TW526643B - Data access control system and method - Google Patents

Description

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File:TW0021F.do< 五、發明説明（/ ) 本發明是有關於一種資料存取控管系統及方法，且特 別是有關於一種利用秘密分享（Secret Sharing)及動態密碼 (Dynamic Password)登入功能以提高資料存取安全性的系 統及方法。 由於電腦以及儲存媒體技術的快速發展，各種系統都 將資料以電子方式加以存取，例如··線上交易、信件傳遞、 資料庫以及電子資料傳輸等系統。當這些活動日益普及， 帶給人們方便的同時，也帶來許多問題，因爲資料被電子 化後，假冒與篡改更難被偵測與追蹤。以銀行交易系統爲 例，銀行的信用卡付款系統存放有持卡人的卡號、每一筆 交易及相關的個人資料，若是銀行沒有好的控管流程，則 持卡人的個人隱私便沒有保障，因此，有必要將重要資料 加密，以利管理階層做更好的控管，也可以使相關人員遠 離誘惑。 如上所述’爲了保障資料機密性，必須將資料加密， 然而，就更一般化的情形而言，也就是在讓資料只給該看 到的人看到的前提下’我們必須考慮資料管理員（Data Administrator)是否應該可以存取所有資料，另外就是當資 料管理員換人時，我們如何確保資料不被原來的資料管理 員再來存取’同時不需更改太多密文資料。這樣的問題， 在我們一般的應用其實是常遇到的，例如：一個做電子交 易的伺服器（Server)，它的資料庫就必定包括許多持卡人 的個人資料，又如一個銀行的流程控管系統或是資料管理 系統等等’它們想管制資料文件不讓〜個人就可^完成所 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐） IT (請先閲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 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 526643

File:TW〇〇21F*doc A7 _ B7 _________^一 '—-— --------— "" 五、發明説明（2 ) 有程序’以及輕易取閱或更改所有資料，特別是當這些系 統中的資料具有下列特性時： 1. 所15載的資料可代表流程狀態，不應該被隨意更改。 2. 全部資料或其中部份資料是不應或不想被看到。 請參照第1圖，爲習知資料存取控管系統的一種結構 圖。當系統使用者11於線上或本地進行資料存取時，所 輸入的資料會經網際網路13，以密文(CiPher Text)方式或 是直接，送至資料存取控制系統15中，其經由伺服器或 儲存處_單元151，將欲加密資料加密後，最後送至資料 儲存媒髎153中加以儲存。上述之儲存處理單元乃是 利用一把金鑰(Key)K來控制系統中資料的存取，以保護系 統中的資料會讓不被授權人讀取。然而，此金鑰K通常由 資料管理員一個人完全掌控，則常會衍生出以下的問題： (1) 資料管理員可以不在監督下介入正常處理流程，對 資料儲存媒體中的資料進行篡改或竊取。 (2) 由於金鑰完全由一人掌控，因此，金鑰保管者的人 員選定會有困擾。 (3) 當金鑰保管者是管理階層時，可能因爲某些原因將 金鑰托給別人，易造成管制流程的死角。 (4) 當需要更換金鑰時（金鑰保管者離職或調職），必須 更換所有密文資料，必相當費時。 在Beimel等人之美國專利案號5,764,767中，提及關 於秘密分享之系統。請參照第2A圖，爲習知多人分享秘 密重組系統的一種結構圖。在此專利中，爲了讓秘密不被 3 本纸張尺度適用中國國( CNS ) A4規格（210X297公釐1 ~""' ----------Φ-------1T------禮 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 526643

File:TW0021F.d〇( A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（3) 個人獨享，莊家(Dealer)21利用Shamir及Blakley提出的 一種方法，將秘密（Secret)S(例如：保險箱的密碼），分成 η個子秘密（Secret Shared)Si(i=l〜η)，並結合η把金鑰(Key)Ki 給η個參與者(Participant)Pi。請參照第2B圖，所述之金 鑰 Ki 又由 n-1 把次金鑰（Key Constituent)ki(j = l〜n-1)構成， 作爲參與者Pi與其它參與者Pj(je[l，n]，j#i)溝通之用。請 參照第2C圖，重組秘密S之步驟乃是由η個參與者Pi中 找出m(l<m<n)個參與者P) (je[l，m])，並由此m個參與者 P)當中的至少一個參與者P’k (ke[l，n])作爲接受者 (Recipient)來執行。接受者Pfk由其它m-l個參與者p丨（j# k)接收加密(Encrypted)的子秘密s)，加以解密（Decrypted) 後，利用此m-1個子秘密^以及本身持有的子秘密s’k(共 m個子秘密Si)，便可重組出秘密S。其中此接受者？〖乃是 利用上述本身所持有的n-1把次金鑰kj，來取得此m-Ι個 子秘密s]，並進行解密的工作。 上述之秘密重組系統，主要是將一個秘密資料分成多 個子秘密資料，以提供多個參與者分享，每一位參與者必 須獲得其它多位參與者的同意，以取得足夠多的子秘密資 料，才能重組出此秘密資料，達到保護秘密資料的目的。 然而，此系統主要的目的在避免參與者個人獨享秘密資 料’若一人之疏失將造成不可彌補的後果，非針對系統管 理階層對秘密資料的取得而設計，且接受者利用次金鑰， 從其它參與者取得加密的子秘密，此加密方式並未隨登入 次數不同而改變，若系統重新啓動，便會因重複多次使用 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X297公釐） 526643

File : TW002 IF . doc A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（汄） 而被識破。 有鑑於此，本發明的主要目的就是在提供一種資料存 取控管系統及方法，將一把主金鑰分成數把子金鑰給不同 的子金鑰保管者，可分散資料管理員的存取權力，解決上 述之種種問題，並且亦可將子金鑰包裝成一個動態密碼去 _登入5更能提高系統的安全性。 根據本發明，提出一種基於秘密分享的存取控管系統 及方法，簡述如下： 首先，將一主金鑰分成η把子金鑰給η個不同的子金 鑰保管者，當系統欲存取資料時，主金鑰重組程式需獲得 m(l<m<n)把子金鑰，再依(m，n)_門檻策略(Threshold Scheme) 重組出主金鑰’並輸出給伺服器，伺服器便以此主金鑰對 密文資料作存取，因此，任何人包括資料庫管理員要修改 或讀取系統中的資料時，必須獲得m把子金鑰才能重組出 主金鑰’可有效保護系統中資料的安全，而且當子金鑰保 管者離職或調職時，只需更換子金鑰，仍可以重組出主金 鑰’因爲不必更換主金鑰，故可減少更改密碼對原先密文 資料之影響。 另外’當系統欲存取資料時，主金鑰重組程式亦可利 用與子金鑰保管者共享的秘密，使用動態登入功能，以獲 得m(l<m<n)把子金鏡。 爲讓本發明之目的、特徵、和優點能更明顯易懂，下 文特舉一較佳實施例，並配合所附懦式，作詳細說明如下： 圖式之簡單說明： ----------Φ-------1T------着 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 526643

File:TW0021F.doc A7 B7 15 :資料存取控管系統 153 :資料儲存媒體 31 :主金鑰重組模組 331 :啓動模組 43 :網際網路 451 :主金鑰重組模組 4531 :啓動模組 457 :資料儲存媒體 五、發明説明（夕） 第1圖繪示習知資料存取控管系統之一種結構圖； 第2圖繪示習知多人分享秘密重組系統之一_結構 圖； 第3圖繪示依照本發明較佳實施例之動態登入功能之 一種示意圖；以及 第4圖繪示依照本發明一較佳實施例之一種結構圖。 標號說明： 11 :系統使用者 13 :網際網路 151 :儲存處理單元 21 :莊家 33 :子金鏡保管者 41 :系統使用者 45 :資料存取控管系統 453 :子金鑰保管者 455 :資料控管模組 鉸佳實施例 本實施例係假設一個資料管理系統利用一把主金鑰來 控管資料之存取，根據秘密分享方式，將這把主金鑰分成 多把子金鑰，分給多個保管者保管，而系統必須取得兩把 以上的子金鑰以重建主金鑰，此處用以重建主金鑰之子金 鑰數目η係由系統設定。 給定互不相同的任意數A，i=l，...，n，c#[l5…，ρ-1]， 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） ---------•冬-------1T------ (请先閱讀背面之注意事項存填寫本頁) 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 526643

File:TW0021F.doc A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（4) 利用Shamil*及Blakley提出的（m，n)_門檻策略，產生一（m_ 1)次多項式f(x)，l<m<n，其中f(x)佈於有限體(Finite Field)GF(p)，p是一質數，系統將主金鑰藏匿於常數項f(〇)， 如此可獲得η把子金鏡f(Ci)，卜1，…，n 。此(^丨）次多項式 f(x)可表示如下： f(x)== Σ bjX1 mod p / = 〇 其中mod爲一冋餘運算子，b。、1^矣〇，biefi，…，p-lj。 系統將f(c〇分給n個子金鏡保管者保管，欲取得主金 鑰時，必須由至少m個子金鑰保管者的f(Ci)及& ,而Ci可 以由第i子金鑰保管者加以保管或是直接存放在系統中。 然後利用Lagrang內插定理得出f(x)，以取得主金鏡f(〇)， 如公式（1)所示，而此m値就是（m，n)-門檻策略的門檻値 (Threshold Value)，此値可事先由系統決定。Π (x - ⑼ f(x)=J/⑹ ίϊ (。- α 公式(1) 再者，由於上述之資料儲存系統需要進行多次的操作 (例如：重新啓動系統），因此系統若具有動態登入的功能， 則能更加保障系統中資料的安全性。 請參照第3圖，爲依照本發明較佳實施例動態登入功 能的一種不意圖。首先’由主金繪重組模組3 1 (或主金繪 重組程序)送出第t次密碼[g(x)] ’其中g(x)爲GF(p)的元 (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁) 本纸張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（21〇X297公釐） 526643 A7 B7

File:TW0021F.doc 五、發明説明（q) 素（Element)，是子金鑰保管者33與主金鑰重組模組31事 先分享的秘密，kt爲一個亂數，可隨子金鑰登入次數t値 不同而改變，以達到保密的功用。接著，第i子金鑰保管 者33利用一個啓動模組331(或啓動程序），例如：智慧卡 (Smart Card)等，將第i把子金鑰f(Ci)包裝成另一個大於m 次的多項式H(x，i，t)，如公式(2)、（3)所示，並送回主金鑰 重組模組31，其中d爲一足夠大的數，使得在已知[g(x)]kt(t+d) 的情況下，欲解出d，成爲一個離散對數問題（Discrete Logarithm Problem; DLP)，亦爲子金鑰保管者33與主金 鑰重組模組31共享的秘密，而且啓動模組331與主金鎗 重組模組31的計數爲同步（Synchronism)，即所記錄的t 値是相同的。最後，主金鑰重組模組31先依照上述取得 m個多項式H(x，i，t) (ie[l，n])，求其總和，再依照公式(4) 以及先前送出的密碼[g(x)f及次數t，扣掉g(x)部份，便 可回復函數f(x)= Σ f(x，i)，獲得主金鑰f(〇) 5其中公式(4) 係依照有限體的特性。 ----------Φ-------1T------ (請先閲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 H(x5i5t)=[ f(x5i)]pt+[g(x)]kt(t+d) 公式(2) 其中 Π (χ - Cj) f(x)i)=f(ci)x ^- 11 (a - cj) J准i 公式(3) Σ H(x，i，t) -Z[f^^pt+[s(x)]kt(t+d) -[Ef(^i)]pt+mfg(x)]kt(t+d) 公式(4) 本紙張尺度適用中國國家榡準（CNS ) A4規格（210X 297公釐） 526643

File:TW0021F.doc A7 B7 經濟部智慧財產局員工消費合作社印製 五、發明説明（g) 請參照第4圖，爲本發明較佳實施例的一種結構圖。 系統啓動時主金鑰重組模組451(或程式）利用上述之動態 登入方式，透過啓動模組4531(或程式），由m(l<m<n)個 子金鑰保管者453處取得他們所保管的子金鑰，再利用公 式（1)回復f(x)，進而獲得主金鑰Κ(β卩f(0)値），並輸出給 資料控管模組455(或程式），資料控管模組455取得主金 鑰K，便可控管資料儲存媒體457中密文資料的存取，而 且主金鑰K在每次系統重新起始時才需再重組。當系統使 用者41欲進行資料存取時，由網際網路43將輸入資料以 密文方式或在本地，將存取要求送給資料存取控管系統 45，而資料控管模組455便利用主金鑰K控管密文資料的 存取。 因此，本發明的特點如下： (1) 主金鑰的取得必須經過多個子金鑰保管者的同 意，可避免管理階層本身篡改或竊取系統中的資 料，具有易管理、易控管之優點，且可有效保護 系統的安全。 (2) 當子金鑰保管者離職或調職時，只需要更換子金 鑰，不必更換主金鑰，可降低更改密碼對密文資 料造成的影響。 (3) 利用動態密碼登入方式以獲得子金鑰’當系統需 多次使用時，可避免密碼被識破’更能保護系統 之安全性。 綜上所述，雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上， J------------ (請先閲讀背面之注意事項再填寫本頁)

、1T 線· 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210 X 297公釐） 526643

FilerTW0021F.doc A7 B7 五、發明説明（1 )然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離 本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。 (請先閲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 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) A4規格（210X297公釐）

Claims (1)

1. 526643 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 Α8 Β8 C8 D8 六、申請專利範圍 法，其中之任意數Cl係由保管上述子金鑰f(Ci)之保管 者保管，且當該些保管者動態登入時，將所保管的對應 Ci傳送給該主金鑰重組程序。 6·如申請專利範圍第4項所述之安全控管資料存取方 法，其中該密碼爲[g〇〇f，t爲該些保管者登入次數， g(x)爲佈於該有限體的一多項式，kt爲一個亂數，可隨 t値不同而變，而其中該格式爲[f(x，i)]pt+[g(x)]kt(t+d)，d 爲前述共享的秘密，f(x)= Σ f〇U)。 ^[Ι,η] 7·如申請專利範圍第2項所述之安全控管資料存取方 法，其中該啓動程序與主金鑰重組程序同步計數，所記 錄的該些保管者登入次數有相同値。 8· —種資料存取控管系統，用以存取一資料，此系統包 括： 一資料儲存媒體，儲存該資料； 一主金鑰，加解密該資料； 一子金鑰控管模組，將該主金鑰分成複數把第一子金 鑰，由複數保管者保管； 一主金繪重組模組’利用一保管者動態登入方式取得複 數把第二子金鐺，重組出該主金鑰；以及 一資料控管模組，利用從上述主金鑰重組模組重組出之 主金鑰，控管該資料儲存媒體中該資料的存取。 9.如申請專利範圍第8項所述之資料存取控管系統，其中 一保管者登入系統時，利用一啓動模組接收由該主金鑰 重組模組送出之一對應密碼，前述密碼係隨該保管者登 入次數而改變，且該啓動模組利用前述密碼、以及該主 金鑰重組模組與該保管者一共享的秘密，將該保管者所 保管的第一子金鑰以一格式包裝爲第二子金鑰，送回給 該主金鑰重組模組。 12 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210 X 297公釐） ----------苹 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) 訂 線 526643 Α8 Β8 C8 D8 經濟部中央標準局員工消費合作社印製 六、申讀專利範圍 10. 如申請專利範圍第9項所述之資料存取控管系統，其 中之該些第一子金输係利用一(^1，11)_門檻策略取得，m 爲大於1小於η的自然數，且該些第一子金鑰的個數 爲η，該些第二子金鑰的個數爲m。 11. 如申請專利範圍第10項所述之資料存取控管系統，其 中利用該（m，n)-門檻策略取得該些第一子金鑰時，包 括： 產生佈於一有限體GF(p)的一(m-1)次多項式f(x)，ρ爲 一質數，且f(〇)爲上述之主金鑰；並 給定複數個互不相同的任意數A，I = 1，…，η，Cl e [1，...，p-1]，得出該些第一子金鑰f(Ci)。 12. 如申請專利範圍第11項所述之資料存取控管系統，其 中之任意數4係由保管上述子金鑰f(Cl)之保管者保 管，且當該些保管者動態登入時，將所保管的對應q 傳送給該主金綸重組程序。 13. 如申請專利範圍第11項所述之資料存取控管系統，其 中該密碼爲[g(x)f，t爲該些保管者登入次數，g(x)爲 佈於該有限體的一多項式，心爲-^個亂數，可隨t値不 同而變，而其中該格式爲[f(x，〇]pt+[g(x)]kt(t+d)，d爲前 述共享的秘密，f(x)= Σ f(x，0。 i e [1, η] 14. 如申請專利範圍第9項所述之資料存取控管系統，其 中該啓動模組與主金鑰重組模組同步計數，所記錄的 該些保管者登入次數有相同値。 (請先閱讀背面之注意事項再填寫本頁) -裝· 訂 12_ 本紙張尺度適用中國國家標準（CNS ) Α4規格（210Χ297公釐）