JP2016066860A - Storage device, method, and program - Google Patents

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Abstract

PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a storage device, method, and program for keeping data secret suitably for access pattern protection.SOLUTION: A storage device 10 associates secret data with a mask value used for generating the secret data to store the data and the mask value in a main memory 30 that is an ORAM. The storage device 10, when a request to read out secret data is detected, removes a mask from the secret data by using a mask value storing in association with the secret data to extract original data. The storage device 10, when a writing request is detected, performs masking based on a new random number on the original data of a target to generate new secret data; associates the new secret data with a mask value used for generating the new secret data to store the new secret data and the mask value in the main memory 30 while storing the association in an association table 21.SELECTED DRAWING: Figure 1

Description

本発明は、記憶装置、方法及びプログラムに関する。   The present invention relates to a storage device, a method, and a program.

近年、暗号に対するサイドチャネル攻撃と呼ばれる攻撃が大きな問題となっている。ソフトウェアに対するサイドチャネル攻撃として、メモリアクセスを解析し秘密情報を復元する攻撃がある。そこで、メモリアクセスのパターンを攻撃者から保護するために、Ｏｂｌｉｖｉｏｕｓ ＲＡＭ（ＯＲＡＭ）の技術や、非特許文献１及び特許文献１に開示されている技術が提案されている。   In recent years, attacks called side channel attacks against cryptography have become a major problem. As a side channel attack against software, there is an attack that analyzes memory access and restores secret information. Therefore, in order to protect the memory access pattern from an attacker, the technique of Obvious RAM (ORAM) and the techniques disclosed in Non-Patent Document 1 and Patent Document 1 have been proposed.

非特許文献１などで検討されている方式やＯＲＡＭによるメモリの保護は、安全な暗号方式によってデータが保護されているとの前提のもとに、アクセスのパターンを保護することでメモリ上のデータを秘匿している。   The protection of the memory by the method examined in Non-Patent Document 1 or the like or the ORAM is based on the assumption that the data is protected by a secure encryption method, and the data on the memory is protected by protecting the access pattern. Is concealed.

特開２０１３−２４６６９８号公報JP 2013-246698 A

Ｏｄｅｄ Ｇｏｌｄｒｅｉｃｈ ａｎｄ Ｒａｆａｉｌ Ｏｓｔｒｏｖｓｋｙ，“Ｓｏｆｔｗａｒｅ ｐｒｏｔｅｃｔｉｏｎ ａｎｄ ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ ｏｎ ｏｂｌｉｖｉｏｕｓ ｒａｍｓ，”Ｊ． ＡＣＭ， ４３（３）：４３１−４７３，１９９６Odded Goldrich and Rafir Ostrovsky, “Software protection and simulation on oblivious rams”, “J. ACM, 43 (3): 431-473, 1996

しかしながら、アクセスパターン保護に伴うデータの秘匿において、従来の暗号アルゴリズムをそのまま使用する方法は、鍵管理の煩雑性などから現実的ではない。
そこで、アクセスパターン保護に適したデータの秘匿をする装置が求められている。 However, a method of using a conventional encryption algorithm as it is in concealing data accompanying access pattern protection is not practical because of the complexity of key management.
Therefore, there is a demand for an apparatus for concealing data suitable for access pattern protection.

本発明は、アクセスパターン保護に適したデータの秘匿をする記憶装置、方法及びプログラムを提供することを目的とする。   An object of the present invention is to provide a storage device, method, and program for concealing data suitable for access pattern protection.

具体的には、以下のような解決手段を提供する。
（１） データに対するアクセスのパターンを保護するアクセスパターン保護手段を有するメモリに、データを秘匿して記憶する記憶装置であって、乱数を生成する乱数生成手段と、データに、前記乱数に基づくマスク値を用いてマスクをして秘匿データを作成し、又はマスクをしたときのマスク値を用いて、前記秘匿データからマスクを外すマスク処理手段と、前記秘匿データ及び前記秘匿データの作成に用いられたマスク値を対応付けて、前記アクセスパターン保護手段により前記メモリに記憶させる記憶制御手段と、を備え、前記記憶制御手段は、前記メモリ上の前記秘匿データに対するアクセスが検出された場合に、前記秘匿データから、前記秘匿データに対応付けて記憶されたマスク値を用いて前記マスク処理手段によりマスクを外し、元のデータを取り出す、記憶装置。 Specifically, the following solutions are provided.
(1) A storage device that conceals and stores data in a memory having an access pattern protection unit that protects an access pattern to the data, the random number generation unit that generates a random number, and a mask based on the random number in the data Masked using a value to create secret data, or mask processing means for removing the mask from the secret data using the mask value when masked, and used to create the secret data and the secret data Storage control means for associating the mask value with each other and storing it in the memory by the access pattern protection means, and the storage control means, when access to the confidential data on the memory is detected, The mask processing means removes the mask from the secret data using the mask value stored in association with the secret data. Storage device that retrieves the original data.

（１）に係る記憶装置は、秘匿データ及び秘匿データの作成に用いられたマスク値を対応付けて、アクセスパターン保護によりメモリに記憶させる。さらに、（１）に係る記憶装置は、秘匿データに対するアクセスが検出された場合に、メモリに記憶された秘匿データから、秘匿データに対応付けて記憶されたマスク値を用いてマスク処理によりマスクを外し、元のデータを取り出す。   The storage device according to (1) associates the secret data and the mask value used to create the secret data, and stores them in the memory by access pattern protection. Furthermore, when access to the confidential data is detected, the storage device according to (1) masks the mask by mask processing using the mask value stored in association with the confidential data from the confidential data stored in the memory. Remove the original data.

アクセスパターン保護手段を有するメモリ（例えば、ＯＲＡＭ）では、データへのアクセスのパターンが秘匿されているため、攻撃者がメモリを監視している状況においても、どのデータがどの乱数によってマスクされているかは、攻撃者には不明である。
よって、（１）に係る記憶装置は、マスク値とデータとを同じメモリに安全に記憶させることができ、データそのものの秘匿化を高速に行うことができる。
したがって、（１）に係る記憶装置は、アクセスパターン保護に適したデータの秘匿をすることができる。 In a memory having an access pattern protection means (for example, ORAM), the access pattern to the data is kept secret, so which data is masked by which random number even when the attacker is monitoring the memory. Is unknown to the attacker.
Therefore, the storage device according to (1) can safely store the mask value and the data in the same memory, and can conceal the data itself at high speed.
Therefore, the storage device according to (1) can conceal data suitable for access pattern protection.

（２） 前記記憶制御手段は、前記秘匿データに対するアクセスが完了したことが検出されると、前記元のデータに、前記マスク処理手段によって新たな前記乱数に基づくマスクをさせて新たな前記秘匿データとし、新たな前記秘匿データ及び前記秘匿データの作成に用いられたマスク値を対応付けて、前記アクセスパターン保護手段により前記メモリに記憶させる、（１）に記載の記憶装置。   (2) When it is detected that the access to the confidential data is completed, the storage control means causes the original data to be masked based on the new random number by the mask processing means, and the new confidential data. The storage device according to (1), wherein the new secret data and the mask value used to create the secret data are associated with each other and stored in the memory by the access pattern protection unit.

（２）に係る記憶装置は、データをメインメモリに戻す場合、過去と異なる乱数でマスクをすることによってデータの値を変化させる。このことにより、（２）に係る記憶装置は、メインメモリを監視している攻撃者が、データに対するアクセスが読み出しであったのか、書き出しであったのかを、判別できないようにすることができる。
したがって、（２）に係る記憶装置は、攻撃者が読み出しと書き出しとのアクセスのパターンを判別できないようにすることによって、アクセスパターン保護に適したデータの秘匿をすることができる。 When returning the data to the main memory, the storage device according to (2) changes the value of the data by masking with a random number different from the past. As a result, the storage device according to (2) can prevent the attacker monitoring the main memory from determining whether the access to the data is a read or a write.
Therefore, the storage device according to (2) can conceal data suitable for access pattern protection by preventing an attacker from distinguishing between read and write access patterns.

（３） 前記マスク処理手段は、データとマスク値との排他的論理和の演算をする（１）又は（２）に記載の記憶装置。   (3) The storage device according to (1) or (2), wherein the mask processing unit performs an exclusive OR operation between data and a mask value.

（３）に係る記憶装置は、アクセスパターン保護に適したデータの秘匿を排他的論理和の演算で高速に処理することができる。   The storage device according to (3) can process data concealment suitable for access pattern protection at high speed by exclusive OR operation.

（４） 前記秘匿データを記憶する前記メモリのアドレスと、前記秘匿データの作成に用いられたマスク値を記憶する前記メモリのアドレスとを対応付ける対応テーブルをさらに備え、前記記憶制御手段は、前記対応テーブルに基づいて、前記秘匿データに対応するマスク値を取得する、（１）から（３）のいずれか一に記載の記憶装置。   (4) a correspondence table that associates the address of the memory that stores the secret data with the address of the memory that stores the mask value used to create the secret data; and the storage control unit includes the correspondence The storage device according to any one of (1) to (3), wherein a mask value corresponding to the confidential data is acquired based on a table.

（４）に係る記憶装置は、アクセスパターン保護に適したデータの秘匿を対応テーブルによって容易にすることができる。   The storage device according to (4) can facilitate concealment of data suitable for access pattern protection using the correspondence table.

（５） 前記メモリは、ＯＲＡＭ（Ｏｂｌｉｖｉｏｕｓ ＲＡＭ）である（１）から（４）のいずれか一に記載の記憶装置。   (5) The storage device according to any one of (1) to (4), wherein the memory is an ORAM (Obvious RAM).

（５）に係る記憶装置は、ＯＲＡＭのアクセスパターン保護に適したデータの秘匿をすることができる。   The storage device according to (5) can conceal data suitable for ORAM access pattern protection.

（６） （１）に記載された記憶装置が実行する方法であって、前記乱数生成手段が、乱数を生成する乱数生成ステップと、前記マスク処理手段が、データに、前記乱数に基づくマスク値を用いてマスクをして秘匿データを作成し、又はマスクをしたときのマスク値を用いて、前記秘匿データからマスクを外すマスク処理ステップと、前記記憶制御手段が、前記秘匿データ及び前記秘匿データの作成に用いられたマスク値を対応付けて、前記アクセスパターン保護手段により前記メモリに記憶させる記憶制御ステップと、前記記憶制御手段が、前記メモリ上の前記秘匿データに対するアクセスが検出された場合に、前記秘匿データから、前記秘匿データに対応付けて記憶されたマスク値を用いて前記マスク処理ステップによりマスクを外し、元のデータを取り出すステップと、を備える方法。   (6) A method executed by the storage device according to (1), wherein the random number generation means generates a random number, and the mask processing means uses a mask value based on the random number as data. A mask processing step of creating secret data by masking using the mask, or removing a mask from the secret data using a mask value when masked, and the storage control means includes the secret data and the secret data A storage control step of associating the mask value used for generating the data and storing it in the memory by the access pattern protection means, and when the storage control means detects access to the confidential data on the memory The mask processing step removes the mask from the secret data using the mask value stored in association with the secret data, How comprising, retrieving the data.

（６）に係る方法は、アクセスパターン保護に適したデータの秘匿をすることができる。   The method according to (6) can conceal data suitable for access pattern protection.

（７） コンピュータに、（６）に記載の方法の各ステップを実行させるためのプログラム。   (7) A program for causing a computer to execute each step of the method according to (6).

（７）に係るプログラムは、コンピュータに、アクセスパターン保護に適したデータの秘匿をさせることができる。   The program according to (7) can cause a computer to conceal data suitable for access pattern protection.

本発明によれば、アクセスパターン保護に適したデータの秘匿をすることができる。   According to the present invention, data suitable for access pattern protection can be concealed.

本発明の一実施形態に係る記憶装置の構成を示すブロック図である。It is a block diagram which shows the structure of the memory | storage device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る対応テーブルと、秘匿データ及び秘匿データの作成に用いられたマスク値との例を示す図である。It is a figure which shows the example of the correspondence table which concerns on one Embodiment of this invention, and the mask value used for creation of secret data and secret data. 本発明の一実施形態に係る記憶装置の書き出し処理の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of the write-out process of the memory | storage device which concerns on one Embodiment of this invention. 本発明の一実施形態に係る記憶装置の読み出し処理の例を示すフローチャートである。It is a flowchart which shows the example of the read-out process of the memory | storage device which concerns on one Embodiment of this invention.

以下、本発明の実施形態について、図を参照しながら説明する。
図１は、本発明の一実施形態に係る記憶装置１０の構成を示すブロック図である。
記憶装置１０は、乱数生成手段１１と、マスク処理手段１２と、記憶制御手段１３と、対応テーブル２１とを備え、データを秘匿してメインメモリ３０に記憶する。各手段ごとに詳述する。 Hereinafter, embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings.
FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a storage device 10 according to an embodiment of the present invention.
The storage device 10 includes a random number generation unit 11, a mask processing unit 12, a storage control unit 13, and a correspondence table 21, and stores data in the main memory 30 in a secret manner. Each means will be described in detail.

記憶装置１０は、データに対するアクセスのパターンを保護するアクセスパターン保護手段３１を有するメインメモリ３０に、データを秘匿して記憶する。
アクセスパターン保護手段３１は、例えば、書き出し処理（例えば、データをキャッシュメモリ４０からメインメモリ３０に戻すとき）において、メインメモリ３０へデータを書き出すときのアドレスを、メインメモリ３０からデータを読み出したときのアドレスとは異なるアドレスに変更する。その結果、アクセスパターン保護手段３１は、データを読み出すメインメモリ３０のアドレスを都度変化させる。このように、アクセスパターン保護手段３１は、読み出し処理及び書き出し処理におけるアドレスが同一のアドレスとなって、同じパターンのアクセスが発生することを防止する。アクセスパターン保護手段３１は、例えば、ＯＲＡＭにおいて実現されている。 The storage device 10 stores the data in a secret manner in the main memory 30 having an access pattern protection unit 31 that protects an access pattern for the data.
For example, the access pattern protection unit 31 reads an address for writing data to the main memory 30 and reads data from the main memory 30 in a writing process (for example, when returning data from the cache memory 40 to the main memory 30). Change the address to a different address. As a result, the access pattern protection means 31 changes the address of the main memory 30 from which data is read each time. In this way, the access pattern protection unit 31 prevents the addresses in the read process and the write process from having the same address and the same pattern access. The access pattern protection unit 31 is realized by, for example, an ORAM.

乱数生成手段１１は、乱数生成装置により乱数を生成する。生成される乱数は、暗号学的に安全な乱数であることが望ましい。乱数生成手段１１は、ストリーム暗号（初期鍵及び初期ベクトルに基づいて乱数を生成する）などを用いて乱数を生成してもよい。   The random number generation means 11 generates a random number by a random number generation device. The generated random number is preferably a cryptographically secure random number. The random number generation means 11 may generate a random number using a stream cipher (which generates a random number based on an initial key and an initial vector).

マスク処理手段１２は、データに、乱数に基づくマスク値を用いてマスクをして秘匿データを作成する。又は、マスク処理手段１２は、マスクをしたときのマスク値を用いて、秘匿データからマスクを外す。具体的には、マスク処理手段１２は、データとマスク値との排他的論理和の演算をする。すなわち、マスク処理手段１２は、データに、乱数に基づくマスク値を用いて排他的論理和の演算をして秘匿データを作成する。又は、マスク処理手段１２は、秘匿データの作成に用いたマスク値と秘匿データとの排他的論理和の演算をし、秘匿データからマスクを外す。   The mask processing means 12 masks the data using a mask value based on a random number to create secret data. Alternatively, the mask processing means 12 removes the mask from the confidential data by using the mask value when masking. Specifically, the mask processing means 12 performs an exclusive OR operation between the data and the mask value. That is, the mask processing unit 12 creates secret data by performing an exclusive OR operation on the data using a mask value based on a random number. Alternatively, the mask processing means 12 performs an exclusive OR operation between the mask value used to create the secret data and the secret data, and removes the mask from the secret data.

マスク値は、データと同じ長さの乱数であってよい。また、マスク値は、乱数に基づいて生成されてもよい。例えば、マスク値は、データ長が６４ビットの場合、乱数生成装置により生成したデータ長が３２ビットの乱数に基づいて、生成した乱数と加工した乱数とを結合するなどして、データ長が６４ビットのマスク値にされたものであってもよい。この場合、乱数を生成する時間が、データと同じ長さの乱数を生成する時間よりも、短縮される。
マスク値のデータ長は、データに対するマスク処理の種類に応じて必要な長さ（例えば、排他的論理和の場合、データの長さとマスク値の長さとは同一）が確保されるとしてよい。 The mask value may be a random number having the same length as the data. The mask value may be generated based on a random number. For example, when the data length is 64 bits, the mask value has a data length of 64 by combining the generated random number and the processed random number based on a random number having a data length of 32 bits generated by the random number generator. It may be a bit mask value. In this case, the time for generating a random number is shorter than the time for generating a random number having the same length as the data.
As the data length of the mask value, a required length (for example, in the case of exclusive OR, the data length and the mask value length are the same) may be ensured according to the type of mask processing for the data.

記憶制御手段１３は、秘匿データ及び秘匿データの作成に用いられたマスク値を対応付けて、アクセスパターン保護手段３１によりメインメモリ３０に記憶させる。記憶制御手段１３は、秘匿データと、秘匿データの作成に用いられたマスク値との対応付けを、対応テーブル２１に記憶させる。対応テーブル２１は、秘匿データを記憶するメインメモリ３０のアドレスと、秘匿データの作成に用いられたマスク値を記憶するメインメモリ３０のアドレスとを対応付ける（後述する図２参照）。
記憶制御手段１３は、対応テーブル２１に基づいて、秘匿データに対応するマスク値を取得する。 The storage control means 13 associates the secret data and the mask value used for creating the secret data, and causes the access pattern protection means 31 to store the data in the main memory 30. The storage control unit 13 stores the correspondence between the secret data and the mask value used for creating the secret data in the correspondence table 21. The correspondence table 21 associates the address of the main memory 30 that stores the secret data with the address of the main memory 30 that stores the mask value used to create the secret data (see FIG. 2 described later).
The storage control unit 13 acquires a mask value corresponding to the confidential data based on the correspondence table 21.

記憶制御手段１３は、メインメモリ３０上の秘匿データに対するアクセスが検出された場合に、秘匿データから、秘匿データに対応付けて記憶されたマスク値を用いてマスク処理手段１２によりマスクを外し、元のデータを取り出す。
具体的には、記憶制御手段１３は、秘匿データに対する読み出し要求が検出された場合であって読み出すべきデータがキャッシュメモリ４０に存在しない場合に、メインメモリ３０に記憶された秘匿データ及び秘匿データに対応付けて記憶されたマスク値を読み出し、読み出した秘匿データとマスク値との排他的論理和の演算によって秘匿データからマスクを外し、元のデータを取り出し、取り出した元のデータをキャッシュメモリ４０に移動させる。 When access to the confidential data on the main memory 30 is detected, the storage control means 13 removes the mask from the confidential data by using the mask value stored in association with the confidential data. Retrieve the data.
Specifically, the storage control unit 13 adds the secret data and the secret data stored in the main memory 30 when the read request for the secret data is detected and the data to be read does not exist in the cache memory 40. The mask value stored in association is read out, the mask is removed from the secret data by the exclusive OR operation of the read secret data and the mask value, the original data is extracted, and the extracted original data is stored in the cache memory 40. Move.

秘匿データに対するアクセスが完了したことが検出されると、記憶制御手段１３は、元のデータに、マスク処理手段１２によって新たな乱数に基づくマスクをさせて新たな秘匿データとし、新たな秘匿データ及び新たな秘匿データの作成に用いられたマスク値を対応付けて、アクセスパターン保護手段３１によりメインメモリ３０に記憶させる。
具体的には、キャッシュメモリ４０からメインメモリ３０への書き出し要求が検出されると、記憶制御手段１３は、メインメモリ３０へ書き出すべきデータに、新たな乱数に基づくマスク値を用いて、マスク処理手段１２によって排他的論理和の演算をさせて、新たな秘匿データを作成させる。次に、記憶制御手段１３は、新たな秘匿データと、新たな秘匿データの作成に用いられたマスク値とを対応付けて、メインメモリ３０に記憶させ、対応関係を対応テーブル２１に記憶させる。メインメモリ３０では、秘匿データ及びマスク値は、アクセスパターン保護手段３１により、例えば、メインメモリ３０から読み出したときのアドレスとは異なるアドレスに記憶される。 When it is detected that the access to the confidential data is completed, the storage control means 13 masks the original data based on a new random number by the mask processing means 12 to make new confidential data, and the new confidential data and The access pattern protection means 31 stores the mask value used for creating new secret data in the main memory 30 in association with each other.
Specifically, when a write request from the cache memory 40 to the main memory 30 is detected, the storage control unit 13 uses a mask value based on a new random number as the data to be written to the main memory 30 to perform mask processing. The means 12 performs an exclusive OR operation to create new secret data. Next, the storage control means 13 associates the new secret data with the mask value used for creating the new secret data, stores them in the main memory 30, and stores the correspondence in the correspondence table 21. In the main memory 30, the secret data and the mask value are stored by the access pattern protection unit 31 at an address different from the address when read from the main memory 30, for example.

図２は、本発明の一実施形態に係る対応テーブル２１と、秘匿データ及び秘匿データの作成に用いられたマスク値との例を示す図である。
図２（１）が示すように、対応テーブル２１は、データアドレスと、マスク値格納アドレスとを対応付ける。データアドレスは、秘匿データを記憶するメインメモリ３０のアドレスである。マスク値格納アドレスは、秘匿データの作成に用いられたマスク値を記憶するメインメモリ３０のアドレスである。
図２（２）は、秘匿データから、対応テーブル２１によって秘匿データに対応付けられたマスク値を用いてマスクを外し、元データを取り出したことを示す図である。
図２（２）が示すように、記憶装置１０は、メインメモリ３０から読み出した秘匿データとマスク値との排他的論理和の演算によりマスク値を外した元のデータをキャッシュメモリ４０に移動させる。
図２（３）は、秘匿データと秘匿データの作成に用いられたマスク値とを対応付けてメインメモリ３０に記憶させたことを示す図である。
図２（３）が示すように、記憶装置１０は、キャッシュメモリ４０の元のデータから排他的論理和の演算により秘匿データを作成し、秘匿データ及び秘匿データの作成に用いられたマスク値を対応付けてメインメモリ３０に記憶させる。 FIG. 2 is a diagram illustrating an example of the correspondence table 21 according to an embodiment of the present invention, and secret data and mask values used to create the secret data.
As shown in FIG. 2A, the correspondence table 21 associates a data address with a mask value storage address. The data address is an address of the main memory 30 that stores secret data. The mask value storage address is an address of the main memory 30 that stores a mask value used for creating secret data.
FIG. 2B is a diagram showing that the original data is extracted from the secret data by using the mask value associated with the secret data by the correspondence table 21 to remove the mask.
As shown in FIG. 2 (2), the storage device 10 moves the original data from which the mask value is removed to the cache memory 40 by calculating the exclusive OR of the confidential data read from the main memory 30 and the mask value. .
FIG. 2 (3) is a diagram showing that the secret data and the mask value used for creating the secret data are associated with each other and stored in the main memory 30.
As shown in FIG. 2 (3), the storage device 10 creates secret data from the original data in the cache memory 40 by an exclusive OR operation, and uses the mask data used to create the secret data and the secret data. The data are stored in the main memory 30 in association with each other.

図３は、本発明の一実施形態に係る記憶装置１０の書き出し処理の例を示すフローチャートである。記憶装置１０は、コンピュータ及びその周辺装置が備えるハードウェア並びに該ハードウェアを制御するソフトウェアによって構成される。以下の処理は、制御部（例えば、ＣＰＵ）が、所定のソフトウェアに従い実行する処理であり、所定のプログラムからの書き出し要求（例えば、秘匿データをキャッシュメモリ４０からメインメモリ３０へ書き出す要求など）を検出することによって起動される。   FIG. 3 is a flowchart showing an example of the writing process of the storage device 10 according to an embodiment of the present invention. The storage device 10 includes hardware included in a computer and its peripheral devices, and software that controls the hardware. The following processing is processing executed by a control unit (for example, CPU) according to predetermined software, and a write request from a predetermined program (for example, a request to write confidential data from the cache memory 40 to the main memory 30). It is activated by detecting.

ステップＳ１０１において、ＣＰＵ（乱数生成手段１１）は、キャッシュメモリ４０からメインメモリ３０への書き出し要求がされたデータについて、マスク値を作成するために、乱数を生成する。   In step S101, the CPU (random number generation means 11) generates a random number to create a mask value for the data requested to be written from the cache memory 40 to the main memory 30.

ステップＳ１０２において、ＣＰＵ（マスク処理手段１２）は、生成した乱数に基づくマスク値を用いて、データとマスク値との排他的論理和の演算をし、秘匿データを作成する。   In step S102, the CPU (mask processing means 12) uses the mask value based on the generated random number to perform an exclusive OR operation between the data and the mask value to create secret data.

ステップＳ１０３において、ＣＰＵ（記憶制御手段１３）は、秘匿データ及び秘匿データの作成に用いられたマスク値を対応付けて、ＯＲＡＭであるメインメモリ３０に記憶させる。   In step S <b> 103, the CPU (storage control unit 13) associates the secret data and the mask value used to create the secret data with each other and stores them in the main memory 30 that is an ORAM.

ステップＳ１０４において、ＣＰＵ（記憶制御手段１３）は、秘匿データ及び秘匿データの作成に用いられたマスク値の対応付けを対応テーブル２１に記憶させる。その後、ＣＰＵは、処理を終了する。   In step S <b> 104, the CPU (storage control unit 13) causes the correspondence table 21 to store the secret data and the mask value association used to create the secret data. Thereafter, the CPU ends the process.

図４は、本発明の一実施形態に係る記憶装置１０の読み出し処理の例を示すフローチャートである。以下の処理は、制御部（例えば、ＣＰＵ）が、所定のソフトウェアに従い実行する処理であり、所定のプログラムからの読み出し要求（例えば、メインメモリ３０からの読み出し要求など）を検出することによって起動される。   FIG. 4 is a flowchart showing an example of a read process of the storage device 10 according to an embodiment of the present invention. The following processing is processing executed by a control unit (for example, CPU) in accordance with predetermined software, and is activated by detecting a read request from a predetermined program (for example, a read request from the main memory 30). The

ステップＳ２０１において、ＣＰＵ（記憶制御手段１３）は、秘匿データをメインメモリ３０から読み出すと共に、秘匿データに対応付けられたマスク値を対応テーブル２１に基づいて読み出す。   In step S <b> 201, the CPU (storage control unit 13) reads the secret data from the main memory 30 and reads the mask value associated with the secret data based on the correspondence table 21.

ステップＳ２０２において、ＣＰＵ（マスク処理手段１２、記憶制御手段１３）は、秘匿データとマスク値との排他的論理和の演算をして、秘匿データからマスクを外し、元のデータを取り出し、元のデータをキャッシュメモリ４０に記憶させる。その後、ＣＰＵは、処理を終了する。   In step S202, the CPU (mask processing means 12, storage control means 13) performs an exclusive OR operation between the confidential data and the mask value, removes the mask from the confidential data, extracts the original data, and extracts the original data. Data is stored in the cache memory 40. Thereafter, the CPU ends the process.

本実施形態によれば、記憶装置１０は、排他的論理和の演算がされた秘匿データ及び秘匿データの作成に用いられたマスク値を対応付けて、ＯＲＡＭであるメインメモリ３０に記憶させる。さらに、記憶装置１０は、メインメモリ３０のデータに対する読み出し要求が検出された場合に、メインメモリ３０に記憶された秘匿データから、秘匿データに対応付けて記憶されたマスク値を用いて排他的論理和の演算をしてマスクを外し、元のデータを取り出し、キャッシュメモリ４０に記憶させる。
さらに、記憶装置１０は、キャッシュメモリ４０からメインメモリ３０への書き出し要求が検出されると、対象の元のデータに、新たな乱数に基づいて生成されたマスク値を用いて排他的論理和の演算をして新たな秘匿データを作成する。次に、記憶装置１０は、新たな秘匿データ及び新たな秘匿データの作成に用いられたマスク値を対応付けて、ＯＲＡＭであるメインメモリ３０に記憶させると共に、対応付けを対応テーブル２１に記憶させる。
よって、記憶装置１０は、メインメモリ３０に書き出すごとにデータの秘匿化を高速に行い、秘匿データと秘匿化に用いたマスク値とを対応付けてメインメモリ３０に記憶させ、対応付けてメインメモリ３０に記憶させた秘匿データとマスク値とによりメインメモリ３０から元のデータを高速に取り出すことができる。
メインメモリ３０は、アクセスのパターンが保護されているので、記憶装置１０は、どのデータがどの乱数によってマスクされているかが攻撃者には不明なように、メインメモリ３０に記憶させることができる。
したがって、記憶装置１０は、アクセスパターン保護に適したデータの秘匿をすることができる。 According to the present embodiment, the storage device 10 associates the secret data subjected to the exclusive OR operation and the mask value used for creating the secret data, and stores them in the main memory 30 that is an ORAM. Further, when a read request for data in the main memory 30 is detected, the storage device 10 uses the mask value stored in association with the secret data from the secret data stored in the main memory 30 to perform exclusive logic. The sum operation is performed to remove the mask, and the original data is extracted and stored in the cache memory 40.
Further, when a write request from the cache memory 40 to the main memory 30 is detected, the storage device 10 uses the mask value generated based on the new random number as the target original data and performs exclusive OR operation. Perform computation to create new confidential data. Next, the storage device 10 associates the new secret data and the mask value used to create the new secret data with each other and stores them in the main memory 30 that is the ORAM, and stores the correspondence in the correspondence table 21. .
Therefore, the storage device 10 performs data concealment at high speed each time data is written to the main memory 30, and associates the concealed data with the mask value used for concealment and stores them in the main memory 30, and correlates them with the main memory. The original data can be retrieved from the main memory 30 at high speed by using the secret data and the mask value stored in the memory 30.
Since the access pattern of the main memory 30 is protected, the storage device 10 can store the data in the main memory 30 so that the attacker does not know which data is masked by which random number.
Therefore, the storage device 10 can conceal data suitable for access pattern protection.

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は上述した実施形態に限るものではない。
本実施形態では、記憶装置１０と、メインメモリ３０及びアクセスパターン保護手段３１とを別にしたが、記憶装置１０とアクセスパターン保護手段３１とが組み合わされてもよい。組み合わされた装置は、アクセスパターン保護を行って秘匿データをメインメモリ３０に記憶させることができる。さらに、記憶装置１０と、メインメモリ３０及びアクセスパターン保護手段３１とを一体化させてもよい。一体化させた装置は、アクセスパターン保護を行って秘匿データを記憶することができる。
また、本発明の実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、本発明の実施形態に記載されたものに限定されるものではない。 As mentioned above, although embodiment of this invention was described, this invention is not restricted to embodiment mentioned above.
In the present embodiment, the storage device 10 is separated from the main memory 30 and the access pattern protection means 31, but the storage device 10 and the access pattern protection means 31 may be combined. The combined device can protect the access pattern and store the secret data in the main memory 30. Furthermore, the storage device 10 may be integrated with the main memory 30 and the access pattern protection unit 31. The integrated device can store confidential data by protecting the access pattern.
The effects described in the embodiments of the present invention are only the most preferable effects resulting from the present invention, and the effects of the present invention are limited to those described in the embodiments of the present invention. is not.

記憶装置１０による一連の処理は、ソフトウェアにより行うこともできる。一連の処理をソフトウェアによって行う場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、汎用のコンピュータなどにインストールされる。また、当該プログラムは、コンピュータ読み取り可能な記録媒体（例えば、ＣＤ−ＲＯＭのようなリムーバブルメディアなど）に記録されてユーザに配布されてもよいし、ネットワークを介してユーザのコンピュータにダウンロードされることにより配布されてもよい。   A series of processing by the storage device 10 can also be performed by software. When a series of processing is performed by software, a program constituting the software is installed in a general-purpose computer or the like. The program may be recorded on a computer-readable recording medium (for example, a removable medium such as a CD-ROM) and distributed to the user, or may be downloaded to the user's computer via a network. May be distributed.

１０ 記憶装置
１１ 乱数生成手段
１２ マスク処理手段
１３ 記憶制御手段
２１ 対応テーブル
３０ メインメモリ
３１ アクセスパターン保護手段
４０ キャッシュメモリ
DESCRIPTION OF SYMBOLS 10 Memory | storage device 11 Random number generation means 12 Mask processing means 13 Storage control means 21 Correspondence table 30 Main memory 31 Access pattern protection means 40 Cache memory

Claims (7)

データに対するアクセスのパターンを保護するアクセスパターン保護手段を有するメモリに、データを秘匿して記憶する記憶装置であって、
乱数を生成する乱数生成手段と、
データに、前記乱数に基づくマスク値を用いてマスクをして秘匿データを作成し、又はマスクをしたときのマスク値を用いて、前記秘匿データからマスクを外すマスク処理手段と、
前記秘匿データ及び前記秘匿データの作成に用いられたマスク値を対応付けて、前記アクセスパターン保護手段により前記メモリに記憶させる記憶制御手段と、を備え、
前記記憶制御手段は、前記メモリ上の前記秘匿データに対するアクセスが検出された場合に、前記秘匿データから、前記秘匿データに対応付けて記憶されたマスク値を用いて前記マスク処理手段によりマスクを外し、元のデータを取り出す、
記憶装置。 A storage device that stores data concealed in a memory having access pattern protection means for protecting an access pattern to the data,
Random number generating means for generating a random number;
A mask processing unit that masks data using a mask value based on the random number to create secret data, or uses a mask value when masked, and removes the mask from the secret data; and
Storage control means for associating the secret data and the mask value used for creation of the secret data, and storing it in the memory by the access pattern protection means,
The storage control unit removes a mask from the secret data by the mask processing unit using a mask value stored in association with the secret data when access to the secret data on the memory is detected. , Retrieve the original data,
Storage device. 前記記憶制御手段は、前記秘匿データに対するアクセスが完了したことが検出されると、前記元のデータに、前記マスク処理手段によって新たな前記乱数に基づくマスクをさせて新たな前記秘匿データとし、新たな前記秘匿データ及び前記秘匿データの作成に用いられたマスク値を対応付けて、前記アクセスパターン保護手段により前記メモリに記憶させる、請求項１に記載の記憶装置。   When it is detected that the access to the confidential data has been completed, the storage control means causes the original data to be masked based on the new random number by the mask processing means to obtain the new confidential data, The storage device according to claim 1, wherein the secret data and a mask value used to create the secret data are associated with each other and stored in the memory by the access pattern protection unit. 前記マスク処理手段は、データとマスク値との排他的論理和の演算をする請求項１又は２に記載の記憶装置。   The storage device according to claim 1, wherein the mask processing unit performs an exclusive OR operation between data and a mask value. 前記秘匿データを記憶する前記メモリのアドレスと、前記秘匿データの作成に用いられたマスク値を記憶する前記メモリのアドレスとを対応付ける対応テーブルをさらに備え、
前記記憶制御手段は、前記対応テーブルに基づいて、前記秘匿データに対応するマスク値を取得する、請求項１から３のいずれか一項に記載の記憶装置。 A correspondence table that associates the address of the memory that stores the secret data with the address of the memory that stores the mask value used to create the secret data;
The storage device according to any one of claims 1 to 3, wherein the storage control unit acquires a mask value corresponding to the confidential data based on the correspondence table. 前記メモリは、ＯＲＡＭ（Ｏｂｌｉｖｉｏｕｓ ＲＡＭ）である請求項１から４のいずれか一項に記載の記憶装置。   The storage device according to any one of claims 1 to 4, wherein the memory is an ORAM (Obvious RAM). 請求項１に記載された記憶装置が実行する方法であって、
前記乱数生成手段が、乱数を生成する乱数生成ステップと、
前記マスク処理手段が、データに、前記乱数に基づくマスク値を用いてマスクをして秘匿データを作成し、又はマスクをしたときのマスク値を用いて、前記秘匿データからマスクを外すマスク処理ステップと、
前記記憶制御手段が、前記秘匿データ及び前記秘匿データの作成に用いられたマスク値を対応付けて、前記アクセスパターン保護手段により前記メモリに記憶させる記憶制御ステップと、
前記記憶制御手段が、前記メモリ上の前記秘匿データに対するアクセスが検出された場合に、前記秘匿データから、前記秘匿データに対応付けて記憶されたマスク値を用いて前記マスク処理ステップによりマスクを外し、元のデータを取り出すステップと、
を備える方法。 A method performed by a storage device according to claim 1, comprising:
The random number generation means generates a random number; and
A mask processing step in which the mask processing means masks data using the mask value based on the random number to create secret data, or uses the mask value when masked to remove the mask from the secret data When,
A storage control step in which the storage control means associates the secret data and the mask value used to create the secret data, and stores it in the memory by the access pattern protection means;
When the storage control unit detects access to the secret data on the memory, the mask control step removes the mask from the secret data using the mask value stored in association with the secret data. Retrieving the original data,
A method comprising: コンピュータに、請求項６に記載の方法の各ステップを実行させるためのプログラム。   The program for making a computer perform each step of the method of Claim 6.
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