JP4899691B2 - 応答器の真偽判定システム、識別システムおよび質問器 - Google Patents
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Description
この種の識別システムに用いられる応答器としては、例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3及び非特許文献1に記載されたものがある。この応答器は、質問器から送信される質問信号が受信されると圧電基板に弾性表面波が発生し、その弾性表面波が圧電基板上に設けられた反射器に反射して戻ってきて応答信号として質問器に送信されるようになっている。
請求項3記載の発明によれば、応答器の真偽の判定をシンプルかつ低コストで実現することができる。
請求項4記載の発明によれば、ノイズに強いという効果が得られる。
請求項5記載の発明によれば、ノイズに強いという効果が得られる。
請求項6記載の発明によれば、応答器の真偽の判定をシンプルかつ低コストで実現することができる。
請求項8記載の発明によれば、応答器の識別IDを特定するために、他のアプリケーションに対する応用のさらなる拡張性が持てる。
請求項10記載の発明によれば、応答器の識別を行うために、他のアプリケーションに対する応用の拡張性が持てる。
以下、本発明に係る第1実施形態について説明する。
1−1 構成
図1は本実施形態に係る認証システムを示す全体構成図である。
認証システム0は、SAW(弾性表面波;surface acoustic wave)を用いたRFID(Radio Frequency Identification)10と、このRFID10との間で無線による信号の授受を行う質問器20と、を具備する。
本実施形態では、ユーザが決済処理等を行うに際し、ユーザが所持するRFID10が真のRFIDであるか否かの真偽処理と、RFID10の認証処理を行う処理とを実行する場合を例示する。
ここで、RFID10について、図2を参照しつつ説明する。
図2は、第1実施形態に係るRFID10の構成を示す図である。このRFID10は、基台となるSiを材料とする基板11と、該基板11上に酸化膜11Aを介して形成され、表面弾性波が伝播する誘電体薄膜12と、誘電体薄膜12上に形成され、電気信号から弾性表面波または弾性表面波から電気信号に変換する変換部としての一対の櫛型電極(IDT:Inter-digital Transducer)13A,13Bと、この一対の櫛型電極13A,13Bの一方にインピーダンスマッチング部15A,15Bを介して接続され、外部の送・受信機との間で電波信号の授受を行う送受信部としてのアンテナ14A,14Bと、一対の櫛型電極13A,13Bの他方に接続されたグランド16A,16Bと、基板11の裏面に形成され、グランド16A,16Bにスルーホール(図示しない)を介して接続されたグランド電極17と、を具備している。
つまり、櫛型電極13Aから発生した弾性表面波は櫛型電極13Bでピックアップされるだけでなく、反射されて櫛型電極13Aに戻り、その都度減衰しながら反射を繰り返すようになる。さらに、この弾性表面波は他方の櫛型電極13Bからも同様に発生しているため、同様の動作を繰り返すことになる。
しかも、弾性表面波は、櫛型電極13Aの回りに広がるように発生するため、基板11の端部においても若干の反射があるものの、他方の櫛型電極13Bの反射に比べれば微々たる反射であるため、実際には無視できる程度となる。
また、質問器20側では、予めRFID10毎に決められた伝搬時間T2をID信号としてID番号に対応付けて記憶しておく。そして、質問器20において、質問信号Qの発信から応答信号Rの受信までの計測時間Tを計測して被ID信号とし、この被ID信号と前記ID信号とを照合する。これにより、前記被ID信号と同様のID信号を抽出し、このID信号のID番号を、測定されたRFID10のID番号として特定する。
質問器20は、図1に示すように、制御部21、記憶部22、ランダム波形生成部23、送受信部24、受付部25および表示部26を具備している。
記憶部22には、図4に示すように、ID番号に対応したID信号(伝搬時間T2)の特徴テーブル22Aが記憶されている。この特徴テーブル22Aは、前述した如く、RFID10毎に決められた伝搬時間T2をID信号としてID番号に対応付けて予め記憶したものである。
送受信部24は、電気信号を無線信号に変換するアンテナおよび変換器(いずれも図示せず)を備えている。そして、この送受信部24は、ランダム波形生成部23で生成された質問信号Qを無線信号に変換してRFID10に送信すると共に、RFID10から返信される応答信号Rを受信して電気信号に変換する。制御部21では、質問信号Qの送信から応答信号Rの受信までの時間Tをタイマ機構によって測定するようになっている。
1−2−1 認証動作
次に、本実施形態による認証システム0の動作について説明する。
図5は認証システム0の動作を示す流れ図である。
まず、制御部21は、ユーザが入力するID番号を受付部25で受け付けるのを待機する(ステップS1)。制御部21は、ユーザが予め決めてあるID番号が受け付けられると(ステップS1;YES)、次の処理に移行する。制御部21は、受け付けられたID番号をRAM21Cに一時的に記憶する(ステップS2)。この際、記憶部22に記憶された特徴テーブル22A内にID番号が有るか否かを照合し、ない場合には、表示部26にID番号の入力間違いを指摘するコメントを表示させてもよい。
制御部21は、送受信部24で応答信号Rが受信すると(ステップS6)、タイマをストップして、質問信号Qの送信から応答信号Rの受信までの時間を計測し、この時間を被ID信号としてRAM21Cに記憶する(ステップS7)。
制御部21は、ID信号と被ID信号とが一致した場合(ステップS13;YES)には、“認証OK”を表示部26に表示して、この処理を終了して次の処理、例えば決済処理等に移行する。一方、制御部21は、ID信号と被ID信号とが不一致の場合(ステップS13;NO)には、“認証NG”を表示部26に表示して、この処理を終了する。この場合には、これ以降の一切の処理を禁止する。
まず、この判定動作を説明する前に、図5のステップS3における質問信号Qの生成、つまりランダム波形生成部23におけるランダム波形の生成について説明する。ランダム波形生成部23の回路構成は、論理回路の組み合わせによって実現できるため、回路構成の詳細については省略する。
本実施形態におけるランダム波形生成部23では、一例として制御部21からの指令信号を受けて同じパルス幅となる6個の基準パルス波形を生成し、これらのパルス波形をオン/オフさせることによって、ランダム波形となる質問信号Qを生成するものとする。本実施形態では、6個のパルス波形によってランダム波形を生成するもとしているが、ランダム波形を生成するための基準パルス波形は、6個に限るものではない。
図6は、ランダム波形生成部23で生成する質問信号Qの生成工程および送受信部24で受信される応答信号Rを示した波形図である。
例えば、ランダム波形生成部23は、1個のパルス波形となる質問依頼信号Q0(図6(a))を基本としてと、6個のパルス波形を有するパルス列となる基本波形を生成し、これらのパルス波形をオン/オフさせることでランダム波形を生成する。図6(b)は、4個目のパルス波形をオフにして生成した例を示している。
制御部21は、この質問信号Qを送信する際に、この質問信号QをRAM21Cに記憶する。一方、上記のようにして生成されたランダム波形となる質問信号Qを受けてRFID10から返信された応答信号RもRAM21Cに記憶する。そして、質問信号Qと応答信号Rとを照合して真偽判定を行う。
ここでは、応答信号Rに質問信号Qのランダム波形の波形傾向があるか否か、を判定するため、応答信号Rの波形幅が質問信号Qの波形幅に一致するか否か、質問信号Qの個々のパルス波形に対応したパルス波形が応答信号Rに存在するか否かの判定を行う。
図7は、ランダム波形生成部23で生成する質問信号Qの生成工程および送受信部24で受信される応答信号Rを示した波形図である。
例えば、ランダム波形生成部23は、1個のパルス波形となる質問依頼信号Q0(図7(a))を基本としてと、6個のパルス波形を有するパルス列となる基本波形を生成し、これらのパルス波形をオン/オフさせることでランダム波形を生成する。図7(c)は、4個目のパルス波形をオフにして生成した例を示している。この場合、質問依頼信号Q0から間引き信号T(図7(b))を減算することで、質問信号Q(図7(c))を得る。つまり、間引き信号Tは質問依頼信号Q0を暗号にするための信号となる。
制御部21は、この質問信号Qを送信する際に、この質問依頼信号Q0および間引き信号TをRAM21Cに記憶する。一方、上記のようにして生成されたランダム波形となる質問信号Qを受けてRFID10から返信された応答信号R(図7(d))もRAM21Cに記憶する。
そして、制御部21は、応答信号Rから暗号にした部分を除去する複合化処理を行い、補正後応答信号R0と質問依頼信号Q0とを比較して真偽判定を行う。
具体的には、制御部21は、RAM21Cに記憶された間引き信号Tに減衰率αを乗じた補正信号M(図7(e))を生成し、この補正信号Mを応答信号Rに加算して、補正後応答信号R0を生成する。
これにより、応答信号Rの波形と質問信号Qのランダム波形との信号波形が一致しない場合には、RFID10が偽造であり、RFID10の“なりすまし”である、と判定することができる。
以下、第1実施形態の変形例について述べる。
1−3−1 第1実施形態では、図5に示す処理を開始するに際し、ユーザが受付部25のキーを操作してID番号を入力する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、定期的に質問器20から質問信号Qを送信するようにしてもよい。この場合、ユーザが質問器20にRFID10を近づけることによって、処理動作が自動的に開始される。
以下、本発明に係る第2実施形態について説明する。本実施形態の特徴は、RFIDを備えた携帯電話による認証システムとして構成した点にある。なお、本実施形態では、前述した第1実施形態と同一の構成要素に同一の符号を付し、その説明を省略するものとする。
図8は本実施形態に係る認証システムを示す全体構成図である。
認証システム0´は、RFID10を備えた携帯電話30と、このRFID10との間、および携帯電話30との間で無線による信号の授受を行う質問器40と、この質問器40にネットワーク50を介して接続された管理サーバ60と、を具備する。
ここで、入出力部41は、携帯電話30との間でブルートゥース(Bluetooth:登録商標)や赤外線通信等の短距離無線通信を行い、携帯電話30を所有するユーザが個人認証処理を行う必要のある際には、認証依頼信号を入出力部41を介して制御部21に送信する。制御部21は、この認証依頼信号を受けて指令信号をランダム波形生成部23に送信し、ランダム波形生成部23では、第1実施形態で述べたように、ランダム波形となる質問信号Qを生成する。
ネットワーク通信部42は、ネットワーク50に質問器40を接続するためのインタフェースである。
次に、第2実施形態によるRFID10の認証処理について説明する。
図10は、認証処理のシーケンスチャートを示す図である。
まず、制御部21は、ユーザが携帯電話30を使って認証依頼信号とID番号が入力されるのを待機する(ステップS21)。制御部21は、ユーザが携帯電話30から認証の問い合わせを指示する信号が送信されると、この信号と共に携帯電話の番号がID番号として入出力部41を介して受け付けられる(ステップS21;YES)。制御部21は、入力されたID番号(電話番号)をRAM21Cに一時的に記憶する(ステップS22)。
制御部21は、送受信部24で応答信号Rが受信すると、タイマをストップして、質問信号Qの送信から応答信号Rの受信までの時間を計測し、この時間を被ID信号としてRAM21Cに記憶する(ステップS26)。
管理サーバ60では、特徴テーブルに記憶されたID番号からID信号を読み出し(ステップS31)、読み出したID信号と被ID信号とを比較する(ステップS32)。
制御部21は、ID信号と被ID信号とが一致した場合(ステップS32;YES)には、“認証OK”を示す信号をネットワーク60を介して質問器40に送信し、質問器40では、“認証OK”を示す信号を受けて、例えば決済処理等のID番号を使用した処理を開始する。
一方、管理サーバ60では、ID信号と被ID信号とが不一致の場合(ステップS32;NO)には、この処理を終了する。この場合、“認証NG”を示す信号を質問器40に送信し、これ以降の一切の処理を禁止することを表示部26に表示させてもよい。
以下、第2実施形態の変形例について述べる。
2−3−1 第2実施形態では、認証処理のみを管理サーバ60に備えるようにしたが、質問器40には制御部21、送受信部24、表示部26、入出力部41およびネットワーク接続部42を持たせ、ランダム波形生成部23を管理サーバ60に備えるようにしてもよい。
この場合、図11に示すように、携帯電話30と管理サーバ60とを移動通信網51で接続し、携帯電話30から基地局52、移動通信網51を介して管理サーバ60にID番号および質問器40の固有番号を直接送信する。この固有番号とは、質問器40毎に決められたユニークな番号であり、ユーザに見えるように、質問器40の筐体に固有番号を記載したラベルを貼り付けておく。この固有番号を管理サーバ60に送信すれば、管理サーバ60では、ユーザがどの質問器40との間で認証処理を行おうとしているかが分かる仕組みになっている。
これにより、質問器40では、図10のステップS30で送信する信号は算出された被ID信号のみを管理サーバ60に送信するだけで、RFID10の真偽処理および認証処理を管理サーバ60で行わせることができ、質問器40内で処理する場合に比べ、質問器40における負荷動作を軽減することができる。
本発明は、前述した各実施形態に限らず、種々の態様が可能である。
3−1 前記各実施形態では、ランダム波形を6個のパルスをオン/オフすることによって生成したが、本発明はこれに限らず、ランダム波形は、時間に対してランダム化した波形、周波数に対してランダム化した波形、位相に対してランダム化した波形、波高値に対してランダム化した波形であってもよく、要は質問信号Qを送信する度に決まるランダム波形を送信するようにすればよい。
また、真偽判定においても、ランダム波形の幅を質問信号Qと応答信号Rとで比較することによって、判定するようにしてもよい。
図12は、4対の櫛型電極を形成したRFID100を例示した平面図である。
このRFID100は、矩形状のガラス基板101と、弾性表面波が伝搬するために、前記ガラス基板101の中央部に形成された誘電体基板104と、前記ガラス基板101の2本の長尺辺側のこの誘電体基板104を外した表面に長尺辺方向に伸長するように形成されたアンテナ102A,102Bと、このアンテナ102A,102Bから誘電体基板104に向けて延びるインピーダンスマッチング部103A,103と、前記誘電体基板104上に形成され、それぞれ共振条件(離間距離)を異ならせる4対の櫛型電極105A,105B、106A,106B,107A,107B,108A,と108Bと、4対の櫛型電極の一端がそれぞれ接続された部位とインピーダンスマッチング部103A,103とを接続するワイヤボンディング109A,109Bと、を具備している。
このように構成されるRFID100であっても、前記各実施形態に記載した質問器20(40)からのランダム波形となる質問信号Qを受信することで、この質問信号Qに対する応答信号Rを返信する。このRFID100の場合には質問信号Qに対して4個の応答信号Rが返信されることになる。そして、各応答信号毎に上記の真偽判定処理を行えばよい。この場合、各応答信号に対して判定処理を行うため、偽造のRFIDによる“なりすまし”の判定精度も向上する。
Claims (10)
- 無線による質問信号を受けて応答信号を返信する応答器と、
質問依頼信号から間引き信号を減算することでランダム波形となる質問信号を生成する質問信号生成手段と、
前記質問信号を応答器に送信し、前記応答器から返信される応答信号を受信する送受信手段と、
前記間引き信号に予め決められた減衰率を乗じて生成した補正信号を前記応答信号に加算して補正後応答信号を生成し、前記質問依頼信号と前記補正後応答信号とを比較し波形傾向が一致するか否かによって前記応答器の真偽を判定する真偽判定手段と、を具備した
ことを特徴とする応答器の真偽判定システム。 - 請求項1記載の応答器の真偽判定システムにおいて、
前記応答器は、前記質問信号を受信して機械振動を発生させる励振部と、
前記励振部から発生した機械振動が伝達されて弾性表面波を発生し、発生した弾性表面波を電気信号に変換して応答信号として出力する送信部と、を備える
ことを特徴とする応答器の真偽判定システム。 - 請求項1記載の応答器の真偽判定システムにおいて、
前記ランダム波形は、時間に対してランダム化した波形である
ことを特徴とする応答器の真偽判定システム。 - 請求項1記載の応答器の真偽判定システムにおいて、
前記ランダム波形は、周波数に対してランダム化した波形である
ことを特徴とする応答器の真偽判定システム。 - 請求項1記載の応答器の真偽判定システムにおいて、
前記ランダム波形は、位相に対してランダム化した波形である
ことを特徴とする応答器の真偽判定システム。 - 請求項1記載の応答器の真偽判定システムにおいて、
前記ランダム波形は、波高値に対してランダム化した波形である
ことを特徴とする応答器の真偽判定システム。 - 無線による質問信号を受けて応答信号を返信する応答器と、
質問依頼信号から間引き信号を減算することでランダム波形となる質問信号を生成する質問信号生成手段と、
前記質問信号を応答器に送信し、前記応答器から返信される応答信号を受信する送受信手段と、
前記間引き信号に予め決められた減衰率を乗じて生成した補正信号を前記応答信号に加算して補正後応答信号を生成し、前記質問依頼信号と前記補正後応答信号とを比較し波形傾向が一致するか否かによって前記応答器の真偽を判定する真偽判定手段と、
前記真偽判定手段で前記応答器が真であると判定した場合に、前記質問信号の送信から前記応答信号の受信までの時間に基づいて前記応答器の識別を行う識別手段と、を備えた
ことを特徴とする応答器の識別システム。 - 請求項7に記載の応答器の識別システムにおいて、
前記識別手段は、予め前記応答器毎に割り当てられた識別IDと、この識別IDに対応付けた識別信号とを記憶する記憶手段と、
前記質問信号の送信から前記応答信号の受信までの時間である被識別信号と、前記記憶手段に記憶された識別信号とを照合することにより、前記応答器の識別IDを特定する識別ID特定手段と、を具備した
ことを特徴とする応答器の識別システム。 - 質問依頼信号から間引き信号を減算することでランダム波形となる質問信号を生成する質問信号生成手段と、
前記質問信号を応答器に送信し、前記応答器から返信される応答信号を受信する送受信手段と、
前記間引き信号に予め決められた減衰率を乗じて生成した補正信号を前記応答信号に加算して補正後応答信号を生成し、前記質問依頼信号と前記補正後応答信号とを比較し波形傾向が一致するか否かによって前記応答器の真偽を判定する真偽判定手段とを備えた
ことを特徴とする質問器。 - 請求項9記載の質問器において、
前記真偽判定手段で前記応答器が真であると判定した場合に、前記質問信号の送信から前記応答信号の受信までの時間に基づいて前記応答器の識別を行う識別手段を、さらに備えた
ことを特徴とする質問器。
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