JP5205075B2

JP5205075B2 - 暗号処理方法、暗号処理装置、復号処理方法および復号処理装置

Info

Publication number: JP5205075B2
Application number: JP2008032228A
Authority: JP
Inventors: 一成山田; 諭千賀; シュエタンリュウ; チェンウェフォン
Original assignee: Panasonic Corp; Matsushita Electric Industrial Co Ltd
Current assignee: Panasonic Corp; Panasonic Holdings Corp
Priority date: 2008-02-13
Filing date: 2008-02-13
Publication date: 2013-06-05
Anticipated expiration: 2028-02-13
Also published as: EP2244416A4; EP2244416A1; WO2009101768A1; JP2009194559A; CN101946456A; US20100306540A1

Description

本発明は、アプリケーション層のセキュリティを増進するための暗号処理方法、暗号処理装置、復号処理方法および復号処理装置に関する。

特許文献１は、アプリケーション層セキュリティプロトコルに対応した処理性能を増進する方法を提案している。特許文献１は、処理性能を増進するために、暗号化アクセラレータが暗号処理の負荷をＣＰＵから取り除くことを開示する。しかし、特許文献１に開示された方法では、各入力メッセージまたは出力メッセージごとにユーザ空間とカーネル空間の間で２回のメモリコピー動作が発生し、大きなオーバヘッドを招く。

そこで、アプリケーション層セキュリティプロトコルにおけるユーザ-カーネル空間でのメモリコピーのオーバヘッドに対処するために、次の発明が提案されている（特許文献２）。

特許文献２は、暗号処理とネットワークプロトコルスタック処理の両方の負荷を暗号化アクセラレータと、ネットワークプロトコルスタックプロセッサとの両方からなるネットワークプロトコルオフロードチップに担わせることにより、メモリコピーのオーバヘッドを減少させる方法を提案している。しかし、この方法を実現するには特定のネットワークハードウェア構成が必要であり、装置に組み込まれたソフトウェアベースのＴＣＰ／ＩＰスタックには適合しない。
米国特許第７，０４７，４０５号明細書米国特許第６，９８３，３８２号明細書

しかしながら、特許文献１では、アプリケーション層セキュリティプロトコルを実行するとき、各入力メッセージまたは出力メッセージごとに、ユーザ空間とカーネル空間との間で、各マルチメディアペイロードを複数回のメモリコピーを行うため、暗号処理性能が悪いという問題が生じる。ここで、ペイロードとはデータブロックのうちヘッダ等をのぞいたデータ本体を指す。オーディオビデオ等の大きいサイズのペイロードを処理する際には、この性能はより悪化する。

特許文献２では、メモリコピーのオーバヘッドを回避できても、大きいサイズのペイロードのセグメント化された部分の連続を処理する場合、連続する二つのセグメントを関係付けるための暗号化に関する情報がないので、アプリケーション層セキュアプロトコルを適用する際、各セグメントに対して個々にＣＢＣまたはカウンターモードの暗号化および認証処理を行う際に困難が生じる。

本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、セキュアマルチメディア通信の暗復号処理性能または認証処理性能を効果的に増進する暗号処理方法、暗号処理装置、復号処理方法および復号処理装置を提供することを目的とする。

本発明の暗号処理方法は、セキュリティプロトコルによってセキュア化されたマルチメディア通信に対する暗復号処理または認証処理を増進するための暗号処理装置における暗号処理方法であり、前記マルチメディア通信の開始時に、暗復号処理または認証処理が必要なパケットを識別するための識別条件を含むセキュア処理情報を記憶装置またはメモリに記憶するステップと、平文のマルチメディアパケットを仮想ネットワークインタフェースへ送信するステップと、前記セキュア処理情報に含まれる前記識別条件に基づいて前記平文のマルチメディアパケットをネットワークプロトコルスタック内でフィルタリングするステップと、前記平文のマルチメディアパケットがフィルタリングされるときに、前記平文のマルチメディアパケットが前記セキュア処理情報に含まれる前記識別条件と合致する場合、前記平文のマルチメディアパケットに対して暗号処理または認証処理を実行して、セキュリティプロトコルに適合するように、セキュアマルチメディアパケットのペイロードを修正するステップと、前記仮想ネットワークインタフェースへの宛先アドレスを、前記セキュアマルチメディアパケットの送信先アドレスに置き換えるステップと、前記セキュアマルチメディアパケットをネットワークインタフェースから送出するステップと、を有するようにした。

本発明の暗号処理装置は、セキュリティプロトコルによってセキュアされたマルチメディア通信に対する暗復号処理または認証処理を増進するための暗号処理装置であり、暗復号処理または認証処理が必要なパケットを識別するための識別条件を含むセキュア処理情報を記憶する記憶手段と、平文のマルチメディアパケットを仮想ネットワークインタフェースへ送信する送信手段と、前記平文のマルチメディアパケットが前記セキュア処理情報に含まれる前記識別条件と合致するか否かを判断し、前記識別条件が合致した場合に前記平文のマルチメディアパケットに対して暗号処理または認証処理を実行して、セキュリティプロトコルに適合するようにセキュアマルチメディアパケットのペイロードを修正する修正手段と、前記仮想ネットワークインタフェースへの宛先アドレスを、前記セキュアマルチメディアパケットの送信先アドレスに置き換える置換手段と、前記セキュアマルチメディアパケットをネットワークインタフェースから送出する送出手段と、を有する構成を採る。

本発明の復号処理方法は、セキュリティプロトコルによってセキュアされたマルチメディア通信に対する暗復号処理または認証処理を増進するための復号処理装置における復号処理方法であり、前記マルチメディア通信の開始時に、暗復号処理または認証処理が必要なパケットを識別するための識別条件を含むセキュア処理情報を記憶装置またはメモリに記憶するステップと、前記セキュア処理情報に含まれる前記識別条件に基づいて、入力されるセキュアマルチメディアパケットをネットワークプロトコルスタック内でフィルタリングするステップと、前記セキュアマルチメディアパケットがフィルタリングされるときに、前記セキュアマルチメディアパケットが前記セキュア処理情報に含まれる前記識別条件と合致する場合、前記セキュアマルチメディアパケットに対して復号処理または認証処理を実行し、セキュアマルチメディアパケットのペイロードを平文ペイロードとして修正するステップと、平文のマルチメディアパケットを入力マルチメディア通信のアプリケーション層へ送信するステップと、を有するようにした。

本発明の復号処理装置は、セキュリティプロトコルによってセキュアされた入力マルチメディア通信に対する暗復号処理または認証処理を増進するための復号処理装置であり、暗復号処理または認証処理が必要なパケットを識別するための識別条件を含むセキュア処理情報を記憶するための記憶手段と、入力されるセキュアマルチメディアパケットが前記セキュア処理情報に含まれる前記識別条件と合致するか否かを判断し、前記識別条件が合致する場合に前記セキュアマルチメディアパケットに対して復号処理または認証処理を実行し、前記セキュアマルチメディアパケットのペイロードを平文ペイロードとして修正するための修正手段と、平文のマルチメディアパケットを入力マルチメディア通信のアプリケーション層へ送信する送信手段と、を有する構成を採る。

本発明によれは、セキュアマルチメディア通信の暗復号処理性能または認証処理性能を効果的に増進することができる。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。

本実施の形態では、大きいサイズのペイロードを、ネットワークへ実際に送出する際に使用される最大送信単位よりも十分に大きい最大送信単位を設定した仮想ネットワーク装置（仮想ネットワークインタフェース）に転送し、仮想ネットワーク装置のネットワークプロトコルスタックにいったん取り込んだ大きいサイズのペイロード全体に対して、カーネルレベルの暗復号処理または認証処理を起動し、セキュア化されたペイロードを実在のネットワーク装置（ネットワークインタフェース）のネットワークプロトコルスタックに送信する構成について説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る暗号処理通信システムの一例を示す構成図である。

暗号処理通信システム１００は、ユーザ空間１１０とカーネル空間１２０を含む。

ユーザ空間１１０は、セキュアマルチメディアアプリケーション１１２、ソケット１１４、セキュアマルチメディアアプリケーションの統制部１１６、およびセキュア制御インタフェース１１８を含む。

セキュアマルチメディアアプリケーション１１２は、セキュアリアルタイムトランスポートプロトコル（ＳＲＴＰ）等のアプリケーション層セキュリティプロトコルの保護の下で、インターネットを介してオーディオまたはビデオ等のマルチメディアコンテンツを楽しむアプリケーションである。

オーディオまたはビデオ等のマルチメディアコンテンツは、ペイロードの形でパケット化される。高精細度のマルチメディアコンテンツがトレンドであるので、ペイロードは、一般に、大きいサイズのペイロードになる。

マルチメディアコンテンツを運ぶペイロードは、ネットワーク処理のためにソケット１１４に入力される。

セキュアマルチメディアアプリケーション１１２は、セキュアマルチメディアアプリケーションの統制部１１６によって、セキュアマルチメディア通信を起動する。

セキュアマルチメディアアプリケーションの統制部１１６は、セキュアマルチメディア通信の開始や終了等のコマンドをセキュア制御インタフェース１１８へ送る。

カーネル空間１２０は、ネットワークプロトコルスタック１３０、仮想ネットワークインタフェース１４０、ネットワークインタフェース１５０、およびカーネルレベル暗号モジュール１６０から構成される。

ネットワークプロトコルスタック１３０は、セキュアマルチメディアパケットの出力フィルタ１３２、およびセキュアマルチメディアパケットの入力フィルタ１３４から構成される。

ネットワークプロトコルスタック１３０の一例としては、ＴＣＰ／ＩＰスタックがある。

仮想ネットワークインタフェース１４０としては、大きいサイズのマルチメディアペイロードをセグメントに分割するのを避けるために比較的大きなＭＴＵ（最大送信単位）をもつ仮想ネットワークインタフェースを設定する。

セキュアマルチメディアアプリケーションの統制部１１６は、セキュアマルチメディアパケットの出力フィルタ１３２と、セキュアマルチメディアパケットの入力フィルタ１３４とを設定および起動する。

マルチメディアパケットが、出力フィルタ１３２、または、入力フィルタ１３４でフィルタリングされるとき、マルチメディアパケットが出力フィルタ１３２、または、入力フィルタ１３４にて設定された識別条件を満たせば、マルチメディアパケットのペイロードはアプリケーション層セキュリティプロトコルに適合する暗復号処理または認証処理を受ける。ここで、識別条件は、暗復号処理または認証処理に必要なパラメタであり、または暗復号処理または認証処理が必要なパケットを識別するための条件である。

カーネルレベル暗号モジュール１６０は、アプリケーション層セキュア処理情報格納部１６２、アプリケーション層セキュリティ処理ユニット１６４、および暗号処理ユニット１６８から構成される。なお、暗号処理ユニット１６８は、暗号ユニット１６８２とメッセージ認証ユニット１６８４を含む。カーネルレベル暗号モジュール１６０は、アプリケーション層セキュリティプロトコルに適合する暗号処理または認証処理を実行する。

図２は、出力されるセキュアマルチメディアパケットに対してカーネルレベル暗号処理または認証処理を実行するための本発明の実施の形態を示すフローチャートである。

ステップＳ１０２において、セキュアマルチメディアアプリケーション１１２は、セキュアマルチメディアアプリケーション自身の処理を開始し、出力セキュアマルチメディアパケットに対応した設定を行うように、セキュアマルチメディアアプリケーションの統制部１１６を起動する。

これにより、セキュアマルチメディアアプリケーションの統制部１１６は、仮想ネットワークインタフェース１４０のネットワークプロトコルスタック１３０内で、一つの出力暗号処理フィルタリングポイント１３２を有効化する。そして、統制部１１６は、アプリケーション層セキュア処理情報格納部１６２（本発明の「記憶手段」に相当）中にセキュア処理情報エントリーを作成し、アプリケーション層セキュリティ処理ユニット１６４および暗号処理ユニット１６８における暗号処理または認証処理の設定を含む、カーネルレベル暗号モジュール１６０の設定を行う。

ステップＳ１０４において、ユーザ空間１１０で出力マルチメディアコンテンツが発生すると、セキュアマルチメディアアプリケーション１１２は、マルチメディアトランスポートパケットを生成する。

ステップＳ１０６において、セキュアマルチメディアアプリケーション１１２は、マルチメディアトランスポートパケットを、ソケット１１４を介して、仮想ネットワークインタフェース１４０のネットワークプロトコルスタック１３０へ送信する。

ステップＳ１０８で、カーネル空間１２０において、マルチメディアトランスポートパケットが出力フィルタ１３２の識別条件を満たす場合は、ネットワークプロトコルスタック１３０は、カーネルレベル暗号モジュール１６０を起動して、マルチメディアトランスポートパケットに対する暗号処理または認証処理を行わせ、アプリケーション層セキュリティに適合するようにペイロードを修正させる。

アプリケーション層セキュア処理情報格納部１６２中のセキュア処理情報エントリーに基づいて、カーネルレベル暗号モジュール１６０は、暗号ユニット１６８２において、マルチメディアトランスポートパケットの暗号化を実行する。メッセージ認証ユニット１６８４は、メッセージ認証を実行する。そして、アプリケーション層セキュリティ処理ユニット１６４は、例えば、ＳＲＴＰにより暗号化された部分と、ＳＲＴＰにより認証された部分とに適合するような、アプリケーション層セキュリティをもつペイロードにマルチメディアトランスポートパケットを作り変える。すなわち、マルチメディアトランスポートパケットは、セキュアマルチメディアパケットに変換される。

ステップＳ１１０において、アプリケーション層セキュリティ処理ユニット１６４は、仮想ネットワークインタフェースになっているセキュアマルチメディアパケットの宛先アドレスを実際の送信先である送信先アドレスに置き換える。

ステップＳ１１２において、セキュアマルチメディアパケットはネットワークインタフェース１５０のネットワークプロトコルスタック１３０へ送信される。

ステップＳ１１４で、ネットワークインタフェース１５０のネットワークプロトコルスタック１３０において、セキュアマルチメディアパケットは、ペイロードサイズをネットワークインタフェース１５０のＭＴＵに照らし合わせて、パケットのセグメント分割を行うか否かが判断される。セグメント分割条件に合う場合は、ステップＳ１１６へ進み、パケット分割を行い、生成された複数の分割されたパケットをネットワークインタフェース１５０から送出する。そうでない場合は、ステップＳ１１８へ進み、セキュアマルチメディアパケットをネットワークインタフェース１５０から送出する。

図３は、入力されるセキュアマルチメディアパケットに対してカーネルレベル復号処理または認証処理を実行するための本発明の実施の形態を示すフローチャートである。

ステップＳ２０２において、セキュアマルチメディアアプリケーション１１２が、セキュアマルチメディアアプリケーションを始動し、入力されるセキュアマルチメディアアプリケーションに対応した設定を行うように、セキュアマルチメディアアプリケーションの統制部１１６を起動する。

これにより、セキュアマルチメディアアプリケーションの統制部１１６は、ネットワークインタフェース１５０のネットワークプロトコルスタック１３０内で、一つの入力暗号処理フィルタリングポイント１３４を有効化する。そして統制部１１６は、アプリケーション層セキュア処理情報格納部１６２（本発明の「記憶手段」に相当）中にセキュア処理情報エントリーを作成し、アプリケーション層セキュリティ処理ユニット１６４および暗号処理ユニット１６８における復号処理または認証処理の設定を含む、カーネルレベル暗号モジュール１６０の設定を行う。

ステップＳ２０４で、入力されるセキュアマルチメディアパケットがネットワークインタフェース１５０により受信され、その後のネットワークプロトコル処理のためにスケジュールされる。

ステップＳ２０６において、カーネル空間１２０において、マルチメディアパケットが、入力フィルタ１３４の識別条件を満たす場合は、ネットワークプロトコルスタック１３０は、カーネルレベル暗号モジュール１６０を起動して、パケットの復号処理または認証処理を行わせ、ペイロードがアプリケーション層セキュリティに適合することを確認させる。

アプリケーション層セキュア処理情報格納部１６２中のセキュア処理情報エントリーに基づいて、カーネルレベル暗号モジュール１６０は、暗号ユニット１６８２においてマルチメディアパケットの復号化を実行する。メッセージ認証ユニット１６８４は、セキュアマルチメディアパケットからメッセージ認証値を算出し、算出結果とセキュアマルチメディアパケットに含まれているメッセージ認証値を照合することにより、セキュリティパケットの信頼性を確認する。これらが厳密に一致する場合、セキュアマルチメディアパケットは本当に信頼できるものであり、通信相手によって真正に送信されていることを意味する。セキュアマルチメディアパケット中のペイロードは、平文のペイロードになる。

ここで、平文とは暗号化する前、または、復号化した後の、暗号化されていない状態のデータを指す。

ステップＳ２０８において、ネットワークプロトコルスタック１３０は、平文のマルチメディアパケットを、ソケット１１４を介してセキュアマルチメディアアプリケーション１１２へ送信する。これにより、セキュアマルチメディアアプリケーション１１２は、平文のマルチメディアパケットを受信する。

図４は、セキュアマルチメディアアプリケーションの統制部、アプリケーション層セキュア処理情報、アプリケーション層セキュリティ処理ユニット、および暗号処理ユニットの構成図である。

セキュアマルチメディアアプリケーションの統制部１１６は、セキュアアプリケーションセッションの開始ユニット１１６２とセキュアアプリケーションセッションの終了ユニット１１６４を含む。

セキュアマルチメディアアプリケーション１１２から出力セキュアマルチメディアアプリケーション開始を受信すると、セキュアアプリケーションセッションの開始ユニット１１６２は、仮想ネットワークインタフェース１４０のネットワークプロトコルスタック１３０内のセキュアマルチメディアパケットの出力フィルタ１３２を起動し、アプリケーション層セキュア処理情報格納部１６２中のエントリーを初期化する。

本実施の形態では、仮想ネットワークインタフェース１４０として、ローカルループバックインタフェースが適用可能であり、フィルタリング方法は、ネットフィルタであり、出力フィルタリングポイント１３２はネットフィルタのＮＦ_ＩＰ_ＬＯＣＡＬ_ＯＵＴである。

セキュアマルチメディアアプリケーション１１２から入力セキュアマルチメディアアプリケーション開始を受信すると、セキュアアプリケーションセッションの開始ユニット１１６２は、ネットワークインタフェース１５０のネットワークプロトコルスタック１３０内のセキュアマルチメディアパケットの入力フィルタ１３４を起動し、アプリケーション層セキュア処理情報格納部１６２中のエントリーを初期化する。

本実施の形態では、仮想ネットワークインタフェース１４０として、イーサネットネット（登録商標）ワークカードが適用可能であり、フィルタリング方法はネットフィルタであり、入力フィルタリングポイント１３４はネットフィルタのＮＦ_ＩＰ_ＬＯＣＡＬ_ＩＮである。

セキュアマルチメディアアプリケーション１１２から入力セキュアまたは出力マルチメディアアプリケーション終了を受信すると、セキュアアプリケーションセッションの終了ユニット１１６４は、ネットフィルタの入力または出力フィルタポイントを無効化することによって、セキュアマルチメディアパケットの入力フィルタ１３４またはセキュアマルチメディアパケットの出力フィルタ１３２を無効化する。

アプリケーション層セキュア処理情報格納部１６２は、複数のセキュア処理情報のエントリーを記憶する。セキュア処理情報の一つのエントリー１６２０は、入力セキュアまたは出力マルチメディアアプリケーションのいずれかに対応する。アプリケーション層セキュア処理情報格納部１６２中のセキュア処理情報の各エントリーは、セキュアマルチメディアアプリケーションを特定するため並びに暗号処理を実行するために必要な暗号化に関する情報を記憶するための複数のフィールドを含む。

セキュア処理情報の一つのエントリー１６２０は、同期ソース（ＳＳＲＣ）識別子１６２１、送信先ネットワークアドレス１６２２、送信先トランスポートポート番号１６２３、暗号アルゴリズム識別子１６２４、認証アルゴリズム識別子１６２５、マスターキー１６２６、マスターＳａｌｔ１６２７、暗号キー１６２８、および認証キー１６２９のフィールドを含む。

ＳＳＲＣ識別子１６２１、送信先ネットワークアドレス１６２２および送信先トランスポートポート番号１６２３は、セキュアアプリケーションの暗号コンテクスト（cryptographic context）を照合するために使用される。

暗号アルゴリズム識別子１６２４は、セキュアアプリケーションの暗号アルゴリズムを特定するために使用される。サポートされるアルゴリズムは、ＣＢＣまたはカウンターモードを含むＤＥＳ、３ＤＥＳ、ＡＥＳ、ＡＥＳ１９２、およびＡＥＳ２５６などである。

認証アルゴリズム識別子１６２５は、セキュアアプリケーションの認証アルゴリズムを特定するために使用される。サポートされるアルゴリズムは、たとえば、ＨＭＡＣ−ＳＨＡ１、ＨＭＡＣ−ＭＤ５、ＤＥＳ−ＸＣＢＣ−ＭＡＣ、３ＤＥＳ−ＸＣＢＣ−ＭＡＣ、およびＡＥＳ−ＸＣＢＣ−ＭＡＣである。

マスターキー１６２６とマスターソルト１６２７は、暗号キー１６２８と認証キー１６２９が生成されていない場合に暗号処理に用いる暗号キー１６２８と認証キー１６２９とを生成するためのキー導出、または新たに受信したマスターキー１６２６に対してマスターキー再キーイングを行うために使用される。ここで、ソルトとはパスワードを複雑化するための乱数を指す。

暗号キー１６２８は、暗号化や復号化等のセキュアアプリケーションのための暗号処理を実行するために使用される。認証キー１６２９は、メッセージ認証またはメッセージダイジェストを実行するために使用される。

アプリケーション層セキュリティ処理ユニット１６４は、セキュアマルチメディアパケットの暗号化された部分を特定し、セキュアマルチメディアパケットの認証部分を特定するような、メッセージ認証の確認等のアプリケーション層セキュリティプロトコル編成を実行する。アプリケーション層セキュリティ処理ユニット１６４は、暗号化および復号化部分の特定部（locator）１６４２、認証部分および認証タグの特定部１６４６、認証タグ生成部１６４４および認証タグ確認部１６４８を含む。

暗号化および復号化部分の特定部１６４２は、暗号化または復号化の暗号処理で処理されるペイロードの開始アドレスと終了アドレスを特定するために使用される。ペイロードのこの特定された部分内で、暗号処理が実行される。出力リアルタイムトランスポートプロトコル（ＲＴＰ）パケットを例にとると、開始アドレスは、通常、ＲＴＰヘッダーに続く最初のバイトに一致する。終了アドレスはＲＴＰペイロードの最終バイトである。

認証部分および認証タグの特定部１６４６は、認証処理で処理されるペイロードの開始アドレスと終了アドレスを特定するためにおよび認証タグを記憶するまたは読み出すための開始アドレスを特定するために使用される。ペイロードのこの特定された部分内で、認証処理が実行される。出力ＲＴＰパケットを例にとると、開始アドレスは、通常、ＲＴＰヘッダーの先頭バイトに一致する。終了アドレスはＲＴＰペイロードの最終バイトである。出力ＲＴＰパケットを例にとると、認証タグ開始アドレスは、通常、ＲＴＰペイロードの最終バイトに続く最初のバイトに一致し、認証タグは、通常、８０ビットの長さをもつ。

認証タグ生成部１６４４は、演算処理により得た認証タグを出力パケットのペイロードの最後に付加するために使用される。

認証タグ確認部１６４８は、演算処理により得た認証タグを入パケットのペイロード中の認証タグに照合して確認するために使用される。これらのタグが一致しない場合、確認は失敗しパケットを破棄する。そうではなく、これらのタグが一致する場合、セキュアマルチメディアパケットが本当に信頼できるものであり、通信相手によって真正に送信されていることを意味する。

暗号処理ユニット１６８は、暗号ユニット１６８２とメッセージ認証ユニット１６８４とを含む。暗号ユニット１６８２は、ＣＢＣまたはカウンターモードを含むＤＥＳ、３ＤＥＳ、ＡＥＳ、ＡＥＳ１９２、ＡＥＳ２５６などの暗号化と復号化をサポートする。

メッセージ認証ユニット１６８４は、たとえば、ＨＭＡＣ−ＳＨＡ１、ＨＭＡＣ−ＭＤ５、ＤＥＳ−ＸＣＢＣ−ＭＡＣ、３ＤＥＳ−ＸＣＢＣ−ＭＡＣ、およびＡＥＳ−ＸＣＢＣ−ＭＡＣのメッセージ認証処理をサポートする。

図５は、本発明の実施の形態による大きいサイズのセキュリティマルチメディアペイロードの構成図である。

セキュアマルチメディアアプリケーション１１２は、マルチメディアコンテンツを送信するためにリアルタイムトランスポートプロトコル（ＲＴＰ）を使用し、ＲＴＰヘッダー４１２と大きいサイズのペイロード４１４を含む平文のマルチメディアパケット４１０を生成する。

ネットワーク層の平文のマルチメディアパケット４２０は、ソケットバッファ構造体（Sk_buff構造体）４２２、ＩＰヘッダー４２４、ＵＤＰヘッダー４２６、ＲＴＰヘッダー４１２、および大きいサイズのペイロード４１４を含む。

アプリケーション層セキュリティプロトコルに適合するカーネルレベル暗号処理後、ネットワーク層の平文のマルチメディアパケット４２０はネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０になる。

ネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０は、ソケットバッファ構造体４２２、ＩＰヘッダー４２４、ＵＤＰヘッダー４２６、ＲＴＰヘッダー４１２、暗号化された大きいサイズのペイロード４３２、およびメッセージ認証コード４３４を含む。

ネットワークプロトコルスタック１３０は、ネットワークインタフェース１５０のＭＴＵに応じて、大きいサイズのネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０のセグメント分割処理を実行する。

ネットワーク層のセキュアマルチメディアパケットのネットワークプロトコルスタック１３０によるセグメント分割処理後、ネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０は、一連のセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４０になる。一連のセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４０は、第１のセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４２、第１のセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４４、および第ｎのセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４６を含む。

第１のセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４２は、ソケットバッファ構造体４２２、ＩＰヘッダー４２４、ＵＤＰヘッダー４２６、ＲＴＰヘッダー４１２、および第１のセグメント化された暗号化ペイロード４４２２を含む。第２のセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４４は、ソケットバッファ構造４２２、ＩＰヘッダー４２４、および第２のセグメント化された暗号化ペイロード４４４２を含む。第ｎのセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４６は、ソケットバッファ構造４２２、ＩＰヘッダー４２４、および第ｎのセグメント化した暗号化ペイロード４４６２を含む。

図６は、本発明の実施の形態に係る出力処理において様々に形態が変わるマルチメディアパケットを処理する暗号処理通信システムの一例を示す構成図である。

セキュアマルチメディアアプリケーション１１２は、平文のマルチメディアパケット４１０を生成し、平文のマルチメディアパケット４１０を、ソケット１１４を介して、仮想ネットワークインタフェース１４０のネットワークプロトコルスタック１３０へ送信する。

平文のマルチメディアパケット４１０がいったんネットワークプロトコルスタック１３０へ入力されると、ネットワーク層のパケットフォーマットの形態をとり、ネットワーク層の平文のマルチメディアパケット４２０になる。

出力フィルタ１３２は、ネットワーク層の平文のマルチメディアパケット４２０を選別し、カーネルレベル暗号モジュール１６０を起動して、アプリケーション層セキュリティプロトコルを実行させる。これにより、ネットワーク層の平文のマルチメディアパケット４２０はネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０になる。

ネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０は、仮想ネットワークインタフェース１４０に属する。

ネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０のＩＰヘッダー４２４中の仮想ネットワークインタフェース１４０への宛先アドレスを実際の送信先アドレスに置き換えた後、ネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０はネットワークインタフェース１５０のネットワークプロトコルスタック１３０へ送信される。

ネットワークインタフェース１５０のネットワークプロトコルスタック１３０へ到着すると、ネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０のセグメント分割が行われる。

最後に、一連のセグメント化したセキュアマルチメディアパケット４４０がネットワークインタフェース１５０から送出される。すなわち、第１のセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４２、第２のセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４４、第ｎのセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４６は、ネットワークインタフェース１５０から送出される。

図７は、本発明の実施の形態による入力処理において様々に形態が変わるマルチメディアパケットを処理する暗号処理通信システムを示す構成図である。

一連のセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４０またはネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０のいずれかがネットワーク１５０によって受信される。

大きいサイズのセキュアマルチメディアペイロードの場合は,第１のセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４２、第２のセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４４、第ｎのセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４６を含む、一連のセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４０がネットワーク１５０によって受信される。そうでない場合には場合は、ネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０がネットワーク１５０によって受信される。

ネットワークプロトコルスタック１３０にいったんパケットが到着すると、一連のセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４０のネットワークプロトコルスタックによる復元処理が行われる。一連のセグメント化したセキュアマルチメディアパケット４４０は、ネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０に再組立てされる。

入力フィルタ１３４は、ネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０を選別し、カーネルレベル暗号モジュール１６０を起動し、復号化やメッセージ認証確認等のアプリケーション層セキュリティプロトコルを実行させる。これにより、ネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０は、ネットワーク層の平文のマルチメディアパケット４２０になる。

ネットワーク層の平文のマルチメディアパケット４２０は、ソケット１１４を介してセキュアマルチメディアアプリケーション１１２へ送信される。最後に、セキュアマルチメディアアプリケーション１１２は、平文のマルチメディアパケット４１０を受信する。

図８は、出力されるセキュアマルチメディアパケットに対してカーネルレベル暗号処理を実行するための本発明の実施の形態を示すシーケンスフローである。

ステップＳ３０２において、セキュアマルチメディアアプリケーション１１２は、平文のマルチメディアパケット４１０を生成する。平文のマルチメディアパケット４１０は、リアルタイムトランスポートプロトコル（ＲＴＰ）の形式で表わすことができる。

ステップＳ３０４において、セキュアマルチメディアアプリケーション１１２は、平文のマルチメディアパケット４１０を、ソケット１１４を介して、仮想ネットワークインタフェース１４０のネットワークプロトコルスタック１３０へ送信する。

ステップＳ３０６において、平文のマルチメディアパケット４１０がいったんネットワークプロトコルスタック１３０へ入力されると、ネットワーク層のパケットフォーマットの形態をとり、４２０のようなソケットバッファ構造体４２２によって表わすことができる。

ステップＳ３０８において、ネットワーク層の平文のマルチメディアパケット４２０は、出力フィルタリングポイント１３２に入力される。このフィルタリングポイントはネットフィルタのＮＦ_ＩＰ_ＬＯＣＡＬ_ＯＵＴであり得る。

ステップＳ３１０において、ＲＴＰヘッダー４１２中の３項目｛ＳＳＲＣＩＤ１６２１、送信先ネットワークアドレス１６２２、送信先トランスポートポート番号１６３４｝がフィルタリング条件に合致するので、ネットワーク層の平文のマルチメディアパケット４２０は、アプリケーション層セキュア処理情報格納部１６２中のセキュア処理情報エントリー１６２０に相当するフィルタリング条件に合致するか判定する。

ステップＳ３１２において、フィルタリング条件に合致する場合（Ｓ３１０：ＹＥＳ）、ネットワーク層の平文のマルチメディアパケット４２０に対するカーネルレベル暗号処理が起動される。また、フィルタリング条件に合致しない場合（Ｓ３１０：ＮＯ）、処理を終了する。

ステップＳ３１４において、ＲＴＰヘッダー４１２中の３項目｛ＳＳＲＣＩＤ１６２１、送信先ネットワークアドレス１６２２、送信先トランスポートポート番号１６３４｝が、暗号処理を実行するための指標として使用される。暗号キー１６２８と認証キー１６２９とが生成されていない場合は、または新たに受信したマスターキー１６２６のマスターキー再キーイングを行う場合は、暗号キー１６２８と認証キー１６２９を生成するためにマスターキー１６２６とマスターソルト１６２７が使用される。

暗号化の開始アドレスが、暗号化および復号化部分の特定部１６４２によって決定され、暗号化部分４３２に対する暗号化を実行するために暗号アルゴリズムＩＤ１６２４と暗号キー１６２８が使用される。

メッセージ認証の開始アドレスが、認証部分および認証タグの特定部１６４６によって決定され、認証部分４３２に対して認証を実行し、結果をメッセージ認証タグ４３４として保存するために、認証アルゴリズムＩＤ１６２５と認証キー１６２９が使用される。

認証後、認証タグ生成部１６４４は、認証部分４３２対する認証の結果であるメッセージ認証タグ４３４をパケットに付加する。

暗号化および認証後、カーネルレベル暗号モジュール１６０は、セキュアリアルタイムトランスポートプロトコル（ＳＲＴＰ）等のアプリケーション層セキュリティプロトコルに適合させることにより、ネットワーク層の平文のマルチメディアパケット４２０を、暗号化部分４３２とメッセージ認証コード４３４をもつネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０になるように修正する。

ステップＳ３１６において、パケットは、セキュアリアルタイムトランスポートプロトコル（ＳＲＴＰ）等のアプリケーション層セキュリティプロトコルの適合によって暗号化部分４３２とメッセージ認証コード４３４をもつネットワーク層のパケットフォーマット４３０の形態をとる。

ステップＳ３１８において、セキュアマルチメディアパケット上のネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０のＩＰヘッダー４２４中の宛先アドレスを実際の送信先アドレスに置き換えた後、ステップＳ３２０でネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０は、ネットワークインタフェース１５０のネットワークプロトコルスタック１３０へ送信される。これにより、ステップＳ３２２で、ネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０は出力フィルタリングポイント１３２を通過する。ネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０は、ネットワークインタフェース１５０のネットワークプロトコルスタック１３０へ入力される。

ステップＳ３２４において、ネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０のセグメント分割が発生するか否かの判断が行われる。ネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０がネットワークインタフェース１５０のＭＴＵよりも大きければ、この判断状態は真である。

ステップＳ３２６へ進み、セグメント分割を行う。セグメント分割後、ネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０は、一連のセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４０になる。その結果、７２８で、第１のセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４２、第２のセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４４、第ｎのセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４６を含む、一連のセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４０がネットワークインタフェース１５０からネットワークへ送出される。

一方、ネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０がネットワークインタフェース１５０のＭＴＵよりも小さければ、判断状態は偽である。ステップＳ３２８へ進み、ネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０がネットワークインタフェース１５０からネットワークへ送出される。

図９は、入力されるセキュアマルチメディアパケットに対してカーネルレベル暗号処理を実行するための本発明の実施の形態を示すシーケンスフローである。

ステップＳ４０２において、ネットワークインタフェースは、セキュアマルチメディアパケット（セキュアマルチメディアパケット）を受信し、ネットワークプロトコル処理にスケジュールする。

セキュアマルチメディアパケットは、第１のセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４２、第２のセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４４、第ｎのセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４６を含む、一連のセグメント化したセキュアマルチメディアパケット４４０の形態、またはネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０の形態のいずれかであり得る。

ステップＳ４０４で、セキュアマルチメディアパケットが一連のセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４０の形態である場合、ネットワークインタフェース１５０のネットワークプロトコルスタック１３０は、第１のセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４２、第２のセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４４、第ｎのセグメント化されたセキュアマルチメディアパケット４４６を含む、一連のセグメント化したセキュアマルチメディアパケット４４０がネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０になるように復元を行う。

ステップＳ４０４の後、セキュアマルチメディアパケットは、ソケットバッファ構造４２２の形式によって表わされるネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０になる。

ステップＳ４０６において、ネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０は、入力フィルタリングポイント１３４へ入力される。このフィルタリングポイントは、ネットフィルタのＮＦ_ＩＰ_ＬＯＣＡＬ_ＩＮであり得る。

ステップＳ４０８において、ＲＴＰヘッダー４１２中の３項目｛ＳＳＲＣＩＤ１６２１、送信先ネットワークアドレス１６２２、送信先トランスポートポート番号１６３４｝がフィルタリング条件に合致するので、ネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０は、アプリケーション層セキュア処理情報格納部１６２中のセキュア処理情報エントリー１６２０に相当するフィルタリング条件に合致する。

ステップＳ４１０において、フィルタリング条件に合致する場合（Ｓ４０８：ＹＥＳ）、ネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０に対するカーネルレベル暗号処理は、起動される。フィルタリング条件に合致する場合（Ｓ４０８：ＮＯ）、処理を終了する。

ステップＳ４１２において、ＲＴＰヘッダー４１２中の３項目｛ＳＳＲＣＩＤ１６２１、送信先ネットワークアドレス１６２２、送信先トランスポートポート番号１６３４｝は、暗号処理を実行するための指標として使用される。

暗号キー１６２８と認証キー１６２９が生成されていない場合、または新たに受信したマスターキー１６２６のマスターキー再キーイングを行う場合は、暗号キー１６２８と認証キー１６２９を生成するためにマスターキー１６２６とマスターソルト１６２７が使用される。

復号化の開始アドレスが、暗号化および復号化部分の特定部１６４２によって決定され、復号化部分４３２に対する復号化を実行するために暗号アルゴリズムＩＤ１６２４と暗号キー１６２８が使用される。

メッセージ認証の開始アドレスが、認証部分および認証タグの特定部１６４６によって決定され、認証部分４３２に対して認証を実行するために、認証アルゴリズムＩＤ１６２５と認証キー１６２９が使用される。この結果は演算処理されたメッセージ認証という。

ステップＳ４１４において、演算処理されたメッセージ認証がメッセージ認証コード４３４に厳密に一致するか否かを確認するために、認証タグ確認部１６４８が使用される。

これらが厳密に一致する場合、ネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０は本当に信頼できるものであり、通信相手によって真正に送信されていることを意味する。

これらが厳密に一致しない場合、ネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０は偽物であることを意味し、フローはステップＳ４１６へ進み、ネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０を廃棄する。

これらが厳密に一致する場合、フローはステップＳ４１８へ進み、復号化部分４３２とメッセージ認証コード４３４をもつネットワーク層のセキュアマルチメディアパケット４３０がリアルタイムトランスポートプロトコル（ＲＴＰ）に適合するネットワーク層の平文のマルチメディアパケット４２０になるようにセキュアマルチメディアパケット４３０のペイロードを修正する。

ステップＳ４２０において、ネットワーク層の平文のマルチメディアパケット４２０は前記入力フィルタリングポイント１３４を通過する。

ステップＳ４２２において、ソケットバッファ構造体４２２の形式によって表わされる、ネットワーク層の平文のマルチメディアパケット４２０は、ソケット１１４によってセキュアマルチメディアアプリケーション１１２へ送信される。

最後に、ステップＳ４２４において、平文のマルチメディアパケット４１０がソケット１１４から受信され、マルチメディアコンテンツがＲＴＰペイロード４１４から取り出される。

このように、本実施の形態によれば、セグメント分割の問題を避けるために比較的大きな最大送信単位（ＭＴＵ）をもつ仮想ネットワークインタフェースへ大きいサイズのペイロードを送信し、仮想ネットワークインタフェースのネットワークプロトコルスタックにいったん取り込んだ大きいサイズのペイロード全体に対して、カーネルレベルの暗号処理を起動し、セキュア化されたペイロードをネットワークインタフェースのネットワークプロトコルスタックへ送信することにより、既存のネットワークプロトコルスタックを生かしつつ、最低限のメモリコピー回数でアプリケーション層セキュアプロトコル処理を実現することが可能になる。

本発明の暗号処理装置は、セキュアマルチメディア通信の暗号処理性能を効果的に増進する暗号処理装置として有用である。

本発明の実施の形態を示す暗号処理通信システムの構成図出力されるセキュアマルチメディアパケットに対してカーネルレベル暗号処理を実行するための本発明の実施の形態を示すフローチャート入力されるセキュアマルチメディアパケットに対してカーネルレベル暗号処理を実行するための本発明の実施の形態を示すフローチャートセキュアマルチメディアアプリケーションの統制部、アプリケーション層セキュア処理情報、アプリケーション層セキュリティ処理ユニット、および暗号処理ユニットの構成図本発明の実施の形態による大きいサイズのセキュリティマルチメディアペイロードの構成図本発明の実施の形態による出力処理において様々に形態が変わるマルチメディアパケットを処理する暗号処理通信システムを示す構成図本発明の実施の形態による入処理において様々に形態が変わるマルチメディアパケットを処理する暗号処理通信システムを示す構成図出力されるセキュアマルチメディアパケットに対してカーネルレベル暗号処理を実行するための本発明の実施の形態を示すシーケンスフロー入力されるセキュアマルチメディアパケットに対してカーネルレベル暗号処理を実行するための本発明の実施の形態を示すシーケンスフロー

符号の説明

１１０ユーザ空間
１１４ソケット
１２０カーネル空間
１１２セキュアマルチメディアアプリケーション
１１６セキュアマルチメディアアプリケーションの統制部
１１６２セキュアアプリケーションセッションの開始ユニット
１１６４セキュアアプリケーションセッションの終了ユニット
１１８セキュア制御インタフェース
１３０ネットワークプロトコルスタック
１３２セキュアマルチメディアパケットの出力フィルタ
１３４セキュアマルチメディアパケットの入力フィルタ
１４０仮想ネットワークインタフェース
１５０ネットワークインタフェース
１６０カーネルレベル暗号モジュー
１６２アプリケーション層セキュア処理情報格納部
１６２０セキュア処理情報のエントリー
１６２２送信先ネットワークアドレス
１６２３送信先トランスポートポート番号
１６２４暗号アルゴリズムＩＤ
１６２５認証アルゴリズムＩＤ
１６２６マスターキー
１６２７マスターソルト
１６２８暗号キー
１６２９認証キー
１６４アプリケーション層セキュリティ処理ユニット
１６４２暗号化および復号化部分の特定部
１６４４認証タグ生成部
１６４６認証部分および認証タグの特定部
１６４８認証タグ確認部
１６８暗号処理ユニット
１６８２暗号ユニット
１６８４メッセージ認証ユニット
４１２ＲＴＰヘッダー
４１４マルチメディアコンテンツを運ぶための大きいサイズのペイロード
４２４ＩＰヘッダー
４２６ＵＤＰヘッダー
４１２ＲＴＰヘッダー
４３２マルチメディアコンテンツを運ぶための大きいサイズのペイロード
４３４メッセージ認証コード

Claims

セキュリティプロトコルによってセキュア化されたマルチメディア通信に対する暗復号処理または認証処理を増進するための暗号処理装置における暗号処理方法であり、
前記マルチメディア通信の開始時に、暗復号処理または認証処理が必要なパケットを識別するための識別条件を含むセキュア処理情報を記憶装置またはメモリに記憶するステップと、
平文のマルチメディアパケットを仮想ネットワークインタフェースへ送信するステップと、
前記セキュア処理情報に含まれる前記識別条件に基づいて前記平文のマルチメディアパケットをネットワークプロトコルスタック内でフィルタリングするステップと、
前記平文のマルチメディアパケットがフィルタリングされるときに、前記平文のマルチメディアパケットが前記セキュア処理情報に含まれる前記識別条件と合致する場合、前記平文のマルチメディアパケットに対して暗号処理または認証処理を実行して、セキュリティプロトコルに適合するように、セキュアマルチメディアパケットのペイロードを修正するステップと、
前記仮想ネットワークインタフェースへの宛先アドレスを、前記セキュアマルチメディアパケットの送信先アドレスに置き換えるステップと、
前記セキュアマルチメディアパケットをネットワークインタフェースから送出するステップと、
を有する暗号処理方法。
セキュリティプロトコルによってセキュアされたマルチメディア通信に対する暗復号処理または認証処理を増進するための暗号処理装置であり、
暗復号処理または認証処理が必要なパケットを識別するための識別条件を含むセキュア処理情報を記憶する記憶手段と、
平文のマルチメディアパケットを仮想ネットワークインタフェースへ送信する送信手段と、
前記平文のマルチメディアパケットが前記セキュア処理情報に含まれる前記識別条件と合致するか否かを判断し、前記識別条件が合致した場合に前記平文のマルチメディアパケットに対して暗号処理または認証処理を実行して、セキュリティプロトコルに適合するようにセキュアマルチメディアパケットのペイロードを修正する修正手段と、
前記仮想ネットワークインタフェースへの宛先アドレスを、前記セキュアマルチメディアパケットの送信先アドレスに置き換える置換手段と、
前記セキュアマルチメディアパケットをネットワークインタフェースから送出する送出手段と、
を有する暗号処理装置。
セキュリティプロトコルによってセキュアされたマルチメディア通信に対する暗復号処理または認証処理を増進するための復号処理装置における復号処理方法であり、
前記マルチメディア通信の開始時に、暗復号処理または認証処理が必要なパケットを識別するための識別条件を含むセキュア処理情報を記憶装置またはメモリに記憶するステップと、
前記セキュア処理情報に含まれる前記識別条件に基づいて、入力されるセキュアマルチメディアパケットをネットワークプロトコルスタック内でフィルタリングするステップと、
前記セキュアマルチメディアパケットがフィルタリングされるときに、前記セキュアマルチメディアパケットが前記セキュア処理情報に含まれる前記識別条件と合致する場合、前記セキュアマルチメディアパケットに対して復号処理または認証処理を実行し、前記セキュアマルチメディアパケットのペイロードを平文ペイロードとして修正するステップと、
平文のマルチメディアパケットを入力マルチメディア通信のアプリケーション層へ送信するステップと、
を有する復号処理方法。
セキュリティプロトコルによってセキュアされた入力マルチメディア通信に対する暗復号処理または認証処理を増進するための復号処理装置であり、
暗復号処理または認証処理が必要なパケットを識別するための識別条件を含むセキュア処理情報を記憶するための記憶手段と、
入力されるセキュアマルチメディアパケットが前記セキュア処理情報に含まれる前記識別条件と合致するか否かを判断し、前記識別条件が合致する場合に前記セキュアマルチメディアパケットに対して復号処理または認証処理を実行し、セキュアマルチメディアパケットのペイロードを平文ペイロードとして修正するための修正手段と、
平文のマルチメディアパケットを入力マルチメディア通信のアプリケーション層へ送信する送信手段と、
を有する復号処理装置。