JP2003140971A - データ改竄検出システム - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【課題】 システムで使用するデータに関し、システム
外からその他の手段で改竄された場合に、その改竄を検
出するデータ改竄検出システムを提供することを課題と
する。 【解決手段】 データ管理機能部は、登録の際に、耐タ
ンパセキュアモジュールにより生成された検証データと
全整合性検証情報を管理対象データ記憶部に登録し、検
証の際に、登録済みの検証データから生成した全整合性
検証データと全整合性検証情報により検証し、データ順
序改竄検出機構部は、登録済みの検証データの登録デー
タから生成された整合性検証データと、当該検証データ
の整合性検証情報により検証を行う。

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、システムで使用
するデータに関し、システム外からその他の手段で改竄
された場合、その改竄検出を実現するデータ改竄検出シ
ステムに関する。

【０００２】

【従来の技術】記憶媒体に保存されたデータの改竄検知
に関する技術として、データと共にデータ管理ファイル
を保存する方式が提案されている（特開２０００−１３
２４５９）。図１０は、従来方式を示した図である。当
該方式は、汎用の保存媒体上に格納されたデータファイ
ルに対して、消去や差し替えを含む改竄がなされたこと
の検知を目的としたデータ保存システムである。当該方
式は、パッケージ化されたデータ保存装置と、保存媒体
駆動装置を有する。データ保存装置は、暗号鍵格納用メ
モリと、暗号・復号処理部と、ファイル管理部を備え
る。

【０００３】当該方式では、データ保存時に、データ本
体の改竄検知用データと、保存媒体内でのデータの保存
位置やデータの属性を管理する媒体管理用データファイ
ルと、前記媒体管理用データファイルの改竄検知用デー
タを作成し、保存するものである。データ保存時の手順
は次の通りとなる （１）データ保存時に、データ保存装置内暗号鍵格納用
メモリ中の秘密情報を用いてデータファイルから改竄防
止用データを作成 （２）保存媒体にデータ本体を記録 （３）媒体管理用データのレコード書込み （４）媒体管理用データファイルの改竄防止用データ作
成 （５）保存媒体に媒体管理用データファイルの改竄防止
用データを記録。

【０００４】上のように記録されたデータが不正な第三
者によって改竄されたかどうかを検証する手順は次の通
りである （１）媒体管理用データファイルの改竄防止用データを
検証 （２）媒体管理用データファイルに登録された全データ
ファイルの存在を確認 （３）各データファイルの改竄防止用データを検証。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】従来の技術では、媒体
内のデータを更新する際は、別のデータとして新規に登
録する等の処置が必要であった。また、秘密情報が更新
されるタイミングが記述されていないため、ある時点で
の全媒体のバックアップをリストアすることにより、そ
れより新規に登録されたデータの削除を検知できないと
いう問題があった。

【０００６】この発明は上記のような問題点を解決する
ためになされたもので、システム外からのデータ改竄を
迅速かつ効率的に検出し、さらにある時点での完全性が
保証されたデータをリストアされた場合でも、その検出
を保証することを目的とする。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明に係るデータ改竄
検出システムは、以下の要素を有することを特徴とする （１）ユーザ認証を行い、登録データを入力するユーザ
認証機能部 （２）登録データと、登録データに対する完全性を保証
する整合性検証情報とを含む検証データを登録データ毎
に記憶し、更に、全検証データに対する完全性を保証す
る全整合性検証情報を記憶する管理対象データ記憶部 （３）予め記憶している秘密情報と登録データとを用い
て整合性検証情報を生成し、更に、秘密情報とすべての
検証データを用いて全整合性検証情報を生成する耐タン
パセキュアモジュール （４）登録データの登録の際に、上記検証データと上記
全整合性検証情報を管理対象データ記憶部に登録し、更
に、登録データの検証の際に、管理対象データ記憶部に
登録した上記検証データを用いて生成された全整合性検
証データと、管理対象データ記憶部に登録した上記全整
合性検証情報とを用いて検証を行うデータ管理機能部 （５）登録データの検証の際に、管理対象データ記憶部
に登録した検証データに含まれる登録データを用いて生
成された整合性検証データと、当該検証データに含まれ
る整合性検証情報とを用いて検証を行うデータ順序改竄
検出機構部 （６）耐タンパセキュアモジュールに記憶する秘密情報
を更新する秘密情報更新機能部。

【０００８】上記耐タンパセキュアモジュールは、遷移
状態を管理し、遷移状態をチェックすることにより、不
正アクセスを検出することを特徴とする。

【０００９】上記耐タンパセキュアモジュールは、複数
の秘密情報を記憶し、上記データ改竄検出システムは、
更に、耐タンパセキュアモジュールの秘密情報を検索す
る秘匿情報検索機能部を有することを特徴とする。

【００１０】

【発明の実施の形態】実施の形態１．図１は、実施の形
態１におけるデータ改竄検出システムのブロック構成図
である。１は、管理対象データを管理するデータ管理サ
ーバである。ｕ１は、本システムの利用を許されたユー
ザが使用するユーザ端末である。図２は、実施の形態１
におけるデータ構造図である。以下、本システムでの動
作例について示す。

【００１１】まず、管理対象データ記憶部１０に登録デ
ータ１８を登録する手順について説明する。登録Ｓｔｅ
ｐ１として、ユーザ端末ｕ１からユーザ認証機能部１３
へ、登録データ１８とユーザ認証情報を渡す。

【００１２】登録Ｓｔｅｐ２として、ユーザ認証機能部
１３は、ユーザ情報記憶部１５中に登録されているデー
タと一致するかどうかを調べることにより、システム管
理者ａｄ１が本システムに登録したユーザであるかどう
かを確認する。ユーザ情報記憶部１５には、例えばパス
ワードやＸ．５０９形式の認証書等を登録しておくこと
とし、登録ユーザの確認は、パスワード認証やＸ．５０
９形式の認証書を使用したユーザ認証等の方式で行う。

【００１３】登録Ｓｔｅｐ３として、ユーザ認証機能部
１３は、データ管理機能部１１へ、登録データ１８を渡
す。

【００１４】登録Ｓｔｅｐ４として、検証データ生成機
能部１１１は、整合性検証情報２０取得のため、登録デ
ータを耐タンパセキュアモジュール１２に渡す。なお、
この際、耐タンパセキュアモジュールはＦＩＰＳ１４０
−１ Ｌｅｖｅｌ３相当の機能を備えるものとする。

【００１５】登録Ｓｔｅｐ５として、整合性検証情報２
０は、次のように計算する。耐タンパセキュアモジュー
ル１２では、内部に秘密情報を格納している。秘密情報
は、いかなる手段を持ってしても耐タンパセキュアモジ
ュールの外部からは抽出できないものとする。この秘密
情報を用いて、登録データ１８から整合性検証情報２０
を算出する。この時、整合性検証情報２０は、例えば登
録データ１８のＫｅｙｅｄ−Ｈａｓｈ値やディジタル署
名等の、登録データ１８の完全性が保証できるデータで
ある。なお、整合性検証情報２０は、何らかの秘密情報
を利用して登録データ１８の完全性が保証できれば、そ
のデータ形式については限定されていない。

【００１６】登録Ｓｔｅｐ６として、検証データ生成機
能部１１１は、検証データ登録機能部１１２に、登録デ
ータ１８と整合性検証情報２０を渡す。

【００１７】登録Ｓｔｅｐ７として、検証データ登録機
能部１１２は登録データ１８と整合性検証情報２０から
検証データ２４を作成し、管理対象データ記憶部１０に
登録する。

【００１８】登録Ｓｔｅｐ８として、管理対象データ記
憶部１０中に登録されている全検証データを、そのデー
タ登録順序がわかる形式で結合（例えば登録順にデータ
を連結する等）して耐タンパセキュアモジュールに渡
し、検証データ生成機能部１１１により、当該データと
秘密情報から全整合性検証情報を生成する。この生成手
順は登録Ｓｔｅｐ５と同様である。

【００１９】登録Ｓｔｅｐ９として、生成した全整合性
検証情報を検証データ登録機能部１１２により、管理対
象データ記憶部１０に登録する。

【００２０】次に、登録データ１８を検証する際の手順
について説明する。検証Ｓｔｅｐ１として、ユーザ端末
ｕ１から登録ユーザであることの確認を要求する。確認
手順は、登録Ｓｔｅｐ１〜登録Ｓｔｅｐ２と同様であ
る。

【００２１】検証Ｓｔｅｐ２として、ユーザ認証機能部
１３は、データ管理機能部１１へ、データ検証要求を渡
す。データ検証要求の中には、登録データを識別する情
報（ディレクトリパス情報、ＤＢのレコードを一意に識
別する情報など）が含まれている。

【００２２】検証Ｓｔｅｐ３として、データ管理機能部
１１の検証データ生成機能部１１１では、管理対象デー
タ記憶部１０中に登録されている全検証データから、全
整合性検証データを計算する。全整合性検証データ生成
手順は登録Ｓｔｅｐ８と同様である。

【００２３】検証Ｓｔｅｐ４として、生成した全整合性
検証データを検証データ検証機能部１１３に渡し、同機
能部で全整合性検証データと、管理対象データに登録さ
れている全整合性検証情報を比較する。一致すれば第一
次検証は成功と判断する。不一致ならば管理対象データ
中のいずれかのデータに改竄があったものとみなし、デ
ータの論理的削除等の措置により、システムから利用不
可な状態にする。

【００２４】検証Ｓｔｅｐ５として、データ全体の整合
性が確認できた後、データ管理機能部１１では、検証デ
ータ検証機能部１１３により管理対象データ記憶部１０
から該当する検証データ２４を取得する。

【００２５】検証Ｓｔｅｐ６として、検証データ検証機
能部１１３では、検証データ２４中の登録データ１８を
抽出して、検証データ生成機能部１１１に渡し、整合性
検証データを計算する。整合性検証データの計算手順
は、登録Ｓｔｅｐ５と同様である。整合性検証データを
取得後、データ順序改竄検出機能部１６に渡す。

【００２６】検証Ｓｔｅｐ７として、データ順序改竄検
出機能部１６では、渡された整合性検証データと、検証
データ２４中の整合性検証情報２０を比較する。

【００２７】検証Ｓｔｅｐ８として、一致したら、第二
次検証成功と判断する。不一致の場合、登録データに改
竄があったものとみなし、管理対象データからの物理的
／論理的削除等により当該データを無効なものとする。
この時、登録Ｓｔｅｐ８と同様に、有効な管理対象デー
タから全整合性検証情報を再度計算する。

【００２８】上記の検証処理は、（１）ユーザ端末ｕ１
からのデータアクセス時毎に実施、（２）システムが規
定する時間毎に実施、（３）システム起動時に実施等の
タイミングが考えられるが、実施タイミングについて
は、システムの要求性能や形態により選択可能である。

【００２９】次に、登録データ１８を変更する際の手順
について説明する。変更Ｓｔｅｐ１として、ユーザ端末
ｕ１から登録ユーザであることの確認を要求する。確認
手順は、登録Ｓｔｅｐ１〜登録Ｓｔｅｐ２と同様であ
る。

【００３０】変更Ｓｔｅｐ２として、データ管理機能部
１１では、上で述べた検証Ｓｔｅｐ２〜検証Ｓｔｅｐ８
の手順により、登録データ（＝変更対象データ）の正当
性を検証する。

【００３１】変更Ｓｔｅｐ３として、変更Ｓｔｅｐ２で
検証に成功した場合のみ、上で述べた登録Ｓｔｅｐ３〜
登録Ｓｔｅｐ９の手順により、変更対象のデータを上書
き登録する。

【００３２】なお、任意のデータを削除する場合も、変
更Ｓｔｅｐ１〜変更Ｓｔｅｐ３と同様の手順を取る。た
だし、全データが削除されてしまう場合の手順は特別で
あり、次の手順で実施する。全削除Ｓｔｅｐ１として、
ユーザ端末ｕ１から登録ユーザであることの確認を要求
する。確認手順は登録Ｓｔｅｐ１〜登録Ｓｔｅｐ２と同
様である。この時、ユーザ端末ｕ１からデータ削除要求
を渡す。

【００３３】全削除Ｓｔｅｐ２の削除の手順は、データ
変更手順（変更Ｓｔｅｐ２〜３）と同様である。ただ
し、削除によってデータが１件も登録されていない状態
になる場合には、耐タンパセキュアモジュールは再初期
化されたことを示す状態（再初期化状態）となる。耐タ
ンパセキュアモジュールの状態については、図４を用い
て後述する。

【００３４】次に、耐タンパセキュアモジュール１２内
の秘密情報を更新する際の手順について示す。秘密変更
Ｓｔｅｐ１として、ユーザ端末ｕ１から登録ユーザであ
ることの確認を要求する。確認手順は、登録Ｓｔｅｐ１
〜登録Ｓｔｅｐ２と同様である。

【００３５】秘密変更Ｓｔｅｐ２として、秘密情報変更
要求が秘密情報更新機能部１４へ渡されることにより、
秘密情報変更を開始する。自明のことだが、秘密情報は
耐タンパセキュアモジュール１２内部で管理されるた
め、秘密情報変更要求の中には、秘密情報を特定あるい
は推定できるデータは含まれない。

【００３６】秘密変更Ｓｔｅｐ３として、秘密情報更新
機能部１４では、データ管理機能部１１に対し、全デー
タ検証要求を渡す。

【００３７】秘密変更Ｓｔｅｐ４として、データ管理機
能部１１では、管理対象データ記憶部１０に登録されて
いる全データに対し、上述のデータ検証手順（検証Ｓｔ
ｅｐ２〜７）でデータ検証を行う。全検証データの検証
終了後、検証Ｓｔｅｐ８により、全整合性検証情報を再
作成する。全データ検証応答を秘密情報更新機能部１４
に返す。この時、全データ検証応答には、検証に成功し
た全登録データを識別できる情報を含む。

【００３８】秘密変更Ｓｔｅｐ５として、秘密情報更新
機能部１４では、耐タンパセキュアモジュール１２に対
し、秘密情報更新要求を渡す。この時、秘密情報更新要
求には秘密情報を特定あるいは推定できるデータが含ま
れず、その更新を要求することを表すデータである。耐
タンパセキュアモジュール１２では、秘密情報を更新し
た後、秘密情報更新応答を返す。この時、秘密情報更新
応答には更新の成功の可否を示すデータのみである。

【００３９】秘密変更Ｓｔｅｐ６として、秘密情報更新
機能部１４は、秘密情報更新応答を受け取った後、デー
タ管理機能部１１に対し、全データ更新要求を渡す。全
データ更新要求中には、更新対象である全登録データを
識別する情報（ディレクトリパス情報、ＤＢのレコード
を一意に識別する情報など）が含まれている。

【００４０】秘密変更Ｓｔｅｐ７として、データ管理機
能部１１では、管理対象データ記憶部１０に登録されて
いる全登録データに対し、上のデータ変更手順（変更Ｓ
ｔｅｐ３）でデータ変更を行う。

【００４１】本処理は、ユーザの定義する任意のタイミ
ング（管理対象データに変更があった場合、定期的、シ
ステムで定義された場合、ユーザからの非定期的かつ明
示的な要求があった場合等）によって実行される。すな
わち、秘密情報変更要求を秘密情報更新機能部１４へ渡
す主体は、データ管理機能部１１であってもよいし、ユ
ーザからの明示的な要求により、ユーザ認証機能部１３
を通して渡されてもよい。ただし、ユーザから明示的な
要求があった場合は、上述の秘密変更Ｓｔｅｐ１の前
に、ユーザ認証処理（登録Ｓｔｅｐ１〜登録Ｓｔｅｐ
２）の実行が必要となる。

【００４２】図３は、耐タンパセキュアモジュールの機
能構造を示す図である。内部的には、秘密情報更新機能
部１４やデータ管理機能部１１からの各種要求を分類処
理するための入出力処理機能部、内部の秘密情報を管理
する秘密情報管理機能部、秘密情報から一方向性関数等
により出力情報を計算する秘密情報演算機能部により構
成される。

【００４３】図４は、耐タンパセキュアモジュールの状
態遷移図である。図５は、耐タンパモジュール内での発
生イベントを示す図である。図６は、耐タンパモジュー
ル内での状態を示す図である。図７は、耐タンパモジュ
ール内での状態遷移表である。耐タンパセキュアモジュ
ールは、装着された最初の状態をｑ０とする。この時、
内部には秘密情報は登録されていない。データが登録さ
れる場合（イベントｅｖ１発生時）に、有効状態ｑ１に
状態が遷移する。以降、データの登録／削除／変更等の
イベント（ただし、イベント後にデータが１件以上登録
される場合）（ｅｖ４，ｅｖ５）発生時にも状態はｑ１
のままとする。データ削除（イベントｅｖ２発生）によ
ってデータが１件も登録されない場合、耐タンパセキュ
アモジュールは再初期化状態ｑ２に状態が遷移する。状
態ｑ２は、データの登録により、再度状態ｑ１に遷移す
ることができる。状態ｑ０、ｑ１、ｑ２の場合に、不正
アクセスによって、耐タンパセキュアモジュールの耐タ
ンパ機構が機能部したときは、状態はｑｅに遷移する。

【００４４】実施の形態２．実施の形態１では、システ
ム内に登録されたデータがシステム外から改竄または削
除された際に、耐タンパセキュアモジュール内で管理さ
れる秘密情報を用いることにより、改竄または削除を検
出することを可能にしたものであるが、本実施の形態で
は、耐タンパセキュアモジュール内で複数の秘密情報を
管理する形態について説明する。

【００４５】図８は、実施の形態２におけるデータ改竄
検出システムのブロック構成図である。図８は、図１の
機能構成に耐タンパセキュアモジュール内の秘密情報を
検索する秘匿情報検索機能部１７が加わっている。図９
は、実施の形態２におけるデータ構成図である。図３と
の違いは、検証データに秘密ＩＤ３５−ｎが含まれ、検
証データが３要素で構成されている点と、耐タンパセキ
ュアモジュール１２内で秘密ＩＤから秘密情報を導出す
る点である。

【００４６】秘密ＩＤは、データ管理サーバ内の秘匿情
報検索機能部１７によって指定する。耐タンパセキュア
モジュール１２内で管理する秘密情報が複数になる点以
外は、実施の形態１と同様の動作である。ただし、秘密
情報が変更された場合の手順が異なる。秘密情報が変更
される際の処理は、実施の形態１で述べた秘密変更Ｓｔ
ｅｐ１〜７とほぼ同様であるが、異なる点は、実施の形
態１の秘密変更４に替えて、次のように動作する。

【００４７】秘密変更Ｓｔｅｐ４’として、データ管理
機能部１１では、管理対象データ記憶部１０に登録さ
れ、かつ全データ検証要求の中で指定された秘密ＩＤが
整合性検証情報生成時に使用されている（すなわち検証
データ内秘密ＩＤが指定された秘密ＩＤと一致する）全
データに対し、実施の形態１のデータ検証Ｓｔｅｐ２〜
７でデータ検証を行う。検証終了後、全データ検証応答
３０を秘密情報更新機能部１４に返す。

【００４８】尚、データ改竄検出システムの例であるデ
ータ管理サーバは、コンピュータであり、各要素はプロ
グラムにより処理を実行することができる。また、プロ
グラムを記憶媒体に記憶させ、記憶媒体からコンピュー
タに読み取られるようにすることができる。

【００４９】

【発明の効果】本システムにおいては、データの一部が
不正に改竄、削除されたことが検出できることに加え、
管理対象データがデータベースやＯＳの備えるファイル
システムなど、正当な他の手段により変更された場合で
も、整合性検証情報及び全整合性検証情報が更新されな
いため、その検出が可能になる。また、秘密情報を耐タ
ンパセキュアモジュール内で管理しているため、ある時
点で完全性が検証されたデータをバックアップしてお
き、それをリストアしても、正しい秘密情報を設定する
ことができないため、不正な処理であることが検出でき
る。全データを不正に削除し、初期化状態にした場合
も、耐タンパセキュアモジュール内の状態更新ができな
いため、内部で管理する状態をチェックすることによ
り、それが検出できる。

【００５０】また、耐タンパセキュアモジュール内で秘
密情報を複数管理し、それらによってデータの改竄検出
を行うことにより、秘密情報漏洩時のリスク分散になる
と共に、秘密情報変更時に整合性検証処理、整合性検証
情報情報の再作成を行う範囲が限定でき、より高速かつ
同レベルのセキュリティ強度を提供することが可能にな
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】 実施の形態１におけるデータデータ改竄検出
システムのブロック構成図である。

【図２】 実施の形態１におけるデータ構造図である。

【図３】 耐タンパセキュアモジュールの機能構造を示
す図である。

【図４】 耐タンパセキュアモジュールの状態遷移図で
ある。

【図５】 耐タンパモジュール内での発生イベントを示
す図である。

【図６】 耐タンパモジュール内での状態を示す図であ
る。

【図７】 耐タンパモジュール内での、状態遷移表であ
る。

【図８】 実施の形態２におけるデータ改竄検出システ
ムのブロック構成図である。

【図９】 実施の形態２におけるデータ構成図である。

【図１０】 従来方式を示した図である。

【符号の説明】

１ データ管理サーバ、１０ 管理対象データ記憶部、
１１ データ管理機能部、１２ 耐タンパセキュアモジ
ュール、１３ ユーザ認証機能部、１４ 秘密情報更新
機能部、１５ ユーザ情報記憶部、１６ データ順序改
竄検出機能部、１７ 秘匿情報検索機能部、１８ 登録
データ、２０ 整合性検証情報、１１１検証データ生成
機能部、１１２ 検証データ登録機能部、１１３ 検証
データ検証機能部、１２１ 入出力処理機能部、１２２
秘密情報管理機能部、１２３秘密情報演算機能部、３
４ 秘密情報記憶部。

Claims (3)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 以下の要素を有することを特徴とするデ
   ータ改竄検出システム （１）ユーザ認証を行い、登録データを入力するユーザ
   認証機能部 （２）登録データと、登録データに対する完全性を保証
   する整合性検証情報とを含む検証データを登録データ毎
   に記憶し、更に、全検証データに対する完全性を保証す
   る全整合性検証情報を記憶する管理対象データ記憶部 （３）予め記憶している秘密情報と登録データとを用い
   て整合性検証情報を生成し、更に、秘密情報とすべての
   検証データを用いて全整合性検証情報を生成する耐タン
   パセキュアモジュール （４）登録データの登録の際に、上記検証データと上記
   全整合性検証情報を管理対象データ記憶部に登録し、更
   に、登録データの検証の際に、管理対象データ記憶部に
   登録した上記検証データを用いて生成された全整合性検
   証データと、管理対象データ記憶部に登録した上記全整
   合性検証情報とを用いて検証を行うデータ管理機能部 （５）登録データの検証の際に、管理対象データ記憶部
   に登録した検証データに含まれる登録データを用いて生
   成された整合性検証データと、当該検証データに含まれ
   る整合性検証情報とを用いて検証を行うデータ順序改竄
   検出機構部 （６）耐タンパセキュアモジュールに記憶する秘密情報
   を更新する秘密情報更新機能部。
2. 【請求項２】 上記耐タンパセキュアモジュールは、遷
   移状態を管理し、遷移状態をチェックすることにより、
   不正アクセスを検出することを特徴とする請求項１記載
   のデータ改竄検出システム。
3. 【請求項３】 上記耐タンパセキュアモジュールは、複
   数の秘密情報を記憶し、 上記データ改竄検出システムは、更に、耐タンパセキュ
   アモジュールの秘密情報を検索する秘匿情報検索機能部
   を有することを特徴とする請求項１記載のデータ改竄検
   出システム。