JPH09259044A

JPH09259044A - 機密保護機能付き情報処理装置および機密保護方法

Info

Publication number: JPH09259044A
Application number: JP8064426A
Authority: JP
Inventors: Masahiro Taguchi; 正弘田口; Kenji Kono; 健二河野; Yoshihiro Shin; 吉浩申
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1996-03-21
Filing date: 1996-03-21
Publication date: 1997-10-03

Abstract

(57)【要約】【課題】情報処理装置においてソフトウエア等の機密
保護を図る際に、暗号強度と計算機のスループットがト
レードオフにならないようにし、もって機密保護と高速
処理とをともに実現する。【解決手段】第２の記憶手段５に格納されている暗号
化された命令およびデータを復号して第１の記憶手段２
に格納し、データ処理手段１で実行および処理する。ま
た、データ処理手段１から第２の記憶手段５にデータを
出力する時は一旦第１の記憶手段２に格納した後、暗号
化手段３で暗号化して第２の記憶手段２に格納する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、機密保護機能付
き情報処理装置および機密保護方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来、ソフトウエアおよびデータの保護
に関する技術として、特開平２−１５５０３４号公報の
「セキュリティ機能付き計算機」が知られている。この
例では中央処理装置に暗号化・復号部および鍵格納部を
付加して、記憶装置に格納されている暗号化された機械
語命令およびデータを復号部によって復号して中央処理
装置で実行させ、また中央処理装置から記憶装置にデー
タを格納する時は暗号化部によってデータを暗号化して
格納する。

【０００３】ところで、この様なセキュリティ機能付き
計算機においては、機械語命令を復号する作業と機械語
命令の実行、またはデータの暗号化と格納を逐次行わな
ければならないため、複雑で計算量の多い暗号化手法を
探ると計算機全体のスループットが落ちてしまう。従っ
て、比較的暗号強度の低い暗号方法を採用している。例
えば特開平２−１５５０３４号公報の実施例では、図８
に示すような暗号鍵との排他的論理和で暗号化が行われ
ており、同じ語は同じ暗号コードに暗号化されてしま
い、機械語命令の出現頻度などを参考にして、容易に解
読可能である。

【０００４】つまり、従来の技術では暗号強度と計算機
のスループットが所謂トレードオフになるという問題が
あった。

【０００５】さらにこの様なセキュリティ機能付き計算
機においては、ディスプレイやプリンタなどの出力装置
への出力は人間が理解できるように暗号化せずに出力し
なければならない。従って、機械語命令とデータで同一
の復号方法と復号鍵を使用した場合、暗号化されている
機械語命令をロード命令でデータとしてプログラム実行
手段に取り込んだ後にプリンタなどの出力装置へ出力す
れば、暗号化されている機械語命令はその経路で解読さ
れてしまうという問題があった。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は以上のような
事情を考慮してなされたものであり、情報処理装置にお
いてソフトウエア等の機密保護を図る際に、暗号強度と
計算機のスループットがトレードオフにならないように
し、もって機密保護と高速処理とをともに実現できるよ
うにすることを目的としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上述目
的を達成するために、記憶手段内の命令をデータ処理手
段に取り込んで解釈しながら実行する情報処理装置に、
命令を実行するデータ処理手段と、前記データ処理手段
に接続され、前記命令および前記命令に関連するデータ
を記憶する第１の記憶手段と、前記第１の記憶手段に接
続され少なくとも前記第１の記憶手段に記憶されている
前記命令を読み出して暗号化する暗号化手段と、暗号化
された命令を含む情報を記憶する第２の記憶手段と、前
記第１の記憶手段と前記第２の記憶手段に接続され、前
記暗号化された命令を前記第２の記憶手段から読み出し
て復号し、前記第１の記憶手段に書き込む復号手段とを
設けるようにしている。

【０００８】この構成においては、第２記憶手段に格納
されている暗号化済みの命令を復号手段で復号して第１
の記憶手段に格納しておくことができる。また第１の記
憶手段にある情報を暗号化して第２の記憶手段に戻すこ
とができる。したがって、命令の実行と復号・暗号化と
を個別に行うことができ、命令の実行を高速に行うこと
が可能となる。また第１の記憶手段と第２の記憶手段と
の間で命令等の転送を行う範囲で命令等の暗号化・復号
を行えばよい。すなわち、第１の記憶手段内の命令を実
行するだけで、第１の記憶手段と第２の記憶手段との間
で情報の転送がないときには、暗号化・復号を行う必要
がなく、処理量を抑えられる。

【０００９】また、前記第１の記憶手段をキャッシュメ
モリとし、前記第２の記憶手段を主記憶メモリとするこ
とができる。この場合、キャッシュヒットするかぎり、
暗号化または復号の必要がなく、高速のメモリアクセス
が実現される。

【００１０】また、請求項２記載の機密保護機能付き情
報処理装置において、前記暗号化手段および前記復号手
段において暗号化および復号する単位を、前記キャッシ
ュメモリの記憶管理単位と一致させることができる。こ
の場合、暗号化および復号の単位を例えば主メモリとキ
ャッシュメモリの間で１回に転送するデータブロックと
一致させることにより、命令等の効率的な暗号化および
復号が可能になるとともに、データブロック内で暗号文
がデータと暗号鍵に依存する暗号方法を採ることができ
るようになる。

【００１１】また、前記暗号化手段および前記復号手段
の暗号化方法および復号方法を、上記キャッシュメモリ
の記憶管理単位または複数の記憶管理単位ごとに管理す
るようにしてもよい。この場合、暗号化および復号の管
理をソフトウエアから制御できないキャッシュメモリの
記憶管理単位または複数の記憶管理単位ごとに管理する
とすることにより、ハードウエアによる暗号化および復
号の管理が可能となり、ソフトウエアによる攻撃（例え
ば復号されたデータを暗号化せずに出力して、暗号化さ
れたデータと復号されたデータとを比較する）から、暗
号復号アルゴリズムおよび暗号復号鍵を守ることができ
る。

【００１２】なお、データ処理手段は通常機械語命令を
命令解釈部に、データはデータレジスタに取り込むの
で、機械語命令とデータはハードウエアによって容易に
区別できる。そこで機械語命令とデータで異なる復号方
法または復号鍵を使用することが好ましい。この場合、
暗号化されている機械語命令をロード命令でデータとし
てデータ処理手段に取り込んだ後にプリンタなどの出力
装置への出力しても、暗号化されている機械語命令を解
読できない。

【００１３】

【発明の実施の態様】以下、実施例及び比較例に基づい
て、本発明を具体的に説明する。

【００１４】図１に本発明の第１の実施例を示す。図１
において、この実施例の機密保護機能付き情報処理装置
はデータ処理手段１、第１の記憶手段２、暗号化手段
３、復号手段４および第２の記憶手段５を有している。
第２の記憶手段５に格納されている暗号化された命令お
よびデータを復号して第１の記憶手段２に格納し、デー
タ処理手段１で実行および処理する。また、データ処理
手段１から第２の記憶手段５にデータを出力する時は一
旦第１の記憶手段２に格納した後、暗号化手段３で暗号
化して第２の記憶手段２に格納する。従って、第２の記
憶手段２に格納されている暗号化された命令およびデー
タを、復号して第１の記憶手段２に格納しておくことが
できるので、機械語命令の実行と復号またはデータの暗
号化と格納を個別に処理することが可能となる。従っ
て、第１の記憶手段２に必要とする機械語命令またはデ
ータが存在（キヤツシュヒツト）するかぎり暗号化また
は復号の必要がなく、機密保護機能付き情報処理装置の
処理の高速化を実現できる。

【００１５】ここでは、第１の記憶手段２と第２の記憶
手段５は記憶の階層を成しており、第１の記憶手段２は
第２の記憶手段５よりも高速な装置が望ましい。たとえ
ば第１の記憶手段２として半導体メモリなどの比較的高
速な記憶装置、第２の記憶手段５としてディスク装置な
どの比較的低速な記憶装置の組合せが考えられる。さら
に第１の記憶手段２および第２の記憶手段５の内部を階
層構成にすることも可能である。

【００１６】また、暗号化および復号アルゴリズムとし
てはＤＥＳ（ＤａｔａＥｎｃｒｙｐｔｉｏｎＳｔａ
ｎｄａｒｄ）やＲＳＡ（Ｒｉｖｅｓｔ−Ｓｈａｍｉｒ−
Ａｄｌｅｍａｎ）暗号、比較的処理が簡単なアドレス・
スクランブルやデータビツトのスクランブル、単純に暗
号鍵とデータの排他的論理和をとる方法などがある。

【００１７】図２に本発明の第２の実施例を示す。図２
においては、図１と対応する箇所には対応する符号を付
して詳細な説明は省力する。図２において、データ処理
手段１、第１の記憶手段２、暗号化手段３、復号手段４
およびこれらを接続している接続手段を外部から観測で
きないようにするための保護容器６を有している。保護
容器は攻撃対抗容器（ＴａｍｐｅｒＲｅｓｉｓｔａｎ
ｔＭｏｄｕｌｅ）と呼ばれ、周知であり、その例とし
ては、米国特許４，５９３，３８４号や公開特許平２−
４４４４７などがある。このような保護容器６では、容
器６への攻撃が検知された場合、保護されているデータ
を消去できる様になっている。この実施例は、保護容器
６で暗号／復号方法や暗号／復号鍵および第１の記憶手
段２に格納されている復号されたプログラムを守り、外
部には暗号化されたプログラムやデータを格納する第２
の記憶手段５を配置することを特徴とする。簡単な保護
容器６としてＭＣＭ（マルチ・チップ・モジュール）パ
ッケージを利用したり、また、保護対象を１チップ化し
た場合には、ＩＣパッケージを保護容器６として利用し
てもよい。

【００１８】第１および第２の実施例では、第２の記憶
手段２に暗号化されて格納されている命令およびデータ
は、あらかじめ復号して第１の記憶手段に格納すること
ができるので、キャッシュヒツトするかぎりＤＥＳやＲ
ＳＡ暗号などの比較的強固で計算量が多いアルゴリズム
を使用しても、計算機の動作速度を落とすことがない。

【００１９】図３に本発明の第３の実施例を示す。この
図において、図１または図２と対応する箇所には対応す
る符号を付す。この実施例は本発明をコンピュータに適
応した例である。図３において、ＭＰＵ（マイクロ・プ
ロセッシング・ユニット）７、キャッシュメモリ８、暗
号化手段３、復号手段４およびこれらを接続している接
続手段は外部から観測できないように保護容器６で守ら
れており機械語命令が観測できないので、ＭＰＵ７は一
般に市販され機械語命令が公開されている汎用ＭＰＵを
使用できる。さらに、暗号化されていないプログラムも
使用できる様にするために、暗号復号処理を停止する手
段を設けてもよい。例えば、暗号化手段３および復号手
段４に、スイッチ手段３Ｓ、４Ｓを設け暗号化・復号処
理が不必要な場合にはスイッチ手段３Ｓ、４Ｓに切り替
え信号を送り、暗号化手段３および復号手段４をバイパ
スするようにしてもよい。また暗号化手段３および復号
手段４に制御信号を送り、暗号化・復号を行わずに出力
するように制御を行うようにしてもよい。暗号化・復号
を行っても結果が変わらない暗号化・復号鍵を供給する
ようにしてもよい。

【００２０】また、ＭＰＵ７に１次キャッシュメモリが
登載されている場合、この実施例のキャッシュメモリ８
は２次キャッシュメモリとなる。また、保護容器６のピ
ン配置を汎用ＭＰＵと一致させる事により、市販のパー
ソナルコンピュータやワークステーションのＭＰＵとの
差し替えが可能になり、従来のコンピュータに簡単に保
護機能の付加を行うことができる。

【００２１】なお、図３において、９は主記憶装置、１
０はハードディスク、１１はシリアルＩ／Ｏ、１２はビ
デオメモリ、１３はＣＲＴディスプレイである。

【００２２】つぎに本発明の第４の実施例を説明する。
この実施例は、キャッシュメモリのブロック単位で暗号
化・復号を行うものである。第４の実施例を説明するた
めに、キヤツシュメモリ装置の内部構成の１例を図４
（岩波講座マイクロエレクトロニクス５マイクロコン
ピュータのハードウエア、ｐ１３９、図５．４より）に
示す。この例では、アドレスタグと４つの語（データ）
と管理情報で１つのブロックを形成し、このブロック単
位で管理されている。第４の実施例では、同じブロック
内の４つの語を１つの単位として、暗号化および復号処
理を行い、図５に示す様な暗号文が先行するデータと暗
号鍵に依存する暗号方法を探る。ブロックの４つの語が
４ビット幅でそれぞれ０００１，００１０，０００１，
０１００、暗号鍵が１００１、レジスタの初期値が００
００の場合、暗号化されたデータはそれぞれ１０００，
００１１，１０１１，００００となり、同じ語は同じ暗
号コードに暗号化されない。主記憶には暗号化されたデ
ータ１０００，００１１，１０１１，００００が格納さ
れており、キャッシュメモリに読み込む時に復号され、
０００１，００１０，０００１，０１００となる。この
ようにキャッシュメモリのブロック単位で暗号化および
復号を行うことでデータと暗号鍵に依存する暗号方法を
探ることができる。また、暗号／復号鍵、暗号／復号ア
ルゴリズムの管理もブロック単位で行うと便利である。
セット・アソシエイティブ方式のキヤツシュメモリを使
用する場合は、セット単位で、暗号／復号鍵、暗号／復
号アルゴリズムの管理を行うことも考えられる。例えば
４セット・アソシエイティブ方式の場合、最大４種類の
暗号および復号アルゴリズムと、最大４種類の暗号およ
び復号鍵を使ってソフトウエア保護を行うことができ
る。

【００２３】図６は本発明の第５の実施例を示す。図６
において、この実施例の情報処理装置は、暗号化された
命令およびデータを格納する主記憶９と、主記憶９に格
納されている暗号化された命令を復号する第１の復号手
段１９と、第１の復号手段１９で復号した命令を格納す
る命令キャッシュ２１と、主記憶９に格納されている暗
号化されたデータを復号する第２の復号手段２０と、第
２の復号手段２０で復号したデータを格納するデータキ
ャッシュ２２と、復号された命令に従ってデータを処理
するデータ処理手段１と、データ処理手段１からの出力
データを暗号化して主記憶９に格納する暗号化手段５
と、攻撃対抗容器６からなる。ここで、第１の復号手段
１９と第２の復号手段２０で異なった暗号方式を採るこ
とにより、暗号化されている命令をロード命令でデータ
としてプログラム実行手段に取り込んでも、第２の復号
手段２０では復号できないので、プログラムを盗まれる
ことはない。

【００２４】また、第１の復号手段１９と第２の復号手
段２０で同じ暗号方式を採用していても、復号鍵が異な
れば、同様の効果がある。

【００２５】なお、以上のデータ処理手段１としては種
々のものを用いることができる。データ処理手段１の構
成は図７に示すように、例えば命令キュー２３、命令解
釈部２４、演算部２５、データレジスタ２６から構成す
ることができる。

【００２６】

【発明の効果】本発明によれば強力なソフトウエア保護
とソフトウエアの保護機能付情報処理装置の高速化を両
立させるることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】第１の実施例を示す図である。

【図２】第２の実施例を示す図である。

【図３】第３の実施例を示す図である。

【図４】キャッシュメモリの構成を示す図である。

【図５】第４の実施例で使用する暗号／復号方法を示す
図である。

【図６】第５の実施例を示す図である。

【図７】データ処理手段の１構成例を示す図である。

【図８】従来例で使用されている暗号／復号方法を示す
図である。

【符号の説明】１データ処理手段２第１の記憶手段３暗号化手段４第２の記憶手段５復号手段６攻撃対抗容器７ＭＰＵ８キャッシュメモリ９主記憶装置１０ハードデイスク装置１１シリアル入出力装置１２ビデオメモリ１３ＣＲＴデイスプレイ１４アドレスタグ参照部１５語選択部１６アドレスタグ１７語格納部１８管理情報部１９第１の復号手段２０第２の復号手段２１命令キャッシュ２２データキャッシュ２３命令キュー２４命令解釈部２５演算部２６データレジスタ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】記憶手段内の命令をデータ処理手段に取
り込んで解釈しながら実行する情報処理装置において、命令を実行するデータ処理手段と、前記データ処理手段に接続され、前記命令および前記命
令に関連するデータを記憶する第１の記憶手段と、前記第１の記憶手段に接続され少なくとも前記第１の記
憶手段に記憶されている前記命令を読み出して暗号化す
る暗号化手段と、暗号化された命令を含む情報を記憶する第２の記憶手段
と、前記第１の記憶手段と前記第２の記憶手段に接続され、
前記暗号化された命令を前記第２の記憶手段から読み出
して復号し、前記第１の記憶手段に書き込む復号手段と
を有することを特徴とする機密保護付き情報処理装置。
【請求項２】前記第１の記憶手段はキャッシュメモリ
であり、前記第２の記憶手段は主記憶メモリである請求
項１記載の機密保護機能付き情報処理装置。
【請求項３】請求項２記載の機密保護機能付き情報処
理装置において、前記暗号化手段および前記復号手段に
おいて暗号化および復号する単位を、前記キャッシュメ
モリの記憶管理単位と一致させたことを特徴とする機密
保護方法。
【請求項４】前記暗号化手段および前記復号手段の暗
号化方法および復号方法を、上記キャッシュメモリの記
憶管理単位または複数の記憶管理単位ごとに管理する請
求項３記載の機密保護方法。
【請求項５】前記暗号化手段および前記復号手段の暗
号化鍵および復号鍵を、上記キャッシュメモリ装置の記
憶管理単位または複数の記憶管理単位ごとに管理する請
求項３記載の機密保護方法。