JP4592337B2 - データ記憶装置 - Google Patents

Description

本発明は、安全性が高い暗号鍵を生成してデータを暗号化することができるデータ記憶装置に関する。

従来、機密性のあるデータを保護する機能を搭載したデータ記憶装置として、暗号鍵を生成する手段と、生成した暗号鍵を保持する揮発性メモリと、データを記憶するための不揮発性の記憶手段とを備え、データを前記記憶手段に記憶させる際に揮発性メモリに書き込まれた暗号鍵を用いて暗号化を行うデータ記憶装置が提案されている（例えば、特許文献１参照）。このようなデータ記憶装置では、装置の電源が遮断された時点で揮発性メモリに書き込まれた暗号鍵が消滅するため、暗号鍵の不正な取り出しが防止され、セキュリティレベルの向上が図られている。
特開昭６２−１０７３５２号公報 特開２０００−１８５４４３号公報 特開平７−４６２３４号公報 特開２００４−０３８０２０号公報

しかしながら、暗号鍵を生成するためには、シードとなる平文データが必要となり、シードとなる平文データの選び方、又は暗号鍵を生成するためのアルゴリズムによっては、推測され易い暗号鍵が生成されてしまう虞がある。

そこで、暗号鍵の推測を困難にするために、ＢＢＳ方式、ＢＭ方式等により生成された疑似乱数を用いて暗号鍵を生成する手法、ハッシュ関数を用いて暗号鍵を生成する手法が開発されているが（例えば、特許文献２、３参照）、暗号鍵の安全性については保証されるものの、処理速度が遅いという問題点を有している。一方、処理速度を向上させるために、Ｍ系列の疑似乱数を用いて暗号鍵を生成する手法が提案されているが（例えば、特許文献４参照）、安全性の面で不安が残るという問題点を有している。

本発明は斯かる事情に鑑みてなされたものであり、入力されたデータを処理するデータ処理部と、データを記憶する記憶部とが接続手段を介して接続されており、接続手段は、データ処理部にて生成された暗号化データに基づいて暗号鍵を生成し、生成した暗号鍵を用いて記憶部に記憶させるべきデータを暗号化する構成とすることにより、特別なハードウェアを用いることなく安全性の高い暗号鍵を生成することができるデータ記憶装置を提供することを目的とする。

本発明に係るデータ記憶装置は、入力されたデータを処理するデータ処理部と、前記データを記憶するデータ記憶部とを接続手段を介して接続してあり、処理すべきデータ及び記憶すべきデータを前記接続手段を介して送受するデータ記憶装置において、前記データ処理部は、暗号化データを生成する暗号化データ生成手段と、生成した暗号化データを前記接続手段へ送出する手段とを備え、前記接続手段は、前記データ処理部から送出された暗号化データに基づいて暗号鍵を生成する暗号鍵生成手段と、前記データ処理部から記憶すべきデータを受付けた場合、前記暗号鍵生成手段にて生成した暗号鍵を用いて前記データを暗号化する手段と、暗号化したデータを前記データ記憶部へ送出する手段とを備え、前記暗号化データ生成手段は、複数ビットからなる暗号化データを生成するようにしてあり、前記暗号鍵生成手段は、前記暗号化データから一部のビットを抽出して暗号鍵を生成するようにしてあり、前記データ記憶部は、前記接続手段が暗号化したデータを記憶するようにしてあることを特徴とする。

本発明にあっては、入力されたデータを処理するデータ処理部と、データを記憶する記憶部とが接続手段を介して接続されており、接続手段は、データ処理部にて生成された暗号化データに基づいて暗号鍵を生成し、生成した暗号鍵を用いて記憶部に記憶させるべきデータを暗号化するようにしているため、暗号鍵の生成元となるデータが暗号化されており、しかも暗号鍵生成手段の内部にてそのデータを変形して暗号鍵を生成することができるため、暗号化回路のような特別なハードウェアを設けることなく、推測困難な暗号鍵の生成が可能となる。
また、本発明にあっては、暗号鍵生成手段では、複数ビットからなる暗号化データの一部を抽出して、暗号鍵を生成するようにしているため、簡易なハードウェア構成により安全性が高い暗号鍵の生成が可能となる。

本発明に係るデータ記憶装置は、前記暗号鍵生成手段は、論理回路により構成してあることを特徴とする。

本発明にあっては、例えば、論理回路の内部にて暗号化データを変形して暗号鍵を生成することができるため、暗号化データを変形する工程を外部から隠蔽することが容易である。

本発明に係るデータ記憶装置は、前記暗号鍵生成手段は、前記暗号化データから抽出すべきビット位置を定めた情報を記憶する手段を備え、暗号鍵を生成する際に前記情報に基づいて前記暗号化データから一部のビットを抽出するようにしてあることを特徴とする。

本発明にあっては、暗号化データから抽出すべきビット位置を定めた情報を記憶しており、その情報を元にして暗号鍵を生成するようにしているため、例えば、利用者コード、パスワード毎に暗号鍵を生成することが可能となり、利用者に対して利便性の良い環境を提供することが可能となる。

本発明に係るデータ記憶装置は、前記暗号鍵生成手段は、前記情報を複数記憶してあり、暗号鍵を生成する際に一の情報を選択する手段を備えることを特徴とする。

本発明にあっては、抽出すべきビット位置を定めた情報を複数記憶しており、暗号鍵を生成する際に一の情報を選択するようにしているため、利用状況、又は記憶させるべきデータに応じて暗号鍵を変更することが可能であり、安全性が高まる。

本発明に係るデータ記憶装置は、前記暗号化データの暗号強度は、前記接続手段により暗号化されたデータの暗号強度よりも強いことを特徴とする。

本発明にあっては、安全性が高い暗号鍵を生成することができるため、記憶部に記憶させるべきデータを簡易な構成のアルゴリズムにより暗号化した場合であっても、暗号化されたデータの解読が困難となる。

本発明による場合は、暗号鍵の生成元となるデータが暗号化されており、しかも接続手段に設けた暗号鍵生成手段の内部にてそのデータを変形して暗号鍵を生成するようにしている。したがって、暗号化回路のような特別なハードウェアを設けることなく推測困難な暗号鍵を生成することができ、セキュリティレベルの向上を図ることができる。

また、本発明による場合は、例えば、論理回路の内部にて暗号化データを変形して暗号鍵を生成することができる。したがって、暗号化データを変形する工程を外部から隠蔽することができ、暗号鍵の推測を困難にすることができる。

更に、本発明による場合は、暗号鍵生成手段では、複数ビットからなる暗号化データの一部を抽出して、暗号鍵を生成するようにしている。したがって、簡易なハードウェア構成により安全性が高い暗号鍵を生成することができる。

更に、本発明による場合は、暗号化データから抽出すべきビット位置を定めた情報を記憶しており、その情報を元にして暗号鍵を生成するようにしている。したがって、例えば、利用者コード、パスワード毎に暗号鍵を生成することが可能となり、利用者に対して利便性の良い環境を提供することができる。

更に、本発明による場合は、抽出すべきビット位置を定めた情報を複数記憶しており、暗号鍵を生成する際に一の情報を選択するようにしている。したがって、利用状況、又は記憶させるべきデータに応じて暗号鍵を変更することができ、安全性を高めることができる。

更に、本発明による場合は、安全性が高い暗号鍵を作成することができるため、記憶部に記憶させるべきデータを簡易な構成のアルゴリズムにより暗号化した場合であっても、暗号化されたデータの解読を困難にすることができ、セキュリティレベルの向上を図ることができる。

以下、本発明をその実施の形態を示す図面に基づいて具体的に説明する。
図１は本発明に係るデータ記憶装置の内部構成を説明するブロック図である。本発明に係るデータ記憶装置は、入力されたデータを処理するデータ処理部１０と、データを記憶するハードディスクドライブ３０（以下、ＨＤＤ３０と称する）とを備えており、両者がハードディスクコントローラ２０（以下、ＨＤＤコントローラ２０と称する）により接続されている。ＨＤＤコントローラ２０は、ＨＤＤ３０に対するデータの書込み処理、及びＨＤＤ３０に記憶されたデータの読出し処理を制御すると共に、暗号鍵を生成する機能、及び生成した暗号鍵を用いてＨＤＤ３０に保存させるデータを暗号化する機能を有する。

データ処理部１０はＣＰＵ１１を備えており、該ＣＰＵ１１にはホストバス１２を介してシステムチップ１３及び入出力インタフェース１５が接続されている。システムチップ１３は、メモリコントローラ及びホストＰＣＩブリッジを内蔵しており（不図示）、メモリコントローラを介してメモリ１４が接続され、ホストＰＣＩブリッジを介してＰＣＩバス１８が接続されている。メモリ１４には、各種の制御プログラム及び後述する暗号化プログラムが格納されており、システムチップ１３介してこれらのプログラムがＣＰＵ１１にロードされる。ＣＰＵ１１は、これらのプログラムを実行することによってハードウェア全体の制御を行い、本発明に係るデータ記憶装置として動作させる。

ＰＣＩバス１８には、ＨＤＤコントローラ２０を介してＨＤＤ３０が接続されている。ＣＰＵ１１は、ＨＤＤ３０に対するデータの書込指示及び読出指示をシステムチップ１３を介してＨＤＤコントローラ２０へ与えることにより、データの書込み及びデータの読出しを実行する。

入出力インタフェース１５は、キーボード、マウス等の入力デバイスを備える入力部１６と、液晶ディスプレイ、ＣＲＴディスプレイ等の出力デバイスを備える出力部１７とが接続されている。また、このような入出力インタフェース１５に加えて外部機器を接続するための通信インタフェースを搭載し、当該通信インタフェースを通じてデータの送受信を行う構成であっても良い。更に、前述した出力デバイスに加えて、電子写真方式又はインクジェット方式等により用紙上に画像を形成する印字部を搭載する構成であっても良い。

ＨＤＤコントローラ２０は、ＰＣＩインタフェース２１、レジスタ２２、ＭＰＸ２３、暗号・復号部２４、及びＡＴＡコントローラ２５を備えており、データ処理部１０が備えるＣＰＵ１１からの指示により、ＨＤＤ３０へのデータの書き込み、及びＨＤＤ３０からのデータの読み出しを実行する。

ＰＣＩインタフェース２１は、ＰＣＩバス１８に接続されており、データ処理部１０が出力したデータ及び制御信号を受けると共に、ＨＤＤ３０から読み出されたデータをデータ処理部１０へ送出する。

レジスタ２２は暗号鍵の元となる暗号化データを記憶する揮発性の記憶手段である。本実施の形態では、データ処理部１０のＣＰＵ１１がソフトウェア的に暗号化データを作成し、作成した暗号化データをＨＤＤコントローラ２０へ送出するように構成している。レジスタ２２は、ＰＣＩインタフェース２１にて受けた暗号化データを一時的に格納する。

ＭＰＸ２３はレジスタに格納された暗号化データから一部のビットを抽出して暗号鍵を生成する論理回路（ハードウェア）である。本実施の形態では、ＭＰＸ２３において生成された暗号鍵を用いてデータの暗号化、及びデータの復号を行う共通鍵暗号鍵方式を採用しており、暗号・復号部２４において鍵（暗号鍵）が必要となる際にレジスタ２２に格納された暗号化データに基づいて暗号鍵が生成される。

暗号・復号部２４では、所定のアルゴリズムによりデータの暗号化、及びデータの復号を行う論理回路である。暗号・復号部２４は、入力用バッファ、入力用バッファに設定されたデータに対して所定の演算処理を施す演算器、演算器による演算結果を保持する出力用バッファ等により構成される。前記演算器が実行する演算としては、ＤＥＳ方式（DES : Data Encryption Standard）等の既知の暗号化アルゴリズムを利用することができる。出力用バッファからデータを取出すことによって、暗号化されたデータ、又は復号されたデータを取得することができる。暗号化されたデータはＡＴＡコントローラ２５へ送出され、復号されたデータはＰＣＩインタフェース２１へ送出される。

ＡＴＡコントローラ２５では、ＩＤＥ規格に準拠した装置（本実施の形態ではＨＤＤ３０）に対するＡＴＡコマンドを発行し、当該ＡＴＡコマンドを実行することにより前記装置に対する制御を行う。ＡＴＡコントローラ２５が発行するコマンドとしては、ＨＤＤ３０のセクタ情報を取得するためのコマンド、ＨＤＤ３０の空きセクタにデータを書込むためのコマンド、セクタに書込まれたデータを読出すためのコマンド等が挙げられ、これらのコマンドを実行することによって、データの書込み処理、及びデータの読出し処理を行う。

以下、本発明に係るデータ記憶装置により実行される処理について説明する。図２はデータ記憶装置が実行する処理を説明するフローチャートである。ＨＤＤコントローラ２０において暗号鍵を生成させる場合、まず、データ処理部１０において平文データを暗号化し（ステップＳ１１）、暗号化した平文データ（暗号化データ）をＨＤＤコントローラ２０へ送出する（ステップＳ１２）。暗号化する平文データとしては、入力部１６を通じて入力されるデータ、又はデータ処理部１０の内部において生成されるデータが用いられる。入力部１６を通じて入力されるデータは、例えば、利用者名、パスワード等を用いることができ、内部において生成されるデータは、図に示していないＲＴＣ（Real Time Clock）が出力する時間情報を用いることができる。また、暗号化する平文データとして双方のデータを結合したデータを用いる構成であっても良い。

これらの平文データはソフトウェアの処理により暗号化される。具体的には、ＡＥＳ（Advanced Encryption Standard）のような暗号化アルゴリズムによる暗号化プログラムをメモリ１４に格納しておき、本データ記憶装置の起動時、又は任意の時点において、ＣＰＵ１１が前記暗号化プログラムを起動して実行する。そして、暗号化すべき平文データが入力された場合、又は内部で生成された場合、ＣＰＵ１１の演算処理によって平文データの暗号化を実行する。

データ処理部１０において暗号化され、送出された暗号化データはＰＣＩインタフェース２１を通じてＨＤＤコントローラ２０に入力された後、レジスタ２２に格納される（ステップＳ１３）。そして、レジスタ２２に格納された暗号化データは所定のタイミングによりＭＰＸ２３に送出され、ＭＰＸ２３が暗号化データから特定ビットのデータを抽出して暗号鍵を生成する（ステップＳ１４）。

図３は暗号鍵の生成工程を説明する説明図である。データ処理部１０が１２８ビットの暗号化データを出力し、ＭＰＸ２３がこの暗号化データの一部を抽出して鍵長５６ビットの暗号鍵を生成する構成である場合、例えば、図３（ａ）に示したように、ａ１ビット目から順に５６ビット分のデータを抽出して、鍵長５６ビットの暗号鍵を生成することができる。抽出開始のビット位置ａ１、及び抽出するビット長の情報はＭＰＸ２３の内部に予め設定しておくことで、ＭＰＸ２３は、このような抽出方法にて暗号鍵を生成することができる。

同様に、図３（ｂ）に示したように、［ｂ１，ｂ２］、［ｂ３，ｂ４］、［ｂ５，ｂ６］、［ｂ７，ｂ８］の範囲で示される４つのブロックに分けてデータを抽出して、全体として５６ビットの暗号鍵を生成することも可能である。この場合、抽出開始のビット位置ｂ１，ｂ３，ｂ５，ｂ７、及び抽出終了位置のビット位置ｂ２，ｂ４，ｂ６，ｂ８を予めＭＰＸ２３に設定しておくことにより、このような抽出方法でデータを抽出して暗号鍵を生成することができる。

なお、暗号鍵を生成方法は前述した手法に限定する必要はなく、例えば、抽出開始のビット位置をランダムに選択するようにしても良く、また、後述するようにセクタ情報に基づいて設定するようにしても良い。更に、図３（ｂ）に示したように複数のブロックを抽出した後、そのブロックの並び替えを行って暗号鍵を生成するようにしても良い。

次いで、ＨＤＤ３０に記憶させる保存用のデータが入力されたか否かを判断する（ステップＳ１５）。保存用のデータは、入力部１６を通じて利用者が指示するタイミング、又はＣＰＵ１１が指示するタイミングにてデータ処理部１０から入力される。保存用のデータが入力されていないと判断した場合（Ｓ１５：ＮＯ）、保存用のデータが入力まで待機し、保存用のデータが入力されたと判断した場合（Ｓ１５：ＹＥＳ）、ステップＳ１４において生成した暗号鍵を用いて前記データを暗号化し（ステップＳ１６）、暗号化したデータのＨＤＤ３０への書込み処理を実行する（ステップＳ１７）。

次いで、書込み処理が終了したか否かを判断し（ステップＳ１８）、書込み処理が終了していないと判断した場合（Ｓ１８：ＮＯ）、処理をステップＳ１７へ戻し、書込み処理が終了したと判断した場合（Ｓ１８：ＹＥＳ）、本フローチャートによる処理を終了する。

このように、本発明では、レジスタ２２に保持された暗号化データを用いてＭＰＸ２３の内部にて暗号鍵を生成し、その暗号鍵を用いてデータの暗号化を行う構成であるため、暗号鍵自体を保持する必要性がなくなり、悪意のある第三者によってＨＤＤ３０が不正に取り外されたり、ＨＤＤコントローラ２０の内部が解析された場合であっても、暗号鍵の不正入手が困難となる。

なお、本実施の形態では、暗号鍵を生成した後に入力されたデータを暗号化する構成としたが、保存用のデータがＨＤＤコントローラ２０に入力されたと判断した時点でレジスタ２２に格納された暗号化データを読出し、読出した暗号化データを基にＭＰＸ２３が暗号鍵を生成する構成であっても良い。また、ＨＤＤコントローラ２０にデータが入力されたとき、ＨＤＤ３０でのデータの格納位置を示すセクタ情報をＡＴＡコントローラ２５が取得するため、取得したセクタ情報に基づき、暗号鍵として抽出するデータのビット位置を定めるようにしても良い。例えば、ＨＤＤ３０の全セクタ数をＮ、入力されたデータの格納位置を示すセクタがｎである場合、図３（ａ）に示したａ１，ａ２の値は、ａ１＝ｎ／Ｎ×５６、ａ２＝ａ１＋５５のように定めることができる。

また、レジスタ２２が暗号化データを保持している間はその暗号化データにより生成した暗号鍵（復号鍵）を用いてデータの復号も可能となるが、例えば、データ記憶装置を起動し直したり、リセットしたりした場合にはレジスタ２２に保持されたデータが消去されることとなるため、ＲＴＣからの出力を元に暗号鍵の生成元となる暗号化データを作成している場合には、前回と同じ暗号鍵が入手できないことになる。したがって、暗号化された状態でＨＤＤ３０に残っているデータは、装置の起動時等において自動的に消去する構成であっても良い。

本発明に係るデータ記憶装置の内部構成を説明するブロック図である。 データ記憶装置が実行する処理を説明するフローチャートである。 暗号鍵の生成工程を説明する説明図である。

符号の説明

１０ データ処理部
１１ ＣＰＵ
２０ ハードディスクコントローラ（ＨＤＤコントローラ）
２１ ＰＣＩインタフェース
２２ レジスタ
２３ ＭＰＸ
２４ 暗号・復号部
２５ ＡＴＡコントローラ
３０ ハードディスクドライブ（ＨＤＤ）

Claims (5)

1. 入力されたデータを処理するデータ処理部と、前記データを記憶するデータ記憶部とを接続手段を介して接続してあり、処理すべきデータ及び記憶すべきデータを前記接続手段を介して送受するデータ記憶装置において、
   前記データ処理部は、暗号化データを生成する暗号化データ生成手段と、生成した暗号化データを前記接続手段へ送出する手段とを備え、前記接続手段は、前記データ処理部から送出された暗号化データに基づいて暗号鍵を生成する暗号鍵生成手段と、前記データ処理部から記憶すべきデータを受付けた場合、前記暗号鍵生成手段にて生成した暗号鍵を用いて前記データを暗号化する手段と、暗号化したデータを前記データ記憶部へ送出する手段とを備え、
   前記暗号化データ生成手段は、複数ビットからなる暗号化データを生成するようにしてあり、
   前記暗号鍵生成手段は、前記暗号化データから一部のビットを抽出して暗号鍵を生成するようにしてあり、
   前記データ記憶部は、前記接続手段が暗号化したデータを記憶するようにしてあることを特徴とするデータ記憶装置。
2. 前記暗号鍵生成手段は、論理回路により構成してあることを特徴とする請求項１に記載のデータ記憶装置。
3. 前記暗号鍵生成手段は、前記暗号化データから抽出すべきビット位置を定めた情報を記憶する手段を備え、暗号鍵を生成する際に前記情報に基づいて前記暗号化データから一部のビットを抽出するようにしてあることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のデータ記憶装置。
4. 前記暗号鍵生成手段は、前記情報を複数記憶してあり、暗号鍵を生成する際に一の情報を選択する手段を備えることを特徴とする請求項３に記載のデータ記憶装置。
5. 前記暗号化データの暗号強度は、前記接続手段により暗号化されたデータの暗号強度よりも強いことを特徴とする請求項１から請求項４の何れか１つに記載のデータ記憶装置。

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