JP5121974B2 - データ記憶装置、記憶制御装置及び方法 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、暗号化機能を有するデータ記憶装置、記憶制御装置及び方法に関する。

近年、ハードディスクドライブ（以下、単にディスクドライブと表記する場合がある）などにおいて、データのセキュリティを確保するために、ディスクなどの記憶媒体に対してデータを暗号化して記録するデータ記憶装置が開発されている。このようなデータ記憶装置では、ホストからリード要求があると、記憶媒体から読み出した暗号化データを復号化してホストに転送する。

なお、データ記憶装置としては、ディスクドライブだけでなく、記憶媒体としてフラッシュメモリを使用するソリッドステートドライブ（solid-state drive : ＳＳＤ)なども含まれる。また、データの暗号化・復号化機能を有するディスクドライブを、自己暗号化ディスク(Self Encrypting Disk : ＳＥＤ)ドライブと呼ばれることがある。

ところで、データの暗号化・復号化機能を有するディスクドライブでは、暗号化・復号化を行なうための暗号鍵として、常に現在使用中の最新の暗号鍵（新暗号鍵と表記する場合がある）のみが内部メモリに保存されている。一方、ディスク上には、新暗号鍵により暗号化された最新のデータだけでなく、旧世代で使用していた暗号鍵（旧暗号鍵と表記する場合がある）により暗号化されたデータが記憶されている。この場合、複数の旧世代で使用していた旧暗号鍵により暗号化されたデータが混在している可能性がある。

従って、このようなディスクドライブは、ライト動作時に、暗号鍵の変更履歴情報(鍵世代情報)を含ませたデータをディスク上にライトする。リード動作時には、鍵世代情報を検査して、その世代情報が最新であれば新暗号鍵によりデータを復号化する。また、世代情報が旧世代で使用していたものであれば、データを復号化できないため、初期化されたデータまたは無意味なランダムデータを生成する仕組みが取り入れられている。

特開２００７−２７９３７号公報

ディスクドライブなどのデータ記憶装置では、記憶媒体から読み出したデータをバッファメモリに一時的に退避させて、このデータを記憶媒体に書き戻すライト動作モードがある。具体的には、トラックに対して記録データを、再度書き込むリフレッシュ動作である。一般的に、ディスク上であるトラックに記録磁界を印加してデータをライトする場合に、当該トラックの隣接トラックに対して記録磁界の洩れ磁束が影響する。そこで、リフレッシュ動作で隣接トラックに記録データを書き戻すことにより、当該影響を抑制することができる。

ここで、ディスク上には、新旧の暗号鍵により暗号化されたデータが混在して記憶されている。ディスクドライブは、ディスクから読み出したデータを復号化せずに、バッファメモリに一時的に退避させる。この後、ディスクドライブは、バッファメモリから読み出したデータから鍵世代情報を解析し、新暗号鍵により暗号化された新データと旧暗号鍵により暗号化された旧データとを分離してディスク上に書き戻す。

このため、鍵世代情報を解析する処理時間や、新データと旧データとを分離して書き込むライト動作の処理時間を要することになり、処理効率の向上が望まれる。

そこで、本発明の目的は、暗号化・復号化機能を有するデータ記憶装置での書き戻し処理の高速化を図ることで処理効率の向上を実現することにある。

実施形態によれば、データ記憶装置は、リード手段と、データ転送手段と、テーブル生成手段とを具備する。リード手段は、暗号化された所定単位のデータを複数含む書き戻し対象データを記憶媒体から読み出す。データ転送手段は、前記リード手段により読み出された前記書き戻し対象データをバッファ領域に転送する。テーブル生成手段は、前記データ転送手段の転送処理と並行して、前記所定単位の各データから暗号鍵として現在使用中の新暗号鍵と旧世代で使用していた旧暗号鍵とを識別する新旧識別情報を取得し、かつ前記所定単位のデータ毎に前記新旧識別情報を対応付けしたテーブル情報を生成する。

実施形態に関するディスクドライブの構成を説明するためのブロック図。 実施形態に関する暗号／復号モジュールのリード処理を説明するためのブロック図。 実施形態に関するリードデータを説明するための模式図。 実施形態に関する鍵世代情報を説明するための模式図。 実施形態に関する鍵世代情報の転送処理を説明するための模式図。 実施形態に関するデータの転送処理を説明するための模式図。 実施形態に関するリード動作を説明するためのフローチャート。 実施形態に関する暗号／復号モジュールのライト処理を説明するためのブロック図。 実施形態に関する鍵世代情報生成器の具体例を示すブロック図。 実施形態に関する鍵世代情報を説明するための模式図。 実施形態に関するライトデータを説明するための模式図。 実施形態に関するライト動作を説明するためのフローチャート。

以下図面を参照して、実施形態を説明する。

［データ記憶装置の構成］
図１に示すように、本実施形態のデータ記憶装置はディスクドライブ１であり、ホスト（コンピュータ又はインターフェースデバイスなど）２から転送されるデータをディスク１０上に書き込み、ディスク１０上から読み出したデータをホスト２に転送する。なお、本実施形態のデータ記憶装置はディスクドライブ１だけでなく、フラッシュメモリを記憶媒体とするＳＳＤ（solid-state drive)にも適用可能である。

ディスクドライブ１は、ヘッド１１と、リード・ライトモジュール１２と、ハードディスクコントローラ（以下、ＨＤＣと表記する）１３と、マイクロプロセッサユニット（ＭＰＵ）１８と、メモリ１９とを有する。ヘッド１１は、図示しないアクチュエータに搭載されて、ディスク１０上の半径方向に移動し、指定のトラックに対してデータを書き込みと読み出しを実行する。

リード・ライトモジュール１２は、リード／ライトチャネルとも呼ばれており、ヘッド１１に対するリード／ライト信号を処理し、ディスク１０上から読み出されたリード信号からデータを再生し、かつディスク１０上に書き込むデータをライト信号に変換する。

ＨＤＣ１３は、リード／ライト（Ｒ／Ｗ）コントローラ１４と、サーボコントローラ１５と、誤り検出訂正（ＥＣＣ：error checking and correcting）モジュール１６と、暗号／復号モジュール１７とを含む。ＨＤＣ１３はＭＰＵ１８と連携して、ホスト２との間のインターフェース制御を実行する。また、ＨＤＣ１３は、メモリ１９のバッファ領域を使用し、ホスト２との間のデータ転送を制御する。

Ｒ／Ｗコントローラ１４は、メモリ１９のバッファ領域を使用して、リード・ライトモジュール１２との間のデータ転送を制御する。サーボコントローラ１５は、ディスク１０上に記録されているサーボデータを使用して、ヘッド１１の位置決め制御を実行する。

ＥＣＣモジュール１６は、ディスク１０上から読み出されたデータに付加されているＥＣＣ（error correcting code）データを使用して、誤り訂正処理（ＥＣＣ処理）を実行する。また、後述するように、ＥＣＣモジュール１６は、新旧の暗号鍵を識別する鍵世代情報（キー世代情報または新旧識別情報と表記する場合がある）を符号化してＥＣＣデータに含ませる処理、及びキー世代情報をＥＣＣデータから復元する処理を実行する。

暗号／復号モジュール１７は、内部メモリに格納されている新暗号鍵を使用して、データの暗号化又は復号化を実行するハードウェアのロジックから構成されている。新暗号鍵とは、現在使用中の最新の暗号鍵を意味する。暗号／復号モジュール１７は、後述するように、データの書き戻し処理を行なうためのリード動作及びライト動作を実行する場合に、暗号化又は復号化を実行しないで転送するバイパスモードを実行する。なお、新暗号鍵に対する旧世代で使用していた暗号鍵を旧暗号鍵と呼び、複数の旧世代で使用していた暗号鍵を含む。

［書き戻し処理］
以下、本実施形態のディスクドライブ１において、例えばリフレッシュ動作の場合に、ＨＤＣ１３が実行するデータの書き戻し処理をリード動作とライト動作に分けて説明する。

まず、図２のブロック図、図３から図６の模式図、および図７のフローチャートを参照して、書き戻し処理でのリード動作を説明する。リード動作は、書き戻し対象のデータをメモリ１９に一時的に退避させる処理を実行する動作である。

図２は、リード動作に関係する暗号／復号モジュール１７の構成を概念的に示す図である。前述したように、暗号／復号モジュール１７はハードウェアのロジックから構成されており、暗号化データを復号化する復号器２０を含む。

図１に示すように、ＨＤＣ１３は、ディスク１０上のリフレッシュ対象のトラックからデータを読み出すリード動作を実行する。リード動作では、サーボコントローラ１５の制御により、ヘッド１１がディスク１０上の指定トラック（リフレッシュ対象）まで移動される。リード・ライトモジュール１２は、ヘッド１１から出力されるリード信号からデータを再生して、ＨＤＣ１３に伝送する。

ここで、ディスクドライブ１では、図３に示すように、所定のアクセス単位としてセクタ単位のデータ３０が取り扱われる。１つのトラックには、多数のデータ３０が連続的に記録されている。データ３０のフォーマットは、ホスト２から転送されるユーザデータを意味するセクタデータ３１と、ＣＲＣ（cyclic redundancy check）コード３２と、ＥＣＣデータ３３とからなる。

図７のフローチャートに示すように、ＨＤＣ１３では、ＥＣＣモジュール１６は、セクタ単位のデータ３０に対して、ＥＣＣデータ３３を使用して、ＥＣＣ処理を実行する（ブロック１００）。ＥＣＣモジュール１６は、ＥＣＣデータ３３に符号化されて含まれているキー世代情報を復元する（ブロック１０１）。ＥＣＣモジュール１６は、復元したキー世代情報と共に、ＥＣＣ処理後のセクタデータ３１及びＣＲＣコード３２を出力する。

暗号／復号モジュール１７は、ＥＣＣモジュール１６からのキー世代情報を内部のレジスタ２３に保持する。また、暗号／復号モジュール１７は、ＥＣＣ処理後のセクタデータ３１及びＣＲＣコード３２を、復号器２０へのルート２１をパスして、バイパス２２経由で出力する（ブロック１０６）。なお、図示していないＣＲＣモジュールにより、ＥＣＣ処理後のセクタデータ３１及びＣＲＣコード３２はエラーチェック処理が実行される。

なお、暗号／復号モジュール１７は、バイパス２２経由ではなく、復号器２０により復号化したセクタデータ３１及びＣＲＣコード３２をメモリ１９に転送してもよい（ブロック１０５）。この場合、復号化されるセクタデータ３１は、新暗号鍵により暗号化されたデータである。旧世代で使用していた旧暗号鍵により暗号化されたセクタデータ３１は、初期化されたデータまたは無意味なランダムデータに変換される。

ＨＤＣ１３は、図６に示すように、暗号／復号モジュール１７から出力されるセクタデータ３１及びＣＲＣコード３２をメモリ１９に確保したデータバッファ領域１９０に格納する（ブロック１０７）。即ち、データバッファ領域１９０には、リフレッシュ対象のトラックに含まれるセクタ単位のセクタデータ３１及びＣＲＣコード３２が格納される。

一方、暗号／復号モジュール１７は、ＥＣＣモジュール１６により復元されたキー世代情報（新旧識別情報）を内部のレジスタ２３に保持し、このキー世代情報の新旧世代を判定する（ブロック１０２）。図４は、便宜的に、ＥＣＣ処理後の８セクタ（ブロック）分のデータBL-0〜BL-7において、復元されたキー世代情報４０との対応関係を示す。キー世代情報４０は、各セクタデータ３１が現在使用中の最新の新暗号鍵により暗号化されたことを示す情報Ｋ（Ａ）である。あるいは、キー世代情報４０は、各セクタデータ３１が旧世代で使用していた旧暗号鍵により暗号化されたことを示す情報Ｋ（Ｂ），Ｋ（Ｃ）である。Ｋ（Ｂ），Ｋ（Ｃ）はそれぞれ、世代が異なる旧世代で使用していたことを意味する。

暗号／復号モジュール１７は、図５に示すように、例えば３２ビットのフリップフロップ５０を有し、新旧世代の判定結果を示すフラグ（０または１）であるキー世代情報フラグを一時的に保持する。ここで、キー世代情報４０が最新の新暗号鍵を示す情報Ｋ（Ａ）の場合には、判定結果としてフラグ０を設定する。また、キー世代情報４０が旧世代で使用していた旧暗号鍵を示す情報Ｋ（Ｂ），Ｋ（Ｃ）の場合には、一括してフラグ１を設定する。

さらに、図５に示すように、暗号／復号モジュール１７は、３２ビット単位でキー世代情報フラグをＦＩＦＯ（first-in first-out）レジスタ５１にセットする（ブロック１０３）。ＨＤＣ１３は、図５に示すように、ＦＩＦＯ（first-in first-out）レジスタ５１にセットされたキー世代情報フラグをメモリ１９のデータバッファ領域１９０以外のバッファ領域１９１に格納する。

図７のフローチャートに戻って、ＨＤＣ１３は、バッファ領域１９１にキー世代情報フラグを順次格納することにより、キー世代情報フラグから構成されるキー世代情報テーブル５００を生成する（ブロック１０４）。即ち、キー世代情報テーブル５００は、図４に示すように、データバッファ領域１９０に格納された各セクタデータ３１に対応付けられるキー世代情報フラグ（０又は１）からなるテーブル情報である。

次に、図８及び図９のブロック図、図１０及び図１１の模式図、および図１２のフローチャートを参照して、書き戻し処理でのライト動作を説明する。ライト動作は、リフレッシュ対象のトラックから読み出したデータを、ディスク１０上の当該トラックに書き戻す処理を実行する動作である。

図８は、ライト動作に関係する暗号／復号モジュール１７の構成を概念的に示す図である。前述したように、暗号／復号モジュール１７はハードウェアのロジックから構成されており、データを暗号化する暗号器８０を含む。

図１２のフローチャートに示すように、ＨＤＣ１３は、メモリ１９のバッファ領域１９０から一時的に退避させたセクタ単位のデータ３０を読み出して、暗号／復号モジュール１７に転送する（ブロック２００）。暗号／復号モジュール１７は、バッファ領域１９０からのデータ３０（セクタデータ３１とＣＲＣコード３２）を、暗号器８０へのルート８１をパスして、バイパス８２経由で転送する。なお、暗号／復号モジュール１７は、前述のリード動作において復号器２０により復号化された場合には、バイパス８２経由ではなく、暗号器８０によりデータ３０（セクタデータ３１とＣＲＣコード３２）を暗号化してもよい（ブロック２０３）。

一方、図１２のフローチャートに示すように、ＨＤＣ１３は、バッファ領域１９１に格納されたキー世代情報テーブル５００から、バッファ領域１９０から読み出したデータ３０に対応するキー世代情報フラグを読み出す（ブロック２００）。暗号／復号モジュール１７はキー世代情報生成部８３を有し、このキー世代情報生成部８３にキー世代情報フラグ５０を入力する（ブロック２０１）。キー世代情報生成部８３は、図９に示すように、例えばマルチプレクサから構成されている。キー世代情報生成部８３は、転送されるデータ３０に同期して、新旧のキー世代情報を生成する（ブロック２０２）。

具体的には、図９に示すように、マルチプレクサは、選択信号ＫＧＳに基づいて、レジスタＡに保持されている最新の新暗号鍵を示す新のキー世代情報Ｋ（Ａ）またはレジスタＸに保持されている旧世代で使用していた旧暗号鍵を示す旧のキー世代情報Ｋ（Ｘ）の一方を選択してキー世代情報４０として出力する。選択信号ＫＧＳは、キー世代情報フラグのフラグ０，１に対応する。

即ち、キー世代情報生成部８３は、図１０に示すように、転送されるデータ３０に同期して、フラグ０に対応するデータ３０の場合には、新のキー世代情報Ｋ（Ａ）をキー世代情報４０として出力する。また、キー世代情報生成部８３は、フラグ１に対応するデータ３０の場合には、旧のキー世代情報Ｋ（Ｘ）をキー世代情報４０として出力する。この旧のキー世代情報Ｋ（Ｘ）は、異なる旧世代で使用していたキー世代情報Ｋ（Ｂ），Ｋ（Ｃ）を一括して意味する情報である。

図１２のフローチャートに戻って、暗号／復号モジュール１７は、バイパス８２経由で転送されるデータ３０に対して、キー世代情報生成部８３からのパス８４で転送されるキー世代情報４０を付加し、出力パス８５でＥＣＣモジュール１６に送る（ブロック２０４）。ＥＣＣモジュール１６は、図１１に示すように、セクタデータ３１からＥＣＣ処理によりＥＣＣデータ３３を算出して付加する（ブロック２０５）。この場合、ＥＣＣモジュール１６は、キー世代情報４０を符号化してＥＣＣデータ３３に含ませる。

図１２のフローチャートに戻って、ＨＤＣ１３は、ＥＣＣモジュール１６によりＥＣＣ処理後のデータ３０を、リード・ライトモジュール１２に転送して、リフレッシュ対象のトラックに書き戻すライト処理を実行する（ブロック２０６）。この場合、図１に示すように、サーボコントローラ１５の制御により、ヘッド１１は、ディスク１０上の指定トラック（リフレッシュ対象トラック）まで移動される。リード・ライトモジュール１２は、ＨＤＣ１３から転送されるデータ３０に応じたライト信号をヘッド１１に供給する。なお、リフレッシュ対象トラックは、前と同じトラックまたは異なるトラックのいずれの場合でもよい。

以上のように本実施形態によれば、例えばリフレッシュ動作に必要なデータの書き戻し処理を実行する場合に、リード動作ではディスク１０から読み出したデータをバッファ領域１９０に退避させる処理と並行して、キー世代情報４０を収集してキー世代情報テーブル５００を作成して別のバッファ領域１９１に格納することができる。従って、ディスクドライブ１では、ディスク１０の１回転で、データの退避処理と、キー世代情報４０を収集する処理とを並列的に行なうことができる。

さらに、ライト動作では、バッファ領域１９０からデータを取り出す処理と並行して、キー世代情報４０を生成する処理を行なうことができる。このため、ディスク１０の１回転で、書き戻し対象のデータにキー世代情報４０を含ませて、ライト動作を行なうことができる。

従って、例えばリフレッシュ動作に必要なデータの書き戻し処理を実行する場合に、当該書き戻し処理の高速化を図ることができる。これにより、暗号・復号機能を有するデータ記憶装置でのリフレッシュ動作の効率を向上することができる。特に、キー世代情報４０をＥＣＣ処理によりＥＣＣデータに含ませて、キー世代情報４０を記憶媒体上に直接的に記録しない方法を採用するデータ記憶装置ではきわめて有効である。

なお、本実施形態では、暗号／復号モジュール１７がハードウェア・ロジックにより構成されている場合を想定したが、データの退避処理とキー世代情報４０を収集する処理とを並列的に行なうことが可能であれば、ソフトウェアモジュールにより構成されている場合でも適用できる。また、本実施形態は、デイスクドライブだけでなく、データのウェアレベリング制御やリフレッシュ処理が必要なＳＳＤなどのデータ記憶装置にも適用可能である。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

１…ディスクドライブ、２…ホストコンピュータ、
１０…ディスク、１１…ヘッド、１２…リード・ライトモジュール、
１３…ハードディスクコントローラ（ＨＤＣ）、
１４…リード／ライト（Ｒ／Ｗ）コントローラ、１５…サーボコントローラ
１６…誤り検出訂正（ＥＣＣ）モジュール、１７…暗号／復号モジュール、
１８…ＭＰＵ。１９…メモリ、２０…復号器、５０…フリップフロップ、８０…暗号器、
１９０，１９１…バッファ領域。

Claims (10)

1. 暗号化された所定単位のデータを複数含む書き戻し対象データを記憶媒体から読み出すリード手段と、
   前記リード手段により読み出された前記書き戻し対象データをバッファ領域に転送するデータ転送手段と、
   前記データ転送手段の転送処理と並行して、前記所定単位の各データから暗号鍵として現在使用中の新暗号鍵と旧世代で使用していた旧暗号鍵とを識別する新旧識別情報を取得し、かつ前記所定単位のデータ毎に前記新旧識別情報を対応付けしたテーブル情報を生成するテーブル生成手段と
   を具備するデータ記憶装置。
2. 前記テーブル生成手段は、
   前記新旧識別情報として、前記新暗号鍵を示す第１の情報および旧世代で使用していた全ての旧暗号鍵を一括して示す第２の情報のそれぞれを前記テーブル情報に設定する請求項１に記載のデータ記憶装置。
3. 前記テーブル生成手段により生成された前記テーブル情報を、前記バッファ領域とは異なるバッファ領域に転送する転送手段を有する請求項１または請求項２のいずれか１項に記載のデータ記憶装置。
4. 前記リード手段により読み出されたデータを前記新暗号鍵により復号化する復号化手段を有する請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のデータ記憶装置。
5. 前記バッファ領域に格納された前記書き戻し対象データを前記記憶媒体に書き戻すライト動作を実行する際に、前記テーブル情報から当該書き戻し対象データに含まれる所定単位の各データのそれぞれに対応する新旧識別情報を取得する手段と、
   前記所定単位の各データの誤り訂正用データに前記新旧識別情報を含ませて、前記書き戻し対象データを前記記憶媒体に書き戻すライト手段と
   を有する請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のデータ記憶装置。
6. 前記ライト手段は、
   前記書き戻し対象データを、前記記憶媒体から読み出された場所と同一の場所に書き戻す請求項５に記載のデータ記憶装置。
7. 前記ライト手段は、
   前記前記書き戻し対象データを、前記記憶媒体から読み出された場所とは異なる場所に書き戻す請求項５に記載のデータ記憶装置。
8. 前記ライト動作を実行する場合で前記リード手段により読み出されて前記新暗号鍵により復号化された場合には、前記バッファ領域から読み出された前記書き戻し対象データに含まれる所定単位の各データを暗号化する暗号化手段を有する請求項５から請求項７のいずれか１項に記載のデータ記憶装置。
9. 入力されたデータであって暗号化された所定単位のデータを複数含む書き戻し対象データをバッファ領域に転送するデータ転送手段と、
   前記データ転送手段の転送処理と並行して、前記所定単位の各データから暗号鍵として現在使用中の新暗号鍵と旧世代で使用していた旧暗号鍵とを識別する新旧識別情報を取得し、かつ前記所定単位のデータ毎に前記新旧識別情報を対応付けしたテーブル情報を生成するテーブル生成手段と
   を具備する記憶制御装置。
10. 暗号化された所定単位のデータを複数含む書き戻し対象データを記憶媒体から読み出し又は前記記憶媒体に書き込むデータ記憶装置に適用する記憶制御方法であって、
    前記記憶媒体から読み出された前記書き戻し対象データをバッファ領域に転送し、
    前記転送処理と並行して、前記所定単位の各データから暗号鍵として現在使用中の新暗号鍵と旧世代で使用していた旧暗号鍵とを識別する新旧識別情報を取得し、
    前記所定単位のデータ毎に前記新旧識別情報を対応付けしたテーブル情報を生成する記憶制御方法。

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