JP2006053787A - Program execution device and program execution method - Google Patents
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Abstract
Description
本発明は、プログラム実行装置及びプログラム実行方法に関する。 The present invention relates to a program execution device and a program execution method.
ユーザがネットワークを経由してダウンロードしたプログラムを実行する場合、プログラムを実行する装置やその装置の利用者に危害を及ぼす可能性がないことを確認する必要がある。ここで、「危害」とは、許可されていない装置内の個人情報をプログラムが不正に閲覧したり、その情報をプログラムの実行装置外に送出したり、装置自体を停止させてしまったりすることである。 When a user executes a program downloaded via a network, it is necessary to confirm that there is no possibility of harming a device executing the program and a user of the device. Here, “hazard” means that the program illegally browses personal information in unauthorized devices, sends the information outside the program execution device, or stops the device itself. It is.
従来、このような危害が及ぶことがないように、図２５に示すようなプログラムの安全性を検証する方法が開示されている（例えば、特許文献１参照）。図２５において、プログラム作成システム３０１は、プログラム３０２及びプログラムの実行に必要なリソースや権限を列挙したアクセス制御リスト（以下、「ＡＣＬ」という。）３０３を作成する。次に、プログラム作成システム３０１は、これらをプログラム作成者とプログラム実行者双方が信頼する認証機関３０４へ送付し、証明機関３０４は、プログラム、ＡＣＬそれぞれに署名を施し、プログラム作成システム３０１へ返送する。プログラム作成システム３０１は、このように作成したプログラム、ＡＣＬ及びそれぞれの署名をサーバ３０５に蓄積する。
Conventionally, a method for verifying the safety of a program as shown in FIG. 25 is disclosed so as to prevent such harm (see, for example, Patent Document 1). In FIG. 25, the
プログラム実行装置３０６は、サーバ３０５より、プログラム３０７、ＡＣＬ３０８及びそれぞれの署名をダウンロードする。そして、プログラムの実行を開始する際、検証手段３０９は、プログラムの署名が信頼する証明機関によるものであるか否か検証する。この署名の検証は、公開鍵暗号等の技術を用い、予め証明機関３０４の公開鍵を入手しておくことで容易に可能である（例えば、非特許文献１参照）。署名検証により、プログラムに施された署名が証明機関３０４のものであると判断できれば、プログラム実行装置３０６はプログラム３０７を実行し、そうでなければ実行を拒絶することで、安全性を確保する。
The
しかし、プログラムに信頼する証明機関による署名が施されていても、バッファオーバーフローのような脆弱性がプログラムに存在した場合、悪意あるデータがプログラムに入力されれば、データ入力者がプログラム実行装置に任意の動作を行わせることが可能な場合あり、危険である（例えば、非特許文献２参照）。 However, even if the program is signed by a trusted certificate authority, if a vulnerability such as a buffer overflow exists in the program, if malicious data is entered into the program, the data entry person enters the program execution device. Arbitrary operations can be performed, which is dangerous (for example, see Non-Patent Document 2).
具体的には、特許文献１において示される方法で署名を施されたプログラムをサーバ（プログラム実行装置）上で実行し、インターネットを介した顧客からの入力データに応じて、商品を販売するサービスを提供する場合を想定する。非特許文献２に示すような脆弱性がプログラムに存在した場合、本来商品の名前が入力として期待されるデータに、非特許文献２が示すような巧妙に仕組まれたプログラムを挿入することで、悪意のある顧客は動作中のプログラムを改ざんし、サーバ上にある他の顧客の個人情報を盗むことが可能となる場合がある。
Specifically, a service that executes a program signed by the method shown in
この問題を解決する方法として、プログラムの実行を一旦開始した後も、動的にプログラムが改ざんされているか否か検証を行い、改ざんが検出されれば、その段階で実行を停止する方法が開示されている（例えば、非特許文献３参照）。 As a method for solving this problem, there is disclosed a method for verifying whether or not a program has been tampered with dynamically even after program execution has been started, and stopping execution at that stage if tampering is detected. (For example, see Non-Patent Document 3).
プログラム全体が改ざんされているか否かを検証するには時間を要するため、非特許文献３では、プログラム全体ではなく、プログラムの命令列を分割し、その分割単位（以下、「ページ」という。）が２次記憶手段から１次記憶手段へ複製される度に、各ページが改ざんされているか否かを検証する。
Since it takes time to verify whether or not the entire program has been tampered with, Non-Patent
より詳細に説明すると、図２６に示すように、一般にパーソナルコンピュータやワークステーション等のプログラム実行装置１１１は、高価であるが高速に読み書き可能な小容量の１次記憶手段１１３と、安価で低速な大容量の２次記憶手段１１４とを有し、これらに記憶されたデータに対し、計算手段１１２を用いて演算を繰り返すことでプログラムを実行する。そのため、実行していないプログラムは２次記憶手段１１４に蓄積しておき、プログラムを実行する際に１次記憶手段１１３に複製し、この上でプログラムを実行する。
More specifically, as shown in FIG. 26, a
１次記憶装置手段１１３の容量は、一般に小さいため、この複製の管理単位はプログラム全体ではなく、プログラムの命令列を分割したページ単位で行う。図２６に示す例では、実行しようとするプログラムＡはページ１〜４の４ページ、１次記憶手段１１３のページ格納領域は３つあるものとする。
Since the capacity of the
又、プログラムＡの各ページについては、メッセージダイジェストが予め計算されているものとする。各ページは、プログラムの一部、即ち計算手段１１２の命令列であることから、バイト列とみなすことができ、各ページのメッセージダイジェストは、ＳＨＡ−１やＲＳＡといった一般的な一方向性関数により作成される（例えば、非特許文献１参照）。 In addition, for each page of the program A, a message digest is calculated in advance. Since each page is a part of the program, that is, the instruction sequence of the calculation means 112, it can be regarded as a byte sequence, and the message digest of each page is determined by a general one-way function such as SHA-1 or RSA. It is created (for example, see Non-Patent Document 1).
各プログラムのページのメッセージダイジェスト１１４ａ、１１４ｂ、１１４ｃ、１１４ｄは、２次記憶手段１１４に蓄積されており、プログラムＡを実行する際に２次記憶手段１１４からメッセージダイジェスト蓄積手段１１７へ複製する。メッセージダイジェスト蓄積手段１１７は、実行中のプログラムからは読み書きできない記憶手段とする。
The message digests 114a, 114b, 114c, 114d of the pages of each program are stored in the
プログラム実行装置１１１は、メッセージダイジェストを複製した後、プログラムＡを実行するが、実行順序は図２７に示すように時刻ｔ、ｔ＋１、ｔ＋２、ｔ＋３、ｔ＋４、ｔ＋５にはそれぞれページ１、ページ２、ページ３、ページ１、ページ２、ページ４の順で進み、以後ページ１に戻って繰り返すこととし、図２７ではｔ＋８までの様子を記述している。
The
プログラム実行装置１１１は、計算手段１１２を用いて、必要に応じて２次記憶手段１１４からプログラムＡのページを１次記憶手段１１３へ複製しつつ、プログラムＡの実行を進めるが、１次記憶装置１１３のページ格納領域は限られているので、空きがなくなると古いものから順に上書きされる。時刻ｔ、ｔ＋１、ｔ＋２、ｔ＋３、ｔ＋４、ｔ＋５の一次記憶手段１１３の内容は、図２７に示すとおりである。
The
非特許文献２に開示する方法は、２次記憶手段１１４から１次記憶手段１１３にプログラムＡのページを複製するタイミングにおいて、各ページが改ざんされているか否か、プログラムページのメッセージダイジェストを用いて検証する方法である。図２７の例では、時刻ｔにページ１、時刻ｔ＋１にページ２、時刻ｔ＋２及び時刻ｔ＋８にページ３、時刻ｔ＋５にページ４が改ざんされているか否か検証を行う。
The method disclosed in Non-Patent
改ざんされているか否かの検証は、メッセージダイジェスト検証手段１１５が、１次記憶手段１１３に蓄積されるプログラムのページについて再度メッセージダイジェストを計算し、これがメッセージダイジェスト蓄積手段１１７に蓄積されているメッセージダイジェストと一致するか否かにより行う。一致していれば改ざんはなかったと判定し、不一致の場合は、プログラムが改ざんされたと判断する。
The message
又、当該プログラム実行装置１１１において実行される他のプログラムが改ざんされ、そのプログラムにより２次記憶手段１１４に蓄積されたプログラムＡのページが改ざんされたとしても、各ページのメッセージダイジェストが安全なメッセージダイジェスト蓄積手段１１７に複製されていることから、改ざんを検出することが可能となる。
しかしながら、上述した非特許文献３に開示される技術では、プログラムを実行している間、頻繁に実行されているページは１次記憶手段１１３に常に複製されており、２次記憶手段１１４から複製される機会がないため、プログラムが改ざんされているか否かの検証が行えないという問題点があった。例えば、図２７において、常に１次記憶手段１１３に存在するプログラムのページ、即ちページ１やページ２に脆弱性があった場合、各ページが改ざんされているか否かを検証する機会が少ないため、ページ１やページ２を改ざんされても検知することが困難である。
However, in the technique disclosed in
そこで、本発明は、上記の課題に鑑み、効率良くプログラムの改ざんを検知することができるプログラム実行装置及びプログラム実行方法を提供することを目的とする。 In view of the above-described problems, an object of the present invention is to provide a program execution device and a program execution method that can efficiently detect falsification of a program.
上記目的を達成するため、本発明の第１の特徴は、（イ）実行するプログラムを、プログラムの命令列によって分割した単位であるページ毎に蓄積する１次記憶手段と、（ロ）実行中のプログラムが特権プログラムの機能を呼び出したことを検出する特権プログラム機能呼び出し検出手段と、（ハ）特権プログラム機能呼び出し検出手段により検出が行われた場合、１次記憶手段に蓄積されている実行中のページの改ざんの有無を検証する検証手段とを備えるプログラム実行装置であることを要旨とする。ここで「特権プログラム」とは、プログラム実行装置におけるプログラムの実行を管理するためのプログラム（システムコール）である。 In order to achieve the above object, the first feature of the present invention is that (a) primary storage means for accumulating a program to be executed for each page which is a unit divided by an instruction sequence of the program; And (c) when the detection is performed by the privileged program function call detecting means, the execution being stored in the primary storage means. The gist of the present invention is that the program execution device includes verification means for verifying whether or not the page of the page is falsified. Here, the “privileged program” is a program (system call) for managing the execution of the program in the program execution device.
第１の特徴に係るプログラム実行装置によると、特権プログラムが呼び出されたときに改ざんの有無を検証するため、効率良くプログラムの改ざんを検知することができる。 According to the program execution device according to the first feature, since the presence or absence of falsification is verified when the privileged program is called, it is possible to efficiently detect the falsification of the program.
又、第１の特徴に係るプログラム実行装置は、プログラムの実行前に、ページ毎のメッセージダイジェストを予め蓄積するメッセージダイジェスト蓄積手段を更に備え、検証手段は、１次記憶手段に蓄積されたページのメッセージダイジェストを計算し、メッセージダイジェスト蓄積手段に蓄積されたメッセージダイジェストと比較することにより、改ざんの有無を検証してもよい。このプログラム実行装置によると、メッセージダイジェスト（ハッシュ値）を用いて改ざんの有無を検証することができる。 The program execution apparatus according to the first feature further includes message digest storage means for storing a message digest for each page in advance before execution of the program, and the verification means stores the page digest stored in the primary storage means. The presence or absence of tampering may be verified by calculating a message digest and comparing it with the message digest stored in the message digest storage means. According to this program execution device, it is possible to verify the presence or absence of falsification using a message digest (hash value).
又、第１の特徴に係るプログラム実行装置は、プログラムの実行が開始されてから所定の時間間隔で、時間の経過を通知するタイマ手段を更に備え、検証手段は、タイマ手段から通知があった場合、１次記憶手段に蓄積されている実行中のページの改ざんの有無を検証してもよい。このプログラム実行装置によると、改ざんの有無を検証する頻度が増し、より確実に改ざんを検知することができる。 The program execution device according to the first feature further includes timer means for notifying the passage of time at a predetermined time interval after the execution of the program is started, and the verification means is notified from the timer means. In this case, it may be verified whether or not the page being executed stored in the primary storage means has been tampered with. According to this program execution device, the frequency of verifying the presence or absence of tampering increases, and tampering can be detected more reliably.
又、第１の特徴に係るプログラム実行装置は、プログラムが実行されたときの関数呼び出しの履歴を蓄積する関数呼び出し履歴蓄積手段とを更に備え、検証手段は、関数呼び出し履歴蓄積手段に蓄積されているページの改ざんの有無を検証してもよい。このプログラム実行装置によると、共通関数などから特権プログラム機能を呼び出した場合でも、プログラムの改ざんを検知することができる。 The program execution apparatus according to the first feature further includes function call history storage means for storing a function call history when the program is executed, and the verification means is stored in the function call history storage means. The presence or absence of falsification of the existing page may be verified. According to this program execution device, even when a privileged program function is called from a common function or the like, it is possible to detect alteration of the program.
又、第１の特徴に係るプログラム実行装置の検証手段は、予め定められた時間内に既に検証を行ったページについては、改ざんの有無を検証しなくてもよい。このプログラム実行装置によると、改ざん検証の回数を減らすことができ、高速にプログラム実行を行いつつ、改ざんの検知を行うことができる。 In addition, the verification unit of the program execution device according to the first feature does not need to verify the presence / absence of alteration of a page that has already been verified within a predetermined time. According to this program execution device, the number of alteration verifications can be reduced, and alteration detection can be performed while executing the program at high speed.
又、第１の特徴に係るプログラム実行装置において、１次記憶手段は、ページ毎にフラグを有し、認証手段は、フラグの値に応じて、ページの改ざんの有無を検証してもよい。このプログラム実行装置によると、改ざん検証を行うページを任意に指定することができ、改ざん検証の回数を減らすことができる。 In the program execution device according to the first feature, the primary storage means may have a flag for each page, and the authentication means may verify whether the page has been tampered with according to the value of the flag. According to this program execution device, a page on which falsification verification is performed can be arbitrarily designated, and the number of falsification verifications can be reduced.
又、第１の特徴に係るプログラム実行装置は、プログラム単体の負荷、あるいはプログラム実行装置全体の負荷を計測する負荷計測手段を更に備え、検証手段は、負荷計測手段によって計測された負荷が高い場合、プログラム実行中は検証すべきプログラムのページを記録し、負荷計測手段によって計測された負荷が低くなったときに、ページの改ざんの有無を検証してもよい。このプログラム実行装置によると、低い負荷のときにプログラムの改ざん検証を行うことができ、プログラム本来の実行速度を維持することができる。 The program execution device according to the first feature further includes load measurement means for measuring a load of the program alone or a load of the entire program execution device, and the verification means has a high load measured by the load measurement means. During program execution, a program page to be verified may be recorded, and when the load measured by the load measuring means becomes low, the presence or absence of page alteration may be verified. According to this program execution device, it is possible to verify the falsification of the program when the load is low, and to maintain the original execution speed of the program.
本発明の第２の特徴は、実行するプログラムを、プログラムの命令列によって分割した単位であるページ毎に蓄積するステップと、実行中のプログラムが特権プログラムの機能を呼び出したことを検出するステップと、前記検出するステップにより検出が行われた場合、前記蓄積されている実行中のページの改ざんの有無を検証するステップとを含むプログラム実行方法であることを要旨とする。 The second feature of the present invention is that a program to be executed is stored for each page, which is a unit divided by an instruction sequence of the program, and a step of detecting that a program being executed calls a function of a privileged program. When the detection is performed by the detecting step, the program execution method includes a step of verifying whether or not the stored page is being altered.
第２の特徴に係るプログラム実行方法によると、特権プログラムが呼び出されたときに改ざんの有無を検証するため、効率良くプログラムの改ざんを検知することができる。 According to the program execution method according to the second feature, since the presence or absence of falsification is verified when the privileged program is called, it is possible to efficiently detect the falsification of the program.
本発明によると、効率良くプログラムの改ざんを検知するプログラム実行装置及びプログラム実行方法を提供することができる。 ADVANTAGE OF THE INVENTION According to this invention, the program execution apparatus and program execution method which detect the alteration of a program efficiently can be provided.
次に、図面を参照して、本発明の第１〜第５の実施の形態を説明する。以下の図面の記載において、同一又は類似の部分には、同一又は類似の符号を付している。ただし、図面は模式的なものであることに留意すべきである。 Next, first to fifth embodiments of the present invention will be described with reference to the drawings. In the following description of the drawings, the same or similar parts are denoted by the same or similar reference numerals. However, it should be noted that the drawings are schematic.
＜第１の実施の形態＞
（プログラム実行装置）
第１の実施の形態に係るプログラム実行装置１１は、図１に示すように、計算手段１２と、１次記憶手段１３と、２次記憶手段１４と、メッセージダイジェスト検証手段１５と、特権プログラム機能呼び出し検出手段１６と、メッセージダイジェスト蓄積手段１７と、入出力手段１８とを備える。尚、図１では、各構成手段（計算手段１２、１次記憶手段１３、２次記憶手段１４、メッセージダイジェスト検証手段１５、特権プログラム機能呼び出し検出手段１６、メッセージダイジェスト蓄積手段１７、入出力手段１８）が１つの場合を例示しているが、これらの構成手段は複数あっても良いことは勿論である。
<First Embodiment>
(Program execution device)
As shown in FIG. 1, the
まず、第１の実施の形態に係るプログラム実行装置１１が実行するプログラムＡ１４１について、説明する。
First, the program A141 executed by the
プログラムＡは、図２に示すように、計算手段１２に与える命令列１４１ａと、命令列を分割したページ毎に与えられるメッセージダイジェスト１４１ｂと、ページ毎のメッセージダイジェストへの署名１４１ｃより構成される。ページ毎のメッセージダイジェストは、第１の実施の形態では、プログラム配布時に予め用意されるものとするが、２次記憶手段１４上に蓄積される間は作成されず、１次記憶手段１３に複製するときやプログラム起動時に一括して作成してもよい。この場合、ページ毎のメッセージダイジェストへの署名１４１ｃは存在しないとするか、又は、プログラム命令列全体に対する署名を有してもよい。あるいは、プログラムによって予め用意したり、１次記憶手段１３に複製するときに用意したり選択できるようにしてもよい。
As shown in FIG. 2, the program A includes an
図２の例では、プログラムＡの命令列１４１ａは、４つのページに分割され、それぞれのページに対してメッセージダイジェストＨ１、Ｈ２、Ｈ３、Ｈ４を有している。命令列の分割単位は、第１の実施の形態では、１次記憶手段１３と２次記憶手段１４との間で複製を管理する単位とするが、メッセージダイジェストの計算を行う単位は必ずしもこれに一致する必要はない。例えば、図３に示すように、１次記憶手段１３と２次記憶手段１４との間の複製を管理する単位の半分でメッセージダイジェストの計算を行うようにしてもよい。
In the example of FIG. 2, the
各ページのメッセージダイジェストを計算する方法は幾通りもあるが、例えば、図４に示すように、プログラムの各ページをＮ個のワード列（ここでは６４ｂｉｔとする）で表現（Ｂ0、Ｂ1、Ｂ2、…、Ｂn）し、各ページのメッセージダイジェストを計算する。具体的には、Ｘ，Ｖを初期化し（ステップＳ１０１）、Ｎ個のワード列がすべて関数Ｈ（ｘ）によって計算されるまで繰り返す（ステップＳ１０２〜１０４）。ここで、関数Ｈ（ｘ）は、ＳＨＡ−１やＭＤ５のような一般的な一方向性関数やｘ＝Ｈ（ｘ）となるような関数を用いればよい。 There are various methods for calculating the message digest of each page. For example, as shown in FIG. 4, each page of the program is expressed by N word strings (here, 64 bits) (B 0 , B 1 , B 2 ,..., B n ) and calculate the message digest for each page. Specifically, X and V are initialized (step S101) and repeated until all N word strings are calculated by the function H (x) (steps S102 to 104). Here, the function H (x) may be a general one-way function such as SHA-1 or MD5 or a function such that x = H (x).
又、ページ毎のメッセージダイジェストへの署名を算出する方法は幾通りもあるが、例えば、図５に示すように、プログラムの各ページのメッセージダイジェストＶ0、Ｖ1、Ｖ2、…、Ｖnから署名を算出する。具体的には、Ｘ，Ｖを初期化し（ステップＳ２０１）、Ｎ個のメッセージダイジェストがすべて関数Ｈ（ｘ）によって計算されるまで繰り返す（ステップＳ２０２〜２０４）。そして、関数Ｓ（ｘ，ｋ）によって、署名を算出する（ステップＳ２０５）。ここで、関数Ｓ（ｘ，ｋ）は、ＲＳＡ暗号等の一般的な公開鍵暗号を用いて実現すればよい。ステップＳ２０５において、公開鍵暗号の計算に必要な鍵Ｋsはプログラムを作成した者の秘密鍵を用いることとし、プログラムがプログラム実行装置の外部で作成された場合は、署名は予めプログラムの作成者により作成されているものとする。尚、２次記憶手段１４上のプログラムに、改ざんのおそれがない場合は、署名は省略することも可能である。 There are various methods for calculating the signature for the message digest for each page. For example, as shown in FIG. 5, the message digests V 0 , V 1 , V 2 ,. The signature is calculated from Specifically, X and V are initialized (step S201) and repeated until all N message digests are calculated by the function H (x) (steps S202 to S204). Then, the signature is calculated by the function S (x, k) (step S205). Here, the function S (x, k) may be realized by using a general public key encryption such as RSA encryption. In step S205, the key K s necessary for the calculation of the public key cryptography uses the secret key of the person who created the program. It shall be created by. If the program on the secondary storage means 14 is not likely to be tampered with, the signature can be omitted.
次に、図１に示す第１の実施の形態に係るプログラム実行装置１１の各構成手段について、詳細に説明する。
Next, each component means of the
計算手段１２は、２次記憶手段１４に蓄積されたプログラムＡ１４１を１次記憶手段１３のプログラム格納領域１３１へ複製する。又、計算手段１２は、ページに分割された実行可能な命令列よりなるプログラムＡ１４１を実行し、１次記憶手段１３や２次記憶手段１４の内容を四則演算等により更新する。又、計算手段１２は、特権プログラム機能呼び出し手段１６から特権プログラムが呼び出されたことを通知された場合、メッセージダイジェスト検証手段１５に、その旨を通知する。更に、計算手段１２は、メッセージダイジェスト検証手段１５から検証結果を受信し、検証結果に基づいて、プログラムの実行を停止する。尚、計算手段１２は、実行するプログラムに署名が添付されている場合、プログラムを複製する前に署名の検証を行う。
The calculation means 12 copies the
１次記憶手段１３は、２次記憶手段１４に蓄積されたプログラムの一部又は全部を複製し、蓄積する。１次記憶手段１３は、１つ又は複数のプログラムの複製を蓄積するためのプログラム格納領域１３１と、特権プログラム１３２とを有する。又、１次記憶手段１３は、２次記憶手段１４に比べ、高速に読み書きできることが求められることから、例えば、ＲＡＭなどのデバイスを用いることが望ましい。
The
第１の実施の形態に係るプログラム格納領域１３１は、例えば、図６に示すように、１つのプログラムに対し、３つのプログラムのページを格納するページ格納領域１３１ａを有する。
For example, as shown in FIG. 6, the
２次記憶手段１４は、１つ又は複数のプログラムを蓄積する。２次記憶手段１４は、より多くのプログラムを蓄積することが望まれるため、ハードディスクやフラッシュメモリなど比較的安価なデバイスを用いて実現することが望ましい。
The
メッセージダイジェスト蓄積手段１７は、プログラムを実行する前に当該プログラムの各メッセージダイジェストを蓄積する。又、メッセージダイジェスト蓄積手段１７は、図１に示すように、他の構成手段と独立した構成としてもよく、特権プログラムの機能として１次記憶手段１３や２次記憶手段１４上に実装してもよいが、特権プログラム以外のプログラムからは読み書きできない記憶空間としておく必要がある。 The message digest storage means 17 stores each message digest of the program before executing the program. Further, as shown in FIG. 1, the message digest storage means 17 may be configured independently of other configuration means, or may be implemented on the primary storage means 13 or the secondary storage means 14 as a privileged program function. Although it is good, it must be a storage space that cannot be read and written by programs other than privileged programs.
特権プログラム機能呼び出し検出手段１６は、特権プログラムが呼び出されたことを検出する。プログラムＡ１４１等の通常のプログラムは、ファイルへのアクセス等、高度で複雑な処理は特権プログラムに処理を依頼し、処理結果を特権プログラムから受け取ることにより処理を実現する。特権プログラム機能呼び出し検出手段１６は、このように特権プログラムが呼び出されたタイミングを検出し、計算手段１２へ通知する。そして、計算手段１２は、メッセージダイジェスト検証手段１５へ特権プログラムが呼び出されたことを通知する。
The privileged program function
メッセージダイジェスト検証手段１５は、特権プログラムが呼び出された場合、１次記憶手段１３上にあるプログラムのページのメッセージダイジェストを計算し、予めメッセージダイジェスト蓄積手段１７に蓄積された当該プログラムのページのメッセージダイジェストと比較する。メッセージダイジェスト検証手段１５は、比較結果が一致すれば、プログラムの改ざんがないことを、比較結果が異なれば、プログラムの改ざんがあったことを計算手段１２に通知する。図１では、メッセージダイジェスト検証手段１５は、独立した構成とするが、特権プログラムの機能として実現してもよい。
When the privileged program is called, the message digest
入出力手段１８は、データの入力あるいは出力を行う。入力手段としては、キーボード、マウス等の機器などが用いられ、フロッピーディスク（登録商標）装置、ＣＤ−ＲＯＭ装置、ＤＶＤ装置等も含む。入力手段から入力操作が行われると対応するキー情報や位置情報が計算手段１２に伝達される。又、出力手段としては、モニタなどの画面が用いられ、液晶表示装置（ＬＣＤ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）パネル、エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）パネル等が使用可能である。又、入出力手段１８は、インターネットなどを介して外部との通信を行う通信手段として機能してもよい。この場合、入出力手段１８は、プログラムＡや後に詳述する署名の検証時に必要な公開鍵をインターネットを介してダウンロードすることができる。
The input / output means 18 inputs or outputs data. As the input means, devices such as a keyboard and a mouse are used, and include a floppy disk (registered trademark) device, a CD-ROM device, a DVD device, and the like. When an input operation is performed from the input means, corresponding key information and position information are transmitted to the calculation means 12. As the output means, a screen such as a monitor is used, and a liquid crystal display (LCD), a light emitting diode (LED) panel, an electroluminescence (EL) panel, or the like can be used. The input /
又、第１の実施の形態に係るプログラム実行装置１１は、処理制御装置（ＣＰＵ）を有し、計算手段１２、メッセージダイジェスト検証手段１５、特権機能プログラム呼び出し検出手段１６などをモジュールとしてＣＰＵに内蔵する構成とすることができる。これらのモジュールは、パーソナルコンピュータ等の汎用コンピュータにおいて、所定のプログラム言語を利用するための専用プログラムを実行することにより実現することができる。
The
又、図示していないが、プログラム実行装置１１は、計算処理、メッセージダイジェスト検証処理、特権プログラム機能呼び出し検出処理などを処理制御装置（ＣＰＵ）に実行させるためのプログラムを蓄積するプログラム保持部を備えてもよい。プログラム保持部は、例えば、ＲＡＭ、ＲＯＭ、ハードディスク、フレキシブルディスク、コンパクトディスク、ＩＣチップ、カセットテープなどの記録媒体である。このような記録媒体によれば、プログラムの蓄積、運搬、販売などを容易に行うことができる。
Although not shown, the
（プログラム実行方法）
次に、第１の実施の形態に係るプログラム実行方法について、説明する。ここでは、プログラムＡ１４１を実行する。
(Program execution method)
Next, a program execution method according to the first embodiment will be described. Here, the program A141 is executed.
まず、プログラムＡをＣ言語で記述したものを図７に示す。図７（ａ）は、プログラムＡのコード、即ち、関数main、funcA、funcBの定義を含む。又、図７（ａ）の中の関数funcBは、libcなどの共通ライブラリに含まれる関数とし、図７（ｂ）にその定義を示す。これらをコンパイルし、プログラム実行装置１１の計算手段１２で実行可能な命令列に変換し、ページに分割した例を図８に示す。
First, FIG. 7 shows the program A written in C language. FIG. 7A includes the definition of the program A code, that is, the functions main, funcA, and funcB. A function funcB in FIG. 7A is a function included in a common library such as libc, and its definition is shown in FIG. 7B. FIG. 8 shows an example in which these are compiled, converted into an instruction sequence executable by the calculation means 12 of the
図８では、最左列にアドレスを、中央列にラベルを、最右列に命令列の一部を記述している。最左列のアドレスは、プログラム内における命令の格納順を表し、ラベルはJUMP命令等の制御命令の指定のために便宜上付しているプログラムの位置情報である。命令列の一部について、以下に説明する。 In FIG. 8, an address is described in the leftmost column, a label is described in the center column, and a part of the instruction sequence is described in the rightmost column. The address in the leftmost column represents the storage order of instructions in the program, and the label is program position information attached for convenience in order to specify a control instruction such as a JUMP instruction. A part of the instruction sequence will be described below.
CALL命令は、指定された関数を呼び出して実行することを意味し、RET命令により元の実行位置に戻ることとする。INTR命令は、特権プログラムの機能呼び出しを行うことを示し、JUMP命令は、指定されたアドレス（ラベル）へプログラムの実行を移すものとする。尚、ここでは、説明を簡便にするため、条件分岐をＣ言語のまま記述するが、一般的なプログラム実行装置の条件分岐命令などに変換することは容易に可能である。 The CALL instruction means that the specified function is called and executed, and the RET instruction returns to the original execution position. The INTR instruction indicates a function call of a privileged program, and the JUMP instruction transfers the execution of the program to a specified address (label). Here, in order to simplify the description, the conditional branch is described in the C language, but it can be easily converted into a conditional branch instruction or the like of a general program execution device.
図７及び図８に示したプログラムＡを実行することを例にとり、以下に、プログラム実行方法について図９〜図１２を用いて説明する。 Taking the case where the program A shown in FIGS. 7 and 8 is executed as an example, the program execution method will be described below with reference to FIGS.
まず、プログラム実行装置１１の計算手段１２は、２次記憶手段１４よりプログラムＡを検索して、実行を開始する。このとき、第１の実施の形態では、プログラムＡに署名が添付されていることから、図９のステップＳ３０１において、計算手段１２は、署名の検証を行う。
First, the calculation means 12 of the
具体的には、図１０に示すように、Ｘ，Ｖを初期化し（ステップＳ４０１）、Ｎ個のメッセージダイジェストがすべて関数Ｈ（ｘ）によって計算されるまで繰り返す（ステップＳ４０２〜４０４）。そして、関数Ｄ（ｘ，ｙ）を計算し、メッセージダイジェストＶと一致するか否か判断する（ステップＳ４０５）。ここで、関数Ｄ（ｘ，ｙ）は公開鍵暗号等で利用する復号化関数であり、図５に示すＳ（ｘ，ｙ）と対になるものを利用すればよい。ステップＳ４０５における関数Ｄ（ｘ，ｙ）の引数Ｋpは、署名者、この場合はプログラム作成者の公開鍵であり、予め取得しておくことが望ましい。これは、プログラム実行装置１１に対し、外部との通信が可能な入出力手段を負荷し、検証時にこの入出力手段を通じて取得することも可能である。署名が正しければ、図９のステップＳ３０２へ進み、正しくない場合は、ステップＳ４０６へ進み、プログラムの実行を停止する。
Specifically, as shown in FIG. 10, X and V are initialized (step S401), and the process is repeated until all N message digests are calculated by the function H (x) (steps S402 to 404). Then, the function D (x, y) is calculated, and it is determined whether or not it matches the message digest V (step S405). Here, the function D (x, y) is a decryption function used in public key cryptography or the like, and a function paired with S (x, y) shown in FIG. 5 may be used. The argument K p of the function D (x, y) in step S405 is the public key of the signer, in this case, the program creator, and is preferably obtained in advance. It is also possible to load the
次に、図９のステップＳ３０２において、計算手段１２は、２次記憶手段１４に蓄積されたプログラムＡ１４１を１次記憶手段１３のプログラム格納領域１３１へ複製する。又、計算手段１２は、プログラムＡ１４１に含まれるメッセージダイジェストをメッセージダイジェスト蓄積手段１７へ複製する。
Next, in step S <b> 302 of FIG. 9, the
プログラムＡは、図７及び図８に示す命令列となっていることから、計算手段１２は、プログラムをページ１、ページ２、ページ４、ページ１、ページ２、ページ３の順に実行していき、以後これを繰り返す。プログラム１１は、初めてページ１の命令列を実行するとき、まず、ページ１の内容を２次記憶手段１４から１次記憶手段１３へ複製する。１次記憶手段１３には複数のプログラム格納領域が存在するが、その特定はプログラム実行時に各プログラムを一意に識別するＩＤを付与することなどにより、容易に可能である。
Since the program A has the instruction sequence shown in FIGS. 7 and 8, the
プログラムの複製は、具体的には、図１１に示すように、プログラム格納領域１３１のページ格納領域に空きがあるか否か判断する（ステップＳ５０１）。空きがある場合は、空いているページ格納領域にページを複製し（ステップＳ５０２）、空きがない場合は、最も古く利用されたページ格納領域の内容を消去し、上書きする（ステップＳ５０３）。 Specifically, as shown in FIG. 11, the program copy is determined as to whether or not there is a free page storage area in the program storage area 131 (step S501). If there is a vacancy, the page is copied to the vacant page storage area (step S502). If there is no vacancy, the oldest used page storage area is erased and overwritten (step S503).
次に、図９のステップＳ３０３において、計算手段１２は、プログラムＡを実行する。
Next, in step S303 in FIG. 9, the
次に、図９のステップＳ３０４において、特権プログラム呼び出し検出手段１６は、特権プログラムが呼び出されたか否か検出する。例えば、２次記憶手段１４から１次記憶手段１３への複製は、特権プログラムの機能として実現することも可能である。この場合、複製時に、特権プログラム機能呼び出し検出手段１６は、特権プログラム機能呼び出しを検出する。特権プログラム機能が呼び出された場合は、ステップＳ３０５へ進み、呼び出されなかった場合は、ステップＳ３０２へ戻る。
Next, in step S304 of FIG. 9, the privileged program
次に、ステップＳ３０５において、特権プログラム機能呼び出し手段１６から特権プログラム機能の呼び出しの通知を受けた計算手段１２は、一旦プログラムＡの実行を停止する。
Next, in step S305, the
そして、ステップＳ３０６において、計算手段１２から通知を受けたメッセージダイジェスト検証手段１５は、メッセージダイジェストの計算を行う。
In step S306, the message digest
具体的には、図１２に示すように、メッセージダイジェスト検証手段１５は、１次記憶手段１３上のページに対するメッセージダイジェストＶ’を計算し（ステップＳ６０１）、メッセージダイジェスト蓄積手段１７に蓄積されたメッセージダイジェストＶを取得する（ステップＳ６０２）。そして、メッセージダイジェストＶ’とメッセージダイジェストＶとを比較し（ステップＳ６０３）、異なる場合は、改ざんがあったとして、プログラムの実行を停止する（ステップＳ３０４）。メッセージダイジェストＶ’とメッセージダイジェストＶとが一致する場合は、改ざんはなかったとして、図９のステップＳ３０７へ進む。
Specifically, as shown in FIG. 12, the message digest
そして、プログラムが終了するまでステップＳ３０２〜３０６を繰り返す。 Then, steps S302 to S306 are repeated until the program ends.
以下、図７及び図８に示すプログラムＡを続けて実行した場合の動作について、詳細に説明する。 Hereinafter, an operation when the program A shown in FIGS. 7 and 8 is continuously executed will be described in detail.
ページ１内のプログラムの実行を進めると、特権プログラムの機能呼び出し（図８の２０１）が存在することから、プログラム実行装置１１は、プログラムＡの実行中、特権プログラムの機能呼び出しを行う。特権プログラム機能呼び出し検出手段１６がこれを検出すると、プログラム実行装置１１は、一旦プログラムＡの実行を停止し、１次記憶手段１３上にあるプログラムＡのページ１の複製を用いてメッセージダイジェストの計算を行う。プログラムＡの実行を停止する際に、計算手段１２は、プログラムＡの実行中のアドレスを記憶しておけば、計算手段１２は、検証すべきページがページ１であることを容易に知り得、メッセージダイジェストの計算が可能である。
When the execution of the program in
ページ１が改ざんされていれば、プログラム実行装置１１はプログラムＡの実行を停止するが、改ざんが検知されなければ実行を進める。
If
プログラム実行装置１１は、プログラムＡの実行を更に進めると、図８の関数funcAを呼び出す（図８の２０３）。関数funcAのはページ２にあることから、プログラム実行装置１１は、ページ２を２次記憶手段１４より図１１に示す手順に従って、１次記憶手段１３に複製し、関数funcAの命令列を実行する。
When the
関数funcAの実行中、再度特権プログラム機能の呼び出しを行う（図８の２０２）。このとき、プログラム実行装置１１は、ページ２に関してもメッセージダイジェスト検証手段１５を用いてページが改ざんされているか否か検証を行う。
During execution of the function funcA, the privileged program function is called again (202 in FIG. 8). At this time, the
プログラム実行装置１１は、更にプログラムＡの実行を進めると、関数funcBを呼び出し、ページ４に実行を移すため、ページ４を２次記憶手段１４より複製する。関数funcBの中にも特権プログラム機能呼び出し（図８の２０４）があることから、プログラム実行装置１１はこれを実行する。特権プログラム機能呼び出し検出手段１６により、特権プログラム機能呼び出しを検出したプログラム実行装置１１は、ページ４が改ざんされているか否かの検証を行う。
When the
プログラム実行装置１１は、プログラムＡの実行中、関数funcBの処理が終わると、RET命令（図８の２０５）により、関数funcAに実行を移す。条件分岐のための設定を行った後、JUMP命令で実行を移し、RET命令により関数funcAも終了して、ページ１に実行を移す（図８の２０７）。
When the processing of the function funcB is completed during the execution of the program A, the
このとき、funcAはページ２に、mainはページ１にあるため、１次記憶手段１３上にあるプログラム格納領域にあるページは、古い順にページ１、ページ２、ページ４となる。
At this time, since funcA is in
関数funcAの終了後、JUMP命令（図８の２０７）によりプログラムの実行は、図８の２０１から２０７の間を繰り返す。よって、プログラム実行装置１１は、再び関数funcAの実行を行う。
After completion of the function funcA, execution of the program is repeated between 201 and 207 in FIG. 8 by the JUMP instruction (207 in FIG. 8). Therefore, the
関数funcAの実行は、前回の実行から条件判定の値が異なるため、特権プログラム機能の呼び出し（図８の２０２）の後、条件判定により、関数funcCを呼び出す。関数funcCはページ３にあるため、２次記憶手段１４より１次記憶手段１３に図１１に示す手順によって複製するが、既に１次記憶手段１３の格納領域はいっぱいのため、一番古く利用されたページ４の複製を廃棄し、ページ格納領域３にページ３を複製する。
Execution of the function funcA has a different condition determination value from the previous execution. Therefore, after calling the privileged program function (202 in FIG. 8), the function funcC is called by condition determination. Since the function funcC is in
関数funcCも特権プログラムの機能呼び出しを呼び出すことから、このときにページ４が改ざんされているか検証を行う。
Since function funcC also calls a function call of a privileged program, it is verified whether
以後、ページ１、ページ２、ページ４、ページ１、ページ２、ページ３の順でプログラムの実行を繰り返す。
Thereafter, the program is repeatedly executed in the order of
（作用及び効果）
第１の実施の形態に係るプログラム実行装置及びプログラム実行方法によると、特権プログラムが呼び出されたときに改ざんの有無を検証するため、効率良くプログラムの改ざんを検知することができる。
(Function and effect)
According to the program execution device and the program execution method according to the first embodiment, since the presence / absence of falsification is verified when a privileged program is called, it is possible to efficiently detect falsification of the program.
又、第１の実施の形態に係るプログラム実行装置及びプログラム実行方法によると、メッセージダイジェスト（ハッシュ値）を用いて改ざんの有無を検証することができる。 Further, according to the program execution device and the program execution method according to the first embodiment, it is possible to verify the presence or absence of falsification using a message digest (hash value).
又、第１の実施の形態に係るプログラム実行装置及びプログラム実行方法によると、１次記憶手段１３と２次記憶手段１４との間のプログラムの複製の管理単位より、改ざん検証を行う単位（メッセージダイジェストの計算を行う単位）を小さくすることができる。このような構成によると、１次記憶手段１３と２次記憶手段１４との間の複製の手間を省くことができ、高速にプログラム実行を行いつつ、改ざんの検知を行うことができる。
In addition, according to the program execution device and the program execution method according to the first embodiment, a unit for performing falsification verification (message) from the management unit for program replication between the
＜第２の実施の形態＞
第２の実施の形態では、第１の実施の形態において説明した特権プログラム機能呼び出し検出手段だけでなく、周期的な時間の経過を通知可能なタイマ手段からの通知に基づいて、プログラムが改ざんされているか否かの検証を行う。
<Second Embodiment>
In the second embodiment, not only the privileged program function call detection means described in the first embodiment but also a program is altered based on a notification from a timer means capable of notifying the passage of periodic time. Verify whether or not
（プログラム実行装置）
第２の実施の形態に係るプログラム実行装置１１は、図１３に示すように、計算手段１２と、１次記憶手段１３と、２次記憶手段１４と、メッセージダイジェスト検証手段１５と、特権プログラム機能呼び出し検出手段１６と、メッセージダイジェスト蓄積手段１７と、入出力手段１８と、タイマ手段１９とを備える。
(Program execution device)
As shown in FIG. 13, the
タイマ手段１９は、プログラムの実行が開始されてから所定の時間間隔で、時間の経過を計算手段１２へ通知する。所定の時間は、プログラムの実行開始時に設定されてもよく、プログラム実行装置１１を起動したときに設定されてもよい。
The timer means 19 notifies the calculation means 12 of the passage of time at a predetermined time interval after the execution of the program is started. The predetermined time may be set when the execution of the program is started, or may be set when the
計算手段１２は、タイマ手段１９から通知を受ける度に、メッセージダイジェスト検証手段１５へ所定の時間が経過したことを通知する。
Every time the
メッセージダイジェスト検証手段１５は、特権プログラムが呼び出された場合、あるいは、所定の時間が経過した場合、１次記憶手段１３上にあるプログラムのページのメッセージダイジェストを計算し、予めメッセージダイジェスト蓄積手段１７に蓄積された当該プログラムのページのメッセージダイジェストと比較する。メッセージダイジェスト検証手段１５は、比較結果が一致すれば、プログラムの改ざんがないことを、比較結果が異なれば、プログラムの改ざんがあったことを計算手段１２に通知する。 The message digest verification means 15 calculates the message digest of the page of the program on the primary storage means 13 when a privileged program is called or when a predetermined time has elapsed, and stores it in the message digest storage means 17 in advance. Compare with the stored message digest of the program page. If the comparison results match, the message digest verification means 15 notifies the calculation means 12 that the program has not been tampered with. If the comparison results differ, the message digest verification means 15 notifies the calculation means 12 that the program has been tampered with.
計算手段のその他の動作、１次記憶手段１３、２次記憶手段１４、メッセージダイジェスト検証手段１５のその他の動作、特権プログラム機能呼び出し検出手段１６、メッセージダイジェスト蓄積手段１７、入出力手段１８については、第１の実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。 Other operations of the calculation means, the primary storage means 13, the secondary storage means 14, the other operations of the message digest verification means 15, the privileged program function call detection means 16, the message digest accumulation means 17, and the input / output means 18 are as follows: Since it is the same as that of 1st Embodiment, description is abbreviate | omitted here.
（プログラム実行方法）
次に、第２の実施の形態に係るプログラム実行方法について、図１４を用いて説明する。
(Program execution method)
Next, a program execution method according to the second embodiment will be described with reference to FIG.
まず、ステップＳ７０１〜Ｓ７０３については、図９のステップＳ３０１〜３０３と同様であるので、ここでは説明を省略する。 First, Steps S701 to S703 are the same as Steps S301 to S303 in FIG.
ステップＳ７０４において、特権プログラム呼び出し検出手段１６は、特権プログラムが呼び出されたか否か検出する。そして、タイマ手段１９は、一定時間が経過したか否か検出する。特権プログラム機能の呼び出し、あるいは、一定時間が経過した場合、ステップＳ７０５へ進み、どちらにも該当しない場合は、ステップＳ７０２へ戻る。 In step S704, the privileged program call detection means 16 detects whether or not a privileged program has been called. The timer means 19 detects whether or not a certain time has elapsed. When the privileged program function is called or when a certain period of time has elapsed, the process proceeds to step S705, and when neither corresponds, the process returns to step S702.
ステップＳ７０５〜７０７については、図９のステップＳ３０５〜３０７と同様であるので、ここでは説明を省略する。 Since steps S705 to 707 are the same as steps S305 to 307 in FIG. 9, the description thereof is omitted here.
（作用及び効果）
第２の実施の形態に係るプログラム実行装置１１及びプログラム実行方法によると、タイマ手段１９を備えることにより、第１の実施の形態よりプログラムが改ざんされたか否か検証を行う頻度が増し、より確実に改ざんを検知することができる。
(Function and effect)
According to the
＜第３の実施の形態＞
第１の実施の形態では、特権プログラム機能を呼び出したページしかページの改ざん検証を行わないが、第３の実施の形態では、関数呼び出し履歴蓄積手段に蓄積されたページについても改ざん検証を行う。
<Third Embodiment>
In the first embodiment, only the page that called the privileged program function is subjected to page tampering verification, but in the third embodiment, tampering verification is also performed on the pages stored in the function call history storage unit.
（プログラム実行装置）
第３の実施の形態に係るプログラム装置１１は、図１５に示すように、計算手段１２と、１次記憶手段１３と、２次記憶手段１４と、メッセージダイジェスト検証手段１５と、特権プログラム機能呼び出し検出手段１６と、メッセージダイジェスト蓄積手段１７と、入出力手段１８と、関数呼び出し履歴蓄積手段２０とを備える。
(Program execution device)
As shown in FIG. 15, the
関数呼び出し履歴蓄積手段２０は、プログラムが実行されたときの関数呼び出しの履歴を蓄積する。一般にプログラムの実行を行う際、このような関数呼び出しの履歴は、プログラム毎にスタックと呼ばれるデータ構造として１次記憶手段１３上に蓄積されることから、関数呼び出し履歴蓄積手段２０は、このようなデータ構造で代用することも可能である。
The function call
第３の実施の形態では、このスタックを用いて関数呼び出し履歴蓄積手段２０を実現する例を、図１６を用いて説明する。
In the third embodiment, an example in which the function call
プログラム実行装置１１は、プログラムを実行中、新たな関数を呼び出す度に、フレームと呼ばれるデータ構造をスタックに積み上げ、関数の実行が終了すると、スタックからフレームの内容を消去することを繰り返す。この操作は、最後に積み上げたフレームからしか消去できないラストインファーストアウトの形式で行う。図１６では、スタック中にフレーム２０ａとフレーム２０ｂの２つのフレームが積み上げられている例を示している。フレームの中には関数実行中のみ参照可能な局所変数を格納する局所変数領域と、一段前のフレームのスタック上の位置を示すオールドベースポインタと、関数呼び出し元のプログラムの実行位置を表す戻り先アドレスと、関数の呼び出しの際に与える引数を格納する引数領域が含まれる。関数呼び出し時におけるスタックの動作については、非特許文献２に詳しい。
Each time a new function is called during execution of the program, the
スタックのフレームに含まれる構成要素のうち、戻り先アドレスは関数を呼び出す際の呼び出し元の実行位置を示す。 Among the constituent elements included in the stack frame, the return address indicates the execution position of the caller when the function is called.
例えば、プログラム実行装置１１が、図７及び図８に示すプログラムを実行中であるとすると、図１６のスタックの構成例は、フレーム２０ａが図８の２０３の位置で関数funcAを呼び出したときに作成されるフレームであり、フレーム２０ｂが図８の２０２の位置で関数funcBを呼び出したときに作成されるフレームであることを表す。よって、それぞれの戻り先アドレスには、0x00400300、0x00407000が入る。
For example, if the
この戻り先アドレスから呼び出し元プログラムのページを特定する方法は幾通りもあるが、例えば、プログラムのページの大きさを固定長としておき、戻り先アドレスの下位アドレスを０とすれば、ページの先頭アドレスに一致することから、容易に特定可能である。 There are various methods for specifying the page of the calling program from the return address. For example, if the page size of the program is set to a fixed length and the lower address of the return address is set to 0, the top of the page Since it matches the address, it can be easily identified.
ここでは、下位６ビットを０として扱うようにすれば、0x00400300、0x00407000は、0x00400000、0x00404000となり、ページ１、ページ２の先頭アドレスに一致する。第３の実施の形態では、このように関数の呼び出し元のページに変換したものを、関数呼び出し履歴蓄積手段として扱う。
Here, if the lower 6 bits are treated as 0, 0x00400300 and 0x00407000 become 0x00400000 and 0x00404000, which coincide with the top addresses of
図１７に、図７及び図８に示すプログラムを実施したときの関数呼び出し履歴蓄積手段２０の蓄積内容を示す。 FIG. 17 shows the contents stored in the function call history storage means 20 when the program shown in FIGS. 7 and 8 is executed.
ページの改ざん検知は、第１の実施の形態では、特権プログラム機能を呼び出したページしか行わないが、第３の実施の形態では、関数呼び出し履歴蓄積手段２０に含まれるページも改ざん検知を行う。即ち、メッセージダイジェスト検証手段１５は、関数呼び出し履歴蓄積手段２０に蓄積されているページの改ざんの有無を検証する。この場合、例えば、図８の２０２の位置において、特権プログラム機能の呼び出しが含まれなかった場合、第１の実施の形態では、ページ２の改ざんを検知することができないが、第３の実施の形態では、図８の２０２の位置において、関数呼び出し履歴蓄積手段２０にページ２が含まれるため、ページの検証を行うことが可能である。
In the first embodiment, the page alteration detection is performed only for the page that called the privileged program function. In the third embodiment, the page included in the function call
計算手段１２、１次記憶手段１３、２次記憶手段１４、メッセージダイジェスト検証手段１５のその他の動作、特権プログラム機能呼び出し検出手段１６、メッセージダイジェスト蓄積手段１７、入出力手段１８については、第１の実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。 The other operations of the calculation means 12, the primary storage means 13, the secondary storage means 14, the message digest verification means 15, the privileged program function call detection means 16, the message digest accumulation means 17, and the input / output means 18 are as follows. Since it is the same as that of embodiment, description is abbreviate | omitted here.
（プログラム実行方法）
次に、第３の実施の形態に係るプログラム実行方法について、図９及び図１８を用いて説明する。
(Program execution method)
Next, a program execution method according to the third embodiment will be described with reference to FIGS.
第３の実施の形態に係るプログラム実行方法は、図９に示す第１の実施の形態に係るプログラム実行方法と、メッセージダイジェストの計算（ステップＳ３０６）の詳細のみが異なる。 The program execution method according to the third embodiment differs from the program execution method according to the first embodiment shown in FIG. 9 only in the details of the message digest calculation (step S306).
メッセージダイジェストの計算の詳細は、図１８に示すように、メッセージダイジェスト検証手段１５は、関数呼び出し履歴蓄積手段２０上のページに対するメッセージダイジェストＶ’を計算し（ステップＳ８０１）、メッセージダイジェスト蓄積手段１７に蓄積されたメッセージダイジェストＶを取得する（ステップＳ８０２）。そして、メッセージダイジェストＶ’とメッセージダイジェストＶとを比較し（ステップＳ８０３）、異なる場合は、改ざんがあったとして、プログラムの実行を停止する（ステップＳ８０４）。メッセージダイジェストＶ’とメッセージダイジェストＶとが一致する場合は、改ざんはなかったとして、図９のステップＳ３０７へ進む。 For details of the message digest calculation, as shown in FIG. 18, the message digest verification means 15 calculates the message digest V ′ for the page on the function call history storage means 20 (step S801), and the message digest storage means 17 The stored message digest V is acquired (step S802). Then, the message digest V 'and the message digest V are compared (step S803), and if they are different, the execution of the program is stopped assuming that the message has been tampered with (step S804). If the message digest V 'and the message digest V match, it is determined that no alteration has been made, and the process proceeds to step S307 in FIG.
第３の実施の形態において、図９のステップＳ３０６以外のステップは、第１の実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。 In the third embodiment, steps other than step S306 in FIG. 9 are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted here.
（作用及び効果）
第３の実施の形態に係るプログラム実行装置１１及びプログラム実行方法によると、関数呼び出し履歴蓄積手段２０を備えることにより、共通関数などから特権プログラムの機能を呼び出した場合でも、プログラムの改ざんを検知することができる。
(Function and effect)
According to the
＜第４の実施の形態＞
第４の実施の形態では、メッセージダイジェスト蓄積手段が、検証が行われた時刻を蓄積することにより、一定の時刻が経過していない場合は、メッセージダイジェストを再計算しない。
<Fourth embodiment>
In the fourth embodiment, the message digest accumulating unit accumulates the time at which the verification was performed, so that the message digest is not recalculated when a certain time has not elapsed.
（プログラム実行装置）
第４の実施の形態に係るプログラム装置１１は、図１に示すように、計算手段１２と、１次記憶手段１３と、２次記憶手段１４と、メッセージダイジェスト検証手段１５と、特権プログラム機能呼び出し検出手段１６と、メッセージダイジェスト蓄積手段１７と、入出力手段１８とを備える。
(Program execution device)
As shown in FIG. 1, the
メッセージダイジェスト蓄積手段１７は、図１９に示すように、メッセージダイジェスト１７ａ、各ページが検証された時刻１７ｂ、検証を行うか否かを判定するしきい値１７ｃとを備える。
As shown in FIG. 19, the message digest accumulating
計算手段１２は、現在時刻と検証時刻１７ｂとの差が、検証時刻しきいい値１７ｃより大きい場合のみ、メッセージダイジェスト検証手段１５に、改ざん検知の検証を行う通知を行う。
Only when the difference between the current time and the
メッセージダイジェスト検証手段１５は、予め定められた時間内に既に検証を行ったページについては、改ざんの有無を検証しない。 The message digest verification means 15 does not verify the presence or absence of falsification for pages that have already been verified within a predetermined time.
例えば、現在の時刻がＴであり、ページ１において特権プログラム機能呼び出しが行われたとする。ページ１が最後に改ざんされたか否かを検証した時刻はＴ１であることから、現在時刻との差分Ｔ−Ｔ１が検証時刻しきい値１７ｃより小さければ、１次記憶手段１３にあるページ１のメッセージダイジェストを再計算する必要はないと判断する。このようにすれば特権プログラム機能の呼び出しを検出した際に、ページが改ざんされたか否かを検証する必要がない。
For example, assume that the current time is T and a privileged program function call is made on
又、検証時刻しきい値１７ｃの値は、プログラム実行装置１１の負荷が高いときは大きく、負荷が小さいときは小さく動的に変更することも可能である。
Further, the value of the verification time threshold value 17c can be dynamically changed when the load on the
計算手段１２のその他の動作、１次記憶手段１３、２次記憶手段１４、メッセージダイジェスト検証手段１５のその他の動作、特権プログラム機能呼び出し検出手段１６、入出力手段１８については、第１の実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。 Other operations of the calculation means 12, the primary storage means 13, the secondary storage means 14, the other operations of the message digest verification means 15, the privileged program function call detection means 16, and the input / output means 18 are the same as those in the first embodiment. Since it is the same as the embodiment, the description is omitted here.
（プログラム実行方法）
次に、第４の実施の形態に係るプログラム実行方法について、図９及び図２０を用いて説明する。
(Program execution method)
Next, a program execution method according to the fourth embodiment will be described with reference to FIGS.
第４の実施の形態に係るプログラム実行方法は、図９に示す第１の実施の形態に係るプログラム実行方法と、メッセージダイジェストの計算（ステップＳ３０６）の詳細のみが異なる。 The program execution method according to the fourth embodiment differs from the program execution method according to the first embodiment shown in FIG. 9 only in the details of the message digest calculation (step S306).
メッセージダイジェストの計算の詳細は、図２０に示すように、まず、計算手段１２は、特権プログラム機能の呼び出しが検出されたページの検証時刻が検証時刻しきい値より大きいか判断する（ステップＳ９０１）。そして、小さい場合は、改ざん検知を行わず、図９のステップＳ３０７へ進む。大きい場合は、メッセージダイジェスト検証手段１５は、該当するページに対するメッセージダイジェストＶ’を計算し（ステップＳ９０２）、メッセージダイジェスト蓄積手段１７に蓄積されたメッセージダイジェストＶを取得する（ステップＳ９０３）。そして、メッセージダイジェストＶ’とメッセージダイジェストＶとを比較し（ステップＳ９０４）、異なる場合は、改ざんがあったとして、プログラムの実行を停止する（ステップＳ９０５）。メッセージダイジェストＶ’とメッセージダイジェストＶとが一致する場合は、改ざんはなかったとして、図９のステップＳ３０７へ進む。 As shown in FIG. 20, the details of the message digest calculation are as follows. First, the calculation means 12 determines whether the verification time of the page where the call of the privileged program function is detected is larger than the verification time threshold (step S901). . If it is smaller, the falsification is not detected and the process proceeds to step S307 in FIG. If so, the message digest verification means 15 calculates the message digest V 'for the corresponding page (step S902), and acquires the message digest V stored in the message digest storage means 17 (step S903). Then, the message digest V 'and the message digest V are compared (step S904), and if they are different, the execution of the program is stopped assuming that the message has been tampered with (step S905). If the message digest V 'and the message digest V match, it is determined that no alteration has been made, and the process proceeds to step S307 in FIG.
第４の実施の形態において、図９のステップＳ３０６以外のステップは、第１の実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。 In the fourth embodiment, steps other than step S306 in FIG. 9 are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted here.
（作用及び効果）
第４の実施の形態に係るプログラム実行装置１１及びプログラム実行方法によると、メッセージダイジェスト蓄積手段１７が検証時刻１７ｂ及び検証時刻しきい値１７を備え、現在時刻と検証時刻との差が検証時刻しきい値より大きい場合のみ、改ざんの検知を行う。このように、特権プログラム機能の呼び出しを検出した場合にすべて必ずページが改ざんされたか否かを検証するわけではないため、検証を行う回数を減らすことができ、高速にプログラム実行を行いつつ、改ざんの検知を行うことができる。
(Function and effect)
According to the
＜第５の実施の形態＞
第５の実施の形態では、プログラムＡに記述された改ざん検証を行うか否かのフラグ及び負荷に応じて、ページの改ざん検証を行う。
<Fifth embodiment>
In the fifth embodiment, page tampering verification is performed according to a flag and load indicating whether or not tampering verification described in the program A is performed.
（プログラム実行装置）
第５の実施の形態に係るプログラム装置１１は、図２１に示すように、計算手段１２と、１次記憶手段１３と、２次記憶手段１４と、メッセージダイジェスト検証手段１５と、特権プログラム機能呼び出し検出手段１６と、メッセージダイジェスト蓄積手段１７と、入出力手段１８と、負荷計測手段２１とを備える。
(Program execution device)
As shown in FIG. 21, the
負荷計測手段２１は、改ざん検証を行うプログラム単体の負荷、プログラム実行装置１１全体の負荷のいずれか、あるは、両方を計測する。負荷の計測には、様々な方法があるが、例えば、単位時間あたりに計算手段１２が実行する命令の数やプログラム実行装置１１で実行中のプログラムの数などを用いればよい。
The
プログラムＡ１４１は、図２２に示すように、計算手段１２に与える命令列１４１ａと、命令列を分割したページ毎に与えられるメッセージダイジェスト１４１ｂと、ページ毎のメッセージダイジェストへの署名１４１ｃと、改ざん検証を行うか否かを示すフラグ１４１ｄとにより構成される。このように、プログラム作成者はプログラムの各ページに対し、フラグ１４１ｄをプログラムに記しておくこととし、「○」が検証を行う、「×」が検証を行わないと解釈する。このフラグ１４１ｄの記述は、プログラム作成者が手動で行ってもよく、ページ当たりの特権プログラム機能の呼び出しの数が、一定の値より大きければ検するなど自動で行ってもよい。
As shown in FIG. 22, the
１次記憶手段１３上のプログラム格納領域１３１は、図２３に示すように、ページ格納領域１３１ａ毎にフラグ１３１ｂを有する。計算手段１２が２次記憶手段１４から１次記憶手段１３へページを複製するとき、プログラムＡ１４１のフラグ１４１ｄの値をプログラム格納領域１３１のフラグ１３１ｂへに複製する。
As shown in FIG. 23, the
計算手段１２は、特権プログラム機能の呼び出しが検出された際、フラグ１３１ｂの値を確認して、改ざん検証を行うべきという情報が記述してあれば、メッセージダイジェスト検証手段１５へ改ざん検証を行うことを通知する。
When the calling of the privileged program function is detected, the calculation means 12 confirms the value of the
メッセージダイジェスト検証手段１５は、フラグ１３１ｂの値に応じて、ページの改ざんの有無を検証する。
The message digest
又、フラグが「○」である場合、すぐに検証を行うとし、「×」である場合、負荷計測手段２１によって計測された負荷が高い場合、あとで検証を行うとしてもよい。この場合、負荷が下がってきたときに、ページが改ざんされたか否かの検証を行うとする。
If the flag is “◯”, the verification is performed immediately. If the flag is “×”, the verification may be performed later when the load measured by the
即ち、メッセージダイジェスト検証手段１５は、負荷計測手段２１によって計測された負荷が高い場合、プログラム実行中は検証すべきプログラムのページを記録しておき、負荷計測手段２１によって計測された負荷が低くなったときに、まとめて改ざんの検証を行う。
That is, when the load measured by the
計算手段１２のその他の動作、２次記憶手段１４、メッセージダイジェスト検証手段１５のその他の動作、特権プログラム機能呼び出し検出手段１６、入出力手段１８については、第１の実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。 Other operations of the calculation means 12, the secondary storage means 14, the other operations of the message digest verification means 15, the privileged program function call detection means 16, and the input / output means 18 are the same as those in the first embodiment. The description is omitted here.
（プログラム実行方法）
次に、第５の実施の形態に係るプログラム実行方法について、図９及び図２４を用いて説明する。
(Program execution method)
Next, a program execution method according to the fifth embodiment will be described with reference to FIGS.
第５の実施の形態に係るプログラム実行方法は、図９に示す第１の実施の形態に係るプログラム実行方法と、メッセージダイジェストの計算（ステップＳ３０６）の詳細のみが異なる。 The program execution method according to the fifth embodiment differs from the program execution method according to the first embodiment shown in FIG. 9 only in the details of the message digest calculation (step S306).
メッセージダイジェストの計算の詳細は、図２４に示すように、まず、負荷計測手段２１は、プログラムの負荷やプログラム実行装置１１の負荷を計測する（ステップＳ１００１）。計算手段１２は、プログラム格納領域１３１のフラグ１３１ｂと負荷計測手段２１に応じて、改ざん検知を行うか否か判断する（ステップＳ１００２）。そして、改ざん検知を行う場合、メッセージダイジェスト検証手段１５は、該当するページに対するメッセージダイジェストＶ’を計算し（ステップＳ１００２）、メッセージダイジェスト蓄積手段１７に蓄積されたメッセージダイジェストＶを取得する（ステップＳ１００３）。そして、メッセージダイジェストＶ’とメッセージダイジェストＶとを比較し（ステップＳ１００４）、異なる場合は、改ざんがあったとして、プログラムの実行を停止する（ステップＳ１００５）。メッセージダイジェストＶ’とメッセージダイジェストＶとが一致する場合は、改ざんはなかったとして、図９のステップＳ３０７へ進む。
As shown in FIG. 24 for details of the message digest calculation, first, the load measuring means 21 measures the load of the program and the load of the program execution device 11 (step S1001). The
第５の実施の形態において、図９のステップＳ３０６以外のステップは、第１の実施の形態と同様であるので、ここでは説明を省略する。 In the fifth embodiment, steps other than step S306 in FIG. 9 are the same as those in the first embodiment, and a description thereof will be omitted here.
（作用及び効果）
第５の実施の形態に係るプログラム実行装置１１及びプログラム実行方法によると、フラグ及び負荷に応じて、改ざんの検知を行うか否か判断する。
(Function and effect)
According to the
即ち、第５の実施の形態に係るプログラム実行装置１１及びプログラム実行方法は、ページ毎に有するフラグの値に応じて、ページの改ざんの有無を検証することができる。このため、改ざん検証を行うページを任意に指定することができ、改ざん検証の回数を減らすことができる。
That is, the
又、第５の実施の形態に係るプログラム実行装置１１及びプログラム実行方法は、負荷計測手段によって計測された負荷が高い場合、プログラム実行中は検証すべきプログラムのページを記録し、負荷計測手段によって計測された負荷が低くなったときに、ページの改ざんの有無を検証することができる。このため、低い負荷のときにプログラムの改ざん検証を行うことができ、プログラム本来の実行速度を維持することができる。
Further, the
（その他の実施形態）
本発明は上記の実施形態によって記載したが、この開示の一部をなす論述及び図面はこの発明を限定するものであると理解すべきではない。この開示から当業者には様々な代替実施形態、実施例及び運用技術が明らかとなろう。
(Other embodiments)
Although the present invention has been described according to the above-described embodiments, it should not be understood that the description and drawings constituting a part of this disclosure limit the present invention. From this disclosure, various alternative embodiments, examples and operational techniques will be apparent to those skilled in the art.
例えば、第１〜第５の実施の形態に係るプログラム実行装置において、検証手段として、メッセージダイジェストを用いた検証を行ったが、検証方法はこれに限られるわけではなく、通常、プログラムの改ざん検証に用いられる方法を適宜選択することができる。 For example, in the program execution devices according to the first to fifth embodiments, verification using a message digest is performed as a verification unit. However, the verification method is not limited to this, and usually, falsification verification of a program The method used for the method can be appropriately selected.
例えば、計算手段１２、メッセージダイジェスト検証手段１５、特権プログラム機能呼び出し検出手段１６をモジュールとして一つのＣＰＵに備えてもよいと説明したが、それぞれ異なるＣＰＵに備えられ、異なる装置としてもよい。その場合、複数の装置間をバスなどで接続するものとする。
For example, it has been described that the
このように、本発明はここでは記載していない様々な実施形態等を含むことは勿論である。従って、本発明の技術的範囲は上記の説明から妥当な特許請求の範囲に係る発明特定事項によってのみ定められるものである。 As described above, the present invention naturally includes various embodiments not described herein. Therefore, the technical scope of the present invention is defined only by the invention specifying matters according to the scope of claims reasonable from the above description.
１１…プログラム実行装置
１２…計算手段
１３…１次記憶手段
１４…２次記憶手段
１５…メッセージダイジェスト検証手段
１６…特権プログラム機能呼び出し検出手段
１７…メッセージダイジェスト蓄積手段
１８…入出力手段
１９…タイマ手段
２０…関数呼び出し履歴蓄積手段
２１…負荷計測手段
DESCRIPTION OF
Claims (8)
実行中の前記プログラムが特権プログラムの機能を呼び出したことを検出する特権プログラム機能呼び出し検出手段と、
前記特権プログラム機能呼び出し検出手段により検出が行われた場合、前記１次記憶手段に蓄積されている実行中のページの改ざんの有無を検証する検証手段と
を備えることを特徴とするプログラム実行装置。 Primary storage means for storing a program to be executed for each page which is a unit divided by an instruction sequence of the program;
Privileged program function call detecting means for detecting that the program being executed calls a function of a privileged program;
And a verification unit that verifies whether or not the page being executed stored in the primary storage unit has been tampered with when detected by the privileged program function call detection unit.
前記検証手段は、前記１次記憶手段に蓄積されたページのメッセージダイジェストを計算し、前記メッセージダイジェスト蓄積手段に蓄積されたメッセージダイジェストと比較することにより、改ざんの有無を検証することを特徴とする請求項１に記載のプログラム実行装置。 Prior to execution of the program, further comprising message digest storage means for storing in advance a message digest for each page;
The verification means calculates the message digest of the page stored in the primary storage means, and compares the message digest stored in the message digest storage means to verify the presence or absence of falsification. The program execution device according to claim 1.
前記検証手段は、前記タイマ手段から通知があった場合、前記１次記憶手段に蓄積されている実行中のページの改ざんの有無を検証することを特徴とする請求項１又は２に記載のプログラム実行装置。 Timer means for notifying the passage of time at a predetermined time interval from the start of execution of the program;
3. The program according to claim 1, wherein, when notified from the timer unit, the verification unit verifies whether or not the page being executed stored in the primary storage unit has been tampered with. Execution device.
前記検証手段は、前記関数呼び出し履歴蓄積手段に蓄積されているページの改ざんの有無を検証することを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載のプログラム実行装置。 A function call history storage means for storing a history of function calls when the program is executed;
The program execution device according to any one of claims 1 to 3, wherein the verification unit verifies whether or not the page stored in the function call history storage unit is falsified.
前記認証手段は、前記フラグの値に応じて、ページの改ざんの有無を検証することを特徴とする請求項１〜５のいずれか１項に記載のプログラム実行装置。 The primary storage means has a flag for each page,
The program execution device according to claim 1, wherein the authentication unit verifies whether a page has been tampered with in accordance with the value of the flag.
前記検証手段は、前記負荷計測手段によって計測された負荷が高い場合、プログラム実行中は検証すべきプログラムのページを記録し、前記負荷計測手段によって計測された負荷が低くなったときに、ページの改ざんの有無を検証することを特徴とする請求項１〜６のいずれか１項に記載のプログラム実行装置。 A load measuring means for measuring a load of the program alone or a load of the entire program execution apparatus;
When the load measured by the load measuring means is high, the verification means records a page of the program to be verified during program execution, and when the load measured by the load measuring means is low, The program execution device according to claim 1, wherein presence or absence of falsification is verified.
実行中の前記プログラムが特権プログラムの機能を呼び出したことを検出するステップと、
前記検出するステップにより検出が行われた場合、前記蓄積されている実行中のページの改ざんの有無を検証するステップと
を含むことを特徴とするプログラム実行方法。
Storing the program to be executed for each page, which is a unit divided by the instruction sequence of the program;
Detecting that the program being executed has invoked a privileged program function;
And a step of verifying whether or not the stored page being tampered with is detected when the detection is performed in the detecting step.
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