指紋認証：定義と安全性

指紋は、各人に一意の特徴であり、同じ指紋を持つ人は二人と存在しません。指紋認証は、認証（個人のバイオメトリクステンプレートに照合すること）と識別（個人の識別を決定すること）の両方に使用されます。

個人に固有の身体的特徴はバイオメトリクスと呼ばれ、アイデンティティの検証・確認に使用できます。

指紋認証は、認証と識別の目的で最も一般的に使用されるバイオメトリクスですが、顔認識、虹彩スキャン、DNAもすべて、生体識別要素の形態です。指紋認証は広く普及しており、費用効果が高く、使いやすく、効果的で、偽造しにくく、利便性が高いという特長を持ちます。このため、認証と本人確認のための安全で便利なツールとなっています。

指紋認証を理解する

指紋認証テクノロジーには、個人に固有で複製不可能な、一意の物理的/行動的属性が使用されます。

指紋は個人を識別する方法であり、各個人に固有のものです。同じ指紋を持つ人は二人と存在しません。指紋は、隆線、谷、弓状、渦状、蹄状といった特定のパターンで構成されます。

身元の証明には、主に以下の3つの方法が使用されます。

• 本人が知っている情報（パスワードなど）
• 本人が持っているもの（トークン、キーカードなど）
• 本人の属性（指紋、顔、手など）

指紋認証は、本人の属性を使用する方法です。指紋は、本人から離れることがなく、また本人だけに属するものです。指紋認証は、これまで何十年もの間使用されてきましたが、最近のテクノロジーの進歩に伴い、この重要なツールの技術的かつ広範な利用が可能になりました。

生体認証とセキュリティ

生体認証は、個人を認証/識別するためのセキュリティ機能として、身体的または行動的な特性の統計分析/測定を使用します。指紋認証は、摩擦のないセキュリティ対策として、簡単でシームレスに使用できます。

指紋スキャナは、場所やデバイスへの物理的なアクセスを保護するために使用できます。パスワードやハードウェアトークンを使用する場合は、忘れたり置き忘れたりすることがありますが、指紋認証はこうしたことが起きないセキュリティ機能です。

生体情報は特定の個人に紐付けられ、窃取、紛失、侵害がより困難であることから、生体認証は他の形式の認証に比べて安全性の高いセキュリティを提供します。信頼性が向上し、セキュリティプロセスが簡素化されます。

ただし、指紋認証には欠陥がいくつかあり、この形式のセキュリティを回避する方法をサイバー犯罪者が見つける可能性があります。たとえば、あなたのデータに一致する指紋を別の人が入力した場合、これらの生体認証の詳細を無効にするのはより困難です。

また、指紋は、あなたが触れたあらゆる場所に残され、かなり容易に取得できます。このようにして、誰かがあなたの指紋データにアクセスした場合でも、このデータを変更することはできません。指紋を変更することはできないため、指紋の複製を使用することで、指紋で保護されたものすべてにアクセスできるようになります。

これまでに、スマートデバイスがマスターの指紋に「騙される」ことが起こっています。ソフトウェアに欠陥があると、指紋認証のセキュリティに問題が引き起こされる可能性があります。

指紋認証の仕組み

指紋認証では、何らかの形態のスキャナを使用して指紋の画像を取得します。その方法には以下を含みます。

• 光学式スキャナ：プリズムを通して指を照らし、隆線と谷がどのように光を反射するのかを読み取ることによって、指紋のデジタル画像を撮影します。次に、この情報が画像に変換されます。
• 静電容量式スキャナ：電気を蓄える小型の内蔵コンデンサを介して、小さな電荷を生成します。コンデンサは、指がスキャナに触れると放電されます。

放電レベルは、接触面を増やす指紋隆線によって高くなり、皮膚に隙間を作り出す谷によって低くなります。これらの差を測定してパターンを決定します。

• 超音波スキャナ：隆線と谷は作り出すエコーが異なり、指紋が作るエコーを超音波信号によって記録します。このスキャナは、読み取りのために指に直接接触する必要はなく、3次元で読み取るという利点もあります。
• サーマルスキャナ：熱を使用して、指紋の隆線と谷の間の温度差を測定します。2つのコントラストに基づいて指紋の画像を作成します。

スキャンされた指紋は、2つの画像を比較して類似性を探すパターンマッチングにより照合されます。より一般的な照合方法として、ポイントの方向と位置をより詳しく調べるマニューシャマッチングが使用されています。

指紋の一意のデータと具体的な特性は、フィルタリングされた後、数学的表現（アルゴリズム）または暗号化された生体認証キーとして保存されます。指紋の画像自体は保存されず、バイナリコード（一連の数字）のみが保持され、確認のために使用されます。このアルゴリズムは、リバースエンジニアリングにより指紋の画像を再取得できないため、複製できません。

通常、指紋データはクラウドではなくデバイス自体に保存されます。

指紋認証の利点

全体として、指紋認証は非常に安全であり、一般的な保護方法であると考えられます。最高レベルのセキュリティのためには、パスワードやトークンなど、他に少なくとも1つの方法を使用する二要素認証または多要素認証（MFA）モデルの一部として使用できます。

指紋認証の利点は次のとおりです。

• 指紋は、紛失したり置き忘れたりすることがなく、常に本人に付随する。
• 指紋は、偽造が難しく、パスワードやトークンよりも安全である。
• 指紋のパターンは、推測できず、転送できない。
• 指紋認証は、本人確認のための高レベルのセキュリティを提供する。
• 指紋認証は、ユーザーフレンドリーで利便性が高い。
• 指紋認証は、簡単に導入でき、費用対効果に優れている。
• 指紋認証を使用することで、説明責任を果たすことができる。
• 指紋の窃取や偽装には、大きな労力がかかる。
• 指紋認証は、高速かつシンプル、かつ使いやすい手法である。

指紋認証が使用されている場所

生体認証テクノロジー、特に指紋認証は、認証や本人確認の目的で、さまざまな分野や業界で使用されています。次に例を示します。

• 法執行/公安機関：指紋は、容疑者や犯罪者を識別するための一般的な方法です。米国のIAFIS（統合自動指紋識別システム）は、データベース内の既知の当事者と照合する目的でデジタルの指紋を保存/比較/交換する、全国的なコンピューター化システムです。
• 軍：米軍は、戦場で敵味方を判断するため、指紋識別により非米国民を識別することがあります。Defense Forensics and Biometric Agency（DFBA）は、国家安全保障の問題として、指紋を含む生体情報を保存しています。
• 国境管理/越境移動：国土安全保障省（DHS）は、IDENT（自動生体識別システム）を運用しており、出入国管理や国境管理のための指紋、諜報活動、国家安全保障のクリアランスや法執行機関向けの背景情報、国家安全保障などの目的で、生体情報を保存/処理しています。

また、DHSは電子パスポートを米国で発行しています。電子パスポートは、指紋データなどの所有者の生体情報を保持する電子チップを含み、国外への旅行に使用されます。空港のセキュリティでは、指紋などの生体情報を使用して旅行者を認証することもあります。

• 医療：指紋を含む生体認証IDカードを使用して、医療サービス/リソースにアクセスすることで、治療を受ける人が本人であることを確認できます。病院、薬局、診療所でも、患者を患者記録と照合するための指紋スキャナが置かれていることがあります。
• 施設管理：企業/組織は、施設出入管理の一形態として、本人の属性（本人が持っているものや知っている情報ではなく）に基づいてアクセスを許可/拒否するために、指紋認証を使用することがあります。
• コンピュータシステム/ネットワーク：スマートフォン、ノートPC、コンピューターは、指紋などの生体認証を使用してロックを解除し、特定ユーザーのみにアクセスを許可することが多くあります。これは論理アクセス制御と呼ばれます。

指紋データはデバイス自体に直接保存されるため、安全性がより高く、潜在的なプライバシーの問題やデータ侵害が発生しにくくなります。

• 商用アプリケーション：多くの商取引/小売業界では、指紋認証を使用して顧客の身元を確認し、ユーザーを認証しています。銀行などの金融機関は、取引に指紋アクセスを要求することがあり、クレジットカードリーダーや小売店も同様です。

指紋認証は、システム内のデータの照合に基づいて個人を認証するために使用することも、本人確認の一手段として使用することもできます。指紋認証を使用することで、パスワードやトークンのセキュリティ対策にさらにセキュリティレイヤーを追加できます。

指紋スキャナは価格が下がりつつあり、幅広いビジネス、組織、業界で広く導入しやすくなっています。

主なポイント

指紋認証は、一般的に使用される生体認証セキュリティの一形態であり、使いやすく、騙すのが困難です。本人の属性を使用する手法であり、多くの場合に費用効果の高い戦略となります。指紋は、パスワードやアイデンティティカードのように忘れたり紛失したりすることがありません。同じ指紋を持つ人は二人と存在しないので、個人に固有のものであることが保証されます。

指紋認証には、小型・自立型のスキャナ、またはスマートフォン、セキュリティシステム、コンピューターなどのデバイス内に直接内蔵されたスキャナが使用されます。指紋スキャナは、指紋をデジタル処理し、デジタルアルゴリズムに変換して保存します。

このように、指紋データはリバースエンジニアリングできません。悪意のある人物が侵害や窃取によって指紋データを入手したとしても、指紋画像に戻して使用することはできません。

便利で使いやすく、ユーザーフレンドリーなセキュリティ機能である指紋認証は、アイデンティティの確認と認証の両方に幅広い用途で使用されています。

生体認証は成長分野でもあり、顔認識、虹彩スキャンなどの生体識別要素、タイピングのパターン、オンラインのインタラクション、デバイスの取り扱いなどの行動的生体認証の使用は、今日使用されている以上に多くの用途に検討されています。生体認証は、ユーザー個人に固有の高いレベルのセキュリティを提供し、侵害を困難にします。

指紋認証は、進化するテクノロジーとともに進歩し続けており、この形式の生体認証を採用する企業や業界が増えています。強力なパスワードやトークンなどのセキュリティプロトコルと組み合わせることで、指紋認証の安全性はさらに高まります。

参考文献

No Two Fingerprints are Alike （2022年、Rutgers） 

Biometric Security Systems：A Guide to the Devices, Fingerprint Scanners and Facial Recognition Access Control（2020年8月、IFSEC Global）

Privacy Impact Assessment Integrated Automated Fingerprint Identification System National Security Enhancements（Federal Bureau of Investigation［FBI］）

DFBA Overview. （2021年、Defense Forensics & Biometrics Agency）

DHS/OBIM/PIA- 001 Automated Biometric Identification System. （2019年11月、Department of Homeland Security［DHS］）

E-Passports（Department of Homeland Security）