JP7683153B2 - 機密データを保護するためのユーザ機器及び方法 - Google Patents

Description

本発明は、機密データを保護するためのスマートフォン、タブレット、パーソナルコンピュータ、ラップトップ等のようなユーザ機器及び方法に関し、詳細には、秘密暗号鍵の暗号化／解読に関する。

知られているように、最新技術による電子認証システムは、非対称暗号技術に基づく。これらの技術の利用には、各ユーザ／デバイスが、鍵、すなわち「公開鍵」及び「秘密鍵」と称される（疑似）ランダム生成された列のペアとして割り当てられることが必要である。秘密鍵は、ユーザ／デバイスの認証を可能とする（非共有の）秘密である。これはユーザ／デバイスによって保護されなければならず、決して公に共有されてはならない。一方で公開鍵は、このタイプの暗号に基づくシステムのオペレーションが可能となるように、ユーザが開示可能であり、かつ開示しなければならない情報である。例えば、ユーザＡがユーザＢに暗号化されたメッセージを送信したい場合、ユーザＡはＢの公開鍵を保持しなければならず、彼／彼女は公開鍵でメッセージを暗号化し、ユーザＢにメッセージを送信する。ユーザＢは彼／彼女の秘密鍵を保持する唯一の主体であり、メッセージを復号化可能な唯一の主体である。実際、Ｂの公開鍵で暗号化されたメッセージの復号化は、ユーザＢの秘密鍵によってのみ実行可能である。

非対称暗号技術が認証に用いられる他の例は、ユーザＡがユーザＢの識別情報を検証することを可能とする、いわゆる「デジタル署名」が用いられるものである。このシナリオでは、ユーザＡはユーザＢに、チャレンジと称されるメッセージを送信する。その後、ユーザＢは、彼／彼女自身の秘密鍵を用いてチャレンジに署名し、署名されたメッセージをユーザＡに送信する。ユーザＢの公開鍵を保持するユーザＡは、ユーザＢの署名及びメッセージの公開鍵との整合性を検証することによって、その識別情報を検証することができる。

秘密鍵を保護するために、専用リムーバブルハードウェア上のストレージ（例えば、ＵＳＢトークン、スマートカード、暗号通貨用ハードウェアレジャー等）、「Ｔｒｕｓｔｅｄ Ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ」でこのような鍵にアクセス可能なアプリケーションを実行する不揮発性メモリ上のストレージ（平文又は暗号化されたもの）、スマートフォン及びクラウドストレージ内に含まれる専用暗号チップのストレージ（Ｓｅｃｕｒｅ Ｅｌｅｍｅｎｔという用語でも知られる）のような最新技術による異なる解決手段が存在する。

しかしながら、ここに列挙したこれらのシステムの各々は、問題及び／又は脆弱性を有している。実際、専用外部ハードウェア上のストレージは、ユーザがこれらとともに必要な全てのハードウェア（サービスにアクセスするためのトークン、署名用トークン、スマートカード、スマートカードリーダ等）を保持しなければならないという欠点を有する。さらに、専用ハードウェアは汎用的でない可能性、すなわち、特定のオペレーションのみ、又は製造段階で予め搭載された鍵でのみ許可することがある。さらに、これはインタフェース接続の問題を有していた可能性がある。実際、ＵＳＢトークンをスマートフォンに接続できないことが非常に多い。

一方、デバイスのローカルメモリにおける平文のストレージは、デバイスへのアクセス信用証明書を保持するあらゆる悪意のユーザに対して脆弱である。

不揮発性ローカルメモリ上の暗号化されたストレージは、デバイスへのアクセス信用証明書を保持し、（オフラインで）メモリのコピー生成及びメモリ内容の解読が可能なあらゆる悪意のユーザに対して脆弱である。

Ｔｒｕｓｔｅｄ Ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ、すなわち、システムのアプリケーション全てではなく明示的になされたものにのみアクセス可能なデバイスのプロセッサ及びＲＡＭの仮想化領域における、このような鍵にアクセス可能なアプリケーションを実行することは、アプリケーション生成における柔軟性がより低い。より高いセキュリティは、サードパーティーアプリケーションの可能性を低下させ、仮想環境形成のメモリ及び算出電力要件を増大させることに相当するからである。さらに、Ｔｒｕｓｔｅｄ Ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔは、ソフトウェア実装に基づいて（悪意により）適切な特権を提供するように変更される可能性があるので、より多くの「アタックサーフェス」を提供している。

専用暗号チップのストレージは、前述したように、専用外部ハードウェアにとってあまり柔軟性が高くないという欠点を有する。一方で、このような暗号チップのアップデート可能なバージョンは、脆弱性を有する。実際、これらの内部のデータは上書き可能なメモリに書き込まれており、（Ｔｒｕｓｔｅｄ Ｅｘｅｃｕｔｉｏｎ Ｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔで可能なように）クローンの形成をさらに可能にする。

データのクラウドストレージは、インターネットへの接続を必要とし、鍵が維持されるサーバがセキュアであること（ストレージが物理的に実現される機器は鍵を保有するユーザの直接制御下にはないので、信頼可能なセキュリティレベルであること）をも必要とする。

いかにこれらの脆弱性が、第三者によるいわゆる電子識別情報の窃盗を実行可能にし、その第三者が、ユーザの銀行口座から他の口座への送金、ユーザのアカウントからユーザのアドレス帳に存在する他の全てのアドレスへの電子メール送信、アンチスパムフィルタの効果の最小化、盗まれた識別情報の他人への送信等のような、彼らの意図する犯罪を実現可能にすることが明らかである。

本発明は、添付の特許請求の範囲に係る機密データを保護するための方法を提供することによって、これらの及び他の問題の解決を提案する。

さらに本発明は、添付の特許請求の範囲に係る機密データの保護のためのユーザ機器をさらに提供する。

本発明の根底にある概念は、機器に設けられた画像センサによって複数の画像を撮像し、複数の画像に基づいてセンサフィンガープリントを生成し、ランダムプロジェクションのアルゴリズムを用いてセンサフィンガープリントの少なくとも一部を符号化することにより圧縮されたフィンガープリントを生成し、圧縮されたフィンガープリントを鍵として用いて機密データを暗号化及び／又は解読するように、ユーザ機器を構成することである。

このように、認証システムのセキュリティを向上させることが可能である。実際、圧縮されたフィンガープリントを鍵として用いて暗号化された秘密鍵を盗むことによって、識別情報の窃盗を実行することは、（不可能ではなくても）特に複雑である。暗号化された秘密鍵を解読するためには、ユーザ機器の画像センサを利用するために十分なアクセス権をもってユーザ端末へのアクセスを有する必要があると決定されるために、画像センサのフィンガープリントを保持する必要があるからである。

さらに、第三者（攻撃者）が画像センサのフィンガープリントをどうにか不正に生成する（例えば、直接ユーザ端末から、又はインターネットから、そのセンサによって撮影された写真を撮像する）場合、ランダムプロジェクションのアルゴリズムによって新たな圧縮されたフィンガープリントを生成する新たなシードを用い、新たな圧縮されたフィンガープリントを鍵として用いて新たな秘密鍵を暗号化することによって、認証システムをセキュアな状態に戻すことがさらに可能である。

鍵をユーザ機器にセキュアに格納することによって、ユーザが既に所有している機器を有利に利用可能となり、これにより、専用ハードウェアの購入及び管理コストを回避することも強調すべきである。さらに、この技術的解決手段は非常に柔軟である。暗号鍵は、デバイスのライフサイクルにおいていつでも保護可能であり、例えば、ユーザが既に保持している鍵を解読困難にすることが可能であることにより、既に動作している認証システムにおいて、これらを汎用的に用いることが可能となるからである。実際、このような解決手段は、付加的なセキュリティレベルとして利用可能であり、カメラのセンサのフィンガープリントが利用可能な場合にのみ、鍵を利用可能とすることができる。

本発明のさらに有利な特徴が、添付の特許請求の範囲の目的である。

これらの特徴及び本発明のさらなる利点は、非限定的な例としてのみ提供される、添付図面に示されるその実施形態の説明からより明確となろう。

本発明に係るユーザ機器を備える認証システムを示す。 図１のユーザ機器のブロック図を示す。 登録セッションにおける図１のシステムのオペレーションを表すフロー図を示す。 認証セッションにおける図１のシステムのオペレーションを表すフロー図を示す。 本発明に係る機密データを保護するための方法を表すフロー図を示す。

本明細書内の「実施形態」という記載は、特定の構成、構造又は特徴が本発明の少なくとも１つの実施形態に設けられることを示すことを意図する。従って、本明細書内の異なる部分に存在する「実施形態において」という用語及び同様の用語は、その全てが必ずしも同じ実施形態を指すものではない。さらに、特定の構成、構造又は特徴は、１つ又は複数の実施形態において、あらゆる適切な態様で組み合わせ可能である。以下に用いられる記載は、便宜上のものに過ぎず、保護範囲又は実施形態の範囲を限定するものではない。

図１を参照して、ここでは、例えば、典型的な利用シナリオにおいてＷｅｂＡｕｔｈｎ規格（ＦｉＤＯ Ａｌｌｉａｎｃｅ推奨）に従って動作する認証システムＳについて説明する。このような認証システムＳは、以下の部分を備える。
－例えばスマートフォン、タブレット等のような、本発明に係るユーザ機器１
－ユーザ機器１の認証が必要な、すなわちユーザ機器１が、登録段階（より詳細には、本明細書で後述される）において特定のアカウントが関連付けられる、及び秘密及び／又は個人向けサービスが関連付けられる（例えば、Ｆａｃｅｂｏｏｋ（登録商標）等のようなソーシャルネットワーキングサービスにおける個人又は会社の現在のアカウントへのアクセス、個人又は会社のプロフィールへのアクセス）ユーザ機器と同じであることを確認する必要がある（例えば、ソーシャルネットワーク、電子メール、取引、ホームバンキング、電子商取引、オンラインバンキング、暗号通貨交換等のサービスのような）少なくとも１つのサービスを提供するように構成されるアプリケーションサーバ２

ユーザ機器１及びアプリケーションサーバ２は、データネットワーク、好ましくは、（例えばインターネットのような）公共のデータネットワークを介して互いに信号通信を行う。

アプリケーションサーバ２は、クラスタを形成するように適切に構成される１つ又は複数のサーバから構成されてよく、ユーザ機器１がアプリケーションサーバ２から秘密及び／又は個人向けサービスへのアクセス、すなわち、ユーザ機器１の認証を必要とするサービスへのアクセスを要求した後で、ユーザ機器に少なくとも１つの認証要求を送信するように構成されることが好ましい。このような認証要求は、好ましくは、ユーザ機器１がその秘密署名を用いて署名付きで返さなければならない文字列（例えば、このような要求の時刻を表す）を含み、これによりアプリケーションサーバ２は、秘密鍵と関連付けられた公開鍵を用いてユーザ機器１を認証することができる。

ユーザ機器１は、（例えば撮像センサ、暗視センサ等のような）画像センサ１４を備える。このようなユーザ機器１は、代替的に、パーソナルコンピュータ、ラップトップ、又は（例えばウェブカムのような）画像センサと信号通信を行う他の電子デバイスから構成されてもよく、好ましくは当該デバイス内に（一体的に）設けられる。

アプリケーションサーバ２は、ユーザ機器１のものと機能的に同様の、互いに信号通信を行い、本明細書においてより詳細に後述される異なる機能を実行するように構成されるいくつかの要素（すなわち、制御及び処理手段、揮発性メモリ手段、大容量メモリ手段、通信手段及び入／出力手段）を備える。さらに、このようなアプリケーションサーバ２は、ユーザ機器１の認証を必要とするサービスがユーザ機器１によって直接実行される場合には、ユーザ機器１ともに設けられてもよい。

図２も参照すると、（例えばスマートフォン、タブレット等のような）本発明に係るユーザ機器１は、以下のコンポーネントを備える。
－例えば、好ましくはプログラマブル方式で、適切な命令の実行を通してデバイス１のオペレーションを制御する１つ又は複数のＣＰＵのような、制御及び処理手段１１（処理手段とも称される）
－例えば、制御及び処理手段１１と信号通信を行う、ランダムアクセスメモリＲＡＭのような揮発性メモリ手段１２。揮発性メモリ手段１２では、本発明に係る方法を実装し、デバイス１が動作状態にある場合に制御及び処理手段１１によって読み出し可能な命令を少なくとも格納することが可能である。
－制御及び処理手段１１及び揮発性メモリ手段１２と信号通信を行う大容量メモリ手段１３、好ましくは１つ又は複数の磁気ディスク（ハードディスク）又はフラッシュタイプもしくは他のタイプのメモリ
－例えば撮像センサ、赤外線等を用いる暗視センサのような画像センサ１４
－通信手段１５、好ましくは８０２．１１規格ファミリ（ＷｉＦｉ（登録商標）という名称で知られる）、８０２．１６（ＷｉＭＡＸ（登録商標）という名称で知られる）、ＩＥＥＥ８０３．２（Ｅｔｈｅｒｎｅｔ（登録商標）という名称でも知られる）に従って動作するネットワークインタフェース、又はデバイス１が他のデバイスとデータネットワークを介して通信を行うことを可能とする、ＧＳＭ（登録商標）／ＧＰＲＳ／ＵＭＴＳ／ＬＴＥ、ＴＥＴＲＡ等のタイプのデータネットワークとのインタフェース。後者については本明細書においてより詳細に後述される。
－例えば、（例えば、他の大容量メモリ手段へのアクセスを可能とし、これにより好ましくはこれらから大容量メモリ手段１３への情報のコピーを可能とする１つ又は複数のインタフェースのような）周辺機器を、デバイス１に、又は（処理手段及び制御手段１１が実行しなければならない）命令をメモリ手段１２、１３に書き込むように構成されるプログラミング端末に接続するために利用され得る入／出力手段（Ｉ／Ｏ）１６。このような入／出力手段１６は、例えば、ＵＳＢ、ファイヤワイヤ、ＲＳ２３２、ＩＥＥＥ１２８４等のアダプタを備えることができる。
－制御及び処理手段１１、揮発性メモリ手段１２、大容量メモリ手段１３、画像センサ１４、通信手段１５、及び入／出力手段１６の間で情報の交換を可能とする通信バス１７。

通信バス１７の代わりとして、制御及び処理手段１１、揮発性メモリ手段１２、大容量メモリ手段１３、画像センサ１４、通信手段１５及び入／出力手段１６をスター型アーキテクチャに接続することが可能である。

図３をさらに参照すると、本発明に係る方法及びユーザ機器１を用いる典型的なシナリオが、ここでより詳細に説明される。ここで、ユーザ機器１を登録するための方法の段階が実行されることにより、その後、デバイス１においてユーザ機器１を認証することが可能となる。好ましくはユーザ機器１によって実行される登録方法は、以下の段階を備える。
－画像センサ１４によって、好ましくはこれが形成されるシリコン部分の不純物に起因する画像センサ１４の欠陥をより鮮明にするために、複数の画像（好ましくは処理手段１１によって提供される算出電力と互換性がある数、例えば１０と３０の間で設けられた数の画像）がｒａｗ形式（ＲＡＷ）で撮像される画像取得段階Ｅ１。
－段階Ｅ１において撮像された複数の画像に基づいて、登録センサフィンガープリントがユーザ機器１の処理手段１１によって生成され、登録センサフィンガープリントの少なくとも一部が、ユーザ機器１の処理手段及び制御手段によって、ランダムプロジェクションアルゴリズムを用いて符号化（圧縮）されることにより、登録センサフィンガープリントの少なくとも一部の圧縮されたフィンガープリントＷを生成する、登録フィンガープリント算出段階Ｅ２。例えば、ユーザ機器１の処理手段及び制御手段は、ランダムプロジェクションアルゴリズム（本明細書においてより詳細に後述される）を実装する命令セットを実行するように構成される。
－鍵、すなわち公開鍵及び秘密鍵のコピーが生成され、公開鍵はアプリケーションサーバ２に送信され、秘密鍵は、好ましくは対称暗号アルゴリズムによって、圧縮されたフィンガープリントＷを鍵として用いて暗号化され、これにより暗号化された秘密鍵（「スケッチ」とも称される）を生成し、これはメモリ手段１２，１３に格納される、鍵生成段階Ｅ３。
－段階Ｅ３において生成された公開鍵がユーザ機器１の通信手段１５によって、好ましくは（例えばＳＳＬ等の接続のような）保護されたチャネルを通してアプリケーションサーバ２に送信される、公開鍵送信段階Ｅ４。

図４をさらに参照すると、アプリケーションサーバ２においてユーザ機器１を認証するための方法が、ここで説明される。好ましくはユーザ機器１によって実行される認証方法は、以下の段階を備える。
－少なくとも１つの画像（好ましくは画像の数は処理手段１１によって提供される算出電力と互換性があり、例えば、５と１０の間で設けられた数の画像）が画像センサ１４によって、既に上述したのと同じ理由で好ましくはｒａｗ形式（ＲＡＷ）で撮像される、画像取得段階Ｖ１。
－段階Ｖ１において撮像された複数の画像に基づいて、上述した段階Ｅ２と同様の又は同じ態様で、認証センサフィンガープリントがユーザ機器１の処理手段１１によって生成され、これにより認証センサフィンガープリントの少なくとも一部の圧縮されたフィンガープリントＷを生成する、認証フィンガープリント算出段階Ｖ２。
－処理手段１１によって、暗号化された秘密鍵（「スケッチ」とも称される）がメモリ手段１２，１３によって読み出され、好ましくは段階Ｅ３において用いられたものと同じ又は一致する対称暗号アルゴリズムによって、圧縮されたフィンガープリントＷを鍵として用いて解読され、これにより、秘密鍵を復元する、すなわち、秘密鍵の平文コピーを得る、秘密鍵復元段階Ｖ３。
－認証要求（すなわち、「チャレンジ」とも称されるメッセージ）がアプリケーションサーバ２によって受信され、処理手段１１が以下の段階、
秘密鍵を鍵として用いる（例えばＤＳＡ、ＥＣＤＳＡ等、すなわち、非対称暗号アルゴリズムのような）デジタル署名アルゴリズムを実行する認証要求に基づく電子署名を生成する段階と、
通信手段１５によって、電子署名をアプリケーションサーバ２に送信する段階と、
を実行する、署名段階Ｖ４。

システムＳが動作状態にある場合、システムの要素１，２，３は、好ましくは以下の段階を実行する。
－ユーザ機器は、鍵のペア、すなわち公開鍵及び秘密鍵を生成し、その公開鍵をそれに送信してその秘密鍵をメモリ手段１２，１３に格納するアプリケーションサーバ２に登録される。
－ユーザ機器１は、アプリケーションサーバ２によって提供される公共サービスにアクセス（例えば、サーバ２によって提供されるサービスの「ランディングページ」にアクセス）し、ユーザ機器１の認証を必要とする少なくとも１つのサービスへのアクセスを要求するそのユーザ情報を送信する。
－アプリケーションサーバ２は、ユーザ機器から受信されたユーザ情報に基づいて、認証要求（「チャレンジ」）を生成（例えば、少なくともユーザ情報を含むメッセージを生成）し、認証要求をデバイス１に送信する。
－ユーザ機器１は、以下のサブステップ
（後述される本発明に係る方法を実行した後で）秘密鍵を鍵として用いる（例えばＤＳＡ、ＥＣＤＳＡ等、すなわち、非対称暗号アルゴリズムのような）デジタル署名アルゴリズムを実行する認証要求に基づく電子署名を生成する段階と、
電子署名をアプリケーションサーバ２に送信する段階と、
を実行する。
－アプリケーションサーバ２は、公開鍵を鍵として用いる（例えばＤＳＡ、ＥＣＤＳＡ等、すなわち、非対称暗号アルゴリズムのような）デジタル署名検証アルゴリズムを実行するユーザ機器１から受信された電子署名の真正性を検証する。

図５をさらに参照すると、本発明に係る方法がここで説明される。これは、上述された登録及び認証方法において実行される。当該方法は、具体的には、（例えば１つ又は複数の秘密鍵のような）秘密データを保護するための方法として一般化され、以下の段階
－複数の画像が画像センサ１４によって撮像される画像取得段階Ｐ１と、
－センサフィンガープリントが、処理手段１１によって、画像取得段階Ｐ１において撮像された複数の画像に基づいて生成されるフィンガープリント算出段階Ｐ２と、
－センサフィンガープリントの少なくとも一部が、処理手段１１によって、ランダムプロジェクションアルゴリズムを用いて符号化されることにより、圧縮されたフィンガープリントＷを生成する圧縮段階Ｐ３と、
－機密データが圧縮されたフィンガープリントＷを鍵として用いて暗号化及び／又は解読される処理段階Ｐ４と、
を備える。このように、認証システムのセキュリティを向上させることが可能である。

画像撮像段階Ｅ１、Ｐ１及びＶ１の各々において、画像センサ１４によって画像の少なくとも１つの撮像を実行する前に、処理手段１１は、画像を撮像するように画像センサ１４を構成するように構成されるセンサ制御信号のセットを生成する命令セットを実行し、これにより、センサによって撮像された画像は、より高品質のセンサフィンガープリント、すなわち、ノイズの影響が少ないセンサフィンガープリントの抽出が可能となる。このように、抽出プロセスの反復性が向上する。

センサ制御信号は、撮影パラメータを焦点距離として定義する撮影データ、センサ感度（ＩＳＯ感度としても知られる）及び露光時間を符号化する。

処理手段は、画像撮像段階Ｅ１、Ｐ１及びＶ１の１つにおいて、画像センサ１４が周囲環境の合焦しない画像を撮像することを可能にする焦点距離を決定するように構成されてよい。より詳細には、処理手段は、好ましくは、以下の段階
－画像センサ１４が周囲環境の鮮明な画像を撮像すること、すなわち、焦点の長さを正しく設定することによって撮像されることを可能にする推定焦点距離を生成（例えば、画像センサ１４によって撮像される低解像度画像のストリームを用いる最新技術に従う焦点距離推測アルゴリズムを実行）する段階と、
－推定焦点距離と異なる焦点距離を選択する段階と、
を実行するように構成されてよい。

これらの段階は、焦点距離推測アルゴリズムが、環境が無限焦点距離を用いる必要があることを示す場合（例えば、画像センサ１４が風景をフレーミングする場合）に「マクロ」（１メートル未満の焦点距離）として知られる撮像モードを選択し、焦点距離推測アルゴリズムが、環境が１メートル未満の焦点距離を用いる必要があることを示す場合（例えば、画像センサ１４が対象の細部をフレーミングする場合）に「風景」（無限焦点距離）として知られる撮像モードを選択するように自身を構成するユーザ機器１に実装されてよい。

これは、周囲環境に起因して画像に存在する高周波数（すなわち、画像のエントロピ）を低減させ、これにより、センサ１４の物理的欠陥によって生成される高周波数のみが画像において維持され、これにより、センサフィンガープリントの抽出プロセスの反復性を向上させる。

このように、既存のユーザ機器における本発明に係る方法の統合が簡易になるので、周囲環境に起因する高周波数の低減が演算負荷を低減するので、フィンガープリントの必要な抽出実行回数が少なくてすむので、システムＳのセキュリティレベルが向上する。

上述した事項の組み合わせ又は代替として、処理手段１１は、画像撮像段階Ｅ１、Ｐ１及びＶ１の１つにおいて、飽和ゾーンを含まない画像を撮像するように露光時間及び／又はセンサ感度を決定するように構成されてもよい。このように、抽出されたフィンガープリントの品質は向上し、すなわち、抽出プロセスの反復性が向上し、有利には、必要とする抽出実行回数が少なくてすみ、これにより、システムＳのセキュリティレベルを向上させる。

良質なセンサフィンガープリントを抽出可能な画像を生成するためにとり得るアプローチは、センサ感度を可能な限り低くし、非常に明るく、かつ飽和していない画像が得られる点まで露光時間を増加させることである。例えば、処理手段１１を、以下の段階
－センサ１４がとり得る最小値に対応する感度値を選択し、このような値を撮影パラメータとして設定する段階と、
－十分に露光された画像を得るために、画像センサ１４の周囲環境に基づいて、好ましくは例えば３Ａアルゴリズム（自動露光、オートフォーカス、自動ホワイトバランス）のような最新技術で周知のアルゴリズムを用いて、推定感度値及び推定露光時間値を決定する段階と、
－選択されたセンサ感度、推定感度値及び推定露光時間値に基づいて、露光時間を決定する段階と、
－露光時間を画像センサ１４の撮影パラメータとして設定する段階と、
を実行するように構成することが可能である。

露光時間の決定は、例えば、推定露光時間値に補正係数を乗じ、かつ、とり得る最小感度値と推定感度値との間の比率を乗じることによって実行されてよい。

但し、前述の段階を実行することが（例えば、画像センサ１４の周囲環境が暗いという理由で）閾値より高い露光時間をもたらす場合、処理手段１１は、このような段階を再び実行するが、前のものより高い感度値を撮影パラメータとして選択するように構成されてもよい。

感度値の引き上げに代えて、又はこれと組み合わせて、処理手段１１は、撮像される画像の数を（例えば５から１０）に増加させ、これにより、センサフィンガープリントを抽出するために利用可能な情報の量を増加させるように構成されてもよい。

処理段階Ｐ４において、機密データの暗号化及び／又は解読オペレーションは、好ましくは、圧縮されたフィンガープリントＷと少なくとも機密データからなる列との間で排他的ビット対ビットＯＲオペレーション（ビット単位ＸＯＲ）を実行することによって実行されてよい。

圧縮段階Ｐ３において、フィンガープリント算出段階Ｐ２において算出されたセンサフィンガープリントは、ランダムプロジェクション（ＲＰ）技術を用いて圧縮される。換言すると、各段階Ｐ３において、ユーザ機器１の処理手段及び制御手段は、ランダムプロジェクション技術を利用する圧縮アルゴリズムを実装する命令セットを実行するように構成される。

このアルゴリズムは、登録及び認証センサフィンガープリントを、非常にわずかな、又は理想的には情報の損失なしで圧縮する段階を提供する。より詳細には、ランダムプロジェクション技術は、強力だがあまり複雑ではない次元低減方法であり、ランダム行列

を用いて、元のｎ次元データを、ｍ＜ｎであるｍ次元のサブ空間に投影するという概念に基づく。その結果、ｎ次元センサのフィンガープリント

は、以下の式によってｍ次元のサブ空間

に低減される。

ＲＰ技術を支える主要特性は、高次元から低次元ユークリッド空間への点の低歪み埋め込みに関するＪｏｈｎｓｏｎ－Ｌｉｎｄｅｎｓｔｒａｕｓｓ補題（本明細書の不可分とみなされる部分である）である。補題は、高次元空間における点の小集合を、点間距離を（ほぼ）維持するように、はるかに低次元の空間に埋め込むことが可能であることを確立する。

このような前提によれば、ユーザ機器１は、算出したセンサフィンガープリントの各々の圧縮版をランダムプロジェクションによって、換言すると、圧縮行列とセンサフィンガープリントを表す行列との間（又はその逆）で乗算（行列積）することによって算出するように構成されてよい。ここで、圧縮行列は、センサフィンガープリントを表す行列より小さい数の行（又は列）を有する。

積の結果は、センサフィンガープリントの圧縮版のよりコンパクトな表現を得るために、量子化、すなわち、有限数のビットで表されてよい。例えば、圧縮されたセンサフィンガープリントのバイナリバージョンは、以下の式によって得られてよい。

換言すると、圧縮段階Ｐ３において、センサフィンガープリントの少なくとも一部は、ランダムプロジェクションアルゴリズムを用いて符号化され、これにより、符号化されたセンサフィンガープリントを生成する。この後、符号化されたセンサフィンガープリントは、処理手段１１によって量子化され、圧縮されたフィンガープリントＷを生成する。

このようにすることによって、より少ないデータを格納及び処理することによって、具体的には、デバイス１が高感度データの解読を実行することを必要とせずに、認証システムＳのセキュリティ特性が低下することなく、（登録又は認証）センサフィンガープリントの圧縮版を生成することが可能である。このように、空間の複雑性を低減させることは、ユーザ機器１の限定的なリソース利用を可能とし、これにより、このような認証システムＳが多数のユーザ端末において利用可能となる。これにより、必ずしも最新の世代ではないユーザ端末を用いる認証システムＳを生成することが可能となるので、グローバルなセキュリティレベルを向上させることが可能となる。

上述の事項に代えて、又はこれと組み合わせて、システムのセキュリティは、ユーザのデバイスにおいて秘密に維持されるシードによって初期化される疑似乱数生成器の利用に基づくので、ランダムプロジェクションを生成するための方法によって、さらに向上可能である。

より詳細には、本発明に係る方法は、ランダムビット列が処理手段によって生成されるランダム生成段階をさらに備えてよい。圧縮段階Ｐ３において、ランダムプロジェクションアルゴリズムは、ランダムビット列に基づいて、ランダムプロジェクションのセット、好ましくはＢＣＣＢ（Ｂｌｏｃｋ ｃｉｒｃｕｌａｎｔ ｗｉｔｈ ｃｉｒｃｕｌａｎｔ ｂｌｏｃｋｓ）タイプの行列を生成する。これにより、処理段階Ｐ４において、機密データが暗号化される場合、新たなランダムビット列（シード）で生成された圧縮されたフィンガープリントを有利に利用可能となる。

ランダムビット列は、好ましくは、機密データを解読することが必要な場合に後で再利用可能となるように、メモリ手段１２，１３に格納される。このために、本発明に係る方法は、ランダム列読み出し段階をさらに備えてよい。メモリ手段１２，１３に格納されたランダムビット列は、処理手段１１によって読み出され、圧縮段階Ｐ３において、処理手段１１は、ランダムビット列に基づいてランダムプロジェクションのセットを生成し、これにより、処理段階Ｐ４において、機密データが解読される場合、（機密データの暗号化のために）前に用いられた圧縮されたフィンガープリントを再構成することが可能となる。

このように、認証システムのセキュリティを向上させることが可能であり、攻撃者がどうにか画像センサのフィンガープリントを不正に生成する状況を管理することが可能となる。実際、新たなランダムビット列を生成し、これを新たな秘密鍵の暗号化に用いる（かつ、登録手順を反復する）ことによって、認証システムＳをセキュアな状態に戻すことが可能である。

段階Ｐ２において算出され、アプリケーションサーバ２における登録のためにユーザ機器１によって用いられるフィンガープリントが、（高い可能性で）認証に用いられるものと異なることは、強調されるべきであろう。実際、センサフィンガープリントは実際にセンサの特徴の測定値なので、互いに別の時点で決定された２つの別個のフィンガープリントが互いに同じであることは困難であり、これらはあらゆる他の測定値で起こるようにノイズに影響されるので、実際、段階Ｐ２において生成されるフィンガープリントは、画像取得段階Ｐ１において画像が撮像される場合に画像センサ１４に到達する光量に依存することも強調されるべきであろう。

このノイズが（セキュリティの明らかな問題により）認証システムＳのオペレーションを低下させることを回避するために、処理手段１１は、処理段階Ｐ４において、（例えば、Ｍａｈｄａｖｉｆａｒ ｅｔ ａｌ．の"Ａｃｈｉｅｖｉｎｇ ｔｈｅ ｓｅｃｒｅｃｙ ｃａｐａｃｉｔｙ ｏｆ ｗｉｒｅｔａｐ ｃｈａｎｎｅｌｓ ｕｓｉｎｇ ｐｏｌａｒ ｃｏｄｅｓ"、ＩＥＥＥ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ ｏｎ Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ Ｔｈｅｏｒｙ，ｖｏｌ．５７，ｎｏ．１０，ｐｐ．６４２８－６４４３，Ｏｃｔ ２０１１に記載されたもののような）ポーラー符号化／復号化アルゴリズムを実装する命令セットを実行するように構成されてよい。

詳細には、処理段階Ｐ４において機密データを暗号化することが必要な場合、機密データの列は、処理手段１１によって、ポーラー符号化を用いて符号化されることにより、符号化された機密データの列を取得する。符号化された機密データは、圧縮されたフィンガープリントＷを鍵として用いて暗号化される。一方、処理段階Ｐ４において、機密データの解読が必要な場合、機密データが解読され、符号化された機密データを取得する。符号化された機密データは、ポーラー符号化を用いて復号化される。

ポーラー符号化／復号化は、暗号化前バージョンの機密データと解読後バージョンの機密データとの間に存在し、機密データの暗号化に用いられる圧縮されたセンサフィンガープリントと機密データの解読に用いられる圧縮されたセンサフィンガープリントとの間に存在し得る誤差に起因する誤差（エラー）を、テスト可能な確率の範囲で補正することが可能である。これにより、異なる画像センサを有する他のユーザ機器を認証すること、又は同じセンサによって撮影され、例えばＪＰＥＧ又は他の形式のような情報損失方法（不可逆）で圧縮された一般に利用可能な画像を用いることが実質的に不可能であるのに対し、少数の画像（１つだけでもよい）を用いて、８０％を超える確率でユーザ機器１を認証することが可能である。このように、認証システムＳのセキュリティを改善することが可能である。

段階Ｐ２において、（登録及び認証）センサフィンガープリントが、回帰アルゴリズムを実装する命令セットを実行することによって抽出される。より詳細には、センサ出力は、好ましくは以下のようにモデル化される。

ここで、ｇ^γはガンマ補正（ｇは各カラーチャネルで異なり、γは通常０．４５に近い）であり、センサ内のノイズ源をモデル化し、ｑはセンサ外のノイズ（例えば量子化ノイズ）をモデル化する。ｋは、抽出を希望するセンサフィンガープリント（画像センサ１４によって生成される画像の次元の行列）をモデルし、ｉは、センサに当たる光の強度である。ｋを抽出するために、式（１）は、テイラー展開の第１項に近似されてよい。

ここで、ｏ^ｉｄ＝（ｇｉ）^γは画像センサの理想的な出力であり、ｏ^ｉｄ・ｋは、フィンガープリントｋの抽出を希望する画像センサの感度不均一性（ＰＲＮＵ）であり、

は、全ての他のノイズ源を収集する。

適切なフィルタリングプロセスによりノイズがないバージョンｏ^ｄｎを生成することが可能であり、このようなノイズがないバージョンが理想的な出力ｏ^ｉｄの代わりに利用可能であると想定すると、
と記述することが可能である。 ここで、ｑは全てのモデルのエラーを収集する。

画像の数Ｃ≧１が利用可能であり、

を信号ｏ・ｋに依存せず、平均０かつ分散σ^２を有するガウスノイズとみなすと想定すると、各画像

に対して、以下の関係を記述することが可能である。
従って、ｋの推定値、すなわち最尤推定値

を、
として得ることができる。この推定値の分散は、
で与えられる。

ここから、センサフィンガープリントが最も良く抽出可能な画像は、高輝度（だが飽和していない）で、（ノイズ

の分散σ^２を低くするために）規則的な内容を有する画像であるということが可能である。推定値

の質をさらに改善するために、同じブランド及び／又はモデルの画像センサ間で共通するアーチファクトが、推定値

から行及び列の平均値を減算することによって除去されてよい。

画像センサ１４によって撮像される画像がカラーである場合、推定は各カラーチャネル（赤、緑、青）で別々に実行されなければならない。すなわち、最尤推定値は各チャネルについて、すなわち、赤チャネルについて

緑チャネルについて

及び青チャネルについて

を得なければならない。この後、ＲＧＢからグレースケールへの変換を適用することによって、例えば後述するもののような「グローバルな」フィンガープリントを取得することができる。

但し、当業者であれば、上述したばかりのものとは異なる回帰アルゴリズムを、但し本発明の教示から逸脱することなく、用いることが可能である。

フィンガープリント算出段階Ｐ２において抽出されるセンサフィンガープリントの質をさらに改善するために、画像センサ１４によって撮像される画像の各々は、センサフィンガープリントが抽出（算出）される前に、周期的アーチファクトの全てを削除するように構成されるウィーナーフィルタによってフィルタリングされてよい。換言すると、ユーザ機器１の処理手段及び制御手段は、フィンガープリント算出段階Ｐ２の開始時に、認証センサフィンガープリントが生成される前に、画像取得段階Ｐ１において撮像される画像にウィーナーフィルタリングアルゴリズムを適用することにより、画像から全ての周期的アーチファクトを除去する命令セットを実行するように構成されてもよい。このように、２つの別個の画像センサから得た２つのフィンガープリント間を区別するシステムＳの能力が向上し、これにより、認証システムＳのセキュリティレベルを向上させる。

上述された事項と組み合わせて、又はこれに代えて、圧縮段階Ｐ３において、閾値より高い（水平及び／又は鉛直）空間周波数を有する（フィンガープリント算出段階Ｐ２において算出される）フィンガープリントの部分の選択を実行することも可能である。

詳細には、圧縮段階Ｐ３において、ユーザ機器１の処理手段及び制御手段は、以下の段階
－段階Ｐ２において変換領域内で算出されるフィンガープリントを変換することにより、変換されたフィンガープリントを取得し、例えば、離散コサイン変換（ＤＣＴ）又は２Ｄ高速フーリエ変換（２Ｄ ＦＦＴ）等のような変換アルゴリズムを実装する命令セットを実行する段階と、
－予め定められた閾値より高い水平及び／又は鉛直空間周波数を有する変換されたフィンガープリントの点を選択する段階と、
－選択された変換されたフィンガープリントの点を逆変換する、例えば、逆離散コサイン変換（ＤＣＴ）又は２Ｄ逆高速フーリエ変換（２Ｄ ＩＦＦＴ）等のような逆変換アルゴリズムを実装する命令セットを実行する段階と、
を実行するように構成される。

こうすることによって、「高」周波数成分だけを含む（登録及び認証）センサフィンガープリントが得られる。これは、これらの周波数成分が、広く用いられている、自分で生成した内容をインターネット上で公開するために用いられることの多い（例えばＪＰＥＧ等のような）圧縮形式を用いた圧縮画像に含まれる最大周波数より高い場合に、特に有利になる。このように、ユーザ機器１を認証するためにシステムＳによって用いられるフィンガープリントの周波数成分は圧縮画像には存在しないので、同じユーザ端末から撮影された、インターネット上で公開されている（ランダムプロジェクションアルゴリズムによって用いられるシードも認識している）画像のセットから始まる有効な認証センサフィンガープリントを生成することは不可能となり、これにより、認証システムＳのセキュリティレベルを向上させる。

上述した事項と組み合わせて、又はこれに代えて、ユーザ機器１は、（例えばプラグ、スライディングフラップ等のような）妨害手段を備えてよい。これは、ユーザ機器１のユーザによって作動される場合に、画像センサ１４が照射されることを防止する、すなわち、光が画像センサ１４に到達することを防止することができる。これにより、処理手段１１が（段階Ｐ２において）有効なセンサフィンガープリントを生成することを防止することが可能となる。画像取得段階Ｐ１において、光がないことは、十分なエントロピによる画像の撮像を防止することにより、画像センサ１４のフィンガープリントの抽出を可能とするからである。

このように、認証システムＳのセキュリティは、攻撃者が有効なフィンガープリントを生成可能となり、ユーザ機器１を（リモートで）制御する機密データを解読することを（物理的に）防止することによって向上する。

上述した本発明の変形例において、好ましい実施形態と同様の画像センサは、本発明に係る方法の段階を実行するように構成される（例えばＣＰＵ、マイクロコントローラ等のような）処理手段を備える。

このように、既存のユーザ機器又は既に完了したユーザ機器プロジェクトに本発明に係る方法を埋め込むことが、（例えば画像センサの置換又はその再プログラミングによって）簡易になるので、認証システムＳのセキュリティが向上する。

とり得る変形例のいくつかが上述されたが、当業者にとっては、実際の実施形態において、他の技術的に均等な要素によって置換可能な異なる要素を有する他の実施形態がさらに存在することは明らかである。従って、本発明は、説明された例示的な例に限定されるものではなく、以下の特許請求の範囲において規定される発明の概念から逸脱することなく、部分及び均等な要素の様々な修正、改良、置換を施すことが可能である。

Claims (10)

1. 機密データを保護するための方法であって、
   複数の画像が画像センサによって撮像される画像取得段階と、
   センサフィンガープリントが、前記画像取得段階において撮像された前記複数の画像に基づいて、処理手段によって生成されるフィンガープリント算出段階と、
   前記センサフィンガープリントの少なくとも一部が、前記処理手段によって、ランダムプロジェクションアルゴリズムを用いて符号化されることにより、圧縮されたフィンガープリントを生成する圧縮段階と、
   前記機密データが、前記圧縮されたフィンガープリントを鍵として用いて、前記処理手段によって、暗号化又は解読される処理段階と、
   を備え、
   前記機密データは秘密鍵を含み、
   前記処理段階において、機密データの列は、前記処理手段によって、第１のポーラー符号化を用いて符号化されることにより、符号化された機密データの列を取得し、前記符号化された機密データは、前記圧縮されたフィンガープリントを鍵として用いて暗号化され、又は、
   前記機密データが解読されることにより符号化された機密データを取得し、前記符号化された機密データは、第２のポーラー符号化を用いて復号化される、
   方法。
2. 前記処理段階において、前記機密データが暗号化され、前記方法は、
   前記処理手段によって、ランダムビット列が生成されるランダム生成段階をさらに備え、
   前記圧縮段階において、前記ランダムプロジェクションアルゴリズムは、前記ランダムビット列に基づいてランダムプロジェクションのセットを生成する、
   請求項１に記載の方法。
3. 前記処理段階において、前記機密データが解読され、前記方法は、
   前記処理手段によって、メモリ手段に格納されたランダムビット列が読み出されるランダム列読み出し段階をさらに備え、
   前記圧縮段階において、前記処理手段は、前記ランダムビット列に基づいてランダムプロジェクションのセットを生成する、
   請求項１又は２に記載の方法。
4. 前記圧縮段階において、前記センサフィンガープリントの前記少なくとも一部がランダムプロジェクションアルゴリズムを用いて符号化されることにより、符号化されたセンサフィンガープリントを生成し、前記符号化されたセンサフィンガープリントが前記処理手段によって量子化されることにより、前記圧縮されたフィンガープリントを生成する、
   請求項１から３の何れか一項に記載の方法。
5. 前記圧縮段階において、前記処理手段は、
   前記フィンガープリント算出段階において変換領域内で生成された前記センサフィンガープリントを変換することにより、変換されたフィンガープリントを取得する段階と、
   閾値より高い水平及び／又は鉛直空間周波数を有する前記変換されたフィンガープリントの点を選択する段階と、
   前記変換されたフィンガープリントの前記選択された点を逆変換する段階と、
   を実行する、請求項１から４の何れか一項に記載の方法。
6. 前記フィンガープリント算出段階において、前記センサフィンガープリントが生成される前に、前記画像取得段階において撮像された各画像にウィーナーフィルタリングアルゴリズムを適用することにより、前記複数の画像から全ての周期的アーチファクトを除去する命令セットが実行される、
   請求項１から５の何れか一項に記載の方法。
7. 機密データを保護するためのユーザ機器であって、
   画像を撮像するように構成される画像センサと、
   前記画像センサと通信を行う処理手段と、
   を備え、
   前記処理手段は、
   前記画像センサによって複数の画像を撮像し、
   前記複数の画像に基づいてセンサフィンガープリントを生成し、
   ランダムプロジェクションアルゴリズムを用いて、前記センサフィンガープリントの少なくとも一部を符号化することにより、圧縮されたフィンガープリントを生成し、
   前記圧縮されたフィンガープリントを鍵として用いて、第１のポーラー符号化を用いて前記機密データを符号化することで、符号化された機密データの列を取得すること、及び、前記圧縮されたフィンガープリントを鍵として用いて、前記符号化された機密データを暗号化することで、前記機密データの列を暗号化し、又は、前記圧縮されたフィンガープリントを鍵として用いて、前記機密データを解読することで、符号化された機密データを取得し、及び、第２のポーラー符号化を用いて、前記暗号化された機密データを復号化する、
   ように構成され、
   前記機密データは秘密鍵を含む、ユーザ機器。
8. 前記画像センサが照射されることを防止するように構成される妨害手段を備える、請求項７に記載のユーザ機器。
9. 請求項１から６の何れか一項に記載の方法の段階を実行するように構成される処理手段を備える、ユーザ機器の画像センサ。
10. 請求項１から６の何れか一項に記載の方法の段階をコンピュータに実行させるプログラム。

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