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(1)

2007/

3/

9

WS:生体情報の漏洩

と対

1

生体認証テンプレート保護

技術の動向

鷲見和彦

三菱電機株式会社先端技術総合研究所

2007/

3/

9

WS:生体情報の漏洩

と対

2

アウトライン

背景

テンプレー

漏洩

に伴

う脅威

テンプレート保護の方式と分析

テンプレート保護の実装事例と分析

テンプレート保護の課題と展望

まとめ

2007/

3/

9

WS:生体情報の漏洩

と対

3

背景

バイオメトリ

クス個人認証の普及

システムの大

規模化・オープン化

パスポートなど公的個人認証

登録システムと認証システムが

分かれる

類似した応用

ステムが多

数存在する

物理セキュリティ(住宅、企業、会員専用

情報セキュリティ(業務系認証、商取引

利便目的のカジュアルな応用が現れる(入場券、閲

覧権、個人サービス

2007/

3/

9

WS:生体情報の漏洩

と対

4

テンプレート共通化・流通とは

利点:

複数アプリケ

ーションが同じテンプレ

ートを使う

組織間での

信用継承が

可能(パスポ

ートなど)

システム開発

・登録

/運用の

安定性と

コスト

国際標準化

が進行中

(IS

O19794

欠点:

テンプレート漏洩・悪用の

可能性

標準化によりリバースエン

ジニアが容易

一旦漏洩すると回復不能

(2)

2007/

3/

9

WS:生体情報の漏洩

と対

5

アウトライン

背景

テンプレー

漏洩

に伴

う脅威

テンプレート保護の方式と分析

テンプレート保護の実装事例と分析

テンプレート保護の課題と展望

まとめ

2007/

3/

9

WS:生体情報の漏洩

と対

6

バイオメトリクス認証のモデル

登録されたテンプレートと入力さ

れたバイ

オメトリク

データから

抽出された特徴ベク

とのパター

チング

行う

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と対

7

テンプレート脆弱性分析

漏洩個所

センサの生データを盗み見

センサ信号を傍

、(トロイの木

による略取も

生データが保管

されたデータベ

スから盗む

テンプレートを盗み出す

センター

データ

ベースから盗む

センターと装置

間の通信を傍受

照合装置に保管されたテンプレートを盗む

個人が携帯するテンプレート

盗む

放置・廃棄さ

れたデータ・

機械から取り出す

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と対

8

テンプレート漏洩シナリオ(1)

スキャナと認証システムの

間に生のバイ

オメトリ

クスデータが存在したり、

ンプレートが認証シ

ステム内部に

保存され

りすると、傍受・

盗難の

可能性がある.

システムによっては目視確

認の

ために生のバイ

オメトリク

デー

タが保存

されてい

ることも

(3)

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3/

9

WS:生体情報の漏洩

と対

9

テンプレート漏洩シナリオ(2)

スキャナ一体のスタンドアロンシステムや

IC

カー

ドに暗号化し

たテン

レートを保存することで、安

全性が高まる

、システム

が復号していると復号

されたテンプレートを入手

できる.

IC カー ドを 用い て も 鍵が 盗ま れたり、 機 器 内 部 を 解析され る と テ ン プ レ ー ト が復 元可 能

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と対

10

テンプレート漏洩シナリオ(3)

テンプレートの相互運用

可能なオープンシステム

では、テンプレートのフォーマットが公

開されてお

り、運用次第

で容易にテンプレートを読

み取るこ

とができる.

IC A O が策 定す る e-Pa ss po rt にテン プ レ トの保 護 機 能 は 検討さ れて いな い

Mo

bile

Me

d

ia

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と対

11

テンプレートが漏洩すると?

攻撃ターゲットのシステム

内部が隠蔽さ

れていて

も、テンプレ

ートと十分な

データがあれ

、詐称

可能なバイオメトリクスサン

プルは生成

可能であ

る.

(Adler,2

003

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と対

12

推定の例

他人の顔を

初期値とし

登録者を

詐称す

る顔画像を

生成した

(Ad

ler

,20

03

一番類似度の高い

実在サンプルを

期値にして、特

徴を

成する成分ごとに類似度スコアの山

登り探索を行った

人が見ると合成されたことがわかるが、照合関数

が返

す距

離は小さいので認

証システム

詐称

できる

(4)

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と対

13

推定可能性

ほとんどの

オメトリクス認証方式は、

認証結

果としてテン

プレートとサ

プルとの類

似度(ま

は距離)を出

することが

きるので、局所最適

解につかまらないように十

分な初期値を

与えると

最適化で認

証可能サンプルを生成できる.

照合スコア関数の

いと、少ない初期サ

ンプ

ルから真値が

簡単

定でき

脆弱

照合スコア関数の

が狭い

と推定は困難だ

が、

真のサ

ンプルの変動に

対して許容

量が少なく、FRを多

発する

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と対

14

理想的な照合関数

合致するパタ

x

から個人内変動σ

の範囲で

だけ一定の

高い値を示

、それ以外で

は低いラ

ンダムな値を

とる関数であれば、互いに

σ

だけ

離れた全て

の可能性を

調べなけれ

ば合致する

x

を見つけられない

個人変動の

範囲外で

は、

ラン

ダムな

い値を

山登り探索で

個人内変動

の範囲で

は、同じ高い値を示

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と対

15

アウトライン

背景

テンプレー

漏洩

に伴

う脅威

テンプレート保護の方式と分析

テンプレート保護の実装事例と分析

テンプレート保護の課題と展望

まとめ

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3/

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WS:生体情報の漏洩

と対

16

テンプレートプロ

テクショ

ンの要件

復元不可能

テンプレー

元のバイオメトリクスデータを復元出

来ない

改竄検知

テンプレー

登録後に改変されたことを検出できる

推定不可能

テンプレー

認証可能なバイオメトリクスデータを

生成できない

無効化可能

万一推定された場合にも、その

バイオメトリクス

データ

を認証しない別のテンプレー

生成できる

(5)

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と対

17

テンプレートプロ

テクショ

ンの分類

暗号化

-復号

テンプレー

暗号化して保存

照合時に装置内部で復号化て利用する

ほどよい安全性

(秘匿性、改竄

検知

性)

バイオメトリク

と暗号技術は独立

装置内部に侵入さ

れると脆弱・山登り

探索可能

暗号化と暗号

化空間における照合

暗号化されたテンプレ

ートを復

号せずに照合

完全な安全

性(復

元不能、推定

不能

、破棄可能)

バイオメトリク

と暗号技術の複合

非暗号化方式に比

べ性能低下が生じる

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Matching in Encrypted Space (

号化照合

)

複数のアイ

ィアの組み合わせで実現

–A

.

秘密パラメ

タによるデータ変換

–B

.

部分的な

信号除去

–C

.

パター

との

畳み

–D

.

個人内揺

らぎの許容

/補償

–E

.

揺らぎ許容照合

–F

.

秘密鍵の

隠蔽

–G

.

秘密鍵の

生成

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A.

秘密パラメータによる変換

テンプレートデータの座標

を、秘密のパ

ラメータ

により幾何変

換し、変形さ

せる

テンプレー

保護しないが、アプリケー

ごとに

異なる変換パラ

メータを用いると、アプリケーシ

ン間

でのテンプレー

交換が出来ない

変換パラメータが推定できなけ

れば、変換前の

テンプ

レートに戻

ことも困難(推定

困難)

パラメータを変更するとテンプレートを無効化

可能

照合には、未変

換のテンプレー

トと同じアルゴリズム

が利用でき、従

来方式との互換性が高いが、互

を保てるパラメータ空間はそれほど広くない

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B.

部分的信号除去

生のバイオ

トリク

データから存在しなく

ても同一性を確認できる情報を選択的に

消去し

、原信号の復元を困難にする

たとえば

二次元指紋画像をフーリエ変換して、パワー

削除すると元の

信号は復元できないが、位相項

隆線の位置情報が残されていることを利用す

特徴ベクトルから一部の情報を削除する

原信号を完

には復元

できないが、選択方法

によってはキ

ャンセラブル

には出来ない

(6)

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21

C.

ランダムパターンとの畳込み

生のバイオ

トリク

データや特徴量に対

して、ランダムなパターンを畳み込む

元の信号を

復元出来な

い(復元不可

能)

ランダムパ

ーンを再発生させて畳み込

めば、

違うパターン

を生成できる(無効化可能

信号が一部

失われるので精度が低下

する

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D.

個人内揺らぎの許容と補償

暗号化空間

では

1bit

の誤りも許容され

いが、本

人内のバイ

オメトリクスデータは変動する

で、

ある一定範囲の変動を許

する

たとえば

幅をもった粗い量子化を行う

揺らぎのな

共通

項だけをフィルタリングする相関フィル

主成分分析による

主要成分の抽出

A

non

ym

ou

s Bi

om

etr

ics

では

Helper data

として

紹介

許容範囲をきめるのが難しい

許容範囲が大きい

他人を受け入れ

やすくなる

許容範囲が少

ない

と本人が拒否されやすくなる

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D. Anonymous Biometrics

エンコードと

一方向

hash

によって復元

不可能な

テンプレート

と、データの

らぎを補正する働き

をもつ

helper data

とをテンプレートに持

、認証

成功時に毎

回同じ鍵を生

する

Linnartz and Tulys, 2003

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WS:生体情報の漏洩

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E.

揺らぎ許容照合

二つの符号

列がある程度似ているときにだけ照

合が成功するような照合関数や、ある程度似た

鍵を与えると解ける暗号

たとえば

F

uzz

y Va

ult

•N

個の正解符号と

N'

個の偽符号のう

ち、

m

個の符号が

一致す

れば解ける暗

範囲

N-m

以内の

ぎは許容

できる

m/N'

のパラ

メータ設定が難しい

相関照合

複数の参照点との距離を二次特徴ベ

クトルとするパター

マッ

チング

精度と安全性のチューニング方法が

課題

(7)

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25

E. Fuzzy Vault

ある秘密情報

a

m

,a

m-1

,..

.,a

1

に基

づい

多項式

f(

x)

= a

m

x

m

+a

m-1

x

m-1

+...+a

1

(青色)を

生成する

本人から得られる

N

個の特徴点

x

i

と多項式の値

f(

x

i

)

の組(◎)をテ

ンプレートに記録し

、多項式に乗らな

N'

個の偽点(×)

を加え

本人のデータから得られた

N

個の特徴点(◎)のうち

最低

m

個が

られれば、正しい多項式(青色)が復

元できるが

偽の

特徴点(×)が

含まれると、異なっ

多項式(橙色)が

得られる

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WS:生体情報の漏洩

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26

F.

鍵の隠蔽と取り出し

ハッシュさ

た秘密鍵がテンプレートに含

まれる

照合が成功し

たとき、ハ

シュされた鍵

の値が

一致し、照合

成功が通知さ

れる

テンプレートをオフライン

で解析して、

鍵を推

定可能

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WS:生体情報の漏洩

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27

G.

鍵の生成

鍵は照合が成功したと

きにのみ同じ値が

生成される

鍵の安全性

は高い

ハッシュさ

た鍵はアプリケーションが管理し

なければならない

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WS:生体情報の漏洩

と対

28

アウトライン

背景

テンプレー

漏洩

に伴

う脅威

テンプレート保護の方式と分析

テンプレート保護の実装事例と分析

テンプレート保護の課題と展望

まとめ

(8)

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WS:生体情報の漏洩

と対

29

Private Template

Cancelable Biom

etrics

秘密パラメータによる幾何

変換(

A

)を、

画像や特徴

点座標に適

した

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9

WS:生体情報の漏洩

と対

30

HA

S

H

WA

R

P

Private Template

Cancelable Biom

etrics

インプリメント制約:変動するバイオメトリクスデー

タに対しても、同じ

hash

が得られること

特徴点の場合:ブロック単位での入れ替え

画像の場合:モーフィング

利点:従来の

認証アルゴリズムが利用

できる

欠点:照合ス

コアからテン

プレートは推

定可能

Ca

nc

elab

le

B

io

m

etr

ic

s: R

atha

2001

2007/

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9

WS:生体情報の漏洩

と対

31

Bioscript

入力画像のフーリエ変換した位相項(

B

)に、

相関フィル

タで揺らぎを吸収(

D

)、ランダ

パター

を畳み込んで

(B

)得られたパ

ターンを変換テーブルとして、秘密鍵を

エンコードして保存(

F

利点:微小位置ずれ許容、無効化可能

欠点:秘密鍵推定可能、変形・歪みがあると本

人拒否

Bioscript: Soutar 1998

Hidden

K

ey

Hidden

K

ey

Enrollment

Sec

ret Key

Verific

ation

Retr

ie

ve

d K

ey

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統計的量子化

指紋の隆線方向を本人の揺らぎを考慮して量子化する(

D

事前に揺らぎが正

に予測できれ

理想的な量

子化が

実現できる

大局的アライ

メント

は別途必要

揺らぎの予測が正

確か?大量の特徴

点が生成消滅する

低品質の

指紋に対してどの

うに適用

できるか

Nishigak

i 2004

(9)

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と対

33

Finger

pr

int Vault

真の特徴点と偽の特徴点

(chaff

よび秘密

多項式の

値をテンプレー

に登録、入力

サンプルの特徴

点(赤)と

一致した点を用いて、多項式の

係数を求める(

E

利点:微小位置変動は従来の特徴点照合と同じアルゴリ

ズムで吸収可能

欠点:事前の概略位置合わせ必要

Clancy et al., 2003

実際の 指紋 (背 景)の 上 に 重畳された 偽の 特徴 点      と真 の 特 徴 点    一 致 す る のは真 の特 徴点 だけ

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9

WS:生体情報の漏洩

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34

Finger

pr

int Vault

の改良

(U

lu

da

g

200

3)

特徴点の代わりに、特徴点間の

相対情報(距離、方位)

を用いる

平行移動に対して不変な特徴なので、位置あわ

せ不要

相対情報なので情報量が落ちている

Uludag

et

al.,

MSU

, 20

03-2005

2007/

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WS:生体情報の漏洩

と対

35

Finger

pr

int Vault

の改良

(Y

an

g 20

04

)

特徴点の代わりに、

3

つの特徴転換の相対情報(距離、

方位角の差)を

特徴量とする

平行・回転移動に不変であるの

アライメントが

相対情報なので、情報量が落

ちている

Yang,

U

C

LA

, 2004

2007/

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WS:生体情報の漏洩

と対

36

相関照合

特徴ベクトル

X

M

個の任意の参照点からの距離

Q

(X

)

で置き換える

(E

)

基準データを入れ替えることで無効化可

基準データが少なければ推定がより困難

基準データ数が多いと推定成功の可能

ある

Sakata, Maeda, and Sasak

awa

(10)

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と対

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アウトライン

背景

テンプレー

漏洩

に伴

う脅威

テンプレート保護の方式と分析

テンプレート保護の実装事例と分析

テンプレート保護の課題と展望

まとめ

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WS:生体情報の漏洩

と対

38

これまでの研究の問題

雑音に頑健

な方式は、安

全性が不完

P

rivate tem

plate,

Canc

ela

ble bi

om

etrics

ほどほ

頑健

だが、究極

攻撃に不完

–B

io

sc

ri

pt

,

大局的アライ

メント(回転・平行移動)が

事前に必

B

ioscri

pt,

Fuzz

y Vault

の応用

,

本人拒否率と

他人受け入

れ率を制御

するパラメー

タが決めにくい

F

uzz

y Va

ult

,

関照合

, etc.

2007/

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WS:生体情報の漏洩

と対

39

課題:認識対認証のジレンマ

パターン認識=ほどほどの類似の許容

認証=完全な一致を要求

雑音耐性と

安全性は背反する

姿勢(並進・

回転最大

6

由度)、変形(

非剛体

弾性ひずみ)

の補正には

探索が必要

探索を可能に

すると、適当

な初期値から真値

の推定を可

にする

信号の欠落、

部分隠蔽、装

などの誤りを訂

正する能力は、本来拒否

すべき入力を受け入

れやすくする

2007/

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WS:生体情報の漏洩

と対

40

開発すべき技術

テンプレート保護に適した認証ア

ルゴリズ

位置合わせと

照合との分離

・独立

個人内変動と

個人間変動

の分離・独立

位置合わせ、

個人内変動

のモデル化と

補償

類似度(距離

)カーブがシャープな照合

関数

個人性の少ない情報による位置合わせ

+

人変動補償を行い、あいまい照合行う

ゴリズムが

個別バイオ

トリク

の実装方式開発

(11)

2007/

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WS:生体情報の漏洩

と対

41

まとめ

テンプレートの脆弱性解析

テンプレート保護はバイ

オメトリクス普及に重要

脆弱なシステ

の氾濫は

社会の混乱

を招く恐れ

テンプレート保護技術の調査・分析

–7

種の要素技

術に分類し、

従来研究を

整理

問題点の指摘と今後の方策

保護に適し

たアルゴリズム

の必要性

2007/

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WS:生体情報の漏洩

と対

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参考文献

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参照

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