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【新進気鋭の研究者Vol.3】生体認証の可能性を広げていく。富士通研究所_山田茂史

株式会社富士通研究所 知識情報処理研究所 セキュリティ研究センター
認証&IoTセキュリティプロジェクト 主任研究員 山田茂史

指紋認証、静脈認証の研究を継続し、生体認証の可能性を広げていく。次々に現れる課題があるから面白い

手のひらの皮下にある静脈の「網目模様」は、一人ひとり異なっている。その特徴を利用する「手のひら静脈認証」は、近年銀行ATMの本人確認、各種情報端末のログインといった用途に、急速に市場を広げた。同じ生体認証である指紋認証の開発に携わっていた山田茂史氏が、軸足をこの分野にシフトしたのは、季節などの外部環境に影響されない「静脈」に大きな将来性を見いだしたからだった。研究を進め、照合アルゴリズムに基づく新たな認証技術の開発に成功したのは、2013年夏。現在、実用化研究が進むそのシステムは、従来の生体認証に対する人々の認識を覆し、利用領域を飛躍的に拡大させる可能性を秘めている。

「いろんなことに挑戦できそう」が就職の決め手

1975年に山田氏が生を受けたのは、「クレヨンしんちゃんの、と言えばとおりがいい」埼玉県春日部市。小学校時代から数学、理科が得意だったいわゆる理系少年はまた、歴史の教師だった父親の影響もあって「高2まで理系に進むか、考古学の研究者になろうか迷っていた」。結局前者を選択し、慶応義塾大学理工学部の計測工学科に進学する。そこで研究テーマにしたのは、生体計測、具体的には脳機能の研究だった。
「なんとなく、人に近いものがやりたいという思いがあった」ことが、それを選んだ理由だったという。 「脳の計測というと脳波が思い浮かぶと思いますが、私が相手にしたのは脳磁場です。それを測り、例えばものを見ている時に、視覚野のどこが活動して磁場が発生したのかを推定する手法を開発する、という研究でした」
とはいえ、当時はまだ脳の機能などほとんど未解明の世界である。 「実際の研究は、他大学の教授なども加わった20~30人ぐらいのプロジェクトで、手探りで進めていく状態でしたね。計測装置も年間の維持費が数億円もかかるのに、感度はイマイチ。でも、未知のものを対象に、一つひとつ仮説を立てて地道に実証していくという作業は、掛け値なしに面白かった。あの経験が、一生研究者でやっていこうという気持ちを芽生えさせたのは、間違いありません」

こうして大学院に進んだ山田氏だったが、修士課程修了を前に、ある選択をする。
「面白いのだけど、脳はあまりにも果てしないテーマで……。もう少し、直接的に社会に貢献できるような研究がしたい、という思いが強くなったんですよ。悩んだ末に、博士課程には行かず、就活することにしたのです」
就職先に、富士通研究所を選んだのには、大学院研究室OBの先輩が設定した「職場見学」が効いた。 「神奈川の厚木にある研究所は、目の前に1000m級の山が見えて、のどかそのもの。研究に没頭できそうだ、と(笑)。話を聞くと、やっている中身も基礎研究から製品に近い分野まで幅広く、いろんなことにチャレンジできそうだと感じたんですよ。先輩の熱心な勧めもあって、ほぼ即決でした」
こうして00年に入社、配属されたのは、脳の研究とは縁もゆかりもないパソコン周辺機器の研究開発を行う部署だった。そこで、まずはネットワーク運用を効率化するアプライアンスサーバーの研究に携わる。

「学生時代は、校舎の空きスペースを見つけてはノートパソコンを開く、というスタイルだったのですが、ここでは文字どおり研究室にこもって仕事ができました。第一印象に違わず、集中して研究できる環境でしたね。人と話す回数が極端に減ったのは、ちょっと気がかりでしたけど(笑)」

そんな山田氏は、入社2年目に初めて生体認証にかかわる。今度は、指紋認証サーバーの研究を担当することになったのだ。
「ただし、研究対象は、あくまでもシステム運用に関するものです。指紋認証をどうすれば簡単に導入できるか、便利に使えるかという話で、まだアルゴリズムのアの字も知りませんでした。でもこの時の研究は、02年に『Secure LoginBox』という製品名で実用化され、今も後継機が販売されています。ちなみに私自身も、技術開発を継続しているんですよ」

米国に留学。アルゴリズム研究の世界へ

研究者としての転機になったのは、本人たっての希望で実現した、06年の米国ウエストバージニア州立大学への留学だった。
「04年、アメリカで開かれた生体認証に関する国際会議に出席したんですよ。9・11以降、テロ対策としての生体認証に大きな期待が集まっていた頃で、そこでの議論は熱気を帯びたものでした。アメリカでは、すでに指紋や顔など複数の生体認証を組み合わせるマルチモーダルの研究が進んでいて、とても印象に残っています」

会議の前後には、関連する大学の研究室も訪れた。
「そこで出会った、アラン・ロス先生の生体認証の将来性についての話には、大いに触発されました。で、この人の下で勉強してみたいと思ったのです」
2年後、研究室の一員として迎えられた山田氏が学んだのは、主として指紋認証のアルゴリズムである。
「研究室には中国やインドからの留学生がたくさんいました。彼らの本気度は半端ではなく、部屋にテレビもない、遊びもしない。私がたまに飲みに行ったりすると、『どうして時間の浪費をするのだ』と(笑)。彼らに刺激もされて、日曜も研究室で勉強、という生活でした。まあ、そうでなければついていけないくらい、研究のレベルが高かったのは事実です」
こうして1年間の留学を終え帰国した山田氏は、それまでのシステム構築中心からアルゴリズム自体の開発へ、生体認証に対するアプローチを大きく転換させる。 「自分たちが開発した指紋認証の照合アルゴリズムを、自社のノートパソコンや先ほどお話しした認証サーバーなどに、実際に適用していくわけです。たまにエンドユーザーからの声が届き、直接それに対応したりするのは、従来の仕事ではなかったこと。それも楽しかったですね」

そんななか、10年には手のひら静脈認証と指紋認証を組み合わせた「マルチバイオ」の研究開発プロジェクトが立ち上がり、そこに指紋認証の担当者として加わることに。
「この技術自体は、手のひら静脈情報と指3本の指紋情報とを組み合わせて認証を行う、というものです。4つの生体情報を同時に取得して照合することにより、〝単体〟に比べて、より大人数のデータの中から特定の個人を識別することなどを可能にするのが目的でした」
同システムはすでに開発に成功しており、今後、例えば大規模災害時の本人確認といったシーンでの活用が期待されている。プロジェクトに貢献した山田氏だったが、そこへの参加は本人にも〝成果〟をもたらしていた。静脈と指紋の情報を融合して判定する技術である以上、当然のことながら2つの生体認証について深く認識する必要がある。ここまで「指紋一筋」で来た研究者に、初めて静脈認証の術を知る機会が巡ってきたのである。 「それを勉強した感想は、率直に『素晴らしい』のひとことでしたね。指紋と静脈の最も大きな違いは、欲しい情報が体の表面にあるか、体内にあるか。皮膚は、人によって乾燥などによるダメージが起こり、特に冬場は認証されにくくなるなどの問題が、たまに発生したのです。静脈ならばそういった心配は無用。体内情報は盗まれることがないのもメリットでした。本人確認の手段としては最適の方式だと確信するのに、時間はかかりませんでしたよ」

そうした経緯を経て、研究開発の主眼を徐々にシフトさせ、「12年頃からは、本格的に手のひら静脈認証技術の研究開発を推進」していくことになる。
この間、自らに課した研究テーマは、「静脈認証技術の適応領域の拡大」だ。 「これは生体認証全般にいえることなのですが、今使われているのは、ほとんどが一つの金融グループ内とか企業内とかの、ある意味『閉じた安全な領域』なんですね。しかし、世の中ではクラウドに象徴される、よりオープンでグローバルなサービスが当たり前になっている。なんとかそうしたネット空間でもふつうに使えるものをつくりたい、というのが目標なのです」
課題の一つは、ユーザー、特に情報を預かる管理者の側が安心して導入できるシステムにできるかどうか。そのためには、「従来とは異なる、新しい照合アルゴリズムを発想する必要がありました」と山田氏は話す。

究極のマルチモーダルを見据え、挑戦は続く

そうしたコンセプトで13年に開発したのが、手のひらの静脈情報から〝0〟と〝1〟の数値データで表すことのできるコードを生成し、それを基に認証を行う「バイオコード」という技術である。できた「数列」は、なんと2048桁(ビット)に及んだ。
「最大の特徴は、変換条件を変えることで、一つの生体情報から複数のコードがつくれること。これなら、パスワードのように様々なサービスごとに登録するコードを分けることができますし、万が一それが漏えいしたとしても、書き換えて安全を維持することが可能なんですよ」
従来の生体認証では不可能だったそれらを可能にしたこの技術も、もちろん世界初の〝発明〟である。現在は、「実用化に向けて、さらなる認証精度の向上などに取り組んでいる」段階だ。

そんな山田氏は、「高精度で簡便な本人認証に対するニーズがいっそう高まってくれば、やはりより進化したマルチモーダルの活用ということになるのでは」と、生体認証の未来を予測する。 「その技術開発にも、ぜひチャレンジしたい。個人的には、そうしたシステムにおいても静脈認証が主役を張れるよう、これからも自分自身のレベルアップを図りたいですね」
あえて研究者としての〝その先〟を尋ねると、「生体認証研究に関しては、自分自身、どこかでゴールさせて、次のステップを模索したいという思いはある」との答え。
「だから、常に目の前にある課題を数えながら仕事をしているところがあるんですよ。ところが解決したはずなのに、いっこうにそれが減らないわけです(笑)。先ほどのクラウドの話ではないですが、世の中のパラダイムシフトがあまりにも速く、質の違うテーマが次々に立ち現れてくるという感じでしょうか。でも、挑戦すべきことがいろいろあるのは、研究者冥利に尽きます。当分は、ここから離れられないと思います」

企業の研究者として、ここまで常に意識してきたのは、「自分で〝エリア〟をつくらないこと」だと言う。 「専門領域というと聞こえはいいけれど、それ以外はド素人では、『挑戦すべきこと』も限られてしまう。まず軸をつくって、できたら次の軸の構築を目指していく。できるだけ違う分野の人とコラボレートする環境に身を置くことも、研究の幅を広げるのに有効だと感じますね。あえて若い人たちにアドバイスするとしたら、そんなところでしょうか」

手のひら静脈認証を活用した製品は増加中。
より精度を高めるマルチバイオ認証にも挑戦
上/2004年に発売以降、センサーの小型化にも注力、最新のパソコン内蔵型では6㎜の薄さを実現。右はUSB外付けタイプ 中/銀行ATMに内蔵されているセンサー 下/手のひら静脈認証と指3本の指紋認証を組み合わせた「マルチバイオ認証技術」は、1:Nの認証に威力を発揮する

銀行ATMなどの本人確認やパソコンのログインのほか、防犯対策、世界規模のテロ対策の分野まで、より簡便で精度の高いセキュリティ対策として注目を集めているのが、人の身体的な特徴や行動的な特徴を利用して本人確認を行う「生体認証」(バイオメトリクス)である。そこで活用されている「素材」としては、代表的な指紋のほか、指や手のひらの静脈、顔、目の虹彩、DNA、声紋、筆跡などがある。

富士通が世界に先駆けて開発したのが、「非接触型手のひら静脈認証」。手のひらに近赤外線を照射し、皮下組織にある網目状の静脈の模様(静脈パターン)から特徴量を抽出し、事前に登録する。利用時には、静脈パターンをこれと比較することにより、本人確認を行う仕組みだ。静脈は体の内側にあるため、指紋などのように外部環境(汚れ、湿度、外傷など)の影響を受けにくく、経年変化もみられない。センサーに直接触れることなく認証できるのも、同社システムの利点だ。

同社は、この手のひら静脈認証と指紋認証を組み合わせた「マルチバイオ認証技術」も試作開発している。多数の中から特定個人を選び出す1:Nの認証の場合、Nが大きくなるにつれ、従来の1種類の生体情報では正確性を欠くケースも予想される。しかし、同システムは、静脈と手の指3本の指紋情報を同時に取得し照合することで、この弱点を克服した。


やまだ・しげふみ
1975年、埼玉県生まれ。2000年、慶應義塾大学大学院理工学研究科計測工学専攻修了後、富士通研究所に入社し、ペリフェラルシステム研究所に配属される。06年、ウエストバージニア大学に留学。07年の帰国後、指紋認証、静脈認証アルゴリズムの研究に従事。15年、知識情報処理研究所主任研究員に就任。
株式会社富士通研究所
設立/1968年11月
代表者/代表取締役社長 佐々木 繁
従業員数/1200名(2016年3月末現在)
所在地/川崎市中原区上小田中4-1-1

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