CN100360079C

CN100360079C - 认证装置、认证系统和认证方法

Info

Publication number: CN100360079C
Application number: CNB2003101006473A
Authority: CN
Inventors: 平岩明; 真锅宏幸; 林宏树; 忍顶寺毅; 杉村利明
Original assignee: NTT Docomo Inc
Current assignee: NTT Docomo Inc
Priority date: 2002-10-11
Filing date: 2003-10-10
Publication date: 2008-01-09
Anticipated expiration: 2023-10-10
Also published as: JP2004133794A; EP1408440A2; DE60330535D1; CN1496705A; US7181763B2; EP1408440B1; US20040133811A1; EP1408440A3

Abstract

本发明公开了一种认证装置，它包含：实现使用者使用的规定功能的功能部件；测定由使用者肌肉的运动而产生的肌肉电位信号的变化的肌肉电位取得部件；按照基于该测定结果的使用者的认证，使功能部件的规定功能迁移到使用者可以使用的状态上的状态迁移部件。能适用于实现规定功能的个人用仪器、更有效地防止被恶意使用。

Description

认证装置、认证系统和认证方法

技术领域

本发明涉及认证装置、认证系统(system)和认证方法。

背景技术

关于对所谓人的每一个生物体进行认证的个人认证技术，对应于生物体信息的种类已经提出了各种各样的方案。例如有通过指纹进行的认证和通过眼球的虹膜、视网膜图案进行的认证、以及通过声波进行的认证。作为其他的基于生物体信息的认证技术，有使用由生物体的肌肉运动所产生的肌肉电位信号的变化的技术(例如参照专利文献1)。

专利文献1-特开2001-178707号公报。

现在，虽然具有便携式电话·PDA(个人数字助理：PersonalDigital Assistance)·多功能手表这样规定功能的个人用信息仪器已经普及，但是作为他人恶意使用这些个人信息仪器的防止措施，采用了输入密码(password)这样的方法。但是，密码也有可能被人盗用，所以作为防止恶意使用的措施来说有时是不够充分的。

发明内容

鉴于以上问题的存在，本发明的目的在于：提供能适用于具有规定功能的个人用仪器，并能更有效地防止被恶意使用的认证装置、认证系统和认证方法。

本发明人研究论证了取代具有规定功能的个人信息仪器的作为恶意使用防止措施的密码输入，而通过指纹认证和眼球的虹膜、视网膜图案(pattern)认证、以及利用声纹进行认证这样的通过生物体信息来进行认证的适用性。然而，在研究论证的过程中发现指纹容易伪造，虹膜和视网膜的情况虽然不易伪造，但却担心会诱发挖出他人眼球那样的犯罪。即如果是所说的指纹、虹膜和视网膜图案这样的静态数据(data)则即便是尸体也会被认证。本发明者认为特别是具有规定功能的个人用信息仪器，由于往往被各使用者所携带，所以静态数据有时不适用。另外，在研究论证过程中发现，虽然声纹是动态数据，但却存在着在因感冒引起喉痛的情况下发生认证错误(error)的可能，且容易受到周围噪音的影响。特别是具有规定功能的个人用信息仪器，由于各个使用者在外出地点携带使用的情况很多，所以本发明者认为有发生认证错误的可能。本发明正是基于以上这些见解而提出的。

本发明的认证装置包含：实现使用者使用的规定功能的功能部件；在使用者使功能部件位于通常的使用位置上时，位于与使用者的皮肤接触的位置，并且测定由于使用者肌肉的运动而产生的肌肉电位信号的变化的肌肉电位取得装置；把肌肉电位取得装置的测定结果发送给规定的发送目标装置的发送装置；根据该发送的测定结果来接收被返回的使用者的认证结果的接收装置；按照基于该接收的认证结果的使用者的认证，来使功能部件的规定功能迁移到使用者可以使用的状态上的状态迁移装置。

对于本发明的认证装置来说，由于是根据肌肉电位信号的变化来认证使用者，按照其结果来使规定功能迁移到可以使用的状态上，因而能更准确地认证使用者。例如如果将这种认证装置适用于个人用信息仪器，则使用者不用输入密码，就可以有效地减少第三者恶意使用的可能性。另外，把测定的肌肉电位信号发送到规定的发送目标装置，对应于其发送而接收认证结果，因而能例如通过该发送目标装置中含有的认证装置对使用者进行认证。

本发明的认证系统包含实现使用者使用的规定功能的功能部件；在使用者使功能部件位于通常的使用位置上时，位于与使用者的皮肤接触的位置，并且测定由于使用者肌肉的运动产生的肌肉电位信号的变化的肌肉电位取得装置；把肌肉电位取得装置的测定结果发送到规定的发送目标装置的发送装置；根据该接收的测定结果对使用者进行认证的装置；接收该认证结果的接收装置；和对应于该接收到的认证结果，使功能部件的规定功能迁移到使用者可以使用的状态的状态迁移装置。

对于本发明的认证系统来说，由于是基于肌肉电位信号的变化来认证使用者，按照其结果来使规定功能迁移到可以使用的状态上，所以能更准确地认证使用者。例如如果将这种认证系统适用于包含个人用信息仪器和认证服务器的系统，则使用者不用输入密码，就可以有效地减少第三者恶意使用的可能性。

本发明的认证方法包含在使用者使功能部件位于通常的使用位置上时，肌肉电位取得装置位于与使用者的皮肤接触的位置，并且测定由于使用者肌肉的运动产生的肌肉电位信号的变化的肌肉电位取得步骤(step)、发送装置把肌肉电位取得装置的测定结果发送给规定的发送目标装置的发送步骤、接收装置根据该发送的测定结果接收被返回的使用者的认证结果的接收步骤、对应于该接收到的认证结果，状态迁移装置使使用者使用的功能部件的规定功能迁移到可以使用的状态的状态迁移步骤。

对于本发明的认证方法来说，由于是基于肌肉电位信号的变化认证使用者，按照其结果来使规定功能迁移到可以使用的状态上，所以能更准确地认证使用者。例如如果将这种认证方法适用于个人用信息仪器，则使用者不用输入密码，就可以有效地减少第三者恶意使用的可能性。另外，把测定的肌肉电位信号发送到规定的发送目标装置，对应于其发送的信息接收认证结果，所以能通过例如发送目标装置中含有的认证装置对使用者进行认证。

通过下面给出的详细说明和有说明的附图，可以使对本发明的理解变得更加清楚，但本发明并不仅限于此。

通过以下所做的详细说明，将会进一步明确本发明的适用范围，本发明并不仅仅局限于以下的详细叙述和特别例子，它们仅用于说明本发明的更具体的内容。在本发明的创意和适用范围内可以有各种各样的变更和修正，通过以下的详细说明可以进一步地理解本发明。

附图说明

图1是用来说明本发明实施例的认证装置的图。

图2是用来说明本发明实施例的认证装置的图。

图3是用来说明本发明实施例的认证装置的图。

图4是用来说明本发明的实施例所使用的神经网络(NeuralNetwork)的图。

图5是用来说明本发明的实施例所使用的神经网络(NeuralNetwork)的图。

图6是用来说明本发明的实施例所使用的神经网络(NeuralNetwork)的图。

图7是表示本发明实施例的使用认证装置进行认证的方法的图。

图8是用来说明本发明实施例的认证系统的图。

图9是表示本发明实施例的使用认证系统进行认证的方法的图。

具体实施方式

参照只为了表示例子的附图并且通过考虑以下的详细记述就可以容易地理解本发明的内容。接着，参照附图说明本发明的实施例。在可能的情况下，对相同的部分附加相同的符号，省略重复的说明。

用图1说明作为本发明的实施例1的认证装置。图1是用来说明认证装置10的图。认证装置10物理上由CPU(中央处理装置)、被称为RAM和ROM的存储器、为了测定肌肉电位信号的电极、具备实现规定功能的功能部件等的个人使用的信息仪器构成。规定的功能是根据认证装置10所要求的功能而设定，可以适当地选择时钟功能、电话功能、数据管理功能、电视电话功能等功能。因此当认证装置10的规定功能是时钟时，则作为手表来发挥功能，当规定功能是电话机功能时，则作为便携式电话机来发挥功能、是数据管理功能时则作为PDA(Personal Digital Assistance)来发挥功能。

作为认证装置10的功能构成要素，包含功能部件101、肌肉电位取得部件(肌肉电位取得装置)102、认证部件(认证装置)103、状态迁移部件(状态迁移装置)104。接着详细说明有关的各个构成要素。

功能部件101是实现认证装置10的使用者使用的规定功能的部分，是实现时钟功能、电话功能、数据管理功能、电视电话功能等功能的部分。功能部件101的构成是在平常状态下它的功能不能使用，根据状态迁移部件104的指示信号让功能可以使用。

肌肉电位取得部件102是测定使用者由于肌肉的运动产生的肌肉电位信号的变化的部分。具体的是肌肉电位取得部件102含有第1电极102a和第2电极102b的一对电极。将第1电极102a和第2电极102b测定的肌肉电位变化作为肌肉电位信号输出到认证部件103。在这个实施例中，虽然肌肉电位取得部件102由一对电极构成，但也可以是有多个组的电极的组。

在具有多组电极的情况下，例如如图2所示的那样，手表带内侧最好具有10组的电极102k～102u。如果这样做，则由于手腕上戴着手表12，所以电极102k～102U与皮肤紧密接触，可以测定肌肉电位信号。另外如图3所示的那样，最好是在便携式电话机11的规定的地方具有电极102c～102j。如果这样做，则当把便携式电话机11拿到通常的使用状态的位置进行通话等时，口唇肌、大颧骨肌、颚二腹肌等肌肉所对应的部位上紧密接触的电极102c～102j可以测定肌肉电位信号。

认证部件103是根据肌肉电位取得部件102取得的肌肉电位信号进行使用者的认证的部分。更具体的说，认证部件103把时间系列的肌肉电位信号通过高速傅利叶变换，变换成频率区域的信号。认证部件103把这个频率区域的信号输入到神经网络(Neural Network)中，基于与该输入相对应的输出结果认证是否是使用者本人。认证部件103把是否是使用者本人的认证结果输出到状态迁移部件104。

图4是表示使用神经网络认证动作的一个例子的说明图。根据图4的例子，本实施例的神经网络40由输入层40a、中间层40b、输出层40c构成。在输入层40a中，输入把肌肉电位信号变换成频率区域的信号的肌肉电位频谱401。从输出层40c输出用来识别是否是使用者本人的认识结果402。基于这个认识结果402判断是否是本人。更具体的如图5和图6所示的那样，肌肉电位取得部件102的第1电极102a和第2电极102b取得的肌肉电位信号经过差动放大器60、低截止滤波器61、高截止滤波器62，在FFT部件63中进行三分之一倍频左右的解析的高速傅立叶变换。例如把肌肉电位信号通过三分之一倍频左右的解析的高速傅立叶变换，计算每10个频带宽的频率带域中各频带的能量值501a，构成为“0.12、0.54、0.30、0.42、0.60、0.54、0.20、0.15、0.66、0.30”的数据集合501，把该数据集合501作为肌肉电位频谱401输入到神经网络40。这个10个频带的频率带域的各个中心频率从低频率开始(在图5和图6中从左侧开始)是63Hz、80Hz、100Hz、125Hz、160Hz、200Hz、250Hz、315Hz、400Hz、500Hz.在如本实施例那样得到5个输出信号502的情况下，各个信号中被分配成例如“A氏”、“B氏”、“C氏”、“D氏”、“E氏”，表示对应于输出值成为最大的信号的人。如果5个输出信号502是“0.9、0.2、0.3、0.1、0.4”，则由于第1个信号是最大值，所以它的信号被分配为成“A氏”。

神经网络40把输入层40a和中间层40b、中间层40b和输出层40c之间的层间结合的加权平均更新并且学习。这个学习是对把肌肉电位频谱401输入到神经网络40时的认识结果402与学习用教师信号模型403进行比较，并且判定两者的误差是否在规定的范围以内，基于其判定结果执行加权的更新。例如像本实施例那样得到5个输出信号502的情况下，各个信号例如被分配成“A氏”、“B氏”、“C氏”、“D氏”、“E氏”。这种情况下对应于“A氏”的教师信号是“1、0、0、0、0、0”，对应于这个教师信号与输出信号(例如“0.9、0.2、0.3、0.1、0.4”)的比较结果进行学习。神经网络40的学习例如通过误差反发送法(back propagation法)进行(参照例如麻生英树著“神经网络信息处理”、产业图书、1988年)。

状态迁移部件104是对应于认证部件103的认证结果，把使功能部件101迁移到可以使用规定功能的状态的指示信号输出到功能部件101的部分。更具体的是状态迁移部件104如果使用者是本人，就向功能部件101输出迁移到可以使用功能部件101的功能的状态的指示信号，如果不是本人就不输出该指示信号。

接着，使用图7说明使用认证装置10进行使用者的认证的方法。图7是表示进行使用者认证方法的流程图。认证装置10的肌肉电位取得部件102取得使用者的肌肉电位信号，向认证部件103输出(步骤S01)。认证装置10如果是手表型的装置，则进行例如事先设定的使用者的“锤子(握紧拳)、剪刀(从握紧拳的状态伸出食指和中指)、布(手掌张开)”的规定动作，对应该动作肌肉电位取得部件102取得肌肉电位信号，并向肌肉电位认证部件103输出。

认证部件103对时间系列的肌肉电位信号进行高速傅立叶变换，并作为肌肉电位频谱输入到神经网络(步骤S02)。从神经网络输出认识结果(步骤S03)。基于这个认识结果判断使用者是否是本人(步骤S04)。如果是使用者本人，认证部件103把该信息的信号输出到状态迁移部件104。状态迁移部件104对应于该输出，向功能部件101输出使规定的功能可以使用那样的指示信号(步骤S05)。功能部件101对应于该指示信号使规定的功能可以使用，可以进行规定的动作(步骤S06)。另外在步骤S04中，如果判断出使用者不是本人则立即结束处理。

使用图8说明本发明的实施例2的认证系统。图8是用来说明包含认证装置20和外部认证装置(发送目标装置)30的认证系统2的图。认证装置20和外部认证装置30通过没有图示的信息通信网构成为可以发送接收数据。

认证装置20物理上由CPU(中央处理装置)、被称为RAM和ROM的存储器、为了测定筋肉电压信号的电极、实现规定功能的功能部件、为了进行数据发送和接收的调制解调部件·天线部件等，被作为个人使用的信息仪器构成。规定的功能是根据认证装置20所要求的功能而设定的，可以适当地选择时钟功能、电话功能、数据管理功能、电视电话功能等功能。因此当认证装置20的规定功能是时钟时则作为手表发挥功能，当规定功能是电话机功能时则作为便携式电话机发挥功能，是数据管理功能时则作为PDA(Personal DigitalAssistance)发挥功能。

作为认证装置20的功能构成要素，包含功能部件101、肌肉电位取得部件(肌肉电位取得装置)102、状态迁移部件(状态迁移装置)104、发送部件(发送装置)201、接收部件(接收装置)202。接着详细说明有关的各个构成要素。

功能部件101、肌肉电位取得部件102、状态迁移部件104各自的功能与实施例1的说明相同，所以省略。须指出的是，在实施例2中肌肉电位取得部件102把测定的肌肉电位信号输出到发送信息部件201。另外状态迁移部件104对应于从接收信息部件202的输出进行工作。

发送部件201是把从肌肉电位取得部件102输出的作为测定结果的肌肉电位信号发送到外部认证装置30的发送信息部分。更具体的是发送部件201把肌肉电位信号放大、调制，并把电力放大到规定的电力为止以后，通过发射电波发送肌肉电位信号。在这个实施例中，是按模拟信号原样发送肌肉电位信号，但也可以转换成数字信号以后发送。

接收部件202是接收基于发送部件201的肌肉电位信号的发送信息返回的认证结果，向状态迁移部件104输出的部分。更具体的是接收从外部认证装置30发送的认证结果，经过规定的解调处理等向状态迁移部件104输出。

接着说明外部认证装置30。外部认证装置30物理上由具备CPU(中央处理装置)、存储器、鼠标和键盘的输入装置，显示器的显示装置、硬盘的存储装置等的计算机系统构成。

作为外部认证装置30的功能构成要素，包含发送部件301、认证部件302、接收部件303。接着详细说明各个构成要素。

接收部件303是接收从认证装置20发送的肌肉电位信号，进行规定的解调处理等向认证部件302输出的部分。认证部件302是基于从接收部件303接收的肌肉电位信号，进行使用者的认证的部分。更具体的是认证部件303通过高速傅立叶变换把时间系列的肌肉电位信号变换成频率区域的信号。认证部303把这个频率区域的信号输入到神经网络，基于对应于该输入的输出结果认证使用者是否是本人。认证部件303把是否是本人的认证结果输出到发送部件301。发送部件301是把认证部件302的认证结果发送给认证装置20的发送部分。

接着用图9说明使用认证系统2进行使用者的认证方法。图9是表示进行使用者的认证的方法的流程图。认证装置20的肌肉电位取得部件102取得使用者的肌肉电位信号，输出到发送部件201(步骤S11)。发送部件201把肌肉电位信号发送给外部认证装置30(步骤S12)。外部认证装置30的接收部件303接收肌肉电位信号并且输出到认证部件302(步骤S13)。

认证部件302对时间系列的肌肉电位信号进行高速傅立叶变换，并且作为肌肉电位频谱输入到神经网络(步骤S14)。从神经网络输出认识结果(步骤S15)。基于这个认识结果判断使用者是否是本人，并把该判断结果输出到发送部件301。发送部件301把该判断结果发送给认证装置20(步骤S16)。

从外部认证装置30发送的判断结果由认证装置20的接收信息部件202接收，输出到状态迁移部件104(步骤S17)。状态迁移部件104判断判断结果是否是本人(步骤S18)。如果判断结果为使用者是本人，则状态迁移部件104输出可以使用功能部件101的规定的功能那样的指示信号(步骤S19)。功能部件101对应于该指示信号使规定的功能可以使用，可以进行规定的工作(步骤S20)。另外在步骤S18中，如果判断使用者不是本人则立即结束处理。

在所述的说明中，肌肉电位信号和肌肉电位频谱以模拟信号来处理，也可以以数字信号来处理。在那样的情况下，例如最好是用8个字节的浮点小数来表示用10对的电极测定的10个频带的电平。在这种情况下，理想的例子是8个字节中的1个字节是指数部分，剩余的7个字节是假数部分(小数部)。如果频带数是10个，则需要10个8字节的值。其结果是用80个字节来表示肌肉电位频谱。

另外在所述的说明中，虽然说明了通过手的动作进行认证的情况，例如图2中所示那样的便携式电话机型认证装置的情况下，可以通过发出事先设定的词来进行认证。

在本实施例中，由于是对应于基于肌肉电位信号的变化而认证使用者的结果，来使规定的功能(时钟功能、电话机功能、数据管理功能、电视电话功能)迁移到可以使用的状态，所以可以更准确地对使用者进行认证。使用者不用输入密码就可以有效地减少第三者恶意使用的可能性。

在实施例1中，由于认证装置10包含认证部件103，所以基于肌肉电位信号认证使用者时不进行与其他仪器的通信也可以处理。

在实施例2中，把测定的肌肉电位信号发送到外部认证装置30，对应于该发送接收认证结果，因而能通过包含在该外部认证装置30中的认证部件302，对使用者进行认证。

另外在本实施例中，由于使用神经网络作为认证装置，所以能进行可靠性更高的认证。

在以上所述的发明中，显然其具体细节可以用各种方式进行变更和修正。但只要这些变更和修正不背离本发明的创意和范围，就都应属于本发明的保护范围。

Claims

1.一种认证装置，其特征在于：包括：

实现使用者使用的规定功能的功能部件；

在所述使用者使所述功能部件位于通常的使用位置上时，位于与所述使用者的皮肤接触的位置并且测定由所述使用者肌肉的运动而产生的肌肉电位信号的变化的肌肉电位取得装置；

把所述肌肉电位取得装置的测定结果发送给规定的发送目标装置的发送装置；

根据该发送的测定结果来接收被返回的使用者的认证结果的接收装置；和

按照该接收的认证结果，使所述功能部件的规定功能迁移到所述使用者可以使用的状态上的状态迁移装置。

2.一种认证系统，其特征在于：包括：

实现使用者使用的规定功能的功能部件；

把所述肌肉电位取得装置的测定结果发送到规定的发送目标装置的发送装置；

根据该发送的测定结果来对所述使用者进行认证的认证装置；

接收该认证结果的接收装置；和

3.一种认证方法，其特征在于：包括：

在使用者使功能部件位于通常的使用位置上时，肌肉电位取得装置位于与所述使用者的皮肤接触的位置，并且测定由所述使用者肌肉的运动而产生的肌肉电位信号的变化的肌肉电位取得步骤；

发送装置把所述肌肉电位取得装置的测定结果发送到规定的发送目标装置的发送步骤；

接收信息装置根据该发送的测定结果来接收被返回的所述使用者的认证结果的接收步骤；和

按照基于该测定结果的所述使用者的认证，状态迁移装置使所述使用者使用的所述功能部件的规定功能迁移到可以使用的状态上的状态迁移步骤。