JP4565297B2 - 暗号化装置、通信装置、情報再生装置及びそれらの方法 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は暗号化装置、通信装置、情報再生装置及びそれらの方法に関し、例えばハードディスクドライブに適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、音楽や映像などの著作権のある情報をハードディスクドライブに記録する際には、当該情報を制作した制作者の著作権を保護する必要があることから、不正コピーを防止するための種々の方法が提案されている。
【０００３】
そこで、この不正コピーを防止するための方法として、情報Ｍを暗号化鍵Ｋで暗号文Ｃに暗号化して記録する方法が開発されている。この暗号化の方法としては、例えばＤＥＳ（Data Encryption Standard）規格による方法が知られており、このＤＥＳ規格による暗号化方法は、５６ビットの暗号化鍵Ｋによって６４ビット単位の情報をブロック毎に暗号化するようになされている。
【０００４】
ところで、ハードディスクドライブにおいては、ハードディスクの交換が可能であることから、ユーザがハードディスクのみを携帯した状態で当該ハードディスクに記録された暗号文Ｃの再生を可能とするため、暗号文Ｃと暗号化鍵Ｋを共に当該ハードディスクに記録しておくことが望ましい。
【０００５】
しかしながら、暗号化鍵Ｋが正規に許諾を受けたユーザ以外の者に知られてしまうと、暗号文Ｃから容易に情報Ｍを復号することができるため、暗号化鍵Ｋは厳重に保管される必要がある。従って、ハードディスクドライブとパーソナルコンピュータとの間で暗号化鍵Ｋを通信する際には、当該暗号化鍵Ｋを傍受されないようにする必要がある。
【０００６】
ところで、ハードディスクドライブとパーソナルコンピュータとの間は、例えばＩＤＥ（Intelligent Drive Electronics ）やＳＣＳＩ（Small Computer System Interface ）のなどの標準インターフェイスを用いて接続される場合が多い。これらＩＤＥやＳＣＳＩのインターフェイスは規格が公開されていることから、第三者はこれらの規格のバスを流れる情報を傍受することを容易に行うことができる。
【０００７】
そこで、暗号化鍵Ｋを別の鍵Ｋｓで暗号化して通信する方法が考えられており、当該暗号化鍵Ｋを暗号化する鍵Ｋｓを作成する際には、乱数を用いることが提案されている。この鍵Ｋｓは、任意のビット長の乱数を発生させ、当該乱数をそのまま鍵Ｋｓとするか、又は当該乱数に所定の変換処理を施してこれを鍵Ｋｓとすることにより生成される。この鍵Ｋｓは、通信のたびに捨てられてる使い捨ての鍵であり、セッション鍵と呼ばれるものである。
【０００８】
この方法では、乱数が推定されないような品質のよいものであることが望ましい。しかしながら、例えば擬似乱数発生装置を用いて毎回同一の値の乱数の種（すなわち乱数の基になる情報）から乱数を生成するようにすると、得られる乱数は、毎回同じものになる可能性が高く、この場合、乱数が容易に推定されてしまいセッション鍵Ｋｓが解読されるおそれがある。
【０００９】
そこで、品質の高い乱数を得るための方法として、例えば特開平１１−２３７８３７号公報に開示されているように、任意のイベントの発生間隔をカウンタで計数してこれを乱数の種とする方法が考えられている。このイベントの発生間隔の代表的なものとしては、例えばハードディスクを回転させるスピンドルモータを起動するための起動コマンドを与えてから実際にスピンドルモータが回転して定常回転するまでの時間がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、イベントの発生間隔をカウンタで計数してこれを乱数の種とする方法においては、イベントを入力するための手段やその発生間隔を計数するための手段が必要になることから、ハードディスクドライブの回路構成が大きくなるとことを避け得ないという問題が発生する。
【００１１】
さらにこの方法では、例えばスピンドルモータなどによる機械的な動作の時間を測定していることから、乱数を生成するのに時間がかかり、またビット数の長い乱数を生成するという用途には適していないという問題がある。
【００１２】
すなわちこの方法では、例えば１秒程度の時間を１００ＭＨｚのクロックでカウントした場合には、１０8 程度の値をカウントできることになるが、これをビット幅にすると２６ビット程度の情報であり、１秒程度のカウント時間で２６ビットの乱数しか得られないことになる。ところで乱数としては、１６０ないし１０２４ビット程度のビット数が必要であることから、これでは乱数生成に非常に時間がかかることになる。
【００１３】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、簡易な構成で高速に高品質な乱数を生成し得る暗号化装置、通信装置、情報再生装置及びそれらの方法を提案しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、ディスク型の記録媒体から信号を再生する際のノイズに起因する信号のばらつきを基に第１の乱数を生成し、上記記録媒体における第１の乱数が示すトラック番号のトラックから信号を再生してその際のノイズに起因する信号のばらつきを基に第２の乱数を生成し、生成された第２の乱数に基づいて情報を暗号化するための暗号化鍵を生成することにより、乱数を生成するための回路を追加することなく、再現性のない高品質な乱数を高速に生成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【００１６】
（１）第１の実施の形態
図１において、１は全体として第１の実施の形態の記録再生システムの構成を示し、パーソナルコンピュータ２にハードディスクドライブ３を接続することにより構成されている。
【００１７】
パーソナルコンピュータ２は、ユーザの入力操作に応じて例えばネットワーク上から音楽や映画などのコンテンツをダウンロードすることにより、当該コンテンツをハードディスクドライブ３に記録する。
【００１８】
このパーソナルコンピュータ２は、コンテンツなどからなる記録データをハードディスクドライブ３に記録する際、当該ハードディスクドライブ３と暗号通信を行うための書込みコマンドをハードディスクドライブ３に送出し、記録動作を行う前に当該ハードディスクドライブ３との間で暗号通信を行うようになされている。
【００１９】
ハードディスクドライブ３は、この書込みコマンドをハードディスクコントローラ５を介してＣＰＵ（Central Processing Unit ）６に送出する。ＣＰＵ６は、この書込みコマンドを解析し、その解析結果を位置制御回路７及びホームインデックス検出回路８に送出する。
【００２０】
位置制御回路７は、この解析結果に応じてボイスコイルモータ（ＶＣＭ）９を駆動することにより、ヘッド１０の位置決め制御を行う。またホームインデックス検出回路８は、周方向の原点を示すホームインデックスを検出し、その検出結果をハードディスクコントローラ５及びタイミング発生回路１５に送出する。タイミング発生回路１５は、この検出結果を基に所望のセクタからデータを読み出すためのタイミング情報を生成し、これを再生アンプ１６に送出する。
【００２１】
これによりハードディスク１７の所望のデータ領域からヘッド１０によって再生された再生信号は、再生アンプ１６によって所望レベルに増幅された後、アナログディジタル（Ａ／Ｄ）変換器１８に送出され、アナログディジタル変換される。
【００２２】
ここで、Ａ／Ｄ変換器１８から出力されるディジタルデータでなる再生データは、ノイズや等化歪がなければそのサンプル値は｛-16,0,+16 ｝になるが、図３に示すように、実際のデータにはばらつきが存在する。この図３に示すデータの例では、Ａ／Ｄ変換器１８の出力サンプル列は｛1,14,-1,-15,0,…｝のようになる。これを２の補数表現された６ビットの２進数で表すと、｛000001,001110,111111,110001,000000, …｝となる。
【００２３】
ノイズを含む再生データのＳＮ比（信号対雑音比）が２０〔ｄＢ〕、信号振幅Ｓ＝１６で、ノイズがガウス分布に従うものとすると、ノイズの標準偏差は１．６となる。従って、｛-16,0,+16 ｝に対して高い確率で±１．６の範囲でばらついていることになり、この場合、下位２ビット程度は、記録したデータのパターンにかかわらずほぼランダムであるとみなすことができる。
【００２４】
そこで、乱数保持回路２０は、乱数を生成する際には、Ａ／Ｄ変換器１８の出力のうちの最下位ビットを当該乱数保持回路２０内のレジスタに順に取り込んでいく。例えば１６０ビットないし１０２４ビット程度のビット数だけ取り込まれる。
【００２５】
乱数保持回路２０は、当該乱数保持回路２０内のレジスタに所定のビット数のデータを取り込み、当該取り込んだ所定のビット数のデータを乱数ｒ１としてＣＰＵ６に通知する。
【００２６】
ところでハードディスクドライブ３は、この発生した乱数ｒを用いてパーソナルコンピュータ２との間で暗号通信を行う。その際、ハードディスクドライブ３は、例えばＤｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ（ディフィーヘルマン）鍵共有方式を用いて暗号通信のための暗号鍵を生成する。以下、このＤｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ鍵共有方式について説明する。
【００２７】
始めにＣＰＵ６は、大きな素数ｎ及び生成元ｇを生成し、これをハードディスクコントローラ５を介してパーソナルコンピュータ２に送出することにより、素数ｎ及び生成元ｇをパーソナルコンピュータ２とハードディスクドライブ３とで共有する。因みに、乱数保持回路２０から供給された乱数ｒ１は、素数ｎ未満の自然数である。
【００２８】
ＣＰＵ６は、この乱数ｒ１を基に素数ｎを法としてｇr1を算出し、当該ｇr1をハードディスクコントローラ５を介してパーソナルコンピュータ２に送出する。
パーソナルコンピュータ２は、この受け取ったｇr1と、当該パーソナルコンピュータ２内部で生成した別の乱数ｒ２を用いて素数ｎを法とするｇr1r2を算出する。その際、パーソナルコンピュータ２は、素数ｎを法とするｇr2を算出し、これをハードディスクドライブ３に送出する。
【００２９】
ハードディスクドライブ３は、パーソナルコンピュータ２から送られてきたｇr2をハードディスクコントローラ５を介してＣＰＵ６に送出する。ＣＰＵ６は、このｇr2と乱数保持回路２０から供給された乱数ｒ１とを基に素数ｎを法とするｇr1r2を算出する。
【００３０】
このようにパーソナルコンピュータ２及びハードディスクドライブ３は、いずれもｇr1r2を得ることができ、当該ｇr1r2を共通鍵としてＤＥＳ規格による共通鍵暗号方式を用いて暗号化及び復号化処理を行うことにより、パーソナルコンピュータ２及びハードディスクドライブ３間の暗号通信を可能にする。
【００３１】
ところで、この記録再生システム１は、パーソナルコンピュータ２とハードディスクドライブ３の間をＩＤＥなどの標準インターフェイスを介して接続していることから、パーソナルコンピュータ２とハードディスクドライブ３との間を伝送する情報すなわちｎ、ｇ、ｇr1、ｇr2を傍受することは容易に行われる。
【００３２】
しかしながら、素数ｎがある程度大きな値（例えば１０２４ビット）の場合には、離散対数問題を解くことが困難であるという性質から、値ｇr1、ｇr2を基に乱数ｒ１、ｒ２を算出ことは困難であり、従って共通鍵ｇr1r2を算出することは困難となる。
【００３３】
すなわち、容易に傍受される情報を基に共通鍵ｇr1r2を知ることはできないとみなすことができることから、共通鍵ｇr1r2の一部、例えば共通鍵ｇr1r2のうちの５６ビットを暗号化鍵Ｋｓとすることができ、当該暗号化鍵Ｋｓを用いたＤＥＳ規格による共通鍵暗号方式によって暗号通信が行われる。これによりＩＤＥなどの標準インターフェイスを用いても安全な暗号通信が可能となる。
【００３４】
かくしてパーソナルコンピュータ２は、上述の暗号化鍵Ｋｓを用いて記録データをすべて暗号化し、当該暗号化された記録データをハードディスクドライブ３に送出する。ハードディスクドライブ３は、この記録データをハードディスクコントローラ５を介してバッファＲＡＭ（Random Access Memory）２５に転送し、当該バッファＲＡＭ２５に記録データを蓄積する。
【００３５】
そしてハードディスクコントローラ５は、このバッファＲＡＭ２５から記録データを読み出し、当該読み出した記録データをＣＰＵ６を介して暗号化処理回路２６に送出する。暗号化処理回路２６は、暗号化鍵Ｋｓを用いて記録データを復号化することにより元の記録データを得、当該記録データをＣＰＵ６及びハードディスクコントローラ５を順次介してバッファＲＡＭ２５に転送して蓄積する。
【００３６】
このときタイミング発生回路１５は、ホームインデックス検出回路８の検出結果を基に所望のセクタにデータを書き込むためのタイミング情報を生成し、これを記録アンプ１６、記録データ発生回路２８及びハードディスクコントローラ５に送出する。
【００３７】
そしてハードディスクコントローラ５は、バッファＲＡＭ２５から記録データを読み出し、当該読み出した記録データを記録データ発生回路２８に送出する。
記録データ発生回路２８は、この記録データをチャネル符号化し、当該チャネル符号化した記録データを記録アンプ２７によって所望レベルに増幅した後、ヘッド１０によってハードディスク１７に記録する。
【００３８】
これに対して再生時、ハードディスク１７からヘッド１０によって再生された再生信号は、再生アンプ１６によって所望レベルに増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１８に送出される。Ａ／Ｄ変換器１８は、再生信号をアナログディジタル変換し、その結果得た再生データをデータ復調回路３０に送出する。
【００３９】
データ復調回路３０は、再生データに対してＰＲＭＬ（Partial Response Maximum Likelihood ）などの信号処理を施すことにより、当該再生データにノイズが存在しても正確に元の情報を復元し得るようになされている。
【００４０】
すなわち、データ復調回路３０は、再生データを例えばパーシャルレスポンスクラス４（ＰＲ４）に等化する。ＰＲ４系列は、信号値として｛-1,0,+1 ｝の３値になるので、Ａ／Ｄ変換器１８のビット幅が６ビットのとき、＋１の信号レベルが１６となるように振幅が調整される。
【００４１】
そしてデータ復調回路３０は、この等化されたＰＲ４系列をバイナリデータに変換し、これを再生データとしてハードディスクコントローラ５を介してバッファＲＡＭ２５に転送して当該バッファＲＡＭ２５に格納する。この場合、ハードディスクコントローラ５は、バッファＲＡＭ２５から再生データを読み出し、当該読み出した再生データをＣＰＵ６を介して暗号化処理回路２６に送出する。
【００４２】
暗号化処理回路２６は、暗号化鍵Ｋｓを用いて再生データを暗号化し、当該暗号化された再生データをＣＰＵ６及びハードディスクコントローラ５を順次介してバッファＲＡＭ２５に転送して格納する。そしてハードディスクコントローラ５は、このバッファＲＡＭ２５から暗号化された再生データを読み出し、当該再生データをパーソナルコンピュータ２に送出することにより、この再生データに応じた画像や音声を外部に出力する。
【００４３】
以上の構成において、ハードディスクドライブ３は、ハードディスク１７から信号を再生する際に発生するノイズを利用して乱数の生成を行う。このハードディスクドライブ３では、再生信号に対してＰＲＭＬなどの信号処理を施すことによって、再生信号の品質を示すＳＮ比（信号電力とノイズ電力の比）が悪くても正確な再生を行うことができることから、再生信号のＳＮ比が悪い状態で当該再生信号に対する信号処理が行われる。従って、Ａ／Ｄ変換器１８によって変換されたディジタルサンプル値の下位ビットは、非常にランダムな値とみなすことができる。
【００４４】
例えばデータ復調回路３０における信号処理方式としてＴＣＥＰＲ４（トレディス・コーディッド・イクステンティッド・パーシャル・レスポンス・クラス４）方式を適用する場合には、データ復調回路３０に入力される再生データのＳＮ比は、１４〔ｄＢ〕程度あれば、ビットエラーレートとして１０-7が得られる。
実際のハードディスクドライブ３ではマージンを見込んで２０〔ｄＢ〕のＳＮ比で使われるとしても、再生データの１／１０程度の大きさの振幅のノイズが常に発生しているとみなすことができる。信号振幅値を２０とすると、ノイズの大きさは２ＬＳＢ程度になるから、サンプル値のＬＳＢは十分ランダムな値になることがわかる。
【００４５】
そこでハードディスクドライブ３は、Ａ／Ｄ変換器１８の出力のＬＳＢを乱数保持回路２０に所定期間蓄えることにより、当該蓄えられたＡ／Ｄ変換器１８の出力を乱数ｒ１として用いる。例えば１００〔ＭＨｚ〕のクロックでサンプリングされたサンプリング値を用いる場合には、わずか１０〔μｓ〕で１０００ビットの乱数が得られることになる。
【００４６】
以上の構成によれば、ハードディスク１７から信号を再生する際に発生するノイズを基に乱数ｒ１を生成し、当該生成した乱数Ｒ１を基に暗号通信のための暗号化鍵Ｋｓを生成することにより、乱数を生成するための回路を追加することなく、再現性のない高品質な乱数を高速に生成することができ、従って標準インターフェイスを用いても安全な暗号通信を行い得る。
【００４７】
（２）第２の実施の形態
図２との対応部分に同一符号を付して示す図４は、第２の実施の形態のハードディスクドライブ４０を示し、磁気抵抗効果型（ＭＲ：Magnetoresistive effect ）ヘッド４１、ＣＰＵ４２の構成及びハードディスクが装着されていないことを除いて、第１の実施の形態のハードディスクドライブ３と同様に構成されている。
【００４８】
このハードディスクドライブ４０は、例えばリムーバブルディスクドライブでなり、常時ハードディスクが装着されているとは限らず、ハードディスクが装着されていない場合でも乱数を生成し得るようになされている。
【００４９】
ＭＲヘッド４１は、ＭＲ素子による再生動作を行うものであり、当該ＭＲ素子自体は抵抗であることから熱雑音を生じる。従って、ハードディスクからの再生磁束がない状態（すなわち信号を再生していない状態）でも、熱雑音によるノイズが発生する。
【００５０】
ＭＲヘッド４１から再生されるノイズ信号は、再生アンプ１６に入力される。
この場合、再生アンプ１６の増幅利得は、ＣＰＵ４２の制御に基づいて最大値又は最大値に近い値に保持されている。これにより熱雑音による微妙なノイズ信号は、再生アンプ１６によって大きな振幅値であるノイズ信号に増幅され、Ａ／Ｄ変換器１８においてアナログディジタル変換される。
【００５１】
乱数保持回路２０は、Ａ／Ｄ変化器１８の出力のうちの最下位ビットを当該乱数保持回路２０内部のレジスタに順に取り込んでいく。乱数保持回路２０は、例えば１６０ビットないし１０２４ビット程度の所定のビット数だけ取り込み、これを乱数としてＣＰＵ４２に通知する。このようにハードディスクドライブ４０は、当該生成した乱数を用いてパーソナルコンピュータ２との間で暗号通信を行うようになされている。
【００５２】
以上の構成において、ハードディスクドライブ４０は、信号を再生するヘッドとしてＭＲヘッド４１を用いるが、当該ＭＲヘッド４１は、抵抗からなることから熱雑音を発生する。ハードディスクドライブ４０は、この熱雑音を再生アンプ１６によって増幅し、振幅の大きなノイズ信号を生成する。
【００５３】
ハードディスクドライブ４０は、このノイズ信号をＡ／Ｄ変換器１８によってディジタルサンプル値に変換し、当該ディジタルサンプル値のＬＳＢを乱数保持回路２０に所定期間保持することにより乱数を生成する。このようにハードディスクドライブ４０では、ハードディスクが装着されていなくても乱数を発生させることができる。
【００５４】
以上の構成によれば、ＭＲヘッド４１が発生する熱雑音によるノイズ信号を基に乱数を生成し、当該生成した乱数を基に暗号通信のための暗号化鍵Ｋｓを生成することにより、ハードディスクが装着されていなくても、簡易な構成で高品質な乱数を高速に生成することができ、従って標準インターフェイスを用いても安全な暗号通信を行い得る。
【００５５】
（３）第３の実施の形態
図２との対応部分に同一符号を付して示す図５は、第３の実施の形態のハードディスクドライブ５０を示し、ＣＰＵ５１の構成及びハードディスクが装着されていないことを除いて、第１の実施の形態のハードディスクドライブ３と同様に構成されている。
【００５６】
このハードディスクドライブ５０は、ハードディスクが装着されていない場合でもヘッド１０を駆動することなく乱数を生成し得るようになされている。
【００５７】
再生アンプ１６は、本来ヘッド１０の出力を増幅する目的で設けられているものであり、可能な限りノイズを発生させないように構成される。しかしながらが再生アンプ１６は、当該再生アンプ１６を構成するトランジスタが発生する雑音、例えばベース抵抗による熱雑音や、エミッタ・ベース結合におけるフリッカ雑音などによって、入力信号がなくても出力信号には雑音が発生する。
【００５８】
そこで再生アンプ１６は、ＣＰＵ５１の制御に基づいて、当該再生アンプ１６の入力段をショートして入力を遮断すると共に、増幅利得を最大値又はこれに近い値に保持する。これにより、再生アンプ１６の初段のトランジスタによって発生するノイズは、当該再生アンプ１６自身によって大きな振幅値でなるノイズ信号に増幅され、Ａ／Ｄ変換器１８においてアナログディジタル変換される。
【００５９】
乱数保持回路２０は、Ａ／Ｄ変化器１８の出力のうちの最下位ビットを当該乱数保持回路２０内部のレジスタに順に取り込んでいく。乱数保持回路２０は、例えば１６０ビットないし１０２４ビット程度の所定のビット数だけ取り込み、これを乱数としてＣＰＵ５１に通知する。このようにハードディスクドライブ５０は、当該生成した乱数を用いてパーソナルコンピュータ２との間で暗号通信を行うようになされている。
【００６０】
以上の構成において、ハードディスクドライブ５０は、信号を増幅させる再生アンプ１６内で発生するノイズを乱数の生成に利用する。再生アンプ１６は、通常可能な限りノイズを発生させないように構成されるが、当該再生アンプ１６を構成するトランジスタが発生する雑音によって、入力信号がなくても出力信号には雑音が発生する。
【００６１】
従って、ハードディスクドライブ５０では、再生アンプ１６に入力信号がなくても当該再生アンプ１６からノイズ信号を出力することから、当該ノイズ信号をＡ／Ｄ変換器１８によってディジタルサンプル値に変換し、このディジタルサンプル値のＬＳＢを乱数保持回路２０に所定期間保持することにより乱数を生成する。このようにハードディスクドライブ５０は、ハードディスクが装着されておらず、さらにヘッド１０を駆動していない場合でも、乱数を発生することができる。
【００６２】
以上の構成によれば、再生アンプ１６内部で発生するノイズ信号を基に乱数を生成し、当該生成した乱数を基に暗号通信のための暗号化鍵Ｋｓを生成することにより、ヘッド１０を駆動しなくても、簡易な構成で高品質な乱数を高速に生成することができ、従って標準インターフェイスを用いても安全な暗号通信を行い得る。
【００６３】
（４）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、本発明をハードディスクドライブ３、４０、５０に適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば光ディスクのような他の種々の記録媒体から情報を再生する情報再生装置に本発明を広く適用し得る。
【００６４】
また上述の実施の形態においては、Ａ／Ｄ変換器１８の出力のうちの最下位ビットを乱数保持回路２０内部のレジスタに取り込んだ場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば下位２ビット、下位３ビットなどのように、再生信号のＳＮ比に応じてＡ／Ｄ変換器１８の出力のうちの一部を取り込むようにすれば良い。この場合、再生信号のＳＮ比が悪い場合には、多くのビットを取り込むことができ、より短時間で取り込むことができる。
【００６５】
また上述の実施の形態においては、ハードディスク１７のデータ領域を再生することにより乱数ｒ１を生成した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば当該乱数ｒ１が再生データのデータパターンに依存する場合には、ヘッド１０の位置決めを行うためのサーボ領域を再生することにより乱数を生成するようにしても良い。サーボ領域では、データクロックとは通常非同期に情報が記録されていることから、サーボ領域から再生される再生信号に規則的な情報が現れる可能性をデータ領域より低くすることができ、一段とランダム性の高い乱数を得ることができる。
【００６６】
また上述の実施の形態においては、乱数保持回路２０内のレジスタに所定のビット数のデータを取り込み、当該取り込んだ所定のビット数のデータを乱数ｒ１とした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば当該乱数ｒ１が示すトラック番号のトラックにヘッド１０を移動させ、当該ヘッド１０が移動したトラックから信号を再生して新たな乱数ｒ１′を生成することにより、ランダムなトラック番号ｒ１のトラックから乱数ｒ１′を生成することができ、一段とランダム性の高い乱数を得ることができる。
【００６７】
また上述の実施の形態においては、乱数保持回路２０内のレジスタに所定のビット数のデータを取り込み、当該取り込んだ所定のビット数のデータを乱数ｒ１とした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該乱数ｒ１に対して所定の演算処理を施すことにより得られた乱数ｒ１″を用いるようにしても良い。
例えばＰを大きな素数、その生成元をαとする。ここで生成元とは、Ｐを法とするαのべき乗剰余演算を行った場合、Ｐ未満の全ての自然数を表すことができる数である。このＰとαを用いてｒ１″＝αr1ｍｏｄＰなるｒ１″を乱数として用いる。ここで、ｍｏｄＰは、Ｐを法とする剰余演算を表す。このようにｒ１を種として新たな乱数ｒ１″を生成することにより、乱数の秘匿性を高めることが可能になる。
【００６８】
また上述の実施の形態においては、ハードディスクドライブ３、４０、５０によって大きな素数ｎ及び生成元ｇを生成し、これらをパーソナルコンピュータ２に送出した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、パーソナルコンピュータ２によって大きな素数ｎ及び生成元ｇを生成し、これらをハードディスクドライブ３、４０、５０に送出するようにしても良い。
【００６９】
また上述の実施の形態においては、暗号化鍵Ｋｓを用いてデータ全てをＤＥＳ規格によって暗号化する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、暗号化鍵Ｋｓとは異なる別の鍵Ｋを用いてデータをＤＥＳ規格によって暗号化する際、鍵Ｋのみを暗号化鍵Ｋｓによって暗号化するようにしても良い。
【００７０】
また上述の実施の形態においては、暗号化処理回路２６によって暗号化及び復号化処理を行う場合について述べたが、本発明はこれに限らず、暗号化処理回路２６を用いることなく、ＣＰＵ６によって暗号化及び復号化処理を行うようにしても良い。
【００７１】
また上述の実施の形態においては、乱数保持回路２０によって乱数を生成した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、装置内部に発生するノイズ信号を基に乱数を生成する他の種々の乱数生成手段を適用するようにしても良い。
【００７２】
また上述の実施の形態においては、ＣＰＵ６、４２、５１によって暗号化鍵を生成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、生成された乱数に基づいて暗号化鍵を生成する他の種々の暗号化鍵生成手段を適用するようにしても良い。
【００７３】
さらに上述の実施の形態においては、本発明をハードディスクドライブ３、４０、５０に適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、他の種々の暗号化装置及び通信装置に本発明を広く適用し得る。
【００７４】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、ディスク型の記録媒体から信号を再生する際のノイズに起因する信号のばらつきを基に第１の乱数を生成し、上記記録媒体における第１の乱数が示すトラック番号のトラックから信号を再生してその際のノイズに起因する信号のばらつきを基に第２の乱数を生成し、生成された第２の乱数に基づいて情報を暗号化するための暗号化鍵を生成することにより、乱数を生成するための回路を追加することなく、再現性のない高品質な乱数を高速に生成することができ、従って標準インターフェイスを用いても安全な暗号通信を行い得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による記録再生システムの一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態のハードディスクドライブの構成を示すブロック図である。
【図３】アナログディジタル変換された信号の例を示す略線図である。
【図４】第２の実施の形態のハードディスクドライブの構成を示すブロック図である。
【図５】第３の実施の形態のハードディスクドライブの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１……記録再生システム、２……パーソナルコンピュータ、３、４０、５０……ハードディスクドライブ、５……ハードディスクコントローラ、６、４２、５１……ＣＰＵ、１０……ヘッド、１６……再生アンプ、１７……ハードディスク、２０……乱数保持回路、２６……暗号化処理回路、４１……ＭＲヘッド。
【発明の属する技術分野】
本発明は暗号化装置、通信装置、情報再生装置及びそれらの方法に関し、例えばハードディスクドライブに適用して好適なものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、音楽や映像などの著作権のある情報をハードディスクドライブに記録する際には、当該情報を制作した制作者の著作権を保護する必要があることから、不正コピーを防止するための種々の方法が提案されている。
【０００３】
そこで、この不正コピーを防止するための方法として、情報Ｍを暗号化鍵Ｋで暗号文Ｃに暗号化して記録する方法が開発されている。この暗号化の方法としては、例えばＤＥＳ（Data Encryption Standard）規格による方法が知られており、このＤＥＳ規格による暗号化方法は、５６ビットの暗号化鍵Ｋによって６４ビット単位の情報をブロック毎に暗号化するようになされている。
【０００４】
ところで、ハードディスクドライブにおいては、ハードディスクの交換が可能であることから、ユーザがハードディスクのみを携帯した状態で当該ハードディスクに記録された暗号文Ｃの再生を可能とするため、暗号文Ｃと暗号化鍵Ｋを共に当該ハードディスクに記録しておくことが望ましい。
【０００５】
しかしながら、暗号化鍵Ｋが正規に許諾を受けたユーザ以外の者に知られてしまうと、暗号文Ｃから容易に情報Ｍを復号することができるため、暗号化鍵Ｋは厳重に保管される必要がある。従って、ハードディスクドライブとパーソナルコンピュータとの間で暗号化鍵Ｋを通信する際には、当該暗号化鍵Ｋを傍受されないようにする必要がある。
【０００６】
ところで、ハードディスクドライブとパーソナルコンピュータとの間は、例えばＩＤＥ（Intelligent Drive Electronics ）やＳＣＳＩ（Small Computer System Interface ）のなどの標準インターフェイスを用いて接続される場合が多い。これらＩＤＥやＳＣＳＩのインターフェイスは規格が公開されていることから、第三者はこれらの規格のバスを流れる情報を傍受することを容易に行うことができる。
【０００７】
そこで、暗号化鍵Ｋを別の鍵Ｋｓで暗号化して通信する方法が考えられており、当該暗号化鍵Ｋを暗号化する鍵Ｋｓを作成する際には、乱数を用いることが提案されている。この鍵Ｋｓは、任意のビット長の乱数を発生させ、当該乱数をそのまま鍵Ｋｓとするか、又は当該乱数に所定の変換処理を施してこれを鍵Ｋｓとすることにより生成される。この鍵Ｋｓは、通信のたびに捨てられてる使い捨ての鍵であり、セッション鍵と呼ばれるものである。
【０００８】
この方法では、乱数が推定されないような品質のよいものであることが望ましい。しかしながら、例えば擬似乱数発生装置を用いて毎回同一の値の乱数の種（すなわち乱数の基になる情報）から乱数を生成するようにすると、得られる乱数は、毎回同じものになる可能性が高く、この場合、乱数が容易に推定されてしまいセッション鍵Ｋｓが解読されるおそれがある。
【０００９】
そこで、品質の高い乱数を得るための方法として、例えば特開平１１−２３７８３７号公報に開示されているように、任意のイベントの発生間隔をカウンタで計数してこれを乱数の種とする方法が考えられている。このイベントの発生間隔の代表的なものとしては、例えばハードディスクを回転させるスピンドルモータを起動するための起動コマンドを与えてから実際にスピンドルモータが回転して定常回転するまでの時間がある。
【００１０】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、イベントの発生間隔をカウンタで計数してこれを乱数の種とする方法においては、イベントを入力するための手段やその発生間隔を計数するための手段が必要になることから、ハードディスクドライブの回路構成が大きくなるとことを避け得ないという問題が発生する。
【００１１】
さらにこの方法では、例えばスピンドルモータなどによる機械的な動作の時間を測定していることから、乱数を生成するのに時間がかかり、またビット数の長い乱数を生成するという用途には適していないという問題がある。
【００１２】
すなわちこの方法では、例えば１秒程度の時間を１００ＭＨｚのクロックでカウントした場合には、１０8 程度の値をカウントできることになるが、これをビット幅にすると２６ビット程度の情報であり、１秒程度のカウント時間で２６ビットの乱数しか得られないことになる。ところで乱数としては、１６０ないし１０２４ビット程度のビット数が必要であることから、これでは乱数生成に非常に時間がかかることになる。
【００１３】
本発明は以上の点を考慮してなされたもので、簡易な構成で高速に高品質な乱数を生成し得る暗号化装置、通信装置、情報再生装置及びそれらの方法を提案しようとするものである。
【００１４】
【課題を解決するための手段】
かかる課題を解決するため本発明においては、ディスク型の記録媒体から信号を再生する際のノイズに起因する信号のばらつきを基に第１の乱数を生成し、上記記録媒体における第１の乱数が示すトラック番号のトラックから信号を再生してその際のノイズに起因する信号のばらつきを基に第２の乱数を生成し、生成された第２の乱数に基づいて情報を暗号化するための暗号化鍵を生成することにより、乱数を生成するための回路を追加することなく、再現性のない高品質な乱数を高速に生成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
以下図面について、本発明の一実施の形態を詳述する。
【００１６】
（１）第１の実施の形態
図１において、１は全体として第１の実施の形態の記録再生システムの構成を示し、パーソナルコンピュータ２にハードディスクドライブ３を接続することにより構成されている。
【００１７】
パーソナルコンピュータ２は、ユーザの入力操作に応じて例えばネットワーク上から音楽や映画などのコンテンツをダウンロードすることにより、当該コンテンツをハードディスクドライブ３に記録する。
【００１８】
このパーソナルコンピュータ２は、コンテンツなどからなる記録データをハードディスクドライブ３に記録する際、当該ハードディスクドライブ３と暗号通信を行うための書込みコマンドをハードディスクドライブ３に送出し、記録動作を行う前に当該ハードディスクドライブ３との間で暗号通信を行うようになされている。
【００１９】
ハードディスクドライブ３は、この書込みコマンドをハードディスクコントローラ５を介してＣＰＵ（Central Processing Unit ）６に送出する。ＣＰＵ６は、この書込みコマンドを解析し、その解析結果を位置制御回路７及びホームインデックス検出回路８に送出する。
【００２０】
位置制御回路７は、この解析結果に応じてボイスコイルモータ（ＶＣＭ）９を駆動することにより、ヘッド１０の位置決め制御を行う。またホームインデックス検出回路８は、周方向の原点を示すホームインデックスを検出し、その検出結果をハードディスクコントローラ５及びタイミング発生回路１５に送出する。タイミング発生回路１５は、この検出結果を基に所望のセクタからデータを読み出すためのタイミング情報を生成し、これを再生アンプ１６に送出する。
【００２１】
これによりハードディスク１７の所望のデータ領域からヘッド１０によって再生された再生信号は、再生アンプ１６によって所望レベルに増幅された後、アナログディジタル（Ａ／Ｄ）変換器１８に送出され、アナログディジタル変換される。
【００２２】
ここで、Ａ／Ｄ変換器１８から出力されるディジタルデータでなる再生データは、ノイズや等化歪がなければそのサンプル値は｛-16,0,+16 ｝になるが、図３に示すように、実際のデータにはばらつきが存在する。この図３に示すデータの例では、Ａ／Ｄ変換器１８の出力サンプル列は｛1,14,-1,-15,0,…｝のようになる。これを２の補数表現された６ビットの２進数で表すと、｛000001,001110,111111,110001,000000, …｝となる。
【００２３】
ノイズを含む再生データのＳＮ比（信号対雑音比）が２０〔ｄＢ〕、信号振幅Ｓ＝１６で、ノイズがガウス分布に従うものとすると、ノイズの標準偏差は１．６となる。従って、｛-16,0,+16 ｝に対して高い確率で±１．６の範囲でばらついていることになり、この場合、下位２ビット程度は、記録したデータのパターンにかかわらずほぼランダムであるとみなすことができる。
【００２４】
そこで、乱数保持回路２０は、乱数を生成する際には、Ａ／Ｄ変換器１８の出力のうちの最下位ビットを当該乱数保持回路２０内のレジスタに順に取り込んでいく。例えば１６０ビットないし１０２４ビット程度のビット数だけ取り込まれる。
【００２５】
乱数保持回路２０は、当該乱数保持回路２０内のレジスタに所定のビット数のデータを取り込み、当該取り込んだ所定のビット数のデータを乱数ｒ１としてＣＰＵ６に通知する。
【００２６】
ところでハードディスクドライブ３は、この発生した乱数ｒを用いてパーソナルコンピュータ２との間で暗号通信を行う。その際、ハードディスクドライブ３は、例えばＤｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ（ディフィーヘルマン）鍵共有方式を用いて暗号通信のための暗号鍵を生成する。以下、このＤｉｆｆｉｅ−Ｈｅｌｌｍａｎ鍵共有方式について説明する。
【００２７】
始めにＣＰＵ６は、大きな素数ｎ及び生成元ｇを生成し、これをハードディスクコントローラ５を介してパーソナルコンピュータ２に送出することにより、素数ｎ及び生成元ｇをパーソナルコンピュータ２とハードディスクドライブ３とで共有する。因みに、乱数保持回路２０から供給された乱数ｒ１は、素数ｎ未満の自然数である。
【００２８】
ＣＰＵ６は、この乱数ｒ１を基に素数ｎを法としてｇr1を算出し、当該ｇr1をハードディスクコントローラ５を介してパーソナルコンピュータ２に送出する。
パーソナルコンピュータ２は、この受け取ったｇr1と、当該パーソナルコンピュータ２内部で生成した別の乱数ｒ２を用いて素数ｎを法とするｇr1r2を算出する。その際、パーソナルコンピュータ２は、素数ｎを法とするｇr2を算出し、これをハードディスクドライブ３に送出する。
【００２９】
ハードディスクドライブ３は、パーソナルコンピュータ２から送られてきたｇr2をハードディスクコントローラ５を介してＣＰＵ６に送出する。ＣＰＵ６は、このｇr2と乱数保持回路２０から供給された乱数ｒ１とを基に素数ｎを法とするｇr1r2を算出する。
【００３０】
このようにパーソナルコンピュータ２及びハードディスクドライブ３は、いずれもｇr1r2を得ることができ、当該ｇr1r2を共通鍵としてＤＥＳ規格による共通鍵暗号方式を用いて暗号化及び復号化処理を行うことにより、パーソナルコンピュータ２及びハードディスクドライブ３間の暗号通信を可能にする。
【００３１】
ところで、この記録再生システム１は、パーソナルコンピュータ２とハードディスクドライブ３の間をＩＤＥなどの標準インターフェイスを介して接続していることから、パーソナルコンピュータ２とハードディスクドライブ３との間を伝送する情報すなわちｎ、ｇ、ｇr1、ｇr2を傍受することは容易に行われる。
【００３２】
しかしながら、素数ｎがある程度大きな値（例えば１０２４ビット）の場合には、離散対数問題を解くことが困難であるという性質から、値ｇr1、ｇr2を基に乱数ｒ１、ｒ２を算出ことは困難であり、従って共通鍵ｇr1r2を算出することは困難となる。
【００３３】
すなわち、容易に傍受される情報を基に共通鍵ｇr1r2を知ることはできないとみなすことができることから、共通鍵ｇr1r2の一部、例えば共通鍵ｇr1r2のうちの５６ビットを暗号化鍵Ｋｓとすることができ、当該暗号化鍵Ｋｓを用いたＤＥＳ規格による共通鍵暗号方式によって暗号通信が行われる。これによりＩＤＥなどの標準インターフェイスを用いても安全な暗号通信が可能となる。
【００３４】
かくしてパーソナルコンピュータ２は、上述の暗号化鍵Ｋｓを用いて記録データをすべて暗号化し、当該暗号化された記録データをハードディスクドライブ３に送出する。ハードディスクドライブ３は、この記録データをハードディスクコントローラ５を介してバッファＲＡＭ（Random Access Memory）２５に転送し、当該バッファＲＡＭ２５に記録データを蓄積する。
【００３５】
そしてハードディスクコントローラ５は、このバッファＲＡＭ２５から記録データを読み出し、当該読み出した記録データをＣＰＵ６を介して暗号化処理回路２６に送出する。暗号化処理回路２６は、暗号化鍵Ｋｓを用いて記録データを復号化することにより元の記録データを得、当該記録データをＣＰＵ６及びハードディスクコントローラ５を順次介してバッファＲＡＭ２５に転送して蓄積する。
【００３６】
このときタイミング発生回路１５は、ホームインデックス検出回路８の検出結果を基に所望のセクタにデータを書き込むためのタイミング情報を生成し、これを記録アンプ１６、記録データ発生回路２８及びハードディスクコントローラ５に送出する。
【００３７】
そしてハードディスクコントローラ５は、バッファＲＡＭ２５から記録データを読み出し、当該読み出した記録データを記録データ発生回路２８に送出する。
記録データ発生回路２８は、この記録データをチャネル符号化し、当該チャネル符号化した記録データを記録アンプ２７によって所望レベルに増幅した後、ヘッド１０によってハードディスク１７に記録する。
【００３８】
これに対して再生時、ハードディスク１７からヘッド１０によって再生された再生信号は、再生アンプ１６によって所望レベルに増幅された後、Ａ／Ｄ変換器１８に送出される。Ａ／Ｄ変換器１８は、再生信号をアナログディジタル変換し、その結果得た再生データをデータ復調回路３０に送出する。
【００３９】
データ復調回路３０は、再生データに対してＰＲＭＬ（Partial Response Maximum Likelihood ）などの信号処理を施すことにより、当該再生データにノイズが存在しても正確に元の情報を復元し得るようになされている。
【００４０】
すなわち、データ復調回路３０は、再生データを例えばパーシャルレスポンスクラス４（ＰＲ４）に等化する。ＰＲ４系列は、信号値として｛-1,0,+1 ｝の３値になるので、Ａ／Ｄ変換器１８のビット幅が６ビットのとき、＋１の信号レベルが１６となるように振幅が調整される。
【００４１】
そしてデータ復調回路３０は、この等化されたＰＲ４系列をバイナリデータに変換し、これを再生データとしてハードディスクコントローラ５を介してバッファＲＡＭ２５に転送して当該バッファＲＡＭ２５に格納する。この場合、ハードディスクコントローラ５は、バッファＲＡＭ２５から再生データを読み出し、当該読み出した再生データをＣＰＵ６を介して暗号化処理回路２６に送出する。
【００４２】
暗号化処理回路２６は、暗号化鍵Ｋｓを用いて再生データを暗号化し、当該暗号化された再生データをＣＰＵ６及びハードディスクコントローラ５を順次介してバッファＲＡＭ２５に転送して格納する。そしてハードディスクコントローラ５は、このバッファＲＡＭ２５から暗号化された再生データを読み出し、当該再生データをパーソナルコンピュータ２に送出することにより、この再生データに応じた画像や音声を外部に出力する。
【００４３】
以上の構成において、ハードディスクドライブ３は、ハードディスク１７から信号を再生する際に発生するノイズを利用して乱数の生成を行う。このハードディスクドライブ３では、再生信号に対してＰＲＭＬなどの信号処理を施すことによって、再生信号の品質を示すＳＮ比（信号電力とノイズ電力の比）が悪くても正確な再生を行うことができることから、再生信号のＳＮ比が悪い状態で当該再生信号に対する信号処理が行われる。従って、Ａ／Ｄ変換器１８によって変換されたディジタルサンプル値の下位ビットは、非常にランダムな値とみなすことができる。
【００４４】
例えばデータ復調回路３０における信号処理方式としてＴＣＥＰＲ４（トレディス・コーディッド・イクステンティッド・パーシャル・レスポンス・クラス４）方式を適用する場合には、データ復調回路３０に入力される再生データのＳＮ比は、１４〔ｄＢ〕程度あれば、ビットエラーレートとして１０-7が得られる。
実際のハードディスクドライブ３ではマージンを見込んで２０〔ｄＢ〕のＳＮ比で使われるとしても、再生データの１／１０程度の大きさの振幅のノイズが常に発生しているとみなすことができる。信号振幅値を２０とすると、ノイズの大きさは２ＬＳＢ程度になるから、サンプル値のＬＳＢは十分ランダムな値になることがわかる。
【００４５】
そこでハードディスクドライブ３は、Ａ／Ｄ変換器１８の出力のＬＳＢを乱数保持回路２０に所定期間蓄えることにより、当該蓄えられたＡ／Ｄ変換器１８の出力を乱数ｒ１として用いる。例えば１００〔ＭＨｚ〕のクロックでサンプリングされたサンプリング値を用いる場合には、わずか１０〔μｓ〕で１０００ビットの乱数が得られることになる。
【００４６】
以上の構成によれば、ハードディスク１７から信号を再生する際に発生するノイズを基に乱数ｒ１を生成し、当該生成した乱数Ｒ１を基に暗号通信のための暗号化鍵Ｋｓを生成することにより、乱数を生成するための回路を追加することなく、再現性のない高品質な乱数を高速に生成することができ、従って標準インターフェイスを用いても安全な暗号通信を行い得る。
【００４７】
（２）第２の実施の形態
図２との対応部分に同一符号を付して示す図４は、第２の実施の形態のハードディスクドライブ４０を示し、磁気抵抗効果型（ＭＲ：Magnetoresistive effect ）ヘッド４１、ＣＰＵ４２の構成及びハードディスクが装着されていないことを除いて、第１の実施の形態のハードディスクドライブ３と同様に構成されている。
【００４８】
このハードディスクドライブ４０は、例えばリムーバブルディスクドライブでなり、常時ハードディスクが装着されているとは限らず、ハードディスクが装着されていない場合でも乱数を生成し得るようになされている。
【００４９】
ＭＲヘッド４１は、ＭＲ素子による再生動作を行うものであり、当該ＭＲ素子自体は抵抗であることから熱雑音を生じる。従って、ハードディスクからの再生磁束がない状態（すなわち信号を再生していない状態）でも、熱雑音によるノイズが発生する。
【００５０】
ＭＲヘッド４１から再生されるノイズ信号は、再生アンプ１６に入力される。
この場合、再生アンプ１６の増幅利得は、ＣＰＵ４２の制御に基づいて最大値又は最大値に近い値に保持されている。これにより熱雑音による微妙なノイズ信号は、再生アンプ１６によって大きな振幅値であるノイズ信号に増幅され、Ａ／Ｄ変換器１８においてアナログディジタル変換される。
【００５１】
乱数保持回路２０は、Ａ／Ｄ変化器１８の出力のうちの最下位ビットを当該乱数保持回路２０内部のレジスタに順に取り込んでいく。乱数保持回路２０は、例えば１６０ビットないし１０２４ビット程度の所定のビット数だけ取り込み、これを乱数としてＣＰＵ４２に通知する。このようにハードディスクドライブ４０は、当該生成した乱数を用いてパーソナルコンピュータ２との間で暗号通信を行うようになされている。
【００５２】
以上の構成において、ハードディスクドライブ４０は、信号を再生するヘッドとしてＭＲヘッド４１を用いるが、当該ＭＲヘッド４１は、抵抗からなることから熱雑音を発生する。ハードディスクドライブ４０は、この熱雑音を再生アンプ１６によって増幅し、振幅の大きなノイズ信号を生成する。
【００５３】
ハードディスクドライブ４０は、このノイズ信号をＡ／Ｄ変換器１８によってディジタルサンプル値に変換し、当該ディジタルサンプル値のＬＳＢを乱数保持回路２０に所定期間保持することにより乱数を生成する。このようにハードディスクドライブ４０では、ハードディスクが装着されていなくても乱数を発生させることができる。
【００５４】
以上の構成によれば、ＭＲヘッド４１が発生する熱雑音によるノイズ信号を基に乱数を生成し、当該生成した乱数を基に暗号通信のための暗号化鍵Ｋｓを生成することにより、ハードディスクが装着されていなくても、簡易な構成で高品質な乱数を高速に生成することができ、従って標準インターフェイスを用いても安全な暗号通信を行い得る。
【００５５】
（３）第３の実施の形態
図２との対応部分に同一符号を付して示す図５は、第３の実施の形態のハードディスクドライブ５０を示し、ＣＰＵ５１の構成及びハードディスクが装着されていないことを除いて、第１の実施の形態のハードディスクドライブ３と同様に構成されている。
【００５６】
このハードディスクドライブ５０は、ハードディスクが装着されていない場合でもヘッド１０を駆動することなく乱数を生成し得るようになされている。
【００５７】
再生アンプ１６は、本来ヘッド１０の出力を増幅する目的で設けられているものであり、可能な限りノイズを発生させないように構成される。しかしながらが再生アンプ１６は、当該再生アンプ１６を構成するトランジスタが発生する雑音、例えばベース抵抗による熱雑音や、エミッタ・ベース結合におけるフリッカ雑音などによって、入力信号がなくても出力信号には雑音が発生する。
【００５８】
そこで再生アンプ１６は、ＣＰＵ５１の制御に基づいて、当該再生アンプ１６の入力段をショートして入力を遮断すると共に、増幅利得を最大値又はこれに近い値に保持する。これにより、再生アンプ１６の初段のトランジスタによって発生するノイズは、当該再生アンプ１６自身によって大きな振幅値でなるノイズ信号に増幅され、Ａ／Ｄ変換器１８においてアナログディジタル変換される。
【００５９】
乱数保持回路２０は、Ａ／Ｄ変化器１８の出力のうちの最下位ビットを当該乱数保持回路２０内部のレジスタに順に取り込んでいく。乱数保持回路２０は、例えば１６０ビットないし１０２４ビット程度の所定のビット数だけ取り込み、これを乱数としてＣＰＵ５１に通知する。このようにハードディスクドライブ５０は、当該生成した乱数を用いてパーソナルコンピュータ２との間で暗号通信を行うようになされている。
【００６０】
以上の構成において、ハードディスクドライブ５０は、信号を増幅させる再生アンプ１６内で発生するノイズを乱数の生成に利用する。再生アンプ１６は、通常可能な限りノイズを発生させないように構成されるが、当該再生アンプ１６を構成するトランジスタが発生する雑音によって、入力信号がなくても出力信号には雑音が発生する。
【００６１】
従って、ハードディスクドライブ５０では、再生アンプ１６に入力信号がなくても当該再生アンプ１６からノイズ信号を出力することから、当該ノイズ信号をＡ／Ｄ変換器１８によってディジタルサンプル値に変換し、このディジタルサンプル値のＬＳＢを乱数保持回路２０に所定期間保持することにより乱数を生成する。このようにハードディスクドライブ５０は、ハードディスクが装着されておらず、さらにヘッド１０を駆動していない場合でも、乱数を発生することができる。
【００６２】
以上の構成によれば、再生アンプ１６内部で発生するノイズ信号を基に乱数を生成し、当該生成した乱数を基に暗号通信のための暗号化鍵Ｋｓを生成することにより、ヘッド１０を駆動しなくても、簡易な構成で高品質な乱数を高速に生成することができ、従って標準インターフェイスを用いても安全な暗号通信を行い得る。
【００６３】
（４）他の実施の形態
なお上述の実施の形態においては、本発明をハードディスクドライブ３、４０、５０に適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば光ディスクのような他の種々の記録媒体から情報を再生する情報再生装置に本発明を広く適用し得る。
【００６４】
また上述の実施の形態においては、Ａ／Ｄ変換器１８の出力のうちの最下位ビットを乱数保持回路２０内部のレジスタに取り込んだ場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば下位２ビット、下位３ビットなどのように、再生信号のＳＮ比に応じてＡ／Ｄ変換器１８の出力のうちの一部を取り込むようにすれば良い。この場合、再生信号のＳＮ比が悪い場合には、多くのビットを取り込むことができ、より短時間で取り込むことができる。
【００６５】
また上述の実施の形態においては、ハードディスク１７のデータ領域を再生することにより乱数ｒ１を生成した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば当該乱数ｒ１が再生データのデータパターンに依存する場合には、ヘッド１０の位置決めを行うためのサーボ領域を再生することにより乱数を生成するようにしても良い。サーボ領域では、データクロックとは通常非同期に情報が記録されていることから、サーボ領域から再生される再生信号に規則的な情報が現れる可能性をデータ領域より低くすることができ、一段とランダム性の高い乱数を得ることができる。
【００６６】
また上述の実施の形態においては、乱数保持回路２０内のレジスタに所定のビット数のデータを取り込み、当該取り込んだ所定のビット数のデータを乱数ｒ１とした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、例えば当該乱数ｒ１が示すトラック番号のトラックにヘッド１０を移動させ、当該ヘッド１０が移動したトラックから信号を再生して新たな乱数ｒ１′を生成することにより、ランダムなトラック番号ｒ１のトラックから乱数ｒ１′を生成することができ、一段とランダム性の高い乱数を得ることができる。
【００６７】
また上述の実施の形態においては、乱数保持回路２０内のレジスタに所定のビット数のデータを取り込み、当該取り込んだ所定のビット数のデータを乱数ｒ１とした場合について述べたが、本発明はこれに限らず、当該乱数ｒ１に対して所定の演算処理を施すことにより得られた乱数ｒ１″を用いるようにしても良い。
例えばＰを大きな素数、その生成元をαとする。ここで生成元とは、Ｐを法とするαのべき乗剰余演算を行った場合、Ｐ未満の全ての自然数を表すことができる数である。このＰとαを用いてｒ１″＝αr1ｍｏｄＰなるｒ１″を乱数として用いる。ここで、ｍｏｄＰは、Ｐを法とする剰余演算を表す。このようにｒ１を種として新たな乱数ｒ１″を生成することにより、乱数の秘匿性を高めることが可能になる。
【００６８】
また上述の実施の形態においては、ハードディスクドライブ３、４０、５０によって大きな素数ｎ及び生成元ｇを生成し、これらをパーソナルコンピュータ２に送出した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、パーソナルコンピュータ２によって大きな素数ｎ及び生成元ｇを生成し、これらをハードディスクドライブ３、４０、５０に送出するようにしても良い。
【００６９】
また上述の実施の形態においては、暗号化鍵Ｋｓを用いてデータ全てをＤＥＳ規格によって暗号化する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、暗号化鍵Ｋｓとは異なる別の鍵Ｋを用いてデータをＤＥＳ規格によって暗号化する際、鍵Ｋのみを暗号化鍵Ｋｓによって暗号化するようにしても良い。
【００７０】
また上述の実施の形態においては、暗号化処理回路２６によって暗号化及び復号化処理を行う場合について述べたが、本発明はこれに限らず、暗号化処理回路２６を用いることなく、ＣＰＵ６によって暗号化及び復号化処理を行うようにしても良い。
【００７１】
また上述の実施の形態においては、乱数保持回路２０によって乱数を生成した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、装置内部に発生するノイズ信号を基に乱数を生成する他の種々の乱数生成手段を適用するようにしても良い。
【００７２】
また上述の実施の形態においては、ＣＰＵ６、４２、５１によって暗号化鍵を生成する場合について述べたが、本発明はこれに限らず、生成された乱数に基づいて暗号化鍵を生成する他の種々の暗号化鍵生成手段を適用するようにしても良い。
【００７３】
さらに上述の実施の形態においては、本発明をハードディスクドライブ３、４０、５０に適用した場合について述べたが、本発明はこれに限らず、他の種々の暗号化装置及び通信装置に本発明を広く適用し得る。
【００７４】
【発明の効果】
上述のように本発明によれば、ディスク型の記録媒体から信号を再生する際のノイズに起因する信号のばらつきを基に第１の乱数を生成し、上記記録媒体における第１の乱数が示すトラック番号のトラックから信号を再生してその際のノイズに起因する信号のばらつきを基に第２の乱数を生成し、生成された第２の乱数に基づいて情報を暗号化するための暗号化鍵を生成することにより、乱数を生成するための回路を追加することなく、再現性のない高品質な乱数を高速に生成することができ、従って標準インターフェイスを用いても安全な暗号通信を行い得る。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による記録再生システムの一実施の形態を示すブロック図である。
【図２】第１の実施の形態のハードディスクドライブの構成を示すブロック図である。
【図３】アナログディジタル変換された信号の例を示す略線図である。
【図４】第２の実施の形態のハードディスクドライブの構成を示すブロック図である。
【図５】第３の実施の形態のハードディスクドライブの構成を示すブロック図である。
【符号の説明】
１……記録再生システム、２……パーソナルコンピュータ、３、４０、５０……ハードディスクドライブ、５……ハードディスクコントローラ、６、４２、５１……ＣＰＵ、１０……ヘッド、１６……再生アンプ、１７……ハードディスク、２０……乱数保持回路、２６……暗号化処理回路、４１……ＭＲヘッド。
Claims (12)
- ディスク型の記録媒体に記録される情報を暗号化鍵によって暗号化する暗号化装置において、
上記記録媒体から信号を再生する際のノイズに起因する信号のばらつきを基に第１の乱数を生成し、上記記録媒体における上記第１の乱数が示すトラック番号のトラックから信号を再生してその際のノイズに起因する信号のばらつきを基に第２の乱数を生成する乱数生成手段と、
上記生成された第２の乱数に基づいて上記情報を暗号化するための暗号化鍵を生成する暗号化鍵生成手段と
を具える暗号化装置。 - 上記乱数生成手段は、
データクロックとは非同期に情報が記録される上記記録媒体のサーボ領域を再生することにより上記第１の乱数を生成する
請求項１に記載の暗号化装置。 - ディスク型の記録媒体に記録される情報を外部機器との間で通信する通信装置において、
上記記録媒体から信号を再生する際のノイズに起因する信号のばらつきを基に第１の乱数を生成し、上記記録媒体における上記第１の乱数が示すトラック番号のトラックから信号を再生してその際のノイズに起因する信号のばらつきを基に第２の乱数を生成する乱数生成手段と、
上記生成された第２の乱数に基づいて上記情報を暗号化するための暗号化鍵を生成する暗号化鍵生成手段と
上記記録媒体から再生された上記情報を上記暗号化鍵によって暗号化する暗号化手段と
上記暗号化された上記情報を上記外部機器との間で通信する通信手段と
を具える通信装置。 - 上記乱数生成手段は、
データクロックとは非同期に情報が記録される上記記録媒体のサーボ領域を再生することにより上記第１の乱数を生成する
請求項３に記載の通信装置。 - ディスク型の記録媒体に記録される情報を再生する情報再生装置において、
上記記録媒体から信号を再生する際のノイズに起因する信号のばらつきを基に第１の乱数を生成し、上記記録媒体における上記第１の乱数が示すトラック番号のトラックから信号を再生してその際のノイズに起因する信号のばらつきを基に第２の乱数を生成する乱数生成手段と、
上記生成された第２の乱数に基づいて上記情報を暗号化するための暗号化鍵を生成する暗号化鍵生成手段と
上記記録媒体から再生された上記情報を上記暗号化鍵によって暗号化する暗号化手段と
を具える情報再生装置。 - 上記乱数生成手段は、
データクロックとは非同期に情報が記録される上記記録媒体のサーボ領域を再生することにより上記第１の乱数を生成する
請求項５に記載の情報再生装置。 - ディスク型の記録媒体に記録される情報を暗号化鍵によって暗号化する暗号化方法において、
上記記録媒体から信号を再生する際のノイズに起因する信号のばらつきを基に第１の乱数を生成し、上記記録媒体における上記第１の乱数が示すトラック番号のトラックから信号を再生してその際のノイズに起因する信号のばらつきを基に第２の乱数を生成する第１のステップと、
上記生成された第２の乱数に基づいて上記情報を暗号化するための暗号化鍵を生成する第２のステップと
を有する暗号化方法。 - 上記第１のステップでは、
データクロックとは非同期に情報が記録される上記記録媒体のサーボ領域を再生することにより上記第１の乱数を生成する
請求項７に記載の暗号化方法。 - ディスク型の記録媒体に記録される情報を外部機器との間で通信する通信装置の通信方法において、
上記記録媒体から信号を再生する際のノイズに起因する信号のばらつきを基に第１の乱数を生成し、上記記録媒体における上記第１の乱数が示すトラック番号のトラックから信号を再生してその際のノイズに起因する信号のばらつきを基に第２の乱数を生成する第１のステップと、
上記生成された第２の乱数に基づいて上記情報を暗号化するための暗号化鍵を生成する第２のステップと、
上記記録媒体から再生された上記情報を上記暗号化鍵によって暗号化する第３のステップと、
上記暗号化された上記情報を上記外部機器との間で通信する第４のステップと
を有する通信方法。 - 上記第１のステップでは、
データクロックとは非同期に情報が記録される上記記録媒体のサーボ領域を再生することにより上記第１の乱数を生成する
請求項９に記載の通信方法。 - ディスク型の記録媒体に記録される情報を再生する情報再生装置の情報再生方法において、
上記記録媒体から信号を再生する際のノイズに起因する信号のばらつきを基に第１の乱数を生成し、上記記録媒体における上記第１の乱数が示すトラック番号のトラックから信号を再生してその際のノイズに起因する信号のばらつきを基に第２の乱数を生成する第１のステップと、
上記生成された第２の乱数に基づいて上記情報を暗号化するための暗号化鍵を生成する第２のステップと
上記記録媒体から再生された上記情報を上記暗号化鍵によって暗号化する第３のステップと
を有する情報再生方法。 - 上記第１のステップでは、
データクロックとは非同期に情報が記録される上記記録媒体のサーボ領域を再生することにより上記第１の乱数を生成する
請求項１１に記載の情報再生方法。
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