JPWO2005004382A1 - 暗号処理装置 - Google Patents

Abstract

暗号化・復号化処理部１２は、ホストシステム２０から送られてくるデータの暗号化・復号化、及びこの暗号化・復号化に使用するキーデータの暗号化・復号化の処理を行う。キーデータバッファＡ１３は暗号化されたキーデータを一時的に格納する。キーデータバッファＢ１４は暗号化されていないキーデータを一時的に格納する。外部メモリインタフェース１５は、外付けされるフラッシュメモリ３０を制御して、キーデータバッファＡ１３に格納されている暗号化されたキーデータの読み出し・書き込みを行う。この構成によれば、第三者がフラッシュメモリ３０から暗号化キーデータを窃取しても暗号化されているデータが解読されるおそれは少なく、また、暗号化処理における処理速度の著しい低下を来すことがない。

Description

本発明は、与えられたデータを暗号化する技術に関し、特に、第三者による暗号解読の困難性の低下及び暗号化処理の処理速度の低下を抑制しながら暗号処理装置のコストを低減させる技術に関する。

後掲する特許文献１には、記憶データを読み出して不正利用されることを防止するメモリ装置が開示されている。このメモリ装置では、記憶するデータを暗号化して大容量のフラッシュメモリに記憶する構成が採用されている。
このメモリ装置においては、データを暗号化するときに暗号鍵として使用される共通鍵であるキーデータが、フラッシュメモリのコントロール部に設けられている小容量のコントロール部用メモリに格納されている。このメモリ装置では、上述したコントロール部に設けられている暗号復号回路においてデータの暗号化・復号化が実行される。この実行の際には上述したキーデータがコントロール部用メモリから読み出されて使用される。
特開２００１−２２６４６号公報 フラッシュメモリに格納されている暗号化されたデータを後に復号するにはこの暗号化に使用したものと同一のキーデータが必要となるため、メモリ装置への電力供給が断たれてもコントロール部用メモリに格納されているキーデータは保持しておかなければならない。その一方で、第三者によって暗号化データが解読されてしまうおそれを少しでも低減させるため、キーデータは更新できるようにしておくことが望ましい。
また、暗号化処理及び復号化処理を高速に行うためには、キーデータのコントロール部用メモリからの読み出し速度は、この速度が全体の処理速度のボトルネックとならない程度に十分に高速であることが必要とされる。
従来、上述した特許文献１に開示されているメモリ装置の実施において、フラッシュメモリのコントロール部を１チップの集積回路素子として提供するときには、上述した要請を全て満足するために、キーデータを格納するためのコントロール部用メモリとしてＦｅＲＡＭ（Ｆｅｒｒｏｅｌｅｃｔｒｉｃ Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ：強誘電体メモリ）が採用されて形成されていた。しかし、ＦｅＲＡＭの採用は集積回路素子の製造コストの上昇を招き、メモリ装置全体のコストを押し上げていた。
ここで、集積回路素子上に形成したＦｅＲＡＭにキーデータを格納しておく代わりに、前述したフラッシュメモリの一部の記憶領域、若しくは別に用意したフラッシュメモリの記憶領域にキーデータを格納するという手法が考えられる。しかしながら、フラッシュメモリからのデータの読出し速度はＦｅＲＡＭからの読出し速度に対して著しく低速であるため、暗号化処理及び復号化処理が遅くなってしまうことが懸念される。
また、この手法では、悪意の第三者によってフラッシュメモリからキーデータが直接窃取され、このキーデータが使用されて暗号化データが解読されてしまうおそれがある。

本発明は上述した問題を鑑みてなされたものであり、その目的は、データの暗号化や暗号化データの復号化に使用するキーデータを外付けの不揮発性の記憶部で保持するようにしても、暗号化データが第三者によって解読されるおそれが少なく、且つ暗号化処理または復号化処理における処理速度の著しい低下を来すことのない暗号処理装置を提供することである。
本発明の態様のひとつである暗号処理装置は、暗号鍵として使用されるキーデータを用いてデータの暗号化の処理を行う暗号処理手段と、当該キーデータであって当該暗号処理手段によって当該暗号化がされたものである暗号化キーデータが格納される暗号化キーデータ格納手段と、当該暗号化キーデータ格納手段に格納されているキーデータであって当該暗号化のされていないものが格納される非暗号化キーデータ格納手段と、不揮発性の記憶装置を制御して当該暗号化キーデータ格納手段に格納されている暗号化キーデータを記憶させる暗号化データ記憶制御手段と、を有するように構成することによって前述した課題を解決する。
この構成によれば、電力供給の停止に対して不揮発性である記憶装置には暗号化されたキーデータが記憶されている。従って、第三者がこの記憶装置から暗号化キーデータを窃取しても、この暗号化キーデータが復号化されない限り暗号化されているデータを解読することはできない。
また、暗号化のされていないキーデータが非暗号化キーデータ格納手段に格納されるので、暗号処理手段ではこのキーデータを用いてデータの暗号化を行うことができる。つまり、暗号化キーデータを復号化する処理を実行することなくデータの暗号化を暗号処理手段で行うことができるので、暗号化処理における処理速度の著しい低下を来すことがない。
なお、上述した本発明に係る暗号処理装置において、前述した暗号処理手段は、ホストシステムから送られてくる前述したデータの暗号化の処理を、前述した非暗号化キーデータ格納手段に格納されているキーデータを用いて行うようにしてもよい。
また、前述した本発明に係る暗号処理装置において、前述した暗号化データ記憶制御手段が、前述した暗号処理手段による前述した暗号化の処理が行われていないときに前述した暗号化キーデータを記憶させる制御を行うようにしてもよい。
こうすることにより、暗号化キーデータを不揮発性の記憶装置に記憶させる動作によって暗号処理手段によるデータ暗号化の処理が滞ってしまうことがなくなる。
また、前述した本発明に係る暗号処理装置において、前述した暗号化データ記憶制御手段が、当該暗号処理装置の起動時に、前述した記憶装置から前述した暗号化キーデータを読み出して前述した暗号化キーデータ格納手段に格納する制御を行うようにしてもよい。
こうすることにより、暗号処理装置の起動後には暗号化キーデータが暗号化キーデータ格納手段に格納されている状態となる。
なお、このとき、前述した暗号処理手段が、自身によって暗号化したデータの復号化が可能であり、且つ前述した暗号処理装置の起動時に前述した暗号化データ記憶制御手段によって読み出された暗号化キーデータの復号化の処理を行い、この復号化の処理によって復号化されたキーデータが、前述した非暗号化キーデータ格納手段に格納されるようにしてもよい。
こうすることにより、暗号処理装置の起動後には暗号化されていないキーデータが非暗号化キーデータ格納手段に格納されている状態となる。
また、前述した本発明に係る暗号処理装置において、前述した非暗号化キーデータ格納手段には複数の前述したキーデータが格納されており、ホストシステムから当該キーデータの書き換えの指示が送られてきたときには、当該非暗号化キーデータ格納手段に格納されている複数のキーデータのうち当該指示に係るキーデータのみが書き換えられるようにしてもよい。
こうすることにより、非暗号化キーデータ格納手段に格納されている全てのキーデータを書き換える場合と比較して、短い時間でキーデータの書き換えを済ませることができる。
また、前述した本発明に係る暗号処理装置において、前述した暗号化キーデータ格納手段には複数の前述した暗号化キーデータが格納されており、ホストシステムから当該キーデータの書き換えの指示が送られてきたときには、当該暗号化キーデータ格納手段に格納されている複数の暗号化キーデータのうち当該指示に係るキーデータのみが前述した暗号処理手段によって暗号化されて書き換えられる、
こうすることにより、非暗号化キーデータ格納手段に格納されている全てのキーデータを書き換える場合と比較して、短い時間でキーデータの暗号化及び書き換えを済ませることができる。

本発明は、後述する詳細な説明を、下記の添付図面と共に参照すればより明らかになるであろう。
図１は、本発明を実施する暗号処理装置の構成を示す図である。
図２は、キーデータバッファのメモリマップである。
図３は、起動制御処理の処理内容をフローチャートで示した図である。
図４は、暗号化・復号化制御処理の処理内容をフローチャートで示した図である。
図５は、キーデータ書き換え制御処理の処理内容をフローチャートで示した図である。
図６は、キーデータ保存制御処理の処理内容をフローチャートで示した図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて説明する。
まず図１について説明する。同図は、本発明を実施する暗号処理装置の構成を示している。
図１に示す暗号処理装置１０には、ホストシステム２０とフラッシュメモリ３０とが接続されている。
本実施形態における暗号処理装置１０は、ホストシステム２０から送られてくる暗号化されていないデータを暗号化し、この暗号化されたデータをホストシステム２０へ返す機能と、ホストシステム２０から送られてくる暗号化されているデータを復号して元のデータをホストシステム２０へ返す機能とを提供する。ここで、フラッシュメモリ３０は暗号化及び復号化に使用されるキーデータを保持しておくための、電力供給の停止に対する不揮発性の記憶装置として用いられる。但し、悪意の第三者によってフラッシュメモリ３０からキーデータが読み出されて暗号化されているデータが解読されてしまうことを防止するため、フラッシュメモリ３０にはキーデータ自体を暗号化して格納するようにする。
暗号処理装置１０は、ホストインタフェース１１、暗号化・復号化処理部１２、キーデータバッファＡ１３、キーデータバッファＢ１４、外部メモリインタフェース１５、及び制御部１６を有して構成されている。
ホストインタフェース１１は、ホストシステム２０との間で各種のデータの授受を行う。
暗号化・復号化処理部１２は、ホストシステム２０から送られてくるデータの暗号化・復号化、及びキーデータの暗号化・復号化の処理を行う。なお、本実施形態においては、暗号化・復号化処理部１２によって行われる暗号化・復号化は共通鍵暗号方式を採用するものとする。
キーデータバッファＡ１３は、暗号化・復号化処理部１２によって暗号化されたキーデータ（「暗号化キーデータ」と称することとする）を一時的に格納するためのバッファである。
キーデータバッファＢ１４は、暗号化されていないキーデータ（「非暗号化キーデータ」と称することとする）を一時的に格納するためのバッファである。
外部メモリインタフェース１５は、暗号処理装置１０に外付けされるフラッシュメモリ３０を制御して暗号化キーデータの読み出し・書き込みを行う。
制御部１６は、暗号処理装置１０を構成している各要素の動作を制御して暗号処理装置１０全体の動作を管理する。
次に図２について説明する。同図はキーデータバッファＡ１３及びキーデータバッファＢ１４のメモリマップを示している。本実施形態において、キーデータは複数個（図２においてはＮ個）用意されており、１番目のキーデータが図２における４０−１の領域に格納され、以下同様に、２番目のキーデータが図２における４０−２の領域に、３番目のキーデータが図２における４０−３の領域に、４番目のキーデータが図２における４０−４の領域に、…、そしてＮ番目のキーデータが図２における４０−Ｎの領域に、それぞれ格納される。なお、前述したように、キーデータバッファＡ１３には暗号化キーデータが格納され、キーデータバッファＢ１４には非暗号化キーデータが格納される。
以下、暗号処理装置１０の制御部１６によって行われる制御の内容について説明する。
まず図３について説明する。同図は暗号処理装置１０の起動時に制御部１６によって行われる起動時制御処理の処理内容をフローチャートで示したものである。
図３において、まず、Ｓ１０１では、外部メモリから全ての暗号化キーデータを読み出す処理が実行される。すなわち、外部メモリインタフェース１５を制御して外部メモリであるフラッシュメモリ３０に格納されている暗号化キーデータを全て（本実施形態においてはＮ個）読み出させる処理が行われる。
Ｓ１０２では、暗号化されたキーデータをキーデータバッファＡに格納する処理が実行される。すなわち、Ｓ１０１の処理によって読み出された全ての暗号化キーデータをキーデータバッファＡ１３の所定の記憶領域に一つずつ格納させる処理が行われる。
一方、上述したＳ１０２の処理に並行して行われるＳ１０３からＳ１０５にかけての処理のうち、Ｓ１０３では、暗号化されたキーデータをキーデータバッファに格納する処理が実行される。すなわち、Ｓ１０１の処理によって読み出された全ての暗号化キーデータをキーデータバッファＢ１４の所定の記憶領域に一つずつ格納させる処理が行われる。
その後、Ｓ１０４では、キーデータバッファＢ１４に格納されている暗号化キーデータを復号する処理が実行される。すなわち、暗号化・復号化処理部１２を制御してＳ１０３の処理によってキーデータバッファＢ１４に格納された全ての暗号化キーデータを一つずつ復号させる処理が行われる。後述するように、フラッシュメモリ３０に格納されていたこの暗号化キーデータは、暗号化・復号化処理部１２に予め用意されているキーデータを使用して暗号化・復号化処理部１２によって暗号化されたものであるので、暗号化・復号化処理部１２で復号することができる。
Ｓ１０５では、復号化されたキーデータをキーデータバッファＢ１４に格納する処理が実行される。すなわち、Ｓ１０４の処理によって復号された全てのキーデータ（非暗号化キーデータ）をキーデータバッファＢ１４に一つずつ格納させる処理が行われる。
以上までの処理を完了した後には、この起動時制御処理が終了する。
この起動時制御処理が制御部１６によって行われることによって、フラッシュメモリ３０に格納されていた複数の暗号化キーデータが一つずつキーデータバッファＡ１３で保持され、且つ、これらの暗号化キーデータを復号化した非暗号化キーデータが一つずつキーデータバッファＢ１４で保持されている状態となる。
次に図４について説明する。同図は、制御部１６によって行われる暗号化・復号化制御処理の処理内容をフローチャートで示したものである。同図に示す処理は、暗号化若しくは復号化の要求がホストシステム２０から発せられたことがホストインタフェース１１を監視している制御部１６によって検出されると開始される。
まず、Ｓ２０１において、ホストシステム２０から、暗号化・復号化の対象とするデータ（以下、「対象データ」と称することとする）を取得する処理が実行される。すなわち、ホストインタフェース１１を制御して対象データをホストシステム２０から取得させる処理が行われる。
Ｓ２０２では、対象データの取得が完了したか否かを判定する処理が実行される。すなわち、直前のＳ２０１の処理において新たな対象データの取得がなかったか否か、言い換えれば、暗号化・復号化の対象とするデータの取得が全て完了していたか否かを判定する処理が行われる。ここで、この判定結果がＹｅｓ、すなわち暗号化・復号化の対象とするデータの取得が全て完了していたと判定されたときには、この暗号化・復号化制御処理を終了する。一方、この判定結果がＮｏ、すなわち対象データが新たに取得されたのであればＳ２０３に処理を進める。
Ｓ２０３では、キーデータバッファＢ１４から、所定の非暗号化キーデータを読み出して暗号化・復号化処理部１２に渡す処理が行われる。ここで、前述したＳ２０１の処理によって対象データとして暗号化されているデータ（以下、「暗号化データ」と称することとする）をホストシステム２０から取得したときには、キーデータバッファＢ１４に格納されている複数の非暗号化キーデータのうち、例えばその対象データに示されていることによって判明する、この暗号化データの暗号化を行ったときに使用した非暗号化キーデータが読み出される。また、Ｓ２０１の処理によって対象データとして暗号化されていないデータ（以下、「非暗号化データ」と称することとする）をホストシステム２０から取得したときには、キーデータバッファＢ１４に格納されている複数の非暗号化キーデータのうち、所定の条件に従って、あるいは任意に、選択された非暗号化キーデータが読み出される。
Ｓ２０４では、ホストシステム２０から発生された要求が暗号化の要求であったか否かを判定する処理が行われる。ここで、この判定結果がＹｅｓ、すなわち暗号化の要求であったと判定されたときにはＳ２０５に処理が進む。一方、この判定結果がＮｏ、すなわち復号化の要求であったと判定されたときにはＳ２０６に処理が進む。
Ｓ２０５では、対象データを暗号化する処理が実行される。すなわち、暗号化・復号化処理部１２を制御して、Ｓ２０１の処理によって取得された対象データに対してＳ２０３の処理によって受け取った非暗号化キーデータを用いての暗号化処理を行わせる処理が行われる。この処理を終えた後にはＳ２０７に処理を進める。
Ｓ２０６では、対象データを復号化する処理が実行される。すなわち、暗号化・復号化処理部１２を制御して、Ｓ２０１の処理によって取得された対象データに対してＳ２０３の処理によって受け取った非暗号化キーデータを用いての復号化処理を行わせる処理が行われる。
Ｓ２０７では、処理後の対象データをホストシステム２０へ転送する処理が実行される。すなわち、ホストインタフェース１１を制御して、Ｓ２０５若しくはＳ２０６の処理によって暗号化・復号化処理部１２により暗号化若しくは復号化がされた後のデータをホストシステム２０へ転送させる処理が行われる。その後、この処理を終えた後にはＳ２０１へと処理が戻って上述した処理が繰り返される。
以上までの処理が暗号化・復号化制御処理である。この処理が制御部１６によって行われることによって、ホストシステム２０から送られてくる対象データを暗号化若しくは復号化してホストシステム２０へ提供することができるようになる。
次に図５について説明する。同図は制御部１６によって行われるキーデータ書き換え制御処理の処理内容をフローチャートで示したものである。同図に示す処理は、第三者による暗号化データの解読をより困難なものとするため、ホストシステム２０からの指示に応じてキーデータを変更する処理である。この処理は、キーデータ変更の要求がホストシステム２０から発せられたことがホストインタフェース１１を監視している制御部１６によって検出されると開始される。
まず、Ｓ３０１において、ホストインタフェース１１を制御して、ホストシステム２０から発せられた要求に係る変更後の新しいキーデータをホストシステム２０から取得する処理が行われる。なお、このキーデータは暗号化されていないものである。
Ｓ３０２では、暗号化・復号化処理部１２を制御して、Ｓ３０１の処理によって取得されたキーデータに対して暗号化を施す処理が行われる。なお、本実施形態においては、このキーデータに対する暗号化は、予め暗号化・復号化処理部１２に固定的に用意されているキーデータを使用して行うようにする。
Ｓ３０３では、キーデータバッファＡ１３に格納されている暗号化キーデータのうちホストシステム２０から発せられた要求において指示されているものを、Ｓ３０２の処理によって得られた暗号化キーデータへと書き換える処理が行われる。
一方、上述したＳ３０２及びＳ３０３の処理と並行して、Ｓ３０４において、キーデータバッファＢ１４に格納されている非暗号化キーデータのうちホストシステム２０から発せられた要求において指示されているものを、Ｓ３０１の処理によってホストシステム２０から取得された非暗号化キーデータへと書き換える処理が行われる。
以上までの処理を完了した後には、このキーデータ書き換え制御処理が終了する。
このキーデータ書き換え制御処理が制御部１６によって行われることによって、暗号処理装置１０での暗号化・復号化のために使用されるキーデータの書き換えが行われる。なお、この書き換えにおいては、全てのキーデータを書き換えるのではなく、書き換えの指示されたキーデータのみを書き換えるので、全てのキーデータを書き換える場合と比較して、短い時間でキーデータの暗号化や書き換えを済ませることができる。もちろん、全てのキーデータの書き換えを一括して行うようにしてもよい。
次に図６について説明する。同図は制御部１６によって行われるキーデータ保存制御処理の処理内容をフローチャートで示したものである。この処理は、外部メモリであるフラッシュメモリ３０に暗号化キーデータを記憶させることによって、電力供給の有無に拘らず暗号化キーデータをフラッシュメモリ３０で保持させておくための処理である。この処理は、制御部１６の有するタイマによる計時に基づいて一定の時間間隔毎に実行される割り込み処理であるが、ホストシステム２０から暗号処理装置１０の動作を終了させる要求を制御部１６がホストインタフェース１１を介して受け取ったときには必ず実行される。
図６において、まず、Ｓ４０１では、暗号処理装置１０の動作を終了させる要求を受け取ったことによってこのキーデータ保存制御処理の実行が開始されたのか否かを判定する処理が行われる。ここで、この判定結果がＹｅｓならばＳ４０３に処理を進め、この判定結果がＮｏならばＳ４０２に処理を進める。
Ｓ４０２では、暗号処理装置１０が他の動作、具体的には前述した起動時の動作（図３参照）、暗号化・復号化動作（図４参照）、若しくはキーデータ書き換え動作（図５参照）等を暗号化・復号化処理部１２が行っている途中であるか否かを判定する処理が行われる。ここで、この判定結果がＹｅｓならばこのまま何もせずにこの割り込み処理を終了して元の処理へと戻る。一方、この判定結果がＮｏ、すなわち、暗号処理装置１０が特段の動作を行っておらず待機中の状態にあるときにはＳ４０３に処理を進める。
Ｓ４０３では、外部メモリに暗号化キーデータを格納する処理が実行される。すなわち、外部メモリインタフェース１５を制御して、キーデータバッファＡ１３に格納されている全ての暗号化キーデータをフラッシュメモリ３０に書き込ませる処理が行われる。その後はこの割り込み処理を終了して元の処理へと戻る。
以上までの処理がキーデータ保存制御処理である。この処理が制御部１６によって行われることによって、フラッシュメモリ３０に暗号化キーデータが記憶されるので、電力供給の有無に拘らず暗号化キーデータがフラッシュメモリ３０で保持されるようになる。
以上詳細に説明したように、本発明は、暗号鍵として使用されるキーデータを用いてデータの暗号化の処理を行う暗号処理部と、当該キーデータであって当該暗号処理部によって当該暗号化がされたものである暗号化キーデータが格納される暗号化キーデータ格納部と、当該暗号化キーデータ格納手段に格納されているキーデータであって当該暗号化のされていないものが格納される非暗号化キーデータ格納部と、不揮発性の記憶装置を制御して当該暗号化キーデータ格納部に格納されている暗号化キーデータを記憶させる暗号化データ記憶制御部と、を有して暗号処理装置を構成する。
本発明によれば、この構成により、第三者が記憶装置から暗号化キーデータを窃取しても暗号化されているデータが解読されるおそれは少なく、また、暗号化処理における処理速度の著しい低下を来すことがないという効果を奏する。
その他、本発明は、上述した実施形態に限定されることなく、種々の改良・変更が可能である。

Claims (7)

1. 暗号鍵として使用されるキーデータを用いてデータの暗号化の処理を行う暗号処理手段と、
   前記キーデータであって前記暗号処理手段によって前記暗号化がされたものである暗号化キーデータが格納される暗号化キーデータ格納手段と、
   前記暗号化キーデータ格納手段に格納されているキーデータであって前記暗号化のされていないものが格納される非暗号化キーデータ格納手段と、
   不揮発性の記憶装置を制御して前記暗号化キーデータ格納手段に格納されている暗号化キーデータを記憶させる暗号化データ記憶制御手段と、
   を有することを特徴とする暗号処理装置。
2. 前記暗号処理手段は、ホストシステムから送られてくる前記データの暗号化の処理を、前記非暗号化キーデータ格納手段に格納されているキーデータを用いて行うことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の暗号処理装置。
3. 前記暗号化データ記憶制御手段は、前記暗号処理手段による前記暗号化の処理が行われていないときに前記暗号化キーデータを記憶させる制御を行うことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の暗号処理装置。
4. 前記暗号化データ記憶制御手段は、前記暗号処理装置の起動時に、前記記憶装置から前記暗号化キーデータを読み出して前記暗号化キーデータ格納手段に格納する制御を行うことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の暗号処理装置。
5. 前記暗号処理手段は、自身によって暗号化したデータの復号化が可能であり、且つ前記暗号処理装置の起動時に前記暗号化データ記憶制御手段によって読み出された暗号化キーデータの復号化の処理を行い、
   前記復号化の処理によって復号化されたキーデータは、前記非暗号化キーデータ格納手段に格納される、
   ことを特徴とする請求の範囲第４項に記載の暗号処理装置。
6. 前記非暗号化キーデータ格納手段には複数の前記キーデータが格納されており、
   ホストシステムから前記キーデータの書き換えの指示が送られてきたときには、前記非暗号化キーデータ格納手段に格納されている複数のキーデータのうち当該指示に係るキーデータのみが書き換えられる、
   ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の暗号処理装置。
7. 前記暗号化キーデータ格納手段には複数の前記暗号化キーデータが格納されており、
   ホストシステムから前記キーデータの書き換えの指示が送られてきたときには、前記暗号化キーデータ格納手段に格納されている複数の暗号化キーデータのうち当該指示に係るキーデータのみが前記暗号処理手段によって暗号化されて書き換えられる、
   ことを特徴とする請求の範囲第１項に記載の暗号処理装置。

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