JP2006227679A - Ｕｓｂメモリキー - Google Patents

Abstract

【課題】 ＩＣカードリーダ装置とフラッシュメモリ装置が一体にされており、切り替えスイッチにより、ＩＣカードとフラッシュメモリとしての使用を切り替え使用できるＵＳＢメモリキーを提供する。
【解決手段】 本発明のＵＳＢメモリキー１はＵＳＢコネクタ３０を備え、電子機器に接続してデータの記録と送受信を行うフラッシュメモリ装置２０と、少なくとも本人認証機能を有する小型ＩＣカード２を着脱可能に装着するリーダ装置１０とを一体にしたＵＳＢメモリキーであって、当該メモリキーに設けた切り替えスイッチ４０の操作により小型ＩＣカードリーダ装置１０として使用する場合と、フラッシュメモリ装置２０として使用する場合とが、切り替え可能にされていることを特徴とする。小型ＩＣカード２は暗号鍵やデジタル証明書を格納でき、また、その形態は、ＳＩＭカード、ＵＩＭカード、ＵＳＩＭカード、またはそれらをさらに小型にしたサイズのカードとすることができる。
【選択図】 図１

Description

本発明は、ＵＳＢインタフェースを有するフラッシュメモリ（半導体メモリ）装置に小型ＩＣカードリーダ装置を装着したＵＳＢメモリキーに関するものである。小型ＩＣカードリーダ装置を装着するのは本人認証、暗号化コンテンツ受送信を目的とするものであるが、小型ＩＣカードを経由しなくても半導体メモリ装置単独の機能として使用できるので、ＵＳＢメモリキーの使用勝手の自由性が確保できる。

近年、パーソナルコンピュータ（ＰＣ）用の簡易的な大容量外部記憶デバイスとして、フラッシュメモリ装置が利用されている。これは、ＵＳＢコネクタを有し、ＰＣやデジタルカメラ等に接続して使用する装置であって、例えば、音楽コンテンツを大容量フラッシュメモリに記録し、ＵＳＢインタフェースを通してのデータ転送を可能とするものである。このような半導体メモリ装置は、フラッシュメモリ等の不揮発性で、大記憶容量のメモリまたはメモリカードを内蔵した小型軽量の便利な装置である。
例えば、市販されている装置として、株式会社パワーグローバルインデックス社販売の「４ｉｎ１（商標）」がある。このものは、内蔵フラッシュメモリ容量が１２８Ｍバイトであり、増設メモリとして、１２８Ｍバイトまでのメモリースティック（商標）、１２８ＭバイトまでのＳＤカード（商標）、６４Ｍバイトまでのマルチメディアカード（商標）をカードスロットに差し込みしメモリ容量を拡張して使用することができる。すなわち、ＭＳ／ＳＤ／ＭＭＣカードリーダ機能付きフラッシュメモリ装置である。ＵＳＢコネクタはＵＳＢ２．０に対応している。他にも各種の市販品がある。

ところで、デジタルデータの記録には著作権の問題があり、データを記録するには一定の権限が必要になる。デジタル著作物の管理技術（ＤＲＭ）として、例えば、音楽コンテンツを暗号化して流通させ、コンテンツを再生するための復号鍵を取得したユーザーだけが利用できるようにすることが検討されている。
また、著作物の不正コピーを防止する方法として、半導体メモリ装置へのアクセスを専用のソフトウェアで解決する考えがある。例えば、ＰＣと半導体メモリ装置間での認証が成功した時にのみアクセスを許し認証が成功しない場合はアクセスが禁止される、という方法である。また、このメモリ部分に暗号鍵データや認証証明書等を記憶させ、ＰＫＩ（Ｐｕｂｌｉｃ−Ｋｅｙ Ｉｎｆｒａｓｔｒｕｃｔｕｒｅ）やデータ暗号化等のアプリケーションを行うことも提案されている。

例えば、特許文献１は、デジタルカメラのような入力装置からメモリ装置へのデジタルデータの書き込みの際およびメモリ装置から受信装置（例えば、ＰＣ）に、デジタルデータを転送する際に、それぞれの機器の認証を行うことと、デジタルデータに電子署名を施しデータ改変の無いことを確認することを提案している。特許文献２は、半導体メモリカードに認証領域と非認証領域を設け、認証領域については、外部機器との認証に成功した場合にのみアクセスが許可されることを提案している。
また、ＳＩＭやＵＩＭ、ＵＳＩＭ等の小型のＩＣカードを装着しＵＳＢコネクタを有する携帯装置については、特許文献３、特許文献４等の各種が提案されている。

なお、ＳＩＭやＵＩＭ、ＵＳＩＭカードは、セキュリティＩＤモジュールが組み込まれた小型のＩＣカードであって、最新の携帯電話に装着して既に実用化されている。
ＵＩＭ（Ｕｓｅｒ Ｉｄｅｎｔｉｔｙ Ｍｏｄｕｌｅ）は、携帯電話会社が発行する契約者情報を記録した小型のＩＣカードであって、携帯電話機に組み込んで利用者の識別に使用する。これは同様の機能を持つＳＩＭ（Ｓｕｂｓｃｒｉｂｅｒ Ｉｄｅｎｔｉｔｙ Ｍｏｄｕｌｅ）から機能拡張が行われたもので、契約者情報以外に電話帳などのプライベート情報やクレジット決済用の個人識別情報などを暗号化して登録することが可能となっている。ＳＩＭをベースにしていることからＵＳＩＭ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ＳＩＭ）と呼ばれることもある。ＳＩＭはＧＳＭ携帯電話サービスの利用を目的とするが、ＵＩＭは、例えば、アメリカのｃｄｍａ２０００携帯電話機に差し込んで国際ローミングサービスを受けるといった使用方法が考えられている。
なお、以下の実施例では、小型ＩＣカードとして、主として「ＳＩＭ」の用語を用いているが、上記いずれの小型ＩＣカードをも包含する趣旨である。

特開２０００−１９６５８９号公報 特開２００１−１４４４１号公報 特開２００４−１１８７７１号公報 特開２００４−１３３８４３号公報

特許文献１や特許文献２の装置のように暗号鍵や認証証明書データを使用する場合、暗号鍵や認証明書データは、各装置ごとに異なっている必要があるが、ＵＳＢメモリキーの場合、データのインタフェースがＵＳＢだけであるため、製造時にデータ書き込みを行うためには、その都度ＵＳＢ端子に挿入しなければならず、大量生産を行うには時間がかかる問題がある。また、通常のフラッシュメモリ装置は、セキュリティ保護の機能が完全とは言えず、外部からの攻撃によって重要な鍵や証明書データが露呈してしまう危険性がある。

一方、小型ＩＣカードは、クレジットカード形状のものを製造してから、最終的に型抜きしてＳＩＭ等のカード形状にするのが通常であるため、従来のＩＣカードの製造・発行方法で大量かつ高速生産が可能である。暗号鍵や認証証明書データの書き込みも可能である。また、ＩＣカードに用いられるＩＣチップは耐タンパ性に優れており、重要な鍵や証明書データをセキュアに保持することができる。
そこで、本発明では、ＵＳＢフラッシュメモリ装置に、小型ＩＣカードリーダ装置を搭載し、このリーダ装置部分にＳＩＭ等の小型ＩＣカードを装着し、ＰＫＩやデータ暗号化等のアプリケーションを実行させようとするものである。

上記課題を解決する本発明の要旨は、ＵＳＢコネクタを備え電子機器に接続してデータの記録と送受信を行うフラッシュメモリ装置と、少なくとも本人認証機能を有する小型ＩＣカードを着脱可能に装着するリーダ装置とを一体にしたＵＳＢメモリキーであって、当該メモリキーに設けたスイッチの操作により小型ＩＣカードリーダ装置として使用する場合と、フラッシュメモリ装置として使用する場合とが、切り替え可能にされていることを特徴とするＵＳＢメモリキー、にある。

本発明のＵＳＢメモリキーは、小型ＩＣカードリーダ装置と大容量フラッシュメモリ装置と２種の装置が一体にされており、スイッチ操作によりいずれかを任意に切り替え使用できる利便性がある。
フラッシュメモリ装置がデータを送信する際、または受信する際は、小型ＩＣカードの本人認証機能を利用できるので、第３者の不正な利用を防止して安全なデータ授受ができる。また、著作物に係わるデジタルデータの適切な保護が図れる。

以下、図面を参照して本発明のＵＳＢメモリキーについて説明する。
図１は、本発明のＵＳＢメモリキーの概念図、図２は、小型ＩＣカードリーダ装置のブロック構成図、図３は、小型ＩＣカードの説明図、図４は、フラッシュメモリ装置の構成例を示す図、である。

本発明のＵＳＢメモリキー１は、図１のように、小型ＩＣカードリーダ装置１０とフラッシュメモリ装置２０とＵＳＢコネクタ３０と、切り替えスイッチ４０を備えている。
小型ＩＣカードリーダ装置１０は、ＳＩＭ、ＵＩＭ、ＵＳＩＭ等の小型ＩＣカード２を着脱可能に装着する機構を有し、フラッシュメモリ装置２０は、それ自体が大容量フラッシュメモリ装置であるが、増設メモリカード３の装着機構を有していてもよい。
小型ＩＣカードリーダ装置１０とフラッシュメモリ装置２０は、切り替えスイッチ４０により任意に切り替えて使用できる。

切り替えスイッチ４０は、ＵＳＢメモリキー１の外部に取り付け、使用者の操作により切り替えるようにしてもよく、あるいは小型ＩＣカード２の装着部に取り付けして、小型ＩＣカード２の装着と連動して切り替わるようにしてもよい。

ＵＳＢメモリキー１を小型ＩＣカード２として使用しＰＣと交信する場合は、ＩＣカードに用いるＩＳＯ７８１６インタフェースをＵＳＢインタフェースに変換する必要があり、ＵＳＢ／ＩＳＯ７８１６変換ＩＣ１１を介してＵＳＢコネクタ３０に接続する。
一方、フラッシュメモリ装置２０は、Ｉ／Ｏインタフェース２１を介してＵＳＢコネクタ３０に接続する。

小型ＩＣカードリーダ装置１０は、図２のブロック構成となる。
小型ＩＣカードリーダ装置１０は、ＳＩＭ２を装着した状態でＳＩＭ２が保持する各種アプリケーションを実行する。ＳＩＭ２の信号は、リーダライタ端子板１２とリレー１８を介して制御用ＩＣチップ１３に送信される。ＵＳＢコネクタを介する外部機器からの信号は、ＵＳＢ／ＩＳＯ７８１６変換ＩＣ１１とリレー１８を介して制御用ＩＣチップ１３に送信される。制御用ＩＣチップ１３は、ＣＰＵとメモリを有すると共に、ＩＳＯ７８１６ドライバを有する。さらに、リーダ装置は液晶ディスプレイ５を備え、制御用ＩＣチップ１３は駆動用液晶ドライバを備えていてもよい。リーダライタ端子板１２は、ＳＩＭ２が備える接触端子板の８個の端子と接続する構造を有している。該接触端子板はＩＳＯで規定するＣ１〜Ｃ８の８端子からなるものである。

図２において、ＵＳＢコネクタ３０への配線は省略されているが、ＳＩＭ２からは、Ｃ５（ＧＮＤ）、Ｃ１（Ｖｃｃ）、Ｃ２（ＲＳＴ）、Ｃ７（Ｉ／Ｏ）が、ＵＳＢ／ＩＳＯ７８１６変換ＩＣ１１に導かれることになる。

小型ＩＣカード２は、通常のクレジットカードサイズのＩＣカードと機能は同一であるが、暗号化機能を備えている。形状は通常、短辺１５ｍｍ、長辺２５ｍｍ、厚み０．７６ｍｍの薄板状のものとなっているが、サイズを実質的にＩＣモジュールの端子板面積の大きさとした、さらに縮小した小型のＩＣカードも提案されている。したがって、ＩＣモジュール端子板面積大のＩＣカードを使用してもよい。
小型ＩＣカードは、図３のように、一般に、ＲＡＭ２０２、ＲＯＭ２０３、ＥＥＰＲＯＭ２０４の３種類のメモリと、それらメモリにアクセスするＣＰＵ２０１とを備えている。ＥＥＰＲＯＭ２０４は書き換え可能な不揮発性メモリであり、ＩＣカードユーザに関する個人情報等のデータが保存される。ＲＡＭ２０２はＣＰＵ２０１がプログラムを実行するときに作業領域として使用する揮発性のメモリである。ＲＯＭ２０３は、読み出し専用のメモリであり、ＣＰＵ２０１が実行すべき処理を示すプログラムが格納されている。また、外部との通信のためにＩ／Ｏ端子２０５を備えている。

小型ＩＣカード２を使用するときは、ＩＣカード２をＩＣカードリーダ装置１０に装着しＰＣ等からコマンドをＵＳＢコネクタ３０を介し、小型ＩＣカード２に送信する。コマンドを受信した小型ＩＣカード２は、ＣＰＵ２０１がＲＯＭ２０３に格納されているプログラムのうち、コマンドに対応する部分を実行する。この結果、コマンドの処理がなされ、ＥＥＰＲＯＭ２０４に新たなデータを書き込むなどの処理が行われる。

近年のＩＣカードは、目的用途により、スタティック情報格納型、ダイナミックパスワード生成型、ＰＫＩ対応型、などに区分できる。
スタティック情報格納型は、ユーザパスワードや秘密鍵を格納するもので、ユーザー認証に用いられる。また、外部装置との間でデータを暗号化して送受信する場合がある。これは、外部装置とＩＣカードとの間の通信信号を第３者が盗聴を防止するためである。受信したデータは秘密鍵により暗号文を復号することができる。
ダイナミックパスワード生成型は、ワンタイムパスワードを生成するためのもので、秘密鍵を格納する。ユーザパスワードや秘密鍵よりも強固な本人認証機能を実現するものである。ＰＫＩ対応型は、デジタル証明書と公開鍵と秘密鍵のペアを格納するものである。このらの使用方法については後述する。

データの暗号化の方法としては、例えば、公開鍵と秘密鍵の鍵ペアを用いるＲＳＡと、共通鍵方式のＤＥＳがある。
ＲＳＡとは、非対称鍵（非対称鍵）方式による暗号化方法の一種であり、複数の通信相手に共通公開する「公開鍵」と、その公開鍵とは異なる「秘密鍵」とを用いてデータを暗号化または復号化することを特徴とするものである。

この点においてＲＳＡは、ＤＥＳ等の対称鍵暗号方法と相違している。対称鍵方式の暗号化方法では、ＩＣカードと通信相手とは、互いに共通な暗号鍵を予め持ち合わなければならない。この暗号鍵は第３者には知られてはならないので、不特定多数の相手と暗号通信を行う場合は、多数の鍵の受け渡し管理が通信相手の数だけ必要となり、管理が大変煩雑となる。これに対しＲＳＡでは、暗号通信の際に必要な鍵を予め分かち合うのではなく、公開されている相手の鍵を使用して暗号文の生成を行うことができる。暗号文の受信者は、対応する「秘密鍵」を使用すれば、当該暗号文を復号することができる。

一方、デジタル署名の場合は、データを送信する者が、「秘密鍵」を用いて平文（暗号化されていないデータやコンテンツ）のハッシュ値（平文をハッシュ関数で演算した認証データ）を暗号化して署名する。暗号化データを受信した者は、送信者の「公開鍵」を用いて当該暗号化データを復号する。すなわち、ある公開鍵で復号できる暗号文は、対応する「秘密鍵」を有する特定の者により暗号化されたものであることを証明できるものである。平文のハッシュ値を暗号化するのは、秘密鍵暗号方式は膨大な演算を行うため平文をそのまま暗号化すると時間がかかるためである。

ＩＣカードに対する暗号鍵の生成と格納は、通常、ＩＣカードの発行時にＩＣカードの発行装置により行われる。この当該暗号鍵生成方法等は、特開平１１−３９４３７号公報等にも記載されている。
暗号鍵は耐タンパ性モジュール（内部解析や改ざんを防衛する領域）内に格納されるのが好ましい。耐タンパ性技術にはソフトウェアで構成する場合とハードウェアで構成する場合とがある。ハードウェアの場合は、半導体チップなどの内部解析や改ざんを物理的及び論理的に防衛する技術である。

図４は、フラッシュメモリ装置２０の構成例を示す図である。
ＵＳＢコネクタ３０は、図示しない外部電子機器（例えば、ＰＣや電子スチルカメラなど）とフラッシュメモリ装置２０本体とを電気的に接続して外部電子機器からデータや命令を伝達し、また外部電子機器からの電圧Ｖｃｃの供給を受け、さらにフラッシュメモリ２８内部からのデータや信号を外部に伝達するためのコネクタである。
フラッシュメモリ装置２０は、ＵＳＢコネクタ３０を介して外部電子機器から送られた命令を解読したり動作を制御したりする制御部２３と、命令の種類に応じて数値計算を行う演算部２４と、内部制御プログラムと固定データを格納するＲＯＭ２５と、処理データを一時記憶するＲＡＭ２６と、フラッシュメモリ２８とから構成されている。フラッシュメモリ２８には増設メモリカード３を追加することができる。

制御部２４は、フラッシュメモリ２８に接続している。フラッシュメモリ２８は、いわゆる電気的に書き換え可能なメモリであるが、通常のＥＥＰＲＯＭが電気的に情報を一つずつ消去するのに対し、フラッシュメモリは一括消去が可能で書き換え時間を短縮できる特徴がある。フラッシュメモリには、ＮＡＮＤ型とＮＯＲ型がある。ＮＡＮＤ型は原理的にメモリの損傷が生じ易く、１００万回程度の書き換え限界があるといわれる。通常は、さらに少ない書き換え回数を使用限度に設定している。したがって、記憶の確実性が求められる用途を避ける必要があるが、写真とか音楽データのように、１ビットの化けが生じても大勢に影響しない用途には支障なく使用できる。

次に、ＵＳＢメモリキーの使用方法の例について説明する。
（１）本人認証機能のある機器との交信する場合
単に、パスワードを入力するのではなく、より強力に本人認証機能を発揮する方式として、ダイナミックパスワードが用いられている。ダイナミックパスワードには、同期方式と非同期方式とがある。非同期方式は、チャレンジアンドレスポンス方式と呼ばれている。これはサーバが、あるコード（チャレンジ）を作成し、それをもとにしてクライアントが計算した結果（レスポンス）をサーバに返して、サーバが計算したレスポンス値と同一であったら認証する仕組みである。

一方の同期方式は、イベント（カウンタ）同期方式と時刻（時間）同期方式が主流として市場では用いられている。この両者をミックスした方式も出現しているが、いずれにしてもサーバとクライアントが同一値を計算したときに認証する仕組みである。このダイナミックパスワードにＩＣカードが関わる方法に、二種類の方式がある。
その一は、単にダイナミックパスワード生成用の秘密鍵（ユーザ固有のもの）をＩＣカード内に格納しておくものである。ダイナミックパスワード生成時に機器（ＰＣ等）がそれを取得し、機器内のプロセッサにてダイナミックパスワードを生成する方式である。
その二は、ＩＣカード内に秘密鍵を格納しておくことはもちろん、ダイナミックパスワード生成をもＩＣカード内のプロセッサで行う方式である。後者の方が、セキュリティー性が高く、プロセッサ搭載のＩＣカードの機能を有効に活用していることになる。
これらは、認証が得られた場合にのみ、コンテンツを授受する仕組みに利用することができる。

（２）暗号化して送信されたデジタルコンテンツを暗号鍵で復号する場合
前記のように、音楽コンテンツを暗号化して送信し、ライセンスを受けた者が復号可能な暗号鍵を保有し、当該暗号鍵で復号して利用するシステムが、携帯電話等で行われている。携帯電話以外のデジタル機器でも、そのような利用方法が考えられる。
この場合は、暗号化したコンテンツを配信サーバからフラッシュメモリ領域に自由に格納し、暗号の復号鍵（ライセンスキー）をＩＣカードの中に格納して、当該復号鍵をＰＣ等に出力して使用しないかぎりコンテンツを再生できないようにでき、鍵を持たない者は利用できないので、著作権の適切な保護が図れる。

音楽コンテンツ等を復号する場合、暗号文をＩＣカードに送信して、ＩＣカード内で保有する復号鍵を用いて暗号文を復号することもできる。この場合、フラッシュメモリが保有するデジダルデータを一旦ＰＣに送信し、ＰＣからＩＣカードに送信してＩＣカード内で暗号化してＰＣに返信する。ただし、ＩＣカードのＥＥＰＲＯＭ等はメモリ量は小さく、ＣＰＵのデータ処理速度も小さい問題がある。したがって、大量の音楽コンテンツ等を処理する場合は、外部機器にＩＣカードの認証データを送信し、外部機器が認証することによりコンテンツが復号されるようにすることもできる。

（３）デジタル証明書を用いる場合
ＩＣカード内に受信者の公開鍵と秘密鍵、およびデジタル証明書を格納しておき、ＳＳＬ（Ｓｅｃｕｒｅ Ｓｏｃｋｅｔｓ Ｌａｙｅｒｓ）やＳＥＴ（Ｓｅｃｕｒｅ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｔｒａｎｓａｃｔｉｏｎｓ）の通信手段を利用できる。
暗号化電子メールの受信を行う場合は、氏名または名称、電子メールアドレス、有効期間、電子認証局名、利用用途などを記載した電子証明書を第三者認証機関に発行申請する。認証機関は証明書と受信者の公開鍵を認証機関の秘密鍵で暗号化して証明書とし、認証機関の公開鍵とともにサーバ上に公開する。

電子データの送信を行う者は、認証機関の公開鍵を認証機関のサーバから取得しておき、電子データの送信を行うたびに、受信者の証明書を認証機関のサーバから取得する。送信者は、認証機関の公開鍵によってディジタル署名を復号して、証明書が認証機関によって発行されたものであることを確認する。送信者は、暗号化したい電子データを受信者の公開鍵によって暗号化し、受信者に送信する。受信者は、暗号化された電子データを受信者の秘密鍵によって復号する、というものである。
受信者の公開鍵や秘密鍵ペア、デジタル証明書は、ＩＣカード内に格納できる。
民間や行政機関が第三者認証機関になりえるが、企業内システムとして認証機関を設けてもよい。

本発明のＵＳＢメモリキーは、小型ＩＣカードとリーダ装置を備えるので、上記のような使用方法を採用し得るものである。

本発明のＵＳＢメモリキーの概念図である。 小型ＩＣカードリーダ装置のブロック構成図である。 小型ＩＣカードの説明図である。 フラッシュメモリ装置の構成例を示す図である。

符号の説明

１ ＵＳＢメモリキー
２ 小型ＩＣカードリーダ
３ 増設メモリカード
１０ 小型ＩＣカードリーダ装置
１１ ＵＳＢ／ＩＳＯ７８１６変換ＩＣ
１２ リーダライタ端子板
１３ 制御用ＩＣチップ
１８ リレー
２０ フラッシュメモリ装置
２１ Ｉ／Ｏインタフェース
２３ 制御部
２４ 演算部
２５ ＲＯＭ
２６ ＲＡＭ
２８ フラッシュメモリ
３０ ＵＳＢコネクタ
４０ 切り替えスイッチ

Claims (4)

1. ＵＳＢコネクタを備え電子機器に接続してデータの記録と送受信を行うフラッシュメモリ装置と、少なくとも本人認証機能を有する小型ＩＣカードを着脱可能に装着するリーダ装置とを一体にしたＵＳＢメモリキーであって、当該メモリキーに設けたスイッチの操作により小型ＩＣカードリーダ装置として使用する場合と、フラッシュメモリ装置として使用する場合とが、切り替え可能にされていることを特徴とするＵＳＢメモリキー。
2. 小型ＩＣカードに暗号鍵が格納されていることを特徴とする請求項１記載のＵＳＢメモリキー。
3. 小型ＩＣカードにデジタル証明書が格納されていることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＵＳＢメモリキー。
4. 小型ＩＣカードが、ＳＩＭカード、ＵＩＭカード、ＵＳＩＭカード、またはさらに小型化したサイズのカードであることを特徴とする請求項１または請求項２記載のＵＳＢメモリキー。
   
   
   

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