JP7073268B2 - 量子鍵配送に基づく暗号化及び復号のためのシステム及び方法 - Google Patents

Description

背景
分野
本開示は、一般にデータの暗号化の分野に関する。より詳細には、本開示は量子鍵配送に基づく暗号化及び復号のための方法及びシステムに関する。

関連技術
インターネット及び電子商取引の普及は大量且つ多種類のデジタルコンテンツを作り出し続けている。企業データや顧客データ等の機密データは情報漏れに対して弱い場合がある。そのような機密データを保護するための１つの解決策はデータ記憶域暗号化技術に基づいており、かかる技術は記憶装置上にデータを書き込む前にデータを暗号化するための特定の技術を適用すること、及び続いて、記憶済みデータを読み出すときにデータを復号することを概して含む。

典型的なデータ記憶域暗号化システムの特徴は、例えばホストソフトウェア暗号化、暗号化された記憶域のセキュリティスイッチ（encrypted storage security switch）、埋込み型の専用暗号化装置、及び記憶装置自体に基づく暗号化メカニズムを含み得る。かかる特徴のための典型的な論理アーキテクチャは暗号化／復号ユニット及び鍵管理センタを含み得る。暗号化／復号ユニットは、記憶されるデータを（典型的には固定され又は更新頻度が低い）鍵を使用して暗号化することができ、固定鍵を用いて記憶済みデータを復号することもできる。鍵管理センタは固定鍵を記憶することができ、新たな鍵を選択することや使用されていない又は前に使用された鍵を削除すること等の他の鍵管理関連機能も行うことができる。

固定（「元の」）鍵を置換し又は更新することは特定の状況下でのみ行われる可能性があり、かかる状況とは、例えば鍵管理センタによって非対称暗号化アルゴリズムに基づく安全な伝送チャネルを確立し、新たな鍵を暗号化／復号ユニットに伝送するときや、実際の現場を物理的に訪れる特定の管理ユーザによって、鍵を手動で（例えば新たな鍵をシステムに複製することによって）更新するときである。加えて、鍵を置換し又は更新するとき、システムは元の暗号化データを復号する能力を保つために元の鍵及び元の暗号化データの両方へのアクセスを保たなければならない。

しかし、この典型的なデータ記憶域暗号化システムは幾つかの問題を引き起こす可能性がある。第１に、固定鍵が原因で記憶済みの暗号化データが総当たり攻撃に対して弱い可能性がある。固定鍵が発見されると、その固定鍵に基づいて暗号化された記憶済みデータの全てが暴露の危険に直面し得る。第２に、鍵配送プロセス（例えば鍵の選択や置換）がセキュリティ上の危険を招き得る。例えば鍵配送プロセスに非対称暗号化アルゴリズムを採用することは２つのエンティティ間の伝送を必要とする。これらの伝送が傍受及びアルゴリズムハッキングを受けやすい場合がある。更に、手動で更新することは悪意ある開示の危険に直面する可能性がある。第３に、システムが元の鍵及び元の暗号化データへのアクセスを鍵の更新時に保つために、システムは元の鍵及び元の暗号化データを扱うための追加の及びことによると計算的に複雑な作業を管理ユーザ（例えば管理職員や保守職員）が行うことを必要とし得る。これらの問題はデータ記憶域暗号化システムの効率及びセキュリティを下げる可能性がある。

概要
本発明の一実施形態は、記憶域の暗号化及び復号を助けるためのシステムを提供する。操作中、システムはデータを暗号化するための第１の要求を受信し、第１の要求は暗号化されるデータを示す。システムは鍵に基づいてデータを暗号化し、その鍵のための鍵ラベルを決定する。システムは暗号化データ及び鍵ラベルを遠隔装置に伝送し、それにより遠隔装置上のデータの安全な暗号化及び復号を促進する（facilitate）。

一部の実施形態では、システムが幾つかの操作を行うことにより、動的鍵リフレッシュメントプロトコルに基づいて鍵を更新する。システムは第１の鍵プールから第１の新たな鍵を取得する。システムは第１の同期要求を鍵管理装置に伝送し、第１の同期要求は、鍵管理装置の第２の鍵プールから第１の新たな鍵と同じである第２の新たな鍵を鍵管理装置に取得させる。システムは第１の新たな鍵のための第１の新たな鍵ラベルを取得し、第１の新たな鍵ラベルは第２の新たな鍵について取得される第２の新たな鍵ラベルと同じであり、第１の新たな鍵はデータを暗号化するために使用される鍵であり、第１の新たな鍵ラベルは、決定された鍵ラベルである。

一部の実施形態では、動的鍵リフレッシュメントプロトコルが、所定の時間間隔が経過したと判定すること及び第１の要求を受信することのうちの１つ又は複数に基づく。

一部の実施形態では、第１の新たな鍵及び第２の新たな鍵が同じ方法に基づいて取得され、第１の新たな鍵ラベル及び第２の新たな鍵ラベルが同じアルゴリズムに基づいて取得される。

一部の実施形態では、システムが第１の新たな鍵の第１のハッシュ値を計算する。システムは第１の同期要求内に第１のハッシュ値を含め、第１の同期要求は、第２の新たな鍵の第２のハッシュ値が第１のハッシュ値と同じであることを確認することによって鍵管理装置が第２の新たな鍵を検証することを可能にする。

一部の実施形態では、コンピュータシステムの量子エンジンが、鍵管理装置の量子エンジンとの量子通信に基づいて１つ又は複数の鍵シーケンスを生成する。コンピュータシステムは、生成された鍵シーケンスをコンピュータシステムの第１の鍵プール内に記憶する。鍵管理装置は、生成された鍵シーケンスを鍵管理装置の第２の鍵プール内に記憶する。コンピュータシステムは、第１の鍵プール内のそれぞれの鍵シーケンスのための第１の鍵ラベルを生成する。鍵管理装置は、第２の鍵プール内のそれぞれの鍵シーケンスのための第２の鍵ラベルを生成し、第１の鍵ラベル及び第２の鍵ラベルは同じアルゴリズムに基づいて生成される。

一部の実施形態では、システムが、暗号化データを復号するための第２の要求を受信し、第２の要求は暗号化データ及び鍵ラベルを示す。システムは、更新済みの鍵を得るための第３の要求を伝送し、第３の要求は鍵ラベルを含む。システムは、更新済みの鍵を受信し、受信した更新済みの鍵に基づいて暗号化データを復号する。

一部の実施形態では、第３の要求が鍵管理装置に伝送され、鍵管理装置から更新済みの鍵が受信される。鍵管理装置に第３の要求を伝送する前に、システムは、第１の鍵プールから第３の鍵を取得し、第２の同期要求を鍵管理装置に伝送し、第２の同期要求は、鍵管理装置の第２の鍵プールから第３の鍵と同じである第４の鍵を鍵管理装置に取得させる。システムは、第３の要求内に含まれる鍵ラベルを第３の鍵に基づいて暗号化し、受信される更新済みの鍵は第４の鍵に基づいて暗号化される。システムは、暗号化され且つ受信された更新済みの鍵を第３の鍵に基づいて復号する。

本発明の別の実施形態は、記憶域の暗号化及び復号を促進するためのシステムを提供する。操作中、システムは、第１の鍵プールから取得される第１の鍵を示す第１の同期要求を動的鍵リフレッシュメントプロトコルに基づいて受信する。システムは、第２の鍵プールから第２の鍵を取得し、第２の鍵は第１の鍵と同じである。システムは、第２の鍵のための第２の鍵ラベルを取得し、第２の鍵ラベルは第１の鍵について取得される第１の鍵ラベルと同じである。システムは、第２の鍵及び第２の鍵ラベルを記憶し、それにより遠隔装置上のデータの安全な暗号化及び復号を促進する。

一部の実施形態では、第１の同期要求が第１の鍵の第１のハッシュ値を含む。システムは第２の鍵の第２のハッシュ値を計算する。システムは、第２のハッシュ値が第１のハッシュ値と同じであることを確認することによって第２の鍵を検証する。

一部の実施形態では、第２の鍵及び第２の鍵ラベルが、コンピュータシステムに関連するデータベース内に記憶される。システムは第２の鍵を得るための要求を受信し、その要求は第２の鍵ラベルを含む。システムは、第２の鍵を得るための要求内に含まれる第２の鍵ラベルに基づいて第２の鍵をデータベースから取り出す。システムは取り出した第２の鍵を返す。

一部の実施形態では、当該要求がセキュリティ装置から受信され、取り出される第２の鍵がセキュリティ装置に返される。セキュリティ装置から要求を受信する前に：システムは、第１の鍵プールからの第３の鍵に関連する第２の同期要求をセキュリティ装置から受信し、第２の鍵を得るための要求内に含まれる第２の鍵ラベルは第３の鍵に基づいて暗号化される；またシステムは、第３の鍵と同じである第４の鍵を第２の鍵プールから取得する；またシステムは、暗号化された第２の鍵ラベルを第４の鍵に基づいて復号する。取り出した第２の鍵を返す前に、システムは、取り出した第２の鍵を第４の鍵に基づいて暗号化する。

本願の一実施形態による、記憶域の暗号化及び復号を助ける例示的環境を示す。 本願の一実施形態による、例示的通信を含む記憶域の暗号化及び復号を助ける例示的環境を示す。 本願の一実施形態による、記憶装置上に記憶されるデータを暗号化するためのセキュリティ装置による方法を示す流れ図を示す。 本願の一実施形態による、鍵を更新するためのセキュリティ装置による方法を示す流れ図を示す。 本願の一実施形態による、記憶装置上に記憶されるデータを復号するためのセキュリティ装置による方法を示す流れ図を示す。 本願の一実施形態による、量子鍵配送プロトコルに基づいて鍵を生成するための方法を示す流れ図を示す。 本願の一実施形態による、記憶域の暗号化及び復号を助けるための鍵管理装置による方法を示す流れ図を示す。 本願の一実施形態による、対応する鍵ラベルに基づいて鍵を取り出すための鍵管理装置による方法を示す流れ図を示す。 本願の一実施形態による、記憶域の暗号化及び復号を助ける例示的コンピュータシステムを示す。 本願の一実施形態による、記憶域の暗号化及び復号を助ける例示的機器を示す。

図中、同様の参照番号は同じ図面要素を指す。

詳細な説明
以下の説明は当業者が実施形態を作り使用できるようにするために示しており、特定の応用及びその要件の脈絡で提供する。開示する実施形態に対する様々な修正が当業者に容易に明らかになり、本明細書で定める全般的原則は本開示の趣旨及び範囲から逸脱することなしに他の実施形態及び応用に適用することができる。従って本発明は図示の実施形態に限定されず、本明細書で開示する原理及び特徴と一致する最も広範な範囲を与えられるべきである。

概要
本発明の実施形態は、鍵を生成するために量子鍵配送プロトコルを適用することにより及び生成された鍵のための対応する鍵ラベルを記憶することにより、データ記憶域暗号化システムにおけるセキュリティ関連の不具合の問題を解決する。典型的なデータ記憶域暗号化システムでは、暗号化／復号ユニット（「セキュリティ装置」）と鍵管理センタ（「鍵管理装置」）とが、記憶されるデータを暗号化するための及び記憶済みデータ（「元のデータ」）を復号するための固定（「元の」）鍵を共有し得る。この固定鍵を置換し又は更新することは、元の鍵及び元の暗号化データの両方へのアクセスをシステムが保つことを必要とし得る。このことは幾つかの不具合を引き起こす可能性がある。第１に、固定鍵が原因で、記憶済みの暗号化データが総当たり攻撃に対して弱い可能性がある。固定鍵が発見されると、その固定鍵に基づいて暗号化された記憶済みデータの全てが暴露の危険に直面し得る。第２に、鍵配送プロセス（例えば鍵の選択や更新）がセキュリティ上の危険を招き得る。例えば鍵配送プロセスに非対称暗号化アルゴリズムを採用することは２つのエンティティ間の伝送を必要とする。これらの伝送が傍受及びアルゴリズムハッキングを受けやすい場合がある。更に、手動で更新することは悪意ある開示の危険に直面する可能性がある。第３に、システムが元の鍵及び元の暗号化データへのアクセスを鍵の更新時に保つために、システムは元の鍵及び元の暗号化データを扱うための追加の及びことによると計算的に複雑な作業を管理ユーザ（例えば管理職員や保守職員）が行うことを必要とし得る。これらの問題はデータ記憶域暗号化システムの効率及びセキュリティを下げる可能性がある。

本発明の実施形態は、鍵を生成し配送するために量子鍵配送技術を適用し、新たな鍵を周期的に又は継続的に選択し（即ち鍵を更新し）、更新済みの鍵のための対応する鍵ラベルを記憶することによってこれらの問題に対処する。具体的には、記憶装置上に記憶されるデータを暗号化するための要求を受信すると、システムは、（一定の時間間隔に基づいて）周期的に、又は（「one storage per key」方法に基づいて）継続的に、といった動的鍵リフレッシュメントプロトコルに基づいて鍵を更新する。システムは、選択された鍵のための鍵ラベルを決定し、選択された鍵を使用してデータを暗号化し、記憶装置内に記憶するために暗号化データ及び対応する鍵ラベルの両方を返す。

鍵管理装置及びセキュリティ装置は、量子チャネル又は量子鍵配送プロトコルによって通信することにより、同じ鍵プール（即ち個々の鍵プール内の同じ鍵シーケンス）を生成することができる。かかるプロトコルは、本明細書に記載の鍵配送プロセスのセキュリティを保証する量子力学の原理に基づく。かかるプロトコルによる通信は、鍵管理装置及びセキュリティ装置が同じ鍵及び対応する鍵ラベルの選択を調整し同期することを更に可能にする。更に、固定鍵を使用するのではなく動的鍵リフレッシュメントプロトコルに基づいて（即ち周期的に又は継続的に）鍵を更新することにより、システムは様々な鍵を使用して柔軟にデータを暗号化することができ、そのことはデータ記憶域のセキュリティを高める。加えて、鍵管理装置及びセキュリティ装置は更新済みの鍵について同じ対応する鍵ラベルを決定することができ、そのラベルは、更新済みの鍵を取り出し、記憶済みデータを正しく復号するために、後で使用され得る。それぞれの更新済みの鍵にアクセスするための対応する鍵ラベルを使用することにより、記憶されるデータを暗号化するために様々な鍵を使用することができる。このことは鍵使用の粒度における多様性の増大を可能にし、それはデータ記憶域のセキュリティを高めること、及び、鍵の置換又は更新プロセスを単純化することの両方をもたらし得る。

従って、本システムはデータ記憶域暗号化技術に対する改善を提供し、その改善は基本的に技術的である。本発明の実施形態は、安全なデータ記憶域暗号化の（典型的なデータ記憶域暗号化システムにおける上記の危険にあるような）技術的問題に対する、技術的解決策（例えば量子鍵配送技術を適用すること、動的鍵リフレッシュメントプロトコルに基づいて鍵を更新すること、データを後で復号するために更新済みの鍵のための対応する鍵ラベルを記憶すること）を提供する。

「量子鍵配送技術」、「量子鍵配送プロトコル」、及び「量子鍵配送操作」という用語は、第１のエンティティ（例えば鍵管理装置）及び第２のエンティティ（例えばセキュリティ装置）の量子エンジン又は量子装置によって行われる操作を指す。元の鍵のネゴシエーション、鍵のスクリーニング、誤り訂正、プライバシ増幅等の標準処理操作を行った後、第１のエンティティ及び第２のエンティティは同じランダム鍵シーケンスをそれぞれ生成する。同じランダム鍵シーケンスを生成すると、第１のエンティティ及び第２のエンティティはそれぞれの鍵プール内に鍵シーケンスをそれぞれ記憶することができる。例示的な量子鍵配送プロトコルはＢＢ８４、Ｂ９１、及びＢ９２プロトコル、並びに連続量ＱＫＤ、ＤＳＰ－ＱＫＰ、ＳＡＲＧ等のコードレートを改善するために提案されている他のプロトコルを含む。量子鍵配送プロトコル中に通信する２つのエンティティを想定されたい。第１のエンティティ（「Ａｌｉｃｅ」）は１組のバイナリデータ列を無作為に生成することができ、量子チャネルによって第２のエンティティ（「Ｂｏｂ」）に送信される対応する符号化量子状態を準備するために、データ列に基づいて基底ベクトルを選択することができる。その後、Ｂｏｂは自分の基底ベクトルを古典的なチャネル（即ち量子チャネルではない電気チャネル又は有線チャネル）によって開示することができ、かかる開示はＡｌｉｃｅ及びＢｏｂの両方が同じ基底ベクトルを使用して鍵を選択することを可能にする。その結果、誤り率、誤り訂正、及びプライバシ増幅を推定することにより及び他の処理操作を行うことにより、Ａｌｉｃｅ及びＢｏｂの両方が無条件の安全な鍵シーケンスを得ることができる。

「鍵シーケンス」という用語は、幾つかの鍵ビットで構成されるシーケンスを指す。「鍵プール」という用語は、量子鍵配送操作を行うときに生成される鍵シーケンスを記憶するメモリ領域を指す。

「鍵ラベル」という用語は、様々な鍵を区別するために使用される識別子又は識別情報を指す。鍵ラベルは例えば数値や文字列形式であり得る。

「同期要求」という用語は、セキュリティ装置によって鍵管理装置に送信される要求を指し、この要求は、セキュリティ装置の鍵プールからの鍵と同じ鍵を鍵管理装置が自らの鍵プールから取得することを引き起こす。

例示的システム
図１は、本願の一実施形態による、記憶域の暗号化及び復号を促進する例示的環境１００を示す。環境１００は、利用者１１２に関連する計算装置１１０を含み得る。計算装置１１０は、例えばタブレット、携帯電話、電子リーダ、ラップトップコンピュータ、デスクトップコンピュータ、又は他の任意の計算装置を含み得る。環境１００は、ネットワーク１０２を介して互いに（及び計算装置１１０と）通信することができるサーバ１２０、サーバ１３０、及び記憶装置１４０も含むことができる。サーバ１２０は、例えば暗号化／復号システム１２１を有するセキュリティ装置１２０とすることができ、暗号化／復号システム１２１は、鍵ラベルに基づいてデータを復号するデータ復号モジュール１２２、データを暗号化し、暗号化データ及び対応する鍵ラベルを返すデータ暗号化モジュール１２６、データ暗号化モジュール１２６に関連することができる鍵プール１２７、及び量子鍵配送プロトコル又は操作に基づいて鍵シーケンスを生成する量子エンジン１２８を含む。サーバ１３０は、例えば鍵管理システム１３１を有する鍵管理装置１３０とすることができ、鍵管理システム１３１は、鍵データベース１３４を照会することによって鍵を得るための要求を処理する鍵提供モジュール１３２、鍵及びその対応する鍵ラベルを記憶する鍵データベース１３４、量子鍵配送プロトコル又は操作中に生成される鍵プールからの、同期され且つ更新された鍵を得るための要求を処理する鍵記憶モジュール１３６、及び量子鍵配送プロトコル又は操作に基づいて鍵シーケンスを生成する量子エンジン１３８を含む。

データ復号モジュール１２２は、通信１０４によって鍵提供モジュール１３２と通信することができ、データ暗号化モジュール１２６は、通信１０６によって鍵記憶モジュール１３６と通信することができる。量子エンジン１２８は、通信１０８によって量子エンジン１３８と通信することができ、通信１０８は、量子鍵配送プロトコル又は操作の一部としての量子チャネルによるものであり得る。

操作中、利用者１１２は、記憶装置１４０上に記憶されるデータを暗号化するための要求１５２を計算装置１１０によって送信することができる。セキュリティ装置１２０が要求１５２を受信し、動的鍵リフレッシュメントプロトコルに基づいて（例えば一定の時間間隔において周期的に又は新たな要求ごとに継続的に）鍵を更新し、更新済みの鍵のための鍵ラベルを取得し、更新済みの鍵を使用してデータを暗号化し、記憶装置１４０にパケット１５４を送信することができ、パケット１５４は、暗号化データ及び対応する鍵ラベルを示し得る。これらの操作については図２に関して以下で詳細に説明している。

続いて、記憶装置１４０とインタフェースすることができるアプリケーション又は機能が、記憶装置１４０上に記憶された暗号化データを復号するための要求（不図示）を送信することができる。この要求は、セキュリティ装置１２０に対してパケット１５６を送信するように記憶装置１４０を作動させることができ、パケット１５６は（パケット１５４と同様に）暗号化データ及び対応する鍵ラベルを示し得る。セキュリティ装置１２０は、受信されるパケット１５６に基づいてデータを復号するための要求を受信し、パケット１５６内に含まれる鍵ラベルに基づいて鍵を取得し、取得した鍵を使用してデータを復号し、インタフェースしているアプリケーション又は機能、例えば利用者１１２に関連する計算装置１１０に、パケット１５８を送り返すことができ、パケット１５８は復号データを示し得る。これらの操作については図２に関して以下で詳細に説明している。

図２は、本願の一実施形態による、例示的通信を含む記憶域の暗号化及び復号を促進する例示的環境２００を示す。環境２００は、図１の環境１００と同様に、セキュリティ装置１２０、鍵管理装置１３０、及び記憶装置１４０を含み得る。環境２００は、セキュリティ装置１２０及び鍵管理装置１３０のそれぞれの中にあるものとして様々なモジュールを示すが、一部の実施形態ではそれらのモジュールの１つ又は複数が単一のシステム又はエンティティ内にあり得る。操作中、量子エンジン１２８及び量子エンジン１３８は、量子鍵配送プロトコル２４０を実行することができ、量子鍵配送プロトコル２４０は、同じ鍵シーケンスを生成し、生成した鍵シーケンスを鍵プール１２７及び鍵プール１３７それぞれの中に記憶する。続いて、データ暗号化モジュール１２６が、記憶装置１４０上に記憶されるデータ２０２を暗号化するための要求２０１を受信し得る。要求２０１はパケットのデータ２０２を示し得る。要求２０１内のデータ２０２を示す前に、システムは、データ２０２に対して細分、圧縮、及び他のデータ処理を行うことができる。機能ユニットが、アプリケーションプログラミングインタフェース（ＡＰＩ）を介して又はメッセージ（要求２０１等）を伝送することによってデータ２０２を暗号化するように、データ暗号化モジュール１２６を作動させることができる。

データ暗号化モジュール１２６は、動的鍵リフレッシュメントプロトコルに基づいて鍵を更新することができる。例えば動的鍵リフレッシュメントプロトコルが一定の期間や時間間隔の経過に基づく場合又は新たな要求（例えば要求２０１）を単純に受信することに基づく場合、以下で説明するように、データ暗号化モジュールは、同期要求を介して新たな鍵を取得することにより、鍵の更新を進めることができる。鍵を更新すべきではない（例えば一定の時間間隔がまだ経過していない）と動的鍵リフレッシュメントプロトコルが判定する場合、システムは、暗号化操作のために直前に使用された鍵を使用することができる。一部の実施形態では、要求２０１が鍵を更新するための命令を含むことができ、データ暗号化モジュール１２６又は他の任意のモジュールがその含められた命令を処理することができる。

データ暗号化モジュール１２６は、鍵プール１２７から鍵を取得し（機能２０４）、鍵記憶モジュール１３６に同期要求２０６を送信することができる。同期要求２０６は、データ暗号化モジュール１２６によって取得される鍵と同じ鍵を鍵プール１３７から取得すべきであることを示し得る。つまり、同期要求２０６を受信すると、鍵記憶モジュール１３６は、鍵プール１３７から鍵を取得することができ（機能２０８）、取得される鍵は（機能２０４にあるように）データ暗号化モジュール１２６によって鍵プール１２７から取得される鍵と同じである。機能２０４及び２０８は、それぞれの鍵プールから同じ鍵を取得するために、同じ所定の方法を適用することに基づき得る。例えば鍵は、同期要求２０６内で示され又は運ばれても良い鍵選択位置や鍵長等の情報に基づく方法によって取得され得る。機能２０８と機能２０４とで同じ鍵が取得される限り、鍵を得るために任意の方法を使用することができる。

鍵記憶モジュール１３６は、取得される鍵のための鍵ラベルを生成し（機能２１０）、取得される鍵及び生成される鍵ラベルの両方を鍵データベース１３４に送信することができる（機能２１２）。データ暗号化モジュール１２６も、取得される鍵のための鍵ラベルを取得し又は生成することができる（機能２１４）。機能２１０及び２１４は鍵ラベルを生成するために同じ所定のアルゴリズムを適用することに基づくことができ、又は同じ所定のアルゴリズムに関するセキュリティ装置１２０と鍵管理装置１３０との間の通信に基づき得る。例えば同じアルゴリズムを適用する際、鍵のための鍵ラベルを生成するためにカウンタを使用することができる。カウンタの初期値はゼロ値に設定することができ、鍵が置換される度にカウンタ値を１ずつ増やすことができる。鍵の置換及び対応するカウンタ値の増加後、カウンタ値は鍵ラベル内で示され得る。同じ鍵ラベルの生成を確実にするために、セキュリティ装置１２０及び鍵管理装置１３０の両方がこの同じアルゴリズムを使用することができる。別の例として、鍵のための同じ生成済み鍵ラベルを鍵管理装置が有するように、セキュリティ装置が鍵ラベルを生成し、続いて、生成した鍵ラベルを鍵管理装置に送信することができる。或いは鍵のための同じ生成済み鍵ラベルをセキュリティ装置が有するように、鍵管理装置は鍵ラベルを生成し、続いて、生成した鍵ラベルをセキュリティ装置に送信することができる。

データ暗号化モジュール１２６は、取得される鍵に基づいてデータを暗号化し（機能２１６）、暗号化データ及び対応する鍵ラベルの両方（パケット２１８）を記憶装置１４０に送信することができる。システムは、対称暗号化アルゴリズム、例えばＲＣ２、ＲＣ４、データ暗号化規格（ＤＥＳ）、３ＤＥＳ、又は高度暗号化規格（ＡＥＳ）を使用することができる。

続いて、データ復号モジュール１２２は、記憶装置１４０上に以前に記憶された、暗号化データ及び対応する鍵ラベルを示すパケット２２２のデータを復号するための要求２２１を受信し得る。要求２０１に関して上記で説明したように、要求２２１は、例えば記憶装置１４０へのアクセスインタフェースを有する機能ユニットから受信され得る。データ復号モジュール１２２は、要求２２４を鍵提供モジュール１３２に送信することができる。要求２２４は、鍵ラベルを含むことができ、含まれる鍵ラベルに対応する鍵を得るための要求を更に示し得る。鍵提供モジュール１３２は、要求２２４を受信し、対応する鍵ラベルに基づいて、要求された鍵を鍵データベース１３４から取り出すことができる（機能２２６）。鍵及び対応する鍵ラベルはどちらも前に鍵データベース１３４内に記憶されていることを思い出されたい。鍵提供モジュール１３２は、取り出した鍵２２８をデータ復号モジュール１２２に送信することができ、データ復号モジュール１２２は、取り出される鍵に基づいてデータを復号し（機能２３０）、復号データ（パケット２３２）を例えば要求側アプリケーションに送り返すことができる。

従って環境２００は、動的鍵リフレッシュメントプロトコルに基づいて鍵を更新し、更新済みの鍵のための鍵ラベルを記憶し、鍵配送の同期及びセキュリティを確実にするために量子鍵配送プロトコルを適用することによって遠隔装置（例えば記憶装置）上のデータの安全な暗号化及び復号を促進するシステムを示す。このシステムは、新たな鍵を周期的に（例えば所定の時間間隔に基づいて）又は継続的に（例えばデータを暗号化するための要求を受信すること、つまり「one key one storage」方法に基づいて）選択すること（例えば鍵を更新すること）を可能にする。

セキュリティ装置によるデータ記憶域暗号化を助けるための方法
図３Ａは、本願の一実施形態による、記憶装置上に記憶されるデータを暗号化するためのセキュリティ装置による方法を示す流れ図３００を示す。操作中、システムは、遠隔装置上に記憶されるデータを暗号化するための第１の要求をセキュリティ装置によって受信し、第１の要求はそのデータを示す（操作３０２）。システムは、動的鍵リフレッシュメントプロトコルに基づいて鍵を更新する（操作３０４）。システムは、更新済みの鍵のための鍵ラベルを決定する（操作３０６）。システムは、更新済みの鍵に基づいてデータを暗号化する（操作３０８）。システムは、暗号化データ及び鍵ラベルを遠隔装置に伝送し、それにより遠隔装置上のデータの安全な暗号化及び復号を促進する（操作３１０）。

図３Ｂは、本願の一実施形態による、鍵を更新するためのセキュリティ装置による方法を示す流れ図３２０を示す。操作中、システムは、動的鍵リフレッシュメントプロトコルに基づいて鍵を更新するかどうかを判定する（決定３２２）。鍵を更新しないとシステムが判定する場合（決定３２２）、システムは、暗号化操作のために直前に使用された鍵を選択し（操作３２４）、操作が戻る。動的鍵リフレッシュメントプロトコルに基づいて鍵を更新するとシステムが判定する場合（決定３２２）、システムは、第１の鍵プールから第１の新たな鍵を取得する（操作３３２）。第１の鍵プールはセキュリティ装置に関連し得る。システムは、第１の同期要求を鍵管理装置に伝送し、第１の同期要求は、鍵管理装置に、第１の新たな鍵と同じである第２の新たな鍵を鍵管理装置の第２の鍵プールから取得させ、第１の新たな鍵及び第２の新たな鍵は同じ方法に基づいて取得される（操作３３４）。システムは、第１の新たな鍵のための第１の新たな鍵ラベルを取得し、第１の新たな鍵ラベルは、第２の新たな鍵について取得される第２の新たな鍵ラベルと同じであり、第１の新たな鍵ラベル及び第２の新たな鍵ラベルは同じアルゴリズムに基づいて取得される（操作３３６）。鍵を更新すると、システムは、暗号化操作のために直前に使用された鍵及び対応する鍵ラベルの両方を削除することもできる。このように削除することは必要とされる記憶空間量を減らし、鍵管理装置が集中的管理を維持することを可能にすることにより、鍵が暴露される危険も減らす。

一部の実施形態では、システムが、第１の新たな鍵のハッシュを計算し、計算したハッシュ値を第１の同期要求内に含めることができ、第１の同期要求は、第２の新たな鍵の第２のハッシュ値が第１のハッシュ値と同じであることを確認することによって、鍵管理装置が第２の新たな鍵を検証することを可能にする。第１のハッシュ値と第２のハッシュ値とが一致しない場合、セキュリティ装置及び鍵管理装置は、別のやり取り又はネゴシエーションによって鍵を再選択することができる。

図３Ｃは、本願の一実施形態による、記憶装置上に記憶されるデータを復号するためのセキュリティ装置による方法を示す流れ図３４０を示す。操作中、システムは、暗号化データを復号するための第２の要求を受信し、第２の要求は、暗号化データ及び鍵ラベルを示す（操作３４２）。システムは、更新済みの鍵を得るための第３の要求を伝送し、第３の要求は鍵ラベルを含む（操作３４４）。システムは、更新済みの鍵を受信し（操作３４６）、受信した更新済みの鍵に基づいて暗号化データを復号する（操作３４８）。

第３の要求内に含まれる鍵ラベルのセキュリティを保護するために、システムは、別の鍵（「第３の鍵」）を使用して及び（上記のように）対称暗号化アルゴリズムに基づいて鍵ラベルを暗号化することができ、暗号化した鍵ラベルを第３の要求内に含める。とりわけシステムは、この第３の鍵を（システム又はセキュリティ装置の）第１の鍵プールから取得し、第２の同期要求を鍵管理装置に伝送することができ、第２の同期要求は、（鍵管理装置の）第２の鍵プールから第３の鍵と同じである第４の鍵を鍵管理装置に取得させる。次いでシステムは、（操作３４４の一部として）第３の要求内に含まれる鍵ラベルを第３の鍵に基づいて暗号化することができる。鍵管理装置は、（操作３４６の一部として）暗号化済みの鍵ラベルを第４の鍵に基づいて復号し、受信した更新済みの鍵を第４の鍵に基づいて暗号化することもできる。最後に、システムは、暗号化され且つ受信された更新済みの鍵を第３の鍵に基づいて復号することができる。

量子鍵配送プロトコルに基づく鍵生成
図４は、本願の一実施形態による、量子鍵配送プロトコルに基づいて鍵を生成するための方法を示す流れ図４００を示す。操作中、コンピュータシステム（例えばセキュリティ装置）の量子エンジンが、鍵管理装置の量子エンジンとの量子通信に基づいて１つ又は複数の鍵シーケンスを生成する（操作４０２）。２つの量子エンジンは、量子チャネルによって量子鍵配送プロトコルの一部として通信することができる。かかるプロトコルの利点については上記で説明してある。コンピュータシステムは、生成された鍵シーケンスをコンピュータシステムの第１の鍵プール内に記憶する（操作４０４）。鍵管理装置は、生成された鍵シーケンスを鍵管理装置の第２の鍵プール内に記憶する（操作４０６）。コンピュータシステムは、所定のアルゴリズムに基づいて第１の鍵プール内のそれぞれの鍵シーケンスのための第１の鍵ラベルを生成する（操作４０８）。鍵管理装置は、（同じ）所定のアルゴリズムに基づいて第２の鍵プール内のそれぞれの鍵シーケンスのための第２の鍵ラベルを生成する（操作４１０）。

鍵管理装置によるデータ記憶域暗号化を促進するための方法
図５Ａは、本願の一実施形態による、記憶域の暗号化及び復号を促進するための鍵管理装置による方法を示す流れ図５００を示す。操作中、システムは、第１の鍵プールから取得される第１の鍵を示す第１の同期要求を、動的鍵リフレッシュメントプロトコルに基づいて受信する（操作５０２）。システムは、第２の鍵プールから第２の鍵を取得し、第２の鍵は第１の鍵と同じであり、第１の鍵及び第２の鍵は同じ方法に基づいて取得される（操作５０４）。システムは、第２の鍵のための第２の鍵ラベルを取得し、第２の鍵ラベルは、第１の鍵について取得される第１の鍵ラベルと同じであり、第１の鍵ラベル及び第２の鍵ラベルは同じアルゴリズムに基づいて取得される（操作５０６）。システムは、第２の鍵及び第２の鍵ラベルを記憶し、それにより遠隔装置上のデータの安全な暗号化及び復号を促進する（操作５０８）。

図５Ｂは、本願の一実施形態による、対応する鍵ラベルに基づいて鍵を取り出すための鍵管理装置による方法を示す流れ図５２０を示す。操作中、システムは、第２の鍵を得るための要求を受信し、その要求は第２の鍵ラベルを含む（操作５２２）。システムは、第２の鍵を得るための要求内に含まれる第２の鍵ラベルに基づき、システムに関連するデータベースから第２の鍵を取り出す（操作５２４）。システムは、取り出した第２の鍵を返す（操作５２６）。

例示的なコンピュータシステム及び装置
図６は、本願の一実施形態による、記憶域の暗号化及び復号を促進する例示的コンピュータシステム６００を示す。コンピュータシステム６００は、プロセッサ６０２、メモリ６０４、量子エンジン６０６、及び記憶装置６０８を含む。メモリ６０４は、管理されたメモリとしての機能を果たす揮発性メモリ（例えばＲＡＭ）を含むことができ、１つ又は複数のメモリプールを記憶するために使用され得る。更に、コンピュータシステム６００は、表示装置６１０、キーボード６１２、及びポインティング装置６１４に結合され得る。量子エンジン６０６は、量子鍵を生成し、同じ鍵プールを配送し維持することにより、量子通信又はフォトニック通信によって別のシステムと通信することができる。記憶装置６０８は、オペレーティングシステム６１６、コンテンツ処理システム６１８、及びデータ６３２を記憶することができる。

コンテンツ処理システム６１８は命令を含むことができ、当該命令は、コンピュータシステム６００によって実行されるとき、本開示に記載の方法及び／又はプロセスをコンピュータシステム６００に実行させることができる。とりわけコンテンツ処理システム６１８は、量子通信又はフォトニック通信経由を含め、データ、鍵、又は鍵ラベルを示す要求を送受信するための通信モジュール６２０、動的鍵リフレッシュメントプロトコルに基づいて鍵を更新するための、及び暗号化操作のために直前に使用された鍵を選択するための鍵選択モジュール６２２、鍵ラベルを生成し、鍵のための鍵ラベルを決定するための鍵ラベル管理モジュール６２４、鍵に基づいてデータを暗号化し又は復号するための暗号化／復号モジュール６２６、鍵プール内に記憶される鍵シーケンス又は鍵を生成するための鍵生成モジュール６２８、及びハッシュ値が要求内に含まれる鍵を検証するための検証モジュール６３０を含み得る。

データ６３２は、本開示に記載の方法及び／又はプロセスによって入力として必要とされる又は出力として生成される任意のデータを含み得る。とりわけデータ６３２は、少なくとも暗号化され記憶されるデータ、記憶装置上に記憶されるデータを暗号化するための要求、鍵、更新済みの鍵、動的鍵リフレッシュメントプロトコル、鍵のための鍵ラベル、鍵プール、鍵シーケンス、同期要求、所定の時間間隔、要求を受信したインジケータ、鍵プールから鍵を取得するために使用される方法、鍵のための鍵ラベルを取得し又は決定するために使用されるアルゴリズム、ハッシュ値、鍵のハッシュ値、暗号化データを復号するための要求、要求される鍵のための鍵ラベルを含む、鍵を得るための要求、データベース、暗号化データ、復号データ、及び暗号化された又は復号された鍵若しくは鍵ラベルを記憶することができる。

図７は、本願の一実施形態による、記憶域の暗号化及び復号を促進する例示的機器７００を示す。機器７００は、有線通信チャネル、無線通信チャネル、量子光通信チャネル、又は電気通信チャネルによって互いに通信することができる複数のユニット又は機器を含み得る。装置７００は、１つ又は複数の集積回路を使用して実現することができ、図７に示すものよりも少ない又は多いユニット若しくは機器を含み得る。更に、装置７００は、コンピュータシステムに組み込むことができ、又は他のコンピュータシステム及び／若しくは装置と通信することができる別個の装置として実現され得る。とりわけ装置７００は、通信ユニット７０２、鍵選択ユニット７０４、鍵ラベル管理ユニット７０６、暗号化／復号ユニット７０８、鍵生成ユニット７１０、及び検証ユニット７１２を含む、図６のコンピュータシステム６００のモジュール６２０～６３０と同様の機能又は操作を実行するユニット７０２～７１２を含み得る。

この詳細な説明の中で説明したデータ構造及びコードは、コンピュータ可読記憶媒体上に典型的には記憶され、かかるコンピュータ可読記憶媒体は、コンピュータシステムが使用するためのコード及び／又はデータを記憶し得る任意の装置又は媒体とすることができる。コンピュータ可読記憶媒体は、これだけに限定されないが、揮発性メモリ、不揮発性メモリ、ディスクドライブ、磁気テープ、ＣＤ（コンパクトディスク）、ＤＶＤ（デジタル多用途ディスク又はデジタルビデオディスク）等の磁気記憶装置及び光学記憶装置、又はコンピュータ可読媒体を記憶可能な現在知られている若しくは後に開発される他の媒体を含む。

詳細な説明の節の中で説明した方法及びプロセスは、上記のようにコンピュータ可読記憶媒体内に記憶され得るコード及び／又はデータとして具体化することができる。コンピュータシステムが、コンピュータ可読記憶媒体上に記憶されたコード及び／又はデータを読み出し実行するとき、コンピュータシステムはデータ構造及びコードとして具体化され、コンピュータ可読記憶媒体内に記憶される方法及びプロセスを実行する。

更に、上記の方法及びプロセスはハードウェアモジュール内に含めることができる。例えばハードウェアモジュールは、これだけに限定されないが、特定用途向け集積回路（ＡＳＩＣ）チップ、書替え可能ゲートアレイ（ＦＰＧＡ）、及び現在知られている又は後に開発される他のプログラム可能論理装置を含み得る。ハードウェアモジュールが活性化されると、それらのハードウェアモジュールは自らの中に含まれる方法及びプロセスを実行する。

本発明の実施形態についての上記の説明は専ら例示目的及び説明目的で示してきた。これらは網羅的であることも、本発明を開示した形態に限定することも意図しない。従って、多くの修正形態及び改変形態が当業者に明らかになる。加えて、上記の開示は本発明を限定することを意図するものではない。本発明の範囲は添付の特許請求の範囲によって定める。

Claims (4)

1. 第１の装置と、第２の装置とを含み、記憶域の暗号化及び復号を促進するための方法を実行するコンピュータシステムであって、前記方法は、
   前記第１の装置及び第２の装置によって、量子鍵配送プロトコルに基づいて１つ又は複数の鍵を生成することと、
   前記第１の装置が、前記生成された鍵を前記第１の装置の第１の鍵プール内に記憶することと、
   前記第２の装置が、前記生成された鍵を前記第２の装置の第２の鍵プール内に記憶することと、
   前記第２の装置が、第１のアルゴリズムに基づいて、前記第２の鍵プール内のそれぞれの鍵のための鍵ラベルを生成し、鍵と鍵ラベルと関連付けてデータベースに記憶することと、
   前記第１の装置が、計算装置から、対象データを暗号化するための第１の要求を受信することであって、前記第１の要求は前記対象データを含む、受信することと、
   前記第１の装置が、前記第１の鍵プールから第１の鍵を取得し、前記第１の鍵に基づいて前記対象データを暗号化することと、
   前記第１の装置が、前記第１のアルゴリズムに基づいて、前記第１の鍵のための第１の鍵ラベルを決定することと、
   前記第１の装置が、前記暗号化された対象データ及び前記第１の鍵ラベルを遠隔装置に伝送することと、
   前記第１の装置が、計算装置から、前記暗号化された対象データを復号するための第２の要求を受信することであって、前記第２の要求は前記暗号化された対象データ及び前記第１の鍵ラベルを含む、受信することと、
   前記第１の装置が、前記第１の鍵プールから第２の鍵を取得することと、
   前記第１の装置が、同期要求を前記第２の装置に送信することと、
   前記第２の装置が、前記同期要求に応じて、前記第２の鍵プールから前記第２の鍵と同じである第３の鍵を取得することと、
   前記第１の装置が、前記第１の鍵ラベルを前記第２の鍵に基づいて暗号化することと、
   前記第１の装置が、前記第１の鍵を得るための第３の要求を前記第２の装置に送信することであって、前記第３の要求は前記暗号化された第１の鍵ラベルを含む、送信することと、
   前記第２の装置が、前記第１の装置から前記第３の要求を受信し、前記第３の要求に含まれる前記暗号化された第１の鍵ラベルを前記第３の鍵に基づいて復号し、前記復号した第１の鍵ラベルに基づいて前記データベースから前記第１の鍵を取り出すことと、
   前記第２の装置が、前記第１の鍵を前記第３の鍵に基づいて暗号化し、前記暗号化された第１の鍵を前記第１の装置に送信することと、
   前記第１の装置が、前記第２の装置から前記暗号化された第１の鍵を受信し、前記暗号化された第１の鍵を前記第２の鍵に基づいて復号することと、
   前記第１の装置が、前記復号された第１の鍵に基づいて前記暗号化された対象データを復号することと、
   を含む、コンピュータシステム。
2. 前記第１の装置が、前記第１の鍵プールから前記第１の鍵を取得することが、
   動的鍵リフレッシュメントプロトコルに基づいて前記第１の鍵プールから前記第１の鍵を取得することを含み、
   前記動的鍵リフレッシュメントプロトコルが、
   所定の時間間隔が経過したと判定すること、及び
   前記第１の要求を受信すること
   のうちの１つ又は複数に基づいて、前記第１の鍵プールから前記第１の鍵を取得することをを規定する、
   請求項１に記載のコンピュータシステム。
3. 第１の装置と第２の装置とを含むコンピュータシステムによって実行される、記憶域の暗号化及び復号を促進するためのコンピュータ実施方法であって、前記方法は、
   前記第１の装置及び第２の装置によって、量子鍵配送プロトコルに基づいて１つ又は複数の鍵を生成することと、
   前記第１の装置が、前記生成された鍵を前記第１の装置の第１の鍵プール内に記憶することと、
   前記第２の装置が、前記生成された鍵を前記第２の装置の第２の鍵プール内に記憶することと、
   前記第２の装置が、第１のアルゴリズムに基づいて、前記第２の鍵プール内のそれぞれの鍵のための鍵ラベルを生成し、鍵と鍵ラベルと関連付けてデータベースに記憶することと、
   前記第１の装置が、計算装置から、対象データを暗号化するための第１の要求を受信することであって、前記第１の要求は前記対象データを含む、受信することと、
   前記第１の装置が、前記第１の鍵プールから第１の鍵を取得し、前記第１の鍵に基づいて前記対象データを暗号化することと、
   前記第１の装置が、前記第１のアルゴリズムに基づいて、前記第１の鍵のための第１の鍵ラベルを決定することと、
   前記第１の装置が、前記暗号化された対象データ及び前記第１の鍵ラベルを遠隔装置に伝送することと、
   前記第１の装置が、計算装置から、前記暗号化された対象データを復号するための第２の要求を受信することであって、前記第２の要求は前記暗号化された対象データ及び前記第１の鍵ラベルを含む、受信することと、
   前記第１の装置が、前記第１の鍵プールから第２の鍵を取得することと、
   前記第１の装置が、同期要求を前記第２の装置に送信することと、
   前記第２の装置が、前記同期要求に応じて、前記第２の鍵プールから前記第２の鍵と同じである第３の鍵を取得することと、
   前記第１の装置が、前記第１の鍵ラベルを前記第２の鍵に基づいて暗号化することと、
   前記第１の装置が、前記第１の鍵を得るための第３の要求を前記第２の装置に送信することであって、前記第３の要求は前記暗号化された第１の鍵ラベルを含む、送信することと、
   前記第２の装置が、前記第１の装置から前記第３の要求を受信し、前記第３の要求に含まれる前記暗号化された第１の鍵ラベルを前記第３の鍵に基づいて復号し、前記復号した第１の鍵ラベルに基づいて前記データベースから前記第１の鍵を取り出すことと、
   前記第２の装置が、前記第１の鍵を前記第３の鍵に基づいて暗号化し、前記暗号化された第１の鍵を前記第１の装置に送信することと、
   前記第１の装置が、前記第２の装置から前記暗号化された第１の鍵を受信し、前記暗号化された第１の鍵を前記第２の鍵に基づいて復号することと、
   前記第１の装置が、前記復号された第１の鍵に基づいて前記暗号化された対象データを復号することと、
   を含む、コンピュータ実施方法。
4. 前記第１の装置が、前記第１の鍵プールから前記第１の鍵を取得することが、
   動的鍵リフレッシュメントプロトコルに基づいて前記第１の鍵プールから前記第１の鍵を取得することを含み、
   前記動的鍵リフレッシュメントプロトコルが、
   所定の時間間隔が経過したと判定すること、及び
   前記第１の要求を受信すること
   のうちの１つ又は複数に基づいて、前記第１の鍵プールから前記第１の鍵を取得することをを規定する、
   請求項３に記載のコンピュータ実施方法。

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