JP2001519930A

JP2001519930A - 階層型ハッシュを用いた効率的な認証及び完全性検査の方法及びその装置

Info

Publication number: JP2001519930A
Application number: JP54061899A
Authority: JP
Inventors: スティーブンハンナ; ラディアパールマン
Original assignee: サンマイクロシステムズインコーポレーテッド
Priority date: 1998-02-04
Filing date: 1999-02-04
Publication date: 2001-10-23
Also published as: EP0972374A1; AU2583099A; WO1999040702A1

Abstract

(57)【要約】本発明によれば、データに署名を添付し、これを検証する方法が提供される。データ署名の工程において、データセットをパケットに分割し、該パケットのそれぞれに含まれるデータにハッシュ処理を施してハッシュ値を有するハッシュブロックを生成し、該ハッシュブロックにデジタル署名を添付する。検証工程においては、データ、ハッシュブロック及びデジタル署名を含むパケットを受信し、前記デジタル署名を検証し、前記データにハッシュ処理を施してハッシュ値を生成し得られたハッシュ値を前記ハッシュブロックに格納された値と比較する。

Description

【発明の詳細な説明】階層型ハッシュを用いた効率的な認証及び完全性検査の方法及びその装置技術分野本発明は、データ破壊検出に関し、更に詳しくは、階層型ハッシュを用いたデータ処理における認証と完全性検査の方法及びその装置に関するものである。背景技術特定の企業活動においては、情報を安全に転送することが求められる。その一例である銀行においては、遠隔地の中央データベースにコンピュータファイルを定期的に「バックアップ」している。この際、これらのファイルが改ざんされたり、破壊されたりすることなく前記データベースに無事に複製、保存されたことを確認する必要がある。また、テレビ会議も、安全性の高い情報伝達（画像／音声／データの伝達）が求められる他の一例である。昨今では、インターネットなどのオープンなネットワークを用いれば、効率よく簡単にデジタル通信を行うことができる。しかしながら、通信においてデータがネットワーク送信エラーにより意図せず破壊されてしまったり、或いは、違法行為により改ざんされてしまったりする可能性がある。通信に係るこの様な問題を防ぐ従来技術はいくつかあるが、これらの先行技術は、チェクサム或いはデジタル署名をデータに付けて送信し、受け取り側でこのチェックサム或いはデジタル署名の検証を行うものである。チェックサムとは検査対象のデータから求める値であるが、通常簡単な計算で算出できる値である。チェックサムを算出したら、送信装置がデータをチェックサムと一緒に送信する。受け取り側の装置は、受け取ったデータからチェックサムを改めて算出し、この値と受け取ったチェックサムの値とを比較する。しかし、データを改ざんするような能力を持ったハッカーであれば、本来のチェックサムを改ざん後のデータと符合するチェックサムに置き換えることもおそらく可能である。デジタル署名はデータを破壊しようとする違法行為からデータを保護するものであるが、チェックサムに比べその計算にかかる費用が高い。データの保護対策がとられていないポイントを通過せざるを得ないネットワーク環境において、デジタル署名によるデータの保護は益々重要性を帯びてきている。このデジタル署名は、デジタル署名をデータセット一式に添付するバルク署名フォーマットと呼ばれる形式で用いられることが多いが、このバルク署名フォーマットにはいくつかの欠点がある。デジタル署名を確認する工程は、データセット全体に対して実行される。バルク署名のアルゴリズムではデータのどの部分が破壊されているのかを識別することはできないため、データが破壊されていた場合は全てのデータを再送しなければならず費用が増大する。個別のパケット群にバルク署名を付したデータを送信する場合にも、破壊されたパケットやハッカーにより挿入された不当なパケットの検索には高いコストがかかる。というのは、それぞれのパケットに一連番号を付したパケット群のコピーの少なくとも１つを受け取らないと署名の検査が行えないからである。しかも、バルク署名の完全性は全てのパケットを受け取るまで検査できない。このため、データセットのサイズに相関して時間遅れが増大する。また、同一の一連番号を有する異なる内容のパケットが複数受け取られた場合、内１つは偽造されたデータであるが、偽造データが含まれていると仮定して、いずれがある特定の一連番号に係る正当なコピーであるか検出するには、該当する一連番号を有するそれぞれのコピーを一連の正当なパケット全てと比較しなければならない。この問題に対処するのが、「パケットレベル署名」と称される方法である。このパケットレベル署名によれば、個々のパケットそれぞれにデジタル署名が付される。従って、個別のパケットを受け取り次第署名の検査を開始することができ、破壊されたパケットを個別に識別することが可能になる。しかしながらこの方法は、更なる演算と繰り返しデジタル署名を検査することを要するのでかなりの時間を要する。ローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）上に存在する複数のデータベースに用いられる従来の階層型ハッシュ技術では、データベース管理システムがデータベースのハッシュ値によって各データベースが同一であるか否かを検証する。そして、ハッシュ値は更にハッシュ処理され最終的に得られた値が定期的に一斉通信され、これによりＬＡＮ上の全ての端末が同一のデータベースを共有することが確認できる。もし、データベース間に差異が認められるときは、次なるハッシュレベルが比較され最終的にデータベースのどの部分が異なっているのかを突き止め、この差異を修正、更新することができる。しかしながらこの従来技術によるシステムは、１つのデジタル署名を用いて任意の量のデータを、違法行為による意図的なエラーと意図的でないエラーとの両方から保護するようには対応していない。現時点では、１つの署名を任意の量のデータに用いて、受信と同時にデータの検証を行うことを可能にするシステムは存在しない。従って、意図しないデータの破壊と違法行為によってデータ処理に意図的に生じさせるエラーとからデータを保護し、受信と同時にデータの検証することを可能にするシステムが求められている。加えて、計算に掛かるオーバーヘッドを少なく保ちつつ、データのどの部分が破壊されているかに関する情報を提供できるシステムが求められている。発明の開示本発明に係るシステム及び方法は、任意のデータセットをハッシュ処理したパケットを底辺とし、署名を施した１つのブロックを頂点とするハッシュ値の階層を構築し、これにより１つのデジタル署名で、データセットをデータ処理におけるデータの破壊及び違法行為によるエラーとの両方から保護する。データセットに先立ってこのハッシュ値の階層を受け取ることにより受信と同時に迅速にデータパケットの検証を行うことができる。本発明の方法に用いられるこの階層型構造は暗号化によって個々のデータを保護するので、破壊された部分を容易に識別することができる。本発明によるシステムは、また、他の部分のデータが破壊された場合、及び、他の部分のデータをまだ受け取っていない場合でも各部分のデータを検証することが可能である。本発明に係るコンピュータに実装されるデータ処理方法は、データをパケットに分割する工程と、前記各パケット内の前記データをハッシュしてハッシュ値を有するハッシュブロックを生成する工程と、ハッシュブロックに署名を施す工程と、を備えることを要旨とするのものである。本発明に係るコンピュータに実装されるデータ処理方法は、データ、ハッシュブロック、及び、デジタル署名を有するパケットを受信する工程と、前記デジタル署名を検証する工程と、前記データのハッシュを行ってハッシュ値を生成する工程と、前記ハッシュ値を前記ハッシュブロックに格納された値と比較する工程と、を備えることを要旨とするものである。図面の簡単な説明説明の一部を構成する添付図面は、本発明を図示により説明するためのものであり、この明細書と共に、本発明の利益及び趣旨を説明するためのものである。図１は、本発明の使用に適したコンピュータ構成を示すブロック図である。図２は、本発明の実施に係る、ハッシュブロックにデジタル署名する工程を示すフローチャートである。図３、本発明に係るデータ検証の工程を示すフローチャートである。図４は、サンプルのデータセットのハッシュと各ハッシュブロックへの署名の例を示す概念図である。図５は、図４に示すデータセットに基づくデータとハッシュブロックの階層型構成の一例を示す概念図である。発明の詳細な説明以下に本発明に係るシステム及び方法についての詳細を説明する。尚、図面及び以下の説明においては、同一部材又は類似部材を参照するのに、全体を通してできる限り同一の符号を使用している。概略本発明に係るシステムは、概ね（１）データの署名、（２）データの検証の２つのデータ処理機能を実行するが、先ず、データの署名について述べる。本発明に係るシステムはデータに署名を施すため、所与のデータに対応する一連のハッシュ値であるハッシュブロックの階層構造を構築する。これには、データセットが複数のパケットに分割され、各パケットに一方向・耐衝突ハッシュ関数を用い一連のハッシュ値を生成する。こうして得たハッシュ値はグループ化して複数のパケットに収められるが、以下これらのパケットを「ハッシュブロック」と称する。このハッシュブロックを更にハッシュすることにより、より上位の階層レベルのハッシュブロックを生成する。この処理を、最終的に１つのハッシュブロックが１つのパケットに収まる大きさになるまで繰り返す。階層レベルの最上位のハッシュブロック、即ち最小のハッシュブロックにデジタル署名をほどこす。その後ハッシュブロック及びデータは、例えばネットワーク・ノードといった所期する宛先に送信される。次に、データの検証について述べる。本発明に係るシステムは、概ね、最上位の階層レベルのハッシュブロックに添付されたデジタル署名を検査することによってデータセットの検証を行う。最上位ハッシュブロックが検証されれば、１つ下位の階層レベルのハッシュブロックのパケットのハッシュ値を、最上位の階層レベルのブロックに格納されたハッシュ値と比較することによって該階層のハッシュブロックも検証できる。以下の階層のハッシュブロックも全て同様に、常に一つ上位の階層レベルのハッシュブロックに基づいて検証される。データは最終的に、データセットのハッシュ値を有するハッシュブロックに対して検証される。つまり、所与のどんなデータパケットもそれより上位の階層レベルのハッシュブロックが受信されれば検証することができる。コンピュータ構成図１は、本発明の実施例を実行可能なコンピュータシステム１００を図示するブロック図である。コンピュータシステム１００は、バス１０２或いは情報通信を可能にする他の通信装置と、バス１０２に接続されている情報処理のためのプロセッサ１０４を備える。コンピュータシステム１００は更に、例えばランダム・アクセス・メモリ（ＲＡＭ）或いは他の動的記憶装置といった主記憶装置１０６も備え、この主記憶装置１０６はプロセッサ１０４により実行される命令や情報を格納するためのものであり、バス１０１に接続されている。主記憶装置１０６はまた、プロセッサ１０４が命令を実行中に一時的に生じる変数や他の中間情報を格納するのにも用いられる。コンピュータシステム１００は更に、バス１０２に接続されるリード・オンリ・メモリ（ＲＯＭ）１０８或いは他の静的記憶装置を備えるが、これは静的情報やプロセッサ１０４用の命令を格納するためのものである。この他、コンピュータシステム１００は、バス１０２に接続された、情報や命令を格納するための磁気ディスク或いは光ディスクといった記憶装置１１０もそなえる。コンピュータシステム１００はさらに、バス１０２を介してコンピュータのユーザーに情報を表示するための陰極線管（ＣＲＴ）のようなディスプレイ１１２に接続することも可能である。また、英数字キーボードやその他のキーを有する入力装置１１４もバス１０２に接続されており、これを用いてプロセッサ１０４への情報伝達、コマンドの選択を行う。プロセッサ１０４への情報伝達、コマンドの選択、及び、ディスプレイ１１２上でのカーソルの移動制御を行うためのユーザー入力装置としては、この他にもマウス、トラックボール、カーソル移動キー等のカーソル制御装置１１６でもよい。この入力装置は通常第１の軸（例えばＸ軸及び第２の軸（例えばＹ軸）の２軸の自由度を有し、これにより装置は平面上における位置指定を行うことができる。本発明は更に、コンピュータシステム１００を用いたデータの署名、検証に関する。本発明の１つの好適な実施例によれば、プロセッサ１０４が主記憶装置１０６に格納された１つ又は複数の一連の命令を実行すると、コンピュータシステム１００が署名を施したり或いは検証したりしたデータが提供される。このための命令は、例えば記憶装置１１０のような別のコンピュータ可読媒体から主記憶装置１０６に読み込むことも可能である。主記憶装置１０６に格納されたこれら一連の命令を実行すると、プロセッサ１０４は以下に述べる処理工程を実行する。また、別の実施例として組み込み型回路をソフトウェアの命令の代わりに或いはそれと併せて用いて本発明を実装することも可能である。つまり、本発明の実施例は、ハードウェア回路とソフトウェアの特定の組み合わせに何ら限定されるものではない。この「コンピュータ可読媒体」という表現はここでは、プロセッサ１０４によって実行される命令を提供するあらゆる媒体に言及するものであり、この様な媒体は、不揮発性媒体、揮発性媒体、伝送媒体等を含む様々な形態が可能であるが、これらの形態に何ら限定されるものではない。上記の揮発性媒体は主記憶装置１０６のような動的記憶装置を含み、また伝送媒体は同軸ケーブル、銅線或いは光ファイバを含み、バス１０２を構成する回線もこれに含まれる。伝送媒体はまた電波通信や赤外線通信の際生成される音波或いは光波の形態をとることも可能である。一般的な形態のコンピュータ可読媒体には例えば、フロッピーディスク、フレキシブルディスクがあるが、これ以外にも磁気テープ他あらゆる磁気媒体、ＣＤ −ＲＯＭ他あらゆる光媒体、パンチカード、紙テープ他物理的に一定のパターンの孔を空けて用いる媒体、ＲＡＭ、ＰＲＯＭ、ＥＰＲＯＭ、ＦＬＡＳＨ−ＥＰＲＯＭ他あらゆるタイプのメモリチップやカートリッジ、或いは以下に詳細を述べる搬送波、などコンピュータで読み取ることができるあらゆる媒体が含まれる。この様に、プロセッサ１０４によって実行される１つ又は複数の命令を搬送するのに様々な形態のコンピュータ可読媒体を用いることが可能である。例えば、先ず命令を遠隔地のコンピュータの磁気ディスク上に搬送し、そこからこのコンピュータが命令を動的記憶装置に読み込む。次にこの読み込んだ命令をモデムを介し、電話回線を通じて転送する。コンピュータシステム１００側のモデムが電話回線に乗せられた命令を受け取り、赤外線送信機を使ってデータを赤外線信号に変換する。バス１０２に接続された赤外線検出器がこの赤外線信号で運ばれるデータを受け取り、受け取ったデータをバス１０２に伝送する。バス１０２はこのデータを主記憶装置１０６に送り、ここからプロセッサ１０４は命令を受け取り、実行する。主記憶装置１０６が受け取った命令は、プロセッサ１０４の実行に前後して記憶装置１１０に格納することも選択的に可能である。コンピュータシステム１００は更に、バス１０２に接続された通信インターフェース１１８を備える。通信インターフェース１１８はローカルネットワーク１２２に接続されるネットワークリンク１２０との両方向データ通信を可能にする。通信インターフェースは例えば、総合サービスデジタル通信網（ＩＳＤＮ）カードとしてもよいし、対応する電話回線とのデータ通信接続を可能にするモデムとしてもよい。或いはまた別の例として、通信インターフェース１１８としてローカル・エリア・ネットワーク（ＬＡＮ）カードを用いれば、互換性のあるＬＡＮとのデータ通信接続が可能になる。また無線接続を用いてもよい。上記のいずれの実装においても通信インターフェース１１８は、種々の情報を表すデジタル・データ・ストリームを搬送する電気信号、電磁気信号、或いは光信号の送信及び受信を行う。ネットワークリンク１２０は通常、１つ又は複数のネットワークを通じて他のデータ装置にデータを提供する。例えば、ネットワークリンク１２０は、インターネット・サービス・プロバイダ（以降、単に「ＩＳＰ」と称する）１２６が操作するホスト・コンピュータ１２４や他のデータ処理機器との接続をローカルネットワーク１２２を通じて提供する。ＩＳＰ１２６は代わりに、現在では広く一般に「インターネット」１２８と称される世界中にまたがるパケットデータ通信のネットワークを通じてデータ通信サービスを提供する。ローカル・ネットワーク１２２及びインターネット１２８の両ネットワークともに、デジタル・データ・ストリームを搬送する電気信号、電磁気信号、或いは光信号を用いる。種々のネットワークを通じて伝送されるこれらの信号やネットワークリンク１２０上の信号は、コンピュータシステム１００から或いはコンピュータシステム１００へデジタルデータを搬送するためのものであるが、これらはあくまでも情報を伝達する搬送波の例に過ぎない。コンピュータシステム１００は、メッセージの送信、例えばプログラム・コードのようなデータの受信をネットワーク、ネットワークリンク１２０及び通信インターフェース１１８を介して行うことができる。例えばインターネットの場合、サーバ１３０がアプリケーションプログラムに対する要求コードをインターネット１２８、ＩＳＰ１２６、ローカルネットワーク１２２、及び通信インターフェースを通じ受け取ることが可能である。本発明によれば、このようにダウンロードしたアプリケーションにより以下に述べるようなデータ処理オペレーションを可能にする。本発明の趣旨によれば、例えばコンピュータ可読媒体に格納したり遠隔地の装置に送信したりする必要のあるデータに、署名を施すことができる。本発明の趣旨によれば又、コンピュータ可読媒体から取り出したデータ或いは遠隔地の装置から受け取ったデータの検証を行うこともできる。コードを受け取り次第、プロセッサ１０４は受け取ったコードを実行及び／もしくは後のコードの実行に備え、記憶装置１１０又は他の不揮発性記憶装置に格納する。このようにして、コンピュータシステム１００は、アプリケーションコードを搬送波に乗せて得ることが可能である。階層型ハッシュ本発明に係るシステムは、一方向・耐衝突ハッシュ関数を用いて任意の長さのデータを一定の長さのハッシュ値に変換するものである。一方向ハッシュ関数は、この他にも以下に述べるような特徴を有する。例えば、所与のデータセットやメッセージに適用して、該データセットのハッシュ値を算出するのが比較的容易であり、且つ、ハッシュ値を与えられたとしても、ハッシュ関数がそれと同じハッシュ値を導く別のデータセットを推測することは極めて困難であるという特徴が挙げられる。「耐衝突性」とは、ハッシュ関数に関して用いられる場合、２つの異なるメッセージが同じ関数に対し同じハッシュ値を導き出す可能性が極めて低いことを意味する。一方向・耐衝突ハッシュ関数は、C.Kaufman、R.Perlman、M.Specine著 “Network Security:Private Communication in ａ Public World”１９９５年P rentice Hall発行に詳細に説明されている。（１）データ署名図２は、階層型ハッシュの署名手続を示すフローチャートである。本発明によるシステムは概ね、データセットを小さなパケットに分割することからハッシュ処理を開始する（ステップ２１０）。一般に、パケットの区切りは任意であるが、更に効率性を高めるには、良好なデータと破壊されたデータの区切りが予想される位置に一致させるとよい。例えば、ネットワーク・データグラムの区切りやディスクのセクターなどが、適した区切りの例として挙げられる。データのパケット化が済んだら、耐衝突・一方向ハッシュ関数を各パケットに適用する（ステップ２２０）。各ハッシュ関数はそれぞれ１つずつハッシュ値を生成するので、ハッシュ関数を各データパケットに適用すれば一連のハッシュ値が生成される。この一連のハッシュ値をハッシュブロックと呼ぶ（ステップ２３０）。ハッシュ関数をデータパケットに適用して得られたハッシュブロックがデジタル署名と共に１つのパケットに収めるには大きすぎる場合（ステップ２４０）、該ハッシュブロックを更に小さくする必要があるので、これを更にまた複数のパケットに分ける（ステップ２４５）。そして、これらのパケットのそれぞれにハッシュ関数を適用する。上述したように、ハッシュ関数を各パケットに適用すると一連のハッシュ値が生成される。ここで新たに生成されたブロックは、先のハッシュブロックより小さくなるが、これを更に高い階層レベルのハッシュブロックと呼ぶ。この更に高い階層レベルのハッシュブロックが、デジタル署名と共に１つのパケットに収めるには、尚大きすぎる場合、ステップ２２０から２４５を繰り返して更に小さな、より高い階層レベルのハッシュブロックを生成する。上述のハッシュブロックを分割する手順は、その結果生ずるハッシュブロックがデジタル署名と共に１つのパケットに収まる大きさになるまで繰り返す（ステップ２４０）。つまり、最上位の階層レベルのハッシュブロック５０２（図５参照）が最小のハッシュブロックとなる。この最上位の階層レベルのハッシュブロックを生成するのに用いたハッシュブロックを、階層型ハッシュブロック５１０を形成するハッシュブロックの構造全体において、１つ下位の階層レベルのハッシュブロック５０１と呼ぶ。しかしながら、データパケットをハッシュして生成されたハッシュブロック（ステップ２３０）が、初めからデジタル署名と共に１つのパケットに十分収まる大きさであったら、ハッシュブロックを分割してより高いレベルのハッシュブロックを生成する必要はなく、最上位の階層レベルのハッシュブロックが唯一のハッシュブロックとなる。本発明に係るシステムによれば、最上位の階層レベルのハッシュブロックのパケットに署名を施し（ステップ２５０）、これ以外のハッシュブロックやデータパケットには署名を付す必要はない。最上位の階層レベルのハッシュブロックにデジタル署名を１つ施せば、データ全ての認証が十分に行えるからである。著しく高い冗長性が求められるときは、それより下位の階層レベルのハッシュブロックにも署名を付すことができるが、これらの署名は、最上位の階層レベルのハッシュブロックが破壊されていて回復できないときにのみ使用される。以下にデータ転送についての一つの実施例について述べる。パケットの転送の順序は、まず最上位の階層レベルのハッシュブロックのパケットを先に転送し（ステップ２６０）、続いてより大きなハッシュブロックをそれぞれ転送し（ステップ２７０、２７５、２８０）、最後にデータを転送する（ステップ２８０）。しかし、認証を最速に行うには、ハッシュブロックのパケットとデータパケットが混ざり合っていてもよく、必ずしも全てのハッシュブロックをデータパケットより先に転送する必要はない。ただし、最上位の階層レベルのパケットは必ず一番最初に転送しなければならず、下位の階層レベルのハッシュパケットは、そのハッシュパケットに対応するデータよりも先に転送しなければならない。なぜならば、後述の理由によりこれらのコンテントを先に検証しなければいけないからである。このデータ署名の手続によれば、１つのデジタル署名を伴う最上位の階層レベルのハッシュブロックのパケット、下位の階層レベルのハッシュブロック、およびデータが受け取り側に送信される。これだけでデータ保護に必要な情報の全てである。（２）データの検証図３は、本発明に係るデータの受信、検証の工程を示すフローチャートである。データの検証においては、先ず最初に最上位の階層レベルのパケットに添付されたデジタル署名の検証を行わなければならない（ステップ３２０）。最上位の階層レベルの署名の検証に失敗した場合、或いは、最上位の階層レベルのデータパケットが転送中に破壊されたと判定された場合は、他のデータパケットの検証に先だって、この修復または回復を行わなければならない（ステップ３３０、３３５）。この際、冗長性を高める目的で、下位のハッシュブッロクにも署名が施されている場合はこれらの署名を検証する。一つのハッシュブロックの受信及び検証が行われれば、それに依存するデータパケットの検証も行える（ステップ３４０）。検証は、そのパケットのハッシュを算出し、これをハッシュブロックに格納されたハッシュ値と比較して行う（ステップ３５０）。検証に失敗した場合、データパケットは破壊されておりこれを修理又は回復しなければならない（ステップ３５０）。当然ながら、検証においてはデジタル署名を施す際に用いたのと同じハッシュ関数が用いられる。更にこの他にもハッシュブロックがあると判断されれば（ステップ３６０）、これらのハッシュブロックのパケットを受信し検証する（ステップ３７０）。ハッシュ関数を用いてそれぞれのパケットのハッシュ値を求め、ここで得たハッシュ値を受信した最上位の階層レベルに格納されているハッシュ値と比較する。比較結果が一致じない場合は、このハッシュブロックのパケットは破壊されており、これに依存する他のパケットを検証に先だって、修復又は置き換えを行わなければならない（ステップ３７０）。他にもハッシュブロックがある場合、１つ下位の階層レベルのハッシュブロックのパケットから得られるハッシュを、１つ上位の階層レベルのハッシュブロックに格納された値と比較する。この検証工程が失敗した場合はそのパケットは破壊されており、これに依存する他のパケットの検証に先立って、修復又は回復しなければならない。例以下、図４及び５を参照し、例を用いて階層型ハッシュ及び検証の手順について説明する。図４は、サンプルとしてのデータセットのハッシュとハッシュブロックへの署名の例を示すブロック図であり、図５は、図４に示すデータに基づくデータ及びハッシュブロックの階層型構造のサンプルとを示すブロック図である。図４及び５において、Ａ_i（ただし、ｉ＝１、２、３）はデータの値を表し、Ｂ_i及びＣ_iはそれぞれ異なるハッシュブロックにおけるハッシュ値を表す。尚、このサンプルにおいて、パケットのサイズ及びデータの量は全く任意である。従って、データの大きさ及び選択されたハッシュ関数よっては、より多くの階層レベルのハッシュブロックが必要になる。先ず最初にデータ値４０１からなるデータ列を与えられたとすると、このデータ値は複数個のデータパケット４０２ａから４０２ｆに分割される。この例では、Ａ₁からＡ₁₈までの１８個のデータ値が、それぞれ３個のデータ値を有する６個のパケットに分割される。これらのデータパケット４０２に一方向・耐衝突ハッシュ関数４０３を適用する。各データパケットのハッシュを行うと、結果としてハッシュ値がそれぞれ１つずつ求められる。この例では、データパケットＡ₁ 、Ａ₂、Ａ₃をハッシュしてハッシュ値Ｂ₁を生成する。このデータパケットから得られたハッシュ値Ｂ₁からＢ₆は新たなハッシュブロック（４０４）を形成する。図に示した例では、ハッシュブロックから得られた一連のハッシュ値とデジタル署名が一緒に１つのパケットには収まりきらないため、これをＢ₁、Ｂ₂、Ｂ₃の３個のハッシュ値から成るパケット４０４ａと、Ｂ₄ 、Ｂ₅、Ｂ₆の３個のハッシュ値から成るパケット４０４ｂと、の２つのパケットに分割している。その後、ハッシュブロックのパケット４０４に一方向・耐衝突ハッシュ関数４０５を適用し、それぞれのハッシュブロックのパケットから更に次のハッシュ値を得る。例えば、Ｂ₁、Ｂ₂、Ｂ₃から成るパケットからハッシュ値Ｃ₁が生成される。これらのハッシュ値Ｃ₁、Ｃ₂がはまた次のハッシュブロック４０６を構成する。この場合、ハッシュブロック４０６は十分に小さいため更なる分割は不要である。最終的に、この最後に生成されたＣ₁及びＣ₂のハッシュブロックにデジタル署名４０７が施され、これにより、デジタル署名が添付された、最上位の階層レベルのハッシュブロック４０８が構成される。このように前述の署名手順（図２）を用いて、一連のデータ４０１から最上位の階層レベルのハッシュブロック４０８及び１つ下位の階層レベルのハッシュブロック４０４を生成する。データの認証では、まず最初にこの最上位の階層レベルのハッシュブロック５０２に添付されたデジタル署名を検証する。もしこの最上位の階層レベルのハッシュブロック５０２がこの検証に合格すれば、つまりそれに続く階層レベルのハッシユブロック５０１も認証できることなる。それぞれのパケットにハッシュ関数（図示せず）を適用し、これをその上位の階層レベルにあるハッシュブロックに格納された対応するハッシュ値と比較する。つまり、Ｂ₁からＢ₆で構成されるハッシュブロック５０１のパケット５０１ａと５０１ｂは、ハッシュブロック５０２に格納された値Ｃ₁及びＣ₂を用いて検証する。図５のサンプルではＢ₁、Ｂ₂ 、Ｂ₃からなるパケットのハッシュをＣ₁の値と比較する。検証に失敗した場合は、Ｂ₁、Ｂ₂、Ｂ₃のパケットは破壊されていることを意味し、このパケットに従属する他のパケット、（この例ではデータ値Ａ₁からＡ₉で構成されるパケット５００ａから５００ｃ）の検証に先だってこれを修復または置き換えする必要がある。尚、先に検証したハッシュブロックパケットが破壊されていても、もう一方のハッシュブロックには影響はなく、検証を行うことができる。例えば図５において、最初に検証を行うハッシュブロックＢ₁、Ｂ₂、Ｂ₃のパケット５０１ａが損傷していても、同じ階層レベルのハッシュブロックＢ₄、Ｂ₅、Ｂ₆の第２のパケット５０１ｂの検証は、このパケット５０１ｂのハッシュとＣ₂の値を比較し、滞り無く行うことができる。データパケットの検証も前述と同様な方法で行われる。例えば、データパケットＡ₁₀、Ａ₁₁、Ａ₁₂の検証は、データパケット５００ｄのハッシュをＢ₄の値と比較することによって行い、この検証に失敗すれば、データパケットＡ₁₀、Ａ₁₁ 、Ａ₁₂は破壊されていることになる。この場合でも、他のデータパケットは尚、認証可能である。恣意的な例として、図５に示すように、データＡ₁₀、Ａ₁₁、Ａ₁₂ から成る第４番目のパケット５００ｄが、仮に破壊されているとしても、データＡ₁₃、Ａ₁₄、Ａ₁₅から成る第５番目のデータパケット５００ｅの検証には影響なく、このデータパケットのハッシュとＢ₅の値とを比較すれば検証は行える。この様に、データ受信、検証の手順（図３）を最上位の階層レベルのハッシュブロック５０２に適用すれば、データセット５００の検証を行うことができる。本発明によれば、たとえデータの送信または受信が順序通り行われない場合においても、データパケットの検証を行うことができる。また、本発明に係るシステムによれば、全てのパケットが送信されるのを待たずしてデータパケットの検証を行うことができる。どのパケットでもそれに対応するハッシュブロックの受信、検証が済んでさえいれば、検証を行うことが可能である。これにより遅れ時間を効果的に減少させることができ、遅れ時間は、ハッシュを算出したり、算出したハッシュを対応するハッシュブロックに格納された値と比較したりするために要する時間にまで減少する。この遅れ時間は、全てのパケットを受信した後でなければどのパケットの検証も行うことができないバルク署名を採用した場合の遅れ時間と比較してずっと短く、パケットレベルの署名に比べ、計算にかかるオーバヘッドも少なくできる。また更に、ハッシュブロック送信のタイミングの選択次第で時間の節約を行うことが可能である。例えば、ハッシュブロック中の第２のパケットは、該ハッシュブロック中の最初のパケットに従属する全てのパケットが送信されるまで送る必要はない。従って、本発明によれば全てのハッシュブロックを一度に送信することによる遅れ時間を節減することができる。結論以上説明したように、本発明による階層型ハッシュによれば、チェックサムでは不可能であった違法行為によるデータの改ざんからデータを保護することができるようになる。また更に、パケットレベルでの署名では不可能であった１つのデジタル署名を任意の量のデータに施すことが可能になる。この構造によりデータを受け取り次第その検証を行うことがで可能になるので、バルク署名による方法にみられるような全てのデータの受信を待たなければならないことによる遅れ時間を排除できる。しかも、受信と同時にデータの検証を行うことができるのにも関わらず、本発明に係るシステムは、個々のパケットに署名を施す方法では高くなってしまう計算にかかるオーバヘッドを低くできる。加えて、データの送受信が特定の順序で行われなくても、データの検証を開始することできる。階層型構造を用いることにより、破壊されているデータパケットやセクションを個別に認識することが可能になる。破壊されたデータパケットが存在しても、破壊されていない他のパケットは有効であり、破壊されたデータパケットの影響を受けない。加えて、破壊されたデータパケットがある場合でも、検証が済んでいない他のパケットの認証は可能である。また、他のパケットの検証中に、並行して破壊されたパケットの修理、回復を行うことができ、例えばバルク署名を用いる方法とは異なり、データの全部を置き換える必要はない。これにより大幅な効率化と、費やされる時間の大幅な節減が実現される。統括すると、本発明に係るシステムによれば、暗号技術を用いてデータの各部分を保護する一方で、１つのデジタル署名のみで任意の量のデータの保護が可能になる。これを達成するには、データを表すハッシュ値を階層型に構築し、その最上位の階層レベルのハッシュに署名を施し送信する。これを受信後、ハッシュ値に添付されたデジタル署名を検証する。その受信と同時に、データは対応するハッシュ値と比較して検証される。以上、本発明の実施の形態について既述したが、これは図示と説明のためであって、本発明の形態は上述の形態が全てではなく、何らこれに限定されるものではない。上述の記載に鑑みて、或いは本発明の実施を通じて種々の変容例、変形例が可能である。本発明の範囲は、請求の範囲及びその均等物によって定められる。

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (81)指定国ＥＰ(ＡＴ，ＢＥ，ＣＨ，ＣＹ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＳ，ＦＩ，ＦＲ，ＧＢ，ＧＲ，ＩＥ，ＩＴ，ＬＵ，ＭＣ，ＮＬ，ＰＴ，ＳＥ)，ＯＡ(ＢＦ，ＢＪ，ＣＦ，ＣＧ，ＣＩ，ＣＭ，ＧＡ，ＧＮ，ＧＷ，ＭＬ，ＭＲ，ＮＥ，ＳＮ，ＴＤ，ＴＧ)，ＡＰ(ＧＨ，ＧＭ，ＫＥ，ＬＳ，ＭＷ，ＳＤ，ＳＺ，ＵＧ，ＺＷ)，ＥＡ(ＡＭ，ＡＺ，ＢＹ，ＫＧ，ＫＺ，ＭＤ，ＲＵ，ＴＪ，ＴＭ) ，ＡＬ，ＡＭ，ＡＴ，ＡＵ，ＡＺ，ＢＡ，ＢＢ，ＢＧ，ＢＲ，ＢＹ，ＣＡ，ＣＨ，ＣＮ，ＣＵ，ＣＺ，ＤＥ，ＤＫ，ＥＥ，ＥＳ，ＦＩ，ＧＢ，ＧＤ，ＧＥ，ＧＨ，ＧＭ，ＨＲ，ＨＵ，ＩＤ，ＩＬ，ＩＮ，ＩＳ，ＪＰ，ＫＥ，ＫＧ，ＫＰ，ＫＲ，ＫＺ，ＬＣ，ＬＫ，ＬＲ，ＬＳ，ＬＴ，ＬＵ，ＬＶ，ＭＤ，ＭＧ，ＭＫ，ＭＮ，ＭＷ，ＭＸ，ＮＯ，ＮＺ，ＰＬ，ＰＴ，ＲＯ，ＲＵ，ＳＤ，ＳＥ，ＳＧ，ＳＩ，ＳＫ，ＳＬ，ＴＪ，ＴＭ，ＴＲ，ＴＴ，ＵＡ，ＵＧ，ＵＺ，ＶＮ，ＹＵ，ＺＷ (72)発明者パールマンラディアアメリカ合衆国 01720 マサチューセッツ州アクトンハックルベリーレーン 10 【要約の続き】

Claims

【特許請求の範囲】１．コンピュータに実装されるデータ処理方法は、データをパケットに分割する工程と、前記各パケット内の前記データをハッシュしてハッシュ値を有するハッシュブロックを生成する工程と、ハッシュブロックに署名を施す工程と、を備えることを特徴とする。２．請求項１に記載の方法において、前記の署名を施す工程は、更に、ハッシュブロックにデジタル署名を付加する副工程を含むことを特徴とする。３．請求項１に記載の方法は、更にデータセット及びハッシュブロックを送信する工程を備えることを特徴とする。４．請求項１に記載の方法において、前記ハッシュ工程は、更に、前記ハッシュ値が１つのパケットに収まるかどうかを判定する副工程を含むことを特徴とする。５．請求項１に記載の方法において、前記ハッシュ工程は、更に、耐衝突ハッシュ関数を適用する副工程を含むことを特徴とする。６．請求項１に記載の方法において、前記ハッシュ工程は、更に、（ａ）前記ハッシュ値をパケットに分割する副工程と、（ｂ）前記各パケットにハッシュ関数を適用する副工程と、を含むことを特徴とする。７．請求項６に記載の方法は、更に、結果として得られるハッシュ値が１つのパケットに収まる大きさになるまで前記（ａ）及び（ｂ）の副工程を繰り返す工程を備えることを特徴とする。８．請求項７に記載の方法において、前記（ａ）及び（ｂ）の副工程の反復の結果として得られる一連のハッシュ値は、１回前の反復で得られた一連のハッシュ値よりも小さくなることを特徴とする。９．請求項８に記載の方法において、前記パケットは少なくとも２つのハッシュ値を格納するのに十分な大きさを有することを特徴とする。１０．コンピュータに実装されるデータ処理方法は、データ、ハッシュブロック、及び、デジタル署名を有するパケットを受信する工程と、前記デジタル署名を検証する工程と、前記データのハッシュを行ってハッシュ値を生成する工程と、前記ハッシュ値を前記ハッシュブロックに格納された値と比較する工程と、を備えることを特徴とする。１１．コンピュータに実装されるデータ処理方法は、データセットに対応するハッシュブロックにデジタル署名を添付する工程と、前記データ及び前記ハッシュブロックを送信元から宛先へ送信する工程と、前記宛先での受信と同時に、前記ハッシュブロックに添付された前記デジタル署名を検証する工程と、受け取った前記データセットにハッシュ関数を適用する工程と、受け取った前記データから得られたハッシュを前記ハッシュブロックに格納されたハッシュ値と比較する工程と、を備えることを特徴する。１２．請求項１１に記載の方法において、前記の署名を施す工程は、更に、前記データセットをパケットに分割する副工程を含むことを特徴とする。１３．請求項１１に記載の方法において、前記のハッシュ関数を適用する工程は、更に、耐衝突ハッシュ関数を用いる副工程を含むことを特徴とする。１４．請求項１２に記載の方法において、前記パケットは少なくとも２つのハッシュ値を格納するのに十分な大きさを有することを特徴とする。１５．請求項１１に記載の方法において、前記の署名を施す工程は、更に、（ｉ）前記ハッシュブロックをパケットに分割する副工程と、（ii）前記パケットにハッシュ関数を適用して第２のハッシュブロックを生成する副工程と、を含むことを特徴とする。１６．請求項１５に記載の方法において、前記（ｉ）及び（ii）の副工程は結果として得られるハッシュブロックがデジタル署名と共に１つのパケットに収まる大きさになるまで繰り返されることを特徴とする。１７．データ処理装置は、データセットをパケットに分割する分割手段と、前記各パケット内のデータをハッシュしてハッシュ値を有するハッシュブロックを生成するハッシュ手段と、前記ハッシュブロックに署名を適用する適用手段と、を備えることを特徴とする。１８．請求項１７に記載の装置において、前記適用手段は、更に、ハッシュブロックにデジタル署名を付加する付加手段を含むことを特徴とする。１９．請求項１７に記載の装置は、更に、前記データセット及びハッシュブロックを送信する送信手段を含むことを特徴とする。２０．請求項１７に記載の装置において、前記ハッシュ手段は、更に、前記ハッシュ値が１つのパケットに収まるかどうかを判定する判定手段を含むことを特徴とする。２１．請求項１７に記載の装置において、前記ハッシュ手段は、更に、耐衝突ハッシュ関数を適用する適用手段を含むことを特徴とする。２２．請求項１７に記載の装置において、前記ハッシュ手段は、更に、（ａ）前記ハッシュ値をパケットに分割する分割手段と、（ｂ）ハッシュ関数を前記各パケットに適用する適用手段と、を含むことを特徴とする。２３．請求項２２に記載の装置は、更に、前記（ａ）及び（ｂ）の手段の機能を、結果として得られるハッシュ値が１つのパケットに収まる大きさになるまで繰り返し実行する実行手段を含むことを特徴とする。２４．データ処理装置は、データ、ハッシュブロック、及び、デジタル署名を含むパケットを受信する受信手段と、前記デジタル署名の認証を行う認証手段と、前記データをハッシュしてハッシュ値を生成するハッシュ手段と、前記ハッシュ値を前記ハッシュブロックに格納された値と比較する比較手段と、を備えることを特徴とする。２５．データ処理装置は、データセットに対応するハッシュブロックにデジタル署名を施す署名手段と、前記データ及び前記ハッシュブロックを送信元から宛先へ送信する送信手段と、宛先で受信すると同時に、前記ハッシュブロックに添付されたデジタル署名を検証する検証手段と、受信した前記データセットにハッシュ関数を適用する適用手段と、受信した前記データのハッシュ値を前記ハッシュブロックに格納されているハッシュ値と比較する比較手段と、を備えることを特徴とする。２６．請求項２５に記載の装置において、前記署名手段は、更に、前記データセットをパケットに分割する署名手段を含むことを特徴とする。２７．請求項２５に記載の装置において、前記適用手段は、更に、耐衝突ハッシュ関数を用いる手段を含むことを特徴とする。２８．請求項２６に記載の装置において、前記パケットは少なくとも２つのハッシュ値を格納するのに十分な大きさを有することを特徴とする。２９．請求項２５に記載の装置において、前記署名手段は、更に、（ｉ）前記ハッシュブロックをパケットに分割する分割手段と、（ii）ハッシュ関数を前記パケットに適用し第２のハッシュブロックを生成する適用手段と、を含むことを特徴とする。３０．請求項２９に記載の装置は、更に、前記（ｉ）及び（ii）の手段の機能を、結果として得られるハッシュブロックがデジタル署名と共に１つのパケットに収まる大きさになるまで繰り返し実行する実行手段を含むことを特徴とする。３１．データ処理のためのコンピュータ可読コードを記憶するコンピュータ可読媒体を備えるコンピュータ製品であって、前記コンピュータ可読媒体は、データセットをパケットに分割する分割モジュールと、前記各パケット内のデータをハッシュして、ハッシュ値を有するハッシュブロックを生成するハッシュモジュールと、前記ハッシュブロックに署名を適用する適用モジュールと、を備えることを特徴とする。３２．請求項３１に記載の製品において、前記適用モジュールは、更に、ハッシュブロックにデジタル署名を付加する付加モジュールを含むことを特徴とする。３３．請求項３１に記載の製品は、更に、前記データセット及びハッシュブロックを送信する送信手段を有することを特徴とする。３４．請求項３１に記載の製品において、前記ハッシュモジュールは、更に、前記ハッシュ値が１つのパケットに収まるがどうかを判定する判定モジュールを含むことを特徴とする。３５．請求項３１に記載の製品において、前記ハッシュモジュールは、更に、耐衝突ハッシュ関数を適用する適用モジュールを含むことを特徴とする。３６．請求項３１に記載の製品において、前記ハッシュモジュールは、更に、（ａ）前記ハッシュ値をパケットに分割する分割モジュールと、（ｂ）前記各パケットにハッシュ関数を適用する適用モジュールと、を含むことをを特徴とする。３７．請求項３６に記載の製品は、更に、前記（ａ）及び（ｂ）のモジュールの機能を、結果として得られるハッシュ値が１つのパケットに収まる大きさになるまで繰り返し実行する実行モジュールを含むことを特徴とする。３８．データ処理のためのコンピュータ可読コードを記憶するコンピュータ可読媒体を備えるコンピユータ製品であって、前記コンピュータ可読媒体は、データ、ハッシュブロック、及び、デジタル署名を有するパケットを受信する受信モジュールと、前記デジタル署名を検証する検証モジュールと、前記データをハッシュしてハッシュ値を生成するハッシュモジュールと、前記ハッシュ値を前記ハッシュブロックに格納されたハッシュ値と比較する比較モジュールと、を備えることを特徴とする。３９．データ処理のためのコンピュータ可読コードを記憶するコンピュータ可読媒体を備えるコンピュータ製品であって、前記コンピュータ可読媒体は、データセットに対応するハッシュブロックにデジタル署名を施す署名モジュールと、前記データ及び前記ハッシュブロックを送信元から宛先へ送信する送信モジュールと、前記宛先で受信すると同時に、前記ハッシュブロックに添付された前記デジタル署名を検証する検証モジュールと、受信した前記データセットにハッシュ関数を適用する適用手段と、受信した前記データのハッシュを前記ハッシュブロックに格納されたハッシュ値と比較する比較手段と、を備えることを特徴とする。４０．請求項３９に記載の製品において、前記署名モジュールは、更に、前記データセットをパケットに分割する署名モジュールを備えることを特徴とする。４１．請求項３９に記載の製品において、前記適用モジュールは、更に、耐衝突ハッシュ関数を用いる適用モジュールを有することを特徴とする。４２．請求項４０に記載の製品において、前記パケットは少なくとも２つのハッシュ値を格納するのに十分な大きさを有することを特徴とする。４３．請求項３９に記載の製品において、前記署名モジュールは、更に、（ｉ）前記ハッシュブロックをパケットに分割する分割モジュールと、（ii）前記パケットにハッシュ関数を適用して第２のハッシュブロックを生成する適用モジュールと、を備えることを特徴とする。４４．請求項４３に記載の製品は、更に、前記（ｉ）及び（ii）のモジュールの機能を、結果として得られるハッシュブロックがデジタル署名と共に１つのパケットに収まる大きさになるまで繰り返し実行する実行モジュールを含むことを特徴とする。４５．パケット化されたデータをプロセッサが処理するために用られるコンピュータ可読媒体に格納されたデータ構造であって、該データ構造は、各々がデータを有する複数のパケットと、前記データパケットにハッシュ関数を適用した結果得られるハッシュ値を有するハッシュブロックと、前記ハッシュブロックに付加されたデジタル署名と、を備えることを特徴とする。４６．プロセッサによるデータ処理に用られるコンピュータ可読媒体に別々に格納可能な部分データを有するデータ構造であって、該データ構造は、各々がデータを有する複数のパケットと、前記データパケットにハッシュ関数を適用した結果得られるハッシュ値を含む第１のハッシュブロックと、を備え、前記第１のハッシュブロックは、１つのパケットの大きさを基に定めた所定の大きさよりも大きいとともにハッシュブロックのパケットに分割されていることを特徴とし、該データ構造は、更に、前記第１のハッシュブロックのハッシュ値のパケットにハッシュ関数を適用した結果得られるハッシュ値を含む第２のハッシュブロックを備え、該第２のハッシュブロックは前記所定の大きさの許容する範囲内であることを特徴とする。４７．請求項４６に記載のデータ構造は、更に、前記第２のハッシュブロックに付加されたデジタル署名を有することを特徴とする。