(57)【要約】  認証関連メタデータを得て、それを信頼のルートに属する情報、例えば物理的複製困難関数と結合することによって、生体認証センサの出力から導き出された情報等のメタデータを、ハードウェア固有の特性とバインドするためのシステム、デバイス、および方法。メタデータは、生体認証センサ等のセンサから導き出されてもよく、信頼のルートは、物理的複製困難関数であってもよく、メタデータと信頼のルート情報との結合は、ハッシュ関数を使用してもよく、そのようなハッシュプロセスからの出力を、信頼のルートに対する入力として用いてもよい。結合された情報を、インタラクティブまたは非インタラクティブな認証で用いることができる。
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
認証関連メタデータを、ハードウェア固有の特性とバインドするように構成されたデバイスであって、前記デバイスが、関連付けられたデバイス登録パラメータと、関連付けられた認証関連メタデータとを有し、
ａ）信頼のルート入力と信頼のルート出力とを有し、入力に応答して、前記信頼のルートに特徴的な出力値を生成するように構築された信頼のルートと、
ｂ）前記信頼のルート出力に接続されたプロセッサ入力を含み、前記信頼のルート入力に接続されたプロセッサ出力を含むプロセッサであって、前記プロセッサが、
ｉ）前記デバイスと関連付けられたデバイス登録パラメータを、前記デバイスと関連付けられた認証関連メタデータとアルゴリズム的に結合して、バインディング値を発生させ、
ｉｉ）前記バインディング値を前記信頼のルート入力に伝達して、それによって前記信頼のルートが対応する出力を生成するようにし、
ｉｉｉ）トークンを、前記伝達されたバインディング値に対応する前記信頼のルート出力の関数として作成する、
ように構成された、プロセッサと、
を備える、デバイス。
【請求項２】
前記プロセッサが行うように構成された、ゼロ知識証明の認証が、非センシティブなメタデータを包含する、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記プロセッサが行うように構成された、ゼロ知識証明の認証が、非インタラクティブであり、非センシティブなメタデータを包含するノンスを含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項４】
前記プロセッサが行うように構成された、ゼロ知識証明の認証が、インタラクティブである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項５】
前記プロセッサが、暗号ハッシュ関数を用いて、登録パラメータをメタデータとアルゴリズム的に結合するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記プロセッサが、反復暗号ハッシュ関数を用いて、登録パラメータをメタデータとアルゴリズム的に結合するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記プロセッサが登録パラメータとアルゴリズム的に結合するように構成された、前記メタデータが、センシティブなメタデータ単独で構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記プロセッサが作成するように構成された前記トークンが、公開識別トークンである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記プロセッサが登録パラメータとアルゴリズム的に結合するように構成された、前記メタデータが、センシティブなメタデータ単独で構成され、前記プロセッサが作成するように構成された前記トークンが、公開識別トークンである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記プロセッサが、暗号数理的フレームワークに属する値を含む登録パラメータをアルゴリズム的に結合するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記プロセッサが、楕円曲線暗号法を行うようにさらに構成される、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
暗号数理的フレームワークに属する前記値が、チャレンジ値と、楕円曲線基底点と、係数とを含む、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記プロセッサが、外部検証エンティティからの認証要求に応答して、いかなるセンシティブなメタデータも前記外部検証エンティティに伝達することなく、ゼロ知識証明の認証を行うようにさらに構成される、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、または１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記信頼のルートが、物理的複製困難関数（「ＰＵＦ」）であり、前記信頼のルート入力が、ＰＵＦ入力であり、前記信頼のルート出力が、ＰＵＦ出力であり、前記ＰＵＦが、特定のチャレンジの前記入力に応答して、前記ＰＵＦおよび前記特定のチャレンジに特徴的な出力値を生成するように構築される、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、または１２に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記プロセッサが、外部検証エンティティからの認証要求に応答して、いかなるセンシティブなメタデータも前記外部検証エンティティに伝達することなく、ゼロ知識証明の認証を行うようにさらに構成される、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記プロセッサが、チャレンジ値を含む登録パラメータをアルゴリズム的に結合するように構成される、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記プロセッサが、チャレンジ値を含む登録パラメータをアルゴリズム的に結合するように構成される、請求項１５に記載のデバイス。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
関連出願の相互参照
本出願は、２０１４年６月２５日出願の米国仮特許出願第６２／０１７、０４５号、および２０１５年５月５日出願の米国特許出願第１４／７０４、９６３号の優先権の利益を主張し、その各々が参照により本明細書に組み入れられる。
【背景技術】
【０００２】
認証プロトコルは、一般的には、識別情報を確立するためにエンティティによって保持されたプライベート情報に依拠する。従来のシステムでは、プライベートデータは、ユーザ名およびパスワードの対、個人識別番号（ＰＩＮ）または暗号鍵で構成され得る。多要素認証プロトコルは、一般的には２つ以上の種類の識別情報、例えばエンティティが知っている情報（例えば、ユーザ名およびパスワード）、エンティティが有しているもの（例えば、スマートカードまたはトークン）、およびエンティティが何であるかを表す情報（例えば、指紋）を必要とする。
【０００３】
メタデータは、認証に関わるエンティティの識別情報または状態に関連する補助情報を含む。メタデータの例は、生体認証データ、センサ出力、全地球測位データ、パスワードまたはＰＩＮ、およびエンティティの識別情報または状態の特徴付けを構築するために用いられ得る同様の補助情報を含む。生体認証データは、識別情報の証明として用いられるために十分に一意であるユーザの物理的な特徴（例えば、指紋、網膜、虹彩、音声および静脈パターン）の測定を含む。
【０００４】
しかしながら、センサ出力に依拠するシステムは、偽造されたセンサ出力に対して脆弱であることがあり、また、生体認証システムは、認証に対して有力な特性を利用するが、これらはセンシティブな生体認証データの暴露および／または紛失に関連する課題に直面する可能性がある。センサは、測定された物理的な特徴をバイナリ列に変換し、これをコンピュータシステムによって記憶（登録）した後、認証要求に応じてセンサによって続いて生成されるバイナリ列と比較するため、さらなる対策なしに、システムは、センサから戻された文字列を、攻撃者によってセンサなしに供給された文字列と区別することができない。このように、攻撃者は、例えば特定のユーザについての生体認証センサの出力を観察し、盗み取られた生体認証データをシステムに供給することによってユーザを「複製する」ことを試みる場合がある。同様に、攻撃者は、システムに記憶された生体認証データを読み取ることによって、ユーザを複製することを試みる場合がある。さらに、生体認証システムで利用される特徴は本質的に、ほぼ変更不可能な傾向があるため、紛失したユーザパスワードを単に変えることができるような方法で、ユーザの生体認証データの危殆化を是正することができない。
【０００５】
個々のハードウェアデバイスに一意かつ固有の特徴（例えば、配線抵抗、初期メモリ状態、ＣＰＵ命令タイミング）をさらに抽出して、認証プロトコルの一部として用いることができる。このことの主な例は、物理的複製困難関数（ＰＵＦ）である。ＰＵＦ関数ｆ（ｃ）は、入力ドメイン（すなわち、チャレンジ）ｃを、出力レンジ（すなわち、レスポンス）ｒにマッピングし、ここでマッピングは、ｆ（・）を計算するデバイスに一意な特徴に基づいて定義される。ｆ（・）の回路またはハードウェア記述は、すべてのデバイスにわたって同一であってもよいが、ドメインからレンジまでのマッピングは、ｆ（・）を計算する回路を実行する特定のハードウェアデバイスに基づいて一意である。
【０００６】
さまざまなデバイス認証方式では、物理的複製困難関数（ＰＵＦ）は、各デバイスが、デバイスに固有にリンクされた一意な識別情報を有するように用いられてきた。Ｒｕｈｒｍａｉｒら（「Ｍｏｄｅｌｉｎｇ  Ａｔｔａｃｋｓ  ｏｎ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｕｎｃｌｏｎａｂｌｅ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  １７ｔｈ  ＡＣＭ  ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ａｎｄ  ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  ｓｅｃｕｒｉｔｙ、ＣＣＳ’１０、２３７〜２４９頁，ＡＣＭ、２０１０）３つの互いに異なるクラスのＰＵＦデバイスを定義している。
●弱いＰＵＦは、通常は秘密鍵を導き出すためのみに用いられる。チャレンジスペースは制限される場合があり、レスポンススペースは決して漏れることがないと考えられる。通常の構造は、ＳＲＡＭ  ＰＵＦ（Ｈｏｌｃｏｍｂら、「Ｉｎｉｔｉａｌ  ＳＲＡＭ  Ｓｔａｔｅ  ａｓ  ａ  Ｆｉｎｇｅｒｐｒｉｎｔ  ａｎｄ  Ｓｏｕｒｃｅ  ｏｆ  Ｔｒｕｅ  Ｒａｎｄｏｍ  Ｎｕｍｂｅｒｓ  ｆｏｒ  ＲＦＩＤ  Ｔａｇｓ」、Ｉｎ  Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  ＲＦＩＤ  Ｓｅｃｕｒｉｔｙ，  ２００７）、バタフライＰＵＦ（Ｋｕｍａｒら、「Ｅｘｔｅｎｄｅｄ  ａｂｓｔｒａｃｔ：  Ｔｈｅ  Ｂｕｔｔｅｒｆｌｙ  ＰＵＦ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｎｇ  ＩＰ  ｏｎ  Ｅｖｅｒｙ  ＦＰＧＡ」、ＩＥＥＥ  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｗｏｒｋｓｈｏｐ  ｏｎ  Ｈａｒｄｗａｒｅ−Ｏｒｉｅｎｔｅｄ  Ｓｅｃｕｒｉｔｙ  ａｎｄ  Ｔｒｕｓｔ，、６７〜７０頁、２００８）、アービタＰＵＦ（Ｌｅｅら、「Ａ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅ  ｔｏ  ｂｕｉｌｄ  ａ  ｓｅｃｒｅｔ  ｋｅｙ  ｉｎ  ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ  ｃｉｒｃｕｉｔｓ  ｆｏｒ  ｉｄｅｎｔｉｆｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ」、ＩＥＥＥ  Ｓｙｍｐｏｓｉｕｍ  ｏｎ  ＶＬＳＩ  Ｃｉｒｃｕｉｔｓ：  Ｄｉｇｅｓｔ  ｏｆ  Ｔｅｃｈｎｉｃａｌ  Ｐａｐｅｒｓ，  １７６〜１７９，頁、２００４）、リングオシレータＰＵＦ（Ｓｕｈら、「Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｕｎｃｌｏｎａｂｌｅ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ  ｆｏｒ  Ｄｅｖｉｃｅ  Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ  ａｎｄ  Ｓｅｃｒｅｔ  Ｋｅｙ  Ｇｅｎｅｒａｔｉｏｎ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ４４ｔｈ  ａｎｎｕａｌ  Ｄｅｓｉｇｎ  Ａｕｔｏｍａｔｉｏｎ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ，  ＤＡＣ  ’０７，９〜１４頁、ＡＣＭ、２００７）、およびコーティングＰＵＦ（Ｔｕｙｌｓら、「Ｒｅａｄ−Ｐｒｏｏｆ  Ｈａｒｄｗａｒｅ  ｆｒｏｍ  Ｐｒｏｔｅｃｔｉｖｅ  Ｃｏａｔｉｎｇｓ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ８ｔｈ  ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｉｃ  Ｈａｒｄｗａｒｅ  ａｎｄ  Ｅｍｂｅｄｄｅｄ  Ｓｙｓｔｅｍｓ，  ＣＨＥＳ’０６，３６９〜３８３頁、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ、２００６）を含む。
●強力なＰＵＦは、（ｉ）複製することが物理的に不可能であり、（ｉｉ）チャレンジレスポンスの対の完全なセットを、合理的な時間（通常はおよそ数週間と見なされる）で収集することが不可能であり、（ｉｉｉ）無作為なチャレンジに対するレスポンスを予測することが困難であると考えられる。例えば、Ｒｕｈｒｍａｉｒによって記載された超高情報量（ＳＨＩＣ）ＰＵＦ（「Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ  ｏｆ  Ｈｉｇｈ−Ｃａｐａｃｉｔｙ  Ｃｒｏｓｓｂａｒ  Ｍｅｍｏｒｉｅｓ  ｉｎ  Ｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｙ」、ＩＥＥＥ  Ｔｒａｎｓ．Ｎａｎｏｔｅｃｈｎｏｌ．、１０巻、３号：４８９〜４９８、２０１１）は、強力なＰＵＦであると考えられ得る。
●制御されたＰＵＦは、強力なＰＵＦのための基準のすべてを満たし、暗号化拡張プロトコルに対するより高度な機能性を計算することが可能である補助制御ユニットを追加的に組み入れる。
【０００７】
ＰＵＦ出力は、同じ入力を評価するにもかかわらず、わずかに変動するという点でノイズが多い。このことは、一般的には、生体認証測定におけるノイズを取り除くために開発された方法である、ファジーエキストラクションによって対処される。（Ｊｕｅｌｓらの「Ａ  Ｆｕｚｚｙ  Ｃｏｍｍｉｔｍｅｎｔ  Ｓｃｈｅｍｅ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ６ｔｈ  ＡＣＭ  ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  ａｎｄ  Ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎｓ  Ｓｅｃｕｒｉｔｙ、ＣＣＳ’９９、２８〜３６頁、ＡＣＭ、１９９９参照）。ファジーエキストラクションは、ＰＵＦを有するデバイス内部で、例えば補助制御ユニット内部で部分的に使用されて、それによって、出力が固定された入力に対して一定であるようにし得る。
【数１】
2017522807.tif 000003
【０００８】
物理的複製困難関数Ｐｄ：デバイスｄに対する｛０、１｝κ１→｛０、１｝κ２は、好ましくは以下の特性を呈する。
【数２】
2017522807.tif 000004
【数３】
2017522807.tif 000005
ゲームは、以下のように進行する。
【数４】
2017522807.tif 000006
【数５】
2017522807.tif 000007
ゲームは、以下のように進行する。
【数６】
2017522807.tif 000008
ＰＵＦの関連する査定は、Ｈｏｒｉらの「Ｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅ  ａｎｄ  Ｓｔａｔｉｓｔｉｃａｌ  Ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ  Ｅｖａｌｕａｔｉｏｎ  ｏｆ  Ａｒｂｉｔｅｒ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｕｎｃｌｏｎａｂｌｅ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ  ｏｎ  ＦＰＧＡｓ」、２０１０  Ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  Ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｒｅｃｏｎｆｉｇｕｒａｂｌｅ  Ｃｏｍｐｕｔｉｎｇ  ａｎｄ  ＦＰＧＡｓ  （ＲｅＣｏｎＦｉｇ）、２９８〜３０３頁、２０１０；ＭａｉｔｉのＡ  Ｓｙｓｔｅｍａｔｉｃ  Ａｐｐｒｏａｃｈ  ｔｏ  Ｄｅｓｉｇｎ  ａｎ  Ｅｆｆｉｃｉｅｎｔ  Ｐｈｙｓｉｃａｌ  Ｕｎｃｌｏｎａｂｌｅ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎ、ｄｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎ、Ｖｉｒｇｉｎｉａ  Ｔｅｃｈ、２０１２等によって提供される。
【０００９】
さまざまな認証方式が、ゼロ知識証明の知識を利用し、これは、所与のステートメントが真であると同時に、この事実以外は何もないことを提供するための方法である。
【数７】
2017522807.tif 000009
多くの（インタラクティブな）ゼロ知識証明システムは、ステートメントの妥当性を確立するために、多数の反復を必要とする。すなわち、各相互作用は、証明者が秘密を保有していない（または、ステートメントが偽である）としても、いくらかの可能性によって成功しうる。このように、ステートメントが偽である場合の成功の可能性がｐである場合、プロトコルは、１−（ｐ）ｎが十分に１に近似するまでｎ回実施される。
【００１０】
Ｉｖａｎｏｖらに対する米国特許第８，５７７，０９１号およびＡｒｍｓｔｒｏｎｇらに対する米国特許第８，５６６，５７９号は、認証を正常に完了させるために、固有のハードウェア機能（例えば、ＰＵＦ出力）に加えて、人間の生体認証が必要とされる認証システムを記載しているが、そのいずれもがＰＵＦを認証と不変にリンクさせるための方法、または非センシティブなセンサ出力を取り扱うための方法を提供していない。
【００１１】
Ｆｒｉｋｋｅｎら（「Ｒｏｂｕｓｔ  Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ  ｕｓｉｎｇ  Ｐｈｙｓｉｃａｌｌｙ  Ｕｎｃｌｏｎａｂｌｅ  Ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ」、Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ  Ｓｅｃｕｒｉｔｙ、Ｌｅｃｔｕｒｅ  Ｎｏｔｅｓ  ｉｎ  Ｃｏｍｐｕｔｅｒ  Ｓｃｉｅｎｃｅ、５７３５巻、２６２〜２７７頁、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ、２００９）は、メタデータ（例えば、ＰＩＮ）をＰＵＦの入力と結合するための方法を教示しているが、任意のメタデータ（例えば、生体認証）または非センシティブなメタデータ（例えば、温度、圧力）への拡張を提供していない。
【００１２】
Ｒｕｓｔ（エディター）は、「Ｄ１．１Ｒｅｐｏｒｔ  ｏｎ  ｕｓｅ  ｃａｓｅ  ａｎｄ  ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ  ｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ」、Ｈｏｌｉｓｔｉｃ  Ａｐｐｒｏａｃｈｅｓ  ｆｏｒ  Ｉｎｔｅｇｒｉｔｙ  ｏｆ  ＩＣＴ−Ｓｙｓｔｅｍｓ（２０１３）において、生体認証機能を細胞ベースのＰＵＦと組み合わせる発想について言及しているが、このことを実現するための手段については詳述していない。
【００１３】
Ｅｒｈａｒｔらに対する米国特許出願公開第２０１１０００２４６１号は、ＰＵＦを使用することによって、センサ出力を認証するための方法を説明しており、それは、物理的なセンサハードウェアの一意な特徴を抽出する。しかしながら、当該方法は、センサの出力を、ハードウェアの認証と直接リンクさせず、また、センシティブな生体認証センサ出力がデバイスから出されることを必要とする。
【発明の概要】
【００１４】
デバイスの固有の識別情報は、登録トークンまたは公開鍵を生成することによって構築され、これは、デバイスに一意な固有の特徴、例えば物理的複製困難関数（ＰＵＦ）に基づく。認証システムは、デバイスの登録トークンまたは公開鍵を利用して、デバイスの信頼性を、好ましくはゼロ知識証明を通して検証する。また、センシティブなメタデータは、好ましくは登録トークンまたは公開鍵に包含され、このことは、アルゴリズム的手段、例えばメタデータをハードウェア固有の（例えばＰＵＦ）データと結合するハッシュ関数を通して達成され得る。認証は、インタラクティブであってもよく、または非インタラクティブであってもよい。
【図面の簡単な説明】
【００１５】
【図１】本発明の実施形態におけるメタデータバインディングの動作フローを図示する機能図である。
【図２】任意のセンサ出力にゼロ知識証明生成を提供する実施形態を図示する機能図である。
【発明を実施するための形態】
【００１６】
本発明は、全体としてメタデータを適用しているが、生体認証センサを利用する代表的な実施形態が説明されている。また、本発明は、楕円曲線暗号法（関連する専門用語および規則を含む）を利用した実施形態の例を参照して説明されているが、本明細書における発明の概念および教示は、さまざまな他の暗号化方式、例えば離散対数またはファクタリング等の異なる問題を使用するものに等しく適用され、本発明は、本発明とともに、または本発明によって使用され得る、本明細書に記載されたさまざまな追加的特徴によって限定されない。
【００１７】
デバイスの固有の識別情報を構築するために、デバイスの識別情報の公開表現（ここでは登録トークンまたは公開鍵と称される）が生成される。このデバイス登録のプロセスでは、デバイスから暗号化登録トークンが収集される。登録および認証に対する楕円曲線の数学的フレームワークを用いてもよいが、他の好適なフレームワーク（例えば、離散対数フレームワークであり、この点においては、米国特許第８，９１８，６４７号が参照により本明細書に組み入れられる）が、同じ機能性を提供する。暗号化登録トークン（または一連のトークン）｛（ｃｉ、Ｐｉ、Ａｉｍｏｄｐ）｝は、チャレンジクエリｃｉ（または複数のクエリ）に応答して、サーバによって、ＰＵＦデバイスから収集される。
【数８】
2017522807.tif 000010
【００１８】
楕円曲線暗号法を使用する実施形態の例では、任意には以下のアルゴリズム２および３を用いて、ＰＵＦ対応のデバイスが、不揮発性メモリにあらゆるセンシティブな情報を記憶することなく、センシティブな値を記憶して検索することを可能にすることができる。
【数９】
2017522807.tif 000011
【００１９】
楕円曲線の実施形態では、デバイスから認証要求を受けると、サーバは、デバイスｄによって、Ｃｈａｕｍらの（「Ａｎ  Ｉｍｐｒｏｖｅｄ  Ｐｒｏｔｏｃｏｌ  ｆｏｒ  Ｄｅｍｏｎｓｔｒａｔｉｎｇ  Ｐｏｓｓｅｓｓｉｏｎ  ｏｆ  Ｄｉｓｃｒｅｔｅ  Ｌｏｇａｒｉｔｈｍｓ  ａｎｄ  ｓｏｍｅ  Ｇｅｎｅｒａｌｉｚａｔｉｏｎｓ」、Ｐｒｏｃｅｅｄｉｎｇｓ  ｏｆ  ｔｈｅ  ６ｔｈ  ａｎｎｕａｌ  ｉｎｔｅｒｎａｔｉｏｎａｌ  ｃｏｎｆｅｒｅｎｃｅ  ｏｎ  Ｔｈｅｏｒｙ  ａｎｄ  ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ  ｏｆ  ｃｒｙｐｔｏｇｒａｐｈｉｃ  ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓ、ＥＵＲＯＣＲＹＰＴ’８７、１２７〜１４１頁、Ｓｐｒｉｎｇｅｒ、１９８８）ゼロ知識証明プロトコルの楕円曲線の変形を導き、アルゴリズム４に示されるように、デバイスｄを認証することができる。
【数１０】
2017522807.tif 000012
【００２０】
アルゴリズム４におけるサーバの検証は、デバイスに現在の証明に特定的なノンス値を与えて、傍受者が、有効なデバイスからの先の証明を用いて、認証プロトコルを首尾よく完了してデバイスになりすますことを防止する。非インタラクティブなゼロ知識証明は、この通信要件をなくし、検証エンドポイントと相互作用することなく、証明を完了させることを可能にする。非インタラクティブな構造の実現は、デバイスを証明して、検証者の代わりに、実証するエンドデバイスが証明を改ざんすることを防止するような方法でノンスを生成することを必要とする。
【００２１】
非インタラクティブなゼロ知識証明を構築するための１つの方法は、デバイスについて、ノンスＮをＮ←Ｈ（Ａ｜｜τ）として構築することであり、ここでＡはデバイスの公開鍵であり、Ｈ（・）は暗号ハッシュ関数であり、τはタイムスタンプであり、ｘ｜｜ｙは、ｘおよびｙの連結を意味する。タイムスタンプは、証明デバイスによって構築された先の証明が、攻撃者によって今後再現されることができないことを保証し、一方でハッシュ関数は、証明デバイスが、敵対的な方法でノンスを改ざんすることができないことを保証する。タイムスタンプへの依拠は、全地球的同期クロックへの依拠よりも実質的により煩わしさがない。すなわち、タイムスタンプは、証明者に到着した現在のタイムスタンプと完全に一致する必要はなく、このことは、証明に影響するネットワーク遅延の可能性を取り除く。それどころか、検証エンドポイントは、タイムスタンプが合理的に適時（例えば、第２の粒度）であり、リプレイアタックを防止するように単調に増加しているかを確かめる。ＰＵＦ対応デバイスのための典型的な非インタラクティブなゼロ知識証明が、アルゴリズム５に記載される。
【数１１】
2017522807.tif 000013
メタデータバインディング
【００２２】
メタデータバインディングは、認証プロセスに補助メタデータを包含させるプロセスを指すとする。メタデータは、認証プロトコルが依存するはずである任意の補助情報である。すなわち、正しいメタデータなしには、認証は失敗するはずである。メタデータは、センシティブまたは非センシティブのいずれかとして特徴づけられてもよく、ここで、センシティブなメタデータは、デバイスに残すべきであり（例えば、パスワード、ＰＩＮ、生体認証）、非センシティブなメタデータは、デバイスを離れてもよい（例えば、温度、圧力に関するセンサ出力）。
【００２３】
センシティブなメタデータは、好ましくは、登録中に作成された公開識別情報トークンに包含される。例えば、センシティブなメタデータが提供されない場合、デバイス登録は、当該デバイスのみを特徴づける公開識別情報を出力する。しかしながら、登録中にセンシティブなメタデータが（例えば、生体認証、ＰＩＮ等）が提供されると、公開識別情報は、デバイスとセンシティブなメタデータとの両方を特徴づける。本発明の一実施形態は、センシティブなメタデータがデバイスを離れることを必要とすることがないが、これは、ゼロ知識証明プロトコルが、センシティブなメタデータへのアクセスを有する検証者なしに完了するためである。
【００２４】
非センシティブなメタデータは、好ましくは登録プロセスに包含されず、それによって、登録からの公開識別情報出力が、非センシティブなメタデータ（例えば、温度、圧力等のセンサ出力）に依存しないようにする。それどころか、非センシティブなメタデータは、好ましくはゼロ知識証明プロトコルに包含されて、それによって、デバイスおよび／またはユーザ信頼性の証明が、対応する非センシティブなメタデータもまた検証者に提供された場合のみ有効であるようにする。これによって、デバイスおよび／またはユーザが、単一の公開識別情報を有することを可能にし、なおかつ、非センシティブなメタデータへのアクセスを与えられた検証者は、デバイスおよび／またはユーザの信頼性に加えて、メタデータの基底点の両方を検証することができる。
【００２５】
図１は、メタデータバインディングのプロセスフローを図示する。まず、登録パラメータ１を検索して、暗号ハッシュ関数３を通してセンシティブなメタデータ２と結合し得る。暗号ハッシュ関数の出力を、物理的複製困難関数４への入力として用い、これは、登録パラメータと任意のメタデータとを、ハードウェア識別情報にリンクさせる。最後に、登録トークン５を、ＰＵＦ出力の関数として返す。
【００２６】
一般に、ハッシュ関数は、Ｈ（・）：｛０、１｝＊→｛０、１｝λとして定義され、ここで、λは固定の定数である。すなわち、ハッシュ関数Ｈ（・）（またはＨａｓｈ（・）として明記される）は、任意のサイズの入力を取り、有限出力ドメインにマッピングする。暗号化設定については、ハッシュ関数は、さらなる特性を満たさなければならない。認証プロトコルにおいてメタデータをバインドするという文脈で、ハッシュ関数は、好ましくは一方向で、衝突耐性があり、かつアバランシェ状態を満たさなければならない。一方向とは、出力Ｈ（ｘ）が与えられたときに入力ｘを判定することが計算上実行不可能であり、出力Ｈ（ｘ）が入力ｘに関して何ら明らかにしないことを保証することを意味する。衝突耐性があるとは、Ｈ（ｘ）＝Ｈ（ｙ）であるように（ここで、ｘは所与のエンティティについての正しいメタデータである）異なるセットのメタデータｙを提供することが計算上実行不可能であることを意味する。
【数１２】
2017522807.tif 000014
【００２７】
【数１３】
2017522807.tif 000015
【００２８】
ハッシュ関数のアバランシェ特性に起因して、メタデータは、認証を成功させるために、まったく同じでなければならない。しかしながら、生体認証の典型的な実施形態は、往々にしてノイズという結果になり、この場合、同じ特徴（例えば、指紋、虹彩等）を観察しているにもかかわらず、スキャンがわずかに異なっている。そのため、好ましくはファジーエキストラクタ等の手段を使用して、生体認証が確実に一定の値を返すことを保証してもよい。
【数１４】
2017522807.tif 000016
【００２９】
図２は、生体認証認証センサ（例えば、指紋スキャナ）を利用した実施形態における、センサの完全性、ユーザ認証、およびセンサ出力検証を実証するゼロ知識証明を構築するプロセスフローを図示する。ハードウェアは、係数の一部（例えば、Ｕ．は．Ｕ４５００である）であってもよく、またはセンサ（例えば、ＴＣＳ４Ｋ  Ｓｗｉｐｅ  Ｓｅｎｓｏｒ）のみに限定されてもよい。好ましくは、ＰＵＦ回路（例えば、リングオシレータ、ＳＲＡＭ、アービタ等）は、センサハードウェアに直接組み込まれ、それによって、センサハードウェアに対する改変がＰＵＦマッピングを変化させるようにする。そのようなデバイスの一実施形態は、例えば、２１５、０００の論理セル、１３メガバイトのブロックランダムアクセスメモリ、および７００のデジタル信号処理（ＤＳＰ）スライスを具備するＸｉｌｉｎｘ  Ａｒｔｉｘ７フィールドプログラマブルゲートアレイ（ＦＰＧＡ）プラットフォームを備えてもよい。楕円曲線暗号法を使用している実施形態では、例えば、論理セル内部に位置付けられたＰＵＦ構造と、ＰＵＦに対する入力および出力を含み、およびデバイスの外部入力および出力を制御して、例えば上述されたようなアルゴリズムを行う（数学エンジンに対して楕円曲線および他の数学的計算を送る）ように構築された論理処理コアとによって、ハードウェア数学的エンジンを、オンボードのＤＳＰスライスにインスタンス化してもよい。
まず、登録パラメータ６を検索して、暗号ハッシュ関数８を通して、センシティブなメタデータ７と結合し得る。暗号ハッシュ関数の出力を、物理的複製困難関数９への入力として用い、これは、登録パラメータとセンシティブなメタデータとを、ハードウェア識別情報にリンクさせる。次に、証明パラメータ１０およびセンサ出力１１が、暗号ハッシュ関数１２を通してリンクされる。物理的複製困難関数９および暗号ハッシュ関数１２の出力を同期させて、ゼロ知識証明１３を生成し、これは、検証者にセンサの完全性を確信させ、ユーザを認証して、センサ出力を有効化する証明トークン１４を出力する。
【００３０】
【数１５】
2017522807.tif 000017
（検証者に対して、非センシティブなメタデータのみが明らかにされるべきである場合、データを暗号化して送信してもよい）。最終的に、デバイスは、非インタラクティブなゼロ知識証明を構築して、これによって、サーバがデバイスおよび（センシティブおよび非センシティブな）メタデータの両方が正しいかを検証することが可能になる。
【００３１】
また、インタラクティブなゼロ知識証明は、デバイスにノンスＮを発行するためのサーバを必要とすることによって構築されてもよい。この典型的な構造が、アルゴリズム８に示される。
【数１６】
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【００３２】
（センシティブおよび／または非センシティブな）メタデータの追加は、本発明の実施形態において任意である。すなわち、非センシティブなメタデータが含まれ得る一方で、センシティブなメタデータが排除される。このことは、公開識別トークンがセンシティブなメタデータを包含しなかったことのみを必要とする。同様に、センシティブなメタデータが含まれ得る一方で、非センシティブなメタデータが排除される。このことは、ノンスが非センシティブなメタデータを用いて構築されないことのみを必要とする。
【００３３】
本発明の一実施形態は、楕円曲線の数学的フレームワークに依拠しているため、当業者においては、暗号的に強化された役割ベースのアクセス制御（ＲＢＡＣ）を支援することに拡張されてもよいことが理解されよう。
【数１７】
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このことは、通常は双線形ペアリング（例えば、ＷｅｉｌペアリングまたはＴａｔｅペアリング）を構築することによって達成され、本発明の自然な拡張である。
【００３４】
さまざまな特徴によって先の実施形態を説明してきたが、当業者においては、認証プロトコルがゼロ知識に限定される必要はなく、識別情報を確立するための他の暗号化構造に基づくことができることが認識されよう。例えば、デバイスは、そのハードウェア識別情報を用いて、パケットのコンテンツをデジタル署名することができ、パケットヘッダ（例えば、ＴＣＰオプションヘッダであり、ここで、ヘッダの一例は、｛Ｂ＝ｒ・Ｇｍｏｄｐ、ｍ＝ｒ＋Ｈａｓｈ（Ｇ、Ｂ、Ａ、Ｎ）・ｒａｎｄｍｏｄｑ、τ｝を含む）内の署名を含むことができ、ハードウェア識別を、多様な他の暗号化認証技術に適用してもよく、提供された例のゼロ知識の態様によって制限される必要はない。
【図１】
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【図２】
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【手続補正書】
【提出日】平成29年3月17日(2017.3.17)
【手続補正１】
【補正対象書類名】特許請求の範囲
【補正対象項目名】全文
【補正方法】変更
【補正の内容】
【特許請求の範囲】
【請求項１】
認証関連メタデータを、ハードウェア固有の特性とバインドするように構成されたデバイスであって、前記デバイスが、関連付けられたデバイス登録パラメータと、関連付けられた認証関連メタデータとを有し、
ａ）物理的入力と物理的出力とを有し、前記物理的入力への入力値の入力に応答して、ハードウェアの信頼のルートおよび前記入力値に特徴的な前記物理的出力における出力値を生成するように構築された前記ハードウェアの信頼のルートと、
ｂ）前記ハードウェアの信頼のルートの物理的出力に接続されたプロセッサ入力を含み、前記ハードウェアの信頼のルートの物理的入力に接続されたプロセッサ出力を含むプロセッサであって、前記プロセッサが、
ｉ）前記デバイスと関連付けられたデバイス登録パラメータを、前記デバイスと関連付けられた認証関連メタデータとアルゴリズム的に結合して、バインディング値を発生させ、
ｉｉ）前記バインディング値を前記ハードウェアの信頼のルートの物理的入力に伝達して、それによって前記ハードウェアの信頼のルートが、前記ハードウェアの信頼のルートおよび前記デバイス登録パラメータの関数である対応する出力値、ならびに前記バインディング値を発生させるように結合された認証関連メタデータを生成するようにし、
ｉｉｉ）認証証明トークンを、前記伝達されたバインディング値から前記ハードウェアの信頼のルートにおいて生成された前記出力値の関数として作成する、ように構成された、プロセッサと、を備える、デバイス。
【請求項２】
前記プロセッサが、外部検証エンティティからの認証要求に応答して、ゼロ知識証明の認証を行うようにさらに構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項３】
前記プロセッサが行うように構成された、ゼロ知識証明の認証が、非インタラクティブであり、非センシティブなメタデータを包含するノンスを含む、請求項２に記載のデバイス。
【請求項４】
前記プロセッサが行うように構成された、ゼロ知識証明の認証が、インタラクティブである、請求項２に記載のデバイス。
【請求項５】
前記プロセッサが、暗号ハッシュ関数を用いて、デバイス登録パラメータを認証関連メタデータとアルゴリズム的に結合するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項６】
前記プロセッサが、反復暗号ハッシュ関数を用いて、デバイス登録パラメータを認証関連メタデータとアルゴリズム的に結合するように構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項７】
前記プロセッサがデバイス登録パラメータとアルゴリズム的に結合するように構成された、前記認証関連メタデータが、センシティブなメタデータ単独で構成される、請求項１に記載のデバイス。
【請求項８】
前記プロセッサが作成するように構成された前記認証証明トークンが、公開識別トークンである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項９】
前記プロセッサがデバイス登録パラメータとアルゴリズム的に結合するように構成された、前記認証関連メタデータが、センシティブなメタデータ単独で構成され、前記プロセッサが作成するように構成された前記認証証明トークンが、公開識別トークンである、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１０】
前記プロセッサが、認証関連メタデータとアルゴリズム的に結合するように構成された、前記デバイス登録パラメータが、暗号数理的フレームワークに属する値を含む、請求項１に記載のデバイス。
【請求項１１】
前記プロセッサが、楕円曲線暗号法を行うようにさらに構成される、請求項１０に記載のデバイス。
【請求項１２】
暗号数理的フレームワークに属する前記値が、チャレンジ値と、楕円曲線基底点と、係数とを含む、請求項１１に記載のデバイス。
【請求項１３】
前記プロセッサが、外部検証エンティティからの認証要求に応答して、いかなるセンシティブなメタデータも前記外部検証エンティティに伝達することなく、ゼロ知識証明の認証を行うようにさらに構成される、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、または１２に記載のデバイス。
【請求項１４】
前記ハードウェアの信頼のルートが、物理的複製困難関数（「ＰＵＦ」）であり、前記ハードウェアの信頼のルートの物理的入力が、ＰＵＦ入力であり、前記ハードウェアの信頼のルートの物理的出力が、ＰＵＦ出力であり、前記ＰＵＦが、特定のチャレンジ値の前記入力に応答して、前記ＰＵＦおよび前記特定のチャレンジ値に特徴的な出力値を生成するように構築される、請求項１、２、３、４、５、６、７、８、９、１０、１１、または１２に記載のデバイス。
【請求項１５】
前記プロセッサが、外部検証エンティティからの認証要求に応答して、いかなるセンシティブなメタデータも前記外部検証エンティティに伝達することなく、ゼロ知識証明の認証を行うようにさらに構成される、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１６】
前記プロセッサが、チャレンジ値を含むデバイス登録パラメータをアルゴリズム的に結合するように構成される、請求項１４に記載のデバイス。
【請求項１７】
前記プロセッサが、チャレンジ値を含むデバイス登録パラメータをアルゴリズム的に結合するように構成される、請求項１５に記載のデバイス。
【国際調査報告】
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