認証装置
【課題】なりすましを防ぎ本人認証を比較的高いセキュリティ強度で行える認証装置を実現する。
【解決手段】 ユーザＩＤと無作為的に入力される乱打データの入力を受ける入力手段と、前記乱打データに基づき特徴ベクトルを抽出する特徴抽出管理手段と、照合用の前記特徴ベクトルを前記ユーザＩＤごとに関連付けて記憶する記憶手段と、前記ユーザＩＤとともに新規に入力される乱打データの特徴ベクトルと前記記憶手段に記憶されている該ユーザＩＤの照合用の特徴ベクトルを比較して、認証が成功したか否かを判定する乱打データ認証を行う認証手段と、を備えることを特徴とする。
【解決手段】 ユーザＩＤと無作為的に入力される乱打データの入力を受ける入力手段と、前記乱打データに基づき特徴ベクトルを抽出する特徴抽出管理手段と、照合用の前記特徴ベクトルを前記ユーザＩＤごとに関連付けて記憶する記憶手段と、前記ユーザＩＤとともに新規に入力される乱打データの特徴ベクトルと前記記憶手段に記憶されている該ユーザＩＤの照合用の特徴ベクトルを比較して、認証が成功したか否かを判定する乱打データ認証を行う認証手段と、を備えることを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キーボード入力によりユーザ認証を行う認証装置に関し、特に、キーボードを介して無作為にデータ（乱打データ）を入力する時の特徴ベクトルを用いたユーザ認証の実現に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータやＡＴＭ（Automated Teller Machine）などの情報端末装置または認証装置においては、ユーザＩＤ（Identification）とパスワードを用いたユーザの本人認証が行われている。従来の認証装置は、ユーザ登録時にユーザＩＤ、パスワードの組を登録しておき、ユーザ認証時にユーザＩＤ、パスワードの組を照合することにより本人確認を行なっている。
【０００３】
このような認証装置に関連する先行技術文献として、下記の特許文献１がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−０９９８０１号公報
【０００５】
図４は従来の認証装置の構成例を示す構成図であり、図４において、認証装置１は、主に入力手段１１と、各部・各機能を制御し認証装置全体の動作を制御するＣＰＵなどの演算制御部１２と、ユーザＩＤおよびパスワードなどの認証情報およびＯＳ（Operating System）、認証装置を動作させるためのプログラム等を記憶する記憶手段１３と、モニタ１４を有する。モニタ１４は表示部で、例えばＣＲＴ、ＬＣＤ等である。
【０００６】
入力手段１１は、たとえば、キーボード、マウス等であり、制御部１２を操作する。
【０００７】
演算制御部１２は、入力手段１１、記憶手段１３、モニタ１４と接続し、認証情報登録手段１２Ａ、認証手段１２Ｂ、画像手段１２Ｃを有する。画像手段１２Ｃは認証情報を登録するための登録画面・認証時にユーザＩＤおよびパスワードを入力させるための認証画面・認証成功時の成功画面・認証失敗時のエラー画面をモニタ１４に表示する。
【０００８】
認証情報登録手段１２Ａは、入力手段１１を介して登録画面に入力されたユーザＩＤ・パスワードなどの認証情報を記憶手段１３に記憶する。
【０００９】
認証手段１２Ｂは、入力手段１１を介し認証画面に入力されたユーザＩＤ・パスワードと、記憶手段３に記憶されている認証情報（ユーザＩＤ・パスワード）とを比較して、これらが一致すれば認証成功（完了）と判断し画像手段２３に成功画面をモニタ１４に表示させ、一致しなければ認証失敗と判断し画像手段１２Ｃにエラー画面をモニタ１４に表示させる。
【００１０】
このような構成において、従来の認証装置は以下の動作を行う。図５は、従来の認証装置の動作フロー図であり、（Ａ）は認証情報登録時の動作フロー図、（Ｂ）認証時の動作フロー図である。
【００１１】
図５（Ａ）のステップＳＰ１０１において、ユーザは画像手段１２Ｃが表示する入力画面に、キーボードなどの入力手段１１を介してユーザＩＤ／パスワードなどの認証情報を入力する。
【００１２】
ステップＳＰ１０２において、認証装置は入力手段１１を介して入力されたユーザＩＤ／パスワードなどの認証情報を記憶手段１３のデータベースなどに記憶する(登録完了)。これにより認証情報の登録が完了する。
【００１３】
図５（Ｂ）のステップＳＰ２０１において、ユーザは画像手段１２Ｃが表示する認証画面に、キーボードなどの入力手段１１を介してユーザＩＤ／パスワードなどの認証情報を入力する。このときユーザは記憶しているパスワードに基づき、パスワードの文字列の１文字目から順にキーボードの該当キーを選択的に押圧して入力する。
【００１４】
ステップＳＰ２０２において、認証装置１の認証手段１２Ｂは、入力されたユーザＩＤおよびパスワードと、記憶手段１３のデータベースに格納されている認証情報（ユーザＩＤおよびパスワード）と比較・照合する。
【００１５】
認証手段１２Ｂは、ステップＳＰ１０２の比較照合の結果、一致（合致）した場合には認証が成功したものと判断して画像手段１２Ｃに成功画面を表示させ、当該ユーザのアクセスを許可する（ステップＳＰ１０３）。
【００１６】
一方、認証手段１２Ｂは、ステップＳＰ１０２の比較照合の結果、一致（合致）しない場合には、認証は失敗したものと判断して画像手段１２Ｃにエラー画面を表示させ、当該ユーザのアクセスを拒否する（ステップＳＰ１０４）。
【００１７】
このように、従来の認証装置は、ユーザＩＤとパスワードを用いてユーザの本人認証が行い、アクセスの許可／拒否を判定することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、従来の認証装置では、認証に利用しているパスワードはセキュリティ上、長く乱雑な文字列が用いられるべきであるが、このような長く乱雑な文字列はユーザが失念しやすいという問題点があった。なおパスワードの失念は、可用性を低下させる原因となる。
【００１９】
また従来の認証装置は、上述の通りパスワードには長く乱雑な文字列が用いられるべきであるが、このような長く乱雑な文字列を正確に入力するには手間がかかり、認証装置全体の可用性を低下させてしまうという問題点があった。
【００２０】
また、従来の認証装置は、パスワードとして短く単純な文字列が用いられると、第三者によってパスワードが類推されてしまう恐れや辞書攻撃等で簡単に類推されてしまうという問題点があった。
【００２１】
また、従来の認証装置は、パスワードが単純であると、パスワードが類推されることにより、第三者がアクセス権を有する者になりすますことが可能となってしまい、セキュリティ上の問題が発生するという問題点があった。
【００２２】
また、従来の認証装置は、ユーザによるパスワード入力の入力手段への操作や入力画面を第三者にのぞき見られることがあり、パスワードが漏洩する恐れがあるという問題点があった。
【００２３】
また、従来の認証装置は、パスワードの貸し借りが容易にできることから、真のユーザではない者がそのユーザＩＤ／パスワードを用いてアクセス許可されてしまい、セキュリティ上好ましくない、という問題点があった。
【００２４】
本発明は上述の問題点を解決するものであり、その目的は、なりすましを防ぎ本人認証を比較的高いセキュリティ強度で行える認証装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
ユーザＩＤと無作為的に入力される乱打データの入力を受ける入力手段と、
前記乱打データに基づき特徴ベクトルを抽出する特徴抽出管理手段と、
照合用の前記特徴ベクトルを前記ユーザＩＤごとに関連付けて記憶する記憶手段と、
前記ユーザＩＤとともに新規に入力される乱打データの特徴ベクトルと前記記憶手段に記憶されている該ユーザＩＤの照合用の特徴ベクトルを比較して、認証が成功したか否かを判定する乱打データ認証を行う認証手段と、
を備えることを特徴とする認証装置である。
【００２６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の認証装置において
前記認証手段は、
ユーザＩＤとともに新規入力される前記乱打データの特徴ベクトルと該ユーザＩＤの前記照合用の特徴ベクトルとのマハラノビス距離が前記記憶手段に記憶されている他のユーザＩＤの照合用の特徴ベクトルと比較して最小の距離であり、かつ、予め定められた距離の範囲内であれば認証が成功したものと判定する乱打データ認証を行うことを特徴とする。
【００２７】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の認証装置において
前記特徴抽出管理手段は、
前記乱打データ認証を行い認証に成功すると、前記入力手段を介して入力された最新の前記乱打データの特徴ベクトルを前記照合用の特徴ベクトルとして前記記憶手段に上書き保存することを特徴とする。
【００２８】
請求項４記載の発明は、請求項１〜請求項３いずれかに記載の認証装置において、
前記特徴抽出管理手段は、
ユーザ情報登録時に前記乱打データ認証を行い３回連続して成功すると、前記入力手段を介して入力された最新の前記乱打データの特徴ベクトルを前記照合用の特徴ベクトルとして前記記憶手段に記憶することを特徴とする。
【００２９】
請求項５記載の発明は、請求項２〜請求項４いずれかに記載の認証装置において、
前記記憶手段は、前記乱打データの特徴ベクトルと前記照合用の特徴ベクトルのマハラノビス距離に基づき認証の成功可否を判定するための上限閾値および下限閾値を記憶し、
前記特徴抽出管理手段は、
前記乱打データ認証時に、前記マハラノビス距離が前記記憶手段に記憶されている他のユーザＩＤの照合用の特徴ベクトルと比較して最小の距離であり、かつ、前記下限閾値以上上限閾値未満であれば認証が成功したものと判定することを特徴とする。
【００３０】
請求項６記載の発明は、請求項２〜請求項５いずれかに記載の認証装置において、
前記特徴抽出管理手段は、
前記乱打データ認証し認証に成功すると、
前記入力手段を介して入力された最新の前記乱打データの特徴ベクトルと他の特徴ベクトルとのマハラノビス距離が前記上限閾値と比べて比較的大きい場合は、前記上限閾値を小さくすることを特徴とする。
【００３１】
請求項７記載の発明は、請求項１〜請求項６いずれかに記載の認証装置において、
前記特徴抽出管理手段は、
前記乱打データの入力にかかる入力時間を測定して前記記憶手段に記憶し、
前記乱打データおよび前記入力時間に基づき、ｎ（ｎは自然数）連接文字の出現確率および前記ｎ連接文字の入力時間からなる前記特徴ベクトルを抽出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る認証装置によれば、ユーザＩＤとともに新規に入力される乱打データの特徴ベクトルと記憶手段に記憶されている該ユーザＩＤの照合用の特徴ベクトルを比較して、認証が成功したか否かを判定する乱打データ認証を行うことにより、なりすましを防ぎ本人認証を高いセキュリティ強度で行うことができる。
【００３３】
また、本発明に係る認証装置によれば、長く乱雑なパスワードを記憶する必要がないので可用性が従来よりも向上し、パスワードの辞書攻撃等による類推や第三者の覗き見によるパスワード漏洩などによる、なりすましを防ぐことができる。
【００３４】
また本発明に係る認証装置によれば、パスワード入力時の正確さを要求されないため、入力時のユーザの精神的作業負荷を従来よりも軽減できる。
【００３５】
また、本発明に係る認証装置によれば、パスワードの貸し借りが困難であるため、アクセス許可を持たない権限無き第三者が、アクセス許可されることもなくなり、セキュリティ強度が増すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図１は本発明に係る認証装置の一実施例を示す構成図であり、図４などと共通する部分には同一の符号を付けて適宜説明を省略する。図１と図４との相違点は、図１では演算制御部１２がキーボードなどの入力手段１１により所定の文字数だけ無作為的にキー入力されて得られる入力データ（以下、乱打データという）に基づき、乱打データが有する各ユーザ固有のキー入力の癖にあたる「特徴情報（特徴ベクトル）」を抽出する特徴抽出管理手段１２Ｄを備える点、この特徴情報と認証時に入力された乱打データとを比較・照合して本人認証を行う認証手段１２Ｅを備える点などである。
【００３７】
図１は本発明に係る認証装置の構成例を示す構成図であり、図１において、認証装置１は、主に入力手段１１と、各部・各機能を制御し認証装置全体の動作を制御するＣＰＵなどの演算制御部１２と、特徴情報（特徴ベクトル）およびＯＳ（Operating System）、認証装置を動作させるためのプログラム等を記憶する記憶手段１３と、モニタ１４を有する。モニタ１４は表示部で、例えばＣＲＴ、ＬＣＤ等である。
【００３８】
入力手段１１は、たとえば、キーボード、マウス等であり、制御部１２を操作する。
【００３９】
演算制御部１２は、入力手段１１、記憶手段１３、モニタ１４と接続し、認証情報登録手段１２Ａ、画像手段１２Ｃ、特徴抽出管理手段１２Ｄ、認証手段１２Ｅを有する。画像手段１２Ｃは認証情報を登録するための認証情報登録画面・認証時にユーザＩＤおよび乱打データを入力させるための認証画面・認証成功時の成功画面・認証失敗時のエラー画面をモニタ１４に表示する。
【００４０】
特徴抽出管理手段１２Ｄは、入力手段１１を介して登録画面に入力されたユーザＩＤと乱打データにより抽出された特徴情報とを関連づけて記憶手段１３に記憶する。
【００４１】
認証手段１２Ｅは、入力手段１１を介し認証時に認証画面に入力されたユーザＩＤ・乱打データの特徴情報と、記憶手段１３に記憶されているユーザＩＤおよび特徴情報とを比較して、認証成功（完了）と判断されれば画像手段１２Ｃに成功画面をモニタ１４に表示させ、認証失敗と判断されれば画像手段１２Ｃにエラー画面をモニタ１４に表示させる。
【００４２】
なお記憶手段１３は、認証用のユーザＩＤおよび乱打データの入力用領域が設けられている画像手段１２Ｃにより表示される認証情報登録画面および認証画面、認証成功時に画像手段１２Ｃにより表示される成功画面および認証失敗時に画像手段１２Ｃにより表示されるエラー画面を記憶する。
【００４３】
このような構成において、本発明の認証装置は以下の動作を行う。図２は本発明の認証装置の認証情報登録時の動作フロー図である。
【００４４】
図２のステップＳＰ３０１において、ユーザは画像手段１２Ｃが表示する認証情報登録画面上のユーザＩＤの入力領域に、キーボードなどの入力手段１１を介してユーザＩＤを入力するとともに、認証情報登録画面上の乱打データの入力領域にあらかじめ定められた文字数だけ無作為的にキー入力する（なお画面上には乱打データは表示されないものでもよい）。いいかえれば入力手段１１を介してユーザＩＤおよび乱打データが入力される。
【００４５】
このとき特徴抽出管理手段１２Ｄは、乱打データの各文字に対応するキーが押下されたキー入力時刻を記憶手段１３に記憶する。
【００４６】
ここで乱打データとは、指定の文字数だけユーザが所定の文字列を入力しようという意図や先入観を持たず、ユーザの思うがままに（無作為的に）入力される、意味の無い文字列または脈絡の無い文字列をいう。つまり乱打データは、入力される度に（各ユーザの入力の特徴を有するものの）異なるデータが入力される。
【００４７】
ステップＳＰ３０２において、認証装置１の認証情報登録手段１２Ａは、入力されたユーザＩＤと乱打データを記憶手段１３に記憶する。
【００４８】
ステップＳＰ３０３において、認証装置１の特徴抽出管理手段１２Ｄは、入力手段１１を介して入力された乱打データに基づき特徴ベクトルを抽出する。
【００４９】
ここで特徴抽出管理手段１２Ｄが特徴ベクトルを抽出する動作を説明する。特徴抽出管理手段１２Ｄは、主に乱打データのうち、ｎ（ｎは自然数）連接文字の出現確率およびｎ連接文字の入力時間に基づき特徴ベクトルを算出する。
【００５０】
具体的には以下の通りである。特徴抽出管理手段１２Ｄは、記憶手段１３に記憶されている乱打データを解析してｎ（ｎは自然数）連接文字を抽出する。また特徴抽出管理手段１２Ｄは、抽出された各ｎ連接文字の出現回数を乱打データの文字数で除算してｎ（ｎは自然数）連接文字の出現確率を算出する。
【００５１】
また特徴抽出管理手段１２Ｄは、記憶手段１３に記憶されているキー入力時刻に基づき、ｎ連接文字の入力時間を算出する。入力時間とは、ｎ連接文字の最初の文字に対応するキーが押下されて（makeして）から最後の文字に対応するキーが押下し離される（brakeする）までの時間である。
【００５２】
特徴抽出管理手段１２Ｄは、これらのｎ連接文字の出現確率、ｎ連接文字の入力時間を該ユーザＩＤおよび乱打データに関連付けて記憶手段１３に記憶する。
【００５３】
特徴抽出管理手段１２Ｄは、これらの特徴値（ｎ連接文字の出現確率、ｎ連接文字の入力時間）を要素に持つベクトルを作成し、これを特徴ベクトルとする。
【００５４】
ｎ連接文字の出現確率およびｎ連接文字の入力時間を用いた特徴ベクトルの例を以下に示す。なお、認証装置が入力時間を測定できない入力手段を用いている場合には、入力時間特徴を使わずに認証処理を行なうものでもよい。
（Ａ）１連接文字の出現確率と入力時間例
"a" の出現確率, 入力時間
"b" の出現確率, 入力時間
・・・
"z" の出現確率, 入力時間
（Ｂ）２連接文字の出現確率と入力時間例
"aa" の出現確率, 入力時間
"ab" の出現確率, 入力時間
・・・
"zz" の出現確率, 入力時間
（Ｃ）３連接文字の出現確率と入力時間例
"aaa" の出現確率, 入力時間
"aab" の出現確率, 入力時間
・・・
"zzz" の出現確率, 入力時間
【００５５】
ステップＳＰ３０４において、認証装置１の特徴抽出管理手段１２Ｄは、抽出した特徴からユーザ認証に有用なものを抽出し記憶手段１３に一時保存する。いいかえれば、特徴抽出管理手段１２ｄは有用でない特徴ベクトルを取り除き、有用な特徴を選別し記憶手段に記憶する。具体的には、以下の手法がある。
（イ）特徴抽出管理手段１２Ｄは、ある特徴の出現回数が一定数に満たない場合、その出現確率と入力時間をゼロ（０）とする。すなわち、特徴ベクトルとして取り扱わない。
（ロ）特徴抽出管理手段１２Ｄは、ある特徴の出現確率が一定以下の場合、その出現確率と入力時間をゼロ（０）とする。すなわち、特徴ベクトルとして取り扱わない。
（ハ）特徴抽出管理手段１２Ｄは、ある特徴の出現確率が一定以上の場合、その出現確率と入力時間をゼロ（０）とする。すなわち、特徴ベクトルとして取り扱わない。
（ニ）特徴抽出管理手段１２Ｄは、ある特徴に対応する入力時間が一定以上の場合、その出現確率と入力時間をゼロ（０）とする。すなわち、特徴ベクトルとして取り扱わない。
【００５６】
ステップＳＰ３０５において、認証装置１の特徴抽出管理手段１２Ｄは、入力されたユーザＩＤに関連付けて特徴ベクトルを記憶手段１３の特徴データベースに一時保存する。
【００５７】
以下、ステップＳＰ３０６〜ステップＳＰ３１１の動作は連続して３回認証に成功または失敗するまで繰り返し行う。
【００５８】
ステップＳＰ３０６において、ユーザは画像手段１２Ｃが表示する入力画面に、キーボードなどの入力手段１１を介してユーザＩＤを入力するとともに、所定の文字数だけ無作為的にキー入力する。いいかえれば、入力手段１１を介してユーザＩＤおよび乱打データが入力される。
【００５９】
ステップＳＰ３０７において、認証装置１の認証情報登録手段１２Ａは、入力されたユーザＩＤと乱打データを記憶手段１３に記憶する。
【００６０】
ステップＳＰ３０８において、認証装置１の特徴抽出管理手段１２Ｄは、入力手段１１を介して入力された乱打データに基づき、ステップＳＰ３０３で示した動作と同様に特徴情報を抽出して、特徴情報をユーザＩＤと関連付けて記憶手段１３の特徴情報データベースに一時保存させる。
【００６１】
ステップＳＰ３０９において、認証装置１の特徴抽出管理手段１２Ｄは、抽出した特徴からユーザ認証に有用なものを抽出し記憶手段１３に一時保存する。いいかえれば、特徴抽出管理手段１２ｄは有用でない特徴ベクトルを取り除き、有用な特徴を選別する。
【００６２】
ステップＳＰ３１０において、認証装置１の特徴抽出管理手段１２Ｄは、特徴ベクトルを比較し、認証可否を判定する。図４は特徴抽出管理手段１２Ｄが特徴ベクトルに基づき認証可否判断を行う説明図である。
【００６３】
図４において、具体的には、特徴抽出管理手段１２Ｄは、ステップＳＰ３０９で選別された特徴ベクトルと、ステップＳＰ３０８で入力されたユーザＩＤと同じユーザＩＤに関連付けられて記憶手段１３の特徴データベースに格納されている特徴ベクトルとの間の距離を算出し、当該ユーザの特徴ベクトルに最も近く、かつ、その距離が上限閾値未満かつ下限閾値以上であれば認証が成功したと判断し、ステップＳＰ３１１に移行する。それ以外の場合は認証が失敗したと判断し、ステップＳＰ３０６に移行する。なお、上限閾値の初期値と下限閾値の初期値は、認証装置が設置されるシステムに応じた適正値をあらかじめ設定され、記憶手段に記憶される。
【００６４】
特徴抽出管理手段１２Ｄは、たとえば図３のように、ユーザＡによる新規に入力された乱打データの特徴ベクトルと既に特徴データベースに格納されているユーザＡの特徴ベクトルの距離が、新規に入力された乱打データの特徴ベクトルと他のユーザの特徴ベクトルとの距離と比較して最も近い場合は、その距離があらかじめ定められた上限閾値未満かつ下限閾値以上であればユーザＡの認証が成功したと判断する。
【００６５】
すなわち、この場合には同程度の特徴ベクトルを有するものとして判定されユーザ認証が成功したと判断されることになる。
【００６６】
なお、ユーザＡによる新規に入力された乱打データの特徴ベクトルと既に特徴データベースに格納されているユーザＡの特徴ベクトルの距離が上限閾値未満かつ下限閾値以上である場合にユーザ認証成功と判断する、としたのは認証精度を高めるためである。
【００６７】
このため、本発明に係る認証装置は、入力された乱打データの特徴ベクトルが他のユーザとの特徴ベクトルとの距離と比べて当該ユーザＩＤの特徴ベクトルとの距離が最も近く、かつ、距離の絶対値が閾値と比較して小さい場合のみ認証成功と判断することにより、比較的精度が高い認証を提供することができる。
【００６８】
また特徴抽出管理手段１２Ｄは、たとえば上述の特徴ベクトル間の距離の算出に、適切な尤度関数(たとえばマハラノビス距離)を用いて算出する。なお、上限閾値の初期値と下限閾値の初期値は、認証装置が設置されるシステムに応じた適正値をあらかじめ設定され、記憶手段に記憶される。
【００６９】
ステップＳＰ３１１において、認証装置１の特徴抽出管理手段１２Ｄは、成功した旨を記憶手段１３の判定結果記憶領域に記憶し、ステップＳＰ３０８で入力されたユーザＩＤに関連付けて特徴ベクトルを記憶手段１３の特徴データベースに記憶する。
【００７０】
認証装置１は、上述のステップＳＰ３０６〜ステップＳＰ３１１の動作をステップＳＰ３１０の判定が連続して３回認証に成功または失敗するまで繰り返し行う。連続して３回認証に成功または失敗するとステップＳＰ３１２に移行する。
【００７１】
ステップＳＰ３１２において、特徴抽出管理手段１２Ｄは、記憶手段１３の判定結果記憶領域を参照して、連続して３回認証に成功したか否かを判定する。連続して３回認証に成功した場合にはステップＳＰ３１３に移行し、連続して３回成功しない場合にはステップＳＰ３１５に移行する。
【００７２】
なお特徴抽出管理手段１２Ｄは、連続して３回認証に成功したか否かを判定するとしているが、特にこれに限定されるものではなく、連続して複数回数認証に成功したか否かを判定するものでもよい。これによりユーザ認証の精度が向上する効果がある。
【００７３】
ステップＳＰ３１３において、認証装置１の特徴抽出管理手段１２Ｄは、ユーザ登録が成功したと判断した場合には、ユーザ登録が成功したと判断し、ＳＰ３０１で入力された特徴ベクトルを照合用の特徴ベクトルとして記憶手段１３の特徴データベースに登録（記憶）する。
【００７４】
ステップＳＰ３１４において、特徴抽出管理手段１２Ｄは、上限閾値および下限閾値を更新し記憶部に記憶する。
【００７５】
具体的には、特徴抽出管理手段１２Ｄは、新規ユーザの特徴ベクトルと既存の各ユーザの特徴ベクトルとの距離(たとえばマハラノビス距離)を算出し最小距離を求め、ステップＳＰ３１０の認証に用いる上限閾値の値が、最小距離と比べて比較的小さくない場合には、閾値を小さな値に更新する。また特徴抽出管理手段１２Ｄは、下限閾値の値が最小距離に対して十分に小さくない場合には下限閾値を小さな値に更新する。
【００７６】
図５は、特徴抽出管理手段１２Ｄが上限閾値および下限閾値を更新する説明図である。図４において、特徴抽出管理手段１２Ｄは、新規ユーザＡの特徴ベクトルと既存のユーザＢの特徴ベクトルとの距離である最小距離を算出し、認証に用いる上限閾値の値が、ユーザＢの特徴ベクトルとの距離（最小距離）と比べて比較的小さくない(たとえば最小距離の1/2よりも大きい)場合には、閾値を小さな値(たとえば最小距離の1/2)に更新する。また特徴抽出管理手段１２Ｄは、下限閾値の値がユーザＢの特徴ベクトルとの距離（最小距離）に対して十分に小さくない(たとえば最小距離の1/10よりも大きい)場合には下限閾値を小さな値(たとえば最小距離の1/10)に更新する。このように上下の閾値を更新することによりユーザ認証の精度が向上しセキュリティ強度が増すという効果がある。
【００７７】
一方ステップＳＰ３１５において、特徴抽出管理手段１２Ｄは、記憶手段１３の判定結果記憶領域を参照して、連続して３回認証に失敗したか否かを判定する。連続して３回認証に失敗した場合にはユーザ登録の処理を終了し、連続して３回認証に失敗していない場合はステップ３０６に移行する。
【００７８】
なお特徴抽出管理手段１２Ｄは、連続して３回認証に失敗したか否かを判定するとしているが、特にこれに限定されるものではなく、連続して複数回数認証に失敗したか否かを判定するものでもよい。
【００７９】
ステップＳＰ３１７において、画像手段１２Ｃは、特徴抽出管理手段１２Ｄがユーザ登録を３回連続して失敗したと判断した場合、ユーザにキーの打ち方やリズムを変えることを指示するエラー画面を表示し、ユーザに再登録を促す。
【００８０】
このように、本発明に係る認証装置は、乱打データの特徴値を抽出することにより、ユーザ認証のためのユーザＩＤおよび乱打データの特徴ベクトルからなる認証情報を登録することができる。
【００８１】
図３は本発明の認証装置の認証時の動作フロー図である。図３のステップＳＰ４０１において、ユーザは画像手段１２Ｃが表示する認証画面に、キーボードなどの入力手段１１を介してユーザＩＤを入力するとともに、あらかじめ定められた文字数だけ無作為的にキー入力する。つまり入力手段１１を介してユーザＩＤおよび乱打データが入力される。
【００８２】
このとき特徴抽出管理手段１２Ｄは、乱打データの各文字に対応するキーが押下されたキー入力時刻を記憶手段１３に記憶する。
【００８３】
ステップＳＰ４０２において、特徴抽出管理手段１２Ｄは、入力されたユーザＩＤと乱打データを記憶手段１３に記憶する。
【００８４】
ステップＳＰ４０３において、特徴抽出管理手段１２Ｄは、入力手段１１を介して入力された乱打データに基づいて、ステップＳＰ３０３で説明した動作と同様にｎ（ｎは自然数）連接文字の出現確率およびｎ連接文字の入力時間から特徴ベクトルを算出し、ユーザＩＤと関連付けて記憶手段１３の特徴情報データベースに一時保存する。
【００８５】
ステップＳＰ４０４において、特徴抽出管理手段１２Ｄは、抽出した特徴ベクトルからユーザ認証に有用なものを抽出し記憶手段１３に記憶する。いいかえれば、特徴抽出管理手段１２ｄは有用でない特徴ベクトルを取り除き、有用な特徴を選別する。
【００８６】
ステップＳＰ４０５において、認証手段１２Ｅは、記憶手段１３に記憶されている照合用の特徴ベクトルおよびステップＳＰ４０１で入力される乱打データに基づいて、ユーザ認証を行う。ユーザ認証が成功した場合はＳＰ４０６に移行し、失敗した場合ＳＰ４０８に移行する。
【００８７】
具体的には、特徴抽出管理手段１２Ｄは、ステップＳＰ４０４で選別された特徴ベクトルと、ステップＳＰ４０１で入力されたユーザＩＤと同じユーザＩＤに関連付けられて記憶手段１３の特徴データベースに格納されている特徴ベクトルとの間の距離を算出し、当該ユーザの特徴ベクトルに最も近く、かつ、その距離が上限閾値未満かつ下限閾値以上であれば認証が成功したと判断し、ステップＳＰ４０６に移行する。それ以外の場合は認証が失敗したと判断し、ステップＳＰ４０８に移行する。なお、上限閾値の初期値と下限閾値の初期値は、認証装置が設置されるシステムに応じた適正値をあらかじめ設定され、記憶手段に記憶される。
【００８８】
ステップＳＰ４０６において、認証装置１の認証手段１２Ｅは、ステップＳＰ４０３で入力された新規ユーザの特徴ベクトルを照合用の特徴ベクトルとして記憶手段１３の特徴データベースに上書きして登録する。
【００８９】
ステップＳＰ４０７において、特徴抽出管理手段１２Ｄは、新規ユーザの特徴ベクトルと既存の各ユーザの特徴ベクトルとの距離(たとえばマハラノビス距離)を算出し最小距離を求め、ステップＳＰ３１０の認証に用いる上限閾値の値が、最小距離と比べて比較的小さくない(たとえば最小距離の1/2よりも大きい)場合には、閾値を小さな値(たとえば最小距離の1/2)に更新する。また特徴抽出管理手段１２Ｄは、下限閾値の値が最小距離に対して十分に小さくない(たとえば最小距離の1/10よりも大きい)場合には下限閾値を小さな値(たとえば最小距離の1/10)に更新する。
【００９０】
ステップＳＰ４０８において、画像手段１２Ｃは、認証手段１２Ｅがユーザ認証に失敗したと判断した場合、認証に失敗した旨を表示するエラー画面を表示し、ステップＳＰ４０１に移行する。
【００９１】
この結果、ユーザＩＤとともに新規に入力される乱打データの特徴ベクトルと記憶手段に記憶されている該ユーザＩＤの照合用の特徴ベクトルを比較して、認証が成功したか否かを判定する乱打データ認証を行うことにより、なりすましを防ぎ本人認証を高いセキュリティ強度で行うことができる。
【００９２】
また、本発明に係る認証装置によれば、長く乱雑なパスワードを記憶する必要がないので可用性が従来よりも向上し、パスワードの辞書攻撃等による類推や第三者の覗き見によるパスワード漏洩などによる、なりすましを防ぐことができる。
【００９３】
また本発明に係る認証装置によれば、パスワード入力時の正確さを要求されないため、入力時のユーザの精神的作業負荷を従来よりも軽減できる。
【００９４】
また、本発明に係る認証装置によれば、パスワードの貸し借りが困難であるため、アクセス許可を持たない権限無き第三者が、アクセス許可されることもなくなり、セキュリティ強度が増すことができる。
【００９５】
なお本発明に係る認証装置は、Ｗｅｂベースサービスの認証機構としての応用できるものでもよい。Ｗｅｂベースサービス(Ｗｅｂメール、物品売買など)のユーザ認証に本発明の認証装置を用いることで、悪意のあるユーザのなりすましを防止することができる。
【００９６】
また本発明に係る認証装置は、携帯端末の認証機構としての応用できるものでもよい。パソコン起動時に本発明の認証装置を用いることで、アクセス許可を持たないユーザの使用を抑止することができ、紛失時の情報漏洩を防止することができる。
【００９７】
以上説明したように、本発明では、ユーザＩＤとともに新規に入力される乱打データの特徴ベクトルと記憶手段に記憶されている該ユーザＩＤの照合用の特徴ベクトルを比較して、認証が成功したか否かを判定する乱打データ認証を行うことにより、なりすましを防ぎ本人認証を高いセキュリティ強度で行うことができるので、各種端末の認証機構における安全性確保に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明に係る認証装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の認証装置の認証情報登録時の動作フロー図である。
【図３】本発明の認証装置の認証時の動作フロー図である。
【図４】特徴抽出管理手段１２Ｄが特徴ベクトルに基づき認証可否判断を行う説明図である。
【図５】特徴抽出管理手段１２Ｄが上限閾値および下限閾値を更新する説明図である。
【図６】従来の認証装置の構成例を示す構成図である。
【図７】従来の認証装置の動作フロー図である。
【符号の説明】
【００９９】
１ 認証装置
１１ 入力手段
１２ 演算制御部
１２Ａ 認証情報登録手段
１２Ｂ 認証手段
１２Ｃ 画像手段
１２Ｄ 特徴抽出管理手段
１２Ｅ 認証手段
１３ 記憶手段
１４ モニタ
【技術分野】
【０００１】
本発明は、キーボード入力によりユーザ認証を行う認証装置に関し、特に、キーボードを介して無作為にデータ（乱打データ）を入力する時の特徴ベクトルを用いたユーザ認証の実現に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、パーソナルコンピュータやＡＴＭ（Automated Teller Machine）などの情報端末装置または認証装置においては、ユーザＩＤ（Identification）とパスワードを用いたユーザの本人認証が行われている。従来の認証装置は、ユーザ登録時にユーザＩＤ、パスワードの組を登録しておき、ユーザ認証時にユーザＩＤ、パスワードの組を照合することにより本人確認を行なっている。
【０００３】
このような認証装置に関連する先行技術文献として、下記の特許文献１がある。
【０００４】
【特許文献１】特開２０００−０９９８０１号公報
【０００５】
図４は従来の認証装置の構成例を示す構成図であり、図４において、認証装置１は、主に入力手段１１と、各部・各機能を制御し認証装置全体の動作を制御するＣＰＵなどの演算制御部１２と、ユーザＩＤおよびパスワードなどの認証情報およびＯＳ（Operating System）、認証装置を動作させるためのプログラム等を記憶する記憶手段１３と、モニタ１４を有する。モニタ１４は表示部で、例えばＣＲＴ、ＬＣＤ等である。
【０００６】
入力手段１１は、たとえば、キーボード、マウス等であり、制御部１２を操作する。
【０００７】
演算制御部１２は、入力手段１１、記憶手段１３、モニタ１４と接続し、認証情報登録手段１２Ａ、認証手段１２Ｂ、画像手段１２Ｃを有する。画像手段１２Ｃは認証情報を登録するための登録画面・認証時にユーザＩＤおよびパスワードを入力させるための認証画面・認証成功時の成功画面・認証失敗時のエラー画面をモニタ１４に表示する。
【０００８】
認証情報登録手段１２Ａは、入力手段１１を介して登録画面に入力されたユーザＩＤ・パスワードなどの認証情報を記憶手段１３に記憶する。
【０００９】
認証手段１２Ｂは、入力手段１１を介し認証画面に入力されたユーザＩＤ・パスワードと、記憶手段３に記憶されている認証情報（ユーザＩＤ・パスワード）とを比較して、これらが一致すれば認証成功（完了）と判断し画像手段２３に成功画面をモニタ１４に表示させ、一致しなければ認証失敗と判断し画像手段１２Ｃにエラー画面をモニタ１４に表示させる。
【００１０】
このような構成において、従来の認証装置は以下の動作を行う。図５は、従来の認証装置の動作フロー図であり、（Ａ）は認証情報登録時の動作フロー図、（Ｂ）認証時の動作フロー図である。
【００１１】
図５（Ａ）のステップＳＰ１０１において、ユーザは画像手段１２Ｃが表示する入力画面に、キーボードなどの入力手段１１を介してユーザＩＤ／パスワードなどの認証情報を入力する。
【００１２】
ステップＳＰ１０２において、認証装置は入力手段１１を介して入力されたユーザＩＤ／パスワードなどの認証情報を記憶手段１３のデータベースなどに記憶する(登録完了)。これにより認証情報の登録が完了する。
【００１３】
図５（Ｂ）のステップＳＰ２０１において、ユーザは画像手段１２Ｃが表示する認証画面に、キーボードなどの入力手段１１を介してユーザＩＤ／パスワードなどの認証情報を入力する。このときユーザは記憶しているパスワードに基づき、パスワードの文字列の１文字目から順にキーボードの該当キーを選択的に押圧して入力する。
【００１４】
ステップＳＰ２０２において、認証装置１の認証手段１２Ｂは、入力されたユーザＩＤおよびパスワードと、記憶手段１３のデータベースに格納されている認証情報（ユーザＩＤおよびパスワード）と比較・照合する。
【００１５】
認証手段１２Ｂは、ステップＳＰ１０２の比較照合の結果、一致（合致）した場合には認証が成功したものと判断して画像手段１２Ｃに成功画面を表示させ、当該ユーザのアクセスを許可する（ステップＳＰ１０３）。
【００１６】
一方、認証手段１２Ｂは、ステップＳＰ１０２の比較照合の結果、一致（合致）しない場合には、認証は失敗したものと判断して画像手段１２Ｃにエラー画面を表示させ、当該ユーザのアクセスを拒否する（ステップＳＰ１０４）。
【００１７】
このように、従来の認証装置は、ユーザＩＤとパスワードを用いてユーザの本人認証が行い、アクセスの許可／拒否を判定することができる。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【００１８】
しかしながら、従来の認証装置では、認証に利用しているパスワードはセキュリティ上、長く乱雑な文字列が用いられるべきであるが、このような長く乱雑な文字列はユーザが失念しやすいという問題点があった。なおパスワードの失念は、可用性を低下させる原因となる。
【００１９】
また従来の認証装置は、上述の通りパスワードには長く乱雑な文字列が用いられるべきであるが、このような長く乱雑な文字列を正確に入力するには手間がかかり、認証装置全体の可用性を低下させてしまうという問題点があった。
【００２０】
また、従来の認証装置は、パスワードとして短く単純な文字列が用いられると、第三者によってパスワードが類推されてしまう恐れや辞書攻撃等で簡単に類推されてしまうという問題点があった。
【００２１】
また、従来の認証装置は、パスワードが単純であると、パスワードが類推されることにより、第三者がアクセス権を有する者になりすますことが可能となってしまい、セキュリティ上の問題が発生するという問題点があった。
【００２２】
また、従来の認証装置は、ユーザによるパスワード入力の入力手段への操作や入力画面を第三者にのぞき見られることがあり、パスワードが漏洩する恐れがあるという問題点があった。
【００２３】
また、従来の認証装置は、パスワードの貸し借りが容易にできることから、真のユーザではない者がそのユーザＩＤ／パスワードを用いてアクセス許可されてしまい、セキュリティ上好ましくない、という問題点があった。
【００２４】
本発明は上述の問題点を解決するものであり、その目的は、なりすましを防ぎ本人認証を比較的高いセキュリティ強度で行える認証装置を実現することにある。
【課題を解決するための手段】
【００２５】
このような課題を達成するために、本発明のうち請求項１記載の発明は、
ユーザＩＤと無作為的に入力される乱打データの入力を受ける入力手段と、
前記乱打データに基づき特徴ベクトルを抽出する特徴抽出管理手段と、
照合用の前記特徴ベクトルを前記ユーザＩＤごとに関連付けて記憶する記憶手段と、
前記ユーザＩＤとともに新規に入力される乱打データの特徴ベクトルと前記記憶手段に記憶されている該ユーザＩＤの照合用の特徴ベクトルを比較して、認証が成功したか否かを判定する乱打データ認証を行う認証手段と、
を備えることを特徴とする認証装置である。
【００２６】
請求項２記載の発明は、請求項１記載の認証装置において
前記認証手段は、
ユーザＩＤとともに新規入力される前記乱打データの特徴ベクトルと該ユーザＩＤの前記照合用の特徴ベクトルとのマハラノビス距離が前記記憶手段に記憶されている他のユーザＩＤの照合用の特徴ベクトルと比較して最小の距離であり、かつ、予め定められた距離の範囲内であれば認証が成功したものと判定する乱打データ認証を行うことを特徴とする。
【００２７】
請求項３記載の発明は、請求項１または請求項２記載の認証装置において
前記特徴抽出管理手段は、
前記乱打データ認証を行い認証に成功すると、前記入力手段を介して入力された最新の前記乱打データの特徴ベクトルを前記照合用の特徴ベクトルとして前記記憶手段に上書き保存することを特徴とする。
【００２８】
請求項４記載の発明は、請求項１〜請求項３いずれかに記載の認証装置において、
前記特徴抽出管理手段は、
ユーザ情報登録時に前記乱打データ認証を行い３回連続して成功すると、前記入力手段を介して入力された最新の前記乱打データの特徴ベクトルを前記照合用の特徴ベクトルとして前記記憶手段に記憶することを特徴とする。
【００２９】
請求項５記載の発明は、請求項２〜請求項４いずれかに記載の認証装置において、
前記記憶手段は、前記乱打データの特徴ベクトルと前記照合用の特徴ベクトルのマハラノビス距離に基づき認証の成功可否を判定するための上限閾値および下限閾値を記憶し、
前記特徴抽出管理手段は、
前記乱打データ認証時に、前記マハラノビス距離が前記記憶手段に記憶されている他のユーザＩＤの照合用の特徴ベクトルと比較して最小の距離であり、かつ、前記下限閾値以上上限閾値未満であれば認証が成功したものと判定することを特徴とする。
【００３０】
請求項６記載の発明は、請求項２〜請求項５いずれかに記載の認証装置において、
前記特徴抽出管理手段は、
前記乱打データ認証し認証に成功すると、
前記入力手段を介して入力された最新の前記乱打データの特徴ベクトルと他の特徴ベクトルとのマハラノビス距離が前記上限閾値と比べて比較的大きい場合は、前記上限閾値を小さくすることを特徴とする。
【００３１】
請求項７記載の発明は、請求項１〜請求項６いずれかに記載の認証装置において、
前記特徴抽出管理手段は、
前記乱打データの入力にかかる入力時間を測定して前記記憶手段に記憶し、
前記乱打データおよび前記入力時間に基づき、ｎ（ｎは自然数）連接文字の出現確率および前記ｎ連接文字の入力時間からなる前記特徴ベクトルを抽出することを特徴とする。
【発明の効果】
【００３２】
本発明に係る認証装置によれば、ユーザＩＤとともに新規に入力される乱打データの特徴ベクトルと記憶手段に記憶されている該ユーザＩＤの照合用の特徴ベクトルを比較して、認証が成功したか否かを判定する乱打データ認証を行うことにより、なりすましを防ぎ本人認証を高いセキュリティ強度で行うことができる。
【００３３】
また、本発明に係る認証装置によれば、長く乱雑なパスワードを記憶する必要がないので可用性が従来よりも向上し、パスワードの辞書攻撃等による類推や第三者の覗き見によるパスワード漏洩などによる、なりすましを防ぐことができる。
【００３４】
また本発明に係る認証装置によれば、パスワード入力時の正確さを要求されないため、入力時のユーザの精神的作業負荷を従来よりも軽減できる。
【００３５】
また、本発明に係る認証装置によれば、パスワードの貸し借りが困難であるため、アクセス許可を持たない権限無き第三者が、アクセス許可されることもなくなり、セキュリティ強度が増すことができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００３６】
図１は本発明に係る認証装置の一実施例を示す構成図であり、図４などと共通する部分には同一の符号を付けて適宜説明を省略する。図１と図４との相違点は、図１では演算制御部１２がキーボードなどの入力手段１１により所定の文字数だけ無作為的にキー入力されて得られる入力データ（以下、乱打データという）に基づき、乱打データが有する各ユーザ固有のキー入力の癖にあたる「特徴情報（特徴ベクトル）」を抽出する特徴抽出管理手段１２Ｄを備える点、この特徴情報と認証時に入力された乱打データとを比較・照合して本人認証を行う認証手段１２Ｅを備える点などである。
【００３７】
図１は本発明に係る認証装置の構成例を示す構成図であり、図１において、認証装置１は、主に入力手段１１と、各部・各機能を制御し認証装置全体の動作を制御するＣＰＵなどの演算制御部１２と、特徴情報（特徴ベクトル）およびＯＳ（Operating System）、認証装置を動作させるためのプログラム等を記憶する記憶手段１３と、モニタ１４を有する。モニタ１４は表示部で、例えばＣＲＴ、ＬＣＤ等である。
【００３８】
入力手段１１は、たとえば、キーボード、マウス等であり、制御部１２を操作する。
【００３９】
演算制御部１２は、入力手段１１、記憶手段１３、モニタ１４と接続し、認証情報登録手段１２Ａ、画像手段１２Ｃ、特徴抽出管理手段１２Ｄ、認証手段１２Ｅを有する。画像手段１２Ｃは認証情報を登録するための認証情報登録画面・認証時にユーザＩＤおよび乱打データを入力させるための認証画面・認証成功時の成功画面・認証失敗時のエラー画面をモニタ１４に表示する。
【００４０】
特徴抽出管理手段１２Ｄは、入力手段１１を介して登録画面に入力されたユーザＩＤと乱打データにより抽出された特徴情報とを関連づけて記憶手段１３に記憶する。
【００４１】
認証手段１２Ｅは、入力手段１１を介し認証時に認証画面に入力されたユーザＩＤ・乱打データの特徴情報と、記憶手段１３に記憶されているユーザＩＤおよび特徴情報とを比較して、認証成功（完了）と判断されれば画像手段１２Ｃに成功画面をモニタ１４に表示させ、認証失敗と判断されれば画像手段１２Ｃにエラー画面をモニタ１４に表示させる。
【００４２】
なお記憶手段１３は、認証用のユーザＩＤおよび乱打データの入力用領域が設けられている画像手段１２Ｃにより表示される認証情報登録画面および認証画面、認証成功時に画像手段１２Ｃにより表示される成功画面および認証失敗時に画像手段１２Ｃにより表示されるエラー画面を記憶する。
【００４３】
このような構成において、本発明の認証装置は以下の動作を行う。図２は本発明の認証装置の認証情報登録時の動作フロー図である。
【００４４】
図２のステップＳＰ３０１において、ユーザは画像手段１２Ｃが表示する認証情報登録画面上のユーザＩＤの入力領域に、キーボードなどの入力手段１１を介してユーザＩＤを入力するとともに、認証情報登録画面上の乱打データの入力領域にあらかじめ定められた文字数だけ無作為的にキー入力する（なお画面上には乱打データは表示されないものでもよい）。いいかえれば入力手段１１を介してユーザＩＤおよび乱打データが入力される。
【００４５】
このとき特徴抽出管理手段１２Ｄは、乱打データの各文字に対応するキーが押下されたキー入力時刻を記憶手段１３に記憶する。
【００４６】
ここで乱打データとは、指定の文字数だけユーザが所定の文字列を入力しようという意図や先入観を持たず、ユーザの思うがままに（無作為的に）入力される、意味の無い文字列または脈絡の無い文字列をいう。つまり乱打データは、入力される度に（各ユーザの入力の特徴を有するものの）異なるデータが入力される。
【００４７】
ステップＳＰ３０２において、認証装置１の認証情報登録手段１２Ａは、入力されたユーザＩＤと乱打データを記憶手段１３に記憶する。
【００４８】
ステップＳＰ３０３において、認証装置１の特徴抽出管理手段１２Ｄは、入力手段１１を介して入力された乱打データに基づき特徴ベクトルを抽出する。
【００４９】
ここで特徴抽出管理手段１２Ｄが特徴ベクトルを抽出する動作を説明する。特徴抽出管理手段１２Ｄは、主に乱打データのうち、ｎ（ｎは自然数）連接文字の出現確率およびｎ連接文字の入力時間に基づき特徴ベクトルを算出する。
【００５０】
具体的には以下の通りである。特徴抽出管理手段１２Ｄは、記憶手段１３に記憶されている乱打データを解析してｎ（ｎは自然数）連接文字を抽出する。また特徴抽出管理手段１２Ｄは、抽出された各ｎ連接文字の出現回数を乱打データの文字数で除算してｎ（ｎは自然数）連接文字の出現確率を算出する。
【００５１】
また特徴抽出管理手段１２Ｄは、記憶手段１３に記憶されているキー入力時刻に基づき、ｎ連接文字の入力時間を算出する。入力時間とは、ｎ連接文字の最初の文字に対応するキーが押下されて（makeして）から最後の文字に対応するキーが押下し離される（brakeする）までの時間である。
【００５２】
特徴抽出管理手段１２Ｄは、これらのｎ連接文字の出現確率、ｎ連接文字の入力時間を該ユーザＩＤおよび乱打データに関連付けて記憶手段１３に記憶する。
【００５３】
特徴抽出管理手段１２Ｄは、これらの特徴値（ｎ連接文字の出現確率、ｎ連接文字の入力時間）を要素に持つベクトルを作成し、これを特徴ベクトルとする。
【００５４】
ｎ連接文字の出現確率およびｎ連接文字の入力時間を用いた特徴ベクトルの例を以下に示す。なお、認証装置が入力時間を測定できない入力手段を用いている場合には、入力時間特徴を使わずに認証処理を行なうものでもよい。
（Ａ）１連接文字の出現確率と入力時間例
"a" の出現確率, 入力時間
"b" の出現確率, 入力時間
・・・
"z" の出現確率, 入力時間
（Ｂ）２連接文字の出現確率と入力時間例
"aa" の出現確率, 入力時間
"ab" の出現確率, 入力時間
・・・
"zz" の出現確率, 入力時間
（Ｃ）３連接文字の出現確率と入力時間例
"aaa" の出現確率, 入力時間
"aab" の出現確率, 入力時間
・・・
"zzz" の出現確率, 入力時間
【００５５】
ステップＳＰ３０４において、認証装置１の特徴抽出管理手段１２Ｄは、抽出した特徴からユーザ認証に有用なものを抽出し記憶手段１３に一時保存する。いいかえれば、特徴抽出管理手段１２ｄは有用でない特徴ベクトルを取り除き、有用な特徴を選別し記憶手段に記憶する。具体的には、以下の手法がある。
（イ）特徴抽出管理手段１２Ｄは、ある特徴の出現回数が一定数に満たない場合、その出現確率と入力時間をゼロ（０）とする。すなわち、特徴ベクトルとして取り扱わない。
（ロ）特徴抽出管理手段１２Ｄは、ある特徴の出現確率が一定以下の場合、その出現確率と入力時間をゼロ（０）とする。すなわち、特徴ベクトルとして取り扱わない。
（ハ）特徴抽出管理手段１２Ｄは、ある特徴の出現確率が一定以上の場合、その出現確率と入力時間をゼロ（０）とする。すなわち、特徴ベクトルとして取り扱わない。
（ニ）特徴抽出管理手段１２Ｄは、ある特徴に対応する入力時間が一定以上の場合、その出現確率と入力時間をゼロ（０）とする。すなわち、特徴ベクトルとして取り扱わない。
【００５６】
ステップＳＰ３０５において、認証装置１の特徴抽出管理手段１２Ｄは、入力されたユーザＩＤに関連付けて特徴ベクトルを記憶手段１３の特徴データベースに一時保存する。
【００５７】
以下、ステップＳＰ３０６〜ステップＳＰ３１１の動作は連続して３回認証に成功または失敗するまで繰り返し行う。
【００５８】
ステップＳＰ３０６において、ユーザは画像手段１２Ｃが表示する入力画面に、キーボードなどの入力手段１１を介してユーザＩＤを入力するとともに、所定の文字数だけ無作為的にキー入力する。いいかえれば、入力手段１１を介してユーザＩＤおよび乱打データが入力される。
【００５９】
ステップＳＰ３０７において、認証装置１の認証情報登録手段１２Ａは、入力されたユーザＩＤと乱打データを記憶手段１３に記憶する。
【００６０】
ステップＳＰ３０８において、認証装置１の特徴抽出管理手段１２Ｄは、入力手段１１を介して入力された乱打データに基づき、ステップＳＰ３０３で示した動作と同様に特徴情報を抽出して、特徴情報をユーザＩＤと関連付けて記憶手段１３の特徴情報データベースに一時保存させる。
【００６１】
ステップＳＰ３０９において、認証装置１の特徴抽出管理手段１２Ｄは、抽出した特徴からユーザ認証に有用なものを抽出し記憶手段１３に一時保存する。いいかえれば、特徴抽出管理手段１２ｄは有用でない特徴ベクトルを取り除き、有用な特徴を選別する。
【００６２】
ステップＳＰ３１０において、認証装置１の特徴抽出管理手段１２Ｄは、特徴ベクトルを比較し、認証可否を判定する。図４は特徴抽出管理手段１２Ｄが特徴ベクトルに基づき認証可否判断を行う説明図である。
【００６３】
図４において、具体的には、特徴抽出管理手段１２Ｄは、ステップＳＰ３０９で選別された特徴ベクトルと、ステップＳＰ３０８で入力されたユーザＩＤと同じユーザＩＤに関連付けられて記憶手段１３の特徴データベースに格納されている特徴ベクトルとの間の距離を算出し、当該ユーザの特徴ベクトルに最も近く、かつ、その距離が上限閾値未満かつ下限閾値以上であれば認証が成功したと判断し、ステップＳＰ３１１に移行する。それ以外の場合は認証が失敗したと判断し、ステップＳＰ３０６に移行する。なお、上限閾値の初期値と下限閾値の初期値は、認証装置が設置されるシステムに応じた適正値をあらかじめ設定され、記憶手段に記憶される。
【００６４】
特徴抽出管理手段１２Ｄは、たとえば図３のように、ユーザＡによる新規に入力された乱打データの特徴ベクトルと既に特徴データベースに格納されているユーザＡの特徴ベクトルの距離が、新規に入力された乱打データの特徴ベクトルと他のユーザの特徴ベクトルとの距離と比較して最も近い場合は、その距離があらかじめ定められた上限閾値未満かつ下限閾値以上であればユーザＡの認証が成功したと判断する。
【００６５】
すなわち、この場合には同程度の特徴ベクトルを有するものとして判定されユーザ認証が成功したと判断されることになる。
【００６６】
なお、ユーザＡによる新規に入力された乱打データの特徴ベクトルと既に特徴データベースに格納されているユーザＡの特徴ベクトルの距離が上限閾値未満かつ下限閾値以上である場合にユーザ認証成功と判断する、としたのは認証精度を高めるためである。
【００６７】
このため、本発明に係る認証装置は、入力された乱打データの特徴ベクトルが他のユーザとの特徴ベクトルとの距離と比べて当該ユーザＩＤの特徴ベクトルとの距離が最も近く、かつ、距離の絶対値が閾値と比較して小さい場合のみ認証成功と判断することにより、比較的精度が高い認証を提供することができる。
【００６８】
また特徴抽出管理手段１２Ｄは、たとえば上述の特徴ベクトル間の距離の算出に、適切な尤度関数(たとえばマハラノビス距離)を用いて算出する。なお、上限閾値の初期値と下限閾値の初期値は、認証装置が設置されるシステムに応じた適正値をあらかじめ設定され、記憶手段に記憶される。
【００６９】
ステップＳＰ３１１において、認証装置１の特徴抽出管理手段１２Ｄは、成功した旨を記憶手段１３の判定結果記憶領域に記憶し、ステップＳＰ３０８で入力されたユーザＩＤに関連付けて特徴ベクトルを記憶手段１３の特徴データベースに記憶する。
【００７０】
認証装置１は、上述のステップＳＰ３０６〜ステップＳＰ３１１の動作をステップＳＰ３１０の判定が連続して３回認証に成功または失敗するまで繰り返し行う。連続して３回認証に成功または失敗するとステップＳＰ３１２に移行する。
【００７１】
ステップＳＰ３１２において、特徴抽出管理手段１２Ｄは、記憶手段１３の判定結果記憶領域を参照して、連続して３回認証に成功したか否かを判定する。連続して３回認証に成功した場合にはステップＳＰ３１３に移行し、連続して３回成功しない場合にはステップＳＰ３１５に移行する。
【００７２】
なお特徴抽出管理手段１２Ｄは、連続して３回認証に成功したか否かを判定するとしているが、特にこれに限定されるものではなく、連続して複数回数認証に成功したか否かを判定するものでもよい。これによりユーザ認証の精度が向上する効果がある。
【００７３】
ステップＳＰ３１３において、認証装置１の特徴抽出管理手段１２Ｄは、ユーザ登録が成功したと判断した場合には、ユーザ登録が成功したと判断し、ＳＰ３０１で入力された特徴ベクトルを照合用の特徴ベクトルとして記憶手段１３の特徴データベースに登録（記憶）する。
【００７４】
ステップＳＰ３１４において、特徴抽出管理手段１２Ｄは、上限閾値および下限閾値を更新し記憶部に記憶する。
【００７５】
具体的には、特徴抽出管理手段１２Ｄは、新規ユーザの特徴ベクトルと既存の各ユーザの特徴ベクトルとの距離(たとえばマハラノビス距離)を算出し最小距離を求め、ステップＳＰ３１０の認証に用いる上限閾値の値が、最小距離と比べて比較的小さくない場合には、閾値を小さな値に更新する。また特徴抽出管理手段１２Ｄは、下限閾値の値が最小距離に対して十分に小さくない場合には下限閾値を小さな値に更新する。
【００７６】
図５は、特徴抽出管理手段１２Ｄが上限閾値および下限閾値を更新する説明図である。図４において、特徴抽出管理手段１２Ｄは、新規ユーザＡの特徴ベクトルと既存のユーザＢの特徴ベクトルとの距離である最小距離を算出し、認証に用いる上限閾値の値が、ユーザＢの特徴ベクトルとの距離（最小距離）と比べて比較的小さくない(たとえば最小距離の1/2よりも大きい)場合には、閾値を小さな値(たとえば最小距離の1/2)に更新する。また特徴抽出管理手段１２Ｄは、下限閾値の値がユーザＢの特徴ベクトルとの距離（最小距離）に対して十分に小さくない(たとえば最小距離の1/10よりも大きい)場合には下限閾値を小さな値(たとえば最小距離の1/10)に更新する。このように上下の閾値を更新することによりユーザ認証の精度が向上しセキュリティ強度が増すという効果がある。
【００７７】
一方ステップＳＰ３１５において、特徴抽出管理手段１２Ｄは、記憶手段１３の判定結果記憶領域を参照して、連続して３回認証に失敗したか否かを判定する。連続して３回認証に失敗した場合にはユーザ登録の処理を終了し、連続して３回認証に失敗していない場合はステップ３０６に移行する。
【００７８】
なお特徴抽出管理手段１２Ｄは、連続して３回認証に失敗したか否かを判定するとしているが、特にこれに限定されるものではなく、連続して複数回数認証に失敗したか否かを判定するものでもよい。
【００７９】
ステップＳＰ３１７において、画像手段１２Ｃは、特徴抽出管理手段１２Ｄがユーザ登録を３回連続して失敗したと判断した場合、ユーザにキーの打ち方やリズムを変えることを指示するエラー画面を表示し、ユーザに再登録を促す。
【００８０】
このように、本発明に係る認証装置は、乱打データの特徴値を抽出することにより、ユーザ認証のためのユーザＩＤおよび乱打データの特徴ベクトルからなる認証情報を登録することができる。
【００８１】
図３は本発明の認証装置の認証時の動作フロー図である。図３のステップＳＰ４０１において、ユーザは画像手段１２Ｃが表示する認証画面に、キーボードなどの入力手段１１を介してユーザＩＤを入力するとともに、あらかじめ定められた文字数だけ無作為的にキー入力する。つまり入力手段１１を介してユーザＩＤおよび乱打データが入力される。
【００８２】
このとき特徴抽出管理手段１２Ｄは、乱打データの各文字に対応するキーが押下されたキー入力時刻を記憶手段１３に記憶する。
【００８３】
ステップＳＰ４０２において、特徴抽出管理手段１２Ｄは、入力されたユーザＩＤと乱打データを記憶手段１３に記憶する。
【００８４】
ステップＳＰ４０３において、特徴抽出管理手段１２Ｄは、入力手段１１を介して入力された乱打データに基づいて、ステップＳＰ３０３で説明した動作と同様にｎ（ｎは自然数）連接文字の出現確率およびｎ連接文字の入力時間から特徴ベクトルを算出し、ユーザＩＤと関連付けて記憶手段１３の特徴情報データベースに一時保存する。
【００８５】
ステップＳＰ４０４において、特徴抽出管理手段１２Ｄは、抽出した特徴ベクトルからユーザ認証に有用なものを抽出し記憶手段１３に記憶する。いいかえれば、特徴抽出管理手段１２ｄは有用でない特徴ベクトルを取り除き、有用な特徴を選別する。
【００８６】
ステップＳＰ４０５において、認証手段１２Ｅは、記憶手段１３に記憶されている照合用の特徴ベクトルおよびステップＳＰ４０１で入力される乱打データに基づいて、ユーザ認証を行う。ユーザ認証が成功した場合はＳＰ４０６に移行し、失敗した場合ＳＰ４０８に移行する。
【００８７】
具体的には、特徴抽出管理手段１２Ｄは、ステップＳＰ４０４で選別された特徴ベクトルと、ステップＳＰ４０１で入力されたユーザＩＤと同じユーザＩＤに関連付けられて記憶手段１３の特徴データベースに格納されている特徴ベクトルとの間の距離を算出し、当該ユーザの特徴ベクトルに最も近く、かつ、その距離が上限閾値未満かつ下限閾値以上であれば認証が成功したと判断し、ステップＳＰ４０６に移行する。それ以外の場合は認証が失敗したと判断し、ステップＳＰ４０８に移行する。なお、上限閾値の初期値と下限閾値の初期値は、認証装置が設置されるシステムに応じた適正値をあらかじめ設定され、記憶手段に記憶される。
【００８８】
ステップＳＰ４０６において、認証装置１の認証手段１２Ｅは、ステップＳＰ４０３で入力された新規ユーザの特徴ベクトルを照合用の特徴ベクトルとして記憶手段１３の特徴データベースに上書きして登録する。
【００８９】
ステップＳＰ４０７において、特徴抽出管理手段１２Ｄは、新規ユーザの特徴ベクトルと既存の各ユーザの特徴ベクトルとの距離(たとえばマハラノビス距離)を算出し最小距離を求め、ステップＳＰ３１０の認証に用いる上限閾値の値が、最小距離と比べて比較的小さくない(たとえば最小距離の1/2よりも大きい)場合には、閾値を小さな値(たとえば最小距離の1/2)に更新する。また特徴抽出管理手段１２Ｄは、下限閾値の値が最小距離に対して十分に小さくない(たとえば最小距離の1/10よりも大きい)場合には下限閾値を小さな値(たとえば最小距離の1/10)に更新する。
【００９０】
ステップＳＰ４０８において、画像手段１２Ｃは、認証手段１２Ｅがユーザ認証に失敗したと判断した場合、認証に失敗した旨を表示するエラー画面を表示し、ステップＳＰ４０１に移行する。
【００９１】
この結果、ユーザＩＤとともに新規に入力される乱打データの特徴ベクトルと記憶手段に記憶されている該ユーザＩＤの照合用の特徴ベクトルを比較して、認証が成功したか否かを判定する乱打データ認証を行うことにより、なりすましを防ぎ本人認証を高いセキュリティ強度で行うことができる。
【００９２】
また、本発明に係る認証装置によれば、長く乱雑なパスワードを記憶する必要がないので可用性が従来よりも向上し、パスワードの辞書攻撃等による類推や第三者の覗き見によるパスワード漏洩などによる、なりすましを防ぐことができる。
【００９３】
また本発明に係る認証装置によれば、パスワード入力時の正確さを要求されないため、入力時のユーザの精神的作業負荷を従来よりも軽減できる。
【００９４】
また、本発明に係る認証装置によれば、パスワードの貸し借りが困難であるため、アクセス許可を持たない権限無き第三者が、アクセス許可されることもなくなり、セキュリティ強度が増すことができる。
【００９５】
なお本発明に係る認証装置は、Ｗｅｂベースサービスの認証機構としての応用できるものでもよい。Ｗｅｂベースサービス(Ｗｅｂメール、物品売買など)のユーザ認証に本発明の認証装置を用いることで、悪意のあるユーザのなりすましを防止することができる。
【００９６】
また本発明に係る認証装置は、携帯端末の認証機構としての応用できるものでもよい。パソコン起動時に本発明の認証装置を用いることで、アクセス許可を持たないユーザの使用を抑止することができ、紛失時の情報漏洩を防止することができる。
【００９７】
以上説明したように、本発明では、ユーザＩＤとともに新規に入力される乱打データの特徴ベクトルと記憶手段に記憶されている該ユーザＩＤの照合用の特徴ベクトルを比較して、認証が成功したか否かを判定する乱打データ認証を行うことにより、なりすましを防ぎ本人認証を高いセキュリティ強度で行うことができるので、各種端末の認証機構における安全性確保に貢献できる。
【図面の簡単な説明】
【００９８】
【図１】本発明に係る認証装置の一実施例を示す構成図である。
【図２】本発明の認証装置の認証情報登録時の動作フロー図である。
【図３】本発明の認証装置の認証時の動作フロー図である。
【図４】特徴抽出管理手段１２Ｄが特徴ベクトルに基づき認証可否判断を行う説明図である。
【図５】特徴抽出管理手段１２Ｄが上限閾値および下限閾値を更新する説明図である。
【図６】従来の認証装置の構成例を示す構成図である。
【図７】従来の認証装置の動作フロー図である。
【符号の説明】
【００９９】
１ 認証装置
１１ 入力手段
１２ 演算制御部
１２Ａ 認証情報登録手段
１２Ｂ 認証手段
１２Ｃ 画像手段
１２Ｄ 特徴抽出管理手段
１２Ｅ 認証手段
１３ 記憶手段
１４ モニタ
【特許請求の範囲】
【請求項１】
ユーザＩＤと無作為的に入力される乱打データの入力を受ける入力手段と、
前記乱打データに基づき特徴ベクトルを抽出する特徴抽出管理手段と、
照合用の前記特徴ベクトルを前記ユーザＩＤごとに関連付けて記憶する記憶手段と、
前記ユーザＩＤとともに新規に入力される乱打データの特徴ベクトルと前記記憶手段に記憶されている該ユーザＩＤの照合用の特徴ベクトルを比較して、認証が成功したか否かを判定する乱打データ認証を行う認証手段と、
を備えることを特徴とする認証装置。
【請求項２】
前記認証手段は、
ユーザＩＤとともに新規入力される前記乱打データの特徴ベクトルと該ユーザＩＤの前記照合用の特徴ベクトルとのマハラノビス距離が前記記憶手段に記憶されている他のユーザＩＤの照合用の特徴ベクトルと比較して最小の距離であり、かつ、予め定められた距離の範囲内であれば認証が成功したものと判定する前記乱打データ認証を行うことを特徴とする
請求項１記載の認証装置。
【請求項３】
前記特徴抽出管理手段は、
前記乱打データ認証を行い認証に成功すると、前記入力手段を介して入力された最新の前記乱打データの特徴ベクトルを前記照合用の特徴ベクトルとして前記記憶手段に上書き保存することを特徴とする
請求項１または請求項２記載の認証装置。
【請求項４】
前記特徴抽出管理手段は、
ユーザ情報登録時に前記乱打データ認証を行い複数回連続して成功すると、前記入力手段を介して入力された最新の前記乱打データの特徴ベクトルを前記照合用の特徴ベクトルとして前記記憶手段に記憶することを特徴とする
請求項１〜請求項３いずれかに記載の認証装置。
【請求項５】
前記記憶手段は、前記乱打データの特徴ベクトルと前記照合用の特徴ベクトルのマハラノビス距離に基づき認証の成功可否を判定するための上限閾値および下限閾値を記憶し、
前記特徴抽出管理手段は、
前記乱打データ認証時に、前記マハラノビス距離が前記記憶手段に記憶されている他のユーザＩＤの照合用の特徴ベクトルと比較して最小の距離であり、かつ、前記下限閾値以上上限閾値未満であれば認証が成功したものと判定することを特徴とする
請求項２〜請求項４いずれかに記載の認証装置。
【請求項６】
前記特徴抽出管理手段は、
前記乱打データ認証し認証に成功すると、
前記入力手段を介して入力された最新の前記乱打データの特徴ベクトルと他の特徴ベクトルとのマハラノビス距離が前記上限閾値と比べて比較的大きい場合は、前記上限閾値を小さくすることを特徴とする
請求項２〜請求項５いずれかに記載の認証装置。
【請求項７】
前記特徴抽出管理手段は、
前記乱打データの入力にかかる入力時間を測定して前記記憶手段に記憶し、
前記乱打データおよび前記入力時間に基づき、ｎ（ｎは自然数）連接文字の出現確率および前記ｎ連接文字の入力時間からなる前記特徴ベクトルを抽出することを特徴とする
請求項１〜請求項６いずれかに記載の認証装置。
【請求項１】
ユーザＩＤと無作為的に入力される乱打データの入力を受ける入力手段と、
前記乱打データに基づき特徴ベクトルを抽出する特徴抽出管理手段と、
照合用の前記特徴ベクトルを前記ユーザＩＤごとに関連付けて記憶する記憶手段と、
前記ユーザＩＤとともに新規に入力される乱打データの特徴ベクトルと前記記憶手段に記憶されている該ユーザＩＤの照合用の特徴ベクトルを比較して、認証が成功したか否かを判定する乱打データ認証を行う認証手段と、
を備えることを特徴とする認証装置。
【請求項２】
前記認証手段は、
ユーザＩＤとともに新規入力される前記乱打データの特徴ベクトルと該ユーザＩＤの前記照合用の特徴ベクトルとのマハラノビス距離が前記記憶手段に記憶されている他のユーザＩＤの照合用の特徴ベクトルと比較して最小の距離であり、かつ、予め定められた距離の範囲内であれば認証が成功したものと判定する前記乱打データ認証を行うことを特徴とする
請求項１記載の認証装置。
【請求項３】
前記特徴抽出管理手段は、
前記乱打データ認証を行い認証に成功すると、前記入力手段を介して入力された最新の前記乱打データの特徴ベクトルを前記照合用の特徴ベクトルとして前記記憶手段に上書き保存することを特徴とする
請求項１または請求項２記載の認証装置。
【請求項４】
前記特徴抽出管理手段は、
ユーザ情報登録時に前記乱打データ認証を行い複数回連続して成功すると、前記入力手段を介して入力された最新の前記乱打データの特徴ベクトルを前記照合用の特徴ベクトルとして前記記憶手段に記憶することを特徴とする
請求項１〜請求項３いずれかに記載の認証装置。
【請求項５】
前記記憶手段は、前記乱打データの特徴ベクトルと前記照合用の特徴ベクトルのマハラノビス距離に基づき認証の成功可否を判定するための上限閾値および下限閾値を記憶し、
前記特徴抽出管理手段は、
前記乱打データ認証時に、前記マハラノビス距離が前記記憶手段に記憶されている他のユーザＩＤの照合用の特徴ベクトルと比較して最小の距離であり、かつ、前記下限閾値以上上限閾値未満であれば認証が成功したものと判定することを特徴とする
請求項２〜請求項４いずれかに記載の認証装置。
【請求項６】
前記特徴抽出管理手段は、
前記乱打データ認証し認証に成功すると、
前記入力手段を介して入力された最新の前記乱打データの特徴ベクトルと他の特徴ベクトルとのマハラノビス距離が前記上限閾値と比べて比較的大きい場合は、前記上限閾値を小さくすることを特徴とする
請求項２〜請求項５いずれかに記載の認証装置。
【請求項７】
前記特徴抽出管理手段は、
前記乱打データの入力にかかる入力時間を測定して前記記憶手段に記憶し、
前記乱打データおよび前記入力時間に基づき、ｎ（ｎは自然数）連接文字の出現確率および前記ｎ連接文字の入力時間からなる前記特徴ベクトルを抽出することを特徴とする
請求項１〜請求項６いずれかに記載の認証装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【公開番号】特開２０１０−１４０３７９（Ｐ２０１０−１４０３７９Ａ）
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−３１７８７２（Ｐ２００８−３１７８７２）
【出願日】平成２０年１２月１５日（２００８．１２．１５）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年６月２４日（２０１０．６．２４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年１２月１５日（２００８．１２．１５）
【出願人】（０００００６５０７）横河電機株式会社 (4,443)
【Ｆターム（参考）】
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