KR20190004263A - 양자 키 분배에 기초하는 암호화 및 복호화를 위한 시스템 및 방법 - Google Patents

양자 키 분배에 기초하는 암호화 및 복호화를 위한 시스템 및 방법 Download PDF

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Abstract

본 발명의 일 실시예는 저장 암호화 및 복호화를 용이하게 하기 위한 시스템을 제공한다. 동작 동안, 시스템은 원격 디바이스에 저장될 데이터를 암호화하라는 제1 요청을 수신하고, 여기서 제1 요청은 데이터를 나타낸다. 시스템은 동적 키 리프레시먼트 프로토콜에 기초하여 키를 업데이트한다. 시스템은 업데이트된 키에 대한 키 라벨을 결정한다. 시스템은 업데이트된 키에 기초하여 데이터를 암호화하고, 암호화된 데이터 및 키 라벨을 원격 디바이스에 전송하고, 그에 의해 원격 디바이스 상에서의 데이터의 안전한 암호화 및 복호화를 용이하게 한다.

Description

양자 키 분배에 기초하는 암호화 및 복호화를 위한 시스템 및 방법
본 개시내용은 일반적으로 데이터 암호화의 분야에 관한 것이다. 더 구체적으로, 본 개시내용은 양자 키 분배(quantum key distribution)에 기초하는 암호화 및 복호화를 위한 방법 및 시스템에 관한 것이다.
인터넷 및 전자 상거래의 확산은 방대한 양 및 유형의 디지털 콘텐츠를 계속하여 생성한다. 회사 데이터 및 고객 데이터와 같은 민감한 데이터는 보안 누출에 취약 할 수 있다. 이러한 민감한 데이터를 보호하는 한 가지 해결책은 데이터 저장 암호화 기술에 기초하며, 데이터 저장 암호화 기술은 일반적으로 특정 기술을 적용하여, 데이터를 저장 디바이스에 기입하기 전에 데이터를 암호화하고, 후속하여 저장된 데이터를 판독할 때 데이터를 복호화하는 것을 수반한다.
전형적인 데이터 저장 암호화 시스템의 특징들은 예를 들어 호스트 소프트웨어 암호화, 암호화된 저장 보안 스위치, 내장된 특수 암호화 디바이스, 및 저장 디바이스 자체에 기초한 암호화 메커니즘을 포함할 수 있다. 그러한 특징들을 위한 전형적인 논리 아키텍처는 암호화/복호화 유닛 및 키 관리 센터를 포함할 수 있다. 암호화/복호화 유닛은 키(전형적으로 고정되거나 드물게 업데이트됨)를 사용하여 저장될 데이터를 암호화할 수 있고, 또한 그 고정된 키를 사용하여 저장된 데이터를 복호화할 수 있다. 키 관리 센터는 고정된 키를 저장할 수 있으며, 또한 신규 키들을 선택하는 것, 및 사용되지 않거나 이전에 사용된 키들을 삭제하는 것과 같은 다른 키 관리 관련 기능들을 수행할 수 있다.
고정된("원본") 키의 교체 또는 업데이트는 특정한 상황들 하에서만, 예를 들어 키 관리 센터를 통해 비대칭 암호화 알고리즘에 기초하여 보안 전송 채널을 설정하고 신규 키를 암호화/복호화 유닛에 전송할 때에만, 또는 실제 사이트를 물리적으로 방문하여, 예를 들어 신규 키를 시스템에 복사함으로써 키를 수동으로 업데이트하는 특정 관리 사용자에 의해서만 발생될 수 있다. 추가적으로, 키를 교체하거나 업데이트할 때, 시스템은 원본 암호화된 데이터를 복호화할 수 있는 능력을 유지하기 위해, 원본 키와 원본 암호화된 데이터 둘 다에 대한 액세스를 유지해야 한다.
그러나, 이러한 전형적인 데이터 저장 암호화 시스템은 몇 가지 문제점을 야기할 수 있다. 첫째, 고정된 키로 인해, 저장된 암호화된 데이터는 무차별 공격에 취약할 수 있다. 고정된 키가 발견되면, 그 고정된 키에 기초하여 암호화된 모든 저장된 데이터가 노출의 위험에 직면할 수 있다. 둘째, 키 분배 프로세스(예를 들어, 키의 선택 또는 교체)는 보안 위험을 초래할 수 있다. 예를 들어, 키 분배 프로세스에 대해 비대칭 암호화 알고리즘을 채택하는 것은 2개의 엔티티 사이의 전송을 요구한다. 이러한 전송들은 도청 및 알고리즘 해킹의 영향을 받을 수 있다. 또한, 수동 업데이트는 악의적인 공개의 위험에 직면할 수 있다. 셋째, 시스템이 키를 업데이트할 때 원본 키 및 원본 암호화된 데이터에 대한 액세스를 유지하기 위해, 시스템은 관리 사용자들(예를 들어, 관리 및 유지보수 담당자)에게 원본 키 및 원본 암호화된 데이터를 다루기 위한 잠재적으로 계산상 복잡한 추가적인 작업을 수행할 것을 요구할 수 있다. 이러한 문제점들은 데이터 저장 암호화 시스템의 효율성과 보안을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 일 실시예는 저장 암호화 및 복호화를 용이하게 하기 위한 시스템을 제공한다. 동작 동안, 시스템은 데이터를 암호화하라는 제1 요청을 수신하고, 여기서 제1 요청은 암호화될 데이터를 나타낸다. 시스템은 키에 기초하여 데이터를 암호화하고, 키에 대한 키 라벨을 결정한다. 시스템은 암호화된 데이터 및 키 라벨을 원격 디바이스에 전송하고, 그에 의해 원격 디바이스 상에서의 데이터의 안전한 암호화 및 복호화를 용이하게 한다.
일부 실시예들에서, 시스템은 수 개의 동작을 수행함으로써 동적 키 리프레시먼트 프로토콜(dynamic key refreshment protocol)에 기초하여 키를 업데이트한다. 시스템은 제1 키 풀로부터 제1 신규 키를 획득한다. 시스템은 키 관리 디바이스로 하여금 키 관리 디바이스의 제2 키 풀로부터 제1 신규 키와 동일한 제2 신규 키를 획득하게 하는 제1 동기화 요청을 키 관리 디바이스에 전송한다. 시스템은 제1 신규 키에 대한 제1 신규 키 라벨을 획득하며, 여기서 제1 신규 키 라벨은 제2 신규 키에 대해 획득된 제2 신규 키 라벨과 동일하며, 여기서 제1 신규 키는 데이터를 암호화하는 데 사용되는 키이며, 여기서 제1 신규 키 라벨은 결정된 키 라벨이다.
일부 실시예들에서, 동적 키 리프레시먼트 프로토콜은 미리 결정된 시간 간격이 경과했음을 결정하는 것; 및 제1 요청을 수신하는 것 중 하나 이상에 기초한다.
일부 실시예들에서, 제1 신규 키 및 제2 신규 키는 동일한 방법에 기초하여 획득되고, 제1 신규 키 라벨 및 제2 신규 키 라벨은 동일한 알고리즘에 기초하여 획득된다.
일부 실시예들에서, 시스템은 제1 신규 키의 제1 해시 값을 계산한다. 시스템은 제1 동기화 요청 내에 제1 해시 값을 포함하고, 이는 키 관리 디바이스가 제2 신규 키의 제2 해시 값이 제1 해시 값과 동일함을 확인함으로써 제2 신규 키를 검증하는 것을 허용한다.
일부 실시예들에서, 컴퓨터 시스템의 양자 엔진은 키 관리 디바이스의 양자 엔진과의 양자 통신에 기초하여 하나 이상의 키 시퀀스를 생성한다. 컴퓨터 시스템은 생성된 키 시퀀스들을 컴퓨터 시스템의 제1 키 풀 내에 저장한다. 키 관리 디바이스는 생성된 키 시퀀스들을 키 관리 디바이스의 제2 키 풀에 저장한다. 컴퓨터 시스템은 제1 키 풀 내의 각각의 키 시퀀스에 대한 제1 키 라벨을 생성한다. 키 관리 디바이스는 제2 키 풀 내의 각각의 키 시퀀스에 대한 제2 키 라벨을 생성하며, 여기서 제1 키 라벨 및 제2 키 라벨은 동일한 알고리즘에 기초하여 생성된다.
일부 실시예들에서, 시스템은 암호화된 데이터를 복호화하라는 제2 요청을 수신하고, 여기서 제2 요청은 암호화된 데이터 및 키 라벨을 나타낸다. 시스템은 업데이트된 키에 대한 제3 요청을 전송하며, 여기서 제3 요청은 키 라벨을 포함한다. 시스템은 업데이트된 키를 수신하고, 수신된 업데이트된 키에 기초하여 암호화된 데이터를 복호화한다.
일부 실시예들에서, 제3 요청은 키 관리 디바이스에 전송되고, 업데이트된 키는 키 관리 디바이스로부터 수신된다. 제3 요청을 키 관리 디바이스에 전송하기 전에, 시스템은 제1 키 풀로부터 제3 키를 획득하고, 키 관리 디바이스로 하여금 키 관리 디바이스의 제2 키 풀로부터 제3 키와 동일한 제4 키를 획득하게 하는 제2 동기화 요청을 키 관리 디바이스에 전송한다. 시스템은 제3 키에 기초하여, 제3 요청에 포함된 키 라벨을 암호화하며, 여기서 수신된 업데이트된 키는 제4 키에 기초하여 암호화된다. 시스템은 제3 키에 기초하여, 암호화된 수신된 업데이트된 키를 복호화한다.
본 발명의 다른 실시예는 저장 암호화 및 복호화를 용이하게 하기 위한 시스템을 제공한다. 동작 동안, 시스템은 동적 키 리프레시먼트 프로토콜에 기초하여, 제1 키 풀로부터 획득된 제1 키를 나타내는 제1 동기화 요청을 수신한다. 시스템은 제2 키 풀로부터 제2 키를 획득하며, 여기서 제2 키는 제1 키와 동일하다. 시스템은 제2 키에 대한 제2 키 라벨을 획득하며, 여기서 제2 키 라벨은 제1 키에 대해 획득된 제1 키 라벨과 동일하다. 시스템은 제2 키 및 제2 키 라벨을 저장하고, 그에 의해 원격 디바이스 상에서의 데이터의 안전한 암호화 및 복호화를 용이하게 한다.
일부 실시예들에서, 제1 동기화 요청은 제1 키의 제1 해시 값을 포함한다. 시스템은 제2 키의 제2 해시 값을 계산한다. 시스템은 제2 해시 값이 제1 해시 값과 동일함을 확인함으로써 제2 키를 검증한다.
일부 실시예들에서, 제2 키 및 제2 키 라벨은 컴퓨팅 시스템에 연관된 데이터베이스 내에 저장된다. 시스템은 제2 키에 대한 요청을 수신하고, 여기서 요청은 제2 키 라벨을 포함한다. 시스템은 제2 키에 대한 요청에 포함된 제2 키 라벨에 기초하여 데이터베이스로부터 제2 키를 검색한다. 시스템은 검색된 제2 키를 반환한다.
일부 실시예에서, 요청은 보안 디바이스로부터 수신되고, 검색된 제2 키는 보안 디바이스에 반환된다. 보안 디바이스로부터 요청을 수신하기 전에, 시스템은 보안 디바이스로부터, 제1 키 풀로부터의 제3 키에 연관된 제2 동기화 요청을 수신하고, 여기서 제2 키에 대한 요청에 포함된 제2 키 라벨은 제3 키에 기초하여 암호화되고; 시스템은 제2 키 풀로부터 제3 키와 동일한 제4 키를 획득하고; 시스템은 제4 키에 기초하여 암호화된 제2 키 라벨을 복호화한다. 검색된 제2 키를 반환하기 전에, 시스템은 제4 키에 기초하여 검색된 제2 키를 암호화한다.
도 1은 본 출원의 실시예에 따라, 저장 암호화 및 복호화를 용이하게 하는 예시적인 환경을 도시한다.
도 2는 본 출원의 실시예에 따라, 예시적인 통신들을 포함하는 저장 암호화 및 복호화를 용이하게 하는 예시적인 환경을 도시한다.
도 3a는 본 출원의 실시예에 따라 저장 디바이스에 저장될 데이터를 암호화하기 위한 보안 디바이스에 의한 방법을 도시하는 흐름도를 제시한다.
도 3b는 본 출원의 실시예에 따라, 키를 업데이트하기 위한 보안 디바이스에 의한 방법을 도시하는 흐름도를 제시한다.
도 3c는 본 출원의 실시예에 따라, 저장 디바이스에 저장된 데이터를 복호화하기 위한 보안 디바이스에 의한 방법을 도시하는 흐름도를 제시한다.
도 4는 본 출원의 실시예에 따라, 양자 키 분배 프로토콜에 기초하여 키들을 생성하기 위한 방법을 도시하는 흐름도를 제시한다.
도 5a는 본 출원의 실시예에 따라, 저장 암호화 및 복호화를 용이하게 하기 위한 키 관리 디바이스에 의한 방법을 도시하는 흐름도를 제시한다.
도 5b는 본 출원의 실시예에 따라, 대응하는 키 라벨에 기초하여 키를 검색하기 위한 키 관리 디바이스에 의한 방법을 도시하는 흐름도를 제시한다.
도 6은 본 출원의 실시예에 따라, 저장 암호화 및 복호화를 용이하게 하는 예시적인 컴퓨터 시스템을 도시한다.
도 7은 본 출원의 실시예에 따라, 저장 암호화 및 복호화를 용이하게 하는 예시적인 장치를 도시한다.
도면들에서, 유사한 참조 번호들은 동일한 도면 요소들을 지칭한다.
다음의 설명은 본 기술분야의 임의의 통상의 기술자가 실시예들을 제조하고 사용할 수 있게 하기 위해 제시되며, 특정 응용 및 그것의 요건들의 맥락에서 제공된다. 개시된 실시예들에 대한 다양한 수정들이 본 기술분야의 통상의 기술자에게 용이하게 명백해질 것이며, 본 명세서에 정의된 일반적인 원리들은 본 개시내용의 사상 및 범위를 벗어나지 않고서 다른 실시예들 및 응용들에 적용될 수 있다. 따라서, 본 발명은 도시된 실시예들로 제한되는 것이 아니라, 본 명세서에 개시된 원리들 및 특징들에 부합하는 가장 넓은 범위에 따른다.
개요
본 발명의 실시예들은 양자 키 분배 프로토콜을 적용하여 키들을 생성하고, 생성된 키에 대해 대응하는 키 라벨을 저장함으로써, 데이터 저장 암호화 시스템의 보안 관련 결함들의 문제점을 해결한다. 전형적인 데이터 저장 암호화 시스템에서, 암호화/복호화 유닛("보안 디바이스") 및 키 관리 센터("키 관리 디바이스")는 저장될 데이터를 암호화하고, 저장된 데이터("원본 데이터")를 복호화하기 위한 고정된("원본") 키를 공유할 수 있다. 그러한 고정된 키를 교체하거나 업데이트하는 것은, 시스템에게 원본 키 및 원본 암호화된 데이터 둘 다에 대한 액세스를 유지할 것을 요구할 수 있다. 이것은 몇 가지 결점을 야기할 수 있다. 첫째, 고정된 키로 인해, 저장된 암호화된 데이터는 무차별 공격에 취약할 수 있다. 고정된 키가 발견되는 경우, 그 고정된 키에 기초하여 암호화된 모든 저장된 데이터가 노출의 위험에 직면할 수 있다. 둘째, 키 분배 프로세스(예를 들어, 키의 선택 또는 업데이트)는 보안 위험을 초래할 수 있다. 예를 들어, 키 분배 프로세스에 대해 비대칭 암호화 알고리즘을 채택하는 것은 2개의 엔티티 사이의 전송들을 요구한다. 이러한 전송들은 도청 및 알고리즘 해킹의 영향을 받을 수 있다. 또한, 수동 업데이트는 악의적인 공개의 위험에 직면할 수 있다. 셋째, 시스템이 키를 업데이트할 때 원본 키 및 원본 암호화된 데이터에 대한 액세스를 유지하기 위해서, 시스템은 관리 사용자들(예를 들어, 관리 및 유지보수 담당자)에게 원본 키 및 원본 암호화된 데이터를 다루기 위한 잠재적으로 계산상 복잡한 추가적인 작업을 수행할 것을 요구할 수 있다. 이러한 문제점들은 데이터 저장 암호화 시스템의 효율성 및 보안을 감소시킬 수 있다.
본 발명의 실시예들은 양자 키 분배 기술을 적용하여 키들을 생성 및 분배하고, 주기적 또는 연속적으로 신규 키를 선택하고(즉, 키를 업데이트하고), 업데이트된 키에 대한 대응하는 키 라벨을 저장함으로써, 이러한 쟁점들을 해결한다. 구체적으로, 저장 디바이스에 저장될 데이터를 암호화하라는 요청을 수신하면, 시스템은 동적 키 리프레시먼트 프로토콜에 기초하여, 예컨대 주기적으로(특정 시간 간격에 기초하여) 또는 지속적으로["키 당 1회 저장(one storage per key)" 방법에 기초하여], 키를 업데이트한다. 시스템은 선택된 키에 대한 키 라벨을 결정하고, 선택된 키를 사용하여 데이터를 암호화하고, 저장 디바이스에 저장하기 위해 암호화된 데이터 및 대응하는 키 라벨 둘 다를 반환한다.
키 관리 디바이스 및 보안 디바이스는 양자 채널 또는 양자 키 분배 프로토콜을 통해 통신함으로써 동일한 키 풀들(즉, 각각의 개별 키 풀 내의 동일한 키 시퀀스들)을 생성할 수 있다. 이러한 프로토콜은 본 명세서에 설명된 바와 같이, 키 분배 프로세스의 보안을 보장하는 양자 역학의 원리에 기초한다. 그러한 프로토콜을 통한 통신은 또한 키 관리 디바이스 및 보안 디바이스가 동일한 키 및 대응하는 키 라벨의 선택을 조정하고 동기화하는 것을 허용한다. 또한, 고정된 키를 사용하는 대신에 동적 키 리프레시먼트 프로토콜에 기초하여(즉, 주기적으로 또는 연속적으로) 키를 업데이트함으로써, 시스템은 상이한 키들을 사용하여 데이터를 유연하게 암호화 할 수 있으며, 이는 데이터 저장의 보안을 증가시킨다. 추가적으로, 키 관리 디바이스 및 보안 디바이스는 업데이트된 키에 대해 동일한 대응하는 키 라벨을 결정할 수 있으며, 이 라벨은 업데이트된 키를 검색하고 저장된 데이터를 올바르게 복호화하기 위해 후속하여 사용될 수 있다. 각각의 업데이트된 키에 액세스하기 위해 대응하는 키 라벨을 사용함으로써, 저장될 데이터를 암호화하기 위해 상이한 키들이 사용될 수 있다. 이는 키 사용의 입도(granularity)의 다양성이 증가할 수 있게 하며, 이는 데이터 저장의 보안을 증가시키면서 또한 키를 교체하거나 업데이트하는 프로세스를 단순화할 수 있다.
따라서, 본 시스템은 데이터 저장 암호화 기술에 대한 개선점들을 제공하며, 여기서 개선점들은 근본적으로 기술적이다. 본 발명의 실시예들은 (전형적인 데이터 저장 암호화 시스템에서의 위에서 설명된 위험들에서와 같은) 보안 데이터 저장 암호화의 기술적 문제에 대해, 기술적 해법(예를 들어, 양자 키 분배 기술을 적용하고, 동적 키 리프레시먼트 프로토콜에 기초하여 키를 업데이트하고, 데이터의 후속 복호화를 위해 업데이트된 키에 대한 대응하는 키 라벨을 저장함)을 제공한다
용어 "양자 키 분배 기술", "양자 키 분배 프로토콜", 및 "양자 키 분배 동작"은 제1 엔티티(예를 들어, 키 관리 디바이스) 및 제2 엔티티(예를 들어, 보안 디바이스)의 양자 엔진 또는 양자 디바이스에 의해 수행되는 동작들을 지칭한다. 제1 및 제2 엔티티는 각각 원본 키 교섭, 키 스크리닝(key screening), 에러 정정, 및 프라이버시 증폭과 같은 표준 처리 동작들을 수행한 후에 동일한 랜덤 키 시퀀스를 생성한다. 동일한 랜덤 키 시퀀스를 생성할 때, 제1 및 제2 엔티티는 각각 키 시퀀스들을 각자의 키 풀에 저장할 수 있다. 예시적인 양자 키 분배 프로토콜들은 BB84, B91, 및 B92 프로토콜뿐만 아니라, 연속 가변 QKD, DSP-QKP, 및 SARG와 같이, 코드 레이트를 개선하기 위해 제안된 다른 프로토콜을 포함한다. 양자 키 분배 프로토콜 동안 통신하는 2개의 엔티티를 가정한다. 제1 엔티티("Alice")는 이진 데이터 스트링들의 세트를 무작위로 생성할 수 있고, 양자 채널을 통해 제2 엔티티("Bob")에 송신될 대응하는 인코딩된 양자 상태를 준비하기 위해, 데이터 스트링들에 기초하여 기본 벡터를 선택할 수 있다. 후속하여, Bob은 고전적인 채널(즉, 양자 채널이 아닌 전기 또는 유선 채널)을 통해 자신의 기본 벡터를 공개할 수 있으며, 이는 Alice 및 Bob 둘 다가 동일한 기본 벡터를 사용하여 키를 선택하는 것을 허용한다. 결과적으로, Alice 및 Bob 둘 다는 에러 레이트, 에러 정정, 및 프라이버시 증폭을 추정하고, 다른 처리 동작들을 수행함으로써, 조건없는 보안 키 시퀀스를 획득할 수 있다.
용어 "키 시퀀스"는 다수의 키 비트로 구성된 시퀀스를 지칭한다. 용어 "키 풀"은 양자 키 분배 동작을 수행할 때 생성되는 키 시퀀스들을 저장하는 메모리 영역을 지칭한다.
용어 "키 라벨"은 상이한 키들을 구별하기 위해 사용되는 식별자 또는 식별 정보를 지칭한다. 키 라벨은 예를 들어 숫자 값들 또는 문자 스트링들의 형태일 수 있다.
용어 "동기화 요청"은 보안 디바이스에 의해 키 관리 디바이스에 송신된 요청을 지칭하며, 이 요청은 보안 디바이스의 키 풀로부터의 키와 동일한 키를 자신의 키 풀로부터 획득하도록 키 관리 디바이스를 트리거한다
예시적인 시스템
도 1은 본 출원의 실시예에 따라, 저장 암호화 및 복호화를 용이하게 하는 예시적인 환경(100)을 도시한다. 환경(100)은 사용자(112)에 연관된 컴퓨팅 디바이스(110)를 포함할 수 있다. 컴퓨팅 디바이스(110)는 예를 들어 태블릿, 이동 전화, 전자 리더, 랩톱 컴퓨터, 데스크톱 컴퓨터, 또는 임의의 다른 컴퓨팅 디바이스를 포함할 수 있다. 환경(100)은 또한 네트워크(102)를 통해 서로[및 컴퓨팅 디바이스(110)와] 통신할 수 있는 서버(120), 서버(130), 및 저장 디바이스(140)를 포함할 수 있다. 예를 들어, 서버(120)는 키 라벨에 기초하여 데이터를 복호화하는 데이터 복호화 모듈(122); 데이터를 암호화하고, 암호화된 데이터 및 대응하는 키 라벨을 반환하는 데이터 암호화 모듈(126); 데이터 암호화 모듈(126)에 연관될 수 있는 키 풀(127); 및 양자 키 분배 프로토콜 또는 동작에 기초하여 키 시퀀스들을 생성하는 양자 엔진(128)을 포함하는 암호화/복호화 시스템(121)을 구비하는 보안 디바이스(120)일 수 있다. 예를 들어, 서버(130)는 키 데이터베이스(134)에 질의함으로써 키들에 대한 요청들을 처리하는 키 제공 모듈(132); 키들 및 그것들의 대응하는 키 라벨들을 저장하는 키 데이터베이스(134); 양자 키 분배 프로토콜 또는 동작 동안 생성된 키 풀로부터의 동기화되고 업데이트된 키들에 대한 요청들을 처리하는 키 저장 모듈(136); 및 양자 키 분배 프로토콜 또는 동작에 기초하여 키 시퀀스들을 생성하는 양자 엔진(138)을 포함하는 키 관리 시스템(131)을 갖는 키 관리 디바이스(130)일 수 있다.
데이터 복호화 모듈(122)은 통신(104)을 통해 키 제공 모듈(132)과 통신할 수 있고, 데이터 암호화 모듈(126)은 통신(106)을 통해 키 저장 모듈(136)과 통신 할 수 있다. 양자 엔진(128)은 통신(108)을 통해 양자 엔진(138)과 통신할 수 있고, 이러한 통신은 양자 키 분배 프로토콜 또는 동작의 일부로서 양자 채널을 통하는 것일 수 있다.
동작 동안, 사용자(112)는 컴퓨팅 디바이스(110)를 통해, 저장 디바이스(140)에 저장될 데이터를 암호화하라는 요청(152)을 송신할 수 있다. 보안 디바이스(120)는 요청(152)을 수신하고, 동적 키 리프레시먼트 프로토콜(예를 들어, 특정 시간 간격으로 주기적으로, 또는 각각의 새로운 요청에 대해 연속적으로)에 기초하여 키를 업데이트하며, 업데이트된 키에 대한 키 라벨을 획득하고, 업데이트된 키를 사용하여 데이터를 암호화하고, 패킷(154)을 저장 디바이스(140)에 송신할 수 있으며, 여기서 패킷(154)은 암호화된 데이터 및 대응하는 키 라벨을 나타낼 수 있다. 이러한 동작들은 도 2와 관련하여 아래에 상세하게 설명된다.
후속하여, 저장 디바이스(140)와 인터페이스할 수 있는 애플리케이션 또는 기능은 저장 디바이스(140)에 저장된 암호화된 데이터를 복호화하라는 요청(도시되지 않음)을 송신할 수 있다. 이는 보안 디바이스(120)에 패킷(156)을 송신하도록 저장 디바이스(140)를 트리거할 수 있고, 여기서 패킷(156)은 [패킷(154)과 유사하게] 암호화된 데이터 및 대응하는 키 라벨을 나타낼 수 있다. 보안 디바이스(120)는 수신된 패킷(156)에 기초하여 데이터를 복호화하라는 요청을 수신하고, 패킷(156)에 포함된 키 라벨에 기초하여 키를 획득하고, 획득된 키를 사용하여 데이터를 복호화하고, 인터페이싱하는 애플리케이션 또는 기능, 예를 들어, 사용자(112)에 연관된 컴퓨팅 디바이스(110)에 패킷(158)을 다시 송신할 수 있으며, 여기서 패킷(158)은 복호화된 데이터를 나타낼 수 있다. 이러한 동작들은 도 2와 관련하여 이하에서 상세하게 설명된다.
도 2는 본 출원의 실시예에 따라, 예시적인 통신들을 포함하는 저장 암호화 및 복호화를 용이하게 하는 예시적인 환경(200)을 도시한다. 환경(200)은 도 1의 환경(100)에서와 같이, 보안 디바이스(120), 키 관리 디바이스(130), 및 저장 디바이스(140)를 포함할 수 있다. 환경(200)은 다양한 모듈들을 보안 디바이스(120) 및 키 관리 디바이스(130) 각각에 존재하는 것으로서 도시하지만, 일부 실시예들에서, 이러한 모듈들 중 하나 이상이 단일 시스템 또는 엔티티 내에 존재할 수 있다. 동작 동안, 양자 엔진(128) 및 양자 엔진(138)은 양자 키 분배 프로토콜(240)을 수행할 수 있으며, 이는 동일한 키 시퀀스들을 생성하고, 생성된 키 시퀀스들을 각각 키 풀(127) 및 키 풀(137)에 각각 저장한다. 후속하여, 데이터 암호화 모듈(126)은 저장 디바이스(140)에 저장될 데이터(202)를 암호화하라는 요청(201)을 수신할 수 있다. 요청(201)은 패킷(202)의 데이터를 나타낼 수 있다. 요청(201) 내에 데이터(202)를 나타내기 전에, 시스템은 데이터(202)에 대한 분별(fractionation), 압축, 및 다른 데이터 처리를 수행할 수 있다. 기능 유닛은 애플리케이션 프로그래밍 인터페이스(API)를 통해, 또는 메시지[예컨대 요청(201)]를 송신함으로써 데이터(202)를 암호화하도록 데이터 암호화 모듈(126)을 트리거할 수 있다.
데이터 암호화 모듈(126)은 동적 키 리프레시먼트 프로토콜에 기초하여 키를 업데이트할 수 있다. 예를 들어, 동적 키 리프레시먼트 프로토콜이 특정 시간 주기 또는 간격의 통과에 기초하거나 단순히 새로운 요청[예를 들어, 요청(201)]을 수신하는 것에 기초할 때, 데이터 암호화 모듈은 아래에 설명되는 바와 같이, 동기화 요청을 통해 신규 키를 획득함으로써 키를 업데이트하는 것으로 진행할 수 있다. 동적 키 리프레시먼트 프로토콜이 키가 업데이트되지 않을 것으로 결정할 때(예를 들어, 특정 시간 간격이 아직 경과하지 않음), 시스템은 암호화 동작을 위해 가장 최근에 사용된 키를 사용할 수 있다. 일부 실시예들에서, 요청(201)은 키를 업데이트하기 위한 명령어를 포함할 수 있고, 데이터 암호화 모듈(126) 또는 임의의 다른 모듈은 그러한 포함된 명령어들을 처리할 수 있다.
데이터 암호화 모듈(126)은 키 풀(127)로부터 키를 획득할 수 있고[기능(204)], 키 저장 모듈(136)에 동기화 요청(206)을 송신할 수 있다. 동기화 요청(206)은 키 저장 모듈(136)이 키 풀(137)로부터 데이터 암호화 모듈(126)에 의해 획득된 키와 동일한 키를 획득할 것임을 나타낼 수 있다. 즉, 키 저장 모듈(136)은 동기화 요청(206)을 수신하면, 키 풀(137)로부터 키를 획득할 수 있고[기능(208)], 여기서 획득된 키는 [기능(204)에서와 같이] 데이터 암호화 모듈(126)에 의해 키 풀(127)로부터 획득된 키와 동일하다. 기능들(204 및 208)은 각자의 키 풀로부터 동일한 키를 획득하기 위해 동일한 미리 결정된 방법을 적용하는 것에 기초할 수 있다. 예를 들어, 키는 동기화 요청(206)에 나타나거나 운반될 수 있는 키 선택 위치 및 키 길이와 같은 정보에 기초한 방법에 의해 획득될 수 있다. 기능(204)에서와 같이 기능(208)에서 동일한 키가 획득되는 한, 키를 획득하기 위해 어떠한 방법이라도 이용될 수 있다.
키 저장 모듈(136)은 획득된 키에 대한 키 라벨을 생성할 수 있고[기능(210)], 획득된 키 및 생성된 키 라벨 둘 다를 키 데이터베이스(134)에 송신할 수 있다[기능(212)]. 데이터 암호화 모듈(126)은 또한 획득된 키에 대한 키 라벨을 획득하거나 생성할 수 있다[기능(214)]. 기능들(210 및 214)은 키 라벨을 생성하기 위해 동일한 미리 결정된 알고리즘을 적용하는 것에 기초할 수 있거나, 동일한 미리 결정된 알고리즘에 관한 보안 디바이스(120)와 키 관리 디바이스(130) 사이의 통신에 기초할 수 있다. 예를 들어, 동일한 알고리즘을 적용할 때, 키에 대한 키 라벨을 생성하기 위해 카운터가 이용될 수 있다. 카운터의 초기 값은 제로의 값으로 설정될 수 있고, 카운터 값은 각각의 키 교체마다 1씩 증가될 수 있다. 키 교체 및 대응하는 카운터 값 증가 후에, 카운터 값이 키 라벨에 나타내어질 수 있다. 보안 디바이스(120) 및 키 관리 디바이스(130) 둘 다는 동일한 키 라벨의 생성을 보장하기 위해 이러한 동일한 알고리즘을 사용할 수 있다. 다른 예로서, 보안 디바이스가 키 라벨을 생성할 수 있고, 후속하여, 생성된 키 라벨을 키 관리 디바이스에 송신하여 키 관리 디바이스가 키에 대해 동일한 생성된 키 라벨을 갖도록 할 수 있다. 대안적으로, 키 관리 디바이스가 키 라벨을 생성할 수 있고, 후속하여, 생성된 키 라벨을 보안 디바이스에 송신하여, 보안 디바이스가 키에 대해 동일한 생성된 키 라벨을 갖도록 할 수 있다.
데이터 암호화 모듈(126)은 획득된 키에 기초하여 데이터를 암호화하고[기능(216)], 암호화된 데이터 및 대응하는 키 라벨[패킷(218)] 둘 다를 저장 디바이스(140)에 송신할 수 있다. 시스템은 대칭 암호화 알고리즘, 예를 들어 RC2, RC4, DES(Data Encryption Standard), 3DES, 또는 AES(Advanced Encryption Standard)를 사용할 수 있다.
후속하여, 데이터 복호화 모듈(122)은 저장 디바이스(140)에 미리 저장된 대로의 암호화된 데이터 및 대응하는 키 라벨을 나타내는 패킷(222)의 데이터를 복호화하기 위한 요청(221)을 수신할 수 있다. 요청(221)은 요청(201)에 관련하여 위에서 설명된 바와 같이, 예를 들어 저장 디바이스(140)에 대한 액세스 인터페이스를 갖는 기능 유닛으로부터 수신될 수 있다. 데이터 복호화 모듈(122)은 키 제공 모듈(132)에 요청(224)을 송신할 수 있다. 요청(224)은 키 라벨을 포함할 수 있고, 포함된 키 라벨에 대응하는 키에 대한 요청을 더 나타낼 수 있다. 키 제공 모듈(132)은 요청(224)을 수신할 수 있고, 대응하는 키 라벨에 기초하여 키 데이터베이스(134)로부터 요청된 키를 검색할 수 있다[기능(226)]. 키 및 대응하는 키 라벨이 키 데이터베이스(134) 내에 둘 다 미리 저장된다는 점을 상기해야 한다. 키 제공 모듈(132)은 검색된 키(228)를 데이터 복호화 모듈(122)에 송신할 수 있고, 데이터 복호화 모듈은 검색된 키에 기초하여 데이터를 복호화할 수 있고[기능(230)], 복호화된 데이터[패킷(232)]를 예를 들어 요청하는 애플리케이션에 다시 전송할 수 있다.
따라서, 환경(200)은 키 분배의 동기화 및 보안을 보장하기 위해, 동적 키 리프레시먼트 프로토콜에 기초하여 키를 업데이트하고, 업데이트된 키에 대한 키 라벨을 저장하고, 양자 키 분배 프로토콜을 적용함으로써, 원격 디바이스(예를 들어, 저장 디바이스) 상에서의 데이터의 안전한 암호화 및 복호화를 용이하게 하는 시스템을 도시한다. 시스템은 신규 키가 주기적으로(예를 들어, 미리 결정된 시간 간격에 기초하여) 또는 연속적으로(예를 들어, 데이터를 암호화하라는 요청을 수신하는 것에 기초하여, 즉, "1 키 1 저장" 방법으로) 선택되는 것을 허용한다.
보안 디바이스에 의한 데이터 저장 암호화를 용이하게 하기 위한 방법
도 3a는 본 출원의 실시예에 따라 저장 디바이스에 저장될 데이터를 암호화하기 위한 보안 디바이스에 의한 방법을 도시하는 흐름도(300)를 제시한다. 동작 동안, 시스템은 보안 디바이스에 의해, 원격 디바이스에 저장될 데이터를 암호화하라는 제1 요청을 수신하고, 여기서 제1 요청은 데이터를 나타낸다[동작(302)]. 시스템은 동적 키 리프레시먼트 프로토콜에 기초하여 키를 업데이트한다[동작(304)]. 시스템은 업데이트된 키에 대한 키 라벨을 결정한다[동작(306)]. 시스템은 업데이트된 키에 기초하여 데이터를 암호화한다[동작(308)]. 시스템은 암호화된 데이터 및 키 라벨을 원격 디바이스에 전송하고, 그에 의해 원격 디바이스 상에서의 데이터의 안전한 암호화 및 복호화를 용이하게 한다[동작(310)].
도 3b는 본 출원의 실시예에 따라, 키를 업데이트하기 위한 보안 디바이스에 의한 방법을 도시하는 흐름도(320)를 제시한다. 동작 동안, 시스템은 동적 키 리프레시먼트 프로토콜에 기초하여 키를 업데이트할지 여부를 결정한다[결정(322)]. 시스템이 키를 업데이트하지 않기로 결정하면[결정(322)], 시스템은 암호화 동작을 위해 가장 최근에 사용된 키를 선택하고[동작(324)], 동작은 복귀한다. 시스템이 동적 키 리프레시먼트 프로토콜에 기초하여 키를 업데이트하기로 결정하면[결정(322)], 시스템은 제1 키 풀로부터 제1 신규 키를 획득한다[동작(332)]. 제1 키 풀은 보안 디바이스에 연관될 수 있다. 시스템은 키 관리 디바이스로 하여금 키 관리 디바이스의 제2 키 풀로부터 제1 신규 키와 동일한 제2 신규 키를 획득하게 하는 제1 동기화 요청을 키 관리 디바이스에 전송하고, 여기서 제1 신규 키 및 제2 신규 키는 동일한 방법에 기초하여 획득된다[동작(334)]. 시스템은 제1 신규 키에 대한 제1 신규 키 라벨을 획득하고, 여기서 제1 신규 키 라벨은 제2 신규 키에 대해 획득된 제2 신규 키 라벨과 동일하며, 여기서 제1 신규 키 라벨 및 제2 신규 키 라벨은 동일한 알고리즘에 기초하여 획득된다[동작(336)]. 키를 업데이트하면, 시스템은 또한 암호화 동작을 위해 가장 최근에 사용된 키, 및 대응하는 키 라벨 둘 다를 삭제할 수 있다. 이는 요구되는 저장 공간의 양을 감소시키고, 또한 키 관리 디바이스가 중앙 집중식 관리를 유지하는 것을 허용함으로써 키 노출의 위험을 감소시킨다.
일부 실시예들에서, 시스템은 제1 신규 키의 해시를 계산할 수 있고, 계산된 해시 값을 제1 동기화 요청에 포함시킬 수 있으며, 이는 키 관리 디바이스가 제2 신규 키의 제2 해시 값이 제1 해시 값과 동일함을 확인함으로써 제2 신규 키를 검증하는 것을 허용한다. 제1 및 제2 해시 값이 일치하지 않으면, 보안 디바이스 및 키 관리 디바이스는 다른 교환 또는 교섭을 통해 키를 재선택할 수 있다.
도 3c는 본 출원의 실시예에 따라, 저장 디바이스에 저장된 데이터를 복호화하기 위한 보안 디바이스에 의한 방법을 도시하는 흐름도(340)를 제시한다. 동작 동안, 시스템은 암호화된 데이터를 복호화하라는 제2 요청을 수신하고, 여기서 제2 요청은 암호화된 데이터 및 키 라벨을 나타낸다[동작(342)]. 시스템은 업데이트된 키에 대한 제3 요청을 전송하며, 여기서 제3 요청은 키 라벨을 포함한다[동작 (344)]. 시스템은 업데이트된 키를 수신하고[동작(346)], 수신된 업데이트된 키에 기초하여 암호화된 데이터를 복호화한다[동작(348)].
제3 요청에 포함된 키 라벨의 보안을 보호하기 위해, 시스템은 다른 키("제3 키")를 이용하여, 그리고 (위에서 설명된 것과 같은) 대칭 암호화 알고리즘에 기초하여 키 라벨을 암호화할 수 있고, 암호화된 키 라벨을 제3 요청 내에 포함시킨다. 구체적으로, 시스템은 (시스템 또는 보안 디바이스의) 제1 키 풀로부터 이러한 제3 키를 획득할 수 있고, 키 관리 디바이스로 하여금 (키 관리 디바이스의) 제2 키 풀로부터 제3 키와 동일한 제4 키를 획득하게 하는 제2 동기화 요청을 키 관리 디바이스에 전송할 수 있다. 다음으로, 시스템은 제3 키에 기초하여, [동작(344)의 일부로서] 제3 요청에 포함된 키 라벨을 암호화할 수 있다. 키 관리 디바이스는 제4 키에 기초하여 암호화된 키 라벨을 복호화할 수 있고, 또한 [동작(346)의 일부로서] 제4 키에 기초하여 수신된 업데이트된 키를 암호화할 수 있다. 마지막으로, 시스템은 제3 키에 기초하여 암호화된 수신된 업데이트된 키를 복호화할 수 있다.
양자 키 분배 프로토콜에 기초하는 키 생성
도 4는 본 출원의 실시예에 따라, 양자 키 분배 프로토콜에 기초하여 키들을 생성하기 위한 방법을 도시하는 흐름도(400)를 제시한다. 동작 동안, 컴퓨터 시스템(예를 들어, 보안 디바이스)의 양자 엔진은 키 관리 디바이스의 양자 엔진과의 양자 통신에 기초하여 하나 이상의 키 시퀀스를 생성한다[동작(402)]. 2개의 양자 엔진은 양자 채널을 통해 양자 키 분배 프로토콜의 일부로서 통신할 수 있다. 이러한 프로토콜의 장점은 위에 설명되어 있다. 컴퓨터 시스템은 생성된 키 시퀀스들을 컴퓨터 시스템의 제1 키 풀에 저장한다[동작(404)]. 키 관리 디바이스는 생성된 키 시퀀스들을 키 관리 디바이스의 제2 키 풀에 저장한다[동작(406)]. 컴퓨터 시스템은 미리 결정된 알고리즘에 기초하여 제1 키 풀 내의 각각의 키 시퀀스에 대한 제1 키 라벨을 생성한다[동작(408)]. 키 관리 디바이스는 (동일한) 미리 결정된 알고리즘에 기초하여 제2 키 풀 내의 각각의 키 시퀀스에 대한 제2 키 라벨을 생성한다[동작(410)].
키 관리 디바이스에 의한 데이터 저장 암호화를 용이하게 하기 위한 방법
도 5a는 본 출원의 실시예에 따라, 저장 암호화 및 복호화를 용이하게 하기 위한 키 관리 디바이스에 의한 방법을 도시하는 흐름도(500)를 제시한다. 동작 동안, 시스템은 동적 키 리프레시먼트 프로토콜에 기초하여, 제1 키 풀로부터 획득된 제1 키를 나타내는 제1 동기화 요청을 수신한다[동작(502)]. 시스템은 제2 키 풀로부터 제2 키를 획득하며, 여기서 제2 키는 제1 키와 동일하며, 제1 키 및 제2 키는 동일한 방법에 기초하여 획득된다[동작(504)]. 시스템은 제2 키에 대한 제2 키 라벨을 획득하며, 여기서 제2 키 라벨은 제1 키에 대해 획득된 제1 키 라벨과 동일하며, 여기서 제1 키 라벨 및 제2 키 라벨은 동일한 알고리즘에 기초하여 획득된다[동작(506)]. 시스템은 제2 키 및 제2 키 라벨을 저장하고, 그에 의해 원격 디바이스 상에서의 데이터의 안전한 암호화 및 복호화를 용이하게 한다[동작(508)].
도 5b는 본 출원의 실시예에 따라, 대응하는 키 라벨에 기초하여 키를 검색하기 위한 키 관리 디바이스에 의한 방법을 도시하는 흐름도(520)를 제시한다. 동작 동안, 시스템은 제2 키에 대한 요청을 수신하고, 여기서 요청은 제2 키 라벨을 포함한다[동작(522)]. 시스템은 제2 키에 대한 요청에 포함된 제2 키 라벨에 기초하여 시스템에 연관된 데이터베이스로부터 제2 키를 검색한다[동작(524)]. 시스템은 검색된 제2 키를 반환한다[동작(526)].
예시적인 컴퓨터 시스템 및 디바이스
도 6은 본 출원의 실시예에 따라, 저장 암호화 및 복호화를 용이하게 하는 예시적인 컴퓨터 시스템(600)을 도시한다. 컴퓨터 시스템(600)은 프로세서(602), 메모리(604), 양자 엔진(606), 및 저장 디바이스(608)를 포함한다. 메모리(604)는 관리되는 메모리의 역할을 하는 휘발성 메모리(예를 들어, RAM)를 포함할 수 있으며, 하나 이상의 메모리 풀을 저장하기 위해 사용될 수 있다. 또한, 컴퓨터 시스템(600)은 디스플레이 디바이스(610), 키보드(612), 및 포인팅 디바이스(614)에 연결될 수 있다. 양자 엔진(606)은 양자 키들을 생성할 수 있고, 동일한 키 풀을 분배 및 유지함으로써 다른 시스템과의 양자 또는 광 통신을 통해 통신할 수 있다. 저장 디바이스(608)는 운영 체제(616), 콘텐츠 처리 시스템(618), 및 데이터(632)를 저장할 수 있다.
콘텐츠 처리 시스템(618)은 컴퓨터 시스템(600)에 의해 실행될 때 컴퓨터 시스템(600)으로 하여금 본 개시내용에 설명된 방법들 및/또는 프로세스들을 수행하게 할 수 있는 명령어들을 포함할 수 있다. 구체적으로, 콘텐츠 처리 시스템(618)은 양자 또는 광자 통신을 통하는 것을 포함하여, 키들, 또는 데이터, 키들 또는 키 라벨들을 나타내는 요청들을 전송 및 수신하기 위한 통신 모듈(620); 동적 키 리프레시먼트 프로토콜에 기초하여 키를 업데이트하고, 암호화 동작에 대해 가장 최근에 사용된 키를 선택하기 위한 키 선택 모듈(622); 키 라벨들을 생성하고 키에 대한 키 라벨을 결정하기 위한 키 라벨 관리 모듈(624); 키에 기초하여 데이터를 암호화 또는 복호화하기 위한 암호화/복호화 모듈(626); 키 풀에 저장될 키 시퀀스들 또는 키들을 생성하기 위한 키 생성 모듈(628); 및 해시 값이 요청에 포함된 키를 검증하기 위한 검증 모듈(630)을 포함할 수 있다.
데이터(632)는 입력으로서 요구되거나, 본 개시내용에서 설명된 방법들 및/또는 프로세스들에 의해 출력으로서 생성되는 임의의 데이터를 포함할 수 있다. 구체적으로, 데이터(632)는 적어도: 암호화되고 저장될 데이터; 저장 디바이스에 저장될 데이터를 암호화하라는 요청; 키; 업데이트된 키; 동적 키 리프레시먼트 프로토콜; 키에 대한 키 라벨; 키 풀; 키 시퀀스; 동기화 요청; 미리 결정된 시간 간격; 요청을 수신하는 표시자; 키 풀로부터 키를 획득하기 위해 사용되는 방법; 키에 대한 키 라벨을 획득 또는 결정하기 위해서 사용되는 알고리즘; 해시 값; 키의 해시 값; 암호화된 데이터를 복호화하라는 요청; 요청된 키에 대한 키 라벨을 요청이 포함하는, 키에 대한 요청; 데이터베이스; 암호화된 데이터; 복호화된 데이터; 및 암호화 또는 복호화된 키 또는 키 라벨을 저장할 수 있다.
도 7은 본 출원의 실시예에 따라, 저장 암호화 및 복호화를 용이하게 하는 예시적인 장치(700)를 도시한다. 장치(700)는 유선, 무선, 양자 광, 또는 전기 통신 채널을 통해 서로 통신할 수 있는 복수의 유닛 또는 장치를 포함할 수 있다. 디바이스(700)는 하나 이상의 집적 회로를 사용하여 구현될 수 있으며, 도 7에 도시된 것들보다 더 적거나 더 많은 유닛 또는 장치를 포함할 수 있다. 또한, 디바이스(700)는 컴퓨터 시스템에 통합될 수 있거나, 다른 컴퓨터 시스템들 및/또는 디바이스들과 통신할 수 있는 개별 디바이스로서 구현될 수 있다. 구체적으로, 디바이스(700)는 통신 유닛(702); 키 선택 유닛(704); 키 라벨 관리 유닛(706); 암호화/복호화 유닛(708); 키 생성 유닛(710); 및 검증 유닛(712)을 포함하여, 도 6의 컴퓨터 시스템(600)의 모듈들(620-630)과 유사한 기능들 또는 동작들을 수행하는 유닛들(702-712)을 포함할 수 있다.
이러한 상세한 설명에서 설명된 데이터 구조들 및 코드는 전형적으로 컴퓨터 시스템에 의해 사용하기 위한 코드 및/또는 데이터를 저장할 수 있는 임의의 디바이스 또는 매체일 수 있는 컴퓨터 판독가능한 저장 매체에 저장된다. 컴퓨터 판독가능한 저장 매체는 휘발성 메모리, 비휘발성 메모리, 디스크 드라이브들, 자기 테이프, CD(컴팩트 디스크), DVD(디지털 다기능 디스크 또는 디지털 비디오 디스크)와 같은 자기 및 광학 저장 디바이스, 또는 현재 알려져 있거나 장래에 개발되는 컴퓨터 판독가능한 매체를 저장할 수 있는 다른 매체를 포함하지만, 이에 한정되지 않는다.
상세한 설명 부분에서 설명된 방법들 및 프로세스들은 위에서 설명된 것과 같은 컴퓨터 판독가능한 저장 매체에 저장될 수 있는 코드 및/또는 데이터로서 구현될 수 있다. 컴퓨터 시스템이 컴퓨터 판독가능한 저장 매체에 저장된 코드 및/또는 데이터를 판독하고 실행할 때, 컴퓨터 시스템은 데이터 구조들 및 코드로서 구현되고 컴퓨터 판독가능한 저장 매체 내에 저장된 방법들 및 프로세스들을 수행한다.
또한, 위에서 설명된 방법들 및 프로세스들은 하드웨어 모듈들에 포함될 수 있다. 예를 들어, 하드웨어 모듈들은 ASIC(application-specific integrated circuit) 칩, FPGA(field-programmable gate array), 및 현재 알려져 있거나 장래에 개발되는 다른 프로그래머블 로직 디바이스들을 포함할 수 있지만, 이에 한정되지 않는다. 하드웨어 모듈들이 활성화될 때, 하드웨어 모듈들은 하드웨어 모듈들에 포함된 방법들 및 프로세스들을 수행한다.
본 발명의 실시예들의 상술된 설명들은 단지 예시 및 설명의 목적으로 제시되었다. 이들은 포괄적이거나 본 발명을 개시된 형태들로 제한하려고 의도된 것은 아니다. 따라서, 다수의 수정 및 변형이 본 기술분야의 통상의 기술자들에게 명백 할 것이다. 또한, 상술한 개시내용은 본 발명을 제한하려고 의도된 것이 아니다. 본 발명의 범위는 첨부된 청구항들에 의해 정의된다.

Claims (20)

  1. 저장 암호화 및 복호화를 용이하게 하기 위한 컴퓨터 시스템으로서,
    프로세서; 및
    상기 프로세서에 연결되고, 명령어들을 저장하는 메모리
    를 포함하고, 상기 명령어들은 상기 프로세서에 의해 실행될 때 상기 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하고, 상기 방법은:
    데이터를 암호화하라는 제1 요청을 수신하는 단계 - 상기 제1 요청은 암호화될 데이터를 나타냄 - ;
    키에 기초하여 상기 데이터를 암호화하는 단계;
    상기 키에 대한 키 라벨을 결정하는 단계; 및
    암호화된 데이터 및 상기 키 라벨을 원격 디바이스에 전송하는 단계
    를 포함하고, 그에 의해 상기 원격 디바이스 상에서의 데이터의 안전한 암호화 및 복호화를 용이하게 하는, 컴퓨터 시스템.
  2. 제1항에 있어서, 상기 방법은 동적 키 리프레시먼트 프로토콜(dynamic key refreshment protocol)에 기초하여 상기 키를 업데이트하는 단계를 추가로 포함하며,
    상기 업데이트하는 단계는:
    제1 키 풀로부터 제1 신규 키를 획득하는 단계;
    키 관리 디바이스로 하여금 상기 키 관리 디바이스의 제2 키 풀로부터 상기 제1 신규 키와 동일한 제2 신규 키를 획득하게 하는 제1 동기화 요청을 상기 키 관리 디바이스에 전송하는 단계; 및
    상기 제1 신규 키에 대한 제1 신규 키 라벨을 획득하는 단계
    를 포함하고,
    상기 제1 신규 키 라벨은 상기 제2 신규 키에 대해 획득된 제2 신규 키 라벨과 동일하고,
    상기 제1 신규 키는 상기 데이터를 암호화하기 위해 사용되는 키이고, 상기 제1 신규 키 라벨은 결정된 키 라벨인, 컴퓨터 시스템.
  3. 제2항에 있어서, 상기 동적 키 리프레시먼트 프로토콜은:
    미리 결정된 시간 간격이 경과했음을 결정하는 것; 및
    상기 제1 요청을 수신하는 것
    중 하나 이상에 기초하는, 컴퓨터 시스템.
  4. 제2항에 있어서, 상기 제1 신규 키 및 상기 제2 신규 키는 동일한 방법에 기초하여 획득되고, 상기 제1 신규 키 라벨 및 상기 제2 신규 키 라벨은 동일한 알고리즘에 기초하여 획득되는, 컴퓨터 시스템.
  5. 제2항에 있어서, 상기 방법은:
    상기 제1 신규 키의 제1 해시 값을 계산하는 단계; 및
    상기 제1 해시 값을 상기 제1 동기화 요청 내에 포함시키는 단계 - 이는 상기 키 관리 디바이스가 상기 제2 신규 키의 제2 해시 값이 상기 제1 해시 값과 동일함을 확인함으로써 상기 제2 신규 키를 검증하는 것을 허용함 -
    를 추가로 포함하는, 컴퓨터 시스템.
  6. 제1항에 있어서, 상기 방법은:
    상기 컴퓨터 시스템의 양자 엔진(quantum engine)에 의해, 키 관리 디바이스의 양자 엔진과의 양자 통신에 기초하여 하나 이상의 키 시퀀스(key sequence)를 생성하는 단계;
    상기 컴퓨터 시스템에 의해, 생성된 키 시퀀스들을 상기 컴퓨터 시스템의 제1 키 풀에 저장하는 단계;
    상기 키 관리 디바이스에 의해, 상기 생성된 키 시퀀스들을 상기 키 관리 디바이스의 제2 키 풀에 저장하는 단계;
    상기 컴퓨터 시스템에 의해, 상기 제1 키 풀 내의 각각의 키 시퀀스에 대한 제1 키 라벨을 생성하는 단계; 및
    상기 키 관리 디바이스에 의해, 상기 제2 키 풀 내의 각각의 키 시퀀스에 대한 제2 키 라벨을 생성하는 단계
    를 추가로 포함하고, 상기 제1 키 라벨 및 상기 제2 키 라벨은 동일한 알고리즘에 기초하여 생성되는, 컴퓨터 시스템.
  7. 데이터 액세스 및 데이터 복호화를 용이하게 하기 위한 컴퓨터 시스템으로서,
    프로세서; 및
    상기 프로세서에 연결되고, 명령어들을 저장하는 메모리
    를 포함하고, 상기 명령어들은 상기 프로세서에 의해 실행될 때 상기 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하고, 상기 방법은:
    암호화된 데이터를 복호화하라는 제1 요청을 수신하는 단계 - 상기 제1 요청은 상기 암호화된 데이터, 및 상기 데이터를 암호화하기 위해 이용된 제1 키에 대한 키 라벨을 나타냄 - ;
    상기 제1 키에 대한 제2 요청을 전송하는 단계 - 상기 제2 요청은 상기 키 라벨을 포함함 - ;
    상기 제1 키를 수신하는 단계; 및
    수신된 제1 키에 기초하여 상기 암호화된 데이터를 복호화하는 단계
    를 포함하는, 컴퓨터 시스템.
  8. 제7항에 있어서, 상기 제2 요청은 키 관리 디바이스에 전송되고, 상기 제1 키는 상기 키 관리 디바이스로부터 수신되며, 상기 방법은:
    상기 제2 요청을 상기 키 관리 디바이스에 송신하기 전에,
    제1 키 풀로부터 제2 키를 획득하는 단계; 및
    상기 키 관리 디바이스로 하여금 상기 키 관리 디바이스의 제2 키 풀로부터 상기 제2 키와 동일한 제3 키를 획득하게 하는 동기화 요청을 상기 키 관리 디바이스에 전송하는 단계;
    상기 제2 키에 기초하여, 상기 제2 요청에 포함된 키 라벨을 암호화하는 단계 - 수신된 제1 키는 상기 제3 키에 기초하여 암호화됨 - ; 및
    상기 제2 키에 기초하여, 암호화된 수신된 제1 키를 복호화하는 단계
    를 추가로 포함하는, 컴퓨터 시스템.
  9. 저장 암호화 및 복호화를 용이하게 하기 위한 컴퓨터 시스템으로서,
    프로세서; 및
    상기 프로세서에 연결되고, 명령어들을 저장하는 메모리
    를 포함하고, 상기 명령어들은 상기 프로세서에 의해 실행될 때 상기 프로세서로 하여금 방법을 수행하게 하고, 상기 방법은:
    동적 키 리프레시먼트 프로토콜에 기초하여, 제1 키 풀로부터 획득된 제1 키를 나타내는 제1 동기화 요청을 수신하는 단계;
    제2 키 풀로부터 제2 키를 획득하는 단계 - 상기 제2 키는 상기 제1 키와 동일함- ;
    상기 제2 키에 대한 제2 키 라벨을 획득하는 단계 - 상기 제2 키 라벨은 상기 제1 키에 대해 획득된 제1 키 라벨과 동일함 -; 및
    상기 제2 키 및 상기 제2 키 라벨을 저장하는 단계
    를 포함하고, 그에 의해 원격 디바이스 상에서의 데이터의 안전한 암호화 및 복호화를 용이하게 하는, 컴퓨터 시스템.
  10. 제9항에 있어서,
    상기 제1 키 및 상기 제2 키는 동일한 방법에 기초하여 획득되고, 상기 제1 키 라벨 및 상기 제2 키 라벨은 동일한 알고리즘에 기초하여 획득되는, 컴퓨터 시스템.
  11. 제9항에 있어서, 상기 제1 동기화 요청은 상기 제1 키의 제1 해시 값을 포함하고, 상기 방법은:
    상기 제2 키의 제2 해시 값을 계산하는 단계; 및
    상기 제2 해시 값이 상기 제1 해시 값과 동일함을 확인함으로써 상기 제2 키를 검증하는 단계
    를 추가로 포함하는, 컴퓨터 시스템.
  12. 제9항에 있어서, 상기 제2 키 및 상기 제2 키 라벨은 상기 컴퓨팅 시스템에 연관된 데이터베이스에 저장되며, 상기 방법은:
    상기 제2 키에 대한 요청을 수신하는 단계 - 상기 요청은 상기 제2 키 라벨을 포함함 - ;
    상기 제2 키에 대한 요청에 포함된 상기 제2 키 라벨에 기초하여 상기 데이터베이스로부터 상기 제2 키를 검색하는 단계; 및
    검색된 제2 키를 반환하는 단계
    를 추가로 포함하는, 컴퓨터 시스템.
  13. 제12항에 있어서, 상기 요청은 보안 디바이스로부터 수신되고, 상기 검색된 제2 키는 상기 보안 디바이스에 반환되고, 상기 방법은:
    상기 보안 디바이스로부터 상기 요청을 수신하기 전에:
    상기 보안 디바이스로부터, 상기 제1 키 풀로부터의 제3 키에 연관된 제2 동기화 요청을 수신하는 단계 - 상기 제2 키에 대한 요청에 포함된 상기 제2 키 라벨은 상기 제3 키에 기초하여 암호화됨 - ; 및
    상기 제2 키 풀로부터, 상기 제3 키와 동일한 제4 키를 획득하는 단계;
    상기 제4 키에 기초하여 상기 암호화된 제2 키 라벨을 복호화하는 단계; 및
    상기 검색된 제2 키를 반환하기 전에, 상기 제4 키에 기초하여 상기 검색된 제2 키를 암호화하는 단계
    를 추가로 포함하는, 컴퓨터 시스템.
  14. 저장 암호화 및 복호화를 용이하게 하기 위한 컴퓨터 구현 방법으로서,
    데이터를 암호화하라는 제1 요청을 수신하는 단계 - 상기 제1 요청은 암호화될 데이터를 나타냄 - ;
    키에 기초하여 상기 데이터를 암호화하는 단계;
    상기 키에 대한 키 라벨을 결정하는 단계; 및
    암호화된 데이터 및 상기 키 라벨을 원격 디바이스에 전송하는 단계
    를 포함하고, 그에 의해 상기 원격 디바이스 상에서의 데이터의 안전한 암호화 및 복호화를 용이하게 하는, 방법.
  15. 제14항에 있어서, 동적 키 리프레시먼트 프로토콜에 기초하여 상기 키를 업데이트하는 단계를 추가로 포함하고,
    상기 업데이트하는 단계는:
    제1 키 풀로부터 제1 신규 키를 획득하는 단계;
    키 관리 디바이스로 하여금 상기 키 관리 디바이스의 제2 키 풀로부터 상기 제1 신규 키와 동일한 제2 신규 키를 획득하게 하는 제1 동기화 요청을 상기 키 관리 디바이스에 전송하는 단계; 및
    상기 제1 신규 키에 대한 제1 신규 키 라벨을 획득하는 단계 - 상기 제1 신규 키 라벨은 상기 제2 신규 키에 대해 획득된 제2 신규 키 라벨과 동일함 -
    를 포함하고, 상기 제1 신규 키는 상기 데이터를 암호화하기 위해 사용되는 키이고, 상기 제1 신규 키 라벨은 결정된 키 라벨인, 방법.
  16. 제15항에 있어서, 상기 동적 키 리프레시먼트 프로토콜은:
    미리 결정된 시간 간격이 경과했음을 결정하는 것; 및
    상기 제1 요청을 수신하는 것
    중 하나 이상에 기초하는, 방법.
  17. 제15항에 있어서, 상기 제1 신규 키 및 상기 제2 신규 키는 동일한 방법에 기초하여 획득되고, 상기 제1 신규 키 라벨 및 상기 제2 신규 키 라벨은 동일한 알고리즘에 기초하여 획득되는, 방법.
  18. 제15항에 있어서,
    상기 제1 신규 키의 제1 해시 값을 계산하는 단계; 및
    상기 제1 해시 값을 상기 제1 동기화 요청 내에 포함시키는 단계 - 이는 상기 키 관리 디바이스가 상기 제2 신규 키의 제2 해시 값이 상기 제1 해시 값과 동일함을 확인함으로써 상기 제2 신규 키를 검증하는 것을 허용함 -
    를 추가로 포함하는, 방법.
  19. 제14항에 있어서,
    상기 컴퓨터 시스템의 양자 엔진에 의해, 키 관리 디바이스의 양자 엔진과의 양자 통신에 기초하여 하나 이상의 키 시퀀스를 생성하는 단계;
    상기 컴퓨터 시스템에 의해, 생성된 키 시퀀스들을 상기 컴퓨터 시스템의 제1 키 풀에 저장하는 단계;
    상기 키 관리 디바이스에 의해, 상기 생성된 키 시퀀스들을 상기 키 관리 디바이스의 제2 키 풀에 저장하는 단계;
    상기 컴퓨터 시스템에 의해, 상기 제1 키 풀 내의 각각의 키 시퀀스에 대한 제1 키 라벨을 생성하는 단계; 및
    상기 키 관리 디바이스에 의해, 상기 제2 키 풀 내의 각각의 키 시퀀스에 대한 제2 키 라벨을 생성하는 단계
    를 추가로 포함하고, 상기 제1 키 라벨 및 상기 제2 키 라벨은 동일한 알고리즘에 기초하여 생성되는, 방법.
  20. 데이터 액세스 및 데이터 복호화를 용이하게 하기 위한 컴퓨터 구현 방법으로서,
    암호화된 데이터를 복호화하라는 제1 요청을 수신하는 단계 - 상기 제1 요청은 상기 암호화된 데이터, 및 상기 데이터를 암호화하기 위해 이용된 제1 키에 대한 키 라벨을 나타냄 - ;
    상기 제1 키에 대한 제2 요청을 전송하는 단계 - 상기 제2 요청은 상기 키 라벨을 포함함 - ;
    상기 제1 키를 수신하는 단계; 및
    수신된 제1 키에 기초하여 상기 암호화된 데이터를 복호화하는 단계
    를 포함하는, 방법.
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