JPH1139156A

JPH1139156A - 暗号化データ復号装置

Info

Publication number: JPH1139156A
Application number: JP9195451A
Authority: JP
Inventors: Shigehiko Sasaki; 茂彦佐々木
Original assignee: Fuji Xerox Co Ltd
Current assignee: Fujifilm Business Innovation Corp
Priority date: 1997-07-22
Filing date: 1997-07-22
Publication date: 1999-02-12

Abstract

(57)【要約】【課題】復号支援プログラムの改竄により、暗号でプ
ロテクトしたデータが不正に流用されることを防止す
る。【解決手段】復号指示を受けた復号装置１００は、Ｃ
ＰＵ２０２の動作を一時停止させる。アドレス検出部１
０３は、ＣＰＵ２０２のメモリアクセスを監視し、復号
指示発行の命令コードの格納アドレスＰｒを取得する。
暗号認証部１０２は、暗号鍵３０３の認証を行う。復号
支援プログラム認証部１０４は、暗号鍵３０３から検証
範囲指定（ｐｒｅ、ｐｏｓｔ）を取得し、Ｐｒ−ｐｒｅ
からＰｒ＋ｐｏｓｔまでの領域について、一方向ハッシ
ュ関数を用いたメッセージ要約数を算出し、この算出結
果を、暗号鍵３０３中のメッセージ要約数５０２と比較
し、復号支援プログラムの正当性を認証する。認証成功
時、データ復号部１０１が、暗号鍵３０３から暗号の復
号鍵５０１を取得し、暗号化データを復号する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、暗号化されたデータを
復号する技術に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来、暗号方式をコンピュータ・システ
ムに適用し、暗号化されたプログラムやデータを復号し
て利用する場合には、そのシステムの上で動作する復号
プログラム（復号計算およびそれを支援するプログラ
ム）を実行するのが一般的である（特開平３−６８０２
４号公報）。ところで、仕様が公開されたオープンなコ
ンピュータ・システムにおいては、プログラムの解析お
よび改変が容易であるため、復号プログラムの復号支援
部分（以下、復号支援プログラムともいう）を改変する
ことにより、元の復号プログラムの仕様に反して、復号
したデータを不正に利用することが簡単にできてしま
い、システム全体の安全性は低くなるという問題があっ
た。暗合方式の進歩はめざましく、強力な暗号強度をも
つ暗号方式が多く提案されている。しかし、復号プログ
ラムの解析、改変による問題は、使用している暗号方式
の安全性には依存しないため、いくら高い強度をもつ暗
号方式を採用しても、解決することはできない。

【０００３】この問題を解決しようとする提案として、
復号プログラム自体を暗号化し、データ復号時にのみ復
号プログラムを復号して、データ復号作業を行う手段を
採用し、これにより、復号プログラムの解析および改変
を困難にするものが知られている（特開平９−６２３２
号公報）。しかし、復号プログラムを復号するのも、結
局プログラムによって行われるため、本質的な解決にな
っておらず、解析と改変に要するコストを多少増加させ
るという効果しかない。しかも、近年のコンピュータの
性能向上を考慮すると、増加するコストは大きな障害と
はなり得ないため、復号プログラムの解析と改変を効果
的に防止することができないという問題がある。また、
いったん復号プログラムの改変に成功してしまえば、改
竄プログラムの実行を防ぐことはできず、意図しない目
的への復号したデータの流用の防止ができないという問
題がある。

【０００４】また、復号プログラムの改変を防止する手
段として、ＣＰＵがメモリにアクセスするアドレスを監
視して、予想される正当な復号プログラムのメモリアク
セスパターンと比較した結果、正当と判断した場合は、
メモリアクセスを許可するが、不正と判断した場合に
は、メモリアクセスを遮断することにより、意図しない
不正なデータ利用を防止する提案がある（特開平５−３
２４４８３号公報）。しかし、機器組込用のプログラム
がＲＯＭで供給されるような特殊な小規模システムなら
ば、プログラムは固定したアドレス位置に存在するた
め、ＣＰＵがアクセスするアドレスを監視することによ
り、復号プログラムの正当性の判断が可能だが、一般的
なシステムでは、プログラムのロードされるアドレスは
動的に決定されるため、アクセスするアドレス情報で復
号プログラムを判定することができないという問題があ
る。また、不正判定基準のアクセスパターンを容易に変
更することができないので、拡張性に乏しく、多くの暗
号化データに対応することが難しい。そのため、この手
法は一般的なコンピュータ・システムにおいて、使用す
ることはできないという問題がある。

【０００５】以上に述べたとおり従来の技術では、一般
的なコンピュータ・システムにおいて、復号プログラム
が改変されていない正当なものであることを、復号時に
認証することができず、この結果、改変された復号プロ
グラムの実行を防ぐことができないかった。このため、
改竄、改変された復号プログラムによる、復号したデー
タの意図しない目的への流用を効果的に防止できない。
そのため、暗号方式の強度にかかわらず、システム全体
の安全性は低くなってしまうという問題がある。

【０００６】

【発明が解決しようとする課題】本発明は、仕様が公開
されたオープンなコンピュータ・システムにおいても、
復号プログラムの正当性を暗号化データの復号時に認証
できるようにし、これにより、改竄された復号プログラ
ムによる意図しない目的への復号したデータの流用を防
止することを課題としている。

【０００７】

【課題を解決するための手段】本発明によれば、上述の
目的を達成するために、コンピュータ・システムに実装
されて暗号化されたデータを復号する暗号化データ復号
装置に、暗号化されたデータを暗号鍵に基づき復号する
データ復号手段と、上記暗号鍵が正当なものであること
を認証する暗号鍵認証手段と、ＣＰＵから復号指示の受
取ったとき、復号支援プログラム中にある、上記復号指
示を出した命令コードのメモリ・アドレスを検出するア
ドレス検出手段と、上記命令コードのメモリ・アドレス
に基づいて上記復号支援プログラムが正当なものである
ことを認証する復号支援プログラム認証手段とを設ける
ようにしている。

【０００８】この構成においては、復号支援プログラム
中の復号指示を出した命令コードのメモリ・アドレスに
基づいて、例えば、予め定められた領域のコードの内容
を検証し、復号支援プログラムの正当性を認証できる。
この場合、復号支援プログラムがメモリのどの領域にロ
ードされていても検出した命令コードのアドレスを利用
して適合化できる。

【０００９】

【発明の実施の態様】つぎに、本発明の実施例につい
て、図面を参照して説明する。図１は、本発明の復号装
置を用いて暗号化データを復号するコンピュータ・シス
テムを示している。この実施例においては、コンピュー
タ・システムに実装された復号装置１００と、コンピュ
ータ・システムで実行される復号支援プログラムとによ
り暗号化データの復号を行う。

【００１０】図１において、内部バス２０１に、ＣＰＵ
２０２、Ｉ／Ｏ部２０３、復号装置１００、およびメモ
リ２０５を接続して、コンピュータ・システムが構成さ
れる。ＣＰＵ２０２は、一般的なストアードプログラム
方式のもので、メモリ２０５に格納されたプログラムコ
ードを、内部バス２０１を介して読取って解釈を行い、
読取ったプログラムコードの指示に従い動作する。シス
テムの利用者は、ＣＰＵ２０２に内部バス２０１を介し
て、Ｉ／Ｏ部２０３とメモリ２０５に格納されたデータ
に、アクセスするよう、プログラムで指示を与えること
により、意図する通りにシステムを利用することができ
る。

【００１１】図２は、図１の復号装置１００の構成例を
示す。この図において、復号装置１００は、データ復号
部１０１、暗号鍵認証部１０２、アドレス検出部１０
３、復号支援プログラム認証部１０４、および不正アク
セス防止部１０５を含んで構成されている。データ復号
部１０１は、暗号化されたデータを暗号鍵に基づき復号
するものである。暗号鍵認証部１０２は、その暗号鍵３
０３（図５）が正当なものであることを認証するもので
ある。アドレス検出部１０３は、ＣＰＵ２０２から復号
の指示の受取ったとき、復号支援プログラム３０１（図
３）中にある、その復号指示を出した命令コードのメモ
リ・アドレスを検出するものである。復号支援プログラ
ム認証部１０４は、復号支援プログラム３０１が正当な
ものであることを認証するものである。また、不正アク
セス防止部１０５は、復号支援プログラム３０１の実行
中に割込み等で不正に処理の流れを奪われた場合に、そ
れを検知し対抗処置をとるものである。

【００１２】図３は、暗号化されたデータを復号すると
きの、メモリ内のデータ格納状況を表したものである。
図３において、復号支援プログラム３０１は、暗号化さ
れたデータ３０２を復号して、復号データ格納領域３０
４に格納するよう復号装置１００に指令を出し、意図し
た目的のために復号データを利用するプログラムであ
る。暗号鍵３０３（図５参照）は、暗号化データを復号
するために必要な鍵データである。復号支援プログラム
３０１、暗号化されたデータ３０２、暗号鍵３０３、復
号データ格納領域３０４のメモリ２０５における格納ア
ドレスは、ｐ、ｃ、ｋおよびｄである。

【００１３】図４は、復号支援プログラムのメモリ格納
状態の概念図である。図４において、メモリ２０５上
の、アドレスｐからｐ_endまでが復号支援プログラム３
０１が格納される領域である。復号支援プログラム３０
１の中には、復号装置２０４に復号指示を発行する、復
号指示発行部分４０２が含まれ、このコードが格納され
るアドレスはｐｒである。復号指示発行部分４０２のア
ドレスｐｒから、前にｐｒｅバイト、後ろにｐｏｓｔバ
イトで区切ったブロックが、復号支援プログラム検証ブ
ロック４０３である。復号支援プログラム検証ブロック
４０３のメッセージ要約数を用いて、復号支援プログラ
ムの正当性を判断する。ｐｒｅとｐｏｓｔは、暗号鍵３
０３で指定される（図５参照）。

【００１４】図５は、暗号鍵３０３の構成図である。暗
号鍵３０３はデジタルデータであり、暗号の復号鍵５０
１、復号支援プログラムのメッセージ要約数５０２、検
証領域範囲指定５０３、および暗号鍵全体の署名５０４
から構成される。

【００１５】図６は、暗号鍵３０３を生成する暗号鍵生
成装置の構成例を示しており、図６において、暗号鍵生
成装置は検証範囲指定部５０５、復号支援プログラム入
力部５０６、復号鍵入力部５０７、メッセージ要約数生
成部５０８、署名生成部５０９および暗号鍵出力部５１
０を含んで構成されている。検証範囲指定部５０５は、
復号指示コードのアドレス、検証ブロックを特定するバ
イト数ｐｒｅおよびｐｏｓｔを受け取る。メッセージ要
約数生成部５０８は、検証範囲指定部５０５で指定され
た範囲で復号支援プログラムのメッセージ要約数を生成
する。署名生成部５０９は、復号鍵入力部５０７から入
力された復号鍵、検証ブロック指定情報のバイト数ｐｒ
ｅおよびｐｏｓｔおよびメッセージ要約数生成部５０８
で生成したメッセージ要約数に対して署名を生成する。
暗号鍵出力部５１０は、復号鍵、メッセージ要約数、ブ
ロック指定情報のｐｒｅおよびｐｏｓｔ、署名を一体に
して出力する。

【００１６】つぎに、本実施例の復号処理について説明
する。本実施例では、復号処理は復号支援プログラム３
０１および復号装置１００が共同して行う。図７は、復
号支援プログラム３０１のフローチャートである。図８
は、復号装置１００の処理の流れを表すフローチャート
である。図７において、暗号化データを復号するため
に、復号支援プログラム３０１の実行が開始されると、
まず前処理が行われる（ステップ６０１）。前処理で
は、暗号化データ３０２と暗号鍵３０３をメモリ２０５
にロードし、復号データを格納する領域３０４を確保し
て、図３に示す通りにメモリ格納状況を構成する作業
や、その他の必要な前処理作業を行う。次に、暗号鍵の
格納アドレスｋ、暗号化データの格納アドレスｃ、復号
データの指定格納アドレスｄを復号装置１００に与え
る。具体的には内部バス２０１を通じて、復号装置１０
０にマップされたＩ／Ｏアドレスに、ｋ、ｃ、ｄを出力
することにより行う（ステップ６０２）。もちろん、別
の方法で復号装置１００と通信しても構わない。

【００１７】この後、復号装置１００に復号処理を行う
よう指示を発行する（ステップ６０３）。このとき、ス
テップ６０３に相当する命令コードが格納されているア
ドレスがＰｒである。この指示の発行は、具体的には、
内部バス２０１を通じて、復号装置１００にマップされ
たＩ／Ｏアドレスに、指示命令を出力することにより行
われる。

【００１８】復号を行う復号装置１００は、内部バス２
０１を介して、ＣＰＵ２０２がどのようなアクセスをし
ているかを、監視することができる。また、ＣＰＵを介
さずに直接メモリにアクセス（ＤＭＡ：Ｄｉｒｅｃｔ
ＭｅｍｏｒｙＡｃｃｅｓｓ）することができる。加え
て、ＣＰＵ２０２の動作を制御し、必要に応じてＣＰＵ
２０２を一時停止状態に保ったり、動作を再開させるこ
とができる。

【００１９】図８において、復号指示を受けた復号装置
１００は、ステップ７０１において、ただちにＣＰＵ２
０２の動作を一時停止させ、暗号鍵３０３の格納アドレ
スｋ、暗号化データ３０２の格納アドレスｃ、復号デー
タの指定格納アドレスｄを読取る（ステップ７０１）。
これにより復号支援プログラム３０１はステップ６０３
で一時停止状態となる。以下の復号装置１００のメモリ
２０５へのアクセスはすべてＤＭＡを用いる。

【００２０】復号装置１００の処理はステップ７０２に
進む。ステップ７０２では、ＣＰＵ２０２のメモリ２０
５へのアクセスの監視によって、復号指示発行の命令コ
ードの格納アドレスＰｒを取得する。

【００２１】次にステップ７０３において、暗号鍵３０
３の認証を行う。暗号鍵３０３には、暗号鍵全体の署名
５０４が用意されており、電子書名認証技術により、正
当な暗号鍵であるか認証する。具体的には、復号装置に
は署名認証鍵が用意されており、ＲＳＡ（Ｒｉｖｅｓｔ
−Ｓｈａｍｉｒ−Ａｄｅｌｍａｎ）公開鍵暗号技術と、
一方向ハッシュ関数を用いたメッセージ要約生成技術を
用いて認証を行う。もちろん、他の方式で認証しても構
わない。

【００２２】もし認証に失敗した場合は、暗号鍵３０３
が改竄されている可能性がある。復号装置１００は、暗
号鍵３０３が正当なものでないと見なし、ステップ７０
５に進む。ステップ７０５において、ＣＰＵ動作を再開
させ、ＣＰＵに「暗号鍵の認証に失敗」を意味するエラ
ーコードを返す。具体的には、復号装置１００にマップ
されたＩ／Ｏアドレスにアクセスすることにより、ＣＰ
Ｕ２０２が読出すことができるレジスタにエラーコード
を格納する。もちろん、別の方法でＣＰＵ２０２と通信
しても構わない。動作を再開した復号支援プログラム３
０１では、ステップ６０５の分岐でエラーが発生したと
判断し、ステップ６０６でエラー処理を行い、復号を行
わずに終了する。

【００２３】ステップ７０３において暗号鍵３０３の認
証に成功した場合は、ステップ７０４へ処理を進める。
ステップ７０４において、暗号鍵３０３から検証範囲指
定５０３を取得し、Ｐｒ−ｐｒｅからＰｒ＋ｐｏｓｔま
での領域について、一方向ハッシュ関数を用いたメッセ
ージ要約数を算出する。

【００２４】続いて、ステップ７０６において、暗号鍵
３０３中の復号支援プログラムの検証領域のメッセージ
要約数５０２と、前ステップ７０４で算出したメッセー
ジ要約数を比較する。もしこれらが一致しなかった場
合、ＣＰＵ２０２が実行している復号支援プログラム３
０１が、暗号鍵３０３の発行者が意図したものと異なる
ことを意味する。復号装置１００は、復号支援プログラ
ム３０１が改竄されたものと見なして、ステップ７０７
に進む。ステップ７０７において、ＣＰＵ２０２の動作
を再開させ、ＣＰＵに「復号支援プログラムの認証に失
敗」を意味するエラーコードを返す。具体的には、復号
装置１００にマップされたＩ／Ｏアドレスにアクセスす
ることにより、ＣＰＵ２０２が読出すことができるレジ
スタにエラーコードを格納する。もちろん、別の方法で
ＣＰＵ２０２と通信しても構わない。動作を再開した復
号支援プログラム３０１は、図７のステップ６０５の分
岐でエラーが発生したと判断し、ステップ６０６でエラ
ー処理を行い、復号を行わずに終了する。

【００２５】図８のステップ７０６で復号支援プログラ
ムの認証に成功した場合は、ステップ７０８へ処理を進
める。ステップ７０８において、復号装置１００は、暗
号鍵３０３から暗号の復号鍵５０１を取得して、暗号化
されたデータの復号処理を行う。具体的には、暗号の復
号鍵と復号装置の装置ごとに別々のものが用意されてい
る秘密鍵の２つから、ＤＥＳ（ＤａｔａＥｎｃｒｙｐ
ｔｉｏｎＳｔａｎｄａｒｄ）等のブロック暗号の復号
鍵を生成し、ブロック暗号復号器に、ＤＭＡで暗号化さ
れたデータを読出し、復号結果をＤＭＡで復号データ領
域に書出す。もちろん、どのような方法の暗号／復号方
式を用いても構わない。

【００２６】復号処理が終わった後は、ステップ７０９
に進み、復号したデータを利用する。利用後は必要に応
じて、復号したデータをメモリ２０５から消去すること
により、意図しない目的に復号したデータを用いられる
ことを防止できる。

【００２７】また、復号装置１００は、ＣＰＵ２０２の
内部バス２０１へのアクセスを監視することにより、復
号支援プログラム３０１がＣＰＵ２０２により実行され
ている間に不正な割込み等により処理の流れを奪う操作
を検知できる。不正に処理の流れが奪われたことを検知
した場合、復号作業を即刻中止し、それまでに復号した
データもＤＭＡにより破壊する。この機能により、ハー
ドウェア割り込みによるプログラムの動作への干渉を排
除することができ、さらに安全性が向上する。

【００２８】

【発明の効果】以上説明したように本発明は、復号支援
プログラムの正当性を、復号時にチェックすることによ
り、改竄された復号支援プログラムによる意図しない目
的への復号したデータの流用を防止する。これにより、
復号支援プログラムの耐改変性を高めることができ、暗
号強度に見合ったシステムの安全性を得ることができ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の実施例のコンピュータ・システムの
構成を示すブロック図である。

【図２】上述実施例の復号装置の構成を示すブロック
図である。

【図３】暗号化されたデータを復号するときのメモリ
内のデータ格納状況を説明する図である。

【図４】復号支援プログラムのメモリ格納状態の概念
的に示す図である。

【図５】暗号鍵の構成を説明する図である。

【図６】暗号鍵を生成する暗号鍵生成装置の構成例を
示すブロック図である。

【図７】復号支援プログラムの動作を説明するフロー
チャートである。

【図８】復号装置の処理の流れを説明するフローチャ
ートである。

【符号の説明】

１００復号装置１０１データ復号部１０２アドレス検出部１０３復号支援プログラム認証部１０４不正アクセス防止部２０１バス２０２ＣＰＵ２０３Ｉ／Ｏ部２０５メモリ

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】コンピュータ・システムに実装されて暗
号化されたデータを復号する暗号化データ復号装置おい
て、暗号化されたデータを暗号鍵に基づき復号するデータ復
号手段と、上記暗号鍵が正当なものであることを認証する暗号鍵認
証手段と、ＣＰＵから復号指示の受取ったとき、復号支援プログラ
ム中の上記復号指示を出した命令コードのメモリ・アド
レスを検出するアドレス検出手段と、上記命令コードのメモリ・アドレスに基づいて上記復号
支援プログラムが正当なものであることを認証する復号
支援プログラム認証手段とを有することを特徴とする暗
号化データ復号装置。
【請求項２】上記復号支援プログラムの実行中に割込
み等で不正に処理の流れを奪われた場合に、それを検知
し対抗処置をとる不正アクセス防止手段をさらに有する
請求項１記載の暗号化データ復号装置。
【請求項３】上記復号支援プログラム認証手段は、上
記命令コードのメモリ・アドレスにより決定される所定
のメモリ・アドレス範囲のコードの内容が真正なもので
あるかどうかを検証する請求項１または２記載の暗号化
データ復号装置。
【請求項４】上記所定のメモリ・アドレス範囲のコー
ドの内容の所定の関数による計算結果に基づいて上記所
定のメモリ・アドレス範囲のコードの内容が真正なもの
であることを検証する請求項３記載の暗号化データ復号
装置。
【請求項５】上記所定の関数を所定の一方向性関数と
する請求項４記載の暗号化データ復号装置。
【請求項６】上記暗号鍵は、真正な復号支援プログラ
ムから生成した参照値を保持し、上記復号支援プログラ
ム検証手段による計算結果と、上記暗号鍵が保持する上
記計算結果とを比較して上記復号支援プログラムの正当
性が認証される請求項４または５記載の暗号化データ復
号装置。
【請求項７】上記暗号鍵は、上記所定のメモリ・アド
レス範囲を指定する情報をさらに保持し、上記参照値は
指定されたメモリ・アドレス範囲に基づいて生成される
請求項６記載の暗号化データ復号装置。
【請求項８】コンピュータ・システムに実装されて暗
号化されたデータを復号する暗号化データ復号装置おい
て、暗号化されたデータを暗号鍵に基づき復号するデータ復
号手段と、ＣＰＵから所定の情報がバスに転送されたとき、復号支
援プログラム中にある、上記所定の情報を上記バスに転
送した命令コードのメモリ・アドレスを検出するアドレ
ス検出手段と、上記命令コードのメモリ・アドレスにより決定される所
定のメモリ・アドレス範囲の上記復号支援プログラムの
内容に基づいて上記復号支援プログラムが正当なもので
あることを認証する復号支援プログラム認証手段とを有
することを特徴とする暗号化データ復号装置。
【請求項９】暗号化データを復号する暗号鍵本体と、
上記暗号化データを復号するために用いる復号支援プロ
グラムの所定の範囲のコードの所定の関数による計算結
果と、上記暗号化鍵本体および上記計算結果に対する署
名とを含む暗号鍵情報を生成する暗号鍵情報生成装置。
【請求項１０】暗号化データを復号する暗号鍵本体
と、上記暗号化データを復号するために用いる復号支援
プログラムの所定の範囲のコードの所定の関数による計
算結果と、上記暗号化鍵本体および上記計算結果に対す
る署名とを含む暗号鍵情報を受け取るステップと、暗号化データを復号するときに、復号に用いる復号支援
プログラムの上記所定の範囲に対応するメモリ領域に展
開されたコードを取り出すステップと、上記取り出されたコードの上記所定の関数による計算結
果を生成するステップと、生成された上記計算結果と、上記暗号鍵情報中の上記計
算結果とを比較するステップと、上記比較の結果に基づいて、上記復号に用いる復号支援
プログラムの真正を検証するステップとを有することを
特徴とする復号支援プログラム検証方法。
【請求項１１】バスと、上記バスに接続されたＣＰＵと、上記バスに接続されたメモリと、上記バスに接続された認証装置とを有し、上記認証装置は、上記ＣＰＵから暗号化データの復号指示が上記バスを介
して転送されたとき、復号支援プログラム中にある、上
記復号指示を出した命令コードのメモリ・アドレスを検
出するアドレス検出手段と、上記命令コードのメモリ・アドレスに基づいて上記復号
支援プログラムが正当なものであることを認証する認証
手段とを有することを特徴とするコンピュータ・システ
ム。