JP6312344B2 - セキュリティ装置、その方法、およびプログラム - Google Patents
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Description
[第1実施形態]
本形態の秘密分散処理では、セキュリティ装置が、処理情報を秘密分散して複数個の断片情報を得、断片情報の写像による像である検証情報を得、検証情報を記憶部に格納する(安全に格納する)。本形態の復元処理では、セキュリティ装置が、復元に必要な断片情報の入力を受け付け、入力された断片情報の写像による像である第4検証情報と、記憶部に格納された検証情報と、を比較し、検証情報に一致する第4検証情報に対応する断片情報から処理情報を復元する。断片情報が改ざんや破損されていた場合、検証情報と第4検証情報とが不一致となる。そのため、断片情報の改ざんや破損を検知することができる。以下に本形態の詳細を説明する。
図1に例示するように、本形態の秘密分散システム1は、クライアント装置11と、セキュリティ装置12と、複数個の記憶装置13−1〜13−N(ただし、Nは2以上の整数)とを有する。セキュリティ装置12は、外部からの攻撃が遮断された安全なネットワークを通じてクライアント装置11と通信可能に構成されている。すなわち、クライアント装置11とセキュリティ装置12とは、外部からの攻撃が遮断された安全なネットワーク上に構成されている。例えば、クライアント装置11とセキュリティ装置12は、秘密分散システム1を利用する会社の拠点内の安全なネットワーク上に構成されている。また、セキュリティ装置12は、ネットワーク14を通じて記憶装置13−1〜13−Nと通信可能に構成されている。ネットワーク14は、例えば、インターネット等の安全ではないネットワークであるが、外部からの攻撃が遮断された安全なネットワークであってもよい。
クライアント装置11は、セキュリティ装置12へ分散対象の処理情報(ファイルやデータ等)を送信したり、分散後の断片情報(シェア)から元の処理情報への復元をセキュリティ装置12へ要求したりする。クライアント装置11は、例えば、集積回路等のプログラムを必要としないハードウェアで構成される。クライアント装置11は、予め処理情報が格納されたセキュリティ装置12上のプログラムを実行する。その他、クライアント装置11がCPU(central processing unit)やRAM(random-access memory)や通信装置等を備える汎用または専用のコンピュータ(例えば、パーソナルコンピュータやサーバコンピュータ等)に所定のプログラムが読み込まれて構成された装置であってもよい。
セキュリティ装置12は、クライアント装置11からの要求に基づき、所定の秘密分散方式に則って処理情報の分散処理/復元処理を行う。これらの処理に伴い、セキュリティ装置12は、各記憶装置(ストレージ)13−1〜13−Nとの間で断片情報を送受信する。また、セキュリティ装置12は、分散処理の際に、断片情報の写像による像を格納し、随時、断片情報の改ざんや破損の検知を行う。なお、秘密分散では、しきい値K個以上(ただし、K≧1)の断片情報が得られた場合にのみ処理情報が復元されるように、処理情報をN(ただし、N≧2)個の断片情報に分散する。K=Nを満たす秘密分散の方式をN−out−of−N分散方式といい、K<Nを満たす秘密分散の方式をK−out−of−N分散方式という(例えば、非特許文献1参照)。正しい断片情報がK個以上集まれば処理情報を復元できるが、正しい断片情報がK個以上集まらなければ処理情報に関する情報を全く得ることができない。分散数Nおよび復元時に必要な断片情報数Kは自由に設定可能である。また、「Aの写像による像B」は、Aを所定の関数に入力して得られる関数値Bであってもよいし、Aを所定のアルゴリズムに入力して得られる出力値Bであってもよい。言い換えると、「Aの写像による像B」は、「Aに写像fを施して得られる値B=f(A)」である。すなわち、「Aの写像による像B」は、「写像fのもとでのAの像B=f(A)」である。「写像」の例は、一方向性(one-wayness)および衝突困難性(collision resistance)を持つ写像である。例えば、SHA−256等の暗号学的なハッシュ関数やハッシュアルゴリズムを写像として用いてもよいし、AES(Advanced Encryption Standard)やCamellia(登録商標)等の共通鍵暗号関数や共通鍵暗号アルゴリズムを写像として用いてもよい。「写像」が暗号学的なハッシュ関数やハッシュアルゴリズムである場合、「Aの写像による像B」はAのハッシュ値であり、「写像」が共通鍵暗号関数や共通鍵暗号アルゴリズムである場合、「Aの写像による像B」はAの暗号文である。なお、「写像」が一方向性を持つ場合、断片情報の写像による像から断片情報を得ることができず、安全性が高い。そのため、「写像」は一方向性を持つことが望ましい。また、「写像」が衝突困難性を持つ場合、改ざんまたは破損された断片情報を非常に高い確率で検知できる。そのため、「写像」は衝突困難性を持つことが望ましい。しかしながら、用途によっては、一方向性を持たない関数やアルゴリズムを「写像」として用いてもよいし、衝突困難性を持たない関数やアルゴリズムを「写像」として用いてもよい。
記憶装置13−nは、例えば、データセンタのストレージであり、上述の断片情報を保管する。可用性を高めるため、記憶装置13−nは、互いに地理的に離れた場所に設置されることが望ましい。記憶装置13−nは、例えば、CPUやRAMや通信装置等を備えた汎用または専用のコンピュータに所定のプログラムが読み込まれて構成される装置である。図2Bに例示するように、本形態の記憶装置13−nは、インタフェース部131−nと、記憶部132−nと、検証情報生成部133−nと、制御部138−nと、メモリ139−nを有する。記憶装置13−nは、制御部138−nの制御のもとで各処理を実行する。以下では説明を省略するが、インタフェース部131−nに入力されたデータや各部で得られたデータは、逐一、メモリ139−nや記憶部132−nに格納される。メモリ139−nや記憶部132−nに格納されたデータは、必要に応じて各部に読み込まれる。
次に、図3を用いて本形態の分散処理を説明する。
まず、クライアント装置11が、分散要求とともに分散対象の処理情報mをセキュリティ装置12に送信(出力)する。処理情報mはどのような情報であってもよい。処理情報mの例は、文書、表、画像、動画、音声等のファイル、または数値等のデータである(ステップS101)。
次に、図4および図5を用いて本形態の復元処理を説明する。
まず、クライアント装置11が、復元要求をセキュリティ装置12に送信する(ステップS121)。セキュリティ装置12(図2A)のインタフェース部121はこの復元要求を受信する。インタフェース部121は、さらにN個の記憶装置13−1〜13−NのうちK個(ただし、K≦N)の記憶装置13−f(1)〜13−f(K)に対し、ネットワーク14経由で復元要求を送信する。なお、fは単射であり、{f(1),・・・,f(K)}⊆{1,・・・,N}を満たす。K個のf(1),・・・,f(K)の選択方法に限定はない。例えば、{1,・・・,N}からランダムに{f(1),・・・,f(K)}を選択してもよいし、所定の優先順位に従って{f(1),・・・,f(K)}を選択してもよい。例えば、安全性の高い順番に記憶装置13−f(1),・・・,13−f(K)を選択してもよい(ステップS122)。
本形態では、断片情報snの写像による像hn=H(sn)である検証情報hnをセキュリティ装置12に安全に格納しておくこととしたため、断片情報snの改ざんや破損を検知することができる。さらに、断片情報snをネットワーク14経由で送受信するたびに、検証情報hnを用いて記憶装置13−nに格納された断片情報snを検証するため、断片情報snの改ざんや破損を早期に検出することができる。また、検証情報hnはセキュリティ装置12に安全に格納されるため、外部からの検証情報hnに対する攻撃を防止でき、検証情報hnの情報理論的安全性を確保できる。
第2実施形態では、第1実施形態で説明した事項に加え、さらに自然災害等による利用会社拠点(クライアント装置やセキュリティ装置等がある拠点)の喪失やセキュリティ装置の故障に備え、セキュリティ装置に保管している検証情報を、秘密分散を利用してバックアップする。本形態のバックアップ処理時には、セキュリティ装置が、検証情報の写像による像である第2検証情報を得、検証情報と第2検証情報とを含む結合情報を秘密分散して複数個の第2断片情報を得、第2断片情報を出力する。第2断片情報は各記憶装置に分散して格納される。本形態のバックアップ復元処理時には、セキュリティ装置が、第2断片情報の入力を受け付け、入力された第2断片情報から結合情報を復元し、復元された結合情報(復元情報)が含む検証情報の写像による像である第3検証情報と、復元された結合情報が含む第2検証情報と、を比較する。第2断片情報が改ざんや破損されていた場合、第3検証情報と第2検証情報とが不一致となる。そのため、第2断片情報の改ざんや破損を検知することができ、正しい検証情報を復元できる。以下に本形態の詳細を説明する。なお、以下では第1実施形態との相違点のみを説明し、第1実施形態と共通する事項については第1実施形態で用いた参照番号を用い、説明を省略する。
図1に例示するように、本形態の秘密分散システム2は、クライアント装置11と、セキュリティ装置22と、複数個の記憶装置23−1〜23−N(ただし、Nは2以上の整数)とを有する。セキュリティ装置22は、外部からの攻撃が遮断された安全なネットワークを通じてクライアント装置11と通信可能に構成されている。また、セキュリティ装置22は、ネットワーク14を通じて記憶装置23−1〜23−Nと通信可能に構成されている。
第1実施形態と同じである。
セキュリティ装置22は、クライアント装置11からの要求に基づき、所定の秘密分散方式に則って処理情報の分散処理/復元処理を行う。これらの処理は第1実施形態またはその変形例と同じである。さらに、セキュリティ装置22は、所定の契機で、記憶部に格納された検証情報のバックアップ処理を行う。セキュリティ装置22は、例えば、CPUやRAMや通信装置等を備えた汎用または専用のコンピュータに所定のプログラムが読み込まれて構成される。図6に例示するように、本形態のセキュリティ装置22は、インタフェース部121(「入力部」「第2入力部」「出力部」「第2出力部」)と、秘密分散部122と、検証情報生成部123と、記憶部124と、検証部125,126と、復元部127と、制御部128と、メモリ129と、秘密分散部222と、検証情報生成部223と、複製部224と、検証部226と、復元部227を有する。セキュリティ装置22は、制御部128の制御のもとで各処理を実行する。
記憶装置23−nは、第1実施形態で説明した断片情報に加え、上述検証情報のバックアップ処理で得られた第2断片情報を格納する。記憶装置23−nは、例えば、CPUやRAMや通信装置等を備えた汎用または専用のコンピュータに所定のプログラムが読み込まれて構成される装置である。図2Bに例示するように、本形態の記憶装置23−nは、インタフェース部131−nと、記憶部232−nと、検証情報生成部133−nと、制御部138−nと、メモリ139−nを有する。記憶装置23−nは、制御部138−nの制御のもとで各処理を実行する。
まず、図7を用いて本形態のバックアップ処理を説明する。
バックアップ処理は所定の契機で実行される。例えば、バックアップ処理は、セキュリティ装置22の記憶部124に新たな検証情報が格納されるたびに実行されてもよいし、所定の期間ごとに実行されてもよいし、クライアント装置11からの要求があるたびに実行されてもよい。
次に、図8を用いて本形態のバックアップ復元処理を説明する。
バックアップ復元処理は、クライアント装置11からの要求を受けて行われる。バックアップ復元処理が開始されると、まず、セキュリティ装置22(図6)のインタフェース部121は、N個の記憶装置23−1〜23−NのうちK個(ただし、K≦N)の記憶装置23−f(1)〜23−f(K)に対し、ネットワーク14経由で復元要求を送信する。第1実施形態のステップS122と同様、K個のf(1),・・・,f(K)の選択方法に限定はない(ステップS222)。
本形態では、複製情報(検証情報)d={h1,・・・,hN}の写像Gによる像g=G(d)である検証情報gを得、複製情報(検証情報)dと検証情報gとを含む結合情報(d,g)を秘密分散してN個の断片情報shn(ただし、n=1,・・・,N)を得、各断片情報shnを記憶装置23−nに格納することとした。これにより、セキュリティ装置22の記憶部124のデータが破損してしまった場合でも、K個の断片情報shf(k)(ただし、k=1,・・・,K)から検証情報h1,・・・,hNを復元することができる。また、検証情報gを用いることにより、検証情報h1,・・・,hNが改ざんや破損しているかも検証(完全性の検証)できる。さらに、検証情報gをセキュリティ装置22の記憶部124に格納しておいたのでは記憶部124のデータが破損してしまった場合に検証情報h1,・・・,hNを検証することができなくなるが、本形態ではK個の記憶装置23−f(k)(ただし、k=1,・・・,K)に分散して格納された断片情報shf(k)から検証情報gを復元できる。そのため、記憶部124のデータが破損してしまった場合でも検証情報h1,・・・,hNを検証できる。
本形態の秘密分散処理では、セキュリティ装置が、処理情報を秘密分散して複数個の断片情報を得、処理情報の写像による像である検証情報を得、検証情報を秘密分散して複数個の第2断片情報を得、断片情報および第2断片情報を出力する。断片情報および第2断片情報は、各記憶装置に分散して格納される。本形態の復元処理では、セキュリティ装置が、断片情報および第2断片情報の入力を受け付け、入力された断片情報から復元された処理情報の写像による像である第2検証情報と、入力された第2断片情報から復元された検証情報と、を比較する。断片情報が改ざんや破損されていた場合、検証情報と第2検証情報とが不一致となる。そのため、断片情報の改ざんや破損を検知することができる。また、本形態では検証情報も秘密分散し、それによって得られる第2断片情報をも分散して各記憶装置に格納するため、セキュリティ装置が検証情報を格納する記憶部が不要となる。以下に本形態の詳細を説明する。以下ではこれまで説明した事項との相違点を中心に説明する。
図1に例示するように、本形態の秘密分散システム3は、クライアント装置11と、セキュリティ装置32と、複数個の記憶装置33−1〜33−N(ただし、Nは2以上の整数)とを有する。セキュリティ装置32は、外部からの攻撃が遮断された安全なネットワークを通じてクライアント装置11と通信可能に構成されている。また、セキュリティ装置32は、ネットワーク14を通じて記憶装置33−1〜33−Nと通信可能に構成されている。
第1実施形態と同じである。
セキュリティ装置32は、クライアント装置11からの要求に基づき、所定の秘密分散方式に則って処理情報の分散処理/復元処理を行う。これらの処理に伴い、セキュリティ装置32は、各記憶装置33−1〜33−Nとの間で断片情報を送受信する。セキュリティ装置32は、例えば、CPUやRAMや通信装置等を備えた汎用または専用のコンピュータに所定のプログラムが読み込まれて構成される。図9Aに例示するように、本形態のセキュリティ装置32は、インタフェース部121(「出力部」「入力部」)と、秘密分散部322,324と、検証情報生成部323と、検証部326と、復元部327,328と、制御部128と、メモリ129とを有する。セキュリティ装置32は、制御部128の制御のもとで各処理を実行する。
記憶装置33−nは、例えば、データセンタのストレージであり、上述の断片情報および第2断片情報を保管する。可用性を高めるため、記憶装置33−nは、互いに地理的に離れた場所に設置されることが望ましい。記憶装置33−nは、例えば、CPUやRAMや通信装置等を備えた汎用または専用のコンピュータに所定のプログラムが読み込まれて構成される装置である。図9Bに例示するように、本形態の記憶装置33−nは、インタフェース部331−nと、記憶部332−nと、制御部138−nと、メモリ139−nを有する。記憶装置33−nは、制御部138−nの制御のもとで各処理を実行する。
次に、図10を用いて本形態の分散処理を説明する。
まず、クライアント装置11が、分散要求とともに分散対象の処理情報mをセキュリティ装置32に送信(出力)する(ステップS101)。
次に、図11を用いて本形態の復元処理を説明する。
まず、クライアント装置11が、復元要求をセキュリティ装置32に送信する(ステップS121)。セキュリティ装置32(図9A)のインタフェース部121はこの復元要求を受信する。インタフェース部121は、さらにN個の記憶装置33−1〜33−NのうちK個(ただし、K≦N)の記憶装置33−f(1)〜33−f(K)に対し、ネットワーク14経由で復元要求を送信する。第1実施形態のステップS122と同様、K個のf(1),・・・,f(K)の選択方法に限定はない(ステップS122)。
本形態では、処理情報mを秘密分散し、それによって断片情報sn(ただし、n=1,・・・,N)を得、処理情報mの写像による像h=H(m)である検証情報hを秘密分散し、それによって断片情報hn(ただし、n=1,・・・,N)を得、各(sn,hn)を各記憶装置33−n(ただし、n=1,・・・,N)に格納することとした。そのため、断片情報snの改ざんや破損を検知することができる。また、処理情報mを秘密分散して得られる断片情報snだけではなく、処理情報mの検証情報hを秘密分散して得られる断片情報hnをも分散して各記憶装置33−nに格納しておくため、セキュリティ装置32に検証情報を格納しておく必要がない。
なお、本発明は上述の各実施形態に限定されるものではない。例えば、秘密分散によって得られた情報をさらに分割した情報を「断片情報」として上記の各処理が実行されてもよい。この場合の復元は、複数個の断片情報を結合して行われる。また、上述の各実施形態では、復元処理やバックアップ復元処理の際、セキュリティ装置が復元に用いる記憶装置を選択したが、クライアント装置が復元に用いる記憶装置を選択してもよい。また、上述の各実施形態では、分散時に処理情報mがクライアント装置からセキュリティ装置に入力され、復元後に処理情報mがセキュリティ装置からクライアント装置に出力されることとした。しかしながら、分散前に予めセキュリティ装置の記憶部に処理情報mが格納されており、復元後に処理情報mがセキュリティ装置の記憶部に格納されることとしてもよい。その他上述の各種の処理は、記載に従って時系列に実行されるのみならず、処理を実行する装置の処理能力あるいは必要に応じて並列的にあるいは個別に実行されてもよい。その他、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜変更が可能であることはいうまでもない。
11 クライアント装置
12,22,32,32’ セキュリティ装置
13−n,23−n,33−n,33’−n 記憶装置
Claims (6)
- N≧2であり、N>K≧1であり、K個以上の断片情報が得られた場合にのみ処理情報が復元されるように、前記処理情報をN個の断片情報s 1 ,…,s N に秘密分散する秘密分散部と、
n=1,…,Nであり、前記断片情報s n の写像による像である検証情報h n を得る検証情報生成部と、
前記断片情報s 1 ,…,s N を出力する出力部と、
N個の前記検証情報h 1 ,…,h N を含む複製情報d={h 1 ,…,h N }の写像による像である第2検証情報gを得る第2検証情報生成部と、
K個以上の第2断片情報が得られた場合にのみ前記複製情報dおよび前記第2検証情報gを含む情報が復元されるように、前記複製情報dおよび前記第2検証情報gを含む情報を秘密分散してN個の第2断片情報sh 1 ,…,sh N を得る第2秘密分散部と、
前記第2断片情報sh 1 ,…,sh N を出力する第2出力部と、
{f(1),・・・,f(K)}⊆{1,・・・,N}であり、K個の前記第2断片情報sh f(1) ,…,sh f(K) の入力を受け付ける入力部と、
前記入力部に入力された前記第2断片情報sh f(1) ,…,sh f(K) から、前記複製情報dおよび前記第2検証情報gを含む復元情報を復元する復元部と、
前記復元情報に含まれた前記第2検証情報gと、前記復元情報に含まれた前記複製情報dの写像による像である第3検証情報と、を比較する検証部と、
を有するセキュリティ装置。 - 請求項1のセキュリティ装置であって、
K個の前記断片情報s f(1) ,…,s f(K) の入力を受け付ける第2入力部と、
k=1,…,Kであり、前記第2入力部に入力された前記断片情報s f(k) の写像による像である第4検証情報と、前記検証情報h f(k) と、を比較する第2検証部と、
前記検証情報h f(k) に一致する前記第4検証情報に対応する前記断片情報s f(k) からなるK個の前記断片情報s f(1) ,…,s f(K) を用いて前記処理情報を復元する第2復元部と、
を有するセキュリティ装置。 - 請求項1または2のセキュリティ装置であって、
前記写像は、一方向性および衝突困難性を持つ写像である、セキュリティ装置。 - N≧2であり、N>K≧1であり、秘密分散部において、K個以上の断片情報が得られた場合にのみ処理情報が復元されるように、前記処理情報をN個の断片情報s 1 ,…,s N に秘密分散するステップと、
n=1,…,Nであり、検証情報生成部において、前記断片情報s n の写像による像である検証情報h n を得るステップと、
出力部において、前記断片情報s 1 ,…,s N を出力するステップと、
第2検証情報生成部において、N個の前記検証情報h 1 ,…,h N を含む複製情報d={h 1 ,…,h N }の写像による像である第2検証情報gを得るステップと、
第2秘密分散部において、K個以上の第2断片情報が得られた場合にのみ前記複製情報dおよび前記第2検証情報gを含む情報が復元されるように、前記複製情報dおよび前記第2検証情報gを含む情報を秘密分散してN個の第2断片情報sh 1 ,…,sh N を得るステップと、
第2出力部において、前記第2断片情報sh 1 ,…,sh N を出力するステップと、
{f(1),・・・,f(K)}⊆{1,・・・,N}であり、入力部において、K個の前記第2断片情報sh f(1) ,…,sh f(K) の入力を受け付けるステップと、
復元部において、前記入力部に入力された前記第2断片情報sh f(1) ,…,sh f(K) から、前記複製情報dおよび前記第2検証情報gを含む復元情報を復元するステップと、
検証部において、前記復元情報に含まれた前記第2検証情報gと、前記復元情報に含まれた前記複製情報dの写像による像である第3検証情報と、を比較するステップと、
を有するセキュリティ方法。 - 請求項4のセキュリティ方法であって、
第2入力部において、K個の前記断片情報s f(1) ,…,s f(K) の入力を受け付けるステップと、
k=1,…,Kであり、第2検証部において、前記第2入力部に入力された前記断片情報s f(k) の写像による像である第4検証情報と、前記検証情報h f(k) と、を比較するステップと、
第2復元部において、前記検証情報h f(k) に一致する前記第4検証情報に対応する前記断片情報s f(k) からなるK個の前記断片情報s f(1) ,…,s f(K) を用いて前記処理情報を復元するステップと、
を有するセキュリティ方法。 - 請求項1から3の何れかのセキュリティ装置としてコンピュータを機能させるためのプログラム。
Applications Claiming Priority (3)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
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