スマホの ゆびもんセンサーには、目に 見えない くらい 小さな でんきの ぶひんが、なん万こも ならんで いる。ゆびを あてると、でて いる ところ(でこ)と、へこんで いる ところ(ぼこ)とで、あつまる でんきの りょうが ちがう。まるで、はんこに インクを つけて おす ような ものだ(ただし ほんとうは インクでは なく、電気の りょうの ちがいで ゆびもんの かたちを うつしとって いる)［1］。

その あと、ゆびもんの 中の とくちょうてきな てん(せんの はじまりや、わかれめ)を いくつか えらんで、まえに とうろくした ゆびもんと くらべる。おおくが ぴったり あえば、本人だと みとめられる［1］。

スマートフォンの指紋センサーには、目に見えないくらい小さな電気の部品が、何万個も並んでいる。指をあてると、出っぱっているところ(凸)と、へこんでいるところ(凹)とで、集まる電気の量が違う。この違いを読みとって、指紋の形を絵のように写しとっている［1］。

そのあと、指紋の中の特徴的な点(線の始まりや、分かれめ)をいくつか選んで、前に登録した指紋と比べる。多くがぴったり合えば、本人だと認められる［1］。

スマートフォンの指紋センサーの多くは「静電容量方式」と呼ばれる仕組みを使う。センサー表面には微小な電極が無数に並んでおり、指を置くと、指紋の隆線(凸部分)がセンサーに触れ、谷線(凹部分)は触れないため、それぞれの部分にたまる電荷の量に差が生じる。この差を検出することで、指紋の凹凸のパターンを画像として取得する［1］。

取得した指紋は、中心点・三角州(隆線が三方向に分かれる点)・分岐点・端点といった「マニューシャ(特徴点)」に変換される。認証時には、これらの特徴点のうち一定数の相対的な位置関係が、登録済みのデータと一致するかどうかを照合する。必要とされる特徴点の数はセンサーや機種によって異なるが、指紋の画像そのものを1ピクセル単位で比較しているわけではない［1］。

きかいで よみとる 前から、ゆびもんが 一人 一人 ちがう ことは 知られて いた。

1874年、イギリス人の おいしゃさん ヘンリー・フォールズが、東京に びょういんを つくった。日本人が しょるいに つめいん(つめの さきに すみを つけて おす ハンコの ような もの)を おす しゅうかんに きょうみを もった フォールズは、むかしの つちの うつわに のこる ゆびもんを 見つけて、けんきゅうを はじめた。そして 1880年、「ゆびもんは 一人 一人 ちがい(万人不同ばんにんふどう)、いっしょうを つうじて かわらない(終生不変しゅうせいふへん)」と いう ろんぶんを はっぴょうした［2］。

機械で読みとる前から、指紋が一人一人違うことは知られていた。

1874年、イギリス人の医師ヘンリー・フォールズが、東京に病院をつくった。日本人が書類に爪印(爪の先にすみをつけて押すハンコのようなもの)を押す習慣に興味を持ったフォールズは、大森貝塚の発掘を手伝った際、出土した縄文土器に残る指紋を見つけて、研究を始めた。そして1880年、「指紋は一人一人違い(万人不同)、一生を通じて変わらない(終生不変)」という論文を発表した［2］。

機械で自動的に読みとる仕組みが生まれる、はるか以前から、指紋が個人識別に使えることは知られていた。

1874年に来日し、築地病院を開いたイギリス人医師ヘンリー・フォールズは、日本人が証文に爪印を押す習慣に興味を持った。さらに大森貝塚の発掘調査に参加した際、出土した縄文土器の表面に残る指紋の跡から、「これで作った人物を特定できるのではないか」と着想し、指紋の研究に取り組むようになった。1880年、フォールズは学術誌『ネイチャー』に論文を発表し、指紋には「万人不同(すべての人で異なる)」「終生不変(生涯を通じて変化しない)」という2つの性質があり、個人の識別に応用できると論じた［2］。この考え方は、1901年のロンドン警視庁による「ヘンリー式指紋法」の採用へとつながった。日本では1908年、司法省が監獄での指紋押捺の実施を訓令し、1911年には警視庁で指紋による個人識別の制度が導入された。1982年には、NECが世界初となる指紋自動照合システム(AFIS)を日本の警察庁に納入した［3］。

フォールズは「ゆびもんは 一人 一人 ちがう」と 見つけたが、なぜ ちがうのかは、長い あいだ よく わからなかった。

2023年、イギリスの けんきゅうチームが、その りゆうを くわしく しらべた。ゆびもんの もようは、おなかの 中で 赤ちゃんの 時に、ゆびの 3つの ばしょ(ゆびの はらの まんなか、つめの した、さいしょの かんせつ)から、なみの ように 広がって できる。ふたごは おなじ いでんしを もって いても、この なみの 広がりかたが、ほんの すこし ずれる。だから、ゆびもんは おなじに ならないのだ［4］。

フォールズは「指紋は一人一人違う」と見つけたが、なぜ違うのかは、長いあいだよく分かっていなかった。

2023年、イギリスの研究チームが、その理由を詳しく調べた。指紋の模様は、お腹の中で赤ちゃんの時に、指の3つの場所(指の腹の真ん中、爪の下、最初の関節)から、波のように広がってできる。双子は同じ遺伝子を持っていても、この波の広がりかたが、ほんの少しずれる。だから、指紋は同じにならないのだ［4］。

フォールズは経験的に「指紋は万人不同」であることを見出したが、その分子レベルでの理由が明らかになったのは、比較的最近のことだ。

2023年3月2日、エディンバラ大学のデニス・ヘードンらの研究チームは学術誌『Cell』に、指紋の模様が作られる仕組みを発表した。指紋の隆線は、WNT(細胞の増殖と隆線の形成を促す)・EDAR(WNTの働きをさらに強める)・BMP(これらの働きを止めて谷を作る)という3つの分子の相互作用によって、爪の下・指の腹の中央・関節じわの端という3か所を起点に、波のように広がって形づくられる［4］。一卵性双生児は同じ遺伝情報を持つが、この波が広がるタイミングや位置、角度は一人ひとりわずかに異なる。加えて、子宮内での指の位置や羊水との接触、栄養状態といった環境要因も、指紋のパターンに影響することが分かっている［5］。同じ遺伝子を持っていても、一人ひとり違う指紋になるのは、このためだと考えられている［4］。

ゆびもんの つぎは、かおに ついて 見て みよう。

かおを つかう ロックかいじょでは、目に 見えない あかい 光(せきがいせん)の つぶを、かおに すうせんこ とばす。それが かおに あたって、はねかえって くる ようすを カメラで よみとる ことで、かおの でこぼこを りったいてきに はかって いる。ひらたい しゃしんでは だまされないのは、この でこぼこを 見て いるからだ［6］。

指紋の次は、顔について見てみよう。

顔を使うロック解除では、目に見えない赤い光(赤外線)の粒を、顔に数千個飛ばす。それが顔にあたって、はねかえってくる様子をカメラで読みとることで、顔の凹凸を立体的に測っている。平らな写真ではだまされないのは、この凹凸を見ているからだ［6］。

指紋の次は、顔認証の仕組みを見ていこう。

iPhoneのFace IDは、「TrueDepthカメラシステム」と呼ばれる装置を使う。赤外線投光イルミネータが数千個の目に見えない赤外線ドットを顔に投影し、それが顔の凹凸にあたって跳ね返るパターンを、赤外線カメラが読みとる。このパターンから顔の立体的な形状(深度)を高精度に測定し、あらかじめ登録した顔のデータと照合する。平面的な写真や画像では、この立体的な深度情報を再現できないため、なりすましを防げる［6］。

かおの きかいが、ぜんぜん ちがう 人を 本人だと まちがえて しまう かくりつは、100まん分の1みまん と いわれて いる。ゆびもんの きかいでも、5まん分の1くらいだ［7］。

でも、これは いつでも おなじ かくりつでは ない。とても よく にた きょうだいや ふたご、それに まだ かおの とくちょうが そだちきって いない 小さな 子どもでは、まちがえる かくりつが すこし 上がると いわれて いる［7］。

顔の機械が、全然違う人を本人だと間違えてしまう確率は、100万分の1未満といわれている。指紋の機械でも、5万分の1くらいだ［7］。

でも、これはいつでも同じ確率ではない。とてもよく似たきょうだいや双子、それにまだ顔の特徴が育ちきっていない小さな子どもでは、間違える確率が少し上がるといわれている［7］。

Apple社の公式サポート情報によれば、無作為に選ばれた他人がFace IDでロックを解除できてしまう確率は、マスクの有無にかかわらず100万分の1未満とされる。Touch IDの場合は、1本の指を登録した状態で5万分の1とされている［7］。

ただし、この確率は一定ではない。Apple社自身が「双子や似ている兄弟姉妹、13歳未満の子どもについては、顔の特徴が成長途上にあるため統計的な確率は高くなる」と説明しており、マスクを着用した状態ではさらに上がるとしている［7］。興味深いのは、1880年にフォールズが「指紋は万人不同」と見出した一方で、150年近くのちの顔認証技術では、よく似た顔つきを見分けることが今なお技術的な難しさとして残っている点だ。

パスワードを わすれたり、ぬすまれたり したら、あたらしい パスワードに かえれば いい。でも 指紋しもんや かおは、ぬすまれても、べつの ものに かえる ことが できない［8］。

だから、スマホの 中の 指紋しもんや かおの データは、とくべつな あんぜんな ばしょに、あんごう(ひみつの きごう)に して しまって ある。そして、その データは インターネットの むこうがわに ある かいしゃの コンピューターには おくられず、その スマホの 中だけに のこる［9］。

パスワードを忘れたり、盗まれたりしたら、新しいパスワードに変えればいい。でも指紋や顔は、盗まれても、別のものに変えることができない［8］。

だから、スマートフォンの中の指紋や顔のデータは、特別な安全な場所に、暗号(秘密の記号)にしてしまってある。そして、そのデータはインターネットの向こう側にある会社のコンピューターには送られず、そのスマートフォンの中だけに残る［9］。

パスワードは、漏れても新しいものに変更できる。しかし指紋や顔といった生体情報は、一度盗まれると、体そのものを変えない限り作り直すことができない。2015年には、アメリカ連邦政府の人事管理を担う機関(OPM)へのサイバー攻撃により、560万人分もの指紋データが盗まれる事件が実際に起きている［8］。

この「変更不可能」という弱点に対応するため、Appleの例では、指紋や顔のデータは「セキュアエンクレイブ」と呼ばれる、チップ内に組みこまれた独立したセキュリティ機構によって暗号化されたうえで保存される。しかも保存されるのは指紋や顔の画像そのものではなく、数学的な特徴量に変換されたデータであり、Appleのサーバーに送られることもiCloudにバックアップされることもない［9］。生体認証は、変更できないという弱点を、外部に一切出さないという設計で補っている［9］。

じぶんの ゆびもんを、ルーペなどで かくだいして 見て みよう(小さな 子どもは 大人と いっしょに)。せんが どこで わかれて いるか、さがせるだろうか。

自分の指紋を、虫眼鏡などで拡大して見てみよう。線がどこで分かれているか、探せるだろうか。

自分や家族の指紋をルーペで観察し、中心点や分岐点といった特徴点を探してみるとよい。スマートフォンの設定画面で、指紋や顔のデータをどう扱うと説明されているかを確認してみるのもよい。この記事は仕組みを解説するものであり、機種ごとのセキュリティ対策の是非を判断するものではない。実際の設定や対策を検討するときは、メーカーの公式情報を確認してほしい。