指紋認証の仕組みと認証方式による違い

指紋認証とは、人間の指先の指紋を用いた生体認証で、模倣の難しさや精度の高い仕組みをもった、本人認証の手段として有用です。指紋認証は、人により異なる指紋情報を活用できるだけではなく、日常生活でも多く利用されている認証方法のため、受け入れやすい認証方法のひとつです。指紋認証の仕組みや認証方法による違いなどを理解したうえで、指紋認証リーダーを導入すると、セキュリティ強化に対し、効果的にアプローチできます。この記事では、指紋認証自体の仕組みや、認証方式による仕組みの違いをご紹介します。

◎指紋認証の仕組みと認証プロセス

指紋認証は、生体認証のひとつで、指先の指紋の形やパターンを活用して本人認証を実施する仕組みをもった認証方法です。指紋には、一卵性双生児でも同じではない万人不同という特徴と、経年変化が生じない終生不変の特徴があります。万人不同かつ終生不変の指紋データを検出し、照合するため、個人を特定できる仕組みが優秀な生体認証として、認知されています。指紋認証の仕組みでは、検出された指紋のデータを用いて、アクセス権限を有した人物か判断し、扉の解錠の可否を行います。生体認証では、人間の体のパーツを本人認証に使用する仕組みのため、生体認証である指紋認証では、指先の指紋が必要です。指紋認証を実施する際は、指紋認証リーダーの指紋読み取り部分に指先を置いて本人識別を行います。指紋で本人認証を行うには、事前に指紋認証リーダーへ、個人の指紋の登録が必須です。指紋読み取り機に指を置くと、指紋認証リーダーが指紋の読み取りを進め、指紋情報を読み取ります。リードした指紋の情報と、既に登録されている指紋情報が一致したら、扉が解錠される仕組みです。この指紋認証の仕組みは、身近なシーンに焦点を当てると、スマートフォンのロック解除などに導入されています。指先を見ると、渦を巻いているような模様がありますが、これが指紋になります。指紋には、皮膚が盛り上がり線を形成する隆線と、皮膚が盛り下がっている部分の谷線があります。隆線と谷線で、人間の指紋は形成されています。隆線に注目すると、隆線には、線が途切れている部分や分岐している部分をはじめ、さまざまな特徴の列挙が可能です。途切れているポイントを端点、分岐しているポイントを分岐点と呼びます。指紋認証の仕組みにおいて、端点や分岐点は特徴点と呼称され、指紋を照合する際に、本人を特定するための材料として利用されます。指紋の形状は、大きく渦状紋、蹄状紋、弓状紋、変体紋の4つに分類可能です。指紋の中心で渦を巻いている形状の指紋を渦状紋と呼び、日本人では1番多い指紋の形と認識されています。蹄状紋とは、馬のひづめに見た目が類似しているため、ひづめのような形を意味する蹄状という言葉が用いられています。また、弓のような形状の弓状紋や、どの形状にも属さない変体紋は、もっている人が少ない、非常に珍しい指紋の形状です。同じ人物で2種類の指紋をもっているケースもあります。指紋認証では、特徴点の位置や分岐する方向を検出し、照合を行う仕組みですが、指紋認証を行うために用いる特徴点の数は、1つや2つではありません。精度のある指紋認証を完了させるには、20個から40個ほどの特徴点のピックアップが必要です。特徴点のみでも指紋認証は可能ですが、さらに精度を高める仕組みとして、リレーションという方法があります。リレーションとは、特徴点を2つピックアップし、線でつないだとき、特徴点の間にある隆線の本数を指紋認証に用いる仕組みです。特徴点とリレーション、2つの情報を活用すると、高精度な指紋認証の仕組みにつながります。指紋認証は、世界的に認知されている認証方法であり、歴史も長い生体認証のひとつです。日本では、1908年に警察で指紋認証が利用されました。指紋認証の仕組みは、長い歴史とともに技術革新が進み、高度なセキュリティが求められるシチュエーションでも、日常シーンでも広く採用されています。

◎指紋認証の各認証方式の仕組みと違い

指紋認証の代表的な指紋読み取り方式は、静電容量方式、光学方式、超音波方式の3種類です。静電容量方式は、指が指紋読み取り機に触れたことが理由で発生する電子の移動を指紋リードの仕組みに導入しています。静電容量方式の仕組みが搭載された身近な存在は、スマートフォンのロック解除です。基本的に、人間の指は常にわずかな汗をかいており、汗に含まれる電荷は、指紋の盛り上がった部分である隆線に集まる性質をもっています。接触をトリガーに、汗のなかの電荷が隆線に移動し、谷線との間の電気量に差が発生します。静電容量方式とは、電子の移動と電気量の差を用いて、指紋の特徴を検出し、指紋認証リーダーに登録された指紋と照合する仕組みです。人間の体に存在する電子が、指紋読み取り機に触れると移動する特徴を指紋認証の仕組みに取り入れた方式と表現できます。静電容量方式は、指紋認証の読み取り方式のなかでも、イニシャルコストや消費電力が控えめなため、導入しやすい認証方式です。指紋認証の光学方式は、指を置く部分の下から光を照射し、指紋を二次元画像として取得する読み取り方法です。指紋認証リーダーでは、指を設置するプリズム面の下から光を指に向かって当てます。指に照射された光が当たると、凹凸の凸部分である隆線では乱反射が発生し、凹部分の谷線では、全反射する特徴をもっています。隆線では、表皮にある汗や水分により乱反射し、谷線では、プリズム面と指の間の空気により全反射する仕組みがあるためです。二次元画像である写真のような指紋を表現できる仕組みは、全反射と乱反射している光の陰影をレンズで集中させると実現できます。超音波方式は、リードした指紋を立体的に検証できる、最も新しい指紋認証方式で、静電容量方式や光学方式の弱点のクリアが可能です。立体で指紋を把握するためには、超音波を使用します。指紋を読み取る部分に指を設置すると、超音波が指に当たり、跳ね返ってくる超音波の強さと跳ね返りの角度を算出し、指紋を3Dで検出する仕組みです。静電容量方式や光学方式では、指に付着した水分や汚れが正確な指紋認証を妨げてしまう要因でしたが、超音波の跳ね返りで指紋認証を進める超音波方式では、正確な指紋認証の仕組みに影響を及ぼしません。超音波の仕組みに、指の表皮よりも下にある内部の血流を把握できる性質があるからです。超音波方式は、水分や汚れの影響を最小化可能で、指紋を立体的に分析する仕組みをもつため、写真をはじめ精緻な画像を用いた不正入室も困難にさせる、卓越した安全性を有する指紋の読み取り方式です。超音波方式は、他にも認証スピードの速さや、指紋読み取りに直接指を置かなくても指紋をリードできる仕組みをもっています。指紋をリードさせる際に、多くの人が触れる読み取り機部分へ触れる必要がないため、衛生的な方式です。非常に優秀な読み取り方式である一方、費用などの課題から、超音波方式が組み込まれた指紋認証リーダーは、広く普及はしていません。指紋認証の全体の仕組みに関わるポイントとして、指紋識別の厳密さを厳しく設定すればするほど、本人が他者として認識されてしまうケースがでてきます。本人であるにも関わらず、指紋認証リーダーの設定により本人認証ができない事態を解決するには、同じ人物の指をあらかじめ複数登録しておくと、万が一の事態にも対応が可能となります。

◎指紋認証の仕組みを採用したKJ-3400F

KJ TECH&KJ TECH japanは、世界50カ国に80万台以上の出荷実績がある、極めて高いセキュリティテクノロジーをもった企業です。KJ TECH＆KJ TECH japanが展開するセキュリティ製品は多種多様であり、顔認証のほかにも指紋認証の仕組みが搭載された認証リーダーが提供されています。指紋は、一卵性双生児でも同じ指紋をもたない万人不同、かつ月日が経過しても変化が生じない終生不変の特徴があります。この指紋の特徴を利用した指紋認証は、本人特定能力に長けているだけではなく、信頼性も高い仕組みを有した、安全な本人認証方法です。指紋認証リーダーKJ-3400Fには、500DPIの光学センサーが備わっており、上質な指紋画像を作成することが可能です。DPIとは、1インチあたりのドット数を指し、500DPIは非常に繊細、かつ高品質な画質といえます。KJ-3400Fは、自動および方向指紋認識機能により、指紋を読み込ませる際、指が傾いていたり、正確に置かれていなかったりしても、正確な指紋認証が実施できる仕組みをもっています。指紋認証リーダー本体へ着目すると、48mm×138mm×38mmというコンパクトなサイズのため、設置スペースに余裕がない場所へも設置できるのが特徴です。KJ TECH＆KJ TECH japanの指紋認証リーダーKJ-3400Fは、設置する場所を選ばず、かつ精度の高い指紋認証の仕組みが搭載された、安心と安全を提供できる指紋認証リーダーです。ほかにも、カード認証にも対応しているため、人数や使用用途によって選ぶことが可能です。指紋認証とカード認証の二重認証を行うことで、より強固なセキュリティ環境を構築できます。

◎指紋認証リーダーKJ-3400Fの導入実績

同じ指紋をもつ人物はいないことから、経年変化が生じない指紋を本人認証の仕組みに利用した指紋認証リーダーは、企業の入退室におけるセキュリティ強化をはじめ、さまざまな課題を解決できる製品として導入されています。

○オフィスの打ち合わせ室にKJ-3400Fを導入

都内のオフィスでは、来客との打ち合わせの回数が多く、複数の打ち合わせ室をオフィスの内外に準備していました。オフィスの外にある打ち合わせ室には、物理的な鍵を使用していましたが、いざ打ち合わせという段階で、鍵の持ち出し忘れなどが発生し、スムーズなやり取りに問題が発生していました。課題を解決するために、設置スペースも少なく、社員の指紋のみを登録して解錠できる指紋認証リーダーKJ-3400Fをそれぞれの打ち合わせ部屋に設置しました。物理的な鍵が不要になり、スムーズな運営ができただけではなく、セキュリティ強化にもつながっています。

○病院の職員専用エリアにKJ-3400Fを導入

ある病院の職員のみが立ち入りができるエリアは、暗証番号でドアの解錠を行っていました。暗証番号はセキュリティ対策として一定の効果を示しますが、急いでいるシチュエーションでは、手間と感じる職員もいました。急いでいる際も素早い本人認証が可能で、かつ安全性も高い指紋認証の仕組みを知り、KJ-3400Fを取り付けました。指紋認証に要する時間は非常に短く、指を置くだけで本人認証ができるため、病院全体のオペレーションが向上しました。

○市役所の個人情報保管エリアにKJ-3400Fを導入

県内の市役所では、市民の個人情報が格納されているエリアのセキュリティ対策を図り、市民の安心や信頼性向上を模索していました。物理的な鍵を2つ設置していましたが、現代のリスク管理として不十分であると考え、指紋認証が可能なKJ-3400Fを導入しました。指紋認証リーダーの設置を決めたポイントは、なりすましが難しく安全性が高い仕組みをもち、かつ指紋認証のスピードも速い点でした。セキュリティ強化とスムーズな使用が実現し、市民の個人情報も従前と比較して、強固なセキュリティ体制で守られています。

◎まとめ

生体認証のひとつである指紋認証は、同じ指紋を誰ひとりとしてもたず、月日の変化が生じない指紋の特徴を本人認証に活用した、生体認証のひとつです。指紋認証を行う際の、指紋の読み取り方式も複数展開されており、コスト面や精度面で秀でている方式もあります。指紋認証は、生体認証のなかでも歴史が長く、技術革新により仕組みや技術の研究が進んでいます。模倣が困難で、本人識別能力が高い仕組みをもった指紋認証リーダーをご検討の際は、KJTECH japanの本社認定施工代理企業であるカギ舎へ、お気軽にお問い合わせください。

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カギ舎株式会社