JP5796241B2 - 相互認証システム及び相互認証方法 - Google Patents

Description

本発明は、上位装置と下位装置が相互に認証を行う相互認証システム及び相互認証方法に関する。

上位装置（例えばＡＴＭなど）が、下位装置（例えばカードリーダなど）に対して処理実行の命令を出し、それを受けて下位装置が処理を実行し、その処理結果を上位装置に通知するような情報処理システムでは、なりすまし等の不正行為を防止するために、高いセキュリティ性が要求される場合がある。このような情報処理システムは、上位装置と下位装置との間で、双方が互いに正当な装置であることを認証する相互認証処理を実施して、双方が正当な装置であることを証明できた後に通常の運用に遷移している（例えば、特許文献１参照）。

また、近年、下位装置においては、複数の従属デバイスが接続され、セキュリティ機能がこれら従属デバイスに割り当てられており、下位装置の制御部がそれらの従属デバイスを操作する構成になっている場合がある。このような情報処理システムの場合には、上位装置は、これらセキュリティ機能が搭載された下位装置や従属デバイスの各々に対して相互認証を行っている。

特開２００８−７７２９７号公報

しかしながら、このような情報処理システムでは、上位装置と下位装置が相互に認証を行う相互認証システムを構築するシステム構築者は、上位装置から下位装置や従属デバイスの各々に対して相互認証を行うためのプログラムを作成するために、下位装置がどのような構成になっているかを把握しなければならず、システム構築が複雑となり、その効率を下げる要因となるという問題があった。

また、上位装置は、セキュリティ機能を有する下位装置や従属デバイスの各々と相互認証を個別に実施するために、相互認証システムが複雑になるのみならず、通常運用に遷移するまでの処理時間も長くなり、冗長な相互認証システムになってしまうという問題もあった。

本発明は、このような点に鑑みてなされたものであり、その目的は、上位装置と下位装置が相互に認証を行う相互認証システムにおいて、下位装置が複数の従属デバイスを有する場合でも、相互認証システム構築が容易な相互認証システム及び相互認証方法を提供することにある。

以上のような課題を解決するために、本発明は、以下のものを提供する。

（１） 上位装置と下位装置が相互に認証を行う相互認証システムであって、前記下位装置は、該下位装置を制御する制御部と、前記制御部によって制御される複数の従属デバイスと、を有し、前記制御部は、前記上位装置と前記複数の従属デバイスそれぞれが相互に認証を行うための情報を、前記上位装置と前記複数の従属デバイスそれぞれに対して送受信する認証管理部を備え、前記複数の従属デバイスは、それぞれに、前記上位装置を認証するための認証用下位情報を生成する認証処理部と、前記認証用下位情報を記憶する記憶部と、を備え、前記認証管理部は、前記上位装置の認証要求に基づいて、前記複数の従属デバイスのうち一の従属デバイスに対して前記認証用下位情報の生成指示を与える指示手段と、前記一の従属デバイスから受信した前記認証用下位情報を他の従属デバイスに送信して共有させる共有手段と、前記複数の従属デバイス全てにおいて共有された前記認証用下位情報を前記上位装置に送信する送信手段と、を有することを特徴とする相互認証システム。

本発明によれば、上位装置と下位装置が相互に認証を行う相互認証システムには、下位装置に認証管理部を備えたので、下位装置が複数の従属デバイスを有する場合でも、上位装置は認証管理部に対し相互に認証を行う情報を送受信することで、上位装置が下位装置や複数の従属デバイスと認証を行うことができる。このため、従来技術のように上位装置が個々の従属デバイスに対して複数回の認証処理を行う必要がなく、構築されるシステムもシンプルとなるので、相互認証システム構築が容易になる。

（２） 前記上位装置は、前記複数の従属デバイスそれぞれを認証する認証処理部を備え、前記認証処理部は、前記複数の従属デバイスそれぞれを認証するための認証用上位情報を生成すると共に、この前記認証用上位情報と前記送信された前記認証用下位情報とを混合した認証応答情報を生成することを特徴とする相互認証システム。

本発明によれば、認証処理部は、複数の従属デバイスそれぞれを認証するための認証用上位情報を生成し、この認証用上位情報と認証用下位情報とを混合した認証応答情報を生成しているので、上位装置が下位装置や複数のデバイスそれぞれを認証するための情報及び下位装置または複数のデバイスそれぞれが上位装置に対して認証するための情報を生成することができる。このため、相互認証システムの認証の処理時間を短縮することができる。

（３） 前記上位装置と前記複数の従属デバイスとが相互に認証するために、共通鍵暗号方式を用い、前記複数の従属デバイスは、前記上位装置と共有する秘密鍵を保有していることを特徴とする相互認証システム。

本発明によれば、上位装置と複数の従属デバイスが共有する秘密鍵を用いて相互に認証するための情報を送受信するので、上位装置と複数の従属デバイスとの情報通信における情報の盗聴、改ざん、なりすましの脅威に対処することができ、安全に相互の認証処理を行うことができる。

（４） 上位装置に接続された下位装置が、該下位装置を制御する制御部と、前記制御部によって制御される複数の従属デバイスと、を有し、前記上位装置と前記複数の従属デバイスそれぞれが相互に認証を行う相互認証方法であって、前記制御部は、前記上位装置と前記複数の従属デバイスそれぞれが相互に認証を行うための情報を、前記上位装置と前記複数の従属デバイスそれぞれに対して送受信する認証管理部を備え、前記認証管理部が、前記上位装置の認証要求に基づいて、前記複数の従属デバイスのうち一の従属デバイスに対して、前記複数の従属デバイスそれぞれが前記上位装置の認証を行うための認証用下位情報の生成指示を与える指示ステップと、前記認証管理部が、前記一の従属デバイスから受信した認証用下位情報を他の従属デバイスに送信して共有させる共有ステップと、前記認証管理部が、前記複数の従属デバイス全てにおいて共有された前記認証用下位情報を前記上位装置に送信する送信ステップと、を有することを特徴とする相互認証方法。

本発明によれば、上位装置と複数の従属デバイスそれぞれが相互に認証を行う相互認証方法において、下位装置に認証管理部を備えたので、下位装置が複数の従属デバイスを有する場合でも、上位装置は認証管理部に対し相互に認証を行う情報を送受信することで、上位装置が下位装置や複数の従属デバイスと認証を行うことができる。このため、従来技術のように上位装置が個々の従属デバイスに対して複数回の認証処理を行う必要がなく、上位装置と下位装置との間での相互認証処理を従来より少ないやりとりで完了させることができ、認証の処理時間も短縮することが可能である。

（５） 前記上位装置は、前記複数の従属デバイスそれぞれを認証する認証処理部を備え、前記認証処理部は、前記複数の従属デバイスそれぞれを認証するための認証用上位情報を生成すると共に、この前記認証用上位情報と前記送信された前記認証用下位情報とを混合した認証応答情報を生成する生成ステップを有することを特徴とする相互認証方法。

本発明によれば、相互認証方法は、認証処理部の生成ステップにより、複数の従属デバイスそれぞれを認証するための認証用上位情報を生成し、この認証用上位情報と認証用下位情報とを混合した認証応答情報を生成しているので、上位装置が下位装置や複数のデバイスそれぞれを認証するための情報及び下位装置または複数のデバイスそれぞれが上位装置に対して認証するための情報を生成するができる。このため、相互認証システムの認証の処理時間を短縮することができる。

（６） 前記複数の従属デバイスそれぞれが、共有している前記認証用下位情報と、前記上位装置から送信された前記認証応答情報に含まれる前記認証用下位情報と、を比較して認証用下位情報の照合を行うと共に、前記認証応答情報に含まれる前記認証用上位情報を前記上位装置に返信し、前記上位装置が、この返信された認証用上位情報と、前記上位装置が生成された前記認証上位情報とを比較して認証用上位情報の照合を行う照合ステップと、を有することを特徴とする相互認証方法。

本発明によれば、相互認証方法は、照合ステップにより、上位装置に複数の従属デバイスを有する下位装置が接続された場合でも、従来技術のように上位装置が個々の従属デバイスに対して複数回の認証処理を行う必要がなく、認証処理が下位装置に対する処理で済むので、相互認証システムの認証の処理時間を短縮することができる。

（７） 前記照合ステップは、前記複数の従属デバイスそれぞれが前記認証応答情報から前記認証用上位情報を抽出して前記認証処理管理部に返信し、前記認証処理管理部は前記複数の従属デバイスから返信された前記認証用上位情報が全て一致した場合に該認証用上位情報を前記上位装置に返信することを特徴とする相互認証方法。

本発明によれば、認証処理管理部が複数の従属デバイスから返信された認証用上位情報が全て一致した場合に認証用上位情報を上位装置に返信するので、複数の従属デバイスが全て正常であることを確認してから上位装置に通知することになり、セキュリティ性をより向上させることができる。

本発明によれば、上位装置と下位装置が相互に認証を行う相互認証システムには、下位装置に認証管理部を備えたので、下位装置が複数の従属デバイスを有する場合でも、上位装置は認証管理部に対し相互に認証を行う情報を送受信することで、上位装置が下位装置や複数の従属デバイスと認証を行うことができる。このため、従来技術のように上位装置が個々の従属デバイスに対して複数回の認証処理を行う必要がなく、構築されるシステムもシンプルとなるので、相互認証システム構築が容易になる。
また、本発明の相互認証方法によれば、下位装置に認証管理部を備えたので、下位装置が複数の従属デバイスを有する場合でも、従来技術のように上位装置が個々の従属デバイスに対して複数回の認証処理を行う必要がなく、上位装置と下位装置との間での相互認証処理を従来より少ないやりとりで完了させることができ、認証の処理時間も短縮することが可能である。

本発明の実施の形態に係る認証システムの電気的構成を示す全体ブロック図である。 本認証システム制御部の詳細を示すブロック図である。 本認証システムの処理の一例を示す流れ図である。 その処理の一例を示す構成図である。

以下、本発明を実施するための最良の形態について、図面を参照しながら説明する。

［システムの全体構成］
図１は、本発明の実施の形態に係る相互認証システムの電気的構成を示す全体ブロック図である。

図１において、上位装置１は、例えばＡＴＭなどのホストである。下位装置２は、ホスト１に接続されているカードリーダであり、カードリーダ２は、カード上に形成された磁気ストライプに記録された磁気情報の再生、或いは同カードへの新たな磁気情報の記録等を行なう。また、カードリーダ２は、第１従属デバイスとしての第１暗号磁気ヘッド装置２１及び第２従属デバイスとしての第２暗号磁気ヘッド２２装置を有する。第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２は、図示しないカード搬送路の両側に対向配置され、カード上に形成された磁気ストライプの磁気データを読み取り可能な構成となっている。

（上位装置：ホスト）
図１において、ホスト１は、ＣＰＵ１０１と、例えばハードディスクなどのデータ記憶装置１１０と、を有し、ＣＰＵ１０１はその内部にＲＡＭ１０２とＲＯＭ１０３を有する。ＲＯＭ１０３には、ホスト１を制御するための各種プログラムとして、インタフェイス１０４、認証処理部１０５、その他処理部１０６などが格納されている。

ＣＰＵ１０１は、ＣＰＵ１０１内部のＲＡＭ１０２をワークメモリとして、ＲＯＭ１０３に記憶されたプログラムを実行して、ホスト１の各部を制御する。また、本実施形態では、ＲＡＭ１０２は、認証用上位情報・認証用下位情報、これらの情報を混合した認証応答情報、共有する秘密鍵を保持する。このように共有する秘密鍵を用いた暗号通信は、共通鍵暗号方式と呼ばれ、共通鍵暗号アルゴリズムに基づく暗号処理を実施するために通信者間で使用される鍵は共通の秘密鍵である。このため、この暗号方式で暗号処理する場合には、通信者間であるホスト１と、第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２は、物理的に安全な方法で配送するなどされて共通の秘密鍵を共有し保持している。なお、この秘密鍵は、通信する相手が多数の場合、認証する相手相当数の秘密鍵を予め記憶しておく必要があるが、本実施の形態では、ホスト１と、第１及び第２暗号磁気ヘッド２１、２２すべてが共通の一つの秘密鍵を保持すればよい。

インタフェイス１０４は、カードリーダ２の制御部２０とのインタフェイスを提供し、コネクタなどを有する。また、インタフェイス１０１には、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４等のシリアルバスインタフェイス、有線、無線、又は赤外線等の通信インタフェイスを用いてもよい。

認証処理部１０５は、図示しないが、生成手段、暗号／復号手段、照合手段とを備えて、制御部２０内の認証管理部２０５を介して、第１暗号磁気ヘッド装置２１、第２暗号磁気ヘッド装置２２と相互に認証する。認証処理部１０５の生成手段は、複数の第１暗号磁気ヘッド装置２１，第２暗号磁気ヘッド装置２２それぞれを認証するための認証用上位情報を生成する。また、生成手段は、認証処理部１０５は、認証用上位情報と、認証管理部２０５から送信された認証用下位情報と、を混合した認証応答情報を生成する。本実施の形態では、第１暗号磁気ヘッド装置２１、第２暗号磁気ヘッド装置２２に対して共通した情報でよく、認証用上位情報及び認証応答情報はそれぞれ１個づつ生成する。生成された認証応答情報は、認証管理部２０５を送信され、送信された認証応答情報は、第１暗号磁気ヘッド装置２１，第２暗号磁気ヘッド装置２２それぞれに送信される。なお、この認証用上位情報と認証用下位情報及びこれらの情報を混合した認証応答情報は、ＲＡＭ１０２に格納される。

さらに、認証処理部１０５は、第１暗号磁気ヘッド装置２１，第２暗号磁気ヘッド装置２２の正当性を認証する場合、第１暗号磁気ヘッド装置２１、第２暗号磁気ヘッド装置２２に対して認証用上位情報、認証用下位情報及び認証応答情報を送受信するための共有の秘密鍵データ（以下「秘密鍵」とする）を提供する。認証処理部１０５の暗号／復号手段は、ＲＡＭ１０２に保持している秘密鍵を用いて、認証用上位情報、認証用下位情報及び認証応答情報を暗号化し、または復号する処理を行う。さらに、認証処理部１０５の照合手段は、認証管理部２０５から返信された認証用上位情報と、生成した認証上位情報とを比較して認証用上位情報の照合を行い、一致している場合には、第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２の正当性が認証される。

（下位装置： カードリーダ）
カードリーダ２は、第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２が、図示しないカード搬送路の両側に対向配置され、カード上に形成された磁気ストライプの磁気データを読み取り可能な構成となっている。図１において、カードリーダ２の制御部２０は、ＣＰＵ２０１とカード通過センサ２１０を有し、ＣＰＵ２０１はその内部にＲＡＭ２０２とＲＯＭ２０３を有する。ＲＯＭ２０３には、カードリーダ２を制御するための各種プログラムとして、ホスト１とのインタフェイス２０４ａ、第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１，２２とのインタフェイス２０４ｂ、認証処理管理部２０５、その他処理部２０６などが格納されている。その他処理部２０６は、例えば、ホスト１が安全な方法でロードする秘密鍵Ｋａを受信し、複数に第１、第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２に送信する処理を実行している。ＲＡＭ２０２は、ＣＰＵ２０１が行う各種処理のワークエリアとして利用する。また、本実施の形態では、ＲＡＭ２０２は、認証用下位情報・認証用上位情報を保持することができる。

ＣＰＵ２０１は、ＣＰＵ内部のＲＯＭ２０３に記憶されたプログラムを実行して、制御部２０の各部を制御する。

制御部２０は、ホスト１と複数の第１暗号磁気ヘッド装置２１，第２暗号磁気ヘッド装置２２それぞれがホスト１と相互に認証を行うための情報を、ホスト１と複数の第１暗号磁気ヘッド装置２１，第２暗号磁気ヘッド装置２２それぞれに対して送受信する認証処理管理部２０５を備えている。

インタフェイス２０４ａはホスト１とのインタフェイスを提供し、インタフェイス２０４ｂは第１暗号磁気ヘッド装置２１及び第２暗号磁気ヘッド装置２２とのインタフェイスを提供し、それぞれコネクタなどを有する。また、インタフェイス２０４ａ，２０４ｂには、ＵＳＢやＩＥＥＥ１３９４等のシリアルバスインタフェイス、有線、無線、又は赤外線等の通信インタフェイスを用いてもよい。

認証処理管理部２０５は、ホスト１の認証処理部１０５と第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１，２２が相互に認証するための処理を管理する機能を有する。認証処理管理部２０５は、図２に示すように、指示手段２０５ａ、共有手段２０５ｂ、送信手段２０５ｃとを主な構成とし、認証用下位情報、認証用上位情報及びこれらを混合した認証応答情報を用いて、ホスト１と第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２それぞれと相互に認証するための処理を管理している。

指示手段２０５ａは、ホスト１の認証要求に基づいて、第１暗号磁気ヘッド装置２１，第２暗号磁気ヘッド装置のうちどちらか一方の暗号磁気ヘッド装置に対して認証用下位情報の生成指示を与える。例えば、ホスト１がカードリーダ２に対して認証用下位情報の生成を要求する要求コマンドを送信し、送信された要求コマンドを、認証処理管理部２０５の指示手段２０５ａが受けて、例えば、第１暗号磁気ヘッド装置２１に認証用下位情報の生成を要求する。なお、指示手段２０５ａは、認証用下位情報の生成を要求する暗号磁気ヘッド装置（従属デバイス）をランダムに選択するが、交互に選択してもよく、選択対象を固定しておいてもよい。共有手段２０５ｂは、第１暗号磁気ヘッド装置２１が生成した認証用下位情報を受信し、受信した認証用下位情報を、ＣＰＵ２０内のＲＡＭ２０２に格納すると共に、他の第２暗号磁気ヘッド装置２２に送信する。送信手段２０５ｃは、第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１，２２において認証用下位情報を共有したことを確認すると、ＲＡＭ２０２に格納されている認証用下位情報をホスト１に送信する。

（従属デバイス： 第１、第２暗号磁気ヘッド装置）
複数の第１暗号磁気ヘッド装置２１，第２暗号磁気ヘッド装置２２は、それぞれに、ホスト１を認証するための認証用下位情報を生成する認証処理部２１５，２２５を備えている。この認証用下位情報は、暗号磁気ヘッド装置２１，２２においてＲＡＭ２１２，２２２に格納されると共に、制御部２０においてＲＡＭ２０２に格納される。第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２は、図示しないカード上に形成された磁気ストライプの磁気データを読み取り、第１、第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２の内部で暗号化してカードリーダ２の制御部２０を介してホスト１に出力する。なお、本実施形態では、磁気ストライプを片面或いは両面に設けられたカードに対応可能なように、カードリーダのカード通路内を走行させる時に、同通路内の両側（上下）に第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２が配設されており、これら第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２によって磁気ストライプ内の磁気情報の読み取りが行なわれている。このように、読み取った磁気データを装置内部で暗号化することで、ホスト１への磁気データ送信段階でのデータ盗難・詐取から保護してセキュリティ性を高めている。

本実施の形態では、第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２は、カード搬送路の両側に対向配置しており、カードの向きに関係なく、挿入されたカードの磁気ストライプに当接、摺動して磁気データを読み取ることが可能な構成になっている。

図１において、第１暗号磁気ヘッド装置２１は、ＣＰＵ２１１と磁気ヘッド２１０を有し、ＣＰＵ２１１はその内部にＲＡＭ２１２とＲＯＭ２１３を有する。ＣＰＵ２１１は、ＲＯＭ２１３に記憶されたプログラムを実行して、第１暗号磁気ヘッド装置２１の各部を制御する。ＲＡＭ２１２は、ＣＰＵ２１１が行う各種処理のワークエリアとして利用する。また、本実施の形態では、ＲＡＭ２１２は、秘密鍵・認証用下位情報を保持する。ＲＯＭ２１３には、カードリーダ２を制御するための各種プログラムとして、制御部２０とのインタフェイス２１４、認証処理部２１５、磁気データ復調部２１６、その他処理部２１７などが格納されている。

インタフェイス２１４は、制御部２０のインタフェイス２０４ｂに対応したインタフェイスである。

認証処理部２１５は、図示しないが、生成手段、暗号／復号手段、照合手段、抽出手段を備え、制御部２０内の認証管理部２０５を介して、ホスト１と相互に認証する。認証処理部２１５の生成手段は、第１暗号磁気ヘッド装置が上位を認証するために利用する認証用下位情報を生成する。認証処理部２１５の暗号／復号手段は、ＲＡＭ２１に保持されている、共有の秘密鍵を用いて、認証用上位情報、認証用下位情報及び認証応答情報を、公知となっている暗号アルゴリズムにしたがって暗号化し、または復号する処理を行う。さらに、認証処理部２１５の抽出手段は、ホスト１から送信された認証応答情報から認証用上位情報と認証用下位情報を抽出する。また、認証処理部２１５の照合手段は、共有している認証用下位情報と、ホスト１から送信された認証応答情報に含まれる認証用下位情報と、を比較して認証用下位情報の照合を行う。

磁気データ復調部２１６は、第１暗号磁気ヘッド装置２１である磁気ヘッド２１０が読み取った磁気情報を２値化などの公知手段により復調し、ホスト１に送信可能なデータにする。

図１において、第２暗号磁気ヘッド装置２２は、ＣＰＵ２２１と磁気ヘッド２２０を有し、ＣＰＵ２２１はその内部にＲＡＭ２２２とＲＯＭ２２３を有する。ＲＯＭ２２３には、カードリーダ２を制御するための各種プログラムとして、制御部２０とのインタフェイス２２４、認証処理部２２５、磁気データ復調部２２６、の他処理部２２７などが格納されている。ＲＡＭ２２２は、ＣＰＵ２２１が行う各種処理のワークエリアとして利用する。また、本実施の形態では、ＲＡＭ２２２は、共通鍵・認証用下位情報を保持する。さらに、認証処理部２２５には図示しないが、生成手段、暗号／復号手段、照合手段、抽出手段を備え、制御部２０内の認証管理部２０５を介して、ホスト１と相互に認証する。各部の構成は、第１暗号磁気ヘッド装置２１と同様である。

［機器間の相互認証の方法］
次に、本発明に係る相互認証システムにおける処理手順について説明する。図３は、本相互認証システムの処理の一例を示す流れ図である。図４は、その処理の一例を示す構成図である。

なお、以下の処理に示す括弧付き数字は、図３，４中の丸付き数字に対応しており、これらの括弧付き数字は認証処理の順番を示す。

（秘密鍵共有処理）
［１］ ホスト１は、ホスト１と第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１，２２それぞれが相互に認証を行うための情報を暗号化する秘密鍵Ｋａを安全な方法でカードリーダ２の上位用インタフェイス２０４ａを介して制御部２０内のその他処理部２０６に送信する。また、ホスト１は、秘密鍵ＫａをＲＡＭ１０２に保持しておく。秘密鍵Ｋａは、ホスト１と第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１，２２が共有する鍵である。

［２］ その他処理部２０６は、受信した秘密鍵Ｋａをインタフェイス２０４ｂ、２１４，２２４を介して第１暗号磁気ヘッド装置２１及び第２暗号磁気ヘッド装置２２に安全な方法でロードする。第１、第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２は秘密鍵Ｋａを受け取った旨を示す肯定レスポンスをそれぞれその他処理部２０６に送信する。その他処理部２０６は、第１、第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２から肯定レスポンスを受信後、ホスト１に秘密鍵Ｋａを受け取った旨を示す肯定レスポンスを送信する。また、第１暗号磁気ヘッド２１及び第２暗号磁気ヘッド装置２２は、ロードされた秘密鍵ＫａをそれぞれＲＡＭ２１２，２２２に保持しておく。なお、秘密鍵Ｋａを第１暗号磁気ヘッド２１及び第２暗号磁気ヘッド装置２２にロードさせる方法は、安全な方法でさえあれば、どのような形態であってもよい。

（相互認証）
［３］ 続いて、ホスト１が、カードリーダ２に対して認証用下位情報の生成を要求する要求コマンドを認証処理管理部２０５に送信する。

［４］ 認証処理管理部２０５の指示手段２０５ａは、この要求コマンドを受けて、一方の暗号磁気ヘッド装置、例えば、第１暗号磁気ヘッド装置２１に認証用下位情報の生成を要求する。

［５］ 要求を受けた第１暗号磁気ヘッド装置２１は、認証処理部２１５の生成手段がランダムに生成して認証用下位情報［Ｒｎｄ＿Ａ］を得る。認証処理部２１５の暗号／復号手段は、上述した暗号アルゴリズムにより、生成した認証用下位情報［Ｒｎｄ＿Ａ］を先にロードされた秘密鍵Ｋａで暗号化して、認証処理部２１５は認証処理管理部２０５に、暗号化された認証用下位情報Ｋａ［Ｒｎｄ＿Ａ］を送信する。また、認証処理部２１５は、ＲＡＭ２１２に認証用下位情報［Ｒｎｄ＿Ａ］を保持しておく。なお、秘密鍵Ｋａ及び認証用下位情報［Ｒｎｄ＿Ａ］は認証処理部２１５内に記憶部（図示せず）を備え、この記憶部に格納するようにしてもよい。

［６］ 認証処理管理部２０５の共有手段２０５ｂは、受信した暗号化された認証用下位情報Ｋａ［Ｒｎｄ＿Ａ］を、ＲＡＭ２０２に保持すると共に、もう一方の暗号磁気ヘッド装置、第２暗号磁気ヘッド装置２２に送信する。

［７］ 暗号化された認証用下位情報Ｋａ［Ｒｎｄ＿Ａ］を受け取った第２暗号磁気ヘッド装置２２は、認証処理部２２５の暗号／復号手段が上述した暗号アルゴリズムにより、先にロードされた秘密鍵Ｋａで受信データを復号して認証用下位情報［Ｒｎｄ＿Ａ］を得てこれをＲＡＭ２２２に保持しておく。

［８］ 認証処理管理部２０５の送信手段２０５ｃは、第２暗号磁気ヘッド装置２２に暗号化された認証用下位情報Ｋａ［Ｒｎｄ＿Ａ］を送信した後に、この暗号化された認証用下位情報Ｋａ［Ｒｎｄ＿Ａ］をホスト１に送信する。なお、本実施の形態では、図３に示すように、認証処理管理部２０５は、第２暗号磁気ヘッド装置２２から暗号化された認証用下位情報Ｋａ［Ｒｎｄ＿Ａ］の復号に成功した場合に返信される肯定レスポンスを受信した後に、この暗号化された認証用下位情報Ｋａ［Ｒｎｄ＿Ａ］をホスト１に送信している。

［９］ ホスト１は、受け取った、暗号化された認証用下位情報Ｋａ［Ｒｎｄ＿Ａ］を、先にＲＡＭ１０２に保持した秘密鍵Ｋａで復号し、カードリーダ２からの認証用下位情報［Ｒｎｄ＿Ａ］を得る。この認証用下位情報［Ｒｎｄ＿Ａ］は、ＲＡＭ１０２に保持される。

［１０］ ホスト１は、認証処理部１０５の生成手段がランダムに生成して下位装置認証用の認証用上位情報［Ｒｎｄ＿Ｂ］を得る。さらに、認証処理部１０５の生成手段は、生成した認証用上位情報［Ｒｎｄ＿Ｂ］を、カードリーダ２から受信した認証用下位情報［Ｒｎｄ＿Ａ］と混合し、認証応答情報［Ｒｎｄ＿Ａ＋Ｒｎｄ＿Ｂ］を生成する。次に、認証処理部１０５の暗号／復号手段は、生成した認証応答情報［Ｒｎｄ＿Ａ＋Ｒｎｄ＿Ｂ］を秘密鍵Ｋａで暗号化し、認証処理部１０５は暗号化された認証応答情報Ｋａ［Ｒｎｄ＿Ａ＋Ｒｎｄ＿Ｂ］を認証処理管理部２０５に送信し、自身でも認証用上位情報［Ｒｎｄ＿Ｂ］をＲＡＭ１０２に保持しておく。

［１１］ 認証処理管理部２０５の共有手段２０５ｂは、受信した、暗号化された認証応答情報Ｋａ［Ｒｎｄ＿Ａ＋Ｒｎｄ＿Ｂ］を第１暗号磁気ヘッド装置２１及び第２暗号磁気ヘッド装置２２に送信する。

［１２］ 第１暗号磁気ヘッド装置２１及び第２暗号磁気ヘッド装置２２は、それぞれの認証処理部２１５，２２５の暗号／復号手段が、先にロードされた秘密鍵Ｋａでこの暗号化された認証応答情報Ｋａ［Ｒｎｄ＿Ａ＋Ｒｎｄ＿Ｂ］を復号する。さらに、それぞれの認証処理部２１５，２２５の抽出手段が、その中からホスト１を認証するための認証用下位情報［Ｒｎｄ＿Ａ］を抽出し、各認証処理部２１５，２２５の照合手段で先にＲＡＭ２１２，２２２に保持してあった認証用下位情報［Ｒｎｄ＿Ａ］と照合する。

［１３］ 各認証処理部２１５，２２５の照合手段は、ＲＡＭ２１２，２２２に保持していた認証用下位情報［Ｒｎｄ＿Ａ］と、復号したホスト１を認証するための認証用下位情報が一致したら、上位装置認証成功とみなす。つぎに、各認証処理部２１５，２２５の暗号／復号手段は、同じく認証応答情報［Ｒｎｄ＿Ａ＋Ｒｎｄ＿Ｂ］から抽出した下位装置認証用の認証用上位情報［Ｒｎｄ＿Ｂ］を秘密鍵Ｋａで暗号化して、照合成功通知と共に認証処理管理部２０５に返信する。

［１４］ 認証処理管理部２０５は、第１暗号磁気ヘッド装置２１及び第２暗号磁気ヘッド装置２２の双方から照合成功を確認できたら、認証処理管理部２０５の送信手段が、一方の暗号磁気ヘッド装置から受信した、暗号化された認証用上位情報Ｋａ［Ｒｎｄ＿Ｂ］をホスト１に送信する。

［１５］ ホスト１は、認証処理部１０５が受信した、暗号化された認証用上位情報Ｋａ［Ｒｎｄ＿Ｂ］を、認証処理部１０５の暗号／復号手段により復号して、ＲＡＭ１０２に保持していた認証用上位情報［Ｒｎｄ＿Ｂ］と比較する。認証処理部１０５の照合手段は、復号した認証用上位情報が保持していた認証用上位情報［Ｒｎｄ＿Ｂ］と一致していたら下位装置認証成功とみなす。すなわち、第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２の正当性が認証される。

相互認証システムは、上記一連の処理を経て、ホスト１とカードリーダ２、第１暗号磁気ヘッド装置２１、第２暗号磁気ヘッド装置２２双方が正当な装置であることが証明できたものとする。

（本実施の形態の主な効果）
本実施の形態１における相互認証システムは、ホスト１に第１、第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２を有するカードリーダ２が接続された場合であっても、ホスト１は、カードリーダ２における第１、第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２の構成を把握しなくとも、カードリーダ２をセキュリティ機能を持つ一つのデバイスとして扱うことができる。

また、本実施の形態１の相互認証システムは、従来技術のようにホスト１が個々の第１、第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２に対して複数回の認証処理を行う必要がなく、ホスト１とカードリーダ２の認証処理管理部２０５との間では相互認証処理を少ないやりとりで、例えば、本実施の形態１では1回のやりとりで完了させることができ、システムが通常運用に遷移するまでの処理時間を短縮することができる。より具体的には、本実施の形態１によれば、ホスト１はカードリーダ２の認証処理管理部２０５に対して認証用下位情報の生成を一回指示すればよく、また、カードリーダ２の認証処理管理部２０５は認証用下位情報をホスト１に一回送信すればよいので、ホスト１は、カードリーダ２における従属デバイスの構成を把握しなくとも、カードリーダ２をセキュリティ機能を持つ一つのデバイスとして扱うことができ、相互認証処理を完了させることができるから、システム構築が容易になる。

また、相互認証システムはカードリーダ２に認証処理管理部２０５を設けたので、構築されるシステムもシンプルとなるので、ホスト１とカードリーダ２との間の相互認証の処理時間も短縮され、運用されやすいシステムを構築することができる。

また、本実施の形態の相互認証システムは、ホスト１に第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２を有するカードリーダ２が接続された場合であっても、従来技術のようにホスト１が個々の第１、第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２に対して認証処理を行う必要がなく、ホスト１は、相互認証処理がカードリーダ２の認証処理管理部２０５に対する処理で済むので、ホスト１とカードリーダ２の認証処理管理部２０５との間では相互認証処理を少ないやりとりで、例えば、本実施の形態では1回のやりとりで完了させることができ、システムが通常運用に遷移するまでの処理時間を短縮することができる。

また、第１暗号磁気ヘッド装置２１、第２暗号磁気ヘッド装置２２は、認証用下位情報を生成する認証処理部２１５、２２５を有するから、第１、第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２単位でホスト１を認証してセキュリティ性能を向上することができる。

さらに、従来技術のように、ホスト１からカードリーダ２や第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２の各々に対して相互認証を行うためのプログラムを作成する必要がないので、コストを低減することができる。

本実施の形態１では、ホスト１は、第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２それぞれを認証する認証処理部１０５を備え、この認証処理部１０５（の生成手段）が、複数の従属デバイスそれぞれを認証するための認証用上位情報を生成すると共に、この認証用上位情報と、認証処理管理部２０５から送信された認証用下位情報とを混合した認証応答情報を生成しているので、上位装置が下位装置や複数のデバイスそれぞれを認証するための情報及び下位装置または複数のデバイスそれぞれが上位装置に対して認証するための情報を生成するができる。このため、相互認証システムの認証の処理時間を短縮することができる。

また、本実施の形態１では、ホスト１と第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２とが共通鍵暗号方式を用いて相互認証を行うので、ホスト１と第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２とが共有する秘密鍵を用いて相互に認証するための情報を変形させて送受信することができる。すなわち、相互に認証するための情報（認証用下位情報、認証用上位情報及び認証応答情報）を暗号化することにより異なる値となるので、これらの認証するための情報の推測が困難になり、セキュリティ性能を向上させることができる。これにより、ホスト１と第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２との情報通信における情報の盗聴、改ざん、なりすましの脅威に対処することができ、安全に相互の認証処理を行うことができる。

さらに、本実施の形態１に示す相互認証システムでは、暗号化と復号とに共通する秘密鍵を用いる共通鍵暗号方式を用いるので、暗号化と復号とに異なる暗号鍵を用いる公開鍵暗号技術と比較して処理速度が速いため、相互認証の処理時間も短縮することができる。

本実施の形態１に示すカードリーダ２が有する制御部２０の機能の一部を各暗号磁気ヘッド装置２１、２２に分担させるので、認証処理管理部２０５の相互に認証を行う動作負担を軽減できる。また、カードリーダ２の制御部２０の機能の一部を各暗号磁気ヘッド装置２１、２２に分担させるので、制御部２０が複数の処理を並行して行う必要がないので、制御部の負担を軽減でき、さらにコストを低減することができる。

本実施の形態１では、ホスト１とカードリーダ２内の第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２とそれぞれが相互に認証を行う相互認証方法において、カードリーダ２に認証処理管理部２０５を備えたので、カードリーダ２が第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２を有する場合でも、ホスト１は認証処理管理部２０５に対し相互に認証を行う情報を送受信することで、ホスト１がカードリーダ２や第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２と認証を行うことができる。このため、従来技術のようにホスト１が第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２に対してそれぞれ認証処理を行う必要がなく、ホスト１と認証処理管理部２０５との間での相互認証処理を従来より少ないやりとりで完了させることができ、認証の処理時間も短縮することが可能である。より具体的には、上記した相互認証方法は、カードリーダ２が第１及び第２暗号磁気ヘッド装置２１、２２を有する場合でも、ホスト１がカードリーダ２をセキュリティ機能を持つ一つのデバイスとして扱うことができ、ホスト１と認証処理管理部２０５との間では相互認証処理を、本実施の形態では、一回で完了させることができる。

本実施の形態１では、ホスト１が認証用下位情報と認証用上位情報とを混合し、認証処理管理部２０５に返信しているので、ホスト１が認証用下位情報を認証応答用に返信するステップと、ホスト１がカードリーダ２を認証するために認証用上位情報を送信するステップと、を同じステップで実施することができるので処理時間の短縮化を図ることができる。

（他の実施の形態について）
本発明の相互認証システムは、よりセキュリティ性を高めるため、上記［１４］において、各暗号磁気ヘッド装置２１，２２から戻ってきた暗号化された認証用上位情報Ｋａ［Ｒｎｄ＿Ｂ］を認証処理管理部２０５が比較し、全てが一致した場合にのみホスト１に認証成功通知を返す構成にしてもよい。

従属デバイスは、実施例の組み合わせに限定されるものではなく、セキュリティ機能を実装しており認証が必要な他のデバイス、例えばソフトウェアの正真性検証処理を実施するための暗号・復号機能を実装したプロセッサを搭載した専用基板などを組み合わせることもでき、３個以上のデバイスを組み合わせることも可能である。

本発明に係る相互認証システム及び相互認証方法は、複数の従属デバイスを有する下位装置が上位装置に接続されたシステムにおいて、従属デバイスの各々に対する認証処理を一回で完了させることができるから、システム構築が容易になり、構築されるシステムもシンプルになると共に、認証の処理時間も短縮され、運用されやすいシステムを構築することができるものとして有用である。

１ ホスト（上位装置）
２ カードリーダ（下位装置）
２０ 制御部
２１ 第１暗号磁気ヘッド装置（第１従属デバイス）
２２ 第２暗号磁気ヘッド装置（第２従属デバイス）
１０１ （ホストの）ＣＰＵ
１０５ 認証部
２０１ （カードリーダの）ＣＰＵ
２０５ 認証処理管理部
２１１ （第１暗号磁気ヘッド装置の）ＣＰＵ
２１５ （第１暗号磁気ヘッド装置の）認証処理部
２２１ （第２暗号磁気ヘッド装置の）ＣＰＵ
２２５ （第２暗号磁気ヘッド装置の）認証処理部

Claims (7)

1. 上位装置と下位装置が相互に認証を行う相互認証システムであって、
   前記下位装置は、該下位装置を制御する制御部と、前記制御部によって制御される複数の従属デバイスと、を有し、
   前記制御部は、前記上位装置と前記複数の従属デバイスそれぞれが相互に認証を行うための情報を、前記上位装置と前記複数の従属デバイスそれぞれに対して送受信する認証管理部を備え、
   前記複数の従属デバイスは、それぞれに、前記上位装置を認証するための認証用下位情報を生成する認証処理部と、前記認証用下位情報を記憶する記憶部と、を備え、
   前記認証管理部は、前記上位装置の認証要求に基づいて、前記複数の従属デバイスのうち一の従属デバイスに対して前記認証用下位情報の生成指示を与える指示手段と、前記一の従属デバイスから受信した前記認証用下位情報を他の従属デバイスに送信して共有させる共有手段と、前記複数の従属デバイス全てにおいて共有された前記認証用下位情報を前記上位装置に送信する送信手段と、を有することを特徴とする相互認証システム。
2. 前記上位装置は、前記複数の従属デバイスそれぞれを認証する認証処理部を備え、前記認証処理部は、前記複数の従属デバイスそれぞれを認証するための認証用上位情報を生成すると共に、この前記認証用上位情報と前記送信された前記認証用下位情報とを混合した認証応答情報を生成することを特徴とする請求項１記載の相互認証システム。
3. 前記上位装置と前記複数の従属デバイスとが相互に認証するために、共通鍵暗号方式を用い、前記複数の従属デバイスは、前記上位装置と共有する秘密鍵を保有していることを特徴とする請求項１または２記載の相互認証システム。
4. 上位装置に接続された下位装置が、該下位装置を制御する制御部と、前記制御部によって制御される複数の従属デバイスと、を有し、前記上位装置と前記複数の従属デバイスそれぞれが相互に認証を行う相互認証方法であって、
   前記制御部は、前記上位装置と前記複数の従属デバイスそれぞれが相互に認証を行うための情報を、前記上位装置と前記複数の従属デバイスそれぞれに対して送受信する認証管理部を備え、
   前記認証管理部が、前記上位装置の認証要求に基づいて、前記複数の従属デバイスのうち一の従属デバイスに対して、前記複数の従属デバイスそれぞれが前記上位装置の認証を行うための認証用下位情報の生成指示を与える指示ステップと、
   前記認証管理部が、前記一の従属デバイスから受信した認証用下位情報を他の従属デバイスに送信して共有させる共有ステップと、
   前記認証管理部が、前記複数の従属デバイス全てにおいて共有された前記認証用下位情報を前記上位装置に送信する送信ステップと、
   を有することを特徴とする相互認証方法。
5. 前記上位装置は、前記複数の従属デバイスそれぞれを認証する認証処理部を備え、前記認証処理部は、前記複数の従属デバイスそれぞれを認証するための認証用上位情報を生成すると共に、この前記認証用上位情報と前記送信された前記認証用下位情報とを混合した認証応答情報を生成する生成ステップを有することを特徴とする請求項４記載の相互認証方法。
6. 前記複数の従属デバイスそれぞれが、共有している前記認証用下位情報と、前記上位装置から送信された前記認証応答情報に含まれる前記認証用下位情報と、を比較して認証用下位情報の照合を行うと共に、前記認証応答情報に含まれる前記認証用上位情報を前記上位装置に返信し、前記上位装置が、この返信された認証用上位情報と、前記上位装置が生成された前記認証上位情報とを比較して認証用上位情報の照合を行う照合ステップと、を有することを特徴とする請求項５記載の相互認証方法。
7. 前記照合ステップは、前記複数の従属デバイスそれぞれが前記認証応答情報から前記認証用上位情報を抽出して前記認証管理部に返信し、前記認証管理部は前記複数の従属デバイスから返信された前記認証用上位情報が全て一致した場合に該認証用上位情報を前記上位装置に返信することを特徴とする請求項６記載の相互認証方法。

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