JP2021090151A - ストレージシステムおよびストレージシステムのデータ保護方法 - Google Patents

ストレージシステムおよびストレージシステムのデータ保護方法 Download PDF

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Abstract

【課題】暗号処理にかかる負荷を低減しつつ、データの格納および通信の安全性を確保する。【解決手段】書み込み処理では、ストレージコントローラ１３は、暗号鍵を用いて暗号化データを生成するとともに、認証鍵を用いてその暗号化データに基づいて認証コードを作成し、ストレージノード１５Ａは、ストレージコントローラ１３から受信した認証コードを検証し、認証コードの検証に成功すると、暗号化データと認証コードを保存し、読み込み処理では、ストレージコントローラ１３は、ストレージノード１５Ａから受信した認証コードを検証し、認証コードの検証に成功すると、暗号化データを復号し、その復号データをホスト１１に応答する。【選択図】図１

Description

本発明は、暗号化データの認証が可能なストレージシステムおよびストレージシステムのデータ保護方法に関する。
フラッシュストレージ用のプロトコルであるＮＶＭｅ（Ｎｏｎ Ｖｏｌａｔｉｌｅ Ｍｅｍｏｒｙ ｅｘｐｒｅｓｓ）をネットワークに拡張するＮＶＭｅ ｏｖｅｒ Ｆａｂｒｉｃｓが注目されている。
ＮＶＭｅ ｏｖｅｒ Ｆａｂｒｉｃｓを用いてストレージコントローラからストレージノードに格納されるデータを保護するためには、ストレージノードに格納されるデータの暗号化（以下、格納データ暗号化と言う）だけでなく、ネットワーク上を通過するデータの暗号化（以下、通信データ暗号化と言う）が必要となる。
このとき、暗号処理をストレージコントローラとストレージノードで分担する方法として、以下の２つの方法がある。
１つ目は、ストレージコントローラで通信データ暗号化にてデータを暗号化し、その暗号化データをネットワークを介してストレージコントローラからストレージノードに送信し、通信データ暗号化にて暗号化されたデータをストレージノードで復号し、その復号化データをストレージコントローラで格納データ暗号化にて暗号化して格納する方法である。
２つ目は、ストレージコントローラで格納データ暗号化にてデータを暗号化し、その暗号化データをストレージコントローラで通信データ暗号化にて暗号化し、格納データ暗号化および通信データ暗号化で２重に暗号化された暗号化データをネットワークを介してストレージコントローラからストレージノードに送信し、２重に暗号化された暗号化データをストレージノードで通信データ復号化することにより、格納データ暗号化にて１重に暗号化されたデータを格納する方法である。
また、特許文献１には、暗号化部は、公開鍵により入力されたデータの暗号化を行うとともに、入力したセルのデータからハッシュデータの生成も行い、復号化部は、秘密鍵を用いて暗号化データの復号化を行うとともに、復号化データからハッシュデータを生成し、ハッシュデータが正しいかどうか確認することによりキーデータが正しいキーデータであるかどうかを確認する方法が開示されている。
特開２００６−３０４２１５号公報
しかしながら、上述した１つ目の暗号化処理は、通信データ復号化および格納データ暗号化をストレージノードで実施する必要があり、ストレージノードの負荷が大きかった。上述した２つ目の暗号化処理は、格納データ暗号化および通信データ暗号化をストレージコントローラで実施する必要があり、ストレージコントローラの負荷が大きかった。
また、特許文献１には、暗号化に利用したキーデータが正しいものであるかを書き込み側が確認するためにハッシュデータを利用することは開示されているが、書き込まれた側が暗号化データを認証する方法については開示されていない。
本発明は、上記事情に鑑みなされたものであり、その目的は、暗号処理にかかる負荷を低減しつつ、データの格納および通信の安全性を確保することが可能なストレージシステムおよびストレージシステムのデータ保護方法を提供することにある。
上記目的を達成するため、第１の観点に係るストレージシステムは、認証鍵が割り当てられたコントローラとノードを備え、前記コントローラは、暗号鍵を用いてデータを暗号化した暗号化データを生成し、前記認証鍵を用いて前記暗号化データに基づいて認証コードを生成し、前記暗号化データおよび前記認証コードを前記ノードに送信し、前記ノードは、前記コントローラから送信された暗号化データおよび認証コードを受信し、前記暗号化データおよび前記認証コードを保存し、前記保存した暗号化データおよび認証コードを前記コントローラに送信し、前記コントローラは、前記ノードから送信された暗号化データおよび認証コードを受信し、前記ノードから送信された認証コードの検証結果に基づいて、前記暗号化データを復号する。
本発明によれば、暗号処理にかかる負荷を低減しつつ、データの格納および通信の安全性を確保することができる。
図１は、第１実施形態に係る暗号処理装置が適用されるストレージコントローラおよびストレージノードの構成を示すブロック図である。 図２は、図１のストレージコントローラで用いられるマッピングテーブルの一例を示す図である。 図３は、図１のストレージコントローラで用いられる暗号鍵管理テーブルの一例を示す図である。 図４は、図１のストレージコントローラで用いられる認証鍵対応関係テーブルの一例を示す図である。 図５は、図１のストレージコントローラで用いられる認証鍵対応関係テーブルのその他の例を示す図である。 図６は、図１のストレージコントローラで用いられる認証コードテーブルの一例を示す図である。 図７は、図１のストレージコントローラの書き込み処理を示すフローチャートである。 図８は、図１のストレージノードの書き込み処理を示すフローチャートである。 図９は、図１のストレージコントローラの読み込み処理を示すフローチャートである。 図１０は、図１のストレージノードの読み込み処理を示すフローチャートである。 図１１は、図１のストレージコントローラとストレージノードとの間でやりとりされる情報の一例を示す図である。 図１２は、第２実施形態に係るストレージコントローラの書き込み処理を示すフローチャートである。 図１３は、第２実施形態に係るストレージコントローラの読み込み処理を示すフローチャートである。 図１４は、第２実施形態に係るストレージノードの書き込み処理を示すフローチャートである。 図１５は、シーケンス番号が過去に利用されたものでないかの確認方法を示す図である。 図１６は、第２実施形態に係るストレージノードの読み込み処理を示すフローチャートである。 図１７は、第３実施形態に係るストレージコントローラの読み込み処理を示すフローチャートである。 図１８は、第４実施形態に係るストレージコントローラの読み込み処理を示すフローチャートである。 図１９は、第５実施形態に係るストレージコントローラの読み込み処理を示すフローチャートである。 図２０は、第６実施形態に係るストレージノードの読み込み処理を示すフローチャートである。 図２１は、第６実施形態に係るストレージコントローラの読み込み処理を示すフローチャートである。 図２２は、第７実施形態に係る暗号処理装置が適用されるストレージコントローラおよびストレージノードの構成を示すブロック図である。 図２３は、第８実施形態に係る暗号処理装置が適用されるストレージコントローラおよびストレージノードの構成を示すブロック図である。 図２４は、第９実施形態に係る暗号処理装置が適用されるホストおよびストレージノードの構成を示すブロック図である。 図２５は、第１０実施形態に係る暗号処理装置が適用されるストレージコントローラおよびストレージノードの構成を示すブロック図である。 図２６は、第１１実施形態に係る暗号処理装置が適用されるストレージコントローラおよびストレージの構成を示すブロック図である。 図２７は、図１のストレージコントローラのハードウェア構成例を示すブロック図である。
実施形態について、図面を参照して説明する。なお、以下に説明する実施形態は特許請求の範囲に係る発明を限定するものではなく、また、実施形態の中で説明されている諸要素およびその組み合わせの全てが発明の解決手段に必須であるとは限らない。
図１は、第１実施形態に係る暗号処理装置が適用されるストレージコントローラおよびストレージノードの構成を示すブロック図である。
図１において、ホスト１１は、通信ネットワーク１２を介してストレージコントローラ１３に接続され、ストレージコントローラ１３は、通信ネットワーク１４を介してストレージノード１５Ａ、１５Ｂに接続されている。ストレージコントローラ１３とストレージノード１５Ａ、１５Ｂの間では、ＮＶＭｅ ｏｖｅｒ Ｆａｂｒｉｃｓに基づいてデータ転送することができる。
ホスト１１は、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂが提供する容量へのデータの書き込みおよびストレージノード１５Ａ、１５Ｂが提供する容量からのデータの読み込みをストレージコントローラ１３に指示する。ストレージコントローラ１３は、通信ネットワーク１２を介して論理ボリュームＬ１〜Ｌ４をホスト１１に提供する。ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、通信ネットワーク１４を介して物理的な容量をストレージコントローラ１３に提供する。
このとき、ストレージコントローラ１３上の論理ボリュームＬ１〜Ｌ４は、ストレージノード１５Ａ、１５ＢのボリュームＤ１〜Ｄ４と1対１に対応させることができる。ボリュームＤ１〜Ｄ４は、例えば、ハードディスク装置またはＳＳＤ（Ｓｏｌｉｄ Ｓｔａｔｅ Ｄｒｉｖｅ）などの物理記憶デバイスである。なお、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂに示されるボリュームは、論理的なボリュームであってもよいし、物理的なメディア単位であってもよい。
そして、ストレージコントローラ１３は、論理ボリュームＬ１〜Ｌ４をホスト１１に公開し、ホスト１１上のＯＳ（Ｏｐｅｒａｔｉｎｇ Ｓｙｓｔｅｍ）は、これらの論理ボリュームＬ１〜Ｌ４をマウントし、データのＩＯを行う。
ストレージコントローラ１３は、ホスト１１から指定された論理ボリュームＬ１〜Ｌ４について、ホスト１１からのＩＯにより入力されるデータをストレージノード１５Ａ、１５Ｂとの間で転送し、論理ボリュームＬ１〜Ｌ４に対応するストレージノード１５Ａ、１５Ｂ上のボリュームＤ１〜Ｄ４に書き込みまたは読み込みを行う。
ここで、ストレージコントローラ１３およびストレージノード１５Ａ、１５Ｂを有するストレージシステムは、ストレージコントローラ１３とストレージノード１５Ａ、１５Ｂとの間で送受信される通信データを保護しつつ、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂに格納される格納データを保護するため、暗号処理装置を実装する。この暗号処理において、ストレージコントローラ１３は、暗号化処理１６Ａ、復号化処理１６Ｂおよび認証コード処理１７を実行し、各ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、認証コード処理１８Ａ、１８Ｂおよび保存処理１９Ａ、１９Ｂを実行する。
暗号化処理１６Ａおよび復号化処理１６Ｂを実行するため、ストレージコントローラ１３には、暗号鍵（Ｄａｔａ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ｋｅｙ：以下、ＤＥＫとも言う）が割り当てられる。認証コード処理１７、１８Ａ、１８Ｂを実行するため、ストレージコントローラ１３および各ストレージノード１５Ａ、１５Ｂには、認証鍵（Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ Ｋｅｙ：以下、ＡＫとも言う）が割り当てられる。このとき、認証鍵は、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂごとに割り当ててもよいし、ボリュームＤ１〜Ｄ４ごとに割り当ててもよい。
暗号化処理１６Ａは、暗号鍵を用いてデータを暗号化した暗号化データを生成する。認証コード処理１７、１８Ａ、１８Ｂは、認証鍵を用いて暗号化データに基づいて認証コードを生成したり、その認証コードを検証したりする。復号化処理１６Ｂは、認証鍵の検証結果に基づいて、暗号化データを復号する。保存処理１９Ａ、１９Ｂは、認証鍵の検証結果に基づいて、暗号化データを保存する。
書み込み処理では、ストレージコントローラ１３は、例えば、論理ボリュームＬ１に対するデータ書き込み要求をホスト１１から受け取ると、そのデータの暗号化処理１６Ａを実行し、論理ボリュームＬ１に割り当てられた暗号鍵を用いて暗号化データを生成する。また、ストレージコントローラ１３は、認証コード処理１７を実行し、ストレージノード１５Ａに割り当てられた認証鍵を用いて、その暗号化データに基づいて認証コードを作成する。そして、ストレージコントローラ１３は、論理ボリュームＬ１に対応するボリュームＤ１を図２のマッピングテーブル２１から特定し、ボリュームＤ１に対してそれらの暗号化データと認証コードを通信ネットワーク１４を介してストレージノード１５Ａに送信し、ストレージノード１５Ａに書き込む。
ストレージノード１５Ａは、暗号化データと認証コードをストレージコントローラ１３から受信すると、認証コード処理１８Ａを実行し、その受信した認証コードを検証する。そして、ストレージノード１５Ａは、認証コードの検証に成功すると、保存処理１９Ａを実行し、暗号化データと認証コードをボリュームＤ１に格納する。
読み込み処理では、ストレージコントローラ１３は、例えば、論理ボリュームＬ１に対するデータ読み込み要求をホスト１１から受け取ると、論理ボリュームＬ１に対応するボリュームＤ１を図２のマッピングテーブル２１から特定し、ボリュームＤ１に対するデータ読み込み要求をストレージノード１５Ａに送信する。ストレージコントローラ１５Ａは、ボリュームＤ１に対するデータ読み込み要求を受け付けると、該当する暗号化データと認証コードをボリュームＤ１から取り出し、通信ネットワーク１４を介してストレージコントローラ１３に送信する。
ストレージコントローラ１３は、暗号化データと認証コードをストレージノード１５Ａから受信すると、認証コード処理１７を実行し、その受信した認証コードを検証する。そして、ストレージコントローラ１３は、認証コードの検証に成功すると、復号化処理１６Ｂを実行し、論理ボリュームＬ１に割り当てられた暗号鍵を用いて暗号化データを復号し、その復号データをホスト１１に応答する。
ここで、ストレージコントローラ１３から送信されるデータを暗号化することにより、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂに保存されたデータの秘匿性を確保することが可能となるとともに、暗号化データとともに送受信される認証コードを検証することにより、ＴＬＤなどの通信データ暗号化方式を実施することなく、データ通信時の改ざんおよび成りすましを確認することができる。このため、ストレージコントローラ１３とストレージノード１５Ａ、１５Ｂとの間で転送されるデータを保護するために、ストレージコントローラ１３およびストレージノード１５Ａ、１５Ｂにおいて、通信データ暗号化および通信データ復号化を実施する必要がなくなり、ストレージコントローラ１３およびストレージノード１５Ａ、１５Ｂの暗号処理にかかる負荷を低減することができる。
例えば、ストレージコントローラ１３は、ＩＥＥＥ ｐ１６１９で規定されるＡＥＳ−ＸＴＳ ２５６などの格納データ暗号化方式を用いてデータを暗号化した後、暗号化データに対してチェックサムを生成し、このチェックサムから、予めストレージノード１５Ａ、１５Ｂと共有している認証鍵を用いて認証コードを生成する。ストレージコントローラ１３は、この認証コードを暗号化データとともにストレージノード１５Ａ、１５Ｂに送信する。
認証コードと暗号化データを受信したストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、その暗号化データからチェックサムを生成し、予めストレージコントローラ１３と共有している認証鍵を用いて認証コードを生成し、ストレージコントローラ１３から受信した認証コードと一致するか検証する。ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、認証コードの検証に成功すると、送信元の認証と、受信したデータの完全性を確認することができる。データは、通信時に格納データ暗号化方式にて暗号化され、秘匿が守られる。
また、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、認証コードの検証に成功した場合のみデータを保存する。このため、データの格納時の秘匿と完全性も保証でき、外部の別のホストまたはストレージコントローラからの不正書き込みを拒否することができる。
図２は、図１のストレージコントローラで用いられるマッピングテーブルの一例を示す図である。
図２において、マッピングテーブル２１は、図１のストレージコントローラ１３のボリュームとストレージノード１５Ａ、１５Ｂのボリュームとの対応関係を示す。
マッピングテーブル２１は、♯と、Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ＃と、Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｄｅｖ＃と、Ｓｔｏｒａｇｅ Ｎｏｄｅ＃と、Ｓｔｏｒａｇｅ Ｎｏｄｅ Ｄｅｖ＃のエントリを格納する。♯は、エントリ番号を示す。Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ＃は、ストレージコントローラの識別情報を示す。Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｄｅｖ＃は、ストレージコントローラが提供する論理ボリュームの識別情報を示す。Ｓｔｏｒａｇｅ Ｎｏｄｅ＃は、ストレージノードの識別情報を示す。Ｓｔｏｒａｇｅ Ｎｏｄｅ Ｄｅｖ＃は、ストレージノードが提供するボリュームの識別情報を示す。
図２のマッピングテーブル２１では、図１のストレージコントローラ１３にＳｔｏｒａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ＃＝１が付与され、論理ボリュームＬ１〜Ｌ４にＳｔｏｒａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｄｅｖ＃＝１〜４がそれぞれ付与され、ストレージノード１５Ａ、１５ＢにＳｔｏｒａｇｅ Ｎｏｄｅ＃＝１、２がそれぞれ付与され、ストレージノード１５ＡのボリュームＤ１、Ｄ２にＳｔｏｒａｇｅ Ｎｏｄｅ Ｄｅｖ＃＝１、２がそれぞれ付与され、ストレージノード１５ＢのボリュームＤ３、Ｄ４にＳｔｏｒａｇｅ Ｎｏｄｅ Ｄｅｖ＃＝１、２がそれぞれ付与されている例を示す。
このとき、ストレージコントローラ１３は、マッピングテーブル２１を参照することにより、ストレージコントローラ１３の論理ボリュームＬ１、Ｌ２がそれぞれストレージノード１５ＡのボリュームＤ１、Ｄ２にマッピングされ、ストレージコントローラ１３の論理ボリュームＬ３、Ｌ４がそれぞれストレージノード１５ＢのボリュームＤ３、Ｄ４にマッピングされていると判断することができる。このため、ストレージコントローラ１３は、例えば、ホスト１１から読み書き対象として論理ボリュームＬ１が指定されると、マッピングテーブル２１を参照することにより、実際にはストレージコントローラ１３のボリュームＤ１に対してデータを読み書きすることができる。
図３は、図１のストレージコントローラで用いられる暗号鍵管理テーブルの一例を示す図である。
図３において、暗号鍵管理テーブル２２は、暗号化データの生成に用いられる暗号鍵を管理する。
暗号鍵管理テーブル２２は、♯と、Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｄｅｖ＃と、ＤＥＫのエントリを格納する。♯は、エントリ番号を示す。Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｄｅｖ＃は、ストレージコントローラが提供する論理ボリュームの識別情報を示す。ＤＥＫは、暗号鍵の識別情報を示す。
図３の暗号鍵管理テーブル２２では、図１の論理ボリュームＬ１〜Ｌ４にＳｔｏｒａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｄｅｖ＃＝１〜４がそれぞれ付与され、論理ボリュームＬ１〜Ｌ４に暗号鍵ＤＥＫ１〜ＤＥＫ４がそれぞれ割り当てられている例を示す。
このとき、ストレージコントローラ１３は、暗号鍵管理テーブル２２を参照することにより、論理ボリュームＬ１〜Ｌ４ごとに異なる暗号鍵を生成することができる。なお、ストレージコントローラ１３は、初期設定時または構成変更等のタイミングで暗号鍵を生成してもよいし、外部の鍵管理サーバ（Ｋｅｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｓｅｒｖｅｒ：以下、ＫＭＳとも言う）に暗号鍵を生成させ、鍵管理サーバから暗号鍵を受領してもよい。
図４は、図１のストレージコントローラで用いられる認証鍵対応関係テーブルの一例を示す図である。
図４において、認証鍵対応関係テーブル２３は、認証コードの生成に用いられる認証鍵を管理する。図４では、ストレージノード単位に認証鍵を割り当てる例を示した。
認証鍵対応関係テーブル２３は、♯と、Ｓｔｏｒａｇｅ Ｎｏｄｅ＃と、Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ Ｋｅｙのエントリを格納する。♯は、エントリ番号を示す。Ｓｔｏｒａｇｅ Ｎｏｄｅ＃は、ストレージノードの識別情報を示す。Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ Ｋｅｙは、認証鍵の識別情報を示す。
ストレージコントローラが複数から構成され、互いに冗長構成をとる場合は、これらのストレージコントローラ同士で認証鍵を共有する。このとき、認証鍵を共有するストレージコントローラ群が、ストレージノードにデータを書き込むことができる。ストレージノードは、自分が利用する認証鍵を各々管理する。
認証鍵は、手動で管理ＵＩ（Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）から、ストレージコントローラ１３およびストレージノード１５Ａ、１５Ｂに設定してもよいし、手動で設定したシークレットキーから派生させてもよいし、Ｄｉｆｆｉｅ Ｈｅｌｌｍａｎのような鍵共有アルゴリズムで共有してもよい。
また、外部のＫＭＳに認証鍵を作成させ、ストレージコントローラ１３およびストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、ＫＭＳから必要な認証鍵を受領してもよい。その際、その対応関係に属するストレージコントローラ１３またはストレージノード１５Ａ、１５Ｂでなければ対応する認証鍵が入手できないよう、ＫＭＩＰ（Ｋｅｙ Ｍａｎａｇｅｍｅｎｔ Ｉｎｔｅｒｏｐｅｒａｂｉｌｉｔｙ Ｐｒｏｔｏｃｏｌ）プロトコルなどの規定に準じてアクセス制御を施す。
例えば、ストレージコントローラ１３は、ＫＭＳに必要数の認証鍵の作成を指示し、ＫＭＳから認証鍵とともに認証鍵のＵＵＩＤを取得するとともに、ストレージコントローラ１３とストレージノード１５Ａ、１５Ｂ間でＴＬＳなどで保護された管理インタフェイスを経由し、該当する認証鍵のＵＵＩＤをストレージノード１５Ａ、１５Ｂに提供する。そして、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、ＴＬＳ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ）などで保護されたＫＭＳとの間の通信を通じて、ＵＵＩＤ（Ｕｎｉｖｅｒｓａｌｌｙ Ｕｎｉｑｕｅ Ｉｄｅｎｔｉｆｉｅｒ）を指定して認証鍵を取得する。これにより、ストレージコントローラ１３とストレージノード１５Ａ、１５Ｂで認証鍵を共有することができる。
ストレージコントローラ１３は、認証鍵対応関係テーブル２３を参照することにより、ストレージノード１５Ａの論理ボリュームＬ１、Ｌ２に書き込まれたデータの認証鍵がＡＫ１あることを判定し、ＡＫ１で認証コードを作成し、ストレージノード１５ＡのボリュームＤ１、Ｄ２に書き込みを実施し、ストレージノード１５Ａは、予め保持するＡＫ１を用いて認証コードを検証し、認証コードの検証に成功したら、論理ボリュームＬ１、Ｌ２に書き込まれたデータをボリュームＤ１、Ｄ２にそれぞれ保存することができる。
なお、認証鍵を割り当てる単位は、図４に示すように、必ずしもストレージノード１５Ａ、１５Ｂ単位である必要はなく、様々な単位で設定できる。例えば、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂのデバイス単位に設定することもできる。
図５は、図１のストレージコントローラで用いられる認証鍵対応関係テーブルのその他の例を示す図である。図５では、ストレージノードのデバイス単位に認証鍵を割り当てる例を示した。
図５において、認証鍵対応関係テーブル２４は、♯と、Ｓｔｏｒａｇｅ Ｎｏｄｅ＃と、Ｓｔｏｒａｇｅ Ｎｏｄｅ Ｄｅｖ＃と、Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ Ｋｅｙのエントリを格納する。♯は、エントリ番号を示す。Ｓｔｏｒａｇｅ Ｎｏｄｅ＃は、ストレージノードの識別情報を示す。Ｓｔｏｒａｇｅ Ｎｏｄｅ Ｄｅｖ＃は、ストレージノードが提供するボリュームの識別情報を示す。Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ Ｋｅｙは、認証鍵の識別情報を示す。
ストレージコントローラ１３は、認証鍵対応関係テーブル２４を参照することにより、ストレージノード１５Ａの論理ボリュームＬ１に書き込まれたデータの認証鍵がＡＫ１あることを判定し、ＡＫ１で認証コードを作成し、ストレージノード１５ＡのボリュームＤ１に書き込みを実施し、ストレージノード１５Ａは、予め保持し、ボリュームＤ１に割り当てられているＡＫ１を用いて認証コードを検証し、認証コードの検証に成功したら、論理ボリュームＬ１に書き込まれたデータをボリュームＤ１に保存することができる。
図６は、図１のストレージコントローラで用いられる認証コードテーブルの一例を示す図である。
図６において、認証コードテーブル２５は、各データに関する最新の認証コードを管理する。
認証コードテーブル２５は、♯と、Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｄｅｖ＃と、Ｓｔｏｒａｇｅ Ｎｏｄｅ＃と、Ｓｔｏｒａｇｅ Ｎｏｄｅ Ｄｅｖ＃と、認証コードＬＢＡ１〜ＬＢＡ４・・のエントリを格納する。♯は、エントリ番号を示す。Ｓｔｏｒａｇｅ Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ Ｄｅｖ＃は、ストレージコントローラが提供する論理ボリュームの識別情報を示す。Ｓｔｏｒａｇｅ Ｎｏｄｅ＃は、ストレージノードの識別情報を示す。Ｓｔｏｒａｇｅ Ｎｏｄｅ Ｄｅｖ＃は、ストレージノードが提供するボリュームの識別情報を示す。認証コードＬＢＡ１〜ＬＢＡ４・・は、各データに関する最新の認証コードのＬＢＡ（Ｌｏｇｉｃａｌ Ｂｌｏｃｋ Ａｄｄｒｅｓｓｉｎｇ）を示す。
ストレージコントローラ１３は、認証コードテーブル２５を保持することで、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂから読み出したデータが最新であることを確認することができ、ストレージコントローラ１３でデータ読み出し時に認証コードを作り直さなくても、ここの認証コードに登録される認証コードと比較することにより、繰り返し攻撃からデータを保護することができる。なお、複数のストレージコントローラが冗長構成をとる場合は、認証コードテーブル２５の情報もストレージコントローラ間で共有される。
図７は、図１のストレージコントローラの書き込み処理を示すフローチャートである。
図７において、ストレージコントローラ１３は、ホスト１１からデータの書き込みを受け付けると（Ｃ１１）、ストレージコントローラ１３に割り当てられた暗号鍵を用いてデータを暗号化する（Ｃ１２）。
次に、ストレージコントローラ１３と各ストレージノード１５Ａ、１５Ｂとで共有する認証鍵を用いて認証コードを作成し（Ｃ１３）、これらの暗号化データと認証コードをストレージノード１５Ａ、１５Ｂに書き込む（Ｃ１４）。データ暗号化は、例えば、ＩＥＥＥ ｐ１６１９で規定されるＡＥＳ−ＸＴＳ ２５６などの方式により実施する。認証コードには、暗号化データの書き込み元が、このストレージコントローラ１３であることが検証できる情報が含まれる。
図８は、図１のストレージノードの書き込み処理を示すフローチャートである。
図８において、各ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、暗号化データと認証コードの書き込みをストレージコントローラ１３から受け付けると（Ｎ１１）、認証コードの検証を行う（Ｎ１２）。
この認証コードの検証では、各ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、ストレージコントローラ１３と共有する認証鍵を用いて、ストレージコントローラ１３から受信した暗号化データに基づいて認証コードを生成する。そして、各ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、ストレージコントローラ１３から受信した認証コードと、各ストレージノード１５Ａ、１５Ｂで生成した認証コードが一致するかどうか確認する。
各ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、認証コードの検証の結果、認証コードに含まれる情報から適切な書き込み元であることが検証できない場合は検証に失敗し（Ｎ１３のＮｏ）、書き込み処理に失敗し（Ｎ１４）、その暗号化データは保存しない。各ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、認証コードの検証の結果、正しい書き込み元であることの検証に成功したら（Ｎ１３のＹｅｓ）、暗号化データと認証コードを保存する（Ｎ１５）。
図９は、図１のストレージコントローラの読み込み処理を示すフローチャートである。
図９において、ストレージコントローラ１３は、ホスト１１からの読み込み要求を受け付けると（Ｃ２１）、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂから暗号化データと認証コードを読み込み（Ｃ２２）、認証コードを検証する（Ｃ２３）。
この認証コードの検証では、ストレージコントローラ１３は、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂと共有する認証鍵を用いて、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂから受信した暗号化データに基づいて認証コードを生成する。そして、ストレージコントローラ１３は、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂから受信した認証コードと、ストレージコントローラ１３で生成した認証コードが一致するかどうか確認する。
ストレージコントローラ１３は、認証コードの検証に失敗した場合は（Ｃ２４のＮｏ）、読み込み処理は失敗する（Ｃ２５）。ストレージコントローラ１３は、認証コードの検証に成功すると（Ｃ２４のＹｅｓ）、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂから受信した暗号化データを復号化し（Ｃ２６）、ホスト１１に応答する（Ｃ２７）。
図１０は、図１のストレージノードの読み込み処理を示すフローチャートである。
図１０において、各ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、暗号化データと認証コードの読み込みをストレージコントローラ１３から要求されると（Ｎ２１）、暗号化データと認証コードをストレージコントローラ１３に応答する（Ｎ２２）。
ここで、データを暗号化することにより、ストレージコントローラ１３とストレージノード１５Ａ、１５Ｂとの間のデータ通信時にデータを保護することができる。また、ストレージノードド１５Ａ、１５Ｂ内に格納されているデータは暗号化されているため、不正な読み出しによる漏洩も防ぐことができる。
認証コードを付与することにより、正しいストレージコントローラ１３以外からのストレージノード１５Ａ、１５Ｂへの書き込みを防ぐことができる。そのため、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂ内に格納されるデータの不正な破壊も防ぐことができる。さらに、ストレージコントローラ１３がストレージノード１５Ａ、１５Ｂから読み込むデータが改ざんされたデータではないことを確認することができる。
この結果、ストレージコントローラ１３とストレージノード１５Ａ、１５Ｂとの間のデータ通信において、ＦＣ−ＳＰ２およびＴＬＳなどで代表される通信データ暗号化によりデータを暗号化することなく、送信元の成りすましおよびデータの改ざんからデータを保護することができ、暗号処理にかかる負荷を軽減することができる。
図１１は、図１のストレージコントローラとストレージノードとの間でやりとりされる情報の一例を示す図である。
図１１において、ストレージコントローラ１３と各ストレージノード１５Ａ、１５Ｂとの間では、例えば、５１２バイト単位の暗号化データと、２バイトの認証コードと、６バイトのシーケンス番号とを同時に送受信することができる。シーケンス番号は、暗号化データの送信の通し番号である。
このとき、各ストレージノード１５Ａ、１５Ｂ内のデバイスには、これらのデータを連結した状態で保存してもよいし、認証コードとシーケンス番号をＬＢＡに対応付けて、別領域に保存するようにしてもよい。
それぞれのデバイスに、暗号化データ、認証コードおよびシーケンス番号を連結するなどして格納する場合、各データをそれぞれのデバイスに格納するようにしてもよい。暗号化データを保存する専用デバイスと、認証コードおよびシーケンス番号などのメタ情報を格納するデバイスに分けて格納するようにしてもよい。
図１２は、第２実施形態に係るストレージコントローラの書き込み処理を示すフローチャートである。図１２では、図７の処理の詳細処理の一例を示す。
図１２において、ストレージコントローラ１３は、ホスト１１からデータの書き込みを受け付けると（Ｃ３１）、どのストレージノードのどのアドレスに書き込みするかを書き込みアドレスから判定する（Ｃ３２）。ストレージコントローラ１３は、図２のマッピング情報に基づいて、この判定処理を行うことができる。
例えば、図１の構成では、ストレージコントローラ１３がホスト１１に開示している論理デバイス１つと、この論理デバイスに書き込まれたデータを書き込むストレージノード１５Ａ、１５Ｂ上のデバイス１つが１対１で対応付けられている。このため、ストレージコントローラ１３は、図２のマッピングテーブル２１を参照することにより、書き込むストレージノード１５Ａ、１５Ｂとデバイスを判定することができる。ストレージコントローラ１３は、ホスト１１から書き込みを指示されたＬＢＡを用い、そのストレージノード１５Ａ、１５ＢのデバイスのＬＢＡに書き込みを行う。
次に、ストレージコントローラ１３は、書き込み要求されたデータを処理するＤＥＫとＡＫを取得する（Ｃ３３）。ストレージコントローラ１３は、図３または図４の情報を管理することでＤＥＫとＡＫを取得可能である。
次に、ストレージコントローラ１３は、ＤＥＫを用いてデータを暗号化する（Ｃ３４）。ここでは、ＡＥＳ−ＸＴＳを利用してデータを暗号化する例を示している。ＡＥＳ−ＸＴＳでは、ＬＢＡを入力値として使うため、同じデータであってもアドレスが異なれば、異なる暗号化データが生成される。
次に、ストレージコントローラ１３は、シーケンス番号を１だけ繰り上げる（Ｃ３５）。シーケンス番号は、繰り返し攻撃を防ぐために用いられる。シーケンス番号は、ストレージコントローラ単位でインクリメントする方法、ストレージコントローラの論理デバイスとストレージノードのデバイスの対の単位でインクリメントする方法など、いくつかの単位で設定する方法があるが、ここでは特記しない場合、ストレージコントローラの論理デバイスとストレージノードのデバイスの対の単位でインクリメントする方法を想定する。
なお、シーケンス番号の代わりに乱数を毎回生成してもよいし、長期に渡る一意性を保証するために、時刻などの情報とシーケンス番号の組み合わせをシーケンス番号の代わりに利用してもよい。
次に、暗号化データとシーケンス番号を連結したデータを作成し、ＡＫを鍵とし、その連結したデータをメッセージとしてＨＭＡＣ（Ｈａｓｈ ｂａｓｅｄ Ｍｅｓｓａｇｅ Ａｕｔｈｅｎｔｉｃａｔｉｏｎ Ｃｏｄｅ）処理を行う（Ｃ３６）。このとき、このメッセージの先頭２バイトを認証コードとして利用することができる。
次に、ストレージコントローラ１３は、この認証コードをＬＢＡと対応付けてストレージコントローラ１３内に保存する（Ｃ３７）。このとき、該当するＬＢＡの最新の認証コードが図６の認証コードテーブル２５に上書きされる。
次に、ストレージコントローラ１３は、認証コードおよび平文のシーケンス番号とともに、暗号化データをストレージノード１５Ａ、１５Ｂに書き込む（Ｃ３８）。
図１３は、第２実施形態に係るストレージコントローラの読み込み処理を示すフローチャートである。図１３では、図９の処理の詳細処理の一例を示す。
図１３において、ストレージコントローラ１３は、ホスト１１からＬＢＡとともにデータ読み込み要求を受け付けると（Ｃ４１）、該当するストレージノード１５Ａ、１５ＢのＬＢＡから、暗号化データと、その暗号化データに関連付けられた認証コードおよびシーケンス番号を読み込み（Ｃ４２）、該当するデータを処理するＤＥＫおよびＡＫを取得する（Ｃ４３）。
次に、ストレージコントローラ１３は、図９のＣ２３の認証コードの検証として、２つの検証を行う。１つ目は、ストレージコントローラ１３は、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂから読み込んだ認証コードが、図６の該当するＬＢＡに保持している認証コードと一致しているかを確認する（Ｃ４４）。これにより、過去に正しくストレージコントローラ１３がストレージノード１５Ａ、１５Ｂに書き込んだデータであっても、最新でないデータの読み込みを防止することができる。
ストレージコントローラ１３は、認証コードが一致しない場合は（Ｃ４５のＮｏ）、本データの読み込み処理を失敗で終了する（Ｃ４６）。ストレージコントローラ１３は、認証コードが一致すれば（Ｃ４５のＹｅｓ）、２つ目の検証として、図１２の処理で認証コードを生成したのと同じ方法で認証コードを生成し、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂから取得した認証コードと比較する（Ｃ４７）。ストレージコントローラ１３は、これらの認証コードが一致しない場合は（Ｃ４８のＮｏ）、本データの読み込み処理を失敗で終了する（Ｃ４６）。ストレージコントローラ１３は、これらの認証コードが一致すれば（Ｃ４８のＹｅｓ）、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂから受信した暗号化データを復号化し（Ｃ４９）、ホスト１１に応答する（Ｃ５０）。
図１４は、第２実施形態に係るストレージノードの書き込み処理を示すフローチャートである。図１４では、図８の処理の詳細処理の一例を示す。
図１４において、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、認証コードおよび平文のシーケンス番号とともに、暗号化データをストレージコントローラ１３から受信すると（Ｎ３１）、シーケンス番号が過去に利用されたものでないか確認する（Ｎ３２）。ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、シーケンス番号が過去に利用済みかどうかを判定するために、過去に受信したシーケンス番号を記憶する。シーケンス番号が過去に利用済みの番号であれば（Ｎ３３のＹｅｓ）、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、本データの書き込み処理を失敗で終了する（Ｎ３８）。
一方、シーケンス番号が過去に利用済みではない場合（Ｎ３３のＮｏ）、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、図５の認証鍵対応関係テーブル２４を参照し、Ｎ３１で受信したデータを処理するＡＫを取得する（Ｎ３４）。
次に、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、暗号化データとシーケンス番号から、図１２のＣ３６の処理と同じ方式によりデータを連結し、ＡＫを鍵としてＨＭＡＣ処理を行う（Ｎ３５）。そして、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、ＨＭＡＣ処理で生成した先頭２バイトの情報を、ストレージコントローラ１３から受信した認証コードと比較する（Ｎ３６）。ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、これらの認証コードが一致しない場合（Ｎ３７のＮｏ）、本データの書き込み処理を失敗で終了する（Ｎ３８）。ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、これらの認証コードが一致すれば（Ｎ３７のＹｅｓ）、暗号化データを指定アドレスに保存し、認証コードとシーケンス番号を予め規定されたアドレスに保存する（Ｎ３９）。
図１５は、シーケンス番号が過去に利用されたものでないかの確認方法を示す図である。
図１５において、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、シーケンス番号が過去に利用済みかどうかを判定するため、受領済シーケンス番号リスト１３１〜１３３を管理する。
受領済シーケンス番号リスト１３１は、受領したデータに含まれるシーケンス番号が、未受領と判断された場合に、昇順に追加されていく状態を示す。この例では、直近のシーケンス番号１０１〜１０３を登録したところを示す。各受領済シーケンス番号リスト１３１〜１３３の最後には、ＮＵＬＬが記載される。このＮＵＬＬは、各受領済シーケンス番号リスト１３１〜１３３の最後の判定に用いられる。
このとき、これら３つのシーケンス番号１０１〜１０３は連続するため、過去に利用されたものであるかどうかを示すために、シーケンス番号１０３のみを残し、シーケンス番号１０１、１０２は削除してよい。ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、シーケンス番号１０３の情報から、シーケンス番号１０３以下のシーケンス番号は受領済と確認することができる。
通信が欠落せず、送信側が発行した順番通りに受信側が受信する場合は、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、最後のシーケンス番号を保持するだけで、過去に利用されたシーケンス番号であるか判断可能である。
受領シーケンス番号リスト１３２は、１００番までのシーケンス番号を受領した後、シーケンス番号１０１〜１０３、１０５、１１０を受領した状態を示す。この際、シーケンス番号１０１〜１０３は連番のため、シーケンス番号１０１、１０２は受領シーケンス番号リスト１３２から削除することができ、シーケンス番号１０３、１０５、１１０のみを受領シーケンス番号リスト１３３に保持すればよい。新たに受領したシーケンス番号は、先頭の１０３以下であるか、それ以外のシーケンス番号（ここでは１０５、１１０）に一致している場合、受領済と判断され、そうでないものは未受領と判断される。
処理を一定時間継続すると、受領シーケンス番号が桁溢れし、０からシーケンス番号を振りなおす必要がある場合がある。このようなケースで過去のシーケンス番号が不正に利用されないよう、十分長い桁を使うなどを工夫するのは一般的なシーケンス番号の利用と同様である。また、一定時間継続すると、受領シーケンス番号を格納するメモリに収まらなくなる可能性がある。この場合、受領シーケンス番号を一部破棄し、破棄した最大のシーケンス番号以下のシーケンス番号を受領済と判定し、受け付けないなどの処理が必要となる。
なお、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、ストレージコントローラ１３から受信した暗号化データを書き込む際、暗号化データと、認証コードと、シーケンス番号を別メッセージで書き込んでもよい。例えば、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、認証コードとシーケンス番号が５１２バイトの倍数になるまで書き込みを待ち、５１２バイトの倍数になったらまとめて書き込むようにしてもよい。
その場合、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂが書き込みデータを検証して書き込むのは、該当する暗号化データの認証コードとシーケンス番号を受信した以降になる。このとき、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、あらかじめ定められた一定時間、認証コードとシーケンス番号を受信できない場合に、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂがこれ以上処理を継続しないことを示す信号をストレージコントローラ１３に応答し、ストレージコントローラ１３がこの信号を受信すると、それ以上書き込みを継続しないことで、データが損失することを防ぐことができる。
図１６は、第２実施形態に係るストレージノードの読み込み処理を示すフローチャートである。図１６では、図１０の処理の詳細処理の一例を示す。
図１６において、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、ストレージコントローラ１３から認証コードおよびシーケンス番号とともに、暗号化データの読み込みの要求を受け付けると（Ｎ４１）、認証コード、シーケンス番号および暗号化データをストレージコントローラ１３に応答する（Ｎ４２）。
なお、図１６の例では、ストレージコントローラ１３から認証コードおよびシーケンス番号とともに、暗号化データの読み込みの要求を受け付ける例を示したが、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、暗号化データと、この暗号化データに対応する認証コードおよびシーケンス番号を対応付けて管理し、ストレージコントローラ１３が暗号化データの読み込みのみを要求した際に、認証コードおよびシーケンス番号を暗号化データとともにストレージコントローラ１３に応答するようにしてもよい。
図１３のストレージコントローラの読み込み処理では、図９のＣ２３の認証コードの検証として、２つの検証を行う方法について説明した。しかし、図１２のストレージコントローラの書き込み処理で、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂ上のデータを不正に破壊および改ざんすることを防ぐことができているという前提があり、データ読み取りの際は、上位アプリケーションがデータの破壊・改ざんを検出することができ、再読み込みなどができる場合がある。このような場合には、図１３の２つの検証の一部またはすべてを省略するようにしてもよい。
図１７は、第３実施形態に係るストレージコントローラの読み込み処理を示すフローチャートである。なお、図１７では、図１３の２つの検証の両方を省略した例を示す。
図１７において、ストレージコントローラ１３は、ホスト１１からの読み込み要求を受け付けると（Ｃ６１）、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂから暗号化データを読み込む（Ｃ６２）。
次に、ストレージコントローラ１３は、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂから受信した暗号化データを処理するＤＥＫを取得し（Ｃ６３）、そのＤＥＫを用いて暗号化データを復号化し（Ｃ６４）、ホスト１１に応答する（Ｃ６５）。
図１８は、第４実施形態に係るストレージコントローラの読み込み処理を示すフローチャートである。なお、図１８では、図１３の２つの検証のうち２つ目を省略した例を示す。
図１８において、ストレージコントローラ１３は、ホスト１１からデータ読み込み要求を受け付けると（Ｃ７１）、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂから、暗号化データと、その暗号化データに関連付けられた認証コードを読み込み（Ｃ７２）、該当するデータを処理するＤＥＫを取得する（Ｃ７３）。
次に、ストレージコントローラ１３は、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂから読み込んだ認証コードが、ストレージコントローラ１３が保持している認証コードと一致しているかを確認する（Ｃ７４）。
ストレージコントローラ１３は、これらの認証コードが一致しない場合は（Ｃ７５のＮｏ）、本データの読み込み処理を失敗で終了する（Ｃ７６）。ストレージコントローラ１３は、認証コードが一致すれば（Ｃ７５のＹｅｓ）、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂから受信した暗号化データを復号化し（Ｃ７７）、ホスト１１に応答する（Ｃ７８）。
図１９は、第５実施形態に係るストレージコントローラの読み込み処理を示すフローチャートである。なお、図１９では、図１３の２つの検証のうち１つ目を省略した例を示す。
図１９において、ストレージコントローラ１３は、ホスト１１からデータ読み込み要求を受け付けると（Ｃ８１）、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂから、暗号化データと、その暗号化データに関連付けられた認証コードおよびシーケンス番号を読み込み（Ｃ８２）、該当するデータを処理するＤＥＫおよびＡＫを取得する（Ｃ８３）。
次に、ストレージコントローラ１３は、図１２の処理で認証コードを生成したのと同じ方法で認証コードを生成し、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂから取得した認証コードと比較する（Ｃ８４）。ストレージコントローラ１３は、これらの認証コードが一致しない場合は（Ｃ８５のＮｏ）、本データの読み込み処理を失敗で終了する（Ｃ８６）。ストレージコントローラ１３は、これらの認証コードが一致すれば（Ｃ８５のＹｅｓ）、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂから受信した暗号化データを復号化し（Ｃ８７）、ホスト１１に応答する（Ｃ８８）。
図１３の読み込み処理では、ストレージコントローラ１３は、認証コードをストレージコントローラ１３内に保持し、読み込み時に認証コードを比較することで最新のデータであることを検証し、過去のデータを用いた繰り返し攻撃を防いでいる。
過去のデータを用いた繰り返し攻撃を防ぐために、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂで生成したシーケンス番号を用いて、図１２の方法と同様の方式で新しい認証コードを生成し、この新しい認証コードをストレージコントローラ１３が検証するようにしてもよい。
図２０は、第６実施形態に係るストレージノードの読み込み処理を示すフローチャートである。なお、図１２では、ストレージコントローラがシーケンス番号を管理する方法を示したが、図２０では、ストレージノードがシーケンス番号を管理する方法を示す。
図２０において、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、ストレージコントローラ１３から、認証コードおよびシーケンス番号とともに、暗号化データの読み込みを受け付ける（Ｎ５１）。次に、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、シーケンス番号を１だけ繰り上げる（Ｎ５２）。
次に、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、ＡＫを鍵とし、暗号化データとシーケンス番号を連結したデータをメッセージとしてＨＭＡＣ処理を行う（Ｎ５３）。次に、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、このメッセージの先頭２バイトを認証コードとして利用し、この認証コードを書き込みアドレスと対応付けてストレージノード１５Ａ、１５Ｂ内に保存する（Ｎ５４）。
次に、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂは、認証コードおよびシーケンス番号とともに、暗号化データをストレージコントローラ１３に応答する（Ｎ５５）。
図２１は、第６実施形態に係るストレージコントローラの読み込み処理を示すフローチャートである。なお、図１３では、ストレージコントローラがシーケンス番号を管理する方法を示したが、図２１では、ストレージノードがシーケンス番号を管理する方法を示す。
図２１において、ストレージコントローラ１３は、ホスト１１からデータ読み込み要求を受け付けると（Ｃ９１）、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂから、認証コードおよびシーケンス番号とともに、暗号化データを読み込む（Ｃ９２）。
次に、ストレージコントローラ１３は、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂから読み込んだシーケンス番号が、過去に利用されたシーケンス番号と一致しているかを確認する（Ｃ９３）。ストレージコントローラ１３は、シーケンス番号が過去に利用済みかどうかを判定するために、過去に受信したシーケンス番号を記憶する。
ストレージコントローラ１３は、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂから読み込んだシーケンス番号が利用済みの場合は（Ｃ９４のＹｅｓ）、本データの読み込み処理を失敗で終了する（Ｃ９８）。ストレージコントローラ１３は、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂから読み込んだシーケンス番号が利用済みでない場合は（Ｃ９４のＮｏ）、、該当するデータを処理するＤＥＫおよびＡＫを取得する（Ｃ９５）。
次に、ストレージコントローラ１３は、暗号化データとシーケンス番号から、図１２のＣ３６の処理と同じ方式によりデータを連結し、ＡＫを鍵としてＨＭＡＣ処理を行う。そして、ストレージコントローラ１３は、ＨＭＡＣ処理で生成した先頭２バイトの情報を、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂから受信した認証コードと比較する（Ｎ９６）。
ストレージコントローラ１３は、これらの認証コードが一致しない場合は（Ｃ９７のＮｏ）、本データの読み込み処理を失敗で終了する（Ｃ９８）。ストレージコントローラ１３は、これらの認証コードが一致すれば（Ｃ９７のＹｅｓ）、ストレージノード１５Ａ、１５Ｂから受信した暗号化データを復号化し（Ｃ９９）、ホスト１１に応答する（Ｃ１００）。
図２２は、第７実施形態に係る暗号処理装置が適用されるストレージコントローラおよびストレージノードの構成を示すブロック図である。
図２２において、このストレージシステムでは、図１のストレージコントローラ１３の代わりにストレージコントローラ３３が設けられている。
ストレージコントローラ３３は、論理ボリュームＬ１〜Ｌ３をプールＰ１を介して管理し、そのプールＰ１のデータ領域の単位が、１つ以上のストレージノード１５Ａ、１５Ｂの複数のボリュームＤ１〜Ｄ４に分散配置されている。このとき、ストレージコントローラ３３は、ボリュームＤ１〜Ｄ４に対してプールボリュームＶ１〜Ｖ４をそれぞれ生成し、プールボリュームＶ１〜Ｖ４をプールＰ１に一元化する。そして、ストレージコントローラ３３は、プールＰ１から論理ボリュームＬ１〜Ｌ４を切り出し、ホスト１１に提供する。
ストレージコントローラ３３は、プールＰ１を介して論理ボリュームＬ１〜Ｌ３を管理する方法以外は、ストレージコントローラ１３と同様の暗号化処理１６Ａ、復号化処理１６Ｂおよび認証コード処理１７を実行する。
図２３は、第８実施形態に係る暗号処理装置が適用されるストレージコントローラおよびストレージノードの構成を示すブロック図である。
図２３において、複数のストレージコントローラ１３Ａ〜１３Ｃ・・が、ネットワーク１４を介して複数のストレージノード１５Ａ〜１５Ｃ・・に接続されている。各ストレージコントローラ１３Ａ〜１３Ｃ・・は、図１のストレージコントローラ１３と同様の暗号化処理１６Ａ、復号化処理１６Ｂおよび認証コード処理１７を実行する。
図２４は、第９実施形態に係る暗号処理装置が適用されるホストおよびストレージノードの構成を示すブロック図である。
図２４において、複数のホスト１１Ａ〜１１Ｃ・・が、ネットワーク１２を介して複数のストレージノード１５Ａ〜１５Ｃ・・に接続されている。各ホスト１１Ａ〜１１Ｃ・・は、図１のホスト１１と同様の処理を実行するとともに、ストレージコントローラ１３と同様の機能を実装し、これらと同様の処理を実行する。
これにより、各ホスト１１Ａ〜１１Ｃ・・が、ストレージコントローラを介在させることなく、ストレージノード１５Ａ〜１５Ｃ・・に対してデータの読み書きを実施する場合においても、暗号処理にかかる負荷を低減しつつ、データの格納および通信の安全性を確保することができる。
図２５は、第１０実施形態に係る暗号処理装置が適用されるストレージコントローラおよびストレージノードの構成を示すブロック図である。
図２５において、ホスト１１は、ネットワーク１２を介して複数のストレージコントローラ１３Ａ〜１３Ｃ・・に接続され、複数のストレージコントローラ１３Ａ〜１３Ｃ・・は、ネットワーク１４Ｂを介して複数のストレージノード１５Ａ〜１５Ｃ・・に接続されている。
また、複数のストレージコントローラ１３Ａ〜１３Ｃ・・および複数のストレージノード１５Ａ〜１５Ｃ・・は、ネットワーク１４Ａを介して管理インタフェイス１９およびＫＭＳ２０に接続されている。
ＫＭＳ２０は、ＤＥＫおよびＡＫを管理し、ネットワーク１４Ａを介し、ＤＥＫをストレージコントローラ１３Ａ〜１３Ｃ・・に提供したり、ＡＫをストレージコントローラ１３Ａ〜１３Ｃ・・およびストレージノード１５Ａ〜１５Ｃ・・に提供したりする。ＫＭＳ２０と各ストレージコントローラ１３Ａ〜１３Ｃ・・間およびＫＭＳ２０と各ストレージノード１５Ａ〜１５Ｃ・・間は、ＴＬＳなどの通信セキュリティ技術を活用したＫＭＩＰプロトコル等により接続される。ＫＭＳ２０は、ストレージコントローラ１３Ａ〜１３Ｃ・・とストレージノード１５Ａ〜１５Ｃ・・間のネットワーク１４Ａ上に接続されていてもよいし、データネットワークとは別のネットワークで接続されていてもよい。
管理インタフェイス１９は、ＧＵＩ（Ｇｒａｐｈｉｃａｌ Ｕｓｅｒ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）またはＣＬＩ（Ｃｏｍｍａｎｄ Ｌｉｎｅ Ｉｎｔｅｒｆａｃｅ）をユーザに提供し、ＤＥＫおよびＡＫの割り当てなどを管理する。管理インタフェイス１９での不正を防止するため、管理インタフェイス１９もＴＬＳなどの通信セキュリティで保護されたネットワークから、ボリュームの削除などの管理処理を実行する。
上述した実施形態では、ストレージコントローラ１３は、認証コード処理１８Ａ、１８Ｂを実装するストレージノード１５Ａ、１５Ｂにデータの読み書きを実施する方法について説明したが、単機能のストレージにデータを読み書きする場合においても、データ漏洩を防止し、データ改ざんを検知することができる。
図２６は、第１１実施形態に係る暗号処理装置が適用されるストレージコントローラおよびストレージの構成を示すブロック図である。
図２６において、図１のストレージノード１５Ａ、１５Ｂの代わりにクラウド３１がネットワーク１４に接続されている。クラウド３１は、ボリュームＤ１１〜Ｄ１４をストレージコントローラ１３に提供する。
ストレージコントローラ１３は、ホスト１１からデータの書き込みを受け付けると、ストレージコントローラ１３に割り当てられた暗号鍵を用いてデータを暗号化する。次に、ストレージコントローラ１３は、ストレージコントローラ１３に割り当てられた認証鍵を用いて認証コードを作成し、これらの暗号化データと認証コードをボリュームＤ１１〜Ｄ１４に書き込む。ボリュームＤ１１〜Ｄ１４は、認証コードの検証を実行することなく、ストレージコントローラ１３から受信した暗号化データと認証コードを保存する。
ストレージコントローラ１３は、ホスト１１からの読み込み要求を受け付けると、ボリュームＤ１１〜Ｄ１４から暗号化データと認証コードを読み込み、認証コードを検証する。そして、ストレージコントローラ１３は、認証コードの検証に成功すると、ボリュームＤ１１〜Ｄ１４から受信した暗号化データを復号化し、ホスト１１に応答する。これにより、ストレージコントローラ１３は、単機能のボリュームＤ１１〜Ｄ１４にデータを読み書きする場合においても、データ漏洩を防止し、データ改ざんを検知することができる。
なお、上述した実施形態では、認証コードの生成にＨＭＡＣを利用する方法について説明したが、認証コードが生成できれば別のアルゴリズムを利用してもよい。また、上述した実施形態では、２バイトの認証コードを作成しているが、２バイトである必要はない。また、セキュリティリスク次第では、図８のＮ１５で認証コードを保存しないようにしてもよいし、図９のＣ２３で認証コードを検証しないようにしてもよい。
また、上述した実施形態では、ＤＥＫとＡＫを分けることで、ストレージノードでのデータ漏洩を防ぐ方式としているが、ストレージノードが十分信頼できる環境で運用される場合は、ＤＥＫとＡＫを分けなくてよい。この場合、ＨＭＡＣではなく、鍵を利用しないハッシュ関数またはＣＲＣ（Ｃｙｃｌｉｃ Ｒｅｄｕｎｄａｎｃｙ Ｃｈｅｃｋ）などの方式を用い、暗号前のデータにシーケンス番号を連結したもの対してチェックサムを生成する。この場合ＡＫは使わない。
ここで説明されている暗号化・復号化・認証処理はＩＯだけではなく、コマンドの認証にも利用できる。
図２７は、図１のストレージコントローラのハードウェア構成例を示すブロック図である。
図２７において、ストレージコントローラ１３は、プロセッサ１０１、通信制御デバイス１０２、通信インタフェイス１０３、主記憶デバイス１０４、補助記憶デバイス１０５および入出力インタフェイス１０７を備える。プロセッサ１０１、通信制御デバイス１０２、通信インタフェイス１０３、主記憶デバイス１０４、補助記憶デバイス１０５および入出力インタフェイス１０７は、内部バス１０６を介して相互に接続されている。主記憶デバイス１０４および補助記憶デバイス１０５は、プロセッサ１０１からアクセス可能である。
また、ストレージコントローラ１３の外部には、入力装置１２０および出力装置１２１が設けられている。入力装置１２０および出力装置１２１は、入出力インタフェイス１０７を介して内部バス１０６に接続されている。入力装置１２０は、例えば、キーボード、マウス、タッチパネル、カードリーダ、音声入力装置等である。出力装置１２１は、例えば、画面表示装置（液晶モニタ、有機ＥＬ（Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｌｕｍｉｎｅｓｃｅｎｃｅ）ディスプレイ、グラフィックカード等）、音声出力装置（スピーカ等）、印字装置等である。
プロセッサ１０１は、ストレージコントローラ１３全体の動作制御を司るハードウェアである。プロセッサ１０１は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよいし、ＧＰＵ（Ｇｒａｐｈｉｃｓ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）であってもよい。プロセッサ１０１は、シングルコアプロセッサであってもよいし、マルチコアプロセッサであってもよい。プロセッサ１０１は、処理の一部または全部を行うハードウェア回路（例えば、ＦＰＧＡ（Ｆｉｅｌｄ−Ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ Ｇａｔｅ Ａｒｒａｙ）またはＡＳＩＣ（Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ Ｓｐｅｃｉｆｉｃ Ｉｎｔｅｇｒａｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔ））を備えていてもよい。プロセッサ１０１は、ニューラルネットワークを備えていてもよい。
主記憶デバイス１０４は、例えば、ＳＲＡＭまたはＤＲＡＭなどの半導体メモリから構成することができる。主記憶デバイス１０４には、プロセッサ１０１が実行中のプログラムを格納したり、プロセッサ１０１がプログラムを実行するためのワークエリアを設けたりすることができる。
補助記憶デバイス１０５は、大容量の記憶容量を備える記憶デバイスであり、例えば、ハードディスク装置またはＳＳＤである。補助記憶デバイス１０５は、各種プログラムの実行ファイルやプログラムの実行に用いられるデータを保持することができる。補助記憶デバイス１０５には、暗号処理プログラム１０５Ａを格納することができる。暗号処理プログラム１０５Ａは、ストレージコントローラ１３にインストール可能なソフトウェアであってもよいし、ストレージコントローラ１３にファームウェアとして組み込まれていてもよい。
通信制御デバイス１０２は、外部との通信を制御する機能を備えるハードウェアである。通信制御デバイス１０２は、通信インタフェイス１０３を介してネットワーク１０９に接続される。ネットワーク１０９は、インターネットなどのＷＡＮ（Ｗｉｄｅ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）であってもよいし、ＷｉＦｉまたはイーサネット（登録商標）などのＬＡＮ（Ｌｏｃａｌ Ａｒｅａ Ｎｅｔｗｏｒｋ）であってもよいし、ＷＡＮとＬＡＮが混在していてもよい。
入出力インタフェイス１０７は、入力装置１２０から入力されるデータをプロセッサ１０１が処理可能なデータ形式に変換したり、プロセッサ１０１から出力されるデータを出力装置１２１が処理可能なデータ形式に変換したりする。
プロセッサ１０１が暗号処理プログラム１０５Ａを主記憶デバイス１０４に読み出し、暗号処理プログラム１０５Ａを実行することにより、図１の暗号化処理１６Ａ、復号化処理１６Ｂおよび認証コード処理１７を実現することができる。
なお、暗号処理プログラム１０５Ａの実行は、複数のプロセッサやコンピュータに分担させてもよい。あるいは、プロセッサ１０１は、ネットワーク１０９を介してクラウドコンピュータなどに暗号処理プログラム１０５Ａの全部または一部の実行を指示し、その実行結果を受け取るようにしてもよい。
なお、本発明は上記した実施形態に限定されるものではなく、様々な変形例が含まれる。例えば、上記した実施形態は本発明を分かりやすく説明するために詳細に説明したものであり、必ずしも説明した全ての構成を備えるものに限定されるものではない。また、ある実施形態の構成の一部を他の実施形態の構成に置き換えることが可能であり、また、ある実施形態の構成に他の実施形態の構成を加えることも可能である。また、各実施形態の構成の一部について、他の構成の追加・削除・置換をすることが可能である。また、上記の各構成、機能、処理部、処理手段等は、それらの一部又は全部を、例えば集積回路で設計する等によりハードウェアで実現してもよい。
１１ ホスト、１２、１４ 通信ネットワーク、１３ ストレージコントローラ、１５Ａ、１５Ｂ ストレージノード、１６Ａ 暗号化処理、１６Ｂ 復号化処理、１７、１８Ａ、１８Ｂ 認証コード処理、Ｌ１〜Ｌ４ 論理ボリューム、Ｄ１〜Ｄ４ ボリューム

Claims (10)

  1. 認証鍵が割り当てられたコントローラとノードを備え、
    前記コントローラは、
    暗号鍵を用いてデータを暗号化した暗号化データを生成し、
    前記認証鍵を用いて前記暗号化データに基づいて認証コードを生成し、
    前記暗号化データおよび前記認証コードを前記ノードに送信し、
    前記ノードは、
    前記コントローラから送信された暗号化データおよび認証コードを受信し、
    前記暗号化データおよび前記認証コードを保存し、
    前記保存した暗号化データおよび認証コードを前記コントローラに送信し、
    前記コントローラは、
    前記ノードから送信された暗号化データおよび認証コードを受信し、
    前記ノードから送信された認証コードの検証結果に基づいて、前記暗号化データを復号するストレージシステム。
  2. 前記ノードは、前記コントローラから送信された認証コードの検証結果に基づいて、前記暗号化データおよび前記認証コードを保存する請求項１に記載のストレージシステム。
  3. 前記ノードは、
    前記保存した暗号化データおよび認証コードを読み出し、
    前記読み出した暗号化データおよび認証コードを前記コントローラに送信する請求項１に記載のストレージシステム。
  4. 前記コントローラは、前記暗号化データと前記暗号化データの送信の通し番号であるシーケンス番号に基づいて前記認証コードを生成する請求項１に記載のストレージシステム。
  5. 前記コントローラと前記ノードは、通信ネットワークを介して接続されている請求項２に記載のストレージシステム。
  6. 前記暗号鍵および前記認証鍵を管理する鍵管理サーバは、前記通信ネットワークを介し、前記コントローラと前記ノードに前記認証鍵を提供するとともに、前記コントローラに前記暗号鍵を提供する請求項５に記載のストレージシステム。
  7. 前記ノードは、
    前記認証鍵を用いて、前記暗号化データと前記暗号化データの送信の通し番号であるシーケンス番号に基づいて前記認証コードを生成し、
    前記コントローラは、
    前記暗号化データ、前記認証コードおよび前記シーケンス番号を前記ノードから受信し、
    前記受信した認証コードの検証結果に基づいて、前記暗号化データを復号する請求項１に記載のストレージシステム。
  8. 認証鍵が割り当てられたホストとノードを備え、
    前記ホストは、
    暗号鍵を用いてデータを暗号化した暗号化データを生成し、
    前記認証鍵を用いて前記暗号化データに基づいて認証コードを生成し、
    前記暗号化データおよび前記認証コードを前記ノードに送信し、
    前記ノードは、
    前記ホストから送信された暗号化データおよび認証コードを受信し、
    前記ホストから送信された認証コードの検証結果に基づいて、前記暗号化データおよび前記認証コードを保存し、
    前記保存した暗号化データおよび認証コードを前記ホストに送信し、
    前記ホストは、
    前記ノードから送信された暗号化データおよび認証コードを受信し、
    前記ノードから送信された認証コードの検証結果に基づいて、前記暗号化データを復号するストレージシステム。
  9. 送信側から送信されたデータを受信側で保存するストレージシステムのデータ保護方法であって、
    前記送信側は、
    暗号鍵を用いてデータを暗号化した暗号化データを生成し、
    認証鍵を用いて前記暗号化データに基づいて認証コードを生成し、
    前記暗号化データおよび前記認証コードを前記受信側に送信し、
    前記受信側は、
    前記送信側から送信された暗号化データおよび認証コードを受信し、
    前記暗号化データおよび前記認証コードを保存し、
    前記保存した暗号化データおよび認証コードを前記送信側に送信し、
    前記送信側は、
    前記受信側から送信された暗号化データおよび認証コードを受信し、
    前記受信側から送信された認証コードの検証結果に基づいて、前記暗号化データを復号するストレージシステムのデータ保護方法。
  10. 前記受信側は、前記送信側から送信された認証コードの検証結果に基づいて、前記暗号化データおよび前記認証コードを保存する請求項９に記載のストレージシステムのデータ保護方法。

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