TW480886B - High flow rate centralized cryptographic system and method - Google Patents

Description

480886 A7 B7 五、發明說明（i ) 本發明係有關一種集中式密碼程序及系統，尤係有關 需要高通量密碼之應用。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 在諸如以付費電視、以信用卡付款、或經由網[際，網路_ 付款等方式配送的一服務系統中，在營運中心與使用者模 組之間交換的資訊使用密碼裝置，以保證資料的可信賴性 及機密性。 根據應用的類型，使用者模組的數目可能很多，且§ 一追些模組係經由一中樞器而傳送到負責驗證並執行交易 的一個或數個營運中心。這些作業係基於經過加密的通訊 ，且在使用者模組端及營運中心都需要密碼裝置。可以很 容易想到：如果必須處理大量的使用者模組，則該營運中 心的密碼裝置將必須是有極高的效能，而這些使用者模組 (尤其是每一使用者的使用者模組）並沒有相同的需求。 因此，雖然一智慧卡內含的一處理器可處理這些屬於 使用者模組層級的資料，但是已在營運中心中安裝了高效 能的電腦。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 一個基本點係有關密鑰。在營運中心中，係在一專用 密碼模組中進行密碼作業，其中需要特別注意安全性。這 些模組包含：高效能處理器，用以執行密碼作業；以及一 g己憶體’用以存放Ϊ&錄。爲了顧及安全性。係將這些模組 設於諸如一保險箱或一密閉房間等的一受保護的密封體中 ，或將這些模組包封在一箱子中，而不論以何種裝置開啓 該箱子，都會抹除具敏感性的資料。 雖然這些措施具有公認優異的品質，但是這些模組在 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480886 A7 ____B7___ 五、發明說明（2 ) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 其電子結構上還是有弱點，易於受到有不良意圖的操作者 之侵入。事實上，擁有安裝密碼模組的門或房間鑰匙的僱 員易於存取用來儲存密鑰的記憶體。此種損害對於系統安 全性及服務供應商的信譽都是相當巨大的。 此外，雖然這些密碼模組都有相當高的處理能力，但 是在需要更高的處理能力時，這些密碼模組就缺少彈性了 。例如，1 0 %的效能提昇涉及了將密碼模組的數目加倍 ，因而事實上意指鑰增加1 0 0%的處理能力。另一面向 則涉及這些模組的更新，這對爲此種目的而特別開發的電 路板是相當困難的。 我們知道係將一個以上的智慧卡用於用戶模組中之解 碼作業，且此種組態係述於W 0 9 6 / 0 7 2 6 7 ,並 述於 EBU Review Technical N 266 “Functional Model of a

Conditional Access System”。然而，在接收者端提供這多片 智慧卡是由於必須要利用不同的密鑰或不同的密碼功能將 數個資料源解碼。提供這些智慧卡並無法解決處理一重要 資料流的問題，此種方式只能確保與各種標準的相容性。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 本發明意圖解決下列問題：開發一種密碼模組，該密 碼模組有抗拒實體層級及邏輯層級入侵的高安全性，且能 根據密碼流量的需要而提供較大的彈性，並可易於更新。 一集中式密碼系統完全達到了上述目的，該集中式密; 碼系統包含一控制模組及至少一個密碼模組，其特徵在於 每一密碼模組包含一個或數個介面模組，而該等介面模組 上設有一個或數個單片式安全單元。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） ' -- 480886 A7 B7 五、發明說明（3) (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 單片式安全單元是一種將用於密碼作業的所有必要元 件包含在一單一支承物上以確保安全之單元。單片式安全 單元通常包含一具有機械或電子反入侵保護之單一電子智 慧卡。然而’包含諸如兩個電子晶片的其他結構亦係包括 在該名稱“單片式”，只要配銷商以單一元件之方式緊密連結 該結構並供應該結構即可。 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 根據本發明，該密碼模組包含一第一控制模組，用以 負責管理所要處理的資料之進入/離開。該第一控制模組 可決定所需的密碼通量，並知道可用的密碼能力。該控制 模組可以是有形的或邏輯的。該控制模組具有一個或數個 介面模組，而該等介面模組上有單片式安全單元，用以處 理資料。每一這些單元都包含··一密碼計算單元、存有至 少一部分的密鑰之一記憶體、以及用來與該介面模組通訊 之裝置。該等密鑰只在該等安全單元中以解碼之方式出現 ，因而如前文所述，此種方式具有相當高的安全程度。由 於安全單元包含針對此種目的而設計的單一標準化智慧卡 而獲致上述的安全程度。此種結構無法使該等安全單元具 有較高的處理能力。因此，係以使用許多這些單元之方式 確保密碼通量的增加。密碼系統的必要通量增加的愈多， 這些工作單元的數量也要增加的愈多。 此種組態根據需求而增加安全單元，即可確保在系統 的密碼通量增加時有較大的彈性。此種組態以增加所需安 全單元之方式即可滿足需求。 根據一實施例，係以可抽換之方式將該等單片式安全 -6 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480886 A7 ____ B7 五、發明說明（4) 單兀安裝在該等介面模組上。此種方式在技術迅速進展時 可易於更新該等介面模組。此種解決方案的另一優點在於 其成本’這是因爲係大量製造這些安全單元，因而這些安 全單元有相當低的價格。 根據一實施例，該等安全單元是遵循標準 ISO 7816之智慧卡。 本發明亦包含一種以集中方式對資料進行密碼處理之 方法’該方法包含下列步驟··將所要處理的資料傳送到一 密碼模組，該模組包含一個或數個介面模組；以及將該資 料經由該寺介面模組而傳送到負責根據資料通量而執行密 碼作業的一個或數個單片式安全模組。 根據該方法，服務中的安全單元數目係取決於該密碼 模組所需的資料通量。事實上，因爲每一單元並未具有在 一短時間內處理大量密碼作業所需的足夠效能，所以必須 使用數個安全單元。該控制模組及該介面模組可以平行方 式處理該等安全單元之資源。 該介面模組的一個功能是管理可進一步使用的資源。 該介面模組在起始階段中執行與該介面模組連接的安全單 元之數量及特性盤査。該資源檔案將可根據這些單元的特 性而引導要求。 根據本發明的另一實施例，該方法包含下列步驟：利 用數個安全單元執行相同的密碼作業；以及比較各個結果 。如果該等結果是不同的，則該控制模組將一錯誤訊息傳 送到控制台。該控制台可以不同的方式回應，例如，使用 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) · 線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 480886 Α7 ______________ Β7 五、發明說明（5 ) 一個或數個參考安全單元，並偵測哪一單元傳送一不同的 結果，而確定哪一安全單元要爲該錯誤負責。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 將該測試的結果通知該資源表，因而不再使用有缺陷 的一個或數個單元。 在錯誤並不存在於其中一個安全單元而是與同一介面 模組的所有單元有關之假設情形中，以設於兩個不同介面 模組上的兩個安全單元來執行並行的密碼作業。事實上， 係將某些參數儲存在該介面模組中，且這些參數的修改可 能使所有的安全單元產生機能失常。 爲了確保各模組有正確的動作，可對目前並未被使用 的安全單元執行測試作業。可利用事先已知道結果的參考 資料執行這些測試，或者可以隨機產生的資料並行地測試 數個模組，並比較結果，而執行這些測試。 若參照下文中之詳細說明並配合各附圖，將可更易於 了解本發明，係以非限制性舉例之方式提供這些附圖，這 些附圖有： 圖1示出根據現階段最高技術的一集中式密碼系統； 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 以及 圖2示出根據本發明的一密碼系統。 圖1以示意圖方式示出負責營運中心的加密作業的系 統之各單元。所要加密的資料係在匯流排上，該匯流排傳 送該營運中心運作所需的各種資訊。當該營運中心需要該 作業時，即使用專用的密碼系統，該密碼系統包含控制模 組C Μ及密碼模組E Μ。該控制模組C Μ的任務在於過濾 -8 - 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐） 480886 Α7 Β7 五、發明說明（6) 對該密碼模組E Μ的存取，亦即，該控制模組C Μ可抗拒 外來者經由該通訊匯流排而來的入侵。並未將該控制模組 C Μ構想成抗拒諸如操作人員的實體或“程式”性的當地入侵 〇 該控制模組C Μ在過濾了資料之後，將資料傳送到密 碼模組Ε Μ以供處理。如前文所述，該密碼模組Ε Μ具有 高效能的密碼裝置，而可滿足該中央匯流排的高通量。爲 達到此一目的，該密碼模組Ε Μ的記憶體存有可易於讀取 的密鑰。在該實例中，係將該模組設於一有實體保護的密. 封體中，以便使未經授權的人士無法取出密鑰也無法爲了 本身的利益而修改軟體。 圖2示出根據本發明的系統架構。我們再度發現以抗 拒外來侵入的軟體過濾器之方式工作的控制模組C Μ。如 圖2所示，該模組與數個介面模組I Μ通訊。這些模組具 有一軟體保護功能，亦即無法進行某些作業（例如讀取） 。另一方面，並未在實體上保護這些模組。上述功能係留 給安全單元Ρ I Μ。每一介面模組I Μ都有若干的這些 Ρ I Μ單元，以便增加密碼通量。 該C Μ模組的另一工作是將來自中央匯流排的要求導 引到該等安全單元。當所需的作業（例如編碼）結束時， 將結果傳送到該C Μ模組，而該c Μ模組則通知曾要求該 作業的實體。爲了確保該等要求的配送，該C Μ模組具有 一可用資源表。當偵測到一錯誤時，即在該資源表中抑制 要對該錯誤負責的單元。 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公爱） ---------•丨丨 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -t-r°J. --線· 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -9 - 480886 A7 ____B7______ 五、發明說明（7 ) 所有的安全單元不需要是相同的類型。某些單元可以 有一基於與其他單元不同的演算法之密碼計算單元。在該 實例中，某些單元具有諸如一 R S A類型的單元；其他的 單元則具有一 D E S或I D EA類型的單元。 這些資訊係包含在該CM模組中儲存的資源表中。該 模組根據安全單元的是否存在及能力而導引要求。 根據另一實施例，該等介面模組是P C I類型的介面 卡，且該等安全單元是I S〇7 8 1 6型的智慧卡。 雖然本發明首先係有關資料之編碼，但是上述架構同 樣適用於資料通量的解碼。事實上，可能在一傳輸階段中 有許多使用者將資料傳送到營運中心，此時將有以此種方 式產生的大量資料通量要解碼。此時即將該等安全單元用 於資料解碼作業。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 -10- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）

Claims (1)

1. 480886 ABCD 申請專利範圍 1 · 一種包含一控制模組（C Μ )及至少一個密碼模 組（Ε Μ )之集中式密碼系統，該集中式密碼系統之特徵 一一 _ ._II ! 一一' ........「―一—·丨丨m丨_ 在於每一密碼模組包含一個或數個介面模組（I Μ )，而 該等介面模組上連接有一個或數個單片式安全單元（ ,11ft----------—……·T--IMI I·—Ιί Ρ I Μ ) ° ▼ ~^ 2 ·如申請專利範圍第1項之系統，其中該安全單元 包含用於密碼功能的至少一個計算單元、一個用來存放密 鑰之記憶體、以及用來與該介面模組通訊之通訊裝置。 3 ·如申請專利範圍第1或2項之系統，其中係以可 插換之方式將該安全單元安裝在該介面模組上。 4 ·如申請專利範圍第1或2項之系統，其中該安全 單元的形式爲一智慧卡。 •如申請專利範圍第4項之系統，其中該智慧卡遵 I S 〇 7 8 1 6。 * ‘ .如申請專利範圍第1或2項之系統，其中該單片 5 循標準 式安全單元（PIM)具有諸如RSA、DES、T — DES、或IDEA等不同類型的密碼計算單元。 經濟部智慧財/$局員工消費合作社印製 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 7 ·如申請專利範圍第1或2項之系統，其中該控制 模組（CM)具有一單片式單元資源表，該資源表包含可 奸咖㈣料_^丨丨.《·4.·υιι·晒糾謂_,"丨丨幽_丨广 ^Ιί [目、該等單片式單元的狀態、該等單片式單元的版本 、丨!:丨‘丨:丨丨.-丨-丨..丨---一‘一.一一ρ^?.^ΐαί；ίΛ*ί**Β3Μ<*^»ί3«ΜΒιίΜ*!ι&)^ι»&ι·η·*>^··*»Ι1·1ί*·^*ΛιΒι^ίΒ"-ιίΗ**··π.’〜*ιπ*ί 及該等單片式單元的密碼能力。 8 · —種以集中式資料密碼方法，包含下列步驟：· 將所要編碼或解碼的資料傳送到一控制模組（C Μ ) 該模組包含一個或數個介面模組；以及 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） 480886 經濟部智慧財4局員工消費合作社印製 A8 B8 C8 D8六、申請專利範圍 ’ 將所要編碼或解碼的該資料經由該等介面摸組而傳送 .....’一-— 到負責根據資料通量而執行密碼作業的一個或數個單片式 安全模組。 9 ·如申請專利範圍第8項之密碼處理方法，進一步 包含下列步驟： 將所要處理的相同資料傳送到數個安全單元； 當自該等安全單元送回歷，比較該等資料；以及 如果這些値不同，則通知一外部實體。-1 0 ·如申請專利範圍第9項之密碼處理方法，進一 步包含下列步驟： 將所要處理的資料傳送到設於不同介面模組的若干安 全單元。 1 1 ·如申請專利範圍第8項之密碼處理方法，進一 步包含下列步驟： 對目前並未使用的一個或數個安全單元執行測試作業 :以及 將該結果與一參考結果比較。 1 2 ·如申請專利範圍第8‘項之密碼處理方法，進一 步包含下列步驟： 對目前並未使用的至少三個安全單元執行測試作業； 以及 : 比較該等結果，以便決定這些單元是否正常動作。 1 3 ·如申請專利範圍第8至1 2項之任一項之密碼 處理方法，進一步包含下列步驟： (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -^^1. 訂 --Γ . 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）-12 - 480886 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 利用設於該控制模組（C Μ )的一資源表管理該等安 全單元，該資源f包含可用數目、該等安全單元的狀態、 該等安元的版本、及該等安全單元的密碼能力 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 I ·1111111 ·1111111! I I I I h I I . -T3- 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS)A4規格（210 X 297公釐）