データ変換装置およびデータ変換方法、生体認証システム
【課題】 比較的小さな誤差を含む２つのデータ間のハミング距離をおおよそ保存しながらデータを変換する際、ハミング距離の保存精度の向上を図ることを実現する。
【解決手段】 データ変換時の変換パラメータとなる鍵を生成する鍵生成部１５と、ビット系列である入力データをベクトルに変換するデータ前処理部１１と、入力データがベクトル化されたベクトル中の２個の要素からなる２次元ベクトルを、前記鍵に基づき２次元回転させる２次元回転処理部１２と、回転された変換２次元ベクトルを前記鍵に基づき１次元化する圧縮処理部１３と、１次元化された要素の集合から成るベクトルをビット系列化して出力データを生成するデータ後処理部１４とを備える。
【解決手段】 データ変換時の変換パラメータとなる鍵を生成する鍵生成部１５と、ビット系列である入力データをベクトルに変換するデータ前処理部１１と、入力データがベクトル化されたベクトル中の２個の要素からなる２次元ベクトルを、前記鍵に基づき２次元回転させる２次元回転処理部１２と、回転された変換２次元ベクトルを前記鍵に基づき１次元化する圧縮処理部１３と、１次元化された要素の集合から成るベクトルをビット系列化して出力データを生成するデータ後処理部１４とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ変換装置およびデータ変換方法、生体認証システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、指紋、虹彩、顔、声紋などの身体的特徴によって本人を認証するシステムが普及してきており、例えばインターネットを介した電子商取引における本人認証などへの応用が検討されている。この生体認証システムでは、利用する生体データが重要な個人情報であることから個人情報保護のために、生体データの漏洩防止が重要課題に位置付けられている。このため、一方向性ハッシュ関数による変換や暗号化による変換を利用して、生体データや認証用の鍵自体をそのまま伝送したり、記憶したりすることを避けることが提案されている。
【０００３】
ここで、一方向性ハッシュ関数による変換値の一致不一致により、認証の可否を判定する場合は、例えばパスワード認証のように、正当な被変換データ同士（正当な登録パスワードデータと正当な被認証パスワードデータ）の完全一致が前提となる。しかしながら、生体データは、測定の度に測定値に揺らぎが生じるものであり、同一人物の登録時の生体データと認証時の生体データとが完全一致するとは限らない。このため生体認証時には、予め生体測定により得られた登録データと、認証時の生体測定により得られた入力データとが完全一致しなくとも類似度が一定以上の高い値である場合には、認証成功とすることが実用上要求される。また、個人情報の保護などのために、生体測定により得られたビット系列データを他者から秘匿することも要求される。
【０００４】
上述したような課題に対処するための技術として、２つの一般データ間のハミング距離をおおよそ保存しながらデータを変換する方法、特に２つの画像データ間のハミング距離をおおよそ保存しながらデータを変換する方法に関する例えば非特許文献１に記載される技術（以下、従来技術）が知られている。ハミング距離とは、２つのビット系列データ間において、対応する位置にあるビット同士を比べたときの値が異なっているビット数のことであり、類似度の高さに関する指標の一つとして用いられている。また、ハミング距離をビット系列長で除した値は、正規化ハミング距離である。従来技術では、まず、ビット系列データＭに対し、必要な数の０を加えて「Ｒ×Ｓ」行Ｌ列の配列をつくる。ただし、ＲとＳは奇数値であることが望ましい。次いで、空間上の相関をなくすために、鍵Ｋにより生成した擬似乱数を用いて行の並べ替えを行う。この並べ替え後の「Ｒ×Ｓ」行Ｌ列の配列をＳ個のＲ行Ｌ列の配列に分割し、各Ｒ個の列においてビットの多数決をとり多い方のビットをその列の代表ビットとする。この結果、Ｓ行Ｌ列の配列が得られる。さらに、各Ｓ個の列においてビットの多数決をとり多い方のビットをその列の代表ビットとする。この結果得られたＬ個の系列が、最終的に変換されたデータとなる。
【非特許文献１】Liehua Xie、Gonzalo R.Arce、Richard F.Graveman,「Approximate Image Message Authentication Codes」,IEEE Transactions on Multimedia, Vol.3, No.2, pp.242-252, June 2001
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した従来技術では、生体測定により得られた生体データのように比較的小さな誤差を含む２つのデータに関し、双方のデータ間のハミング距離をおおよそ保存しながらデータを変換し、変換後のデータ間の類似度に基づき両者の類似性を判定する場合には不向きであるという問題がある。
【０００６】
上記従来技術では、２つのデータ間のハミング距離が完全に一致する場合（正規化ハミング距離が０の場合）と、完全に一致しない場合（正規化ハミング距離が１の場合）と、半分一致する場合（つまり半分一致しない、正規化ハミング距離が０．５の場合）とにおいてはデータ変換前後のハミング距離および正規化ハミング距離が保存される。しかし、２つのデータ間の誤差が小さい場合（正規化ハミング距離が０．１〜０．３程度の場合）には、データ変換後の正規化ハミング距離が元の正規化ハミング距離に比べて比較的大きくなる（図１０（非特許文献１のＦｉｇ．３）参照）。一般に、生体測定時において生じる測定値の揺らぎは比較的小さい場合が多く、登録データと認証時の入力データとの誤差は小さい。したがって、従来技術によれば、データ変換前の状態において登録データと入力データとの類似度が高くても、データ変換後には類似度が低下するので、認証に失敗する確率が高くなる。このような問題は、画像認証技術などの際に起こる通信ネットワーク上の雑音・損失等により、認証されるビット系列データに誤差が生じる場合にも、同様に発生する。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、比較的小さな誤差を含む２つのデータ間のハミング距離をおおよそ保存しながらデータを変換する際、ハミング距離の保存精度の向上を図ることができるデータ変換装置およびデータ変換方法を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、本発明のデータ変換装置を備えた生体認証システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明に係るデータ変換装置は、データ変換時の変換パラメータとなる鍵を生成する鍵生成手段と、ビット系列である入力データをベクトルに変換するベクトル化手段と、前記入力データがベクトル化されたベクトル中の２個の要素からなる２次元ベクトルを、前記鍵に基づき２次元回転させる回転処理手段と、前記回転された変換２次元ベクトルを、前記鍵に基づき１次元化する圧縮処理手段と、前記１次元化された要素の集合から成るベクトルをビット系列化して出力データを生成するビット系列化手段とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
本発明に係るデータ変換方法は、データ変換時の変換パラメータとなる鍵を生成する過程と、ビット系列である入力データをベクトルに変換する過程と、前記入力データがベクトル化されたベクトル中の２個の要素からなる２次元ベクトルを、前記鍵に基づき２次元回転させる過程と、前記回転された変換２次元ベクトルを、前記鍵に基づき１次元化する過程と、前記１次元化された要素の集合から成るベクトルをビット系列化して出力データを生成する過程とを含むことを特徴としている。
【００１１】
本発明に係る生体認証システムは、生体データの測定装置と、前記測定装置により測定された生体データに基づいて認証する認証装置とを具備する生体認証システムにおいて、前記測定装置は、測定した生体データを変換する請求項１記載のデータ変換装置を備え、前記認証装置は、前記測定された生体データが前記データ変換装置により変換された登録データを記憶する記憶手段と、前記測定された生体データが前記データ変換装置により変換された被認証データと、前記登録データとの正規化ハミング距離を計算する演算手段と、前記正規化ハミング距離を判定し、この判定結果に応じて認証する認証手段とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、生体測定により得られた生体データ（例えば、虹彩認証における生体データである虹彩コード）のように比較的小さな誤差を含む２つのデータに関し、双方のデータ間のハミング距離をおおよそ保存しながらデータを変換する際、ハミング距離の保存精度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るデータ変換装置１の構成を示すブロック図である。図１において、データ変換装置１は、データ前処理部１１と２次元回転処理部１２と圧縮処理部１３とデータ後処理部１４と鍵生成部１５とを備える。
このデータ変換装置１は、ｎビットのビット系列である入力データＸから、ある定められた固定長（通常はｎビットより短い）のビット系列である出力データＸ’を生成する。
【００１４】
図２は、図１に示すデータ変換装置１の動作手順を説明するためのフロー図である。この図２を参照して、図１に示すデータ変換装置１の動作を説明する。
【００１５】
先ず、データ前処理部１１は、ｎビットのビット系列である入力データＸ＝（Ｘ１・・・Ｘｎ）から、（１）式によりｎ次元ベクトルＷ＝（Ｗ１，・・・，Ｗｎ）を生成する。ここで、ｎ＝１０２４・２ｋ−１である（ｋは自然数）。また、Ｘｉ（ｉ＝１，・・・，ｎ）は０又は１である。なお、実際の入力データのビット長がｎの条件を満足しない場合には、０又は１を適切に加えればよい。
【００１６】
【数１】
【００１７】
図２は、ｎ＝１０２４であり、１０２４ビットのビット系列である入力データＸ＝（Ｘ１・・・Ｘ１０２４）から、５１２ビットのビット系列である出力データＸ'＝（Ｘ'１・・・Ｘ'５１２）を生成する場合の例を示している。
【００１８】
図２の例では、データ前処理部１１は、１０２４ビットのビット系列である入力データＸ＝（Ｘ１・・・Ｘ１０２４）から、上記（１）式により１０２４次元ベクトルＷ＝（Ｗ１，・・・，Ｗ１０２４）を生成し、この１０２４次元ベクトルＷを２次元回転処理部１２に出力する（ステップＳ１）。
【００１９】
また、鍵生成部１５は、安全性の保証されている共通鍵暗号方式の鍵スケジュールなどを用いて、３（ｎ／１０２４）・５１２ビットの鍵Ｋ＝（Ｋ１・・Ｋｉ・・Ｋ５１２）を生成する。鍵Ｋは、データ変換時の変換パラメータである。
但し、Ｋｉ＝（θｉ(n/1024)ｓｉ(n/1024)・・・θｉｊｓｉｊ・・・θｉ１ｓｉ１）であり、θｉｊは２ビット、ｓｉｊは１ビット、ｊ＝ｎ／１０２４，・・・，１である。
図２の例ではｎ＝１０２４であるので、１５３６ビットの鍵Ｋ＝（Ｋ１・・Ｋｉ・・Ｋ５１２）、Ｋｉ＝（θｉ１ｓｉ１）が生成される（ステップＳ２）。鍵Ｋは、２次元回転処理部１２および圧縮処理部１３に出力される。なお、生成した鍵Ｋは他者に知られないよう安全に保管する。
【００２０】
次に、２次元回転処理部１２は、先ず、変数ｉ＝１、ｍ＝ｎ（本実施例では１０２４）と、各変数ｎ，ｍにそれぞれ初期値を設定する。次いで、データ前処理部１１から受け取ったｎ次元ベクトルＷ＝（Ｗ１，・・・，Ｗｎ）を基に、（ｍ／１０２４）個の２次元ベクトル（Ｗｉ＋512(2t-2)，Ｗｉ＋512(2t-1)）を生成する。但し、ｔ＝１，・・・，ｍ／１０２４である。
図２の例では、１０２４次元ベクトルＷ＝（Ｗ１，・・・，Ｗ１０２４）から、１個の２次元ベクトル（Ｗｉ，Ｗｉ＋512）が生成される（ステップＳ３）。
【００２１】
次いで、２次元回転処理部１２は、（ｍ／１０２４）個の２次元ベクトル（Ｗｉ＋512(2t-2)，Ｗｉ＋512(2t-1)）を、それぞれ原点を中心として、（２）式が成立する角度だけ２次元回転し、（ｍ／１０２４）個の変換２次元ベクトル（Ｗ'ｉ＋512(2t-2)，Ｗ'ｉ＋512(2t-1)）を得る。
【００２２】
【数２】
【００２３】
上記（２）式が成立する角度は、（３）式で表される。
【００２４】
【数３】
【００２５】
但し、［ａ］１０はａの１０進表現を表す。
【００２６】
【数４】
【００２７】
上記２次元回転処理は、回転行列Ｇにより、（４）、（５）式で表される。
【００２８】
【数５】
【００２９】
なお、上記２次元回転処理では、鍵生成部１５から受け取った鍵Ｋ中のθｉｊを使用する。
【００３０】
図２の例では、上記２次元回転処理により、１個の２次元ベクトル（Ｗｉ，Ｗｉ＋512）から、１個の変換２次元ベクトル（Ｗ'ｉ，Ｗ'ｉ＋512）が得られる（ステップＳ４）。この変換２次元ベクトル（Ｗ'ｉ，Ｗ'ｉ＋512）は圧縮処理部１３に出力される。
【００３１】
次に、圧縮処理部１３は、２次元回転処理部１２から受け取った（ｍ／１０２４）個の変換２次元ベクトル（Ｗ'ｉ＋512(2t-2)，Ｗ'ｉ＋512(2t-1)）を、それぞれ（６）式により、ＷＡｉ＋512(t-1)に変換する。
【００３２】
【数６】
【００３３】
なお、上記圧縮処理では、鍵生成部１５から受け取った鍵Ｋ中のｓｉｊを使用する。
【００３４】
図２の例では、１個の変換２次元ベクトル（Ｗ'ｉ，Ｗ'ｉ＋512）、ｉ＝１がＷＡｉ、ｉ＝１に変換される。このＷＡｉはデータ後処理部１４に出力される。
【００３５】
次いで、ｍ／２が１０２４以上ならば、変数ｍ＝ｍ／２と更新してステップＳ３に戻る（この場合、変数ｉは更新しない）。一方、ｍ／２が１０２４未満の場合、ｉ＋１が５１２以下ならば、変数ｍ＝ｎ、且つ変数ｉ＝ｉ＋１と更新してステップＳ３に戻る。
【００３６】
図２の例では、ｍの初期値が１０２４であり、ｍ／２が常に１０２４未満なので、変数ｉのみの更新（ｉ＝ｉ＋１）となる。これにより、ｉが１から５１２まで、上記した２次元回転処理（ステップＳ４）と圧縮処理（ステップＳ５）が繰り返し行われ、５１２次元ベクトルＷＡ＝（ＷＡ１，・・・，ＷＡ５１２）が生成される。この５１２次元ベクトルＷＡはデータ後処理部１４に入力される。
【００３７】
次いで、データ後処理部１４は、（７）式により、５１２次元ベクトルＷＡを５１２ビットのビット系列である出力データＸ'＝（Ｘ'１・・・Ｘ'５１２）に変換する（ステップＳ６）。
【００３８】
【数７】
【００３９】
上記した本実施形態による２次元回転処理および圧縮処理は、ハミング距離が近いデータ同士は変換後もハミング距離を近くし、逆にハミング距離が遠いデータ同士は変換後もハミング距離を遠くする。これにより、２つのデータ間のハミング距離の差にかかわらず、データ変換前後でハミング距離の変化を小さくすることができる。また、圧縮処理によって、データ変換前後で若干の誤差を与えている。したがって、本実施形態によれば、データ変換前後で、若干の誤差を含みつつもハミング距離は精度よく保存される。また、圧縮処理によりデータ変換前後で若干の誤差が与えられるので、変換後のデータから変換前の元のデータを得ることがより困難となる。
【００４０】
図３は、本実施形態によるデータ変換方法により２つのデータを変換した場合における、データ変換前後の正規化ハミング距離を比較したグラフ図である。データは双方とも２０４８ビットのビット系列である。図３において、横軸がデータ変換前の正規化ハミング距離、縦軸がデータ変換後の正規化ハミング距離である。また、「Reference Line」は、データ変換前後において、２つのデータ間の正規化ハミング距離が完全に一致する場合である。「−0.05 Bias」は、圧縮処理において、ビットが変化しない確率を理想値（０．５）から５％だけ減らした場合である。逆に「＋0.05 Bias」は、圧縮処理において、ビットが変化しない確率を理想値（０．５）から５％だけ増やした場合である。
【００４１】
図３から明らかなように、２つのデータ間のハミング距離の差にかかわらず、データ変換前後の正規化ハミング距離の変化は小さい。また、２つのデータ間の誤差が小さい場合（正規化ハミング距離が０．１〜０．３程度の場合）においても、データ変換後の正規化ハミング距離は元の正規化ハミング距離とほとんど変わらない。このように、本実施形態によれば、上記した従来技術に比して、ハミング距離の保存精度が明らかに向上する。
【００４２】
上述したように本実施形態によれば、比較的小さな誤差を含む２つのデータ間のハミング距離をおおよそ保存しながらデータを変換する際、ハミング距離の保存精度の向上を図ることができる。
【００４３】
なお、本実施形態に係るデータ変換装置１は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、あるいはメモリおよびＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）などの演算処理装置により構成され、図１に示されるデータ変換装置１の各機能を実現するためのプログラムを実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。
【００４４】
なお、上記した実施形態によるデータ変換方法はその一例であって、これに限定するものではない。例えば、以下に示すような各種の変形または組み合わせが可能である。
入力系列ビット長および出力系列ビット長は任意の長さとする。
鍵は、乱数生成アルゴリズムなどの別の手法により取得する。
鍵長は、生成手法に従って別の長さとする。
２次元回転処理は上記実施形態と同程度以上の安全性を有し、ハミング距離を保存するかまたはおおよそ保存する別の処理に変更または追加する。
圧縮処理はハミング距離を上記実施形態と同程度以上の性能をもっておおよそ保存する別の処理に変更または追加する。
【００４５】
次に、本発明に係る生体認証システムの一実施形態を説明する。
本実施形態においては、生体認証システムの具体的な例として、虹彩の特徴によって本人を認証するシステムを挙げて説明する。
【００４６】
図４は、本発明のデータ変換装置１を備えた生体データの測定装置１００の構成を示すブロック図である。図５は、本実施形態に係る認証装置２００の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る生体認証システムは、それら測定装置１００及び認証装置２００を具備する。
【００４７】
図４に示す測定装置１００において、撮像部１１０は、カメラを有しており、利用者の目の画像から虹彩画像を取得する。この虹彩画像の取得は、例えば、カメラにより利用者の目を撮像して目の画像を取得する。次いで、その目の画像に対して、画像輝度の変化を利用することにより強膜側境界、瞳孔側境界及び上下瞼側境界を決定して虹彩領域を特定し、虹彩画像のみを切り出す。なお、虹彩画像の取得の際には、生体検知を行い、生きた人間の目から取得された画像であることを保証する。
【００４８】
特徴抽出部１２０は、虹彩画像データ（生体の計測データ）から特徴を抽出して虹彩コード（生体データ）を得る。この特徴抽出は、虹彩特有の身体的特徴量に着目して行われる。例えば、虹彩領域に８つの環状解析ゾーンを割り当て、その環状解析ゾーンを走査して虹彩コードを取得する。
なお、上記した虹彩コードの取得方法としては、例えば、特許第３３０７９３６号公報に記載のものが利用可能である。
【００４９】
データ変換装置１は、上記した本発明に係るデータ変換方法により虹彩コードを変換する。
通信部１３０は、インターネット等の通信ネットワークに接続し、データを送受信する。
【００５０】
図５に示す認証装置２００において、データベース２１０は、利用者の登録データを記憶し、蓄積する。この蓄積される登録データは、上記測定装置１００により測定された登録用の虹彩コードがデータ変換装置１により変換された後の変換データである。また、この登録データには有効期限が設けられる。そして、期限切れの登録データは抹消される。この有効期限は安全性等を考慮して設定される。
【００５１】
類似度演算部２２０は、被認証データと、データベース２１０内の登録データとの類似度を計算する。この被認証データは、上記測定装置１００により測定された認証用の虹彩コードがデータ変換装置１により変換された後の変換データである。
また、類似度演算部２２０が求める類似度は、上記測定装置１００の特徴抽出部１２０において抽出される身体的特徴量の評価に適しているものである。この類似度の演算は、特徴抽出部１２０の特徴抽出方法に対応する所定の方法により行う。本実施形態では、正規化ハミング距離を虹彩認証用の類似度として利用する。なお、上記特徴抽出部１２０及び類似度演算部２２０は、それぞれに組合せ可能な市販の製品を使用することにより実現可能である。また、上記撮像部１１０が組み合わされる場合もある。
【００５２】
認証部２３０は、類似度演算部２２０の計算結果である類似度を判定し、この判定結果に応じて認証する。
通信部２４０は、インターネット等の通信ネットワークに接続し、データを送受信する。
【００５３】
次に、図６〜図９を参照して、本実施形態に係る生体認証システムの動作を説明する。図６、図７は、本実施形態に係る生体認証システムにおけるデータの流れを説明するための図であり、図６は利用者登録時のもの、図７は利用者認証時のものである。図８、図９は、本実施形態に係る生体認証システムにおける処理の流れを示すフローチャートであり、図８は利用者登録時のもの、図９は利用者認証時のものである。
なお、以下の説明においては、虹彩コードはｎビット（Ｘ１・・・Ｘｎ）としてコード化されたものとする。但し、Ｘｉ（ｉ＝１，・・・，ｎ）は、０又は１である。また、上記データ変換装置１の変換によりｎビットの虹彩コードが５１２ビットの変換虹彩コードＸ'＝（Ｘ'１・・・Ｘ'５１２）に変換されるものとする。なお、虹彩コード長ｎは主に２０４８ビット又は４０９６ビットが使用される。
【００５４】
初めに、図６、図８を参照して、利用者登録時の動作を説明する。
先ず、利用者が図６に示されるカメラ１１０ａを使用して目を撮像する。これにより、測定装置１００の撮像部１１０が撮像データから虹彩画像を取得する（ステップＳ１０１）。次いで、特徴抽出部１２０がその虹彩画像データからｎビットの虹彩コードＡ＝（Ａ１・・・Ａｎ）を取得する（ステップＳ１０２）。次いで、データ変換装置１が、変換パラメータとして鍵Ｋを生成する（ステップＳ１０３）。この鍵Ｋは認証時のために保存し、安全に管理する。
【００５５】
次いで、ステップＳ１０４において、データ変換装置１が、鍵Ｋを用いて、上記した本発明に係るデータ変換方法により虹彩コードＡを変換する（ステップＳ１０４）。この変換後の変換虹彩コードをＨＫ（Ａ）＝Ａ’＝（Ａ１’・・・Ａ５１２’）と表す。但し、ＨＫは、本発明に係る鍵Ｋを用いた変換関数を表す。変換虹彩コードＡ’は送信データとなる。
【００５６】
次いで、測定装置１００が送信データＡ’の登録ＩＤを作成し、該ＩＤ及び送信データＡ’を認証装置２００へ送信する（ステップＳ１０５）。また、そのＩＤは認証時のために保存しておく。さらに、測定装置１００は、虹彩コードＡおよび変換虹彩コードＡ’を完全に消去する。
【００５７】
次いで、認証装置２００がＩＤ及び送信データＡ’を受信する（ステップＳ１０５）。次いで、認証装置２００がその受信したＩＤ及び送信データＡ’を関連付けてデータベース２１０に登録する（ステップＳ１０６）。
【００５８】
次に、図７、図９を参照して、利用者認証時の動作を説明する。
先ず、上記した利用者登録時と同様にして、虹彩画像の取得（ステップＳ２０１）、虹彩コードＢ＝（Ｂ１・・・Ｂｎ）の取得（ステップＳ２０２）、変換虹彩コードＢ’＝（Ｂ１’・・・Ｂ５１２’）の計算（ステップＳ２０３）が行われる。この変換虹彩コードＢ’は、今回の被認証データとして認証装置２００に送信される送信データとなる。なお、ステップＳ２０２で使用される変換パラメータとしての鍵Ｋは利用者登録時に保存しておいたものを使用する。
【００５９】
次いで、測定装置１００が送信データＢ’及び利用者登録時に保存したＩＤを認証装置２００へ送信し、認証装置２００により受信される（ステップＳ２０４）。なお、測定装置１００は登録時と同様に虹彩コードＢ、変換虹彩コードＢ’を完全に消去する。
【００６０】
次いで、認証装置２００の類似度演算部２２０が、送信データＢ’と共に測定装置１００から受信されたＩＤに基づいて、データベース２１０から該当する登録データＡ’を取得する（ステップＳ２０５）。また、類似度演算部２２０は、受信した送信データＢ’を被認証データとする。
【００６１】
次いで、類似度演算部２２０が、登録データＡ’と被認証データＢ’との類似度を計算する（ステップＳ２０６）。本実施形態では、（８）式により、登録データＡ’と被認証データＢ’間の正規化ハミング距離ＨＤｐｒｏを計算する。
【００６２】
【数８】
【００６３】
この正規化ハミング距離ＨＤｐｒｏの計算が終了すると、類似度演算部２２０は、類似度計算に使用した登録データＡ’および被認証データＢ’を消去する。
【００６４】
次いで、認証部２３０が、類似度演算部２２０の計算結果である正規化ハミング距離ＨＤｐｒｏと所定の閾値とを比較する（ステップＳ２０７）。この比較の結果、計算結果が閾値以下である場合には利用者本人であると判断する（ステップＳ２０８）。これにより認証成功となる。一方、計算結果が閾値超過である場合には利用者本人ではないと判断する（ステップＳ２０９）。これにより認証失敗となる。
【００６５】
なお、上記ステップＳ２０７で使用される閾値は、統計的に得られた本人拒否率（本人を誤って他人とみなす割合）と他人受け入れ率（他人を誤って本人とみなす割合）とを考慮して管理者により設定される。通常、該閾値は、０．３程度に設定される。
【００６６】
上記した本実施形態に係る生体認証システムによれば、本発明に係るデータ変換装置１を備えて虹彩コードを変換し、この変換虹彩コードを用いて本人の登録および認証を行う。したがって、登録データＡ’の基の虹彩コードＡと被認証データＢ’の基の虹彩コードＢ間のハミング距離は、データ変換後においても、若干の誤差を含みつつも精度よく保存される。これにより、変換虹彩コード（登録データＡ’および被認証データＢ’）に基づいて本人認証を精度よく行うことができる。
【００６７】
さらに、本人の登録および認証には変換虹彩コードを用いるので、利用者の個人情報である虹彩コード自体は秘匿することが可能である。
【００６８】
なお、上記した実施形態による生体認証システムにおいて、測定装置１００と認証装置２００間においてチャレンジレスポンス方式による暗号システムを備えるようにしてもよい。これにより、通信ネットワーク上にて変換虹彩コードを他者に不正入手された場合のリプレイ攻撃を防止することが可能となる。
【００６９】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、本発明に係る生体認証システムは、生体特有の所定の身体的特徴量に基づくことにより、生体の種類によらず、各種の生体認証に適用することができる。例えば、虹彩の他、指紋、掌紋、手形、手の甲等の静脈、顔、声紋、網膜、体臭、ＤＮＡ、筆跡、キーストローク、歩行などの身体的特徴を利用する認証に応用することができる。
【００７０】
また、本発明に係るデータ変換装置およびデータ変換方法は、通信ネットワークを介した画像認証システムなどにも適用することができる。これにより、通信ネットワーク上の雑音・損失等により、認証されるビット系列データに誤差が生じたとしても、例えば２つの画像間の類似度として正規化ハミング距離を利用することにより、類似度判定によって精度よく認証を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施形態に係るデータ変換装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すデータ変換装置１の動作手順を説明するためのフロー図である。
【図３】本発明の一実施形態によるデータ変換方法により２つのデータを変換した場合における、データ変換前後の正規化ハミング距離を比較したグラフ図である。
【図４】本発明のデータ変換装置１を備えた生体データの測定装置１００の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明に係る生体認証システムに備わる認証装置２００の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る生体認証システムにおける利用者登録時のデータの流れを説明するための図である。
【図７】同実施形態に係る生体認証システムにおける利用者認証時のデータの流れを説明するための図である。
【図８】同実施形態に係る生体認証システムにおける利用者登録時の処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】同実施形態に係る生体認証システムにおける利用者認証時の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】従来のデータ変換方法により２つのデータを変換した場合における、データ変換前後の正規化ハミング距離を比較したグラフ図である。
【符号の説明】
【００７２】
１…データ変換装置、１１…データ前処理部、１２…２次元回転処理部、１３…圧縮処理部、１４…データ後処理部、１５…鍵生成部、１００…虹彩コード（生体データ）の測定装置、１１０…撮像部（生体の計測手段）、１２０…特徴抽出部、１３０，２４０…通信部、２００…認証装置、２１０…データベース、２２０…類似度演算部、２３０…認証部。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、データ変換装置およびデータ変換方法、生体認証システムに関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、指紋、虹彩、顔、声紋などの身体的特徴によって本人を認証するシステムが普及してきており、例えばインターネットを介した電子商取引における本人認証などへの応用が検討されている。この生体認証システムでは、利用する生体データが重要な個人情報であることから個人情報保護のために、生体データの漏洩防止が重要課題に位置付けられている。このため、一方向性ハッシュ関数による変換や暗号化による変換を利用して、生体データや認証用の鍵自体をそのまま伝送したり、記憶したりすることを避けることが提案されている。
【０００３】
ここで、一方向性ハッシュ関数による変換値の一致不一致により、認証の可否を判定する場合は、例えばパスワード認証のように、正当な被変換データ同士（正当な登録パスワードデータと正当な被認証パスワードデータ）の完全一致が前提となる。しかしながら、生体データは、測定の度に測定値に揺らぎが生じるものであり、同一人物の登録時の生体データと認証時の生体データとが完全一致するとは限らない。このため生体認証時には、予め生体測定により得られた登録データと、認証時の生体測定により得られた入力データとが完全一致しなくとも類似度が一定以上の高い値である場合には、認証成功とすることが実用上要求される。また、個人情報の保護などのために、生体測定により得られたビット系列データを他者から秘匿することも要求される。
【０００４】
上述したような課題に対処するための技術として、２つの一般データ間のハミング距離をおおよそ保存しながらデータを変換する方法、特に２つの画像データ間のハミング距離をおおよそ保存しながらデータを変換する方法に関する例えば非特許文献１に記載される技術（以下、従来技術）が知られている。ハミング距離とは、２つのビット系列データ間において、対応する位置にあるビット同士を比べたときの値が異なっているビット数のことであり、類似度の高さに関する指標の一つとして用いられている。また、ハミング距離をビット系列長で除した値は、正規化ハミング距離である。従来技術では、まず、ビット系列データＭに対し、必要な数の０を加えて「Ｒ×Ｓ」行Ｌ列の配列をつくる。ただし、ＲとＳは奇数値であることが望ましい。次いで、空間上の相関をなくすために、鍵Ｋにより生成した擬似乱数を用いて行の並べ替えを行う。この並べ替え後の「Ｒ×Ｓ」行Ｌ列の配列をＳ個のＲ行Ｌ列の配列に分割し、各Ｒ個の列においてビットの多数決をとり多い方のビットをその列の代表ビットとする。この結果、Ｓ行Ｌ列の配列が得られる。さらに、各Ｓ個の列においてビットの多数決をとり多い方のビットをその列の代表ビットとする。この結果得られたＬ個の系列が、最終的に変換されたデータとなる。
【非特許文献１】Liehua Xie、Gonzalo R.Arce、Richard F.Graveman,「Approximate Image Message Authentication Codes」,IEEE Transactions on Multimedia, Vol.3, No.2, pp.242-252, June 2001
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】
しかし、上述した従来技術では、生体測定により得られた生体データのように比較的小さな誤差を含む２つのデータに関し、双方のデータ間のハミング距離をおおよそ保存しながらデータを変換し、変換後のデータ間の類似度に基づき両者の類似性を判定する場合には不向きであるという問題がある。
【０００６】
上記従来技術では、２つのデータ間のハミング距離が完全に一致する場合（正規化ハミング距離が０の場合）と、完全に一致しない場合（正規化ハミング距離が１の場合）と、半分一致する場合（つまり半分一致しない、正規化ハミング距離が０．５の場合）とにおいてはデータ変換前後のハミング距離および正規化ハミング距離が保存される。しかし、２つのデータ間の誤差が小さい場合（正規化ハミング距離が０．１〜０．３程度の場合）には、データ変換後の正規化ハミング距離が元の正規化ハミング距離に比べて比較的大きくなる（図１０（非特許文献１のＦｉｇ．３）参照）。一般に、生体測定時において生じる測定値の揺らぎは比較的小さい場合が多く、登録データと認証時の入力データとの誤差は小さい。したがって、従来技術によれば、データ変換前の状態において登録データと入力データとの類似度が高くても、データ変換後には類似度が低下するので、認証に失敗する確率が高くなる。このような問題は、画像認証技術などの際に起こる通信ネットワーク上の雑音・損失等により、認証されるビット系列データに誤差が生じる場合にも、同様に発生する。
【０００７】
本発明は、このような事情を考慮してなされたもので、その目的は、比較的小さな誤差を含む２つのデータ間のハミング距離をおおよそ保存しながらデータを変換する際、ハミング距離の保存精度の向上を図ることができるデータ変換装置およびデータ変換方法を提供することにある。
【０００８】
また、本発明の他の目的は、本発明のデータ変換装置を備えた生体認証システムを提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
上記の課題を解決するために、本発明に係るデータ変換装置は、データ変換時の変換パラメータとなる鍵を生成する鍵生成手段と、ビット系列である入力データをベクトルに変換するベクトル化手段と、前記入力データがベクトル化されたベクトル中の２個の要素からなる２次元ベクトルを、前記鍵に基づき２次元回転させる回転処理手段と、前記回転された変換２次元ベクトルを、前記鍵に基づき１次元化する圧縮処理手段と、前記１次元化された要素の集合から成るベクトルをビット系列化して出力データを生成するビット系列化手段とを備えたことを特徴としている。
【００１０】
本発明に係るデータ変換方法は、データ変換時の変換パラメータとなる鍵を生成する過程と、ビット系列である入力データをベクトルに変換する過程と、前記入力データがベクトル化されたベクトル中の２個の要素からなる２次元ベクトルを、前記鍵に基づき２次元回転させる過程と、前記回転された変換２次元ベクトルを、前記鍵に基づき１次元化する過程と、前記１次元化された要素の集合から成るベクトルをビット系列化して出力データを生成する過程とを含むことを特徴としている。
【００１１】
本発明に係る生体認証システムは、生体データの測定装置と、前記測定装置により測定された生体データに基づいて認証する認証装置とを具備する生体認証システムにおいて、前記測定装置は、測定した生体データを変換する請求項１記載のデータ変換装置を備え、前記認証装置は、前記測定された生体データが前記データ変換装置により変換された登録データを記憶する記憶手段と、前記測定された生体データが前記データ変換装置により変換された被認証データと、前記登録データとの正規化ハミング距離を計算する演算手段と、前記正規化ハミング距離を判定し、この判定結果に応じて認証する認証手段とを備えたことを特徴としている。
【発明の効果】
【００１２】
本発明によれば、生体測定により得られた生体データ（例えば、虹彩認証における生体データである虹彩コード）のように比較的小さな誤差を含む２つのデータに関し、双方のデータ間のハミング距離をおおよそ保存しながらデータを変換する際、ハミング距離の保存精度の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１３】
以下、図面を参照し、本発明の一実施形態について説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係るデータ変換装置１の構成を示すブロック図である。図１において、データ変換装置１は、データ前処理部１１と２次元回転処理部１２と圧縮処理部１３とデータ後処理部１４と鍵生成部１５とを備える。
このデータ変換装置１は、ｎビットのビット系列である入力データＸから、ある定められた固定長（通常はｎビットより短い）のビット系列である出力データＸ’を生成する。
【００１４】
図２は、図１に示すデータ変換装置１の動作手順を説明するためのフロー図である。この図２を参照して、図１に示すデータ変換装置１の動作を説明する。
【００１５】
先ず、データ前処理部１１は、ｎビットのビット系列である入力データＸ＝（Ｘ１・・・Ｘｎ）から、（１）式によりｎ次元ベクトルＷ＝（Ｗ１，・・・，Ｗｎ）を生成する。ここで、ｎ＝１０２４・２ｋ−１である（ｋは自然数）。また、Ｘｉ（ｉ＝１，・・・，ｎ）は０又は１である。なお、実際の入力データのビット長がｎの条件を満足しない場合には、０又は１を適切に加えればよい。
【００１６】
【数１】
【００１７】
図２は、ｎ＝１０２４であり、１０２４ビットのビット系列である入力データＸ＝（Ｘ１・・・Ｘ１０２４）から、５１２ビットのビット系列である出力データＸ'＝（Ｘ'１・・・Ｘ'５１２）を生成する場合の例を示している。
【００１８】
図２の例では、データ前処理部１１は、１０２４ビットのビット系列である入力データＸ＝（Ｘ１・・・Ｘ１０２４）から、上記（１）式により１０２４次元ベクトルＷ＝（Ｗ１，・・・，Ｗ１０２４）を生成し、この１０２４次元ベクトルＷを２次元回転処理部１２に出力する（ステップＳ１）。
【００１９】
また、鍵生成部１５は、安全性の保証されている共通鍵暗号方式の鍵スケジュールなどを用いて、３（ｎ／１０２４）・５１２ビットの鍵Ｋ＝（Ｋ１・・Ｋｉ・・Ｋ５１２）を生成する。鍵Ｋは、データ変換時の変換パラメータである。
但し、Ｋｉ＝（θｉ(n/1024)ｓｉ(n/1024)・・・θｉｊｓｉｊ・・・θｉ１ｓｉ１）であり、θｉｊは２ビット、ｓｉｊは１ビット、ｊ＝ｎ／１０２４，・・・，１である。
図２の例ではｎ＝１０２４であるので、１５３６ビットの鍵Ｋ＝（Ｋ１・・Ｋｉ・・Ｋ５１２）、Ｋｉ＝（θｉ１ｓｉ１）が生成される（ステップＳ２）。鍵Ｋは、２次元回転処理部１２および圧縮処理部１３に出力される。なお、生成した鍵Ｋは他者に知られないよう安全に保管する。
【００２０】
次に、２次元回転処理部１２は、先ず、変数ｉ＝１、ｍ＝ｎ（本実施例では１０２４）と、各変数ｎ，ｍにそれぞれ初期値を設定する。次いで、データ前処理部１１から受け取ったｎ次元ベクトルＷ＝（Ｗ１，・・・，Ｗｎ）を基に、（ｍ／１０２４）個の２次元ベクトル（Ｗｉ＋512(2t-2)，Ｗｉ＋512(2t-1)）を生成する。但し、ｔ＝１，・・・，ｍ／１０２４である。
図２の例では、１０２４次元ベクトルＷ＝（Ｗ１，・・・，Ｗ１０２４）から、１個の２次元ベクトル（Ｗｉ，Ｗｉ＋512）が生成される（ステップＳ３）。
【００２１】
次いで、２次元回転処理部１２は、（ｍ／１０２４）個の２次元ベクトル（Ｗｉ＋512(2t-2)，Ｗｉ＋512(2t-1)）を、それぞれ原点を中心として、（２）式が成立する角度だけ２次元回転し、（ｍ／１０２４）個の変換２次元ベクトル（Ｗ'ｉ＋512(2t-2)，Ｗ'ｉ＋512(2t-1)）を得る。
【００２２】
【数２】
【００２３】
上記（２）式が成立する角度は、（３）式で表される。
【００２４】
【数３】
【００２５】
但し、［ａ］１０はａの１０進表現を表す。
【００２６】
【数４】
【００２７】
上記２次元回転処理は、回転行列Ｇにより、（４）、（５）式で表される。
【００２８】
【数５】
【００２９】
なお、上記２次元回転処理では、鍵生成部１５から受け取った鍵Ｋ中のθｉｊを使用する。
【００３０】
図２の例では、上記２次元回転処理により、１個の２次元ベクトル（Ｗｉ，Ｗｉ＋512）から、１個の変換２次元ベクトル（Ｗ'ｉ，Ｗ'ｉ＋512）が得られる（ステップＳ４）。この変換２次元ベクトル（Ｗ'ｉ，Ｗ'ｉ＋512）は圧縮処理部１３に出力される。
【００３１】
次に、圧縮処理部１３は、２次元回転処理部１２から受け取った（ｍ／１０２４）個の変換２次元ベクトル（Ｗ'ｉ＋512(2t-2)，Ｗ'ｉ＋512(2t-1)）を、それぞれ（６）式により、ＷＡｉ＋512(t-1)に変換する。
【００３２】
【数６】
【００３３】
なお、上記圧縮処理では、鍵生成部１５から受け取った鍵Ｋ中のｓｉｊを使用する。
【００３４】
図２の例では、１個の変換２次元ベクトル（Ｗ'ｉ，Ｗ'ｉ＋512）、ｉ＝１がＷＡｉ、ｉ＝１に変換される。このＷＡｉはデータ後処理部１４に出力される。
【００３５】
次いで、ｍ／２が１０２４以上ならば、変数ｍ＝ｍ／２と更新してステップＳ３に戻る（この場合、変数ｉは更新しない）。一方、ｍ／２が１０２４未満の場合、ｉ＋１が５１２以下ならば、変数ｍ＝ｎ、且つ変数ｉ＝ｉ＋１と更新してステップＳ３に戻る。
【００３６】
図２の例では、ｍの初期値が１０２４であり、ｍ／２が常に１０２４未満なので、変数ｉのみの更新（ｉ＝ｉ＋１）となる。これにより、ｉが１から５１２まで、上記した２次元回転処理（ステップＳ４）と圧縮処理（ステップＳ５）が繰り返し行われ、５１２次元ベクトルＷＡ＝（ＷＡ１，・・・，ＷＡ５１２）が生成される。この５１２次元ベクトルＷＡはデータ後処理部１４に入力される。
【００３７】
次いで、データ後処理部１４は、（７）式により、５１２次元ベクトルＷＡを５１２ビットのビット系列である出力データＸ'＝（Ｘ'１・・・Ｘ'５１２）に変換する（ステップＳ６）。
【００３８】
【数７】
【００３９】
上記した本実施形態による２次元回転処理および圧縮処理は、ハミング距離が近いデータ同士は変換後もハミング距離を近くし、逆にハミング距離が遠いデータ同士は変換後もハミング距離を遠くする。これにより、２つのデータ間のハミング距離の差にかかわらず、データ変換前後でハミング距離の変化を小さくすることができる。また、圧縮処理によって、データ変換前後で若干の誤差を与えている。したがって、本実施形態によれば、データ変換前後で、若干の誤差を含みつつもハミング距離は精度よく保存される。また、圧縮処理によりデータ変換前後で若干の誤差が与えられるので、変換後のデータから変換前の元のデータを得ることがより困難となる。
【００４０】
図３は、本実施形態によるデータ変換方法により２つのデータを変換した場合における、データ変換前後の正規化ハミング距離を比較したグラフ図である。データは双方とも２０４８ビットのビット系列である。図３において、横軸がデータ変換前の正規化ハミング距離、縦軸がデータ変換後の正規化ハミング距離である。また、「Reference Line」は、データ変換前後において、２つのデータ間の正規化ハミング距離が完全に一致する場合である。「−0.05 Bias」は、圧縮処理において、ビットが変化しない確率を理想値（０．５）から５％だけ減らした場合である。逆に「＋0.05 Bias」は、圧縮処理において、ビットが変化しない確率を理想値（０．５）から５％だけ増やした場合である。
【００４１】
図３から明らかなように、２つのデータ間のハミング距離の差にかかわらず、データ変換前後の正規化ハミング距離の変化は小さい。また、２つのデータ間の誤差が小さい場合（正規化ハミング距離が０．１〜０．３程度の場合）においても、データ変換後の正規化ハミング距離は元の正規化ハミング距離とほとんど変わらない。このように、本実施形態によれば、上記した従来技術に比して、ハミング距離の保存精度が明らかに向上する。
【００４２】
上述したように本実施形態によれば、比較的小さな誤差を含む２つのデータ間のハミング距離をおおよそ保存しながらデータを変換する際、ハミング距離の保存精度の向上を図ることができる。
【００４３】
なお、本実施形態に係るデータ変換装置１は、専用のハードウェアにより実現されるものであってもよく、あるいはメモリおよびＤＳＰ（デジタルシグナルプロセッサ）などの演算処理装置により構成され、図１に示されるデータ変換装置１の各機能を実現するためのプログラムを実行することによりその機能を実現させるものであってもよい。
【００４４】
なお、上記した実施形態によるデータ変換方法はその一例であって、これに限定するものではない。例えば、以下に示すような各種の変形または組み合わせが可能である。
入力系列ビット長および出力系列ビット長は任意の長さとする。
鍵は、乱数生成アルゴリズムなどの別の手法により取得する。
鍵長は、生成手法に従って別の長さとする。
２次元回転処理は上記実施形態と同程度以上の安全性を有し、ハミング距離を保存するかまたはおおよそ保存する別の処理に変更または追加する。
圧縮処理はハミング距離を上記実施形態と同程度以上の性能をもっておおよそ保存する別の処理に変更または追加する。
【００４５】
次に、本発明に係る生体認証システムの一実施形態を説明する。
本実施形態においては、生体認証システムの具体的な例として、虹彩の特徴によって本人を認証するシステムを挙げて説明する。
【００４６】
図４は、本発明のデータ変換装置１を備えた生体データの測定装置１００の構成を示すブロック図である。図５は、本実施形態に係る認証装置２００の構成を示すブロック図である。本実施形態に係る生体認証システムは、それら測定装置１００及び認証装置２００を具備する。
【００４７】
図４に示す測定装置１００において、撮像部１１０は、カメラを有しており、利用者の目の画像から虹彩画像を取得する。この虹彩画像の取得は、例えば、カメラにより利用者の目を撮像して目の画像を取得する。次いで、その目の画像に対して、画像輝度の変化を利用することにより強膜側境界、瞳孔側境界及び上下瞼側境界を決定して虹彩領域を特定し、虹彩画像のみを切り出す。なお、虹彩画像の取得の際には、生体検知を行い、生きた人間の目から取得された画像であることを保証する。
【００４８】
特徴抽出部１２０は、虹彩画像データ（生体の計測データ）から特徴を抽出して虹彩コード（生体データ）を得る。この特徴抽出は、虹彩特有の身体的特徴量に着目して行われる。例えば、虹彩領域に８つの環状解析ゾーンを割り当て、その環状解析ゾーンを走査して虹彩コードを取得する。
なお、上記した虹彩コードの取得方法としては、例えば、特許第３３０７９３６号公報に記載のものが利用可能である。
【００４９】
データ変換装置１は、上記した本発明に係るデータ変換方法により虹彩コードを変換する。
通信部１３０は、インターネット等の通信ネットワークに接続し、データを送受信する。
【００５０】
図５に示す認証装置２００において、データベース２１０は、利用者の登録データを記憶し、蓄積する。この蓄積される登録データは、上記測定装置１００により測定された登録用の虹彩コードがデータ変換装置１により変換された後の変換データである。また、この登録データには有効期限が設けられる。そして、期限切れの登録データは抹消される。この有効期限は安全性等を考慮して設定される。
【００５１】
類似度演算部２２０は、被認証データと、データベース２１０内の登録データとの類似度を計算する。この被認証データは、上記測定装置１００により測定された認証用の虹彩コードがデータ変換装置１により変換された後の変換データである。
また、類似度演算部２２０が求める類似度は、上記測定装置１００の特徴抽出部１２０において抽出される身体的特徴量の評価に適しているものである。この類似度の演算は、特徴抽出部１２０の特徴抽出方法に対応する所定の方法により行う。本実施形態では、正規化ハミング距離を虹彩認証用の類似度として利用する。なお、上記特徴抽出部１２０及び類似度演算部２２０は、それぞれに組合せ可能な市販の製品を使用することにより実現可能である。また、上記撮像部１１０が組み合わされる場合もある。
【００５２】
認証部２３０は、類似度演算部２２０の計算結果である類似度を判定し、この判定結果に応じて認証する。
通信部２４０は、インターネット等の通信ネットワークに接続し、データを送受信する。
【００５３】
次に、図６〜図９を参照して、本実施形態に係る生体認証システムの動作を説明する。図６、図７は、本実施形態に係る生体認証システムにおけるデータの流れを説明するための図であり、図６は利用者登録時のもの、図７は利用者認証時のものである。図８、図９は、本実施形態に係る生体認証システムにおける処理の流れを示すフローチャートであり、図８は利用者登録時のもの、図９は利用者認証時のものである。
なお、以下の説明においては、虹彩コードはｎビット（Ｘ１・・・Ｘｎ）としてコード化されたものとする。但し、Ｘｉ（ｉ＝１，・・・，ｎ）は、０又は１である。また、上記データ変換装置１の変換によりｎビットの虹彩コードが５１２ビットの変換虹彩コードＸ'＝（Ｘ'１・・・Ｘ'５１２）に変換されるものとする。なお、虹彩コード長ｎは主に２０４８ビット又は４０９６ビットが使用される。
【００５４】
初めに、図６、図８を参照して、利用者登録時の動作を説明する。
先ず、利用者が図６に示されるカメラ１１０ａを使用して目を撮像する。これにより、測定装置１００の撮像部１１０が撮像データから虹彩画像を取得する（ステップＳ１０１）。次いで、特徴抽出部１２０がその虹彩画像データからｎビットの虹彩コードＡ＝（Ａ１・・・Ａｎ）を取得する（ステップＳ１０２）。次いで、データ変換装置１が、変換パラメータとして鍵Ｋを生成する（ステップＳ１０３）。この鍵Ｋは認証時のために保存し、安全に管理する。
【００５５】
次いで、ステップＳ１０４において、データ変換装置１が、鍵Ｋを用いて、上記した本発明に係るデータ変換方法により虹彩コードＡを変換する（ステップＳ１０４）。この変換後の変換虹彩コードをＨＫ（Ａ）＝Ａ’＝（Ａ１’・・・Ａ５１２’）と表す。但し、ＨＫは、本発明に係る鍵Ｋを用いた変換関数を表す。変換虹彩コードＡ’は送信データとなる。
【００５６】
次いで、測定装置１００が送信データＡ’の登録ＩＤを作成し、該ＩＤ及び送信データＡ’を認証装置２００へ送信する（ステップＳ１０５）。また、そのＩＤは認証時のために保存しておく。さらに、測定装置１００は、虹彩コードＡおよび変換虹彩コードＡ’を完全に消去する。
【００５７】
次いで、認証装置２００がＩＤ及び送信データＡ’を受信する（ステップＳ１０５）。次いで、認証装置２００がその受信したＩＤ及び送信データＡ’を関連付けてデータベース２１０に登録する（ステップＳ１０６）。
【００５８】
次に、図７、図９を参照して、利用者認証時の動作を説明する。
先ず、上記した利用者登録時と同様にして、虹彩画像の取得（ステップＳ２０１）、虹彩コードＢ＝（Ｂ１・・・Ｂｎ）の取得（ステップＳ２０２）、変換虹彩コードＢ’＝（Ｂ１’・・・Ｂ５１２’）の計算（ステップＳ２０３）が行われる。この変換虹彩コードＢ’は、今回の被認証データとして認証装置２００に送信される送信データとなる。なお、ステップＳ２０２で使用される変換パラメータとしての鍵Ｋは利用者登録時に保存しておいたものを使用する。
【００５９】
次いで、測定装置１００が送信データＢ’及び利用者登録時に保存したＩＤを認証装置２００へ送信し、認証装置２００により受信される（ステップＳ２０４）。なお、測定装置１００は登録時と同様に虹彩コードＢ、変換虹彩コードＢ’を完全に消去する。
【００６０】
次いで、認証装置２００の類似度演算部２２０が、送信データＢ’と共に測定装置１００から受信されたＩＤに基づいて、データベース２１０から該当する登録データＡ’を取得する（ステップＳ２０５）。また、類似度演算部２２０は、受信した送信データＢ’を被認証データとする。
【００６１】
次いで、類似度演算部２２０が、登録データＡ’と被認証データＢ’との類似度を計算する（ステップＳ２０６）。本実施形態では、（８）式により、登録データＡ’と被認証データＢ’間の正規化ハミング距離ＨＤｐｒｏを計算する。
【００６２】
【数８】
【００６３】
この正規化ハミング距離ＨＤｐｒｏの計算が終了すると、類似度演算部２２０は、類似度計算に使用した登録データＡ’および被認証データＢ’を消去する。
【００６４】
次いで、認証部２３０が、類似度演算部２２０の計算結果である正規化ハミング距離ＨＤｐｒｏと所定の閾値とを比較する（ステップＳ２０７）。この比較の結果、計算結果が閾値以下である場合には利用者本人であると判断する（ステップＳ２０８）。これにより認証成功となる。一方、計算結果が閾値超過である場合には利用者本人ではないと判断する（ステップＳ２０９）。これにより認証失敗となる。
【００６５】
なお、上記ステップＳ２０７で使用される閾値は、統計的に得られた本人拒否率（本人を誤って他人とみなす割合）と他人受け入れ率（他人を誤って本人とみなす割合）とを考慮して管理者により設定される。通常、該閾値は、０．３程度に設定される。
【００６６】
上記した本実施形態に係る生体認証システムによれば、本発明に係るデータ変換装置１を備えて虹彩コードを変換し、この変換虹彩コードを用いて本人の登録および認証を行う。したがって、登録データＡ’の基の虹彩コードＡと被認証データＢ’の基の虹彩コードＢ間のハミング距離は、データ変換後においても、若干の誤差を含みつつも精度よく保存される。これにより、変換虹彩コード（登録データＡ’および被認証データＢ’）に基づいて本人認証を精度よく行うことができる。
【００６７】
さらに、本人の登録および認証には変換虹彩コードを用いるので、利用者の個人情報である虹彩コード自体は秘匿することが可能である。
【００６８】
なお、上記した実施形態による生体認証システムにおいて、測定装置１００と認証装置２００間においてチャレンジレスポンス方式による暗号システムを備えるようにしてもよい。これにより、通信ネットワーク上にて変換虹彩コードを他者に不正入手された場合のリプレイ攻撃を防止することが可能となる。
【００６９】
以上、本発明の実施形態を図面を参照して詳述してきたが、具体的な構成はこの実施形態に限られるものではなく、本発明の要旨を逸脱しない範囲の設計変更等も含まれる。
例えば、本発明に係る生体認証システムは、生体特有の所定の身体的特徴量に基づくことにより、生体の種類によらず、各種の生体認証に適用することができる。例えば、虹彩の他、指紋、掌紋、手形、手の甲等の静脈、顔、声紋、網膜、体臭、ＤＮＡ、筆跡、キーストローク、歩行などの身体的特徴を利用する認証に応用することができる。
【００７０】
また、本発明に係るデータ変換装置およびデータ変換方法は、通信ネットワークを介した画像認証システムなどにも適用することができる。これにより、通信ネットワーク上の雑音・損失等により、認証されるビット系列データに誤差が生じたとしても、例えば２つの画像間の類似度として正規化ハミング距離を利用することにより、類似度判定によって精度よく認証を行うことができる。
【図面の簡単な説明】
【００７１】
【図１】本発明の一実施形態に係るデータ変換装置１の構成を示すブロック図である。
【図２】図１に示すデータ変換装置１の動作手順を説明するためのフロー図である。
【図３】本発明の一実施形態によるデータ変換方法により２つのデータを変換した場合における、データ変換前後の正規化ハミング距離を比較したグラフ図である。
【図４】本発明のデータ変換装置１を備えた生体データの測定装置１００の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明に係る生体認証システムに備わる認証装置２００の構成を示すブロック図である。
【図６】本発明の一実施形態に係る生体認証システムにおける利用者登録時のデータの流れを説明するための図である。
【図７】同実施形態に係る生体認証システムにおける利用者認証時のデータの流れを説明するための図である。
【図８】同実施形態に係る生体認証システムにおける利用者登録時の処理の流れを示すフローチャートである。
【図９】同実施形態に係る生体認証システムにおける利用者認証時の処理の流れを示すフローチャートである。
【図１０】従来のデータ変換方法により２つのデータを変換した場合における、データ変換前後の正規化ハミング距離を比較したグラフ図である。
【符号の説明】
【００７２】
１…データ変換装置、１１…データ前処理部、１２…２次元回転処理部、１３…圧縮処理部、１４…データ後処理部、１５…鍵生成部、１００…虹彩コード（生体データ）の測定装置、１１０…撮像部（生体の計測手段）、１２０…特徴抽出部、１３０，２４０…通信部、２００…認証装置、２１０…データベース、２２０…類似度演算部、２３０…認証部。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
データ変換時の変換パラメータとなる鍵を生成する鍵生成手段と、
ビット系列である入力データをベクトルに変換するベクトル化手段と、
前記入力データがベクトル化されたベクトル中の２個の要素からなる２次元ベクトルを、前記鍵に基づき２次元回転させる回転処理手段と、
前記回転された変換２次元ベクトルを、前記鍵に基づき１次元化する圧縮処理手段と、
前記１次元化された要素の集合から成るベクトルをビット系列化して出力データを生成するビット系列化手段と、
を備えたことを特徴とするデータ変換装置。
【請求項２】
データ変換時の変換パラメータとなる鍵を生成する過程と、
ビット系列である入力データをベクトルに変換する過程と、
前記入力データがベクトル化されたベクトル中の２個の要素からなる２次元ベクトルを、前記鍵に基づき２次元回転させる過程と、
前記回転された変換２次元ベクトルを、前記鍵に基づき１次元化する過程と、
前記１次元化された要素の集合から成るベクトルをビット系列化して出力データを生成する過程と、
を含むことを特徴とするデータ変換方法。
【請求項３】
生体データの測定装置と、前記測定装置により測定された生体データに基づいて認証する認証装置とを具備する生体認証システムにおいて、
前記測定装置は、測定した生体データを変換する請求項１記載のデータ変換装置を備え、
前記認証装置は、
前記測定された生体データが前記データ変換装置により変換された登録データを記憶する記憶手段と、
前記測定された生体データが前記データ変換装置により変換された被認証データと、前記登録データとの正規化ハミング距離を計算する演算手段と、
前記正規化ハミング距離を判定し、この判定結果に応じて認証する認証手段とを備えた、
ことを特徴とする生体認証システム。
【請求項１】
データ変換時の変換パラメータとなる鍵を生成する鍵生成手段と、
ビット系列である入力データをベクトルに変換するベクトル化手段と、
前記入力データがベクトル化されたベクトル中の２個の要素からなる２次元ベクトルを、前記鍵に基づき２次元回転させる回転処理手段と、
前記回転された変換２次元ベクトルを、前記鍵に基づき１次元化する圧縮処理手段と、
前記１次元化された要素の集合から成るベクトルをビット系列化して出力データを生成するビット系列化手段と、
を備えたことを特徴とするデータ変換装置。
【請求項２】
データ変換時の変換パラメータとなる鍵を生成する過程と、
ビット系列である入力データをベクトルに変換する過程と、
前記入力データがベクトル化されたベクトル中の２個の要素からなる２次元ベクトルを、前記鍵に基づき２次元回転させる過程と、
前記回転された変換２次元ベクトルを、前記鍵に基づき１次元化する過程と、
前記１次元化された要素の集合から成るベクトルをビット系列化して出力データを生成する過程と、
を含むことを特徴とするデータ変換方法。
【請求項３】
生体データの測定装置と、前記測定装置により測定された生体データに基づいて認証する認証装置とを具備する生体認証システムにおいて、
前記測定装置は、測定した生体データを変換する請求項１記載のデータ変換装置を備え、
前記認証装置は、
前記測定された生体データが前記データ変換装置により変換された登録データを記憶する記憶手段と、
前記測定された生体データが前記データ変換装置により変換された被認証データと、前記登録データとの正規化ハミング距離を計算する演算手段と、
前記正規化ハミング距離を判定し、この判定結果に応じて認証する認証手段とを備えた、
ことを特徴とする生体認証システム。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００６−２４０９５（Ｐ２００６−２４０９５Ａ）
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００４−２０３１６７（Ｐ２００４−２０３１６７）
【出願日】平成１６年７月９日（２００４．７．９）
【出願人】（０００２０８８９１）ＫＤＤＩ株式会社 (2,700)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成１８年１月２６日（２００６．１．２６）
【国際特許分類】
【出願日】平成１６年７月９日（２００４．７．９）
【出願人】（０００２０８８９１）ＫＤＤＩ株式会社 (2,700)
【Ｆターム（参考）】
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