JP4876169B2 - データを安全に記憶するための方法、システム、およびコンピュータ・プログラム - Google Patents

Description

本発明は、データを安全に記憶するための方法、システム、およびコンピュータ・プログラムに関する。

多くの場合、デバイス（コンピュータ等）およびセキュアな（secure）設備は、長期間にわたって専有情報または機密情報あるいはその両方を含み、この情報は許可されていない個人によってアクセスされると損なわれる恐れがある。このため、かかるデバイスおよび設備は多くの場合、許可されていないユーザがかかる情報にアクセス、取得、または変更することを防ぐためのセキュリティ手順を用いる。かかる手順（アクセス制御機構としても知られる）は、認証技法を用いて、ユーザが自身のアイデンティティを証明することを可能とし、それが許可されると、所与のデバイスまたは設備に対するアクセスが得られる。

デバイスまたは設備に対する不正アクセスを防ぐために、多数の認証プロトコルが開発されている。具体的には、多くの認証プロトコルは、許可されたユーザにのみ知られている英数字の個人識別番号（ＰＩＮ：personal identification number）またはパスワードを用いるので、デバイスまたは設備に対してアクセスを試みる場合、ユーザは適切なＰＩＮ／パスワードを入力してそのための彼／彼女の許可を確立しなければならない。しかしながら、多くのユーザは、容易に覚えられるＰＩＮ／パスワードを選択する。このため、パスワード／ＰＩＮが推測されるか、または他の方法で危険にさらされるリスクが大きく、これによって侵入者がデバイスまたは設備に対するアクセスを得る可能性がある。

パスワードを危険にさらすリスクを最小限に抑えるために、多くの認証プロトコルは、ユーザがＰＩＮ／パスワードを入力することができる試行回数を制限する。これによって、侵入者が成功するまで何度も異なるパスワードを入力することが防止される。更に、多くの認証プロトコルは、ＰＩＮ／パスワードを定期的に変更することをユーザに奨励または要求する。

いくつかの認証プロトコルは、一度限りのパスワードを用いており、この場合、ユーザに秘密鍵が割り当てられ、これをポケット・トークンまたはコンピュータ読み取り可能カードに記憶することができる。これらのプロトコルのもとでは、デバイスまたは設備に対するアクセスが試みられると、ユーザにランダム値（チャレンジとして知られる）が発行される。ポケット・トークンまたはコンピュータ読み取り可能カードは、このチャレンジをユーザの秘密鍵を用いて暗号化し、暗号化したチャレンジが正しい場合、ユーザはデバイスまたは設備に対するアクセスを得る。ポケット・トークンまたはコンピュータ読み取り可能カードがそれ自体、許可されたユーザによって用いられることを確実とするために、ユーザは秘密英数字ＰＩＮまたはパスワードを手作業で入力しなければならない。
米国特許第６，７３５，６９５号 米国特許出願第２００６００６７２９７号 米国特許第６，９８８，２７９号 秘密共有原理（A. Shamir、Communicationsof the ACM、22(1)、６１２〜６１３ページ、１９７９年） www.computer.org/concurrency/pdl999/pdf/p3O8O.pdf

かかる認証ツールは、機器または設備に対する不正アクセスのリスクを低減させるが、多くの制限がある。例えば、一度限りのパスワードを用いる場合、ユーザがポケット・トークンまたはコンピュータ読み取り可能カードを持ち歩く必要があるので、プロトコルの幅広い展開が実現不可能となる恐れがある。

本発明は、独立クレームにおいて規定したようにデータを安全に記憶するための方法、システム、およびコンピュータ・プログラムを対象とする。本発明の更に別の実施形態は、添付の従属クレームにおいて与えられる。

本発明は、（用いるユーザ認証方式とは無関係に）長期間にわたって単一の位置に情報を記憶することが、本質的にこの情報を不正アクセスに対して無防備にすることが認められる限り、機密情報を安全に記憶するという問題に対して異なる手法をとる。本発明は、この問題を克服するため、上述のユーザ認証手順をデータ・セグメント化手法と組み合わせる。この手法は、機密情報を多数の部分に分割し、これらの部分をネットワーク内の異なる位置に分散させる。本発明は、潜在的ユーザのアイデンティティおよび認証が許可された場合に、個別の部分を再組み立てするだけである。

従って、許可されていないユーザがネットワークに対するアクセスを得たとしても、この許可されていないユーザにとって（適切な認証なしで）全ての部分を探し出して組み立てることは極めて難しい。記憶された情報のセキュリティを更に高めるために、その部分をネットワーク内の異なる宛先間で連続的に個別に移動させる（そこで短期間記憶してから次の宛先に移動させる）ので、いかなる所与の時点においても、許可されていない人物が情報のあらゆる所与の部分の位置を特定することは実質的に不可能であろう。

本発明は、インテリジェント・エージェント（ＩＡ）を用いて、ネットワークにおいて部分を移動させる。インテリジェント・エージェントは、ネットワーク内で接続された様々なコンピュータを介して安全に移動することができるので、このタスクに特に適している。情報にアクセスするために利用可能なデバイスおよび媒体の数が増えていることを考慮すると、ＩＡの更に別の利点は、多種多様なデバイス（例えばコンピュータ、スイッチ、ＰＤＡ、および携帯電話）にアクセスすることができ、異なる媒体間を移動することができる能力である。同様に、ＩＡは、異なる媒体におけるメッセージ（例えばラジオによる音声メッセージ）を受信してそれらの内容を解釈する能力を有する。

その上、ＩＡの使用によって、更に別の機構を本発明に取り入れることができる。例えば、シャドーイング（shadowing）機構を設けて、「偽の」鍵をネットワークに導入することを可能とする。これは、確率論的な側面を加えることでセキュリティを向上させる。

別の話題として、関与するサーバのアイデンティティは本発明の動作に無関係であるので、本発明は未知の破損サーバに作用されることが制限されている。

本発明の上述およびその他の目的、特徴、および利点は、添付図面に関連付けて以下の本発明の詳細な説明を読むことによって、よりよく理解されよう。

以下の考察では、ネットワークにおいてデータをセキュリティ保護する方法の概要を述べ、その後、この方法の異なる段階で実行される動作の更に詳細な説明を行う。更に詳細な説明は、文書をセキュリティ保護する例に基づいている。しかしながら、後に明らかになるように、この方法は文書に制限されず、実際には、セキュリティ鍵およびバイオメトリック・データを含むいかなる形態のデータをセキュリティ保護するためにも使用可能である。

１．概要
データをセキュリティ保護する方法は、多数の異なる地理的位置に分散して通信手段によって相互接続された複数の専用サーバを含むことができるインフラストラクチャにおいて実施される。

図１を参照すると、この方法は、セキュアな文書を分割し（２）、その分割した部分の各々を暗号化する（４）ための機構を提供する。分割部分は異なる宛先に送信される（８）ので、それらの位置を確定することは不可能である。

分割部分はこれらの宛先にとどまらずに、短時間そこで記憶され（１０）た後に、別の宛先へと移される。このため、長期間にわたって分割部分は事実上、宛先から宛先へとネットワークにおいて常に移動する。分割部分の移動は、中央コントローラにのみ知られる特定のルールによって指示することができる。有効ユーザのアクセス要求１２を受信すると、全ての分割部分は単一位置で組み立てられ（１６）、復号化され（１８）、組み合わされて単一の文書となる（２０）。

上述のプロセスに対して代替的であるが類似した方法では、セキュリティ鍵を分割して複数の部分とし（２）、暗号化し（４）、ネットワーク内の異なる宛先へ異なる経路によって移送する（８）（各部分は短時間記憶してから別の宛先に移動される）。異なる鍵部分がネットワーク内で常に移動しているので、それらは侵入者によって阻止することができない。簡略化のため、上述の方法によりセキュリティ保護されたデータ（例えば文書およびセキュリティ鍵）はこれ以降、総称してセキュア要素（secure components）と呼ぶ。

データをセキュリティ保護する方法の別の変形においては、中央コントローラでさえもセキュア要素の経路および位置を知らない。この場合、有効ユーザのアクセス要求を受信すると、中央コントローラはネットワーク全体に特定のメッセージを送信する。セキュア要素がこのメッセージを受信すると、それらは全て再組み立てのための特定位置に移動するように誘導される。この位置のアドレスはメッセージ内に指定されている。

いずれかの所与の時点において、多数のセキュア要素がネットワーク内の異なる位置を移動している可能性があるので、セキュア要素のいくつかが指定された再組み立て位置に移動することができないリスクがある。この問題は、米国特許第６，７３５，６９５号に記載されたものと同様の方法で解決され、再組み立て地点へ移動することができたセキュア要素のサブセットから取得された部分情報から、文書（または鍵等）の再構築が可能となる。

更に正確には、米国特許第６，７３５，６９５号は、バイオメトリック・データの一部を用いてユーザのアイデンティティを確認するバイオメトリックス・セキュリティ・システムを記載している。セキュアなデバイスまたは設備に対するユーザのアクセス要求（以後、ユーザ・アクセス要求と呼ぶ）を受信すると、中央のバイオメトリック・セキュリティ・システムは、ユーザのバイオメトリック情報の一部からサンプルを取得する。中央のバイオメトリック・セキュリティ・システムは、ユーザからのサンプルを、登録ユーザのデータベース内のバイオメトリックス・プロトタイプの対応部分と比較する。１つの変形においては、中央のバイオメトリック・セキュリティ・システムは、ユーザ・アクセス要求を受信すると、ユーザのコンピューティング・デバイスにエージェントを送信する。エージェントは、ユーザのバイオメトリック情報の一部のサンプルを取得して、これを中央のバイオメトリック・セキュリティ・システムに送信する。

２．更に詳細な説明
（ａ）セキュア文書の分割
図２を参照すると、文書２２が分割部２４によって分割されて、複数のセキュア要素２６が生成される。文書２２は、順次または図形的に分割することができる（例えば文書の図表表現を取得し、特定の図形部分に基づいてそれを分割することによって）。

前述したように、文書２２は、分割可能なデータの一例にすぎない。実際、あらゆる種類のデータ（バイオメトリック・データおよびセキュリティ鍵を含む）も同様に扱うことができる。更に具体的には、いかなるデータもビット・シーケンス（例えばｘ₁、ｘ₂、ｘ₃、・・・、ｘ_N）として表すことができるので、このビット・シーケンスを様々なルールに従ってｍ個の部分に分割することができる（各部分がＭ＝Ｎ／ｍビットを含む）。例えば、Ｍ＝３とすると、ビット・シーケンスの第１のサブセットＳ₁は（ｘ₁、ｘ₄、ｘ₇）を含み、同様に、第２のサブセットＳ₂は（ｘ₂、ｘ₅、ｘ₈）を含み、第３のサブセットＳ₃は（ｘ₃、ｘ₆、ｘ₉）を含むことができる。

更に具体的に、秘密共有原理（A. Shamir、Communicationsof the ACM、22(1)、６１２〜６１３ページ、１９７９年）によると、文書の分割は、後に暗号化した場合に、ｍ個の分割部分からの全てのｋが文書全体の再構築を可能とするように行い、もっと分割部分が少ないとかかる再構築は不可能である。

（ｂ）セキュア要素の暗号化
各セキュア要素２６は、暗号化部２８によって暗号化されて、暗号化セキュア要素Ｚが生成される。暗号化は、ＲＳＡおよび公開／秘密鍵に基づいたプロセスによって実行され、多数のインテリジェント・エージェント（ＩＡ）によって実行される。これらのＩＡは、結果として得られる暗号化セキュア要素の容器としても機能する。ＩＡは、ネットワーク内でコンピュータからコンピュータへと移動し、そこで様々なタスクを実行することができるプログラム・パケットである。ＩＡに関する更に詳細な考察は、（www.computer.org/concurrency/pd1999/pdf/p3O8O.pdf;）で見ることができる。

図３を参照すると、内部にセキュア要素Ｚを収容するように構成されたＩＡ３０は、センサ・アクセス・モジュール３２を含み、これによってＩＡ３０はセンサと通信してそこからデータを読み取ることが可能となる。例えば、ＩＡ３０はマイクロフォンと通信して聴覚情報を取得することができる。あるいは、ＩＡ３０はカメラと通信してテキスト・データを取得することができる。この能力によって、ＩＡ３０は中央コントローラ（図示せず）からメッセージを受信することができ、このメッセージは、ＩＡ３０のセキュア要素Ｚが他のセキュア要素と一体化される所与の再組み立て位置に、いつどこでＩＡ３０が移動すべきであるかを教える。

また、ＩＡ３０は、異なる媒体を介した中央コントローラ（図示せず）との通信を可能とする通信モジュール３４を有する。ＩＡ３０は、それ自身のメッセージ認識／解釈アプリケーション（図示せず）を含む場合があり、これによってＩＡ３０は聴覚データおよびテキスト・データを傍受することができる。あるいは、ＩＡ３０は、これらの認識アプリケーションを動作させているサーバとインタラクトし、これらのアプリケーションから適切に解釈されたメッセージ・データを取得することも可能である。

また、ＩＡ３０は、ネットワーク内で移動するＩＡ３０のためのランダム経路を選択するランダム経路選択部３８も含む。最後に、ＩＡ３０は、ＩＡ３０における前述の機能の全てを制御するＩＡマネージャ・ブロック４０も含む。

別の注記として、ＩＡは、米国特許出願第２００６００６７２９７号において述べられているように、異なる媒介を介してそれらの間で通信を行うことが可能であることは認められよう。

（ｃ）ネットワーク内の異なる位置へのセキュア要素の誘導
図２に戻ると、いったんセキュアな要素２６が暗号化されると、移送コントローラ４２は、（通信手段４４を介して）対応するＩＡを複数の宛先４６に誘導する。宛先は、単一のコンピュータ内部（例えば異なるディレクトリまたはスレッド）または異なる地理的位置（例えば異なるコンピュータ／サーバ）に位置する場合がある。

前述のように、ＩＡはこれらの宛先４６にとどまらない。ＩＡは、ネットワーク内である位置から別の位置へと常に移動する。図４を参照すると、一実施形態において、移送コントローラ４２は、（実線の矢印が示すように）ＩＡが配置される各宛先４６にメッセージを送信する。メッセージは、対象のＩＡの次の位置４８を示す。ＩＡは、（点線の矢印として示す軌道をたどって）次の位置４８に再び誘導される。

更に具体的には、本実施形態において、移送コントローラ４２は、ＩＡが別の宛先に移動する前にそれらをいつどこで記憶するかを制御する。移送コントローラ４２は、ＩＡの移動パターンが潜在的なハッカーによって予測されるのを防ぐ試みにおいて、ランダム化した（例えばメモリなしランダム）手順によってＩＡの宛先を決定することができる。

あるいは、移送コントローラ４２は、内部ローカル移送アルゴリズムによって、またはコマンド・センタ（図示せず）からの命令のもとで、ＩＡの宛先を決定することができる。しかしながら、移送コントローラ４２がＩＡの宛先を決定するために用いる特定の機構にはかかわらず、この手順の基礎にある目的は、ＩＡが盗聴または傍受されるリスクを低減することである。

想起されるように、別の実施形態においては、移送コントローラ４２はＩＡの位置を知らず、ＩＡは次の宛先を決定するために内部ランダム化ルール・セットを用いる。

（ｄ）セキュア要素の再組み合わせ
図５を参照すると、必要な場合、移送コントローラ４２は、全てのＩＡが再組み合わせ位置５０に移動することを要求するメッセージをネットワークに送信する（実線の矢印によって示すように）。ＩＡは、通信手段４４によって再組み立て位置５０に移動する（ＩＡの軌道は点線の矢印によって示す）。いったん再組み立て位置５０において組み立てられると、復号化部５２が、ＩＡ内に収容されている暗号化されたセキュア要素５４を復号化する。次いで、結合部５６が、復号化されたセキュア要素５８を組み立てて再構築文書６０とし、この再構築した文書６０を最終位置６２に送信する。

再組み立て動作を可能とするため、元の文書からの各要素にインデックスを付け、それらに対応したセキュア要素が元の文書中に現れた順序でインデックスをリスト化したテーブルを維持する。前述の例を用いると、サブセットＳ₁＝（ｘ₁、ｘ₄、ｘ₇）、Ｓ₂＝（ｘ₂、ｘ₅、ｘ₈）、およびＳ₃＝（ｘ₃、ｘ₆、ｘ₉）を元の文書に再結合することは、Ｓ₁、Ｓ₂、およびＳ₃のビットを一体化してＳ＝（ｘ１、ｘ２、ｘ３、ｘ４、・・・）とすることで実行される。このため、元の文書からのインデックスの順序は保持される（すなわち、全ての次のビットｘ_iは直前のビットｘ_i-1よりも大きい）。

余談として、米国特許第６，９８８，２７９号の方法は、侵入者がセキュア要素をコピーしそれらを使用して元の文書を再構築することを防ぐために用いられる。更に具体的には、米国特許第６，９８８，２７９号は、コンピュータまたは設備等に対するアクセスを得ようとするＩＡの位置およびアイデンティティを確認することによってＩＡを認証するための機構を提供する。ＩＡは、関連付けられた識別タグによって識別される。米国特許第６，９８８，２７９号の方法は、ＩＡの位置およびアイデンティティを、識別タグおよび登録されたＩＡがアクセスすることができる位置のレジスタ内のエントリと比較する。アクセスを得ようとするＩＡのアイデンティティおよび位置がレジスタ内のエントリと一致する場合には、ＩＡは、必要なサーバ、設備等に対するアクセスを許される。

本発明の範囲から逸脱することなく、上述のものに対する変更および変形を行うことができる。

データを安全に記憶する方法の概要を示すフローチャートである。 文書を複数のセキュリティ上安全な要素に分割し、これらのセキュリティ上安全な要素をネットワーク内の異なる位置に移送するブロック図である。 図１に示した方法において用いられるＩＡのブロック図である。 図２のネットワーク内でＩＡの位置を常に変化させるプロセスのブロック図である。 暗号化したセキュリティ上安全な要素を、再組み立て位置で組み立て、復号化して、再構築して元の文書にするプロセスのブロック図である。

Claims (16)

1. 複数のコンピューティングデバイス及び中央コントローラが相互に接続されるネットワーク上にデータを安全に記憶する方法であって、
   一のコンピューティングデバイスにおいて、
   前記データを複数のセキュア要素に分割するステップと、
   前記セキュア要素を暗号化するステップと、
   各セキュア要素を、複数のインテリジェント・エージェントへそれぞれ保存させるステップと、
   各インテリジェント・エージェントにおいて、
   予め定められたルールに基づいて、宛先を決定するステップと、
   前記宛先へ移動するステップと、
   権限を与えられたデータ・アクセスの要求を受け取るまで前記決定するステップ及び移動させるステップを繰り返すステップと、
   前記中央コントローラにおいて
   前記権限を与えられたデータ・アクセスの要求を受け取ることに応答して、再構築する位置を決定するステップと、
   各インテリジェント・エージェントにおいて
   前記再構築する位置へ移動するステップと、
   前記再構築する位置に対応するコンピューティングデバイスにおいて、
   すべての前記インテリジェント・エージェントに保存された前記セキュア要素の各々を復号化するステップと、
   前記複数のセキュア要素を組み立てて元のデータを再構築するステップと、
   前記再構築された元のデータをデータアクセスの為に最終的な位置に送るステップと、
   を含む、前記方法。
2. 前記権限を与えられたデータ・アクセスの要求はユーザからのリクエストを含む請求項１に記載の方法。
3. 前記権限を与えられたデータ・アクセスの要求を受け取ることに応答して、再構築する位置を決定するステップが、
   前記要求が発信された位置を確認するステップと、
   前記位置を用いて、前記ユーザが前記データに対するアクセスを許可されているか否かを判定するステップと、
   を含む、請求項２に記載の方法。
4. 前記権限を与えられたデータ・アクセスの要求は予め設定されたコマンドを含む、請求項１乃至３のいずれかに記載の方法。
5. 前記権限を与えられたデータ・アクセスの要求はスケジューリング要求を満足する請求項１乃至４のいずれかに記載の方法。
6. 前記中央コントローラにおいて
   前記権限を与えられたデータ・アクセスの要求を受け取ることに応答して、再構築する位置を決定するステップの後に、
   各インテリジェント・エージェントに前記再構築する位置のアドレスを含むメッセージを送信する追加ステップを含む、請求項１乃至５のいずれかに記載の方法。
7. 前記予め定められたルールはランダム化した方法である請求項１乃至６のいずれかに記載の方法。
8. 前記宛先を決定するステップは、受信した命令により宛先を決定する請求項１乃至７のいずれかに記載の方法。
9. 前記データを複数のセキュア要素に分割する前記ステップが、
   前記セキュア要素のサブセットによって充分に前記データを再構築することができるように前記データを分割する請求項１乃至８のいずれかに記載の方法。
10. 複数のサーバ及び中央コントローラがネットワークを介して相互に接続されるシステムであって、
    一のサーバにおいて、
    前記データを複数のセキュア要素に分割する手段と、
    前記セキュア要素を暗号化する手段と、
    各セキュア要素を、複数のインテリジェント・エージェントへそれぞれ保存させる手段を備え、
    各インテリジェント・エージェントは、
    予め定められたルールに基づいて、宛先を決定する手段と、
    前記宛先へ移動する手段と、
    権限を与えられたデータ・アクセスの要求を受け取るまで前記決定するステップ及び移動させるステップを繰り返す手段を備え、
    前記中央コントローラは、
    前記権限を与えられたデータ・アクセスの要求を受け取ることに応答して、再構築する位置を決定する手段を備え、
    各インテリジェント・エージェントは、
    前記再構築する位置へ移動する手段を更に備え、
    前記再構築する位置に対応するサーバは、
    すべての前記インテリジェント・エージェントに保存された前記セキュア要素の各々を復号化する手段と、
    前記複数のセキュア要素を組み立てて元のデータを再構築する手段と、
    前記再構築された元のデータをデータアクセスの為に最終的な位置に送る手段とを備える
    システム。
11. 前記宛先が、異なる地理的位置に配された複数のサーバを含む、請求項１０に記載のシステム。
12. 前記宛先が単一のサーバ内に配される、請求項１０に記載のシステム。
13. 前記データがセキュリティ鍵を含む、請求項１０乃至１２のいずれかに記載のシステム。
14. 前記インテリジェント・エージェントが、相互に通信を行う手段を含む、請求項１０乃至１３のいずれかに記載のシステム。
15. 前記インテリジェト・エージェントが、コンピュータ、スイッチ、ＰＤＡ、および携帯電話を含む多種多様なデバイスにアクセスするように適合されている、請求項１０乃至１４のいずれかに記載のシステム。
16. 前記インテリジェト・エージェントが、異なる媒体を介して移動すると共に異なる媒体を介してメッセージを受信するように適合されている、請求項１０乃至１５のいずれかに記載のシステム。

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