を備えてもよい。前記固有情報付加部は、前記レスポンスのデータと前記被写体画像データとから得られるダイジェストデータを生成するダイジェストデータ生成部を備えてもよい。前記固有情報付加部は、前記被写体画像データに前記ダイジェストデータを付加することにより、前記被写体画像データを変化させてもよい。
【００３８】
以下、画像偽造検出システム等の実施形態について図面を参照して説明する。なお、実施の形態において同じ符号を付した構成要素は同様の動作を行うので、再度の説明を省略する場合がある。
【００３９】
（実施の形態１）
図１は、実施の形態１に係るシステムの全体構成を模式的に示す図である。図１に示す画像偽造検出システム（画像偽造防止装置の一例）１は、装置ごとにユニークで複製が物理的にできないデータを基にした固有情報を画像に付加させる。すなわち、複製が困難な物理的特徴のデータを基にした固有情報を画像データに付加させる。これにより、各装置とユニークに結びついた記録画像を作成し、複製および改竄を防止することができる。画像偽造検出システム１は、撮像素子１０１、チャレンジデータ生成部１０２、及び固有レスポンス生成部１０３を備える。
【００４０】
撮像素子１０１は、被写体の撮像を行う。被写体とは、本システムの撮像装置の撮像対象となる人物、物、風景等の全てのものであり、例えば、監視カメラの監視対象となる、人物、風景、物などである。監視カメラが設定されている場所は、屋外、屋内を問わない。例えば車両の車室内であっても良い。
【００４１】
撮像素子１０１は、被写体の光学像を電気信号に変換する素子であり、例えばＣＣＤイメージセンサやＣＭＯＳイメージ−センサなどである。
【００４２】
撮像素子１０１で撮像する被写体画像には、撮像パラメータの変調によって固有情報が付加される。撮像素子１０１は、所定の撮像パラメータの変更によって撮像される被写体画像を調整することが可能である。撮像素子１０１は、固有レスポンス生成部１０３からのレスポンス（以下、レスポンスデータと呼ぶ場合がある）を受けて撮像パラメータを生成する。撮像素子１０１は、例えばレスポンスに応じてＣＣＤの露光量やホワイトバランスを調整する。撮像素子１０１は、被写体を撮像して得られる被写体画像を、前記固有のレスポンスに対応して変化させる固有情報付加部１００の一例である。
【００４３】
チャレンジデータ生成部１０２は、少なくとも所定の期間において、時間の経過に伴って変化するチャレンジデータを生成する。
【００４４】
チャレンジデータとは、時間の経過に従って変化する任意のデータである。例えば時刻情報、位置情報、乱数値など時間の経過に伴い変化する情報（以下、第一の情報と呼ぶ）を用いて生成されても良い。または、製品固体情報、ユーザ固有情報、製品設置の拠点情報などの識別情報（以下、第二の情報と呼ぶ）と、前述の第一の情報とを組み合わせて生成されてもよい。
【００４５】
時刻情報は、本システム内にあっても良く、システム外から取得しても良い。例えば基地局や人工衛星から送信される電波等の無線信号から取得してもよい。位置情報は、ＧＰＳ衛星からの位置情報を取得するか、携帯電話基地局からの情報を利用してもよい。製品個体情報としては、例えば車両識別番号（ＶＩＮ）などを用いてもよい。
【００４６】
前記チャレンジデータの元となる第一の情報および第二の情報は、そのまま映像信号のブランキング期間や映像の一部の画像データに付加されてもよい。改竄されているか否かの確認者（以降、改竄検証者ともいう）は、映像信号に付加された第一の情報および第二の情報を用いて、予め登録されたレスポンス情報からレスポンスデータを導き出し、前記映像信号に含まれるレスポンスデータと照合し、改竄の有無を検査する。
【００４７】
固有レスポンス生成部１０３は、物理的複製困難関数に基づきチャレンジデータに対応して、時間の経過に伴って変化する固有のレスポンスを生成する。
【００４８】
物理的複製困難関数（ＰＵＦ）とは、物理的構造体がもつ製造ばらつきをもとに具体化される関数である。ＰＵＦ技術において、チャレンジデータを固定したときに生成されるレスポンスデータはデバイスの個体ごとに異なるユニークな固体識別情報となる。すなわち、製造ばらつきを活用してデバイスの個体ごとに異なるユニークな固体識別情報を生成することができる。
【００４９】
以降、本明細書では、固有レスポンス生成部１０３へ入力するチャレンジデータが予め指定された固定のチャレンジデータである場合、そのチャレンジデータに対するレスポンスデータを固体識別情報とし「ＰＵＦ  ＩＤデータ」と呼ぶ。前記の予め指定された固定のチャレンジデータとは、前記第二の情報に含まれる情報などがあげられる。ＰＵＦ  ＩＤデータは各個体の物理特性のばらつきに関連づけられた各デバイス固有の乱数データであると言える。デバイスの個体ごとにその物理特性を人為的に制御することが不可能であるため、物理的な複製が不可能な個体識別情報を生成することができる。このＰＵＦ  ＩＤデータは、第一の情報や第二の情報とは別に映像信号に付加されても良い。
【００５０】
一方で、前記第一の情報をチャレンジデータとして用いた場合、チャレンジデータは、時間とともに変わる。前記の予め登録されたレスポンス情報とは、固有レスポンス生成部１０３が備えるＰＵＦの変換モデルまたは変換のためのデータテーブル情報である。このような予め登録されたレスポンス情報を、本明細書では、ＰＵＦ登録情報と呼ぶことにする。前記ＰＵＦ登録情報は、データサーバーなどに登録される。改竄検証者は、ネットワークを介して、前記ＰＵＦ登録情報を入手して検査をおこなう。
【００５１】
チャレンジデータ生成部１０２はいかなる構成であっても良く、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）又はＭＰＵ（Ｍｉｃｒｏ  Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ  Ｕｎｉｔ）とメモリ等で構成される汎用的コンピュータでも良く、若しくは専用ハードウェアでも良い。汎用コンピュータで実現される場合は、処理の実行はソフトウェアによって行われ、プログラムはＲＯＭ（Ｒｅａｄ  Ｏｎｌｙ  Ｍｅｍｏｒｙ）等の記録媒体に記録される。専用ハードウェアはワイヤードロジックとして構成され、例えばＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｏｉｎ  Ｓｐｅｃｉｆｉｃ  Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  Ｃｉｒｃｕｉｔ）、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ  Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ  Ｇａｔｅ  Ａｒｒａｙ）によって実現される。
【００５２】
物理的複製困難関数は、例えば、ＳＲＡＭ（Ｓｔａｔｉｃ  Ｒａｎｄｏｍ  Ａｃｃｅｓｓ  Ｍｅｍｏｒｙ）に電源を投入した際の当該ＳＲＡＭの初期値があげられる。ＳＲＡＭを構成しているメモリセルは、クロスカップルのインバータ回路で構成されている。この物理的複製困難関数は、ペアのインバータに含まれるトランジスタの閾値電圧の製造ばらつきに起因したものである。この場合、電源投入時の各メモリセルが、自らのばらつきにより、０または１の何れかの状態に収束する。よって、ＳＲＡＭのメモリセルは、それぞれ、他のメモリセルとは異なる初期値に収束し得る。メモリセルは、ＳＲＡＭのアドレスごとに配置されるので、チャレンジデータとしてアドレス情報を用いることができる。
【００５３】
固有レスポンス生成部１０３は、前記第一の情報および第二の情報に従ってＳＲＡＭのアドレスを選択し、選択したアドレスに対応するメモリセルが収束した０または１の状態値をレスポンスとして出力する。このようなチャレンジデータとレスポンスの関係はＳＲＡＭごとにユニークであり、前記トランジスタの閾値のばらつきは人為的に制御できない。よって、複製が極めて困難な関数を生成することができる。
【００５４】
また、物理的複製困難関数としては、配線や論理回路のスループットのばらつきを用いた物理的複製困難関数も例示できる。０から１に変わる立上がりエッジをもつ起動信号を一つの入力端子から入力し、前記起動信号を経路Ａと経路Ｂに入力する。経路ＡおよびＢの途中には、複数の経路選択回路が設けられる。各経路選択回路は、選択信号により、当該選択回路の前段と後段の接続を選択することができる。すなわち、各経路選択回路は、（１）前段の経路ＡおよびＢがそのまま後段の経路ＡおよびＢにそれぞれ接続するか、（２）前段経路Ａは後段の経路Ｂへ、前段の経路Ｂは後段の経路Ａにクロスして接続するかを選択できる。経路Ａと経路Ｂの最終段には前記起動信号の到達時間を計測する判定器が設けられる。判定器は、経路Ａの最終段から出力される起動信号の到達時間が、経路Ｂの最終段から出力される起動信号の到達時間よりも早ければ１、遅ければ０に変換する。
【００５５】
このような物理的複製困難関数の方式をアービター方式という。アービター方式では、前記選択信号がチャレンジデータとなり、レスポンスは判定機の判定結果である。アービター方式は、このように配線遅延のばらつきや、前記選択回路のスループットのばらつきを用いている。これらの製造ばらつきも、個体ごとに人為的に制御することは極めて困難であり物理的複製困難関数となりうる。
【００５６】
更に、物理的複製困難関数としては、抵抗変化型不揮発メモリに含まれる抵抗変化素子の抵抗値のばらつきに基づくものも例示できる。抵抗変化型不揮発性メモリに含まれる抵抗変化素子の抵抗値は、電気的ストレスを印加することにより、その抵抗値が高抵抗状態（ＨＲ状態）と低抵抗状態（ＬＲ状態）を推移できる。抵抗変化型不揮発メモリは、これらの２状態にディジタル情報の２値をそれぞれ割り当て、データを記憶する。抵抗変化素子の抵抗値は、変更可能である。抵抗変化型不揮発性メモリにおける物理的複製困難関数は、前記ＨＲ状態、またはＬＲ状態の何れか一方にセットされたメモリセル群の抵抗値のばらつきを用いるものである。
【００５７】
各抵抗状態のばらつきは、抵抗変化素子に複数存在する導通フィラメントパスの本数やパス経路のばらつきがもととなっている。導通フィラメントは、所定以上の電気的ストレスが印加されない間は同じ状態を維持する。しかし、所定以上の電気的ストレスが印加されると導通フィラメントの本数や経路がランダムに変更され、抵抗値のばらつき分布関係が更新される。これにより、抵抗変化型不揮発性メモリにおける物理的複製困難関数が更新される。
【００５８】
この抵抗変化型不揮発性メモリの物理的複製困難関数の特徴は、ＳＲＡＭやアービター方式の物理的複製困難関数には無い特徴である。この特徴に従えば、例えば、製品の再利用おいて、それまで使用していた物理的複製困難関数を全く異なる物理的複製困難関数に変更することができる。また、一度使用した製品について、これまで改竄検出に用いていた物理的複製困難関数を消去し、安全に廃棄できるシステムを構築できる。抵抗変化型不揮発性メモリを用いた物理的複製困難関数については、詳細を後述する。
【００５９】
なお、固有レスポンス生成部１０３はいかなる構成であっても良く、ＣＰＵ又はＭＰＵとメモリ等で構成される汎用的コンピュータと、前記物理的複製困難関数とを複合した構成でも良く、若しくは専用ハードウェアでも良い。汎用コンピュータで実現される場合は、処理の実行はソフトウェアによって行われ、プログラムはＲＯＭ等の記録媒体に記録される。専用ハードウェアはワイヤードロジックとして構成され、例えばＡＳＩＣ、ＦＰＧＡによって実現される。
【００６０】
（システムの基本動作）
次に、画像偽造検出システム１の動作の一例について図１と、図２のフローチャートを用いて説明する。
【００６１】
まず、撮像素子１０１を含むカメラが被写体の撮影を開始する（Ｓ１０１）。チャレンジデータ生成部１０２が時刻情報と車両識別番号（ＶＩＮ）を読み込み（Ｓ１０２）、両情報に基づいてチャレンジデータを生成し、固有レスポンス生成部１０３に送信する（Ｓ１０３）。固有レスポンス生成部１０３は、物理的複製困難関数（ＰＵＦ）に基づき、チャレンジデータに対応したレスポンスデータを生成する（Ｓ１０４）。生成されたレスポンスデータは、撮像素子１０１に入力される（Ｓ１０５）。撮像素子１０１は、レスポンスデータに対応して撮像パラメータを変調することにより、被写体を撮像して得られる被写体画像に固有情報を付加する（Ｓ１０６）。
【００６２】
固有情報が付加された被写体画像はＥＣＵ（Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ  Ｃｏｎｔｒｏｌ  Ｕｎｉｔ）等を介して外部のサーバ（図示せず）に送信される。サーバは画像データから付加された固有情報（暗号情報）を抽出し、偽造の有無を判定する（Ｓ１０７）。正しいデータであると判定されれば偽造検出の処理は終了する。それに伴い、カメラは撮影を停止してもよい。偽造データであると判定された場合、画像偽造検出システム２は、カメラが設置された場所において警告を発したり、被写体の所有者や所定の機関に通報してもよい。
【００６３】
なお、検証者が判定に用いる時刻情報は、別途無線回線やネットワークを介して装置から検証者に送られてもよいし、時刻表示器を実際に撮影して映像に含めても良い。更に、映像信号のブランク期間などに時刻情報を含めてもよいし、映像信号にキャラクタジェネレータにより付加させてもよい。これらの変形は、以降の実施形態にも適用される。
【００６４】
以上のように、本実施形態では、撮像素子１０１の撮像パラメータの変調により画像へ固有情報を付加させ、この撮像パラメータの変化に伴い、撮像素子１０１により撮像される被写体を含む画像が変化する。この画像の変化と、レスポンスの変化とは、所定の期間において対応する。
【００６５】
上記構成により、装置ごとにユニークで複製が物理的にできないデータを基にした固有情報を画像に付加させる。これにより、各装置とユニークに結びついた記録画像を作成できるため、複製および改竄を防止することができる。
【００６６】
なお、上述の実施形態では、レスポンスの変化に対応付けられる被写体を含む画像の変化が、撮像パラメータの変化に伴うものである例を説明したが、本開示の画像偽造検出システムはこれに限られるものではない。所定の期間において、レスポンスの変化と撮像素子により撮像される被写体を含む画像の変化が対応すればよい。ここで、画像の変化とは、チャレンジデータに対して、固有レスポンスデータへ紐づく何らかの変調によって、画像に固有情報が付加される状態を指す。何らかの変調とは、固有レスポンスデータに紐づくものであればどのようなものでもかまわない。例えば画像情報のうち、色、明るさといった情報が変調される。また画像情報そのものが変調される必要はない。例えば、画像と同時に記録される音声情報が変調されてもよい。その際は、固有情報を、音声を僅かに変調することで付加させるか、超音波領域に付加させる。また、固有情報を、画像を所定の方式で表示させる際のブランキング期間の信号に付加させてもよい。
【００６７】
（実施の形態２）
図３は、実施の形態２に係るシステムの全体構成を模式的に示す図である。
【００６８】
実施の形態１では、固有レスポンス生成部１０３で生成されたレスポンスデータにより撮像素子１０１の撮像パラメータを変調させることにより、画像に固有情報を付加させた。本実施形態における画像偽造検出システム２では、レスポンスデータにより発光素子２０４の発光パターンを変化させることにより、画像に固有情報を付加させる点が、実施の形態１と異なる。
【００６９】
図３に示す画像偽造検出システム（画像偽造防止装置の一例）２は、装置ごとにユニークで複製が物理的にできないデータを基にした固有情報を画像に付加させる。すなわち、複製が困難な物理的特徴のデータを基にした固有情報を画像データに付加させる。これにより、各装置とユニークに結びついた記録画像を作成し、複製および改竄を防止する。画像偽造検出システム２は、撮像素子２０１、チャレンジデータ生成部１０２、固有レスポンス生成部１０３、及び発光素子２０４を備える。
【００７０】
発光素子２０４は、所定の入力に対応して発光パターンを生成する。より詳しくは、固有レスポンス生成部１０３で生成されたレスポンスデータを入力されると、レスポンスデータに基づいて固有の発光パターンを生成する。発光素子２０４は、生成された発光パターンで被写体を照明する。発光素子２０４は、被写体を撮像して得られる被写体画像を、前記固有のレスポンスに対応して変化させる固有情報付加部２００の一例である。
【００７１】
発光素子２０４は、電気信号を光信号に変換する素子であり、例えば半導体レーザ（ＬＤ）や発光ダイオード（ＬＥＤ）である。
【００７２】
撮像素子２０１は、固有の発光パターンで照明された被写体を撮像することにより、固有情報が付加された被写体画像を得る。
【００７３】
（システムの基本動作）
次に、画像偽造検出システム２の動作の一例について図３と、図４のフローチャートを用いて説明する。
【００７４】
まず、撮像素子２０１を含むカメラが被写体の撮影を開始し、発光素子２０４が被写体の照明を開始する（Ｓ２０１）。チャレンジデータ生成部１０２が時刻情報と車両識別番号（ＶＩＮ）を読み込み（Ｓ２０２）、両情報に基づいてチャレンジデータを生成し、固有レスポンス生成部１０３に送信する（Ｓ２０３）。固有レスポンス生成部１０３は、物理的複製困難関数（ＰＵＦ）に基づき、チャレンジデータに対応したレスポンスデータを生成する（Ｓ２０４）。生成されたレスポンスデータは発光素子２０４に入力される（Ｓ２０５）。発光素子２０４は、レスポンスに対応して固有の発光パターンを生成し、被写体を照明するための発光パターンに固有情報を付加する（Ｓ２０６）。撮像素子２０１は発光素子２０４によって照明された被写体を撮像する。これにより、撮像素子２０１は固有情報が付加された被写体画像を得る（Ｓ２０７）。
【００７５】
固有情報が付加された被写体画像は、ＥＣＵ等を介して外部のサーバ（図示せず）に送信される。サーバは、画像データから付加された固有情報（暗号情報）を抽出し、偽造の有無を判定する（Ｓ２０８）。正しいデータであると判定されれば偽造検出の処理は終了する。それに伴い、カメラは撮影を停止し、発光素子は発光を停止してもよい。偽造データであると判定された場合、画像偽造検出システム２は、カメラが設置された場所において警告を発したり、被写体の所有者や所定の機関に通報してもよい。
【００７６】
以上のように、本実施形態では、発光素子２０４の発光パターンを変化させることにより画像へ固有情報を付加させている。この発光パターンの変化に伴い、撮像素子２０１により撮像される被写体を含む画像が変化する。この画像の変化と、レスポンスの変化とは、所定の期間において対応する。
【００７７】
上記構成により、装置ごとにユニークで複製が物理的にできないデータを基にした固有情報を画像に付加させる。これにより、各装置とユニークに結びついた記録画像を作成できるため、複製および改竄を防止することができる。なお、発光素子２０４が発する光は可視光でもよく、人間の目で知覚できない周波数の光であってもよい。
【００７８】
また、発光パターンの変化は光量の変化（すなわち、輝度の変化）を想定しているが、これに限られない。変化量についても、人間の目が知覚できる程度の変化でもよく、人間には認知できない程度の微小または高速な変化であってもよい。可視光によるフリッカ通信の要領で発光パターンを変化させてもよい。
【００７９】
（実施の形態３）
図５は、実施の形態３に係るシステムの全体構成を模式的に示す図である。
【００８０】
実施の形態１では、固有レスポンス生成部１０３で生成されたレスポンスデータにより撮像素子１０１の撮像パラメータを変調させることにより、画像に固有情報を付加させた。本実施形態における画像偽造検出システム３では、レスポンスデータによりキャラクタ生成部３０５の生成するキャラクタを変化させることにより、画像に固有情報を付加させる点が、実施の形態１と異なる。
【００８１】
図５に示す画像偽造検出システム（画像偽造防止装置の一例）３は、装置ごとにユニークで複製が物理的にできないデータを基にした固有情報を画像に付加させる。すなわち、複製が困難な物理的特徴のデータを基にした固有情報を画像データに付加させる。これにより、各装置とユニークに結びついた記録画像を作成し、複製および改竄を防止するシステムである。画像偽造検出システム３は、撮像素子３０１、チャレンジデータ生成部１０２、固有レスポンス生成部１０３、キャラクタ生成部３０５を備える。
【００８２】
キャラクタ生成部３０５は、所定の入力に対応したキャラクタを生成する。より詳しくは、固有レスポンス生成部１０３で生成されたレスポンスデータを入力されると、レスポンスデータに基づいて固有のキャラクタを生成する。キャラクタ生成部３０５は、撮像素子３０１が撮像した被写体画像にキャラクタを付加する。これにより、固有情報が付加された被写体画像が得られる。キャラクタ生成部３０５は、被写体を撮像して得られる被写体画像を、前記固有のレスポンスに対応して変化させる固有情報付加部３００の一例である。
【００８３】
ここでキャラクタは、単純にアスキーなどの文字を画像の一部のエリアを置換えてもよいし、二次元バーコードのようなキャラクタコードで置換えても良いが、これに限られない。一般に、このように画像の一部を実際に撮像された映像ではなく人工的に作成された画像マッピング情報に置換える技術は、キャラクタジェネレータ機能とよばれ様々な先行技術があるので、詳細な技術説明は省略する。
【００８４】
キャラクタ生成部３０５はいかなる構成であっても良く、ＣＰＵ又はＭＰＵとメモリ等で構成される汎用的マイクロコントローラユニット（ＭＰＵ）でも良く、若しくは専用ハードウェアでも良い。汎用ＭＰＵで実現される場合は、処理の実行はソフトウェアによって行われ、プログラムはＲＯＭや不揮発性メモリ等の記録媒体に記録される。専用ハードウェアはワイヤードロジックとして構成され、例えばＡＳＩＣ、ＦＰＧＡによって実現される。
【００８５】
（システムの基本動作）
次に、画像偽造検出システム３の動作の一例について図５と、図６のフローチャートを用いて説明する。
【００８６】
まず、撮像素子３０１を含むカメラが被写体の撮影を開始する（Ｓ３０１）。チャレンジデータ生成部１０２が時刻情報と車両識別番号（ＶＩＮ）を読み込み（Ｓ３０２）、両情報に基づいてチャレンジデータを生成し、固有レスポンス生成部１０３に送信する（Ｓ３０３）。固有レスポンス生成部１０３は、物理的複製困難関数（ＰＵＦ）に基づき、チャレンジデータに対応したレスポンスデータを生成する（Ｓ３０４）。生成されたレスポンスデータはキャラクタ生成部３０５に入力される（Ｓ３０５）。キャラクタ生成部３０５は、レスポンスに対応して固有のキャラクタを生成し、撮像素子３０１から送られた被写体画像に固有情報を付加する（Ｓ３０６）。
【００８７】
固有情報が付加された被写体画像はＥＣＵ等を介して外部のサーバ（図示せず）に送信され、サーバは画像データから付加された固有情報（すなわち、暗号情報）を抽出し、偽造の有無を判定する（Ｓ３０７）。正しいデータであると判定されれば偽造検出の処理は終了する。それに伴い、カメラは撮影を停止し、発光素子は発光を停止してもよい。偽造データであると判定された場合、画像偽造検出システム３は、カメラが設置された場所において警告を発したり、被写体の所有者や所定の機関に通報してもよい。
【００８８】
以上のように、本実施形態では、キャラクタ生成部３０５の生成するキャラクタを変化させることにより画像へ固有情報を付加させている。このキャラクタの変化に伴い、撮像素子３０１により撮像される被写体を含む画像が変化する。この画像の変化と、レスポンスの変化とは、所定の期間において対応する。
【００８９】
上記構成により、装置ごとにユニークで複製が物理的にできないデータを基にした固有情報を画像に付加させる。これにより、各装置とユニークに結びついた記録画像を作成できるため、複製および改竄を防止することができる。
【００９０】
以上、実施の形態１〜３では、固有レスポンス生成部１０３で生成されたレスポンスデータにより、撮像素子１０１の撮像パラメータ、発光素子２０４の発光パターン、キャラクタ生成部３０５の生成するキャラクタを、それぞれ変化させることにより、画像に固有情報を付加させた。しかし、本開示はこれら例示に限られるものではない。実施の形態１〜３に開示の手段を組み合わせて、固有情報を付加させる手段を複数併用してもよい。
【００９１】
なお、実施の形態１〜３では、チャレンジデータのもととなる情報が時間情報と車両識別番号である場合を例示した。しかしながら、既に述べたように、チャレンジデータのもととなる情報は、第一の情報および第二の情報の例として示した全てのデータのうち、何れか一つまたは何れか複数の組合せで置換えても良い。また、撮影された映像はネットワークを介して外部サーバに転送される例で示した。しかしながら、撮影された映像は、テープや不揮発性メモリなどにアーカイブされてもよい。アーカイブされた映像は、別途閲覧するときに改竄されていないことを証明するために用いられてもよい。さらに、例えば、監視カメラの映像のように犯罪現場の証拠品として利用されても良い。
【００９２】
（変形例）
図７は、実施の形態の変形例に係る画像偽造検出システムの全体構成を示す図である。画像偽造検出システム４は、撮像素子４０１、チャレンジデータ生成部４０２、固有レスポンス生成部４０３、発光素子２０４、及びキャラクタ生成部４０５を備える。
【００９３】
画像偽造検出システム（画像偽造防止装置の一例）４は、装置ごとにユニークで複製が物理的にできないデータを基にした固有情報を画像に付加させる。すなわち、複製が困難な物理的特徴のデータを基にした固有情報を画像データに付加させる。これにより、各装置とユニークに結びついた記録画像を作成し、複製および改竄を防止するシステムである。
【００９４】
チャレンジデータ生成部４０２は、チャレンジデータを生成して固有レスポンス生成部４０３に送信する一方、第一の情報（例えば時間情報）をキャラクタ生成部４０５に送信する。
【００９５】
固有レスポンス生成部４０３は、チャレンジデータに対応するレスポンスデータを生成し、発光素子２０４、撮像素子４０１、及びキャラクタ生成部４０５各々またはその一部に対して送信する。被写体画像に固有情報を付加させるために、レスポンスデータをどの構成に入力するかは、適宜選択される。
【００９６】
例えば、撮像素子４０１にレスポンスデータを入力する場合は、実施の形態１のＳ１０１〜１０６と同様のステップで被写体画像に固有情報が付加される。
【００９７】
例えば、発光素子２０４にレスポンスデータを入力する場合は、実施の形態２のＳ２０１〜２０７と同様のステップで被写体画像に固有情報が付加される。
【００９８】
例えば、キャラクタ生成部４０５にレスポンスデータを入力する場合は、実施の形態３のＳ３０１〜３０６と同様のステップで被写体画像に固有情報が付加される。
【００９９】
画像偽造検出システム４では、発光素子２０４、撮像素子４０１、及びキャラクタ生成部４０５のうちの２以上の構成要素を用いて被写体画像に固有情報を付加することができる。
【０１００】
次のステップとして、固有情報が付加された被写体画像は、撮像素子４０１からキャラクタ生成部４０５に送信される。キャラクタ生成部４０５では、チャレンジデータ生成部４０２から受信した時刻情報を、さらに被写体画像に付加し、ＥＣＵ等を介してサーバに送信する。
【０１０１】
このような構成では、被写体画像にＰＵＦを基にしたユニークな情報と、絶対的な時間情報とが付加されることになり、偽造判定の信頼性がより向上する。画像偽造検出システム４では、発光素子２０４、撮像素子４０１、及びキャラクタ生成部４０５が、固有情報付加部５００に含まれる。
【０１０２】
なお、実施の形態１〜３および変形例で説明したシステムの動作は例示であり、上述の内容に限定されない。例えば、チャレンジデータ生成部１０２は、第一の情報としての時刻情報、第二の情報としての車両識別番号をマージしてチャレンジデータを生成しているが、これら以外の情報を第一の情報、第二の情報として用いてもよい。また、チャレンジデータ生成部１０２は、第一の情報のみ、または第二の情報のみを用いてチャレンジデータを生成することも可能である。また、チャレンジデータ生成部１０２がチャレンジデータ生成のために組み合わせる情報数は２つより多くてもよい。
【０１０３】
また、画像偽造検出のための一連の動作は、所定の期間において実行されるものであり、連続的に常に実行される必要はない。画像偽造検出のための一連の動作が、断続的／周期的に繰り返し実行されることによりセキュリティ性を高めるのが望ましい。
【０１０４】
また、固有レスポンス生成部１０３、４０３と、撮像素子１０１、４０１、発光素子２０４、またはキャラクタ生成部３０５、４０５との間に、一方向性のハッシュ関数回路（図示せず）を配置してもよい。この構成では、固有レスポンス生成部１０３、４０３が生成したレスポンスデータが、ハッシュ関数回路を介して撮像素子１０１、４０１、発光素子２０４、またはキャラクタ生成部３０５、４０５に入力される。用いるハッシュ関数は、ハッシュ関数規格ＳＨＡを満たすものが望ましい。ハッシュ関数回路を配置することで、データ通信途中での改竄検知をより確実に行うことができ、認証の信頼性が向上する。
【０１０５】
（抵抗変化型不揮発性メモリを用いたＰＵＦの例示）
ここで、抵抗変化型不揮発メモリを用いたＰＵＦについて説明する。図８は、本開示の抵抗変化型の不揮発メモリの具体的な構成例を示すブロック図である。なお、図８はあくまで一例であり、本実施形態の物理的複製困難関数（ＰＵＦ）を備えた抵抗変化型の不揮発性メモリの具体的構成が図８に示される構成に限定されるものではない。
【０１０６】
図８に示すように、実施例の不揮発性メモリ１０は、半導体基板上にメモリ本体部２２を備えている。また、不揮発性メモリ１０は、さらに、データ入出力回路６と、制御回路１５と、アドレス入力回路１６と、誤り訂正およびパリティ生成回路４００と、を備えている。
【０１０７】
メモリ本体部２２は、読み出し回路１１と、書き込み回路１４と、カラムデコーダ回路１７と、ロウデコーダ回路１８と、メモリセルアレイ２０と、中央値検出回路２５と、を備えている。書き込み回路１４は、選択されたメモリセル２１へ、各動作における所定の電圧を印加して、記憶するデータに応じた抵抗値状態を書き込む。
【０１０８】
読み出し回路１１は、ビット線に流れる電流の変化を、２値より大きい多値のディジタルデータとして読み出す回路である。このディジタルデータは、抵抗値に相関のある情報を示す抵抗値情報データである。一般的なメモリ装置において、記憶するデータに応じて書込まれた抵抗値状態から、もとのデータを読み出す場合は、所定の閾値と抵抗値を比べた大小関係の２値に判別する読み出し回路があればよい。これに対し、本実施のように抵抗値のばらつきから物理的複製困難関数を生成させるには、より高精度な抵抗値情報が必要となる。
【０１０９】
読み出し回路１１は、通常のデータ読み出しにも使用できる。その場合、読み出し回路１１は、前記抵抗値情報データを所定の閾値で２値に判別することで、もとの０／１データに復元する。一般に、抵抗値は、印加した電圧に対する電流値で定義される。しかし、前記抵抗値情報データは、これに限定されない。例えば、コンデンサに充電された電荷が、選択されたメモリセルを介して放電され、それに伴って検出電圧が低下し、所定のレベル以下まで低下するまでの時間に関する情報のデータを抵抗値情報データとして用いても良い。
【０１１０】
ロウデコーダ回路１８は、メモリセルアレイ２０に接続されている複数のｍ＋１本のワード線ＷＬの中から１つのワード線ＷＬを選択する。
【０１１１】
カラムデコーダ回路１７は、複数のｎ＋１本のビット線ＢＬと複数のｎ＋１本のソース線ＳＬの中から並列読み出し数であるｓ本のビット線ＢＬと、それに対応するｓ本のソース線ＳＬとを選択し、書き込み回路１４および読み出し回路１１へ接続する。
【０１１２】
これらの動作は、並列的に読み出しおよび／または書き込みが行われる行および／または列の数に応じて行うことが可能である。
【０１１３】
不揮発性メモリ１０の読み出し回路１１は、出力端子Ａおよび出力端子Ｂと、入力端子Ａとを有する。読み出し回路１１は、入力端子Ａを介して閾値を受け取る。この閾値は、読み出し回路１１が、カラムデコーダ回路１７から得られた信号を０または１のデータとして二値化するために利用される。
【０１１４】
また、読み出し回路１１は、出力端子Ｂを介して、カラムデコーダ回路１７から得られた信号を中央値検出回路２５に出力する。この信号は、物理的複製困難関数（ＰＵＦ）のレスポンスデータ（以降、ＰＵＦレスポンスデータ）を生成するために必要な中央値を算出するために中央値検出回路２５によって利用される。
【０１１５】
さらに、読み出し回路１１は、出力端子Ａを介して、ユーザデータである０または１のデータ、および、ＰＵＦレスポンスデータである０または１のデータを出力する。ユーザデータを生成する際に利用される閾値と、ＰＵＦレスポンスデータを生成する際に利用される閾値とは異なっていてもよい。ユーザデータを生成する際に利用される入力Ａと異なる閾値は、制御回路から入力される（図示せず）。
【０１１６】
ここで、抵抗変化素子の抵抗値のばらつきを用いた物理的複製困難関数の生成について説明する。
【０１１７】
図９Ａは、抵抗変化素子の抵抗ばらつきを説明する説明図である。図９Ａのグラフにおいて、横軸は抵抗値に相関のある抵抗値情報を規格化した値である。縦軸は抵抗値のばらつき分布を示す標準偏差である。既に抵抗変化素子の抵抗状態にはＨＲ状態とＬＲ状態があることを述べた。各抵抗状態には、抵抗変化素子ごとにばらつきがある。図９ＡのグラフはＬＲ状態にある抵抗変化素子（メモリセル）の抵抗値ばらつき分布を示している。このように、抵抗値情報に対する標準偏差の分布が、ほぼ直線でプロットでき、理想的な正規分布に従うことが示される。図９Ａにあるように、このばらつき分布の中央値（標準偏差がゼロのポイント）で、０と１の２値データに分ければ、非常に乱数性の高いデータが得られる。このような中央値が、図８の中央値検出回路２５で演算され、入力端子Ａを介して読み出し回路１１へ、閾値として入力される。
【０１１８】
このようなメモリアレイの各アドレスに応じたデータが、ＰＵＦレスポンスデータを導き出す変換テーブル情報を成すことになる。
【０１１９】
図９Ｂは抵抗変化素子２３の抵抗変化のメカニズムを説明する説明図である。図９Ｂにおいて、抵抗変化素子２３は、第１電極２３１と第２電極２３２との間に抵抗変化層２３３と高抵抗層２３４が介在する構成を有する。抵抗変化層２３３は、例えば金属酸化物、より詳細には例えば遷移金属酸化物で構成することができる。第１電極２３１は接続プラグ２３７を介して図外のトランジスタへ接続され、メモリセルが構成される。
【０１２０】
可変状態にあるメモリセルの抵抗変化素子２３は、第１電極２３１と第２電極２３２との間に電気的信号が印加されることによって、第１電極２３１と第２電極２３２との間の抵抗値が複数の可変抵抗値範囲の間を可逆的に遷移する性質を有する。
【０１２１】
製造直後で初期状態にあるメモリセルの抵抗変化素子２３の高抵抗層２３４は絶縁状態にある。この高抵抗層２３４は、抵抗変化層２３３よりも酸化度が高い状態にある。絶縁とは、具体的には２ＭΩ以上とすることができる。初期抵抗値範囲は、抵抗変化素子２３の材料、大きさ、形状、及び製造条件等によってある程度調整することができる。例えば、特に抵抗変化層２３３が積層構造である場合、酸素濃度の高い層の厚み、および形成時の酸素濃度によって任意に調整可能であるが、個別のメモリセルごとには調整できない。初期状態の抵抗変化素子２３も、素子ごとにばらつきをもっており、この状態のメモリセル群からもＰＵＦレスポンスデータを得ることができる。
【０１２２】
初期状態の抵抗変化素子２３は、所定の電気的ストレスを印加することにより、抵抗値がＨＲ状態とＬＲ状態に変化できる変化状態に推移できる。このような電気的ストレスをフォーミングストレスという。一旦、可変状態になった抵抗変化素子２３は初期状態に戻ることはできず、前記フォーミングストレスより小さい電気的信号により、ＨＲ状態とＬＲ状態間を可逆的に推移できる。抵抗変化素子２３の抵抗値を読み出す場合は可変抵抗値範囲の間で変化させる電気的信号およびフォーミングストレスのいずれよりも小さな電圧を印加して読み出される。
【０１２３】
フォーミングストレスが印加されると、図９Ｂにおいて高抵抗層２３４の一部に濃いグレーで示した酸素欠陥発生エリア２３５が発生する。この酸素欠陥発生エリア２３５は、電気的信号の印加により酸素欠陥２３６が発生したり、消滅したりする抵抗変化エリアとなる。酸素欠陥２３６が発生する量や配置は、書換えのたびにランダムに変化する。
【０１２４】
ＬＲ状態にあるメモリセルのなかでも抵抗値の低いメモリセルはフィラメント状態Ａのように酸素欠陥２３６の密度が高く、多くのフィラメントパスがつながった状態である。一方、ＬＲ状態にあるメモリセルのなかでも抵抗値の高いメモリセルはフィラメント状態Ｂのように酸素欠陥２３６の密度が低く、フィラメントパスの繋がりが少ない状態である。書き換えるたびに、酸素欠陥２３６の量や配置はランダムに変わるため、フィラメント状態Ａにあったメモリセルが状態Ｂになったり、逆にフィラメント状態Ｂにあったメモリセルが状態Ａになったりして人的に制御できない推移を示す。この特性を用いることで前記物理的複製困難関数の更新が可能となる。書き込み回路１４は、メモリセルを書き換えて前記物理的複製困難関数を更新する。
【０１２５】
抵抗変化層２３３および高抵抗層２３４は金属酸化物から構成されてもよい。抵抗変化層２３３および高抵抗層２３４は、酸素不足型の金属酸化物から構成された層を備えてもよい。抵抗変化層２３３および高抵抗層２３４を構成する金属酸化物は、遷移金属酸化物およびアルミニウム酸化物の少なくともいずれか一方であってもよい。また、抵抗変化層２３３および高抵抗層２３４を構成する金属酸化物は、タンタル酸化物、鉄酸化物、ハフニウム酸化物およびジルコニウム酸化物の少なくともいずれかであってもよい。また、抵抗変化層２３３および高抵抗層２３４を構成する金属酸化物として、チタン（Ｔｉ）酸化物、ニッケル（Ｎｉ）酸化物、鉄（Ｆｅ）酸化物等を用いることができる。第１電極２３１および第２電極２３２の材料には、例えば、イリジウム（Ｉｒ）、白金（Ｐｔ）、タングステン（Ｗ）、銅（Ｃｕ）、アルミニウム（Ａｌ）、窒化チタン（ＴｉＮ）、窒化タンタル（ＴａＮ）および窒化チタンアルミニウム（ＴｉＡｌＮ）等を用いることができる。
【０１２６】
引き続き、中央値検出回路２５の動作の一例について説明する。
【０１２７】
読み出し回路１１は抵抗値情報データを入力端子Ａに入力される閾値と比較して、等しければ０、大きければ１、小さければ−１の中央値誤差信号を出力端子Ｂから出力する。出力端子Ｂから出力される中央値誤差信号は並列的に読み出されるチャンネル数（ｓ）だけ同時に出力される。ｓ個の中央値誤差信号は、中央値検出回路２５に入力される。中央値検出回路２５は演算回路であり、たとえば半導体集積回路を用いて実現され得る。中央値検出回路２５は中央値誤差信号が小さくなるようにフィードバック制御されて算出した抵抗中央値を読み出し回路１１の入力端子Ａに出力する。前記フィードバック制御を適切に行うことで、図９Ａに示したばらつき中央値を演算し、前記物理的複製困難関数の変換テーブルとなるデータを読み出す閾値を生成する。
【０１２８】
なお、中央値を求める方法はこの例には限られない。例えば、メモリの所要量は大きくなるが、中央値検出回路で複数の抵抗値を記憶してソートする方法により中央値を求めてもよい。
【０１２９】
図１０は、上述したように、抵抗値のばらつき分布の中央値を検出し、その中央値を閾値として各メモリセルの抵抗値から０／１の２値データにした模式図である。前述したように並列に読み出し可能なビット数をｓビットとしていたが、図１０では、１６ビットの場合を例示しており、これらのビットをそれぞれＤＱ０〜ＤＱ１５としている。縦方向に各アドレス値が示されており、各アドレスに対してランダムなデータが出力されていることが分かる。このようにアドレスに対する物理的複製困難関数の変換テーブルが生成され、この変換テーブルは装置ごとにユニークで、かつ複製できないテーブルである。つまり、図１０のアドレス値をチャレンジデータとして受け取り、それに応じたＤＱデータをＰＵＦレスポンスデータとして出力することができる。
【０１３０】
装置外部に出力されるＰＵＦレスポンスは、直接出力するとテーブルが推測されるため、ハッシュなどの一方向関数により変換して出力することが望ましい。なお、抵抗値のばらつきから生成される前記変換テーブルデータは、データ誤りを含むことがある。従って、図８の誤り訂正及びパリティ生成回路４００は、別途誤り訂正用のパリティデータを設けて、前記変換テーブルデータに発生したデータ誤りを訂正し、常に同じテーブルにする機能を有する。誤り訂正技術については公知の技術であるため詳細は省略する。
【０１３１】
以上のように、固有レスポンス生成部１０３で用いるＰＵＦに抵抗変化型不揮発メモリを用いることで、偽造防止の要となる物理的複製困難関数を構成できるだけでなく、前記物理的複製困難関数の更新が可能である。よって、装置の廃棄や再利用において登録された古い物理的複製困難関数が悪用されるようなリスクを回避できる。また、所定の電気的ストレスを印加することで異なる物理的複製困難関数に変更する処理を定期的又は不定期的に行ってもよい。この場合、変更後の物理的複製困難関数から新たに得られたばらつき情報を外部のサーバに登録し、定期的にＰＵＦを更新する。当該ばらつき情報は、変更後の物理的複製困難関数に基づく所定の情報の一例である。この構成により、将来的にＰＵＦ自体を解析する未知の攻撃に対しても高い防御力を実現できるため、画像の偽造検出の信頼性がさらに向上する。
【０１３２】
また、固有レスポンス生成部１０３、４０３と、キャラクタ生成部３０５、４０５との間に、一方向性のハッシュ関数回路（図示せず）を配置してもよいことは既に述べた。しかし、ハッシュ関数を用いる構成は、この構成に限定されない。例えば、図５で述べたキャラクタ生成部３０５または図７で述べたキャラクタ生成部４０５は、撮像素子３０１または４０１から得られた映像データとＰＵＦレスポンスデータを含む一連のデータからハッシュ値を求めても良い。このハッシュ値は、ＰＵＦレスポンスデータおよび映像データを含むデータ全体のダイジェストデータである。ハッシュ関数の特性から、ＰＵＦレスポンスデータおよび映像データでうち１ｂｉｔでも変更が加えられると、ハッシュ値が変化する。つまり、ハッシュ関数を用いることにより、映像データが何らかの改ざんが成された場合、容易に検出することができる。
【０１３３】
図１１に処理および送信データのイメージ図を示す。映像データは、非圧縮・圧縮データのどちらであっても良い。固有レスポンス生成部１０３または４０３は、チャレンジデータから物理的複製困難関数によってレスポンスデータを得る。キャラクタ生成部３０５または４０５は、このレスポンスデータと映像データからハッシュ値を算出する。よって、ＥＣＵが送信する送信データはチャレンジデータと映像データとハッシュ値を合わせたものとなる。受信側では、前記送信データを受信すると、データ内からチャレンジデータを抽出し、予め登録されたレスポンス情報（以下、データベースと呼ぶ場合がある）を、抽出したチャレンジデータに応じて呼び出す。更に受信側は、そのデータベースのレスポンスデータと映像データからハッシュ値を計算する。受信側は、送信データのハッシュ値と、受信側で計算したハッシュ値が一致するか否かで、改ざん検知を行うことができる。
【０１３４】
なお、前記ダイジェストデータはＭＡＣ（Message Authentication Code）を用いて生成しても良い。ＭＡＣには、暗号回路用いてデータのダイジェストを生成するＣＭＡＣ（Cipher-based Message Authentication Code）などがある。一方向関数に順ずるものであれば、ＭＡＣの方式は限定されない。
【０１３５】
ＲｅＲＡＭにおいて、図１０で示すように、アドレスに対する物理的複製困難関数の変換テーブルが生成されることを述べた。つまりＲｅＲＡＭにおいては、図１０のようなアドレスと、それに応じたＰＵＦデータが、生ＰＵＦデータ（Raw PUF data）として扱われ、ＲｅＲＡＭのＰＵＦにおいて最もセキュリティを確保する必要のある重要なデータである。図１０のような生ＰＵＦデータは、セキュリティが確保された製造拠点においてデータサーバーなどに登録され、その後は装置から読み出されることがないようにする。これにより、重要な生ＰＵＦデータが外部に漏洩することを防止することができる。しかし、多くの人が介在するセキュリティ運用においては完全性を確保することは非常に困難であり、常に重要データの漏洩リスクを抱えている。
【０１３６】
前述したようにＲｅＲＡＭを用いた物理的複製困難関数は、更新できるという特徴を有する。この特徴を活かして生ＰＵＦのデータベースを更新することができる。一般的な方式において物理的複製困難関数は原理的に更新されることは無い。装置出荷時に製造拠点で登録された物理的複製困難関数は更新されることが無いため、データベースが漏洩するとセキュリティが担保されない。ＲｅＲＡＭを用いた本開示の画像偽造防止装置は出荷後のフィールド上で物理的複製困難関数を更新し、再登録することで、前述するようなセキュリティ上のリスクに対して対策することができる。
【０１３７】
図１２に示すように、ＲｅＲＡＭ上に図１０に示すような物理的複製困難関数の変換テーブルを少なくとも２領域以上具備する。この２領域の物理的複製困難関数の変換テーブルを図１２にあるようにＰＵＦ１とＰＵＦ２とする。ＰＵＦ１とＰＵＦ２は装置出荷時に製造拠点で読み出され、データベースに登録されているとする。そして、出荷後は、回路上の制約により、ＰＵＦ１とＰＵＦ２がビット毎に排他的論理和されたデータでしか読み出せない。以降、ＰＵＦ１とＰＵＦ２の排他的論理和データをＥＸＯＲ（ＰＵＦ１，ＰＵＦ２）と標記する。ＰＵＦ１とＰＵＦ２はともに装置固有の乱数値となり、２つの乱数値の排他的論理和からは、ＰＵＦ１とＰＵＦ２を容易に類推することは困難である。
【０１３８】
出荷後のフィールド上において、ＰＵＦ１の物理的複製困難関数は変更されず、出荷時にデータベースに登録された値と等しい。しかし、ＰＵＦ２は、ＲｅＲＡＭの特徴に従って、前述した方法により物理的複製困難関数が更新される。図１２に示すように、ＥＸＯＲ（ＰＵＦ１，ＰＵＦ２）は、ＥＣＵを介してデータベースサーバーに送信される。データベースサーバーでは、事前に登録されたＰＵＦ１から、ＰＵＦ２のデータが算出できるため、ＰＵＦ２の更新内容が特定できる。よって、データベースサーバーは、データベース上のＰＵＦ２のデータを更新することができる。例えば、画像データ送信装置をフィールド上に設置する場合、フィールド上で初めて電源を投入したときに一度だけ、このような更新手続きができるように回路上に制約を与える。これにより、ＥＸＯＲ（ＰＵＦ１，ＰＵＦ２）を読み出す機会が制限され、セキュリティが更に向上できる。
【０１３９】
なお、ＲｅＲＡＭからの読み出し、ＥＣＵからデータベースサーバーへの登録などの通信路は暗号通信を行ってセキュリティを更に向上してもよい。通信路の暗号については衆知の技術で種々の方式があるので詳細は割愛する。
【０１４０】
上述の実施の形態および変形例は、コンピュータハードウェア及びその上で実行されるコンピュータプログラムで実現され得る。
【０１４１】
また、各実施の形態および変形例において、各処理（各機能）は、単一の装置によって集中処理されることによって実現されてもよく、あるいは、複数の装置によって分散処理されることによって実現されてもよい。例えば、撮像素子をドライブレコーダ用カメラの撮像素子として実装し、発光素子を車体のヘッドライトとして実装して連携させてもよい。この構成では、ドライブレコーダとしての真贋がより高い信頼性で証明できるため、保険サービスに適用することも可能である。
【０１４２】
本開示は、以上の実施の形態に限定されることなく、種々の変更が可能であり、それらも本開示の範囲内に包含されるものであることは言うまでもない。
【産業上の利用可能性】
【０１４３】
本開示に係る画像偽造検出システムは、秘密情報の漏洩による画像偽造攻撃を防止すると共に、従来にない安全なカメラ監視システムを提供するという効果を有し、画像偽造検出システム等として有用である。
【符号の説明】
【０１４４】
１、２、３、４  画像偽造検出システム
６  データ入出力回路
１０  不揮発性メモリ
１１  読み出し回路
１４  書き込み回路
１５  制御回路
１６  アドレス入力回路
１７  カラムデコーダ回路
１８  ロウデコーダ回路
２０  メモリセルアレイ
２１  メモリセル
２２  メモリ本体部
２３  抵抗変化素子
２５  中央値検出回路
１００、２００、３００、５００  固有情報付加部
１０１、２０１、３０１、４０１  撮像素子
１０２、４０２  チャレンジデータ生成部
１０３、４０３  固有レスポンス生成部
２０４  発光素子
２３１  第１電極
２３２  第２電極
２３３  抵抗変化層
２３４  高抵抗層
２３５  酸素欠陥発生エリア
２３６  酸素欠陥
２３７  接続プラグ
３０５、４０５  キャラクタ生成部
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９Ａ】
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【図９Ｂ】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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