JP2002215459A

JP2002215459A - ディジタル回路

Info

Publication number: JP2002215459A
Application number: JP2001006708A
Authority: JP
Inventors: Satoru Kokuni; 哲小國
Original assignee: Hitachi Ltd
Current assignee: Hitachi Ltd
Priority date: 2001-01-15
Filing date: 2001-01-15
Publication date: 2002-08-02
Anticipated expiration: 2021-01-15
Also published as: JP4098959B2

Abstract

(57)【要約】【課題】処理のオーバヘッドを大きくすることなく、
柔軟な方式でセキュリティーの向上を図ることができる
ディジタル回路。【解決手段】本発明によるセキュリティ機構をもった
ディジタル回路は、２種類の命令実行形態を持つ。一方
は、メッセージ認証技術を用いて読み込み時にプログラ
ムが正しいか否かの認証を行ってから実行される。ま
た、他方は、セキュリティ上問題のないものに制限され
るが、認証なしに実行されるものである。これにより、
実効的に性能オーバヘッドがなく、かつ、柔軟なセキュ
リティ方式を実現することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、ディジタル回路に
係り、特に、データ及び処理のセキュリティを考慮した
ディジタル回路に関する。

【０００２】

【従来の技術】セキュリティを考慮したディジタル回路
に関する従来技術として、（１）パスワードのチェック
を行う回路を設けることによりメモリ、レジスタへのア
クセスを制限する機構を持つディジタル回路、（２）モ
ードを記憶する回路を設け、このモードが指定する状態
により、メモリ、レジスタへのアクセスを制限するよう
なディジタル回路、（３）メモリにアクセスする際に用
いるアドレスに何らかの変換を行う回路を設けることに
より、変換後のアドレスが正常な値とならなければ所定
の位置にアクセスできないようにするディジタル回路、
の概ね３種が知られている。

【０００３】前述の（１）に分類される従来技術とし
て、例えば、特開平５−１２１３０号公報、特開平５−
２５３５号公報、特開平５−１７４４９１号公報、特開
平７−１２１４４８号公報、特開平８−１１１０９７号
公報、特開平５−１３６０１９号公報、特開平９−６２
５８３号公報、特開平９−１９０２３６号公報等に記載
された技術が知られている。これらの従来技術は、いず
れも、セキュリティを守るため、ハードウエアにあらか
じめパスワード等のアクセスが許される者しか知らない
情報を格納しておき、アクセスの際に、この格納された
情報とアクセスの際に入力した情報とを比較し、一致し
た場合に、メモリ・レジスタへのアクセスを許可すると
いうものである。

【０００４】また、前述の（２）に分類される従来技術
として、特開平５−９４２９９号公報、特開平５−２２
４８２８号公報、特開平１０−２２８４２２号公報等に
記載された技術が知られている。これらの従来技術は、
いずれも、モードを設定する回路が用意されており、こ
のモードの設定によってはメモリ・レジスタへのアクセ
スが制限されるよう構成されているというものである。

【０００５】前述した（１）及び（２）の従来技術は、
いずれも、ハードウエアを構成する上で非常に小規模な
セキュリティ用の機構を設けることだけでセキュリティ
を確保することができるという利点を有するものである
が、その反面、パスワード・モードといった簡便な方法
であるため、セキュリティを確保しながら柔軟に運用し
ていく自由度が小さいものである。例えば、パスワード
を定期的に変更することはセキュリティ上必須とされて
いるが、これらの従来技術は、パスワードをＲＯＭに格
納しているため、パスワードの書き換えができず、パス
ワードの書き換えには、ハードウエアを入れ換える必要
が生じてしまうものである。

【０００６】また、前述の（３）に分類される従来技術
として、例えば、特開平６−４４０７号公報、特開平６
−１３９１５１号公報、特開平７−６０９６号公報等に
記載された技術が知られている。これらの従来技術は、
いずれも、あるメモリ・レジスタにアクセスする際に指
定されたアドレス等をハードウエアにより変換（スクラ
ンブル）を行って、その結果を用いてアクセスを行うと
いうものである。この従来技術は、アクセスが正しく行
われなくても、アクセス自体は行われるものであるが、
正しいデータを読み出すことができないため、これによ
り、セキュリティを確保することができるようにしてい
る。しかし、これらの従来技術は、正しいデータが読み
出すことができたのか否かが判然としないという問題を
有し、読み出しが許されないものに対し、格納されてい
る他のアドレスのデータを読み出す可能性もあり、セキ
ュリティの観点で問題を有するものである。

【０００７】前述した３種類以外の他の従来技術とし
て、例えば、FIPS PUB 140-1(FEDERALINFORMATION PROC
ESSING STANDARDS PUBLICATION 140-1)等に記載された
技術が知られている。この従来技術は、セキュリティを
確保する上で行うべきこととして、セキュリティを確保
しなくてはならないディジタル回路にプログラムを読み
込む場合に、メッセージ認証技術を用いて、読み込まれ
たプログラムが正しいか否かを検証しなくてはならない
ようにしたものである。この従来技術は、プログラムに
よってセキュリティを考慮した機能を実現していくこと
ができるため、前述した（１）の従来技術のように硬直
したセキュリティでなく、柔軟なセキュリティを実現す
ることができる。しかし、この従来技術は、プログラム
を読み込む毎にメッセージ認証を行うことが必須となる
ため、この認証のための処理が性能上オーバヘッドとな
るという問題を含んでいる。そして、この従来技術は、
仮に、電源オン時のみ認証を行うようにして、性能オー
バヘッドを実際の動作時にはないようにすることができ
るが、そのために、全てのプログラムを読み込むことが
できるだけの大容量のメモリを用意する必要が生じるも
のである。

【０００８】

【発明が解決しようとする課題】前述した従来技術は、
セキュリティ上アクセスを制限したいメモリ・レジスタ
に対し、アクセスの許可・不許可の機構をハードウエア
で実現した場合、結局のところ単純な機構しか実現する
ことができず、セキュリティといった観点で、柔軟な方
法を実現していくことが困難であるという問題点を有し
ている。

【０００９】また、メッセージ認証技術を用いて、プロ
グラムが正しいか否かを認証する従来技術、セキュリテ
ィの観点では柔軟な方式を実現することができるが、認
証を行うため性能に関してオーバヘッドをもたらすか、
あるいは、プログラムのローディング領域の確保による
ハードウエア資源にオーバヘッドをもたらすかのいずれ
かを覚悟する必要があるという問題点を有している。

【００１０】本発明の目的は、前述した従来技術の問題
点を解決し、処理のオーバヘッドを大きくすることな
く、柔軟な方式でセキュリティーの向上を図ることを可
能にしたディジタル回路を提供することにある。

【００１１】

【課題を解決するための手段】本発明によれば前記目的
は、プログラムをキューイングする第１、第２の２個の
キューと、プログラムの認証コードを生成する認証コー
ド生成回路と、生成した認証コードを格納するレジスタ
と、認証コードとリファレンス認証コードとの一致を検
出する回路と、一致が検出されると“１”がセットされ
るラッチと、データを格納するレジスタと、該レジスタ
からの出力データの演算を行い該レジスタへの書き込み
を行う演算回路とを備え、前記第１のキューに読み込ん
だプログラムの真偽を、プログラムから生成した認証コ
ードとリファレンス認証コードとを比較して認証し、一
致した場合にプログラムを実行する機能と、前記第２の
キューに読み込んだプログラムをメッセージ認証を行う
ことなく１命令単位にセキュリティに関するチェックを
行い、問題がない場合にその命令を実行する機能とを有
することにより達成される。

【００１２】前述の手段を備えて構成される本発明によ
るセキュリティ機構をもったディジタル回路は、２種類
の命令実行形態を持つ。一方は、メッセージ認証技術を
用いて読み込み時にプログラムが正しいか否かの認証を
行ってから命令が実行されるものであり、他方は、認証
を行わずに命令が実行されるものである。但し、他方の
ものは、セキュリティに関して問題のない命令のみに実
行が制限される。本発明は、性能の要求されるような頻
繁に用いる機能に関しては他方のプログラムにより実行
することができるようにしており、これにより、性能の
オーバヘッドを実効的にはないように見せることができ
る。しかも、前者のプログラムにより、セキュリティの
観点で柔軟な方式を実現することも可能である。

【００１３】また、本発明によれば、セキュリティに関
して問題のない命令体系を構成するために新たに問題と
なる制限方法の具体的な方法に関して、内部のレジスタ
を５種類に分類し、また、命令を３種類に分類すること
により、単純であるが完全なるセキュリティ体系を構成
することができる。

【００１４】

【発明の実施の形態】以下、本発明によるディジタル回
路の一実施形態を図面により詳細に説明する。

【００１５】図１は本発明の一実施形態によるディジタ
ル回路を含む暗号モジュールの構成例を示すブロック
図、図２はデータ転送の規則について説明する図であ
る。図１において、１は暗号モジュール、１０Ｆは実行
用命令キュー、１０Ｃは認証用命令キュー、２０は演算
器、２１は認証コード生成回路、２２は一致検出回路、
３０ＳＰ、３０ＳＴ、３０ＰＰ、３０ＰＴ、３０Ｏはレ
ジスタ、３０Ｃは認証コードレジスタ、４０、４１はラ
ッチ、５０ＳＰ１、５０ＳＰ２、５０ＳＴ１、５０ＰＰ
１、５０ＰＴ１、５０Ｏ１、５０Ｏ２、５０、５０Ｃ、
５０Ｆ、６０Ｃ、６０Ｆ１、６０Ｆ２、６０ＳＰ、６０
ＳＴ、６０ＰＰ、６０ＰＴ、６０Ｏはセレクタ、７０Ｉ
Ｎは暗号モジュールの外部からの入力バス、７０ＯＵＴ
は暗号モジュールの外部への出力バスである。

【００１６】図１に示す暗号モジュールは、計算機シス
テムの中に組み込まれて使用することができ、あるい
は、ＩＣカードとして使用することができるものであ
る。図示暗号モジュールは、計算機システムの中に組み
込まれて使用される暗号モジュール内の本発明のディジ
タル回路の部分を示すものであり、実行用命令キュー１
０Ｆ、認証用命令キュー１０Ｃ、演算器２０、認証コー
ド生成回路２１、一致検出回路２２、認証コードレジス
タ３０Ｃ、及び、レジスタ３０ＳＰ、３０ＳＴ、３０Ｐ
Ｐ、３０ＰＴ、３０Ｏを主要な構成要素として備えて構
成されている。

【００１７】この暗号モジュール１の内部にあるレジス
タ等に格納されているデータは秘匿性が保たれており、
ＩＣカードとして使用される場合、一般に、内部に蓄え
られたデータは、正しい手順以外では読み出すことがで
きないようにされている。このようなＩＣカードは、不
正な読み出し、例えば、侵襲的な方法で読み出しが行わ
れた場合、ＩＣカード内部の検出機構によりそれを検知
することができ、さらに、不正な読み出しを検知すると
内部データを消去し、データの値が漏洩しないようにさ
れている。前述したように、従来から暗号モジュール１
の内部にあるレジスタの秘匿性を保つことは可能であ
る。このため、以下に説明する本発明の実施形態は、暗
号モジュール１の内部の秘匿性が保たれているというこ
とを前提とする。また、逆に、どのような手段により暗
号モジュール１を実現するかについては本発明の範囲外
とする。

【００１８】次に、暗号モジュール１の内部にあるディ
ジタル回路の動作の概要について説明する。

【００１９】図１において、外部入力バス７０ＩＮは、
外部からの信号を暗号モジュール１に転送する役割を持
つ。外部入力バス７０ＩＮ上のデータは、タグ部とデー
タ部とからなり、さらに、タグ部は、タグ部１とタグ部
２とからなる。タグ部１は、２種の意味を持つ（タグ部
２については後述する）。すなわち、タグ部１は、「認
証用命令キューへキューイングせよ」または「実行用命
令キューへキューイングせよ」の２種の意味を持つ。こ
の結果、外部入力バス７０ＩＮからタグ部とデータ部と
が入力されたとき、タグ部１の意味が前者である場合、
タグ部２とデータ部とが認証用キュー１０Ｃキューイン
グされ、タグ部１の意味が後者である場合、タグ部２と
データ部とが実行命令キュー１０Ｆへキューイングされ
る。ここで、セレクタ６０Ｆ２は、通常外部入力バス７
０ＩＮからのデータを選択しており、他方を選択する場
合については後述する。

【００２０】タグ部２は、「Ｆコード命令」、「Ｆコー
ドデータ」、「Ａコード命令」、「Ａコードデータ」、
「Ｃコード命令」または「Ｃコードデータ」の６種類の
意味を持つ。そして、タグ部１とタグ部２との組み合わ
せで、許される組み合わせは、「認証用命令キューへキ
ューイングせよ」＋「Ａコード命令」、「Ａコードデー
タ」、「Ｃコード命令」または「Ｃコードデータ」と、
「実行用命令キューへキューイングせよ」＋「Ｆコード
命令」または「Ｆコードデータ」との合計６種類であ
る。これら以外の組み合わせを持つタグ部が外部入力バ
ス７０ＩＮから入力された場合、その信号は無視され
る。すなわち、キューイングは行われない。

【００２１】タグ部１とタグ部２とが「実行用命令キュ
ーへキューイングせよ」＋「Ｆコード命令」または「Ｆ
コードデータ」であるデータが外部入力バス７０ＩＮか
ら入力された場合、この入力されたデータをＦコードと
呼ぶことにし、「認証用命令キューへキューイングせ
よ」＋「Ａコード命令」または「Ａコードデータ」の場
合、入力されたデータをＡコードと呼ぶことにする。ま
た、「認証用命令キューへキューイングせよ」＋「Ｃコ
ード命令」または「Ｃコードデータ」の場合、入力され
たデータをＣコードと呼ぶことにする。

【００２２】本発明の特徴の１つは、暗号モジュール１
で実行される命令（及び、それに用いるデータ）とし
て、ＦコードとＡコードとの２種類を持つことにある。
これらの命令は、以下で詳細に説明する動作により明確
になるが、セキュリティに対する考え方が異なるもので
ある。すなわち、Ａコードは、コードが暗号モジュール
１で実行される前に認証が行われ、認証が成功すればそ
のコードが実行され、そうでなければマシンチェック
（マシンチェック時の動作は後述する）となる。認証の
具体的な方法については後述する。また、Ｆコードは、
認証が行われずに、実行される前にコードの１命令単位
にセキュリティチェックが行われ、これに問題がなけれ
ば実行され、そうでなければマシンチェックとなる。こ
のセキュリティチェックは、Ａコード実行前には行われ
ない。

【００２３】これらの２種類のコードは、コードで用い
られる命令体系は同一である。そして、Ｆコードは、１
命令毎にセキュリティチェックを行うことにより高速な
実行が可能とされており、Ａコードは、コード自体の認
証を行うことにより、セキュリティチェックを解除し、
これにより、Ｆコードでは実現することができない複雑
な動作を可能とするものである。すなわち、基本的に、
Ａコードは、本発明によるディジタル回路において、実
行前に認証チェックが行われるが、その動作内容がセキ
ュリティ上問題ないか否かをチェックするセキュリティ
チェックは行われない。従って、暗号モジュール１のセ
キュリティを完全なものにするためにＡコードのコーデ
ィングは、ある制限を守って行われていなくてはならな
い。この制限をセキュリティポリシと呼ぶことにする。
以下では、Ａコードは、このセキュリティポリシに沿っ
てコーディングされているものとする。セキュリティポ
リシについては後述する。

【００２４】次に、Ｆコードの動作について説明する。
Ｆコードは、前述説明したように、外部入力バス７０Ｉ
Ｎから実行用命令キュー１０Ｆに直接キューイングされ
る。実行用命令キュー１０Ｆにキューイングされたタグ
部２とデータ部とは、１エントリづつキューから読み出
される。キューであるので、エントリは、ＦＩＦＯ、す
なわち、キューに書き込まれた順番に読み出しが行われ
る。

【００２５】読み出された１つのエントリは、まずタグ
部２がデコードされる。タグ部２は、「Ｆコード命令」
または「Ｆコードデータ」のはずである。最初に読み出
したエントリが「Ｆコードデータ」である場合、マシン
チェックとなる。そして、タグ部２が「Ｆコード命令」
であって、かつ、マシンチェックが起こっていなければ
（起こっていればここで動作が停止する）、データ部が
デコードされ、セキュリティチェックが行われる。その
結果問題がければ（問題があった場合にはマシンチェッ
クとなる）、その結果を用いて暗号モジュール１内のリ
ソースが制御され、「Ｆコード命令」で指定された動作
が行われる。このとき、実行用命令キュー１０Ｆの次の
エントリが「Ｆコードデータ」である場合があり、この
データは、この命令動作中にデータとして使用される。
「Ｆコード命令」で指定された動作で「Ｆコードデー
タ」を使用しないのにも関わらず、次のエントリが「Ｆ
コードデータ」であった場合にはマシンチェックとな
る。

【００２６】「Ｆコード命令」で指定される動作は、以
下のようなものである。すなわち、レジスタ３０ＳＰ、
３０ＳＴ、３０ＰＰ、３０ＰＴ、３０Ｏの内、「Ｆコー
ド命令」で指定されたレジスタからデータを読み出し
（指定によっては複数回読み出しを行う）、読み出した
データを演算器２０に入力し、「Ｆコード命令」で指定
された演算を演算器２０内部で行い、その結果をレジス
タ３０ＳＰ、３０ＳＴ、３０ＰＰ、３０ＰＴ、３０Ｏに
書き込む。指定する動作がすべて完了すれば、次の「Ｆ
コード命令」の読み出しを行って前述の動作を繰り返
す。

【００２７】本発明の実施形態は、前述の動作を行うた
めに次に説明するような機構を備えている。

【００２８】レジスタ３０ＳＰ、３０ＳＴ、３０ＰＰ、
３０ＰＴ、３０Ｏは、データを格納しているレジスタで
あり、単位長（ここでは８バイト長とする）を１エント
リとして、単一もしくは複数のエントリを格納すること
ができる。セレクタ５０ＳＰ１、５０ＳＰ２、５０ＳＴ
１、５０ＰＰ１、５０ＰＴ１、５０Ｏ１、５０Ｏ２は、
それぞれ、レジスタ３０ＳＰ、３０ＳＴ、３０ＰＰ、３
０ＰＴ、３０Ｏに格納されているデータから、ある１つ
のエントリを読み出す。セレクタ５０は、演算器２０へ
の入力データを選択する。このようなレジスタから１つ
のエントリを読み出し、演算器２０に入力するという一
連の動作は、命令によっては１回も行われない場合もあ
れば複数回行われることもある。また、この読み出し動
作を高速に複数回行うために、セレクタ５０ＳＰ１、５
０ＳＰ２、５０ＳＴ１、５０ＰＰ１、５０ＰＴ１、５０
Ｏ１、５０Ｏ２、５０と同じ論理を複数セットをインプ
リメントしてもよい。

【００２９】演算器２０は、演算に必要なデータがそろ
った段階で、データの演算を行う。ここで行う演算と
は、一般のプロセッサで行うことができる演算（四則演
算、論理演算等）に加え、暗号・復号演算（例えば、Ｄ
ＥＳ暗号等）及びハッシュ演算（例えばＳＨＡ１等）を
行うことができるものであってよい。セレクタ６０Ｓ
Ｐ、６０ＳＴ、６０ＰＰ，６０ＰＴ、６０Ｏは、それぞ
れ、レジスタ３０ＳＰ、３０ＳＴ、３０ＰＰ、３０Ｐ
Ｔ、３０Ｏの１つのエントリに書き込みを行う。これら
の演算器及びセレクタは、「Ｆコード命令」のデコード
により生成された制御信号により制御される。

【００３０】次に、セキュリティチェックの方法につい
て説明するが、まず、レジスタ３０ＳＰ、３０ＳＴ、３
０ＰＰ、３０ＰＴ、３０Ｏの分類について説明する。

【００３１】レジスタは、３つの観点から分類されてい
る。３つの観点とは、レジスタに格納されているデータ
が暗号モジュール１の外部から読み出しを行うことがで
きるもの（出力レジスタに相当）と、書き込みあるいは
暗号モジュール１の外部への読み出しがＡコード、Ｆコ
ードの両方で可能であるか、それともＡコードでのみ可
能であるかの観点である。情報の種類という観点からす
ると、秘密（Secret）情報は、暗号モジュール１の外部
への読み出しがＡコードでのみ可能であるものに分類さ
れるべきであり、公開（Public）情報は、暗号モジュー
ル１の外部への読み出しがＡコード、Ｆコードの両方で
可能であるものに分類されるべきである。また、書き込
みの情報に関しても、Ａコードでのみ可能なものと、Ａ
コード、Ｆコードの両方で可能であるものに分類するこ
とができる。例えば、認証に用いる公開鍵は、Ａコード
でないと書き換えができないもの(Permanent）に分類さ
れるべきであり、それ以外の主に演算に用いられる一時
的なデータは、Ｆコードでも書き換えができるもの(Tem
porary）に分類されるべきである。

【００３２】前述の観点から本発明の実施形態は、暗号
モジュール１内のレジスタを次に示す５つに分類してい
る。すなわち、これらは、（１）ＳＰ(Secret-Permanen
t)：恒久的に秘密情報を保持するレジスタ、（２）ＰＰ
(Public-Permanent)：恒久的に公開情報を保持するレジ
スタ、（３）ＳＴ(Secret-Temporary)：一時的に秘密情
報を保持するレジスタ、（４）ＰＴ(Public-Temporar
y)：一時的に公開情報を保持するレジスタ、（５）Ｏ
（出力レジスタ）：暗号モジュール１の出力レジス
タ（レジスタの出力が外部出力バス７０ＯＵＴに接続さ
れており、暗号モジュール１の外部にそのデータの読み
出しを行うことができる）の５つである。

【００３３】これらの分類に従って、図１に示すレジス
タ３０ＳＰ、３０ＳＴ、３０ＰＰ、３０ＰＴ、３０Ｏ
は、それぞれ、ＳＰ、ＳＴ、ＰＰ、ＰＴ、Ｏに分類され
ている。

【００３４】次に、命令の分類について説明する。本発
明の実施形態は、命令を、その命令により指定される動
作内容から次に示すように分類している。

【００３５】（１）秘密情報を公開情報に変換する命令この命令には、ＳＰに属するレジスタに格納されたデー
タをキーとして用いる暗号動作を指定する命令、あるい
は、ハッシュ化する演算を指定する命令が分類される。
ＳＰに属するレジスタに格納されたデータは、Ｆコード
での読み出しを行うことができず、かつ、Ａコードによ
っても、セキュリティポリシに従うことにより権威なき
書き換え、読み出しが許されないものであるため、この
データをキーとして暗号化を行うことにより、その暗号
化前のデータ（いわゆる平文）を秘匿することができ
る。従って、この場合、平文を秘密情報、暗号文を公開
情報と位置付けても問題が生じることはない。また、ハ
ッシュ化する演算は、その特性上、出力データから入力
データを求めることができないため、これについても、
入力データが秘密情報であっても、出力データを公開情
報として問題が生じることはない。

【００３６】（２）公開情報を秘密情報に変換する命令この命令には、ＳＰに属するレジスタに格納されたデー
タをキーとして用いる復号動作を指定する命令が分類さ
れる。この命令は、前述の（１）に分類される命令の逆
変換に相当するものであり、このような分類が妥当であ
ることは明らかである。

【００３７】（３）公開情報の入力に対しては公開情報
として、秘密情報の入力に対しては秘密情報として出力
する命令この命令には、レジスタからレジスタへの転送、四則演
算を行う命令が分類される。

【００３８】前述した（１）〜（３）の命令の分類に関
して、注意すべきことは、（１）と（２）とでいう暗号
化、復号化を単純にとらえてはならないということであ
る。例えば、トリプルＤＥＳと呼ばれる技術が知られて
いるが、このトリプルＤＥＳは、ＤＥＳ演算を３回繰り
返すことにより暗号強度を高める技術である。そして、
この技術は、３回の演算を、暗号化・暗号化・暗号化と
いう順で行う方法もあれば、暗号化・復号化・暗号化と
いう順で行う方法もある。問題は、後者の方法にある。
この場合の問題は、単純に、ＳＰをキーに用いるＤＥＳ
暗号及びトリプルＤＥＳ暗号を（１）に分類し、逆に、
ＳＰをキーに用いるＤＥＳ復号及びトリプルＤＥＳ復号
を（２）に分類すると、せっかくＳＰでトリプルＤＥＳ
暗号を行ったデータも、ＳＰを用いたＤＥＳ復号を行
い、さらに、ＳＰを用いたＤＥＳ暗号を行うと、その結
果が公開情報となってしまうため、トリプルＤＥＳの暗
号強度が実質的にＤＥＳ暗号の強度となってしまうとい
う問題である。この場合の回避策は、ＳＰを用いたトリ
プルＤＥＳ暗号・復号の命令を（１）、（２）に分類す
ることとした場合、ＳＰを用いたＤＥＳ暗号・復号の命
令を（１）でも（２）でもなくＦコードでの実行は禁止
されるべき（つまり命令があってはならない）命令に分
類する必要がある。

【００３９】次に、データ転送規則について、図２を参
照して説明する。このデータ転送規則を決定する基本的
な考え方は以下に説明する通りである。すなわち、これ
らの考え方の基本は、・レジスタ３０ＳＰ、ＰＰへの書き込みは、セキュリテ
ィポリシにより定義される権威付けが必要なためＦコー
ドでの書き換えは許さない、・レジスタ３０ＳＰ、ＳＴからのレジスタ３０Ｏへの転
送は、暗号モジュール１の外部への秘密情報の読み出し
に相当するためＦコードでは許さない、・レジスタ３０ＳＰ、ＳＴからのレジスタ３０ＰＴへの
転送は、秘密情報の公開情報への変換を意味するためＦ
コードでは許さない。

【００４０】・レジスタ３０ＳＰからレジスタ３０ＳＴ
への転送は、前述したトリプルＤＥＳで示した問題が起
こるためＦコードでは許さない、の４つである。そし
て、この４つの考え方の基本に基づいてレジスタ相互間
でのデータ転送の可否を纏めたのが図２に示すものであ
る。

【００４１】次に、前述までに説明した命令の分類と転
送規則とを用いて、本発明の実施形態の場合におけるセ
キュリティチェックに関して説明する。

【００４２】前述の（３）に分類される命令が最も簡単
であるので、まず、これについて説明する。この場合、
転送規則における転送元は入力レジスタであり、転送先
は出力レジスタである。これらの転送元、転送先の各レ
ジスタがＳＰ、ＳＴ、ＰＰ、ＰＴ、Ｏのいずれであるか
によって、転送規則で転送可能か否かがチェックされ
る。転送不可となった場合が、セキュリティチェックで
問題があったということになり、マシンチェックとな
る。

【００４３】前述の（１）に分類される命令の場合、命
令の演算により公開情報に変換されるため、転送規則に
おける転送元レジスタはＰＴ扱いとなる。転送先は出力
レジスタと決定され、転送規則で転送可能か否かがチェ
ックされる。転送不可となった場合が、セキュリティチ
ェックで問題があったということになり、マシンチェッ
クとなる。

【００４４】前述の（２）に分類される命令の場合、命
令の演算により秘密情報に変換されるため、転送規則に
おける転送元レジスタはＳＴ扱いとなる。転送先は出力
レジスタと決定され、転送規則で転送可能か否かがチェ
ックされる。転送不可となった場合が、セキュリティチ
ェックで問題があったということになり、マシンチェッ
クとなる。

【００４５】前述までがＦコードの動作の説明であり、
次に、Ａコードの動作について説明する。

【００４６】Ａコードの認証動作を説明する。まず、認
証に用いる特別な命令であるＣコードについて説明す
る。Ｃコードは、次に説明する３種類に分類され、
（１）ＡＣＧＭＡＣ：オペランドとしてＡコードを指定
し、そのＡコードの認証コードの生成を行う、（２）Ｓ
ＥＴＡＣＥＮ：オペランドとしてリファレンス認証コー
ドを指定し、前述の（１）に分類されたコードで生成さ
れた認証コードと比較し、一致した場合にＡコードの実
行が可能状態にする、（３）ＲＳＴＡＣＥＮ：前述の
（１）に分類されたコードで生成された認証コードを無
効化し、前述の（２）に分類されたコードでセットした
Ａコードの実行可能な状態をリセットして不可状態にす
る、である。

【００４７】これらの３種類を用いて、Ａコードは外部
入力バス７０ＩＮから次に示す順序で入力される。以下
では、「タグ部２の指定」：「データ部」で示す。

【００４８】（１）「Ｃコード命令」：「ＲＳＴＡＣＥ
Ｎ」（２）「Ｃコード命令」：「ＡＣＧＭＡＣ」（３）「Ａコード命令」：「（Ａコードの命令）」（４）「Ａコード命令」または「Ａコードデータ」：
「（Ａコードの命令またはデータ）」（５）「Ｃコード命令」：「ＳＥＴＡＣＥＮ」（６）「Ｃコードデータ：「リファレンス認証コード」前述の（１）〜（６）は、すでに説明したとおり、タグ
部１が「認証用命令キューへキューイングせよ」と指定
し、全てが認証用キュー１０Ｃにキューイングされる。
ここから順にエントリが読み出されて実行される。以
下、これらを順に説明する。

【００４９】（１）「Ｃコード命令」：「ＲＳＴＡＣＥ
Ｎ」の動作マシンチェックが起こっていなければ命令が実行され
る。そして、この命令は、認証コードレジスタ３０Ｃを
無効化し、Ａコードの実行可能・不可状態を示すラッチ
４０を実行不可を示すように“０”クリアし、セレクタ
６０Ｆ２の選択を外部入力バス７０ＩＮ側となるように
する。

【００５０】（２）「Ｃコード命令」：「ＡＣＧＭＡ
Ｃ」の動作マシンチェックが起こっていなければ命令が実行され
る。そして、この命令は、セレクタ６０Ｆ２の選択を認
証用命令キューのセレクタ５０Ｃの出力側となるように
する。その後、実行用命令キューが空となり、全ての命
令の実行が完了した状態となるまで待ち、ラッチ４０を
“０”クリアして、レジスタ３０ＳＰから認証コード生
成に用いるキーを読み出す（どれを用いるかは固定）。
認証コードレジスタ３０Ｃからデータを読み出し、これ
を認証コード生成時の初期値（３０Ｃが無効状態の場
合、初期値“０”）とする。その後、（３）と（４）と
のＡコードを順に認証用命令キュー１０Ｃから読み出し
て認証コードの生成を行って３０Ｃに格納（格納が１回
でも行われると、３０Ｃは有効化される）していく。そ
の際、キューから読み出したＡコードは、実行用命令キ
ュー１０Ｆにキューイングされる。実行用命令キュー１
０Ｆからの読み出しはラッチ４０が“０”である間、抑
止されるため、実行用命令キュー１０Ｆにキューイング
された命令が実行されることはない。

【００５１】（５）「Ｃコード命令」：「ＳＥＴＡＣＥ
Ｎ」の動作マシンチェックが起こっていなければ命令が実行され
る。認証コードレジスタ３０Ｃと、認証用命令キュー１
０Ｃから読み出した（６）のリファレンス認証コードと
を比較し、一致すればラッチ４０を“１”にセットし
（Ａコード実行可能状態を示す）、そうでなければマシ
ンチェックを起こす。

【００５２】一致した場合、ラッチ４０が“１”にセッ
トされるので、実行用命令キュー１０Ｆから命令が読み
出され、Ａコードの実行が開始される。この後の動作
は、前述で説明したＦコードの動作と同一であるが、た
だ一点のみ異なる。この異なる動作は、Ａコードの実行
ではセキュリティチェックなしで命令が実行される点で
ある。

【００５３】マシンチェックが起こった場合、前述で説
明した部分と重複するが、認証用命令キュー１０Ｃの命
令実行（これはＣコードの実行を指す）が停止し、実行
用命令キュー１０Ｆの命令実行（これはＦコード及びＡ
コードの実行を指す）が停止するため、暗号モジュール
１内の命令実行はすべて停止する。これは、セキュリテ
ィを確保するためである。このマシンチェックの状態を
解除できる方法は唯一リセットのみである。

【００５４】次に、リセットの動作について説明する。
リセットは、暗号モジュール１においてセキュリティを
確保する上で重要である。リセットにより、少なくとも
マシンチェック状態がリセットされ、また、レジスタ３
０ＳＰ、３０ＳＴ、ラッチ４０、ラッチ４１及び認証コ
ードレジスタ３０Ｃがリセットされる。但し、この場
合、レジスタ３０ＳＰに、認証コード生成回路２１でキ
ーとして用いるデータが格納されるレジスタにある特別
な秘密の値が格納される。これは、リセット後に実行す
るＡコードの認証においてもセキュリティの確保を行う
ことが必要なためである。

【００５５】最後に、セキュリティポリシの考え方につ
いて説明する。本発明は、すでに説明してきたようにセ
キュリティに関する機構を提供することが目的である
が、実際に本発明を実現するためには、Ａコードのコー
ディングがある一定の制限の下に行われないとセキュリ
ティを損なうことになる。前述した本発明の実施形態
は、Ｆコードでの読み出し、書き込みが制限されている
レジスタに対して、Ａコードでの読み出し、書き込みが
可能であるとしているが、これを実行するために、ある
一定の権威付けの方法を定義して、それが行われた場合
にのみＡコードでの読み出し、書き込みを実行すること
ができるようにしておく必要がある。

【００５６】前述の権威づけの方法として、例えば、レ
ジスタ３０ＳＰ、ＰＰのエントリを階層化し、より上位
のエントリをキーとして用いて認証を行い、認証が成功
した場合のみ、より下位のエントリの読み出し、書き込
みを行うことができるようにするという方法がある。こ
の場合、最終的に最上位となるエントリに、例えば、リ
セット時に特別な値にセットする、あるいは、より下位
のエントリをキーとして用いた認証を複数のエントリで
認証が通らないと書き換えられないようにする等の方法
がある。このような機能は、Ａコードであれば自由にコ
ーディングができるわけであるから実現が容易であり、
新たなるハードウエア機構は必要とされない。

【００５７】Ａコードでのコーディングは、前述したよ
うに、まず、認証を行い、その後、レジスタにアクセス
するようにコーディングが行われればよい。但し、セキ
ュリティを確保する機構として、認証に失敗すればマシ
ンチェックとなるようにするか、あるいは、少なくとも
失敗すれば、キューイングされているそれ以降のＡコー
ドがクリアされて実行されないようにしておくことが必
要である。

【００５８】図３はデータ転送の規則についての他の例
を説明する図であり、以下、これについて説明する。

【００５９】このデータ転送の規則は、ハードウエアに
１ビットのモードラッチ４１設けることにより、ＥＳモ
ードの設定を行った場合のデータ転送規則である。ＥＳ
モードは、レジスタ３０ＳＰからレジスタ３０ＰＴへの
データの転送を可能とするモードである。そして、この
モードラッチ４１は、レジスタ３０ＳＰからレジスタ３
０ＰＴへのデータの転送が行われるとオンとされる。こ
れは、レジスタ３０ＳＰからレジスタ３０ＰＴへの転送
が行われることにより、レジスタ３０ＰＴをレジスタ分
類としてはＳＰ扱いにするためである。他の転送も同様
である。

【００６０】図３に示すように、ＥＳモードがオンであ
る場合、レジスタ３０ＰＴからレジスタ３０Ｏへの転送
は禁止される。これは、ＥＳモードオン時には、前述で
説明したように、レジスタＰＴにレジスタ３０ＳＰ等の
秘密情報を含む可能性があるためである。

【００６１】前述のＥＳモードを設けたことにより、こ
のＥＳモードをリセットする命令を追加する必要がある
が、このリセットの際、レジスタ３０ＳＴと３０ＰＴと
は、“０”にクリアされる。

【００６２】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、処
理のオーバヘッドを大きくすることなく、柔軟な方式で
セキュリティーの向上を図ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施形態によるディジタル回路を含
む暗号モジュールの構成例を示すブロック図である。

【図２】データ転送の規則について説明する図である。

【図３】データ転送の規則についての他の例を説明する
図である。

【符号の説明】１暗号モジュール１０Ｆ実行用命令キュー１０Ｃ認証用命令キュー２０演算器２１認証コード生成回路２２一致検出回路 30SP、30ST、30PP、30PT、30O レジスタ３０Ｃ認証コードレジスタ４０、４１ラッチ 50SP1、50SP2、50ST1、50PP1、50PT1、50O1、50O2、5
0、50C、50F、60C、60F1、60F2、60SP、60ST、60PP、60
PT、60O セレクタ７０ＩＮ入力バス、７０ＯＵＴ出力バス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】プログラムをキューイングする第１、第
２の２個のキューと、プログラムの認証コードを生成す
る認証コード生成回路と、生成した認証コードを格納す
るレジスタと、認証コードとリファレンス認証コードと
の一致を検出する回路と、一致が検出されると“１”が
セットされるラッチと、データを格納するレジスタと、
該レジスタからの出力データの演算を行い該レジスタへ
の書き込みを行う演算回路とを備え、前記第１のキュー
に読み込んだプログラムの真偽を、プログラムから生成
した認証コードとリファレンス認証コードとを比較して
認証し、一致した場合にプログラムを実行する機能と、
前記第２のキューに読み込んだプログラムをメッセージ
認証を行うことなく１命令単位にセキュリティに関する
チェックを行い、問題がない場合にその命令を実行する
機能とを有することを特徴とするディジタル回路。
【請求項２】前記演算回路が用いるデータを格納して
いる前記レジスタは、第１から第５の５種類に分類され
ており、第５のレジスタのデータは、外部回路から読み
出すことが可能であり、前記レジスタ間のデータ転送規
則として、第１のレジスタから他のレジスタへの転送を
許可せず、第２のレジスタから第２のレジスタへの転送
を許可してそれ以外のレジスタへの転送を許可せず、第
３、４及び５のレジスタから第２、４及び５のレジスタ
への転送を許可しそれ以外のレジスタへの転送を許可し
ないという転送規則を設け、また、前記第２のキューに
格納されるプログラムの命令は、演算回路での演算内容
により、第１から第３の３種類に分類され、第１の命令
は、第１から第５の分類のレジスタのいずれかのレジス
タからデータを読み出して演算を行い、その出力データ
は、演算によるデータの加工作用により第４の分類のレ
ジスタのデータとみなされて、転送元を第４のレジスタ
とした前記転送規則が適用され、第２の命令は、第１か
ら第５の分類のレジスタのいずれかのレジスタからデー
タを読み出して演算を行い、その出力データは、演算に
よるデータの加工作用により第２の分類のレジスタのデ
ータとみなされて、転送元を第２のレジスタとした前記
転送規則が適用され、第３の命令は、第１から第５の分
類のレジスタのいずれかのレジスタからデータを読み出
して演算を行い、その出力データは、演算によるデータ
の加工作用により読み出し元のレジスタの分類のレジス
タのデータとみなされて、転送元を読み出し元のレジス
タとした前記転送規則が適用され、かつ、前記第１から
第３の命令は、いずれも、転送先レジスタを演算の出力
データが転送される先のレジスタとし、前記転送規則に
従って決定された許可、不許可によってセキュリティに
関するチェックを行ってから実行され、前記第１のキュ
ーに格納されるプログラムの命令は、前記認証が得られ
た場合、セキュリティに関するチェックを行わず、前記
全ての分類のレジスタから全ての分類へのレジスタへの
転送が許可されて実行されることを特徴とする請求項１
記載のディジタル回路。
【請求項３】モードラッチ１個を有し、前記演算回路
が用いるデータを格納している前記レジスタは、第１か
ら第５の５種類に分類されており、第５のレジスタのデ
ータが外部回路から読み出すことが可能であり、前記レ
ジスタ間のデータ転送規則として、第１のレジスタから
第２及び第４のレジスタへの転送を許可し、転送が行わ
れた場合に前記モードラッチを“１”セットし、それ以
外のレジスタへの転送を許可せず、第２のレジスタから
第２のレジスタへの転送を許可し、第４のレジスタへの
転送を許可し、転送が行われた場合に前記モードラッチ
を“１”セットし、それ以外を許可せず、第３及び５の
レジスタから第２、４及び５のレジスタへの転送を許可
しそれ以外を許可せず、前記モードラッチが“０”の場
合、第４のレジスタから第２、４及び５のレジスタへの
転送を許可しそれ以外のレジスタ経の転送を許可せず、
前記モードラッチが“１”の場合、第４のレジスタがら
第２及び４のレジスタへの転送を許可しそれ以外のレジ
スタへの転送を許可しないという転送規則を設け、ま
た、前記第２のキューに格納されるプログラムの命令
は、演算回路での演算内容により、第１から第３の３種
類に分類され、第１の命令は、第１から第５の分類のレ
ジスタのいずれかのレジスタからデータを読み出して演
算を行い、その出力データは、演算によるデータの加工
作用により第４の分類のレジスタのデータとみなされ
て、転送元を第４のレジスタとした前記転送規則が適用
され、第２の命令は、第１から第５の分類のレジスタの
いずれかのレジスタからデータを読み出して演算を行
い、その出力データは、演算によるデータの加工作用に
より第２の分類のレジスタのデータとみなされて、転送
元を第２のレジスタとした前記転送規則が適用され、第
３の命令は、第１から第５の分類のレジスタのいずれか
のレジスタからデータを読み出して演算を行い、その出
力データは、演算によるデータの加工作用により読み出
し元のレジスタの分類のレジスタのデータとみなされ
て、転送元を読み出し元のレジスタとした前記転送規則
が適用され、かつ、前記第１から第３の命令は、いずれ
も、転送先レジスタを演算の出力データが転送される先
のレジスタとし、前記転送規則に従って決定された許
可、不許可によってセキュリティに関するチェックを行
ってから実行され、前記第１のキューに格納されるプロ
グラムの命令は、前記認証が得られた場合、セキュリテ
ィに関するチェックを行わず、前記全ての分類のレジス
タから全ての分類へのレジスタへの転送が許可されて実
行されることを特徴とする請求項１記載のディジタル回
路。