JP2010510744A - バイオメトリックに基づくファジー署名 - Google Patents

Abstract

【解決手段】
本発明は、バイオメトリックデータに基づいて、デジタル署名の有効性を検証する方法および装置に関する。本発明の基本的な着想は、以下の通りである。まず、例えば、個人に対して、適切なセンサデバイスを用いてその個人の指紋を提供させる。そして、検証装置が検証される個人の第１のバイオメトリックテンプレートを取得する。それから、検証装置は、デジタル署名および第２のバイオメトリックテンプレートを受け取る。検証装置は、第１または第２のバイオメトリックテンプレートを公開キーとして使用することによって、そのデジタル署名を検証する。取得された個人の（第１の）バイオメトリックテンプレートは署名と関連して受け取られた（第２の）バイオメトリックテンプレートと比較される。そして、両テンプレートが適合（マッチ）する場合、検証装置はデジタル署名および関連した（第２の）バイオメトリックテンプレートが偽造目的のための攻撃者によって操作されたものではないと確信することができる。

Description

本発明はバイオメトリックデータに基づくデジタル署名の有効性を検証する方法および装置に関する。

識別または個人の認証のためのバイオメトリック（生態計測）の使用は、従来の識別（例えばパスワードおよびピンコード）の良好な代替手段であると考えられている。パスワード／ピンコードの形で識別を必要とするシステムの数は、着実に増加している。したがって、システムのユーザはパスワード／ピンコードを数多く記憶しなければならない。バイオメトリック認証においては、ユーザに特有な特長、例えば指紋、虹彩、耳、顔、その他がユーザの識別のために用いられる。明らかに、ユーザは自己のバイオメトリック特長を失うことはないし忘れることもない。それらを書き留めたり記憶したりする必要もない。

"A biometric identity based signature scheme" by Burnett, Duffy and Dowling "Security proofs for identity-based identification and signature schemes" by M. Bellare, C. Namprempre and G. Neven: "Security proofs for identity-based identification and signature schemes", Eurocrypt 2004

一方、バイオメトリックは、デジタル署名を含む公開キー暗号として、一般の識別用に利用することができる。すなわち、このスキームを利用して、個人はデータを提供することができる。例えば、第三者は、署名のなされた電子的文書に対して、署名者のバイオメトリックデータに基づいて、署名の有効性を検証することができる。従来の公開キー署名方式において、信頼された証明機関発行の、（ランダムに生成された）公開キーは、通常、証明書によって署名者のアイデンティティに関連する。署名者のアイデンティティとしてバイオメトリック情報を用いる場合、問題が発生する。従来の署名方式においては、単一の公開キーのみによって正しく検証できる。メッセージに署名するために用いる公開キーに十分に「近い」範囲が存在するわけではない。これに対して、バイオメトリックの性質および個人のバイオメトリックのテンプレートを抽出する際の測定誤差のため、ある個人の二つのバイオメトリックテンプレートが完全に一致することはあり得ない。これは、識別に際して問題が発生する。したがって、照合アルゴリズムは、二つのテンプレートのわずかな違いを考慮に入れなければならない。

同一性に基づく署名（ＩＢＳ：Ｉｄｅｎｔｉｔｙ Ｂａｓｅｄ Ｓｉｇｎａｔｕｒｅ）方式は、従来から知られており、公開キーをアイデンティティとして使用する。公開キーは、例えば電子メールアドレスの形の任意のビット列である。これに対して、従来の署名方式は、通常は公開キーとして多くのビットストリングを使用する。しかも個人を公開キーと関連させるために、デジタル証明書に依存する。非特許文献１は、個人のバイオメトリックデータがデジタル署名を作成するのに用いられ、かつデジタル署名を検証する。なお、この開示で、バイオメトリックデータは、ファジー・エクストラクタの概念を使用することによって抽出され、かつ処理される。

本発明の目的は、ＩＢＳベースの方式に関する先行技術の前記課題を解決することである。この目的は、請求項１のバイオメトリックデータに基づくデジタル署名の有効性を検証する方法、および請求項７のバイオメトリックデータに基づくデジタル署名の有効性を検証するための装置によって達成される。
［発明の開示］
好ましい実施例は、従属クレームによって定義される。

本発明の第１の態様において、検証される個人の第１のバイオメトリックテンプレートを取得するステップ、デジタル署名および前記署名に関連する個人の第２のバイオメトリックテンプレートを受け取るステップ、公開キーとして前記２つのバイオメトリックテンプレートのいずれか一つを使用することによって前記デジタル署名を検証するステップ、および前記第１のバイオメトリックテンプレートを前記第２のバイオメトリックテンプレートと比較するステップを有し、前記第１のテンプレートが前記第２のテンプレートに対応する場合、前記デジタル署名の前記検証は有効であると判断される、方法が提供される。

本発明の第２の態様において、検証される個人の第１のバイオメトリックテンプレートを取得するための手段、デジタル署名および前記署名に関連する個人の第２のバイオメトリックテンプレートを受け取るための手段、公開キーとして前記２つのバイオメトリックテンプレートのいずれか一つを使用することによって前記デジタル署名を検証するための手段、および前記第１のバイオメトリックテンプレートを前記第２のバイオメトリックテンプレートと比較するための手段、を有し、前記第１のテンプレートが前記第２のテンプレートに対応する場合、前記デジタル署名の前記検証は有効であると判断される、装置が提供される。

本発明の基本的な着想は、例えば、検証装置が検証される本人の第１のバイオメトリックテンプレートを入手するということである。このため、適切なセンサデバイスを介して本人に対して本人の指紋を提供させる。この第１のテンプレートが確実であると確信できるよう、これは検証装置の管理下で実行されてもよい。それから、検証装置は、デジタル署名および第２のバイオメトリックテンプレートを受領する。検証装置は、それから、第１あるいは第２のバイオメトリックテンプレートを公開キーとして使用して、デジタル署名を検証する。署名を検証することによって、否認防止（non-repudiation）が講じられる。入手された個人の（第１の）バイオメトリックテンプレートは、署名に関連して受信された（第２の）バイオメトリックテンプレートと比較される。そして、適合（マッチ、match）する場合、検証装置はデジタル署名および関連した（第２の）バイオメトリックテンプレートがまねを目的とした攻撃者によって操作されていないことを確信できる。このように、完全性（integrity）は、２つのバイオメトリックテンプレートの比較によって講じられる。

本発明の有利な点としては、個人はバイオメトリック特長の形で、例えば指紋、虹彩、耳、顔、その他、の公開キーを常に「所持」しているということである。これらからバイオメトリックテンプレートが抽出され、かつデジタル署名に関係するバイオメトリックテンプレートと比較されてもよい。公開キーは、確実な方法で容易に配信できる。更に、本発明は、デジタル署名によって否認防止を提供する。加えて、攻撃者がデジタル署名および関連したバイオメトリックアイデンティファイアを盗み、かつ検証装置に対応する新しいバイオメトリックテンプレートと共に新しいデジタル署名を送ったと仮定する。この場合、検証装置は詐欺（フロード）を防止することが可能である。なぜなら、署名にかかわるバイオメトリックテンプレートは個人の真のバイオメトリックテンプレートと比較されるからである。

第１あるいは第２のバイオメトリックテンプレートがデジタル署名を検証するために用いることができる点に注意されたい。更に、検証装置が最初にデジタル署名および「第２の」バイオメトリックテンプレートを受け取り、かつそれから個人の「第１の」バイオメトリックテンプレートを入手することも可能である。

本願発明の更なる特徴および有利な点は、添付の請求の範囲および以下の明細書によって明らかとなる。当業者であれば、本発明の異なる特長を結合でき、以下に明示的に説明する実施例と異なるものを構成することができることは言うまでもない。

本発明の好ましい実施例の詳細な説明は、添付の図面を参照しながら説明する。

本発明が適用できる同一性に基づく署名（ＩＢＳ）を実装したシステムを示す図である。

［本発明の実施例の詳細な説明］
図１は、同一性に基づく署名（ＩＢＳ）方式を実装したシステム１００を示している。かかる方式は、一般に、キーペアを作成し、かつ暗号のオペレーションを実行する４つのアルゴリズム（ＭＫ_ｇ、Ｕｋ_ｇ、Ｓｉｇｎ、Ｖｆ）を利用する。信頼できるキーを発行する当局１０１は、マスターキーペア（ｍｐｋ、ｍｓｋ）を得るためにマスターキーアルゴリズムＭＫ_ｇを実行する。このマスターキーペアは、（マスター）公開キー、および（マスター）秘密キーを有する。関係する会社の相互間の取引が行われる場合、キーを発行する当局は通常は信頼された第三者である。これに対して、ＩＢＳ方式が企業（例えば銀行）において内部的にインプリメントされる場合には、信用された当局は通常は企業自体である。信用された当局は、ユーザーキー生成アルゴリズムＵｋ_ｇを実行し、秘密マスターキーｍｓｋおよびアイデンティティＩを用いる。アイデンティティＩは、このシステムを利用しようと欲する個人のアイデンティティである。このようにして、アイデンティティＩに係る個人のための秘密キーｕｓｋが生成される。生成された個人の秘密キーｕｓｋおよび個人の登録されたアイデンティティＩは、多くの異なる方法を用いて個人に配布される。１つの方法は、データをスマートカード１０２に格納し、かつそれを個人１０３に配布することである。

個人は、秘密キーｕｓｋおよび署名するためのアルゴリズムＳｉｇｎを有する本人のスマートカード１０２を使用する。これによって、署名σ（ｍ）を生成し、メッセージｍに添付する。この署名は、メッセージおよび個人の公開キー（すなわちアイデンティティＩ）とともに検証装置１０４に送られる。署名を検証するために、検証装置は、署名σ（ｍ）を検証するために、アイデンティティＩを用い、検証アルゴリズムＶｆを適用する。通常は、スマートカード１０２は、署名σ（ｍ）を作成するために、メッセージｍを作成し、かつ個人の秘密鍵ｕｓｋでメッセージに署名する。データセット［σ（ｍ），Ｉ，ｍ］が検証装置に送信される。検証装置は、検証アルゴリズムＶｆがメッセージｍおよびアイデンティティＩのための署名σ（ｍ）を許容するかを検証する。これが許容された場合、デジタル署名は、有効であるとみなされる。そうでない場合には、署名された後メッセージｍが変更されたか、または、それは個人の秘密鍵ｕｓｋによって署名されなかったことを示す。

ＩＢＳ方式の基本的な使用に関する広範囲な概要は、非特許文献２に開示されている。
バイオメトリックに基づくＩＢＳ方式において、信用された当局は、秘密のマスターキーｍｓｋとシステムに参加することを欲する個人の第１のバイオメトリックテンプレートωとを適用してユーザーキー発生アルゴリズムＵｋ_ｇを実行する。これによって、第１のバイオメトリックテンプレートωと関連した個人のための秘密キーｕｓｋが生成される。バイオメトリックテンプレートは、個人のバイオメトリック特長（例えば指紋）から入手される。本発明の実施例で、信用された当局１０１から自己の秘密キーｕｓｋを受信した後に、個人は、秘密キーｕｓｋおよび署名するためのアルゴリズムＳｉｇｎを有する自己のスマートカード１０２を使用する。これによって、メッセージｍに署名σ（ｍ）が生成される。この署名は、検証装置１０４にメッセージおよび個人の公開キー（すなわち第１のバイオメトリックテンプレートω）とともに送られる。署名を検証するために、検証装置１０４は、第１のテンプレートωを使用し、かつ署名σ（ｍ）を検証するために、検証アルゴリズムＶｆを適用する。通常は、スマートカード１０２は、メッセージｍを作成する。かつ署名σ（ｍ）を作成するために、個人の秘密鍵ｕｓｋでメッセージｍに署名する。データセット［σ（ｍ）、ω、ｍ］が検証装置に送信される。前記検証装置は、検証アルゴリズムＶｆがメッセージｍおよび公開キーωのための署名σ（ｍ）を受け入れるかを検証する。検証アルゴリズムＶｆが受信されたデータセットを許容した場合、デジタル署名は有効であるとみなされる。

更に、本実施例において、個人は、自身のバイオメトリックテンプレートを検証装置１０４に提供するよう求められる。指紋テンプレートが抽出される場合に備えて、検証装置１０４は人さし指を乗せる指紋リーダーを有してもよい。指紋リーダーは、個人の第２のバイオメトリックテンプレートω’を抽出する。これは、署名とともに受信された第１のバイオメトリックテンプレートωと異なっていてもよい。通常、個人のバイオメトリックテンプレートを抽出する処理は本質的に雑音が多い。バイオメトリックの特長およびテンプレートを得る場合のバイオメトリックの測定誤差のため、通常、個人の同じバイオメトリックからえられたものであっても、２つのテンプレートは決して一致しない。既に説明したように、デジタル署名σ（ｍ）とメッセージｍと共にバイオメトリックテンプレートωを検証装置が受け取る前に、テンプレートω’の抽出が行われてもよい。このため、上記の手順に応じて、第１のテンプレートは、検証装置によって取得されたものか、または署名とともに受け取られたテンプレートかのいずれを意味してもよい。これに類似して、「第２の」テンプレートは、検証装置によって取得されたものか、または署名とともに受信されたテンプレートかのいずれを意味してもよい。

第２のバイオメトリックテンプレートω’が検証装置１０４によって抽出された場合、これが、デジタル署名と共に受け取られた第１のバイオメトリックテンプレートωと比較される。２つのバイオメトリックテンプレートが、適切な予め定められた（署名が検証される）類似性計測に従って充分な範囲において両者が類似している場合、検証は成功したと判断される。この実施例で使用される方法は、攻撃者からのアタックの成功を阻止する。この攻撃としては、スマートカード１０２から検証装置１０４に送られた［σ（ｍ），ω，ｍ］を有するデータが、途中で攻撃者によって、異なるメッセージ、署名および公開キーに置き換えられたような場合が想定できる。攻撃者がデータセットを自分自身のデータセットに置き換えた場合、攻撃は成功しないであろう。なぜなら、個人１０３は検証装置１０４に自身のバイオメトリックテンプレートを提供しなければならないからである。このため、攻撃者により提供されるキーによる偽の署名の検証は、有効であるとみなされない。

本発明の別の実施例においては、信用された当局の公開キー（すなわちマスター公開キーｍｐｋ）は、スマートカード１０２から検証装置１０４に送られるデータに含まれる。マスター公開キーは、通常は、システムを使用するすべての個人に対して同じである。

図１を参照すると、特に信用された当局１０１（通常は登録機関として機能する）において、生のバイオメトリックデータは、例えば指紋、虹彩または網膜、顔、耳または手相、音声特長その他をセンサ（図示せず）によって取得してもよい。取得したデータは、通常は処理装置（例えばデジタル信号処理プロセッサ（ＤＳＰ））で処理される。このデータは、好ましくは暗号化された形で格納される。これは個人を登録するために行われる初期化手順である。そして、これはシステムにアクセスすることを欲する個人の各々につき一回実行される。この手順は登録（enrollment）と呼ばれる。実際的な状況において、登録機関（当局）は検証装置と一致してもよい。しかし、当局は分散していてもよい。例えば、バイオメトリックシステムが銀行のために適用される場合、銀行の比較的大きな支局は、システムに新しい個人を登録することができる。このように分散した登録機関が形成される。登録の後、認証として自身のバイオメトリックデータを使用して、オフィスから預金を引き出したい場合、このオフィスは検証装置の役割を担うとみなすことができる。一方、ユーザが認証として自身のバイオメトリックデータを使用してコンビニエンスストアの支払いをする場合、ストアは検証装置の役割を担う。しかし、ストアが登録機関として機能することはありそうにない。

上述したように、個人はコンピュータを有する装置１０２（おそらく、バイオメトリックセンサを含む装置）にアクセスする。実際には、装置は、指紋センサを有するスマートカード、虹彩センサを有するカメラ、顔の認識機能を有する携帯電話またはＰＤＡが例としてあげられる。また、検証装置１０４もコンピューティング能力（例えばマイクロプロセッサ１０６）を含む手段を有する。更に、検証装置１０４は、バイオメトリックテンプレートを例えば指紋から抽出するためのバイオメトリックセンサ１０５を有する。バイオメトリックセンサは、個人１０３のスマートカード１０２からバイオメトリックテンプレートおよび署名を受け取るために高性能なスマートカードリーダ１０５と結合されてもよい。

本願明細書に記載したバイオメトリック識別システムを含む装置は、通常はマイクロプロセッサまたは他の同様の電子装置を有するコンピューティング能力（例えばＡＳＩＣ、ＦＰＧＡｓ、ＣＰＬＤｓその他のプログラマブル・ロジック・デバイス）を具えている。更に、通常、マイクロプロセッサは、メモリ、ディスク、または他の適切な媒体上に格納される適切な識別機能を実行するためのソフトウェアを実行する。

また、バイオメトリック登録データおよび検証データは、一方向のハッシュ関数または他の適切な暗号の機能を利用して暗号化によって隠されてもよい。このようにして、暗号によって隠された登録データおよび検証データのコピーから、登録データおよび検証データのプレーンテキストコピーを機械的に生成することが実行不可能であるようにされる。例えば、鍵付き一方向のハッシュ関数、トラップドア・ハッシュ関数、非対称暗号化機能または対称暗号化機能を使用することが可能である。

以上、発明を実施例に則して説明したが、多くの変形例、変更等は、当業者にとって明らかである。したがって、前記記載されている実施例は添付の請求の範囲に記載の発明の範囲を制限することを目的としない。

Claims (10)

1. バイオメトリックデータに基づくデジタル署名の有効性を検証する方法であって：
   検証される個人の第１のバイオメトリックテンプレートを取得するステップ；
   デジタル署名および前記署名に関連する個人の第２のバイオメトリックテンプレートを受け取るステップ；
   公開キーとして前記２つのバイオメトリックテンプレートのいずれか一つを使用することによって前記デジタル署名を検証するステップ；および
   前記第１のバイオメトリックテンプレートを前記第２のバイオメトリックテンプレートと比較するステップ；を有し、
   前記第１のテンプレートが前記第２のテンプレートに対応する場合、前記デジタル署名の前記検証は有効であると判断される、方法。
2. 前記検証は、前記第１のバイオメトリックテンプレートを公開キーとして用いて実行される、請求項１記載の方法。
3. 前記検証は、前記第２のバイオメトリックテンプレートを公開キーとして用いて実行される。請求項１記載の方法。
4. 信用された当局で秘密のマスターキーを生成するステップ；および
   前記秘密のマスターキーおよび前記個人の前記第１のバイオメトリックテンプレートを処理することによって前記個人の秘密キーを生成するステップ。
   を更に有する請求項１記載の方法。
5. 前記個人の前記秘密キーと前記第１のバイオメトリックテンプレートとを、検証目的のために前記個人によって使用される装置に保存するステップ、を更に有する請求項１に記載の方法。
6. 前記装置は、スマートカードである、請求項５記載の方法。
7. バイオメトリックデータに基づくデジタル署名の有効性を検証するための装置であって：
   検証される個人の第１のバイオメトリックテンプレートを取得するための手段；
   デジタル署名および前記署名に関連する個人の第２のバイオメトリックテンプレートを受け取るための手段；
   公開キーとして前記２つのバイオメトリックテンプレートのいずれか一つを使用することによって前記デジタル署名を検証するための手段；および
   前記第１のバイオメトリックテンプレートを前記第２のバイオメトリックテンプレートと比較するための手段；を有し、
   前記第１のテンプレートが前記第２のテンプレートに対応する場合、前記デジタル署名の前記検証は有効であると判断される、装置。
8. 前記検証するための手段は、前記第１のバイオメトリックテンプレートを公開キーとして用いて前記検証を実行する、請求項７記載の装置。
9. 前記検証するための手段は、前記第２のバイオメトリックテンプレートを公開キーとして用いて前記検証を実行する、請求項７記載の装置。
10. コンピュータ実行可能コンポーネントが、前記装置に含まれた処理ユニットで動作するときに、請求項１記載の前記ステップを装置に実行させるためのコンピュータ実行可能コンポーネントを有するコンピュータ・プログラム。

Images