JP7219729B2 - ファイル管理システム、ファイル管理方法及びファイル管理プログラム - Google Patents

Description

本発明は、データアクセスパターンを保護するセキュアなファイル管理システム、ファイル管理方法及びファイル管理プログラムに関する。

従来、メモリに対するアクセスパターンが解析されることにより、様々な情報が漏洩し得ることが示されており、プログラム保護の観点からアクセスパターンを保護することが望まれている。
アクセスパターンを保護するための手法としては、ＯＲＡＭ（Ｏｂｌｉｖｉｏｕｓ ＲＡＭ）が知られている（例えば、非特許文献１参照）。また、ＯＲＡＭにおいて読み込みのみを許可し、書き込みを禁止するといった制御を実装した方式も提案されている（例えば、非特許文献２参照）。

Ｋａｉ－Ｍｉｎ Ｃｈｕｎｇ ａｎｄ Ｒａｆａｅｌ Ｐａｓｓ： Ａ Ｓｉｍｐｌｅ ＯＲＡＭ， ＩＡＣＲ Ｃｒｙｐｔｏｌｏｇｙ ｅＰｒｉｎｔ Ａｒｃｈｉｖｅ， ２０１３／２４３（２０１３）． Ｓｈｒｕｔｉ Ｔｏｐｌｅ， Ｙａｏｑｉ Ｊｉａ ａｎｄ Ｐｒａｔｅｅｋ Ｓａｘｅｎａ： ＰＲＯ－ＯＲＡＭ： Ｃｏｎｓｔａｎｔ Ｌａｔｅｎｃｙ Ｒｅａｄ－Ｏｎｌｙ Ｏｂｌｉｖｉｏｕｓ ＲＡＭ， Ｃｒｙｐｔｏｌｏｇｙ ｅＰｒｉｎｔ Ａｒｃｈｉｖｅ， ２０１８／２２０（２０１８）．

しかしながら、従来のＯＲＡＭによるアクセス制御では、全てのユーザが読み込みのみしかできない等、ファイルの格納及び利用の用途によって不都合が生じていた。

本発明は、ユーザ毎に、所定のストレージへのデータの書き込み又は読み込みのみを許可できるセキュアなファイル管理システム、ファイル管理方法及びファイル管理プログラムを提供することを目的とする。

本発明に係るファイル管理システムは、暗号化されたストレージに対するアクセスパターンを保護し、当該ストレージへの書き込みのみが可能な書き込み制御部と、前記ストレージに対するアクセスパターンを保護し、当該ストレージからの読み込みのみが可能な読み込み制御部と、を備え、前記書き込み制御部は、前記ストレージへの書き込みを許可するユーザを登録し、当該ユーザの認証を行い、前記読み込み制御部は、前記ストレージからの読み込みを許可するユーザを登録し、当該ユーザの認証を行う。

前記書き込み制御部は、前記ストレージの中で、データが格納されていない空の領域を特定し、当該空の領域に書き込みを行ってもよい。

前記書き込み制御部は、ユーザ毎の書き込み可能回数を制限してもよい。

前記読み込み制御部は、ファイルのインデックスとして前記書き込み制御部により付与された日時情報に基づいて、読み込みの対象ファイルを特定してもよい。

前記書き込み制御部及び前記読み込み制御部は、登録するユーザ毎に公開鍵証明書及び秘密鍵を発行し、前記公開鍵証明書、及び前記秘密鍵による署名により当該ユーザの認証を行ってもよい。

本発明に係るファイル管理方法は、書き込み制御部が暗号化されたストレージに対するアクセスパターンを保護し、当該ストレージへの書き込みのみを行う書き込み制御ステップと、読み込み制御部が前記ストレージに対するアクセスパターンを保護し、当該ストレージからの読み込みのみを行う読み込み制御ステップと、を含み、前記書き込み制御ステップにおいて、前記書き込み制御部は、予め前記ストレージへの書き込みを許可されたユーザの認証を行い、前記読み込み制御部ステップにおいて、前記読み込み制御部は、予め前記ストレージからの読み込みを許可されたユーザの認証を行う。

本発明に係るファイル管理プログラムは、前記ファイル管理システムとしてコンピュータを機能させるためのものである。

本発明によれば、ユーザ毎に、所定のストレージへのデータの書き込み又は読み込みのみを許可できるセキュアなファイルシステムを構成できる。

実施形態におけるファイル管理システムの機能構成を示す図である。 実施形態におけるユーザ認証及びストレージへのアクセスの手順を示すシーケンス図である。

以下、本発明の実施形態の一例について説明する。
図１は、本実施形態におけるファイル管理システム１の機能構成を示す図である。

本実施形態のファイル管理システム１は、クラウドサーバ等、外部のサーバに構成されたストレージ２に対して、データの書き込み及び読み込みを行う。企業のゲートウェイ等、信頼できるネットワークのエンドポイントに制御装置又は制御装置群（１ａ、１ｂ、…）が設けられて構成される。

ファイル管理システム１には、メモリ上のデータへのアクセスパターンを秘匿可能な、ＯＲＡＭと呼ばれる制御部が複数実装される。これらの制御部は、書き込み制御部としてのＷＯ－ＯＲＡＭ（１１）と、読み込み制御部としてのＲＯ－ＯＲＡＭ（１２）とに分類される。
ＷＯ－ＯＲＡＭ（１１）は、データの書き込みのみが可能に、ＲＯ－ＯＲＡＭ（１２）は、データの読み込みのみが可能に構成される。

ＷＯ－ＯＲＡＭ（１１）及びＲＯ－ＯＲＡＭ（１２）の方式は限定されないが、一例として、ｓｑｕａｒｅ ｒｏｏｔ ｓｏｌｕｔｉｏｎによる動作を示す。

ｓｑｕａｒｅ ｒｏｏｔ ｓｏｌｕｔｉｏｎでは、元のｎ個のデータに対して、ｓｈｅｌｔｅｒと呼ばれるルートｎ個のデータを保管できる領域と、さらに、ルートｎ個のダミーブロックとが追加される。その後、ｎ＋ルートｎ個のデータに対して、ＯＲＡＭのプログラムのみが知る規則πに応じて並び替えが行われる。これにより、アドレスｉのデータは、アドレスπ（ｉ）に保管されることになる。

ＯＲＡＭがアドレスｉに保管されているデータに対してアクセスを行う場合、まず、ｓｈｅｌｔｅｒ内の全データに対してアクセスを行い、該当のデータが含まれているかどうかを判定する。
該当のデータが含まれていない場合、ＯＲＡＭは、π（ｉ）に対してアクセスを行い、データをｓｈｅｌｔｅｒにコピーする。一方、該当のデータが含まれている場合には、ＯＲＡＭは、π（ｄ＋ｔ）にアクセスを行い、（ｄ＋ｔ）に保管されるデータをｓｈｅｌｔｅｒにコピーする。
ここで、ｄはダミーのアドレス、ｔは何回目のアクセスかを表すカウンタである。また、ＯＲＡＭは、一定期間毎にｓｈｕｆｆｌｅと呼ばれる処理を実施し、データの撹拌と再構成とを行う。

ＷＯ－ＯＲＡＭ（１１）及びＲＯ－ＯＲＡＭ（１２）は、ユーザ認証のためのユーザ情報を、記憶部１１１及び１２１にそれぞれ格納し、ユーザからの書き込み要求又は読み込み要求に対してユーザ認証を行う。すなわち、記憶部１１１に登録されたユーザのみがＷＯ－ＯＲＡＭ（１１）を介して、ストレージ２にデータを書き込み、記憶部１２１に登録されたユーザのみがＲＯ－ＯＲＡＭ（１２）を介して、ストレージ２からデータを読み込む。

なお、ストレージ２のデータは、所定の方式により暗号化されており、ｓｈｅｌｔｅｒにデータが展開された際に復号されるものとする。すなわち、ＷＯ－ＯＲＡＭ（１１）は、ユーザデータを暗号化してストレージ２に書き込み、ＲＯ－ＯＲＡＭ（１２）は、読み込んだデータを復号してユーザに提供する。暗号方式には、例えば共通鍵暗号が用いられ、ＷＯ－ＯＲＡＭ（１１）及びＲＯ－ＯＲＡＭ（１２）に同じ鍵が埋め込まれる。

ＷＯ－ＯＲＡＭ（１１）及びＲＯ－ＯＲＡＭ（１２）によるユーザ認証の手順は限定されないが、一例として、公開鍵を用いた認証手順を示す。
図２は、本実施形態におけるユーザ認証及びストレージ２へのアクセスの手順を示すシーケンス図である。
なお、図中のＯＲＡＭは、ＷＯ－ＯＲＡＭ（１１）又はＲＯ－ＯＲＡＭ（１２）のいずれかを指す。

ステップＳ１において、ＯＲＡＭは、登録したユーザ毎に、公開鍵証明書及び秘密鍵を発行する。これらは、所定の方式により該当のユーザに安全に提供される。

ステップＳ２において、ＯＲＡＭは、ユーザの端末から、ストレージ２に対する読み込み又は書き込みを行うためのアクセス要求を受け付ける。

ステップＳ３において、ＯＲＡＭは、乱数を生成してユーザの端末に送信する。
ステップＳ４において、ユーザの端末は、受信した乱数に対して秘密鍵で署名を行い、この署名と共に、公開鍵証明書をＯＲＡＭへ送信する。

ステップＳ５において、ＯＲＡＭは、公開鍵証明書の正当性を確認し、さらに、署名の検証を行う。

ステップＳ６において、ＯＲＡＭは、ユーザの代理として、ストレージ２にアクセスし、データの書き込み又は読み込みを行う。
ＯＲＡＭは、データを読み込んだ場合、ステップＳ７において、このデータをユーザの端末に返送する。

なお、ＯＲＡＭとユーザの端末との間の認証のプロトコルは、例えばＴＬＳ（Ｔｒａｎｓｐｏｒｔ Ｌａｙｅｒ Ｓｅｃｕｒｉｔｙ）のクライアント認証等、既存の方式が用いられてもよい。

次に、ＷＯ－ＯＲＡＭ（１１）及びＲＯ－ＯＲＡＭ（１２）における、データアクセスに関する拡張機能について説明する。

ＷＯ－ＯＲＡＭ（１１）は、データの上書きを避けるためのＷｒｉｔｅワンスの機能を実現する手法として、ストレージ２の中で、データが格納されていない空の領域を特定し、この空の領域に書き込みを行う。
例えば、ＷＯ－ＯＲＡＭ（１１）は、まず適当なダミーアクセスを含めてストレージ２上の複数のブロックにアクセスし、ｓｈｅｌｔｅｒにデータを展開する。続いて、ＷＯ－ＯＲＡＭ（１１）は、展開されたデータを確認し、データが格納されていないブロックを特定し、特定した空のブロックに書き込みたいデータを埋め込む。

このとき、ブロックのヘッダ部分に乱数が付与され、また、ＷＯ－ＯＲＡＭ（１１）は、展開した他のブロックについても、ヘッダ部分の乱数を別の乱数に置き換えて更新する。その後、ｓｈｅｌｔｅｒ上のデータは、全てシャッフルされて、ストレージ２に戻される。戻される際には、暗号化されるが、ヘッダ部分の乱数が更新されるため、全て別の暗号文となって書き込まれる。

また、ＷＯ－ＯＲＡＭ（１１）は、ユーザ認証の際に、記憶部１１１に格納されているユーザ情報に含まれるユーザ毎の書き込み可能回数を確認し、上限に達していない場合にのみストレージ２への書き込みを許可すると共に、書き込み回数を更新する。これにより、ＷＯ－ＯＲＡＭ（１１）は、ユーザ毎の書き込み可能回数を制限する。

ＲＯ－ＯＲＡＭ（１２）は、ストレージ２に格納されるファイルのインデックスとしてＷＯ－ＯＲＡＭ（１１）により付与された日時情報に基づいて、読み込みの対象ファイルを特定する。このように、ＯＲＡＭ間で統一されたインデックスを共有することにより、最新の正しいファイルが読み込まれ、ユーザに提供される。

本実施形態によれば、ファイル管理システム１は、暗号化されたストレージに対するアクセスパターンを秘匿するための、書き込み専用のＷＯ－ＯＲＡＭ（１１）と、読み込み専用のＲＯ－ＯＲＡＭ（１２）とを備え、各ＯＲＡＭがユーザ認証により利用ユーザを限定する。
したがって、従来は、いずれのユーザも書き込みと読み込みとが可能となっていたところ、ファイル管理システム１は、ユーザ毎に、ストレージ２へのデータの書き込み又は読み込みのみを許可できる。

また、ストレージ２に格納されるデータは、暗号化されると共に、撹拌されるため、正規のＯＲＡＭを経由しなければ正しく書き込み及び読み込みができない。さらに、アクセスパターンが秘匿されることにより、ファイル管理システム１は、ユーザ毎に読み書きの可否を制御可能なセキュアなシステムを構成できる。
この結果、例えば、あるシステムのログデータをセキュアに保管し、必要に応じて管理者のみが検証できる仕組みが構築できる。この場合、システムはログデータの書き込みのみを行い、管理者は読み込みだけが許可されてログデータの書き換えができない。

ファイル管理システム１は、ストレージ２の中で、データが格納されていない空の領域を特定し、この空の領域に書き込みを行う。
したがって、ファイル管理システム１は、格納済みのデータを上書きすることがなく、Ｗｒｉｔｅワンスの仕組みを実現できる。

ファイル管理システム１は、ユーザ毎の書き込み可能回数を制限することにより、ユーザのアクセス権限を詳細に制御できる。

ファイル管理システム１は、書き込みの日時情報をインデックスとして読み込みの対象ファイルを特定するので、複数のＯＲＡＭの間でインデックスが共有され、読み書きの整合性が確保される。

ファイル管理システム１は、登録するユーザ毎に公開鍵証明書及び秘密鍵を発行し、公開鍵証明書、及び秘密鍵による署名によりユーザの認証を行う。
したがって、ファイル管理システム１は、正規のユーザを適切に認証し、書き込み又は読み込みの可否を正しく制御できる。

以上、本発明の実施形態について説明したが、本発明は前述した実施形態に限るものではない。また、前述した実施形態に記載された効果は、本発明から生じる最も好適な効果を列挙したに過ぎず、本発明による効果は、実施形態に記載されたものに限定されるものではない。

前述の実施形態では、ファイル管理システム１は、複数のＯＲＡＭがゲートウェイに配置される構成としたが、各部の配置はこれには限られない。また、一部の構成が分散配置されてもよく、例えば、ｓｑｕａｒｅ ｒｏｏｔ ｓｏｌｕｔｉｏｎにおけるｓｈｅｌｔｅｒがユーザの端末に設けられてもよい。

また、ファイル管理システム１は、書き込み専用のＷＯ－ＯＲＡＭ（１１）、及び読み込み専用のＲＯ－ＯＲＡＭ（１２）がそれぞれ１つずつ設けられた構成としたが、これには限られず、それぞれが複数設けられてもよい。さらに、読み書き両方が可能なＯＲＡＭが追加されてもよい。

ファイル管理システム１によるファイル管理方法は、ソフトウェアにより実現される。ソフトウェアによって実現される場合には、このソフトウェアを構成するプログラムが、情報処理装置（コンピュータ）にインストールされる。また、これらのプログラムは、ＣＤ－ＲＯＭのようなリムーバブルメディアに記録されてユーザに配布されてもよいし、ネットワークを介してユーザのコンピュータにダウンロードされることにより配布されてもよい。さらに、これらのプログラムは、ダウンロードされることなくネットワークを介したＷｅｂサービスとしてユーザのコンピュータに提供されてもよい。

１ ファイル管理システム
２ ストレージ
１１ ＷＯ－ＯＲＡＭ
１２ ＲＯ－ＯＲＡＭ
１１１ 記憶部
１２１ 記憶部

Claims (7)

1. 暗号化されたストレージに対するアクセスパターンを保護し、当該ストレージへの書き込みのみが可能な書き込み制御部と、
   前記ストレージに対するアクセスパターンを保護し、当該ストレージからの読み込みのみが可能な読み込み制御部と、を備え、
   前記書き込み制御部は、前記読み込み制御部と独立して、前記ストレージへの書き込みを許可する第１のユーザを登録し、当該第１のユーザの認証を行い、
   前記読み込み制御部は、前記書き込み制御部と独立して、前記ストレージからの読み込みを許可する第２のユーザを登録し、当該第２のユーザの認証を行うファイル管理システム。
2. 前記書き込み制御部は、前記ストレージの中で、データが格納されていない空の領域を特定し、当該空の領域に書き込みを行う請求項１に記載のファイル管理システム。
3. 前記書き込み制御部は、ユーザ毎の書き込み可能回数を制限する請求項１又は請求項２に記載のファイル管理システム。
4. 前記読み込み制御部は、ファイルのインデックスとして前記書き込み制御部により付与された日時情報に基づいて、読み込みの対象ファイルを特定する請求項１から請求項３のいずれかに記載のファイル管理システム。
5. 前記書き込み制御部及び前記読み込み制御部は、登録するユーザ毎に公開鍵証明書及び秘密鍵を発行し、前記公開鍵証明書、及び前記秘密鍵による署名により当該ユーザの認証を行う請求項１から請求項４のいずれかに記載のファイル管理システム。
6. 書き込み制御部が暗号化されたストレージに対するアクセスパターンを保護し、当該ストレージへの書き込みのみを行う書き込み制御ステップと、
   読み込み制御部が前記ストレージに対するアクセスパターンを保護し、当該ストレージからの読み込みのみを行う読み込み制御ステップと、を含み、
   前記書き込み制御ステップにおいて、前記書き込み制御部は、前記読み込み制御部と独立して、予め前記ストレージへの書き込みを許可された第１のユーザの認証を行い、
   前記読み込み制御部ステップにおいて、前記読み込み制御部は、前記書き込み制御部と独立して、予め前記ストレージからの読み込みを許可された第２のユーザの認証を行うファイル管理方法。
7. 請求項１から請求項５のいずれかに記載のファイル管理システムとしてコンピュータを機能させるためのファイル管理プログラム。

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