情報処理学会 インタラクション 2016
IPSJ Interaction 2016

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スマートデバイスにおける振動機能とマルチタッチ機能を利用した覗き見攻撃対策認証方式の提案
立花 聖也†1高橋 啓伸†1佐々木 槙吾†1 菊地 友斗†1 鎌田 恵介†1
ベッド B. ビスタ†2 高田 豊雄†2

小倉 加奈代†2

概要：近年，スマートフォンをはじめとするスマートデバイス所有者が増加している．スマートデバイスには，個人情報が多く含まれているにも関わらず，その利便性や携帯性の高さから公共の場で扱われることが多いため，情報の流出・漏えいの問題が発生するリスクがある．そのため，所有者以外が端末の操作をできないように，端末をロックする方法がとられている．しかし，既存のロック方式である PIN コード認証方式やパターン認証方式，パスワード認証方式では覗き見された場合のセキュリティ強度は低くなる．
本研究では，覗き見へのセキュリティ強度を高めるために，利用者のみがわかる端末振動機能と複数の点を同時にタッチする入力を利用した個人認証方式を提案する．

A Proposal of Shoulder Surfing Attack Measures Authentication Using
the Vibration Function and Multi-touch Function in Smart Devices
SEIYA TACHIBANA†1 HIRONOBU TAKAHASHI†1 SHINGO SASAKI†1 YUTO KIKUCHI†1KEISUKE KAMADA†1 KANAYO OGURA†2 BHED BAHADUR BISTA†2 TOYOO TAKATA†2Abstract: In recent years, smart device owners, including smart phones are increasing. The smart devices
contain a large amount of personal information. However, they are often used in public places for convenienceand portability. Thereby, there is a spill or leakage problem of information. Therefore, as other than theowner does not operate the terminal, there is a method of locking the terminal. However, existing locking
scheme such as PIN code authentication scheme, pattern authentication scheme, or password authentication
scheme, the security strength is low when it is exposed to shoulder surfing. In this paper, in order to enhance
the security strength against shoulder surfing, we propose a personal authentication scheme that employs
multiple simultaneous touch mixed with fake by the terminal vibration function that only the user can beaware.

1. はじめに帯性の良さや利用できるアプリケーションの豊富さの点で利便性が高く，多機能なために様々な用途に使用できるた

近年，携帯電話の利用者が急増し，それに伴いスマートめである．しかし，スマートデバイスには数多くの個人情フォンをはじめとするスマートデバイス所有者も多く存在報が含まれており，その情報の流出・漏えいは大きな問題する．総務省の 2014 年の携帯端末利用率の調査によると，である．そのため，端末の所有者以外が端末の操作を行え

10 代から 60 代のスマートフォン利用率は 62.3 ％と半数以ないようにしなければならない．現在使用されている端末上を占めている [1]．理由として，スマートデバイスは携のロック方式として，暗証番号を入力する PIN コード認証方式や，画面上に表示された 9 つの点から所有者が決め†1†2

現在，岩手県立大学大学院
Presently with Iwate Prefectural University Graduate School
現在，岩手県立大学
Presently with Iwate Prefectural University© 2016 Information Processing Society of Japanたルートを再現するパターン認証方式，パスワード認証方式の 3 つの既存認証方式がある．しかし，スマートデバイスのような携帯端末は使用される環境が多岐にわたり，状417

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況に応じては第三者が認証情報を入手するために，認証行て覗き見，録画攻撃のいずれにも効果があることが示され動の覗き見や録画を行う場合も想定される．そのような場た．先行研究のように振動を用いることは，利用者だけに合，既存の認証方式では再現性が高いため，簡単に突破さ伝える手段としては最適であり，本提案方式でも参考にしれる．ている．しかし，この手法では振動で入力位置を指定する

そこで本研究では，覗き見攻撃に対しセキュリティ強度ことに用いているのに対し，本提案方式では，フェイクをを高めるため，振動と複数の点を同時にタッチする入力を入れる合図として振動を用いているという違いがある．こ利用したフェイク認証方式の提案を行う．の手法の問題点は，入力のたびにインジケータの回転によ2. 関連研究る入力位置の決定を待たなければいけないため，認証に要する時間が長くなる点である．

本研究同様に，覗き見や録画攻撃を想定した認証方式として，音，振動，2 点以上の同時タッチを利用した認証方式を概観する．

2.3 2 点以上の同時タッチを利用した手法
益子 [4] は，タッチスクリーンの 2 点以上の同時タッチ(以下，マルチタッチ) 機能とドラッグを利用した個人認証
2.1 音を利用した手法

手法を提案した．これは，画面上に複数のチェックポイン

竹田ら [2] は，人間の聴覚効果である，複数の音源から自トが用意されており，通過すべきチェックポイントの数と，分の意識した音を聞き分けるカクテルパーティ効果を利用

通過する際の指の本数を認証情報に用いた手法となっていした個人認証システムを提案した．これは，複数の音源かる．この研究では，認証者の隣で認証の様子を見てもらい，ら成る混合音というものを使用して，複数回異なるパターなりすましを行う覗き見攻撃実験を行った．その結果，認ンの混合音が再生された中から，認証音を含む混合音のパ証情報の一部を特定できた被験者が数名いたが，完全に認ターンを識別して回答する手法である．この研究では，被証情報を特定できた被験者はおらず，なりすましによる認験者を用いて覗き見や盗み聞きされた場合の攻撃実験を証成功者は１人もいなかった．この研究から，認証に複数行っている．実験内容として，４つの混合音を順に再生し，の指を用いた入力が認証情報の特定を困難とすることに役それぞれに認証音が入っているか否かを被験者に伝え，認立っていることが示された．本提案方式でも，指を複数本証音の推測を行わせている．その後，認証音は同一のまま用いた入力を利用しているが，益子の手法のように指の本認証実験を３回行い，他人拒否率を算出している．結果と数を認証情報に用いてはいないという点で異なっている．

して，他人拒否率は平均で 60.8%であり，一概に覗き見・

この手法の問題点は，ユーザへ求める認証操作の負荷が高盗み聞きに対して安全性が高いとは言えない．しかし，一い点である．

度に再生する音源の数を増やした混合音を用いた実験の結

他にも，2 点以上の同時タッチを利用した手法として澤果，本人受入率への影響は僅かになっており，覗き見・盗村ら [5] の提案があるが，この手法は既に覗き見への耐性み聞きに対応可能な根拠を示している．この手法の問題点の問題が益子の研究で指摘されている．

は，音を利用した手法であるため，音が聞き取れないほどの大きな環境音がある場所では使用できず，使用環境が限定される点である．また，聴覚効果には個人差があるため，人によっては聞き取れない可能性がある．

3. 振動機能とマルチタッチを用いた端末認証方式の提案
本研究では，第三者に認証行為を見られても，視覚情報から認証情報の特定を困難とする個人認証方式を提案する．

2.2 振動を利用した手法
石塚ら [3] は，携帯端末の振動機能を利用した CCC(Circle

本認証方式で用いる主な機能は次の 2 つである．

( 1 ) 振動によるフェイク

Chameleon Cursor) という暗証番号による個人認証システ( 2 ) マルチタッチによる入力ムを開発した．この認証システムでは，数字が割り振られこれらの機能について次節以降説明する．

たダイヤルの上を回転するインジケータがあり，インジケータが回転している途中で端末に振動が発生する．イン

3.1 振動によるフェイク

ジケータの回転停止後，ダイヤルを操作して，その時点で本認証方式では，スマートデバイスの振動機能を用いた入力すべき番号と振動が発生した位置を合わせることで入フェイクを入れることで，入力の再現による突破を困難と力を行う．この振動を用いることで，覗き見攻撃による認する．これは，ランダムなタイミングで端末を振動させ，証情報の特定を困難としている．この研究では，被験者をそのタイミングを利用してフェイクの操作を織り交ぜるこ

用いて複数の認証行為を録画した映像を見せた録画攻撃実とで，覗き見攻撃者からパスワードの特定を防ぐ．振動を験を行った．その結果，認証情報を特定できた被験者も，用いる目的は，端末に触れている利用者にのみフェイクを振動が入った瞬間を特定できた被験者もおらず，結果とし入れることを伝え，第三者によるフェイクが入ったタイミ© 2016 Information Processing Society of Japan418

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ングの特定を困難とするためである．しかし，PIN 認証方

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して，フェイク入力が完了する．

式のように一点だけに触れて認証情報を入力する方法では，振動によるフェイクを用いても覗き見攻撃者に対し，フェイクの入力であるかそうでないかを推測させるだけのものとなってしまう．
そこで本認証方式では，覗き見攻撃者へ推測すべき情報を増やすため，マルチタッチによる入力方法を組み合わせ，覗き見攻撃者からの認証情報の特定を困難とする．

3.2 マルチタッチによる入力
本認証方式では，マルチタッチを用いて認証情報を入力する．振動によるフェイクだけでなく，マルチタッチを用いる理由として，どちらのタッチが正しい入力であるかを

図 2振動によるフェイク時入力例

覗き見攻撃者から隠すためである．
本認証方式では，通常時入力とフェイク時入力の 2 種類の入力が存在する．それぞれの入力について図を用いて説明を行う．

3.3 フェイク発生の回数とタイミング
本認証方式の振動の回数は，最大で，認証情報の長さ/43.2.1 通常時入力まで振動する．また，認証のたびに振動によるフェイクの図 1 左側は，本認証方式で用いる認証画面である．画面タイミング，回数いずれも変動する．これにより，覗き見上の各点には数字が割り振られており，利用者は，設定さ攻撃者は，マルチタッチによってどちらのタッチが正しいれた認証情報に対応した点ともう一点別の点をマルチタッ

入力であるかを推測する必要があり，さらに，推測する入チすることで，認証情報を入力することが求められる．図

力がフェイクだった場合はそのどちらでもないため，認証

1 の例では，1 が認証情報に対応した数字であり，利用者は情報の特定が困難になると考えられる．

1 をタッチしなければならない．しかし，入力にはマルチタッチが必要なため，1 とそれ以外の適当な数字 (図 1 の例では 8) をタッチして，1 つ認証情報が入力される．

3.4 想定される使用状況
本認証方式はスマートデバイスを必ず手に持っているか身に着けていることを想定する．理由として，本認証方式はフェイク発生時にスマートデバイスが振動するため，机などの物体にスマートデバイスが接触していると音が響いてしまう．それにより，フェイクが入ったことが第三者に知られる可能性があり，認証情報を特定されることが懸念されるためである．

4. 予備実験
本認証方式について，実際に覗き見攻撃に耐性があるかプロトタイプシステムを用いて予備実験を行い確認をした．実験内容は，本学ソフトウェア情報学部の学生 3 名を被験者として，認証作業が録画された動画を見せ，実際に
図 1

通常時マルチタッチ入力例

プロトタイプシステムを操作して覗き見攻撃を試行してもらった．今回の予備実験は，「電車など，一度きりしか会わ3.2.2 フェイク時入力ない人に覗き見をされた場合に突破できるかどうか」とい

本認証方式では，任意のタイミングで，図 2 の左側のよう状況を想定する．そのため，被験者は本認証方式のシスうに端末が振動する．この振動が持つ意味は，次の入力はテムを知らない状態で実験を行う．各被験者には，暗証番フェイクを入れる合図であり，本来タッチすべき数字以外号の長さが４ケタの場合と８ケタの場合の 2 通りを５回ずのいずれかをマルチタッチすることでフェイク入力をする

つ認証を試行してもらい，認証が成功した場合は，何回目必要がある．図 2 の例では，2 が本来認証情報に対応したの回答で認証成功したか記録する．また，実験中は被験者数字であるが，入力前に振動が発生したため，2 を除くいの認証行為を撮影する．これは，撮影した映像からどのよずれかの 2 つの数字 (図 2 の例では 3 と 9) をマルチタッチうな入力を行っていたか確認するためである．

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4.1 実験結果
予備実験により得られた各被験者の結果を表 1 に示す．

5. おわりに
本稿では，振動と 2 つの数字を同時にタッチするマルチ

表 1

予備実験時の各被験者の覗き見攻撃結果
4 ケタ
8 ケタ

被験者 1

失敗

失敗

被験者 2

成功 (1 回目)

失敗

被験者 3

失敗

失敗

タッチ入力を用い，通常時とフェイク時の 2 通りの入力で認証を行うマルチタッチロック解除方式の提案を行った．
また，覗き見攻撃へ耐性があるか予備実験を実施し，その結果と考察を述べた．
今後は，4.2 節で述べた録画攻撃への耐性を高めるための改良を進め，改めて本認証方式の有用性について検討す

表 1 より，4 ケタのパターンで認証成功してしまう被験る．また，今回は本認証方式を知らない攻撃者を想定し予者がいたが，8 ケタのパターンでは認証に成功した被験者

備実験を行ったが，本認証方式を知っている攻撃者を想定はいなかった．また，認証に成功した被験者を撮影した映し，覗き見および録画攻撃耐性の評価を行う．

像を確認したところ，認証に成功した瞬間に驚く素振りをしていたことから認証情報の特定までには至っていなかったと考えられる．

謝辞

本研究は，岩手県立大学大学院ソフトウェア情報学研究科およびソフトウェア情報学部による学生主体のプ

次に，被験者 1 と被験者 3 を撮影した映像を確認したとロジェクト学習 (PBL) の一環として実施したものである．

ころ，一度入力しては回答せずに入力内容を消すという行本研究の一部は，プロジェクト学習 (PBL2015-16) の助成動が見受けられた．これは，攻撃試行中に，本認証方式でを受けたものである．

は振動が発生することを知り，端末が発する振動が何かしらの意味を持っていると推測し，規則性を見出そうと試行参考文献錯誤していたと考えられる．しかし，最終的に認証に失敗[1]していたため，本提案方式の仕組みを想起することは困難であったものと思われる．
[2]

4.2 考察今回の予備実験では覗き見耐性の確認を目的とし，録画[3]攻撃を考慮したものとはなっていない．しかし，現状の本認証方式では，4 ケタの場合 1/125 の確率で認証に成功す[4]ることとなり，数通りの違う場面を撮影した録画映像によりさらに認証情報の特定が容易になるものと考えられ，録画攻撃への耐性に問題があるといえる．録画攻撃対策として以下を検討する．

[5]

総務省 平成 26 年度情報通信メディアの利用時間と情報行動に関する調査報告書の公表，入手先 <http://www.soumu.go.jp/menu news/s-news/
01iicp01 02000028.html>(参照日付：2015/12/20)．
竹田昂生，稲葉宏幸：カクテルパーティ効果を利用した個人認証システムの提案，信学技報，Vol.112，No.127，
SITE2012-36，pp.217–221，(2012).
石塚正也，高田哲司：CCC：携帯端末での暗証番号認証における振動機能を応用した覗き見攻撃対策手法，情報処理学会論文誌，Vol.56，No.9，pp.1877–1888 (2015).
益子純平：タブレット PC のマルチタッチ機能を用いた個人認証手法の提案，岩手県立大学ソフトウェア情報学部卒
業論文 2011 年度，pp.1–52(2012).
澤村隆志，成田匡輝，野地脩宏：マルチタッチスクリーンを利用した認証方式の提案，コンピュータセキュリティシ
ンポジウム 2010 論文集，第二冊，pp.645–650 (2010).

4.2.1 認証情報の長さの固定予備実験の結果，4 ケタのパターンで認証に成功した被験者がいたことから，認証情報の長さを 8 ケタ以上にする必要がある．これにより，攻撃者による認証成功確率は1/15625 となり，攻撃成功率は低くなることが予想できる．
4.2.2 認証入力可能回数の制限
現在，スマートフォンなどで使用されているロック方式
では機種によって違いはあるが，最大 20 回まで認証入力を行うことが可能であり，それを超えた場合は端末を初期化する処理が強制的に行われる．そこで，予備実験の制限と同様に認証入力可能回数を上限 5 回までとすることで，偶然に認証成功してしまう可能性を低くすることが考えられる．

4.2.3 フェイクのパターンの追加
現状よりもフェイクパターンを増やすことで複数の認証映像から認証情報の特定を困難とすることが考えられる．

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