TWI790745B - 數據的備援載體及包含該數據的備援載體的備援系統 - Google Patents

Abstract

本發明揭露一種數據的備援載體。該備援載體儲存一加密公鑰、對應該加密公鑰的一加密私鑰、一簽章公鑰、對應該簽章公鑰的一簽章私鑰，及一簽章資料。該備援載體具有一硬體安全模組。當該備援載體安裝於一工作主機內並為該工作主機啟用後，該工作主機透過該硬體安全模組以該簽章私鑰對該簽章資料進行解密，並確認取得的一解密資料是否為該加密公鑰。若該解密資料為該加密公鑰，將該工作主機自一第三方取得一儲存數據，透過該硬體安全模組，以該加密私鑰解密以獲得一保護數據，並將獲得的該保護數據儲存於該備援載體中。

Description

數據的備援載體及包含該數據的備援載體的備援系統

本發明關於一種備援載體與備援系統，特別是一種機密而無法任意複製數據的備援載體及包含該備援載體的備援系統。

在數據即市場的今日，許多實體活動、商業交易與身分認證都以不同型態的數據，在全球範圍內迅速流通。其中的一些機密數據，可能牽涉巨大金額，如果失竊或被竄改，會有無可承受的損失。這些機密數據，比如數字貨幣密鑰，通常會被妥善的保存。亦即，該些機密數據可能還會經過其它加密程序，或者是儲存於無法被任意取得的硬體中，待需要使用時解密，或經由特定解鎖方式開啟儲存硬體取得。舉例來說，數字貨幣密鑰可能會經過特定的加密程序而儲存於智慧型手機的使用者身分模組（Subscriber Identity Module，SIM）卡中，且該手機針對SIM卡晶片組實施了以密碼控制的存取控制。可以想見的是，如果智慧型手機或SIM卡壞掉了，那數字貨幣密鑰就可能永沉大海。為了預防這種情況發生，一般機密數據還可能以唯一取得的方式備份於第三方硬體中，比如私有雲伺服器。當原儲存硬體損壞時，備份硬體便可依照該唯一取得的方式，由第三方硬體處取回該機密數據。

在前述的備援過程中有兩個問題。第一、如何確認取回的是原始備份的機密數據；第二、備份硬體是否經過認證，與原儲存硬體具有相同的功能與保護級別（也就是確保備份硬體的來源安全，不至於被有心人是置入惡意軟體來竊取機密數據）。為了解決前述問題，從而有本發明的濫觴。

本段文字提取和編譯本發明的某些特點。其它特點將被揭露於後續段落中。其目的在涵蓋附加的申請專利範圍之精神和範圍中，各式的修改和類似的排列。

為了解決前述問題，本發明揭露一種數據的備援載體。該數據的備援載體可為一工作主機所啟用後，備援一主載體中儲存的一保護數據，該保護數據亦使用一加密公鑰加密為一儲存數據後儲存於一第三方，其特徵在於：該備援載體儲存該加密公鑰、對應該加密公鑰的一加密私鑰、一簽章公鑰、對應該簽章公鑰的一簽章私鑰，及一簽章資料；該備援載體具有一硬體安全模組；當該備援載體安裝於該工作主機內並為該工作主機啟用後，該工作主機透過該硬體安全模組以該簽章私鑰對該簽章資料進行解密，並確認取得的一解密資料是否為該加密公鑰；及若該解密資料為該加密公鑰，將該工作主機自該第三方取得的該儲存數據，透過該硬體安全模組以該加密私鑰解密以獲得該保護數據，並將獲得的該保護數據儲存於該備援載體中。

該備援載體可進一步儲存一數位簽章及可驗證該數位簽章的一認證公鑰，該數位簽章為使用該認證公鑰對應的一認證私鑰所生成；當該備援載體安裝於該工作主機內並為該工作主機啟用後，該工作主機進一步透過該硬體安全模組對該數位簽章與該認證公鑰進行一數位簽章驗證程序，若該數位簽章驗證程序成功，該工作主機才透過該硬體安全模組以該簽章私鑰對該簽章資料進行解密。

依照本發明，該硬體安全模組可進一步包含：一密鑰產生單元，產生複數對加密私鑰及對應的加密公鑰；一加密單元，以任一公鑰對一明文進行加密，以獲得一密文；一解密單元，以執行加密之公鑰對應的私鑰解密該密文，以獲得該明文；及一數位簽章解密單元，對該數位簽章與該認證公鑰進行該數位簽章驗證程序。

最好，複數個備援載體的簽章私鑰與簽章公鑰間形成一環簽名（Ring Signature）結構。該主載體與該備援載體為SIM卡。該工作主機可為智慧型手機、平板電腦或穿戴式電子裝置。該第三方可為伺服器、雲端備份平台或區塊鏈儲存架構。該保護數據可為數字貨幣密鑰或受保護的私鑰。該數位簽章之認證公鑰可受一認證簽章所簽章。

本發明亦揭露一種備援系統，其包含：前述的備援載體；及一認證主機，儲存該認證私鑰與該認證公鑰、生成該數位簽章，並提供生成的該數位簽章與該認證公鑰給該備援載體。該認證主機可為一公開金鑰基礎建設架構中的任一伺服器。

由於備援載體在取得保護數據前會先確認加密公鑰是否為簽章公鑰加密，進而取回的主載體中原始的保護數據。另外，配合認證主機提供的數位簽章與認證公鑰，備援載體的身分也可被確認。

本發明將藉由參照下列的實施方式而更具體地描述。

本發明提出之數據的備援載體可為一工作主機所啟用後，備援一主載體中儲存的一保護數據。關於備援的主載體儲存保護數據的態樣，請見圖1。依照本發明，主載體可以是任何可以透過加密或硬體設定手段，儲存保護數據，比如數字貨幣密鑰或受保護的私鑰等的具有儲存功能的裝置。在本實施方式中，主載體是個SIM卡1。備援載體是和主載體相同的硬體，所以備援載體也是個SIM卡。工作主機是安裝SIM卡1，透過SIM卡1執行特定工作的硬體。在本實施方式中，工作主機是個智慧型手機2。在其它實施例中，工作主機也可是個平板電腦或穿戴式電子裝置。因為SIM卡1安裝在智慧型手機2內部而無法由外部直視，所以以虛線方式繪示之。

SIM卡1的架構如圖1右下方所示，其包含了一處理器11、一硬體安全模組12及一儲存模組13。處理器11通過與智慧型手機2的介面（SIM卡1的接腳，未繪示），處理來自智慧型手機2的指令，並回傳結果。儲存模組13儲存了一個保護數據133，該保護數據133透過SIM卡1本身或智慧型手機2的設定，無法自由地訪問取得。此外，儲存模組13還儲存了一加密公鑰131與對應該加密公鑰131的一加密私鑰132。為了確保保護數據133不會因為SIM卡1壞掉而就此無法取得，保護數據133可藉由硬體安全模組12使用加密公鑰131加密為一儲存數據134後，儲存（比如透過行動網路）於一第三方3。依照本發明，第三方3可以是個伺服器、雲端備份平台（基於資料備份目的而形成的伺服器群組與儲存裝置群），甚至是個區塊鏈儲存架構。本實施方式中以一個雲端備份平台為例來說明。由於雲端備份平台有對應的回存程序，且即便由雲端備份平台被惡意洩漏，該儲存數據134也有加密私鑰132解密的限制。因此，保護數據133還是處於安全狀態，不會被竊取。

當意外發生，SIM卡1（主載體）損壞時，由於沒有加密私鑰132，無法取得儲存數據134來解密取回保護數據133，因此便需要使用本發明所提出的備援載體4（也是一個和SIM卡1一樣結構的另一張SIM卡）。同樣地，備援載體4也具有相同的硬體： 處理器11、硬體安全模組12與儲存模組13。和SIM卡1不一樣的地方在於，備援載體4除了儲存加密公鑰131與加密私鑰132外，還多儲存了一簽章公鑰135、對應簽章公鑰135的一簽章私鑰136，及一簽章資料137。簽章公鑰135與簽章私鑰136是另一組用來加解密的密鑰組，而簽章資料137便是使用簽章公鑰135對特定資料加密後形成的。這些儲存的資料是為了有朝一日SIM卡1損毀或遺失，事先儲存於備援載體4中的。此外，為了確保簽章資料137的安全性，簽章私鑰135與簽章公鑰136間也可形成一環簽名（Ring Signature）結構。環簽名結構藉由與其它備援載體中擁有的簽章私鑰與簽章公鑰同源生成，保證了備援載體4中簽章私鑰135與簽章公鑰136的無條件匿名性、正確性及不可偽造性。

由於前述特定資料的內容不限，只有一種資料才可用於備援載體4後續的保護數據133取得的作業：加密公鑰131。也就是說，將加密公鑰131當作明文，以簽章公鑰135將之加密的簽章資料137才是本發明所使用的。以下詳細說明其細節。

當備援載體4安裝於智慧型手機2內並為智慧型手機2啟用後，智慧型手機2便透過硬體安全模組12，以簽章私鑰136對簽章資料137進行解密。解密後，硬體安全模組12可以取得一解密資料，解密資料還不一定是前述的加密公鑰131。此時，智慧型手機2可以執行判斷工作，確認取得的解密資料是否為該加密公鑰131。如果解密資料就是加密公鑰131，由於加密公鑰131是SIM卡1的擁有者，也只有他知道並使用加密公鑰131並將之加密保存，所以備援載體4便沒有被安裝惡意程式以竊取保護數據133的風險。反之，如果不是，就表示備援載體4在保管的過程中遭到資料竄改，該備援載體4有風險而必須廢棄。若該解密資料為加密公鑰131，智慧型手機2便如同圖3所示，自第三方3取得的儲存數據134。之後，將智慧型手機2自第三方3取得的儲存數據134，透過硬體安全模組12以加密私鑰132解密，就可以獲得保護數據133，並將獲得的保護數據133儲存於備援載體4的儲存模組13中。

為了要方便加密公鑰131、加密私鑰132、簽章公鑰135與簽章私鑰136的取得，以及進行加密與解密的作業，前述的硬體安全模組12可進一步包含：一密鑰產生單元121、一加密單元122及一解密單元123。密鑰產生單元121的工作在產生複數對加密私鑰及對應的加密公鑰，也可包含簽章公鑰135與簽章私鑰136。加密單元122可以任一公鑰對一明文進行加密，以獲得一密文。解密單元123和加密單元122相反，可以執行加密之公鑰對應的私鑰解密該密文，以獲得該明文。

以上實施方式中揭露的備援載體及其運作方式，可以確保取得的保護數據之正確性。然而，確認備援載體是否經過認證，是否受到保護而不被置入惡意軟體來竊取保護數據，無法單就備援載體為之。以下的另一實施方式將揭露解決前述問題的技術特徵。

請見圖4，該圖繪示依照本發明實施例的一種備援系統。備援系統中包含了前述的備援載體4，另外還有認證主機5。

在本備援系統中，備援載體4內除了儲存加密公鑰131、加密私鑰132、簽章公鑰135、簽章私鑰136及簽章資料137外，還進一步儲存了一數位簽章138及可驗證數位簽章138的一認證公鑰139。數位簽章為使用認證公鑰139對應的一認證私鑰139’所生成。當備援載體4安裝於智慧型手機2內並為智慧型手機2啟用後，智慧型手機2不直接進行對簽章資料137的解密作業，反而是先透過硬體安全模組12對數位簽章138與認證公鑰139進行一數位簽章驗證程序，確認簽章資料137的完整性（未被竄改）。若該數位簽章驗證程序成功，智慧型手機2才透過硬體安全模組12以簽章私鑰136對簽章資料137進行解密。因此，為了完成前述作業，硬體安全模組12也配合包含了一數位簽章解密單元124。數位簽章解密單元124可對數位簽章138與認證公鑰139進行前述的數位簽章驗證程序。

在此，數位簽章138簽章程序使用的認證公鑰139與認證私鑰139’都是由認證主機5所產生。認證主機5是與智慧型手機2通過網路相連的伺服器，可儲存認證私鑰139’與認證公鑰139、生成數位簽章138，並提供生成的數位簽章138與認證公鑰139給備援載體4。數位簽章138的明文內容不限定，可由認證主機5所屬方決定。當備援載體4由製造商生產完成後，便由認證主機5（可以是屬於製造商的，或授權使用的）提供數位簽章138與認證公鑰139儲存於備援載體4中，以證明備援載體4的身分及不可竄改性。

依照本發明，數位簽章138之認證公鑰139受一認證簽章所簽章，該認證簽章不為認證主機5所產生，而是由其它的憑證伺服器所產生。重複簽章的目的在於由一公開金鑰基礎建設架構（Public Key Infrastructure，PKI）更高階憑證中心的憑證伺服器來認證認證公鑰139的身分。請見圖5，該圖繪示一種公開金鑰基礎架構。認證主機5可以是屬於製造商的，其發行的認證公鑰139受設計廠商憑證伺服器的認證簽章所簽章。設計廠商的認證簽章，由次級證認證機構的憑證伺服器的認證簽章所簽章。最終，次級證認證機構的認證簽章，由根憑證認證機構（比如國家發展委員會委託中華電信管理的政府憑證管理中心）的憑證伺服器的認證簽章所簽章。因此，依照本發明，認證主機5也可以是公開金鑰基礎建設架構中的任一伺服器。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1:SIM卡 2:智慧型手機 3:第三方 4:備援載體 5:認證主機 11:處理器 12:硬體安全模組 121:密鑰產生單元 122:加密單元 123:解密單元 124:數位簽章解密單元 13:儲存模組 131:加密公鑰 132:加密私鑰 133:保護數據 134:儲存數據 135:簽章公鑰 136:簽章私鑰 137:簽章資料 138:數位簽章 139:認證公鑰 139’:認證私鑰

圖1繪示本發明備援的主載體儲存保護數據的態樣。

圖2繪示依照本發明實施例的一種備援載體的態樣及運作方式。

圖3為備援載體的又一運作方式。

圖4繪示依照本發明實施例的一種備援系統。

圖5繪示一種公開金鑰基礎架構。

2:智慧型手機

3:第三方

4:備援載體

11:處理器

12:硬體安全模組

121:密鑰產生單元

122:加密單元

123:解密單元

13:儲存模組

131:加密公鑰

132:加密私鑰

134:儲存數據

135:簽章公鑰

136:簽章私鑰

137:簽章資料

Claims (9)

1. 一種數據的備援載體，為一工作主機所啟用後，備援一主載體中儲存的一保護數據，該保護數據亦使用一加密公鑰加密為一儲存數據後儲存於一第三方，其特徵在於：該備援載體儲存該加密公鑰、對應該加密公鑰的一加密私鑰、一簽章公鑰、對應該簽章公鑰的一簽章私鑰，及一簽章資料；該備援載體具有一硬體安全模組；當該備援載體安裝於該工作主機內並為該工作主機啟用後，該工作主機透過該硬體安全模組以該簽章私鑰對該簽章資料進行解密，並確認取得的一解密資料是否為該加密公鑰；及若該解密資料為該加密公鑰，將該工作主機自該第三方取得的該儲存數據，透過該硬體安全模組以該加密私鑰解密以獲得該保護數據，並將獲得的該保護數據儲存於該備援載體中，其中該備援載體進一步儲存一數位簽章及可驗證該數位簽章的一認證公鑰，該數位簽章為使用該認證公鑰對應的一認證私鑰所生成；當該備援載體安裝於該工作主機內並為該工作主機啟用後，該工作主機進一步透過該硬體安全模組對該數位簽章與該認證公鑰進行一數位簽章驗證程序，若該數位簽章驗證程序成功，該工作主機才透過該硬體安全模組以該簽章私鑰對該簽章資料進行解密，其中該硬體安全模組進一步包含：一密鑰產生單元，產生複數對加密私鑰及對應的加密公鑰；一加密單元，以任一公鑰對一明文進行加密，以獲得一密文； 一解密單元，以執行加密之公鑰對應的私鑰解密該密文，以獲得該明文；及一數位簽章解密單元，對該數位簽章與該認證公鑰進行該數位簽章驗證程序。
2. 如請求項1所述的數據的備援載體，其中複數個備援載體的簽章私鑰與簽章公鑰間形成一環簽名(Ring Signature)結構。
3. 如請求項1所述的數據的備援載體，其中該主載體與該備援載體為SIM卡。
4. 如請求項1所述的數據的備援載體，其中該工作主機為智慧型手機、平板電腦或穿戴式電子裝置。
5. 如請求項1所述的數據的備援載體，其中該第三方為伺服器、雲端備份平台或區塊鏈儲存架構。
6. 如請求項1所述的數據的備援載體，其中該保護數據為數字貨幣密鑰或受保護的私鑰。
7. 如請求項1所述的數據的備援載體，其中該數位簽章之認證公鑰受一認證簽章所簽章。
8. 一種備援系統，包含：請求項2至7中任一項所述的數據的備援載體；及一認證主機，儲存該認證私鑰與該認證公鑰、生成該數位簽章，並提供生成的該數位簽章與該認證公鑰給該備援載體。
9. 如請求項8所述的備援系統，其中該認證主機為一公開金鑰基礎建設架構中的任一伺服器。

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