WO2010023951A1 - セキュア通信装置、セキュア通信方法及びプログラム - Google Patents

セキュア通信装置、セキュア通信方法及びプログラム Download PDF

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WO2010023951A1
WO2010023951A1 PCT/JP2009/004239 JP2009004239W WO2010023951A1 WO 2010023951 A1 WO2010023951 A1 WO 2010023951A1 JP 2009004239 W JP2009004239 W JP 2009004239W WO 2010023951 A1 WO2010023951 A1 WO 2010023951A1
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WO
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processing
encryption
decryption
network protocol
authentication
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PCT/JP2009/004239
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一成 山田
諭 千賀
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パナソニック株式会社
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    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L9/00—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols
    • H04L9/32—Cryptographic mechanisms or cryptographic arrangements for secret or secure communications; Network security protocols including means for verifying the identity or authority of a user of the system or for message authentication, e.g. authorization, entity authentication, data integrity or data verification, non-repudiation, key authentication or verification of credentials
    • H—ELECTRICITY
    • H04—ELECTRIC COMMUNICATION TECHNIQUE
    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L63/00—Network architectures or network communication protocols for network security
    • H04L63/04—Network architectures or network communication protocols for network security for providing a confidential data exchange among entities communicating through data packet networks
    • H04L63/0428—Network architectures or network communication protocols for network security for providing a confidential data exchange among entities communicating through data packet networks wherein the data content is protected, e.g. by encrypting or encapsulating the payload
    • H—ELECTRICITY
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    • H04L—TRANSMISSION OF DIGITAL INFORMATION, e.g. TELEGRAPHIC COMMUNICATION
    • H04L63/00—Network architectures or network communication protocols for network security
    • H04L63/08—Network architectures or network communication protocols for network security for authentication of entities

Definitions

  • IP secure communication is common as a means for encrypting information flowing on a network.
  • IPsec that performs encrypted communication is standardized as a standard function in RFC (Request For Comment).
  • server In order to perform IP secure communication, it is necessary to execute encryption / decryption authentication processing, which is a high load processing, in real time. For this reason, in IP secure communication, special hardware that performs cryptographic authentication (hereinafter referred to as “server” or “router” or the like) is required to achieve high speed, or when realized with a weak machine such as an embedded device. It may implement
  • the pre-processing of the second packet can not be performed unless the post-processing of the first packet is performed in advance.
  • FIG. 1 is a diagram for explaining communication stack processing when HW encryption authentication is performed
  • FIG. 1A shows normal communication stack processing
  • FIG. 1B shows communication stack processing when HW encryption authentication is performed.
  • the communication stack unit 11 executes layer processing 1 and layer processing 2 via the buffer 12 in response to a transmission instruction or reception interrupt.
  • the HW preprocessing unit 22 acquires a request from the queue 24 (see (3)), and issues an HW processing request to the HW encryption / decryption authentication processing unit 14 according to the acquired request (see (4)).
  • the two processes are executed discontinuously, only the first half of the stack with high priority may be continuously executed at the time of packet burst reception, and the second half may not be executed indefinitely.
  • the load on the CPU and the HW engine may be uneven, and as a result, the throughput of packet transmission may be reduced.
  • the context of layer processing 2 is completed after the context of layer processing 1 ends. There is a gap in time to start and performance is reduced. Further, as shown in FIG. 3, the request for the next packet can not be transmitted until the HW post-processing unit 23 is activated by the delay process start instruction (see (5)). There is a problem that the utilization efficiency falls, the performance falls, and the queue overflows.
  • a secure communication apparatus comprises communication means for transmitting and receiving communication packets, network protocol processing means for performing first half processing and second half processing of network protocol, encryption / decryption authentication processing means for performing encryption / decryption processing or authentication processing, and The processing result of the packet for which the encryption / decryption processing or the authentication processing has been completed is acquired from the decryption authentication processing means, and the latter half process of the network protocol of the packet and the first half process of the network protocol of the next packet are continuously performed. And an encryption / decryption authentication processing control unit that controls the network protocol processing unit.
  • the present invention is a program for causing a computer to execute each step of the secure communication method.
  • the present invention by realizing processing to the upper layer in the same context, it is possible to perform encryption / decryption processing or authentication processing in which load deviation of a CPU or HW engine is less likely to occur without overhead due to processing division. It is possible to realize high-speed encryption / decryption processing or authentication processing including network protocol processing in secure communication.
  • a diagram for explaining communication stack processing when performing conventional HW encryption authentication A diagram showing a detailed configuration of a cryptographic authentication processing unit of a conventional secure communication device Timing chart showing operation timings of the encryption authentication processing unit and the HW encryption / decryption authentication processing unit of the conventional secure communication device
  • Overall configuration diagram described at the protocol level to explain the basic idea of the present invention Diagram showing load leveling to explain the basic idea of the present invention
  • Diagram showing a high-speed control method using load leveling to explain the basic concept of the present invention A diagram showing a configuration of a secure communication device according to Embodiment 1 of the present invention
  • a block diagram showing a configuration of a secure communication device according to Embodiment 2 of the present invention Control sequence diagram for explaining the operation at the time of secure communication processing when the secure communication device according to the second embodiment functions as the receiving side Control sequence diagram for explaining the operation at the time of secure communication processing by the secure communication device according to the second embodiment
  • Control sequence diagram for explaining the operation at the time of secure communication processing when the secure communication device according to the third embodiment of the present invention functions as a receiving side Control sequence diagram for explaining the operation at the time of secure communication processing by the secure communication device according to the third embodiment
  • the secure communication device 100 is configured to include an IP secure protocol 110, a crypto manager (Crypto Manager) 120, and an HW encryption / decryption authentication engine 130.
  • the crypto manager 120 generates a request for initializing the HW engine by the processing below the IP layer, generates a request for HW initialization unit 121, acquires and stores the HW encryption / decryption authentication result, and processes above the IP layer And an HW post-processing result storage unit 122 to be delivered to the
  • the crypto manager 120 performs network stack processing (stack first half processing) to be performed before pre-processing and post-processing by using load leveling described later and a high-speed control method using this load leveling.
  • the two processes are continuously executed without being divided by the encryption / decryption authentication process (pre-processing, HW engine processing, and post-processing) with the network stack processing to be performed (stack second half processing).
  • the crypto manager 120 processes the processing (for example, layer processing 1) of the IP secure protocol 110 or higher (for example, layer processing 1) and the processing for IP or lower layers (for example, layer processing 2).
  • layer processing 1 the processing for example, layer processing 1
  • IP or lower layers for example, layer processing 2.
  • the HW encryption / decryption authentication engine 130 transmits a plaintext packet to be transmitted to the communication partner as AES (Advanced Encryption Standard), 3DES (Triple Data Encryption Standard), etc.
  • AES Advanced Encryption Standard
  • 3DES Triple Data Encryption Standard
  • the encryption algorithm is used to encrypt the data, or the authentication information is added using an algorithm such as SHA-1 (Secure Hash Algorithm-1), or both the encryption and the authentication information are added.
  • the encrypted packet received from the communication partner is subjected to falsification check based on the added authentication information, or the encrypted packet is decrypted, or both falsification check and decryption are performed.
  • the HW encryption / decryption authentication engine 130 outputs the encryption / decryption authentication result to the HW post-processing result storage unit 122 of the crypto manager 120 when the HW encryption / decryption authentication processing by the corresponding HW processing request is finished.
  • the crypto manager 120 performs the first half of the stack process and the second half of the stack for the process (for example, layer process 1) of the IP secure protocol 110 or more (for example, layer process 1) and the process for the IP layer or less (for example, layer process 2).
  • the processing is continuously executed without being divided by the encryption / decryption authentication processing (pre-processing, HW engine processing, post-processing).
  • the HW encryption / decryption authentication engine 130 performs the encryption / decryption authentication process by the HW according to the HW processing request from the request generation HW initialization unit 121 of the crypto manager 120, and the encryption / decryption authentication result is stored in the HW post-processing result storage unit 122 of the crypto manager 120.
  • Output to The processing here corresponds to (2) HW encryption / decryption authentication processing.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining load leveling
  • FIG. 5A shows (1) the first half process, (2) HW encryption / decryption authentication process, and (3) second half process in FIG. 4 when no special control is performed.
  • FIG. 5B shows the (1) first half process, (2) HW encryption / decryption authentication process, and (2) second half process of FIG. 4 when load balancing is performed.
  • the numbers in "" indicate the arrival order of packets.
  • the broken line arrow of the number 150 indicates the timing of the first half process of the network protocol
  • the broken line arrow of the number 151 indicates a delay process start instruction based on the HW interrupt context.
  • the request generation HW initialization unit 121 performs the first half process of high priority for the packets “1” to “4” in the (1) first half process, 1)-"4" requests are issued to the HW encryption / decryption authentication engine 130.
  • the HW encryption / decryption authentication engine 130 performs the HW encryption / decryption authentication processing of the request for the packet “1” among the issued packets “1” to “4” in the (2) HW encryption / decryption authentication processing.
  • the HW post-processing result storage unit 122 acquires and stores the HW encryption / decryption authentication result for the packet “1” in the second half process of the network protocol (3), and passes it to the process of the IP layer or more. Although illustration is omitted, after that, the HW encryption / decryption authentication engine 130 sequentially performs the HW encryption / decryption authentication processing of the request for the packets “2” to “4” in the (2) HW encryption / decryption authentication processing.
  • the post-processing result storage unit 122 acquires and stores the HW encryption / decryption authentication result for the packets “2” to “4” in the second half processing (3). As shown in FIG.
  • the request generation HW initialization unit 121 does not process the next packet “5” to “7” in the (1) first half process only after the processes so far for the packets “1” to “4” end. Request can be issued to the HW encryption / decryption authentication engine 130.
  • the IP secure protocol 110 and the HW post-processing result storage unit 122 acquire and store the HW encryption / decryption authentication result of the packet “2” in the second half processing (3) and perform the second half processing (processing of IP layer or more) of the network protocol .
  • the IP secure protocol 110 and the request generation HW initialization unit 121 perform the first half process (process below IP layer) of the network protocol of the packet “3” in the first half process (HWW) of the packet “3” It is issued to the encryption / decryption authentication engine 130.
  • the HW encryption / decryption authentication engine 130 performs the HW encryption / decryption authentication processing of the request for the issued packet “3” in (2) HW encryption / decryption authentication processing.
  • the IP secure protocol 110 and the HW post-processing result storage unit 122 acquire and store the HW encryption / decryption authentication result of the packet “3” in the second half processing (3) and perform the second half processing (processing of IP layer or more) of the network protocol .
  • the encryption / decryption authentication process is operated at the timing of the first half process of the network protocol, so HW / SW can not be processed in parallel for order maintenance.
  • the present invention realizes parallel processing of HW / SW while maintaining the processing order by combining, dividing and rearranging.
  • FIG. 6A illustrates the load leveling of FIG. 5B in more detail.
  • the IP secure protocol 110 and the request generation HW initialization unit 121 perform “the first half process of the network protocol (process below IP layer)” for the packet “2” in the first half process.
  • “encryption / decryption authentication first half processing (request generation and HW initialization)” is performed.
  • the HW encryption / decryption authentication engine 130 performs the HW encryption / decryption authentication processing of the issued packet “2” request in the (2) HW encryption / decryption authentication processing.
  • FIG. 6BC is a diagram for explaining the high speed control method.
  • FIG. 6B shows a method A of a high-speed control method for performing high-speed control after load leveling
  • FIG. 6C shows a method B of a high-speed control method obtained by further dividing the method A.
  • This high-speed control method performs the first half processing and the second half processing in a series of contexts. That is, by combining the last half process (the process after layer 2) of the previous packet and the process (the process of layer 1) of the next packet, the process of the packet is performed without waiting time as a function time.
  • Method B of FIG. 6C realizes parallel processing of HW / SW by rearranging the respective processing of method A, thereby achieving higher-speed control.
  • the rearrangement of each process is as follows (i)-(iv).
  • the second half processing of the above (iv) network protocol is continuously performed, whereby the delay processing start instruction based on the HW interrupt context number 151 is reduced. . That is, when there is a function call by the upper program, the above (i) to (iv) are continuously executed without any loss, so that the delay processing start instruction of the number 151 is not necessary.
  • a delay processing start instruction of number 151 is issued in order to generate a HW interrupt and start the second half processing.
  • the next packet may arrive before that. In such a case, method B of FIG.
  • FIG. 7 is a diagram showing a configuration of a secure communication device of the encryption information communication system according to Embodiment 1 of the present invention based on the above basic idea.
  • FIG. 8 is a timing chart showing operation timings of the encryption and authentication processing unit 230 and the HW encryption / decryption authentication processing unit 240.
  • numbers (1) to (6) are symbols for explaining the flow of processing.
  • the communication stack unit 210 instructs the encryption authentication processing unit 230 to perform processing in layer process 1 when receiving a transmission instruction or reception interrupt, and the encryption authentication processing unit 230 performs HW encryption / decryption authentication processing An HW processing request is issued to the unit 240.
  • the cryptographic authentication processing unit 230 performs the following operation.
  • the request control unit 231 places the request in the queue 233 (see (1)). If the request control unit 231 is not in the HW busy state, the request control unit 231 instructs the HW post-processing unit 232 to perform the HW preprocessing (see (2)).
  • the HW pre / post processing unit 232 acquires the HW processing result from the HW encryption / decryption authentication processing unit 240 (see (3)) and executes the HW post processing.
  • the HW pre-processing and post-processing unit 232 instructs the layer processing 2 to perform the second half processing (see (6)).
  • the HW post-processing unit 232 acquires the request from the queue 233 (see (4)), and the HW encryption / decryption authentication processing unit 240 performs the HW processing request according to the acquired request. Issue (see (5)).
  • the HW encryption / decryption authentication processing unit 240 performs the encryption / decryption authentication process by the HW in accordance with the HW processing request (see (5)) from the HW pre / post processing unit 232.
  • the HW encryption / decryption authentication processing unit 240 generates an HW interrupt context when the encryption / decryption authentication processing by the corresponding HW processing request is completed (see FIG. 8), and instructs the delay processing start instruction based on the HW interrupt context to the HW pre / post processing unit 232 Output to (see (0)).
  • the HW post-processing unit 232 acquires the HW processing result from the HW encryption / decryption authentication processing unit 240 (see (3)) and executes the HW post-processing. When the HW post-processing ends, the HW post-processing unit 232 instructs the layer processing 2 to perform the latter half processing.
  • the communication stack unit 210 executes layer processing 2.
  • the cryptographic processing unit 230 executes layer processing 1 and layer 2 in the same context without HW processing latency.
  • the HW post-processing unit 232 of the encryption and authentication processing unit 230 performs HW process result acquisition (see (3)) and a second half process instruction (see (6)) when there is a processed request. If a request is accumulated in the queue 233, HW pre-processing (see (4) and (5)) is performed. Further, the HW post-processing unit 232 performs the same processing by looking at the queue 233 also at the time of a delay processing start instruction (see (0)) from the HW encryption / decryption authentication processing unit 240.
  • secure communication apparatus 300 includes upper program 310, network protocol processing unit 320, communication unit 330, encryption / decryption authentication processing control unit 340, encryption / decryption authentication processing unit 350, and encryption / decryption authentication request storage unit 360. Configured
  • the upper program 310, the network protocol processor 320, and the encryption / decryption authentication process controller 340 are executed by the CPU.
  • the upper program 310 is an application or another program that is actually trying to transmit and receive encrypted data.
  • the network protocol processor 320 receives a command from the encryption / decryption authentication process controller 340 to process the lower layer of the network protocol of the encrypted packet for which the encryption authentication process is completed (a part of the IP protocol process, and the processes thereafter) And instructs the communication unit 330 to transmit the encrypted packet whose processing has been completed.
  • the network protocol processor 320 receives the encrypted packet received by the communication unit 330, performs lower layer processing of the network protocol, and encrypts and decrypts the encrypted packet for which processing has been completed, together with the parameters necessary for the encryption / decryption authentication process.
  • the encryption / decryption authentication processing control unit 340 is requested to perform encryption / decryption authentication processing.
  • the communication unit 330 performs transmission processing of an arbitrary packet according to an instruction of the network protocol processing unit 320. Also, the communication unit 330 receives data transmitted by the opposite secure communication device, and transfers the data to the network protocol processing unit 320. Specifically, a network device capable of IP communication such as a wired LAN or a wireless LAN is desirable.
  • the encryption / decryption authentication processing control unit 340 instructs the encryption / decryption authentication processing unit 350 to encrypt the plaintext / encrypted data stored in the encryption / decryption authentication request based on the encryption / decryption authentication instruction from the network protocol processing unit 320. Perform decryption authentication processing.
  • the encryption / decryption authentication processing control unit 340 encrypts / decrypts the encryption / decryption authentication process of the encryption / decryption authentication request stored earlier.
  • the authentication processing unit 350 is requested, and the encryption / decryption authentication request requested by the network protocol processing unit 320 is stored in the encryption / decryption authentication request storage unit 360.
  • the encryption / decryption authentication processing control unit 340 stores the encryption / decryption authentication request in the encryption / decryption authentication request storage unit 360 and ends the processing.
  • encryption / decryption authentication processing control unit 340 completes encryption / decryption authentication of encryption / decryption authentication request that has already been processed. The process is performed first, and then an encryption / decryption authentication processing request for the encryption / decryption authentication request newly received is issued to the encryption / decryption authentication processing unit 350.
  • the encryption / decryption authentication request storage unit 360 sets a priority for each packet in which the first half process of the network protocol is completed, and stores it as an encryption / decryption authentication request together with parameters necessary for the encryption / decryption process or authentication process.
  • the decryption authentication request is delivered to the encryption / decryption authentication processing unit 350 in order of priority.
  • the encryption / decryption authentication request storage unit 360 is a queue structure for taking in / out the encryption / decryption authentication request.
  • the TOS field is information of 8 bits in length included in the IP header, and the upper 3 bits are IP presence indicating priority.
  • the secure communication device 300 functions as a receiver of encrypted packets.
  • step S103 the network protocol processor 320 reconstructs the received plaintext data as a plaintext packet for each maximum transmission unit, and performs upper layer processing (such as TCP protocol processing or part of IP protocol processing) of the network protocol.
  • upper layer processing such as TCP protocol processing or part of IP protocol processing
  • step S105 the encryption / decryption authentication processing control unit 340 determines whether the encryption / decryption authentication processing unit 350 is in process. If the encryption / decryption authentication processing unit 350 is in process, the process ends.
  • step S106 the encryption / decryption authentication processing control unit 340 determines whether the encryption / decryption authentication processing unit 350 has already completed the encryption / decryption authentication processing or not.
  • step S107 the encryption / decryption authentication processing control unit 340 causes the encryption / decryption authentication processing unit 350 to execute encryption / decryption authentication completion processing of the encryption / decryption authentication request for which encryption / decryption authentication processing has already been completed.
  • the processes from step S105 to step S107 executed by the CPU correspond to, for example, the HW second half process of the (ii) first packet “1” in FIG. 6B.
  • step S108 the encryption / decryption authentication processing control unit 340 determines whether the encryption / decryption authentication request is stored in the encryption / decryption authentication request storage unit 360 or not.
  • step S110 the encryption / decryption authentication processing unit 350 starts encryption / decryption authentication processing based on an instruction of the encryption / decryption authentication processing control unit 340.
  • the encryption / decryption authentication process is executed asynchronously and does not wait for the completion of the process.
  • step S111 if there is the encryption / decryption authentication request for which the encryption / decryption authentication completion processing has been performed in step S107, the encryption / decryption authentication processing control unit 340 instructs the network protocol processing unit 320 to perform network protocol second half processing (upper layer processing).
  • the upper layer process is instructed to be performed in the same CPU context.
  • step S112 the network protocol processor 320 performs lower layer processing of the network protocol, and instructs the communication module 330 to transmit the encrypted packet whose processing has been completed.
  • the processes of step S111 and step S112 executed by the CPU correspond to, for example, the processes of layer 2 and thereafter of the (iv) first packet “1” in FIG. 6B.
  • step S113 the communication unit 330 transmits the encrypted packet received from the network protocol processing unit 320 to the opposite secure communication device (the opposite secure communication device).
  • the first half processing and the second half processing are performed with a series of CPU contexts.
  • the encryption / decryption authentication processing control unit 340 executes processing of layer 2 and subsequent layers without returning the function only by notifying the request (in other words, in the same CPU context), and then returns the function.
  • the encryption / decryption authentication processing control unit 340 is executed in one sequence by not returning the function halfway. Therefore, when processing the received packet in the network protocol, the processing up to the upper layer can be realized in the same context without any division of the processing by the encryption / decryption authentication processing.
  • step S201 the encryption / decryption authentication processing unit 350 instructs the encryption / decryption authentication processing control unit 340 to start the software delay interrupt processing to start the processing of step S202 and subsequent steps.
  • step S202 the encryption / decryption authentication processing control unit 340 determines whether the encryption / decryption authentication processing unit 350 is in process. If the encryption / decryption authentication processing unit 350 is in process, the process ends.
  • step S203 the encryption / decryption authentication processing control unit 340 determines whether the encryption / decryption authentication processing unit 350 has already completed the encryption / decryption authentication processing or not.
  • the encryption / decryption authentication processing control unit 340 sets up the encryption / decryption authentication processing unit 350 in step S206. Specifically, the encryption / decryption authentication processing control unit 340 performs encryption / decryption authentication processing using encryption / decryption data stored in the encryption / decryption authentication request and parameters necessary for the encryption / decryption authentication processing. It instructs the part 350.
  • step S207 the encryption / decryption authentication processing unit 350 starts encryption / decryption authentication processing based on an instruction of the encryption / decryption authentication processing control unit 340.
  • the encryption / decryption authentication process is executed asynchronously and does not wait for the completion of the process.
  • step S208 if there is the encryption / decryption authentication request for which the encryption / decryption authentication processing processing has been performed in step S207, the encryption / decryption authentication processing control unit 340 instructs the network protocol processor 320 to perform the network protocol second half processing (upper layer processing).
  • the network protocol second half processing (upper layer processing)
  • step S209 the network protocol processing unit 320 performs lower layer processing of the network protocol, and instructs the communication unit 330 to transmit the encrypted packet whose processing has been completed.
  • step S210 the communication unit 330 transmits the encrypted packet received from the network protocol processing unit 320 to the opposite secure communication device (the opposite secure communication device).
  • the encryption / decryption authentication processing control unit 340 of the secure communication device 300 causes the encryption / decryption authentication processing unit 350 to complete encryption / decryption processing or authentication processing 1
  • the network protocol processor 320 is controlled to acquire the processing result of the previous packet, and to continuously execute the second half of the network protocol of the first packet and the first half of the network protocol of the next packet.
  • the encryption / decryption authentication processing control unit 340 when the encryption / decryption authentication processing control unit 340 is requested by the network protocol processing unit 320 to perform encryption / decryption processing or authentication processing of the next packet after the first half processing of the network protocol, the encryption / decryption authentication processing control unit 340 The processing result of the immediately preceding packet for which the decryption processing or the authentication processing is completed is acquired from the encryption / decryption authentication processing unit 350, and the network protocol processing unit 320 processes the second half processing of the network protocol of the immediately preceding packet. Control.
  • the processing up to the upper layer can be realized in the same context without any division of the processing by the encryption / decryption authentication processing.
  • the network protocol second half processing of the immediately preceding packet is performed as a network protocol.
  • the encryption / decryption processing or authentication processing of the next packet is requested to the encryption / decryption authentication processing unit 350 by the same CPU context.
  • the encryption / decryption authentication processing control unit 340 processes the immediately preceding packet whose processing has been completed by the completion hardware interrupt context from the encryption / decryption authentication processing unit 350 or the software delay interrupt context.
  • the encryption / decryption authentication second half process of acquiring the result from the encryption / decryption authentication processing unit 350 is performed, and there is a next packet in which the first half process of the network protocol is completed, the next CPU encryption / decryption process or authentication process
  • the first half process of the encryption / decryption authentication processing unit 350 is requested to control the network protocol processing unit 320 to process the second half of the network protocol processing of the immediately preceding packet.
  • the encryption / decryption authentication processing control unit 340 can be operated at the earlier timing of the first half processing of the network protocol or the completion hardware interrupt (or software delayed interrupt), so that high speed encryption / decryption processing or authentication processing can be performed. Can be implemented.
  • the encryption / decryption authentication processing control unit 340 performs each processing as (i) the first half of the network protocol of the next packet, (ii) the second half of encryption / decryption authentication of the immediately preceding packet, iii) rearrange processing of next packet encryption / decryption authentication first half processing and (iv) previous packet network protocol second half processing to parallel process network protocol processor 320 and encryption / decryption authentication processor 350 Therefore, parallel processing of HW / SW can be realized while maintaining the processing order by combining, dividing and rearranging.
  • a packet for which the first half process of the network protocol has been completed is set with priority for each packet, and is stored as an encryption / decryption authentication request together with parameters necessary for encryption / decryption processing or authentication processing. Since the encryption / decryption authentication request storage unit 360 for transferring requests to the encryption / decryption authentication processing unit 350 in the order of priority is provided, for example, speeding up of transmission / reception packets which must be processed with high priority like AV streaming Can be
  • the third embodiment describes another operation example of the secure communication device.
  • the hardware configuration of the secure communication device according to the third embodiment of the present invention is the same as the secure communication device 300 shown in FIG.
  • FIG. 12 is a control sequence diagram for explaining the operation at the time of secure communication processing when the secure communication device 300 functions as a receiving side.
  • the same step numbers are given to steps performing the same processing as the flow shown in FIG. 10, and the description will be omitted.
  • step S301 in order to process the encrypted packet received from the opposite secure communication device, the communication unit 330 instructs the start of software delay interrupt processing for performing the processing of step S302 and subsequent steps.
  • step S302 the network protocol processor 320 performs lower layer processing (layer processing of part of the IP protocol processing and lower) of the network protocol on the received encrypted packet.
  • step S104 to step S111 is the same as the corresponding processing in FIG.
  • step S303 the network protocol processor 320 performs upper layer processing (such as TCP protocol processing and part of IP protocol processing) of the network protocol, and stores the plaintext packet whose processing has been completed in the reception buffer of the upper program 310.
  • upper layer processing such as TCP protocol processing and part of IP protocol processing
  • step S202 to step S208 is the same as the corresponding processing in FIG.
  • step S401 the network protocol processor 320 performs upper layer processing (such as TCP protocol processing and part of IP protocol processing) of the network protocol, and stores the plaintext packet whose processing has been completed in the reception buffer of the upper program 310.
  • upper layer processing such as TCP protocol processing and part of IP protocol processing
  • the same effect as that of the second embodiment, that is, when the received packet is subjected to the network protocol processing, in the same context without division of processing by the encryption / decryption authentication processing Processing up to upper layers can be realized, and high-speed secure reception processing can be realized even between devices such as routers and gateways that require special acceleration, and terminals that have only weak resources such as embedded devices. can do.
  • the above description is an illustration of a preferred embodiment of the present invention, and the scope of the present invention is not limited to this.
  • the encryption information communication system which performs encryption communication by the IPsec protocol via the IPv6 network
  • it may be the IPv network, and if the upper version including the function of the IPv6 network is formulated, this is also possible. It is included.
  • Each functional block such as the network protocol processor 320 and the encryption / decryption authentication controller 340 is typically implemented as an LSI which is an integrated circuit. These may be individually made into one chip, or may be made into one chip so as to include some or all. It may be called IC, system LSI, super LSI or ultra LSI depending on the degree of integration.
  • the method of circuit integration is not limited to LSI's, and implementation using dedicated circuitry or general purpose processors is also possible.
  • a programmable field programmable gate array FPGA
  • a reconfigurable processor that can reconfigure connection and setting of circuit cells in the LSI may be used.
  • secure communication device and secure communication method are used in the present embodiment, this is for convenience of explanation, and may be an encrypted information communication device, an encrypted information communication system, a security association method, etc. Of course.
  • the respective units constituting the secure communication apparatus for example, the type of the network protocol processing unit, the number thereof, the connection method and the like may be used.
  • the secure communication method described above is also realized by a program for causing the secure communication method to function.
  • This program is stored in a computer readable recording medium.
  • the secure communication device, the secure communication method, and the program according to the present invention have an effect that high-speed IP secure communication processing can be performed by software processing or hardware processing, and the secure communication device and the secure communication device It is useful for communication methods etc.
  • IP secure protocol 100, 200, 300 secure communication device 110 IP secure protocol 120 crypto manager 130 HW encryption / decryption authentication engine 210 communication stack unit 220 buffer 230 encryption authentication processing unit 231 request control unit 232 HW pre / post processing unit 233 queue 240 HW encryption / decryption authentication processing unit 310 upper program 320 network protocol processing unit 330 communication unit 340 encryption / decryption authentication processing control unit 350 encryption / decryption authentication processing unit 360 encryption / decryption authentication request storage unit

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Abstract

　ネットワークスタック処理を含む高速暗復号認証処理を行うことができるセキュア通信装置。このセキュア通信装置３００の暗復号認証処理制御部３４０は、暗復号認証処理部３５０から、暗復号処理又は認証処理が完了している１つ前のパケットの処理結果を取得し、１つ前のパケットのネットワークプロトコルの後半処理と次のパケットのネットワークプロトコルの前半処理とを連続して行うようにネットワークプロトコル処理部３２０を制御する。

Description

セキュア通信装置、セキュア通信方法及びプログラム
　本発明は、セキュア通信装置、セキュア通信方法及びプログラムに関する。
　ネットワーク上を流れる情報を暗号化するための手段としてＩＰセキュア通信が一般的である。ＩＰｖ６においては暗号化通信を行うＩＰｓｅｃが標準機能としてＲＦＣ（Request For Comment）において規格化されている。
　ＩＰセキュア通信を行うには高負荷処理である暗復号認証処理をリアルタイムに実行する必要がある。このため、ＩＰセキュア通信では、サーバやルータ等のように特別に高速化が求められる場合や、組み込み機器のように非力なマシンで実現する場合、暗号認証処理を行う特別なハードウェア（以後、ＨＷエンジンと呼ぶ）を用いて実現することがある（例えば、特許文献１参照）。なお、以後ハードウェアのことをＨＷと略記する場合がある。
　通常、ＨＷエンジンが暗復号認証処理を行うためには、ソフトウェアによるＨＷエンジンへのセットアップなどの事前処理と、ＨＷエンジンから演算結果などを取得する事後処理が必要である。したがって、あらかじめ１つめのパケットの事後処理を済まさなければ、２つめのパケットの事前処理を行えないことが一般的である。
　特許文献２には、暗復号認証エンジン内に、暗復号ユニットと複数の認証ユニットとを搭載し、それらのユニットをパイプライン処理で動作させることで、１つめのパケットに対する、暗復号ユニットもしくは認証ユニットのどちらか一方における処理が完了した時点で、２つめに対するパケットの事前処理を行えるようにする方法が提案されている。
　図１は、ＨＷ暗号認証を行う場合の通信スタック処理を説明する図であり、図１Ａは通常の通信スタック処理を示し、図１ＢはＨＷ暗号認証を行う場合の通信スタック処理を示す。
　図１において、セキュア通信装置１０は、レイヤ処理１及びレイヤ処理２を実行する通信スタック部１１と、受信／送信情報を一時的に格納するバッファ１２と、ＨＷエンジンにＨＷ処理リクエストを発行して暗号認証処理を実行する暗号認証処理部１３とを備えて構成される。
　図１Ａに示すように、通常の通信スタック処理では、通信スタック部１１は、送信指示又は受信割込みによりバッファ１２を介してレイヤ処理１及びレイヤ処理２を実行する。
　図１Ｂに示すように、ＨＷ暗号認証を行う場合には、通信スタック部１１は、送信指示又は受信割込みを受けると、レイヤ処理１で暗号認証処理部１３に処理を指示し、暗号認証処理部１３は後述するＨＷ暗復号認証処理部１４（図２参照）にＨＷ処理リクエストを発行する。ＨＷ暗復号認証処理部１４（図２参照）は、このＨＷ処理リクエストを受け取り、ＨＷによる暗復号認証処理を行って暗号認証処理完了の遅延処理を、暗号認証処理部１３を介して通信スタック部１１に返す。通信スタック部１１は、暗号認証処理部１３による暗号認証処理結果を受け取り、バッファ１２を介してレイヤ処理２を実行する。
　通信スタック部１１は、レイヤ処理１及びレイヤ処理２による送受信処理中、ＨＷ暗復号認証処理部１４（図２参照）による暗復号認証処理を行う場合、前半処理と後半処理を非同期に処理する。通信スタック部１１は、前半処理と後半処理とを非同期に処理することで、ＨＷ暗復号認証処理部１４（図２参照）や図示しないネットワークデバイスの利用効率を高めることができる。
　図２は、上記暗号認証処理部１３の詳細な構成を示す図である。図３は、上記暗号認証処理部１３及びＨＷ暗復号認証処理部１４の動作タイミングを示すタイミングチャートである。図２及び図３中、番号(1)－(7)は処理の流れを説明するための符号である。
　図２において、セキュア通信装置１０は、通信スタック部１１と、暗号認証処理部１３と、ＨＷエンジンにより暗復号認証処理を実行するＨＷ暗復号認証処理部１４とを備えて構成される。また、暗号認証処理部１３は、リクエスト制御部２１、ＨＷ前処理部２２、ＨＷ後処理部２３、及びキュー２４を備える。
　リクエスト制御部２１は、通信スタック部１１のレイヤ処理１により暗号認証処理が指示されると、そのリクエストをキュー２４に積む（(1)参照）。リクエスト制御部２１は、ＨＷビジーでない場合にはＨＷ前処理部２２にＨＷ前処理を指示する（(2)参照）。
　ＨＷ前処理部２２は、キュー２４からリクエストを取得し（(3)参照）、取得したリクエストに従ってＨＷ暗復号認証処理部１４にＨＷ処理リクエストを発行する（(4)参照）。
　ＨＷ暗復号認証処理部１４は、暗号認証処理部１３からのＨＷ処理リクエストに従ってＨＷによる暗復号認証処理を行う。ＨＷ暗復号認証処理部１４は、該当ＨＷ処理リクエストによる暗復号認証処理が終わると、ＨＷ割込み信号を発生し（図３参照）、このＨＷ割込み信号に基づく遅延処理開始指示をＨＷ後処理部２３に出力する（(5)参照）。
　暗号認証処理部１３は、ＨＷ暗復号認証処理部１４からの遅延処理開始指示を受けてＨＷ後処理を開始する。図３に示すように、レイヤ処理１から見て、ＨＷ前処理部２２によるＨＷ前処理が終了してＨＷ後処理部２３がＨＷ後処理を起動するまでの時間は、ＨＷ後処理部２３がＨＷ後処理を行えない、利用できない時間となる。暗号認証処理部１３は、ＨＷ暗復号認証処理部１４からＨＷ処理結果を取得して（(6)参照）ＨＷ後処理を実行する。暗号認証処理部１３は、ＨＷ後処理を終了すると、レイヤ処理２に後半処理を指示する。暗号認証処理部１３は、レイヤ処理２を実行する。これにより、図３に示すように、キュー２４から取得したリクエストによる暗号認証処理が終わり、同様にして次のＨＷ前処理が実行される。
特表２００５－５０３６９９号公報 米国特許第６，９８３，３６６号明細書
　しかしながら、このような従来のＨＷ暗号認証方法にあっては、通信スタック部１１が、前半処理と後半処理とを非同期に処理することで、ＨＷ暗復号認証処理部１４やネットワークデバイスの利用効率を高めることができるものの、事前処理の前に行うべきネットワークスタック処理（以下、スタック前半処理という）と、事後処理の後に行うべきネットワークスタック処理（以下、スタック後半処理という）とが、暗復号認証処理（事前処理、ＨＷエンジン処理、及び事後処理）で分断されるため、２つの処理は不連続で実行される。
　２つの処理が不連続で実行されると、パケットのバースト受信時に、優先度の高いスタック前半処理のみが連続実行されて後半処理がいつまでも実行されなくなってしまうことがある。このため、ＣＰＵやＨＷエンジンの負荷に偏りが生じ、結果的にパケット伝送のスループットが低下してしまう問題がある。
　また、事後処理やスタック後半処理を実行するためのソフトウェア遅延割り込みを起床する必要があるので、余計なオーバーヘッドが発生するという問題もある。
　例えば、図２及び図３に示すように、ＨＷによるＩＰＳｅｃ処理では、レイヤ処理１とレイヤ処理２のコンテキストが分断されているため、レイヤ処理１のコンテキストが終了してからレイヤ処理２のコンテキストが開始されるまで間が開き、パフォーマンスが低下してしまう。また、図３に示すように、遅延処理開始指示（(5)参照）によってＨＷ後処理部２３が起動するまで次のパケットのリクエストを送信することができず、ＨＷ暗復号認証処理部１４の利用効率が下がってパフォーマンスが低下したり、キューがあふれてしまう問題がある。
　本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、処理分断によるオーバーヘッドなしに、ＣＰＵやＨＷエンジンの負荷の偏りが起こりにくい暗復号処理又は認証処理を行うことができ、ネットワークスタック処理を含む高速暗復号認証処理を行うことができるセキュア通信装置、セキュア通信方法及びプログラムを提供することを目的とする。
　本発明のセキュア通信装置は、通信パケットを送受信する通信手段と、ネットワークプロトコルの前半処理及び後半処理を行うネットワークプロトコル処理手段と、暗復号処理又は認証処理を行う暗復号認証処理手段と、前記暗復号認証処理手段から、暗復号処理又は認証処理が完了しているパケットの処理結果を取得し、前記パケットのネットワークプロトコルの後半処理と次のパケットのネットワークプロトコルの前半処理とを連続して行うように前記ネットワークプロトコル処理手段を制御する暗復号認証処理制御手段と、を備える構成を採る。
　本発明の暗号化情報通信方法は、通信パケットを送受信するステップと、ネットワークプロトコルの前半処理及び後半処理を行うネットワークプロトコル処理ステップと、暗復号処理又は認証処理を行う暗復号認証処理ステップと、暗復号処理又は認証処理が完了しているパケットの処理結果を取得し、前記パケットのネットワークプロトコルの後半処理と次のパケットのネットワークプロトコルの前半処理とを連続して行うように制御する制御ステップとを有する。
　また他の観点から、本発明は、上記セキュア通信方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラムである。
　本発明によれば、同じコンテキストで上位レイヤまでの処理を実現することにより、処理分断によるオーバーヘッドなしに、ＣＰＵやＨＷエンジンの負荷の偏りが起こりにくい暗復号処理又は認証処理を行うことができ、セキュア通信における、ネットワークプロトコル処理も含めた暗復号処理又は認証処理の高速化を実現することができる。
従来のＨＷ暗号認証を行う場合の通信スタック処理を説明する図 従来のセキュア通信装置の暗号認証処理部の詳細な構成を示す図 従来のセキュア通信装置の暗号認証処理部及びＨＷ暗復号認証処理部の動作タイミングを示すタイミング図 本発明の基本的な考え方を説明するプロトコルレベルで記述した全体構成図 本発明の基本的な考え方を説明する負荷の平準化を示す図 本発明の基本的な考え方を説明する負荷の平準化を用いた高速制御方式を示す図 本発明の実施の形態１に係るセキュア通信装置の構成を示す図 上記実施の形態１に係るセキュア通信装置の暗号認証処理部及びＨＷ暗復号認証処理部の動作タイミングを示すタイミング図 本発明の実施の形態２に係るセキュア通信装置の構成を示すブロック図 上記実施の形態２に係るセキュア通信装置が受信側として機能する場合のセキュア通信処理時の動作を説明する制御シーケンス図 上記実施の形態２に係るセキュア通信装置によるセキュア通信処理時の動作を説明する制御シーケンス図 本発明の実施の形態３に係るセキュア通信装置が受信側として機能する場合のセキュア通信処理時の動作を説明する制御シーケンス図 上記実施の形態３に係るセキュア通信装置によるセキュア通信処理時の動作を説明する制御シーケンス図
　以下、本発明の実施の形態について図面を参照して詳細に説明する。
　（原理説明）
　まず、本発明の基本的な考え方について説明する。
　図４乃至図６は、本発明の基本的な考え方を説明する図であり、図４はプロトコルレベルで記述した全体構成を、図５は負荷の平準化を、図６は負荷の平準化を用いた高速制御方式をそれぞれ示す。
　図４において、セキュア通信装置１００は、ＩＰセキュアプロトコル１１０、クリプトマネージャ（Crypto Manager）１２０、及びＨＷ暗復号認証エンジン１３０を備えて構成される。
　ＩＰセキュアプロトコル１１０は、アプリケーション／ミドルソフトウェア（application／middle software）を実行するＩＰ層以上の処理（例えばレイヤ処理１）と、ネットワークデバイスに接続されＩＰ層以下の処理（例えばレイヤ処理２）とを有する。
　クリプトマネージャ１２０は、上記ＩＰ層以下の処理によりＨＷエンジンを初期化するためのリクエストを生成するリクエスト生成ＨＷ初期化部１２１と、ＨＷ暗復号認証結果を取得・格納し、上記ＩＰ層以上の処理に渡すＨＷ後処理結果格納部１２２とを備えている。クリプトマネージャ１２０は、後述する負荷の平準化と、この負荷の平準化を用いた高速制御方式を用いることにより、事前処理の前に行うべきネットワークスタック処理（スタック前半処理）と、事後処理の後に行うべきネットワークスタック処理（スタック後半処理）とを、暗復号認証処理（事前処理、ＨＷエンジン処理、及び事後処理）で分断することなく、２つの処理を連続して実行する。すなわち、クリプトマネージャ１２０は、ＩＰセキュアプロトコル１１０のＩＰ層以上の処理（例えばレイヤ処理１）とＩＰ層以下の処理（例えばレイヤ処理２）に対して、前記図２の従来例の暗号認証処理部１３のように、ＨＷ前処理部２２とＨＷ後処理部２３とを非同期で動作させる構成ではなく、２つの処理を連続して実行する。
　ＨＷ暗復号認証エンジン１３０は、クリプトマネージャ１２０のリクエスト生成ＨＷ初期化部１２１からのＨＷ処理リクエストに従って、通信相手に送信する平文パケットを、ＡＥＳ（Ａｄｖａｎｃｅｄ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ）、３ＤＥＳ（Ｔｒｉｐｌｅ Ｄａｔａ Ｅｎｃｒｙｐｔｉｏｎ Ｓｔａｎｄａｒｄ）等の暗号アルゴリズムで暗号化するか、ＳＨＡ－１（Ｓｅｃｕｒｅ Ｈａｓｈ Ａｌｇｏｒｉｔｈｍ－１）等のアルゴリズムを用いて認証情報の付与をするか、暗号化と認証情報の付与の両方をおこなう。同様に、通信相手から受信した暗号パケットを、付与された認証情報を元に改ざんチェックをおこなうか、暗号化されたパケットを復号化するか、改ざんチェックと復号化の両方をおこなう。ＨＷ暗復号認証エンジン１３０は、該当ＨＷ処理リクエストによるＨＷ暗復号認証処理が終わると、暗復号認証結果をクリプトマネージャ１２０のＨＷ後処理結果格納部１２２に出力する。
　以下、上述のように構成されたセキュア通信装置１００の動作について説明する。
　図４中、番号(1)－(3)で示される矢印は処理の流れを示す。
　図４に示すように、クリプトマネージャ１２０は、ＩＰセキュアプロトコル１１０のＩＰ層以上の処理（例えばレイヤ処理１）とＩＰ層以下の処理（例えばレイヤ処理２）に対して、スタック前半処理とスタック後半処理とを、暗復号認証処理（事前処理、ＨＷエンジン処理、事後処理）で分断することなく連続して実行する。
　具体的には、ＩＰセキュアプロトコル１１０は、ＩＰ層以下の処理がネットワークデバイスからの優先度の高い処理をクリプトマネージャ１２０のリクエスト生成ＨＷ初期化部１２１に渡す。リクエスト生成ＨＷ初期化部１２１は、ＩＰ層以下の処理から渡された優先度の高い要求を基に、ＨＷエンジンを初期化するためのリクエストを生成する。ここまでの処理が、(1)ネットワークプロトコルの前半処理（以下、前半処理という）に相当する。
　ＨＷ暗復号認証エンジン１３０は、クリプトマネージャ１２０のリクエスト生成ＨＷ初期化部１２１からのＨＷ処理リクエストに従ってＨＷによる暗復号認証処理を行い、暗復号認証結果をクリプトマネージャ１２０のＨＷ後処理結果格納部１２２に出力する。ここでの処理が、(2)ＨＷ暗復号認証処理に相当する。
　ＨＷ後処理結果格納部１２２は、ＨＷ暗復号認証結果を取得・格納し、ＩＰセキュアプロトコル１１０のＩＰ層以上の処理に渡し、このＩＰ層以上の処理はアプリケーション／ミドルソフトウェアの要求に基づくＩＰ層以上の処理を実行する。ここまでの処理が、(3)ネットワークプロトコルの後半処理（以下、後半処理という）に相当する。
　図５は、負荷の平準化を説明する図であり、図５Ａは特別な制御を行わない場合の図４の(1)前半処理、(2)ＨＷ暗復号認証処理、(3)後半処理を示し、図５Ｂは負荷の平準化を行った場合の図４の(1)前半処理、(2)ＨＷ暗復号認証処理、(3)の後半処理を示す。また図５中、「」内の数字は、パケットの到着順序を示す。また、番号１５０の破線矢印は、ネットワークプロトコルの前半処理のタイミングを、番号１５１の破線矢印は、ＨＷ割込みコンテキストに基づく遅延処理開始指示をそれぞれ示す。
　まず、図５Ａの特別な制御を行わない場合には、リクエスト生成ＨＷ初期化部１２１は、(1)前半処理でパケット「１」－「４」について優先度の高い前半処理を行い、パケット「１」－「４」のリクエストをＨＷ暗復号認証エンジン１３０に発行する。ＨＷ暗復号認証エンジン１３０は、(2)ＨＷ暗復号認証処理で、発行されたパケット「１」－「４」のリクエストのうちパケット「１」についてのリクエストのＨＷ暗復号認証処理を行う。ＨＷ後処理結果格納部１２２は、(3)ネットワークプロトコルの後半処理でパケット「１」についてＨＷ暗復号認証結果を取得・格納し、ＩＰ層以上の処理に渡す。図示は省略しているが、その後、ＨＷ暗復号認証エンジン１３０は、(2)ＨＷ暗復号認証処理で、パケット「２」－「４」についてのリクエストのＨＷ暗復号認証処理を順次行い、ＨＷ後処理結果格納部１２２は、(3)後半処理でパケット「２」－「４」についてＨＷ暗復号認証結果を取得・格納する。図５Ａに示すように、パケット「１」－「４」についてここまでの処理が終了してはじめて、リクエスト生成ＨＷ初期化部１２１は、(1)前半処理で次のパケット「５」－「７」のリクエストをＨＷ暗復号認証エンジン１３０に発行することができる。
　このように、図４の構成を採ったとしても図５Ａのように特別な制御を行わない場合には、ビットレート低下や負荷上昇による再生品質低下が考えられる。
　そこで、図４の構成に加え図５Ｂに示す負荷の平準化を行う。
　図５Ｂの負荷の平準化では、まず、ＩＰセキュアプロトコル１１０とリクエスト生成ＨＷ初期化部１２１は、(1)前半処理でパケット「１」のネットワークプロトコルの前半処理（ＩＰ層以下の処理）を行い、パケット「１」のリクエストをＨＷ暗復号認証エンジン１３０に発行する。ＨＷ暗復号認証エンジン１３０は、(2)ＨＷ暗復号認証処理で、発行されたパケット「１」のリクエストのＨＷ暗復号認証処理を行う。ＩＰセキュアプロトコル１１０とＨＷ後処理結果格納部１２２は、(3)後半処理でパケット「１」のＨＷ暗復号認証結果を取得・格納し、ネットワークプロトコルの後半処理（ＩＰ層以上の処理）を行う。次いで、ＩＰセキュアプロトコル１１０とリクエスト生成ＨＷ初期化部１２１は、(1)前半処理でパケット「２」のネットワークプロトコルの前半処理（ＩＰ層以下の処理）を行い、パケット「２」のリクエストをＨＷ暗復号認証エンジン１３０に発行する。ＨＷ暗復号認証エンジン１３０は、(2)ＨＷ暗復号認証処理で、発行されたパケット「２」のリクエストのＨＷ暗復号認証処理を行う。ＩＰセキュアプロトコル１１０とＨＷ後処理結果格納部１２２は、(3)後半処理でパケット「２」のＨＷ暗復号認証結果を取得・格納し、ネットワークプロトコルの後半処理（ＩＰ層以上の処理）を行う。次いで、ＩＰセキュアプロトコル１１０とリクエスト生成ＨＷ初期化部１２１は、(1)前半処理でパケット「３」のネットワークプロトコルの前半処理（ＩＰ層以下の処理）を行い、パケット「３」のリクエストをＨＷ暗復号認証エンジン１３０に発行する。ＨＷ暗復号認証エンジン１３０は、(2)ＨＷ暗復号認証処理で、発行されたパケット「３」についてのリクエストのＨＷ暗復号認証処理を行う。ＩＰセキュアプロトコル１１０とＨＷ後処理結果格納部１２２は、(3)後半処理でパケット「３」のＨＷ暗復号認証結果を取得・格納し、ネットワークプロトコルの後半処理（ＩＰ層以上の処理）を行う。
　このように、図５Ｂの負荷の平準化を行うと、図５Ａの特別な制御を行わない場合に比べ、(1)前半処理でリクエストが滞留することがなくなるため、処理の均質化及びビットレート低下抑制を図ることができる。
　しかし、上述した負荷の平準化では、番号１５０の破線矢印に示すようにネットワークプロトコルの前半処理のタイミングで暗復号認証処理を動作させるため、順序維持のためにＨＷ／ＳＷを並列処理できない。本発明は、合成・細分化・並び替えにより、処理順序を維持しつつ、ＨＷ／ＳＷの並列処理を実現するものである。
　図６Ａは、図５Ｂの負荷の平準化をより詳細に説明する図である。
　図６Ａの負荷の平準化では、ＩＰセキュアプロトコル１１０とリクエスト生成ＨＷ初期化部１２１は、(1)前半処理でパケット「２」について「ネットワークプロトコルの前半処理（ＩＰ層以下の処理）」を行うとともに、「暗復号認証前半処理（リクエスト生成とＨＷ初期化）」を行う。ＨＷ暗復号認証エンジン１３０は、(2)ＨＷ暗復号認証処理で、発行されたパケット「２」のリクエストのＨＷ暗復号認証処理を行う。ＩＰセキュアプロトコル１１０とＨＷ後処理結果格納部１２２は、(3)後半処理でパケット「２」について「暗復号認証後半処理（ＨＷ後処理と結果格納）」を行うとともに、「ネットワークプロトコルの後半処理（ＩＰ層以上の処理）」を行う。
　図６ＢＣは、本高速制御方式を説明する図である。図６Ｂは、負荷平準化後に高速制御を行うための高速制御方式の方式Ａを、図６Ｃは、方式Ａを更に細分化した高速制御方式の方式Ｂをそれぞれ示す。
　本高速制御方式は、前半処理と後半処理を一連のコンテキストで行う。すなわち、直前のパケットの後半処理（レイヤ２以降の処理）と次のパケットの処理（レイヤ１の処理）とを合体させることで、関数の時間として待ち時間なしでパケットの処理を行う。
　図６Ｂの高速制御方式の方式Ａでは、１つ前のパケットの(3)ネットワークプロトコルの後半処理と次のパケットの(1)ネットワークプロトコルの前半処理を合体した、(1)(3)前半処理／後半処理を実現する。図６Ｂの場合、(1)(3)前半処理／後半処理で１つ前のパケット「１」の(3)後半処理と次のパケット「２」の(1)前半処理を合体する。(2)ＨＷ暗復号認証処理はそのままである。このため、方式Ａの(1)(3)前半処理／後半処理では、 図６Ａの番号１５１の破線矢印に示すＨＷ割込みコンテキストに基づく遅延処理開始指示よりも先に、図６Ｂの番号１５２の破線矢印に示すネットワークプロトコルの前半処理開始のタイミングで(1)(3)前半処理／後半処理を開始できることになる。このため、方式Ａは、図６Ｂの番号１５２の破線矢印に示すネットワークプロトコルの前半処理開始のタイミングか、図６Ａの番号１５１の破線矢印に示すＨＷ割込みコンテキストに基づく遅延処理開始指示のうち、いずれか早い方で処理を開始することができ、処理時間を短縮することができる。ここで、(1)前半処理と(3)後半処理の優先度が異なる場合であっても処理が滞ることなくスムーズな処理を実現することができる。
　図６Ｃの方式Ｂは、方式Ａの各処理を並び替えることで、ＨＷ／ＳＷの並行処理を実現し、より高速制御を図るものである。各処理の並び替えは以下(i)－(iv)の通りである。
　(i)ネットワークプロトコルの前半処理
　(ii)暗復号認証後半処理
　(iii)暗復号認証前半処理
　(iv)ネットワークプロトコルの後半処理
　上記各処理の並べ替えを具体的に説明すると、図６Ｃの場合、図６Ｂのパケット「１」とパケット「２」は以下の並べ替え処理となる。
　(i)２番目のパケット「２」の前半処理
　(ii)１番目のパケット「１」のＨＷ後半処理
　(iii)２番目のパケット「２」のＨＷ前半処理
　(iv)１番目のパケット「１」のレイヤ２以降の処理
　ＨＷ暗復号処理が終わってから実際に後半処理が開始されるまでには若干のロス（余分な処理）がある。なにか別の処理が入ってきたり、またカーネルの処理が含まれる。図６Ｃの方式Ｂは、各処理の並び替えにより１つのシーケンスで、上記(i)ネットワークプロトコル前半処理の直後に、上記(ii)暗復号認証後半処理を行う。続いて、上記上記(iii)暗復号認証前半処理の直後に、上記(iv)ネットワークプロトコルの後半処理を連続して行うことで、番号１５１のＨＷ割込みコンテキストに基づく遅延処理開始指示が削減される。すなわち、上位プログラムによる関数呼び出しがあると、上記(i)－(iv)をロスなしで連続で実行するので、番号１５１の遅延処理開始指示が必要なくなる。図６Ａの負荷の平準化では、ＨＷ割り込みが発生して後半処理を開始するために、番号１５１の遅延処理開始指示が出される。しかし実際には、それよりも前に次のパケットが到着することも有りうる。このような場合、図６Ｃの方式Ｂでは、開始指示を待つ前に開始できるようになるので、その分速度改善につながる。パケットの送信指示が先かＨＷ処理完了（割り込みＨＷ割り込み）が先かの競争が行われ、早い方で処理を開始するものである。このように、各処理を並び替えることで、ＨＷ／ＳＷの並行処理を実現することができる。
　（実施の形態１）
　図７は、上記基本的な考え方に基づく本発明の実施の形態１に係る暗号化情報通信システムのセキュア通信装置の構成を示す図である。
　図７において、セキュア通信装置２００は、レイヤ処理１及びレイヤ処理２を実行する通信スタック部２１０と、受信／送信情報を一時的に格納するバッファ２２０と、ＨＷエンジンにＨＷ処理リクエストを発行して暗号認証処理を実行する暗号認証処理部２３０と、ＨＷエンジンにより暗復号認証処理を実行するＨＷ暗復号認証処理部２４０とを備えて構成される。また、暗号認証処理部２３０は、リクエスト制御部２３１、ＨＷ前後処理部２３２、及びキュー２３３を備える。
　ＨＷ前後処理部２３２は、図６Ｂの方式Ａ又は図６Ｃの方式Ｂにより前半処理と後半処理を一連のコンテキストで行う。ＨＷ前後処理部２３２は、図６Ｃの方式Ｂを採用した場合、(i)ネットワークプロトコル前半処理、(ii)暗復号認証後半処理、(iii)暗復号認証前半処理、乃至(iv)ネットワークプロトコル後半処理を連続して行う。具体的には、ＨＷ前後処理部２３２は、取得したリクエストに従ってＨＷ暗復号認証処理部２４０にＨＷ処理リクエストを発行する（(5)参照）一方で、ＨＷ暗復号認証処理部２４０からＨＷ割込みコンテキストに基づく遅延処理開始指示を受け取り、さらに、ＨＷ暗復号認証処理部２４０からＨＷ処理結果を取得して（(6)参照）ＨＷ後処理を実行する。ここで、レイヤ処理１及びレイヤ処理２は、図６Ｂの各処理の並べ替え処理となる。例えば、(i)２番目のパケット「２」の前半処理、(ii)１番目のパケット「１」のＨＷ後半処理、(iii)２番目のパケット「２」のＨＷ前半処理、乃至(iv)１番目のパケット「１」のレイヤ２以降の処理である。
　以下、上述のように構成されたセキュア通信装置２００の動作について説明する。
　図８は、上記暗号認証処理部２３０及びＨＷ暗復号認証処理部２４０の動作タイミングを示すタイミングチャートである。図７及び図８中、番号(1)－(6)は処理の流れを説明するための符号である。
　通信スタック部２１０は、通常の通信スタック処理では、送信指示又は受信割込みによりバッファ１２０を介してレイヤ処理１及びレイヤ処理２を実行する。レイヤ処理１は、ネットワークプロトコルの前半処理であり、ＴＣＰプロトコル処理及びＩＰプロトコル処理の一部を含む優先度の高い上位レイヤ処理である。レイヤ処理２は、ネットワークプロトコルの後半処理であり、ＩＰプロトコル処理の一部やそれ以下のレイヤ処理を含む下位レイヤ処理である。
　通信スタック部２１０は、ＨＷ暗号認証を行う場合には、送信指示又は受信割込みを受けると、レイヤ処理１で暗号認証処理部２３０に処理を指示し、暗号認証処理部２３０はＨＷ暗復号認証処理部２４０に対しＨＷ処理リクエストを発行する。
　ＨＷ暗復号認証処理部２４０は、このＨＷ処理リクエストを受け取り、ＨＷによる暗復号認証処理を行って暗号認証処理完了の遅延処理を、暗号認証処理部２３０を介して通信スタック部２１０に返す。通信スタック部２１０は、暗号認証処理部２３０による暗号認証処理結果を受け取り、バッファ２２０を介してレイヤ処理２を実行する。
　具体的には、暗号認証処理部２３０は、以下の動作を行う。
　リクエスト制御部２３１は、通信スタック部２１０のレイヤ処理１により暗号認証処理が指示されると、そのリクエストをキュー２３３に積む（(1)参照）。リクエスト制御部２３１は、ＨＷビジーでない場合にはＨＷ前後処理部２３２にＨＷ前処理を指示する（(2)参照）。
　ＨＷ前後処理部２３２は、処理済みのリクエストがあればＨＷ暗復号認証処理部２４０からＨＷ処理結果を取得して（(3)参照）ＨＷ後処理を実行する。ＨＷ前後処理部２３２は、ＨＷ後処理を終了すると、レイヤ処理２に後半処理を指示する（(6)参照）。
　また、ＨＷ前後処理部２３２は、キュー２３３にリクエストが積まれていれば、キュー２３３からリクエストを取得し（(4)参照）、取得したリクエストに従ってＨＷ暗復号認証処理部２４０にＨＷ処理リクエストを発行する（(5)参照）。
　ＨＷ暗復号認証処理部２４０は、ＨＷ前後処理部２３２からのＨＷ処理リクエスト（(5)参照）に従ってＨＷによる暗復号認証処理を行う。ＨＷ暗復号認証処理部２４０は、該当ＨＷ処理リクエストによる暗復号認証処理が終わると、ＨＷ割込みコンテキストを発生し（図８参照）、このＨＷ割込みコンテキストに基づく遅延処理開始指示をＨＷ前後処理部２３２に出力する（(0)参照）。
　図８の符号ａ．で示すように、ＨＷ前後処理部２３２は、ＨＷ暗復号認証処理部２４０からの遅延処理開始指示（(0)参照）、又はレイヤ処理１からの指示のうち、いずれか早い方で処理を開始する。ＨＷ前後処理部２３２は、いずれかの指示によりＨＷ前後処理をすぐに実行できるため、レイヤ処理１から見た場合、レイヤ処理１が利用できない時間はなくなる。
　ＨＷ前後処理部２３２は、ＨＷ暗復号認証処理部２４０からＨＷ処理結果を取得して（(3)参照）ＨＷ後処理を実行する。ＨＷ前後処理部２３２は、ＨＷ後処理を終了すると、レイヤ処理２に後半処理を指示する。通信スタック部２１０は、レイヤ処理２を実行する。
　図８の符号ｂ．で示すように、暗号認証処理部２３０は、ＨＷ処理待ち時間なしに、レイヤ処理１とレイヤ２を同じコンテキストで実行する。
　このように、暗号認証処理部２３０のＨＷ前後処理部２３２は、処理済みのリクエストがある場合はＨＷ処理結果取得（(3)参照）と後半処理指示（(6)参照）を行う。キュー２３３にリクエストが積まれていれば、ＨＷ前処理（(4)(5)参照）を行う。また、ＨＷ前後処理部２３２は、ＨＷ暗復号認証処理部２４０からの遅延処理開始指示時（(0)参照）も、キュー２３３を見て同様の処理を行う。
　したがって、暗号認証処理部２３０は、レイヤ処理２以降をレイヤ処理１と同じシーケンスで実行できるので、利用できない時間が減り、パフォーマンスが向上する。従来例では、図３に示すようにＨＷ前処理部２２によるＨＷ前処理が終了してＨＷ後処理部２３がＨＷ後処理を起動するまでの時間は、ＨＷ後処理部２３がＨＷ後処理を行えない、利用できない時間となっていた。これに対して、暗号認証処理部２３０は、遅延処理開始依頼によってＨＷ後処理部２３（図２の従来例）を起動するよりも早くＨＷ後処理、次のＨＷ処理リクエストを実行することができ、ＨＷ暗復号認証処理部２４０の利用効率を高めることができる。
　（実施の形態２）
　図９は、本発明の実施の形態２に係る暗号化情報通信システムのセキュア通信装置の構成を示すブロック図である。
　図９において、セキュア通信装置３００は、上位プログラム３１０、ネットワークプロトコル処理部３２０、通信部３３０、暗復号認証処理制御部３４０、暗復号認証処理部３５０、及び暗復号認証リクエスト蓄積部３６０を備えて構成される。
　上記上位プログラム３１０、ネットワークプロトコル処理部３２０及び暗復号認証処理制御部３４０は、ＣＰＵにより実行される。
　セキュア通信装置３００は、セキュア通信を行う相手側セキュア通信装置と、通信部３３０により接続され、セキュア通信装置間で通信可能になっている。
　上位プログラム３１０は、実際に暗号化されたデータの送受信を行おうとしているアプリケーション、もしくは、その他のプログラムである。
　ネットワークプロトコル処理部３２０は、トランスポート層やネットワーク層などのネットワークプロトコル処理を行う。より具体的には、ネットワークプロトコル処理部３２０は、上位プログラム３１０の指示によって、任意のデータのネットワークプロトコルの上位レイヤ処理（ＴＣＰプロトコル処理やＩＰプロトコル処理の一部等）を行い、処理が完了した平文パケットを、暗復号認証処理に必要なパラメータとともに暗復号認証リクエストとして、暗復号認証処理制御部３４０に依頼して暗号認証処理を行う。
　また、ネットワークプロトコル処理部３２０は、暗復号認証処理制御部３４０からの指示で、暗号認証処理が完了した暗号化パケットのネットワークプロトコルの下位レイヤ処理（ＩＰプロトコル処理の一部やそれ以下の処理等）を行い、通信部３３０に処理が完了した暗号化パケットの送信処理を指示する。
　また、ネットワークプロトコル処理部３２０は、通信部３３０で受信した暗号化パケットを受け取り、ネットワークプロトコルの下位レイヤ処理を行い、処理が完了した暗号化パケットを、暗復号認証処理に必要なパラメータとともに暗復号認証リクエストとして、暗復号認証処理制御部３４０に依頼して暗号認証処理を行う。
　また、ネットワークプロトコル処理部３２０は、暗復号認証処理制御部３４０からの指示で、暗号認証処理が完了した平文パケットのネットワークプロトコルの上位レイヤ処理を行い、上位プログラム３１０の受信バッファに処理が完了した平文パケットを格納する。
　通信部３３０は、ネットワークプロトコル処理部３２０の指示で任意のパケットの送信処理を行う。また、通信部３３０は、対向のセキュア通信装置が送信したデータを受信し、ネットワークプロトコル処理部３２０に転送する。具体的には、有線ＬＡＮや無線ＬＡＮなどの、ＩＰ通信が行えるネットワークデバイスが望ましい。
　暗復号認証処理制御部３４０は、ネットワークプロトコル処理部３２０からの暗復号認証指示に基づき、暗復号認証リクエストに格納されている平文・暗号化データを、暗復号認証処理部３５０に指示して暗復号認証処理を行う。
　また、暗復号認証処理制御部３４０は、暗復号認証リクエスト蓄積部３６０に暗復号認証リクエストが格納されている場合には、先に格納されている暗復号認証リクエストの暗復号認証処理を暗復号認証処理部３５０に依頼し、ネットワークプロトコル処理部３２０から依頼された暗復号認証リクエストについては暗復号認証リクエスト蓄積部３６０に格納する。
　また、暗復号認証処理制御部３４０は、暗復号認証処理部３５０が処理中の場合には、暗復号認証リクエストを暗復号認証リクエスト蓄積部３６０に格納して処理を終了する。
　特に、暗復号認証処理制御部３４０は、暗復号認証処理部３５０から、暗復号処理又は認証処理が完了している１つ前のパケットの処理結果を取得し、１つ前のパケットのネットワークプロトコルの後半処理と次のパケットのネットワークプロトコルの前半処理とを連続して行うようにネットワークプロトコル処理部３２０を制御する。
　また、暗復号認証処理制御部３４０は、暗復号認証処理部３５０において既に処理が完了した暗復号認証リクエストが存在する場合には、既に処理が完了している暗復号認証リクエストの暗復号認証完了処理を先に行い、次に新たに指示を受けた暗復号認証リクエストの暗復号認証処理要求を暗復号認証処理部３５０に対して行う。その後、暗復号認証完了処理を行った暗号データのネットワークプロトコル後半処理（上位レイヤ処理から指示を受けている場合は下位レイヤ処理、下位レイヤ処理から指示を受けている場合は上位レイヤ処理）を同じＣＰＵコンテキストで行うよう、ネットワークプロトコル処理部３２０に指示し、ネットワークプロトコル後半処理が完了すると、暗復号認証処理制御部３４０の処理を終了する。処理の詳細については後述する。
　暗復号認証処理部３５０は、暗復号認証処理制御部３４０の、暗復号認証開始指示によって暗復号認証処理を開始し、暗復号認証処理が完了した時点で暗復号認証処理制御部３４０に処理完了通知を行う。具体的には、ハードウェア割り込み処理にて起床されたソフトウェア割り込みによって処理完了通知をすることが望ましい。その後、暗復号認証処理制御部３４０の、暗復号認証完了処理指示によって、結果や付随データを取得するための完了処理を行う。
　暗復号認証リクエスト蓄積部３６０は、ネットワークプロトコルの前半処理が完了したパケットを、パケット毎に優先度を設定し、暗復号処理又は認証処理に必要なパラメータとともに暗復号認証リクエストとして蓄積し、該暗復号認証リクエストを優先度順に前記暗復号認証処理部３５０に受け渡す。暗復号認証リクエスト蓄積部３６０は、暗復号認証リクエストを出し入れするためのキュー構造である。通常ＦＩＦＯ（First-In First-Out）で構成されるが、例えばパケットのＴＯＳ（Type of Service）フィールドや、送受信アドレス、送受信ポート、プロトコルなどの情報を元に、デキューする暗復号認証リクエストに優先度をつけるようにするなど、その他の構成であってもよい。なお、ＴＯＳフィールドは、ＩＰヘッダに含まれる長さ８ビットの情報であり、上位３ビットが優先度を表示するＩＰプレシデンスである。
　以下、上述のように構成されたセキュア通信装置３００の動作について説明する。
　まず、セキュア通信装置３００が暗号化パケットの受信側として機能する場合について説明する。
　図１０は、セキュア通信装置３００が受信側として機能する場合のセキュア通信処理時の動作を説明する制御シーケンス図である。図１０において、上位プログラム３１０、ネットワークプロトコル処理部３２０及び暗復号認証処理制御部３４０は、ＣＰＵにより実行される。
　ステップＳ１０１では、上位プログラム３１０は、ソケットを生成し、対向のセキュア通信装置のアドレス情報やポート番号をバインドする。
　ステップＳ１０２では、上位プログラム３１０は、暗号化したい平文データを、ソケットを通してネットワークプロトコル処理部３２０に処理を依頼する。
　ステップＳ１０３では、ネットワークプロトコル処理部３２０は、受け取った平文データを最大送信単位ごとに平文パケットとして再構成し、ネットワークプロトコルの上位レイヤ処理（ＴＣＰプロトコル処理やＩＰプロトコル処理の一部等）を行う。
　ステップＳ１０４では、ネットワークプロトコル処理部３２０は、平文パケットを暗復号認証処理に必要なパラメータとともに暗復号認証リクエストとして暗復号認証リクエスト蓄積部３６０に格納し、暗復号認証処理制御部３４０に暗号認証処理を指示する。ＣＰＵにより実行されるここまでの処理が、例えば図６Ｂの(i)２番目のパケット「２」についてのネットワークプロトコルの前半処理に相当する。
　ステップＳ１０５では、暗復号認証処理制御部３４０は、暗復号認証処理部３５０が処理中でないかを判別する。暗復号認証処理部３５０が処理中であった場合は、処理を終了する。
　ステップＳ１０６では、暗復号認証処理制御部３４０は、暗復号認証処理部３５０において既に暗復号認証処理が終了している暗復号認証リクエストがないか否かを判別する。
　ステップＳ１０７では、暗復号認証処理制御部３４０は、暗復号認証処理部３５０において既に暗復号認証処理が終了している暗復号認証リクエストの暗復号認証完了処理を行う。ＣＰＵにより実行されるステップＳ１０５乃至ステップＳ１０７までの処理が、例えば図６Ｂの(ii)１番目のパケット「１」のＨＷ後半処理に相当する。
　ステップＳ１０８では、暗復号認証処理制御部３４０は、暗復号認証リクエスト蓄積部３６０に暗復号認証リクエストが格納されているか否かを判別する。
　暗復号認証リクエスト蓄積部３６０に暗復号認証リクエストが存在する場合、ステップＳ１０９で暗復号認証処理制御部３４０は、暗復号認証処理部３５０のセットアップを行う。具体的には、暗復号認証処理制御部３４０は、暗復号認証リクエストに格納されている平文・暗号化データと暗復号認証処理に必要なパラメータを用いて、暗復号認証処理を暗復号認証処理部３５０に指示する。ＣＰＵにより実行されるステップＳ１０８及びステップＳ１０９の処理が、例えば図６Ｂの(iii)２番目のパケット「２」のＨＷ前半処理に相当する。
　ステップＳ１１０では、暗復号認証処理部３５０は、暗復号認証処理制御部３４０の指示に基づき、暗復号認証処理を開始する。ここで、暗復号認証処理は非同期に実行され、処理の完了を待ち合わせることはしない。
　ステップＳ１１１では、暗復号認証処理制御部３４０は、上記ステップＳ１０７において暗復号認証完了処理を行った暗復号認証リクエストがあれば、ネットワークプロトコル処理部３２０に対して、ネットワークプロトコル後半処理（上位レイヤ処理から指示を受けている場合は下位レイヤ処理、下位レイヤ処理から指示を受けている場合は上位レイヤ処理）を同じＣＰＵコンテキストで行うように指示する。
　ステップＳ１１２では、ネットワークプロトコル処理部３２０は、ネットワークプロトコルの下位レイヤ処理を行い、処理が完了した暗号化パケットを送信するように通信部３３０に指示する。ＣＰＵにより実行されるステップＳ１１１及びステップＳ１１２の処理が、例えば図６Ｂの(iv)１番目のパケット「１」のレイヤ２以降の処理に相当する。
　ステップＳ１１３では、通信部３３０は、ネットワークプロトコル処理部３２０から受け取った暗号化パケットを対向のセキュア通信装置（相手側セキュア通信装置）に送信する。
　このように、ステップＳ１０１からステップＳ１１２に至るまで、前半処理と後半処理を一連のＣＰＵコンテキストで行う。直前のパケットの後半処理（レイヤ２以降の処理）と次のパケットの処理（レイヤ１の処理）をシームレスに連続させることで、関数の時間としては待ち時間なしでパケットの処理が行えることになる。すなわち、暗復号認証処理制御部３４０は、リクエストの通知だけで関数をリターンせずにレイヤ２以降の処理を実行して（換言すれば、同じＣＰＵコンテキストにて）、その後に関数をリターンする。暗復号認証処理制御部３４０が、途中で関数をリターンしないことで１つのシーケンスで実行される。したがって、受信したパケットをネットワークプロトコル処理する際、暗復号認証処理による処理の分断なしに、同じコンテキストで上位レイヤまでの処理を実現することができる。
　次に、セキュア通信装置３００が、送信側の暗号化情報通信装置である場合を例に動作を説明する。この場合は、暗復号認証処理部３５０で暗復号認証処理が終了した際の動作に対応する。
　図１１は、セキュア通信装置３００によるセキュア通信処理時の動作を説明する制御シーケンス図である。
　ステップＳ２０１では、暗復号認証処理部３５０は、暗復号認証処理制御部３４０に対してステップＳ２０２以降の処理を開始するようソフトウェア遅延割り込み処理の開始を指示する。
　ステップＳ２０２では、暗復号認証処理制御部３４０は、暗復号認証処理部３５０が処理中でないかを判別する。暗復号認証処理部３５０が処理中であった場合は、処理を終了する。
　ステップＳ２０３では、暗復号認証処理制御部３４０は、暗復号認証処理部３５０において既に暗復号認証処理が終了している暗復号認証リクエストがないか否かを判別する。
　ステップＳ２０４では、暗復号認証処理制御部３４０は、暗復号認証処理部３５０において既に暗復号認証処理が終了している暗復号認証リクエストの暗復号認証完了処理を行う。
　ステップＳ２０５では、暗復号認証処理制御部３４０は、暗復号認証リクエスト蓄積部３６０に暗復号認証リクエストが格納されているか否かを判別する。
　暗復号認証リクエスト蓄積部３６０に暗復号認証リクエストが存在する場合、ステップＳ２０６で暗復号認証処理制御部３４０は、暗復号認証処理部３５０のセットアップを行う。具体的には、暗復号認証処理制御部３４０は、暗復号認証リクエストに格納されている平文・暗号化データと暗復号認証処理に必要なパラメータを用いて、暗復号認証処理を暗復号認証処理部３５０に指示する。
　ステップＳ２０７では、暗復号認証処理部３５０は、暗復号認証処理制御部３４０の指示に基づき、暗復号認証処理を開始する。ここで、暗復号認証処理は非同期に実行され、処理の完了を待ち合わせることはしない。
　ステップＳ２０８では、暗復号認証処理制御部３４０は、上記ステップＳ２０７において暗復号認証完了処理を行った暗復号認証リクエストがあれば、ネットワークプロトコル処理部３２０に対して、ネットワークプロトコル後半処理（上位レイヤ処理から指示を受けている場合は下位レイヤ処理、下位レイヤ処理から指示を受けている場合は上位レイヤ処理）を同じＣＰＵコンテキストで行うように指示する。
　ステップＳ２０９では、ネットワークプロトコル処理部３２０は、ネットワークプロトコルの下位レイヤ処理を行い、処理が完了した暗号化パケットを送信するように通信部３３０に指示する。
　ステップＳ２１０では、通信部３３０は、ネットワークプロトコル処理部３２０から受け取った暗号化パケットを対向のセキュア通信装置（相手側セキュア通信装置）に送信する。
　以上詳細に説明したように、本実施の形態によれば、セキュア通信装置３００の暗復号認証処理制御部３４０は、暗復号認証処理部３５０から、暗復号処理又は認証処理が完了している１つ前のパケットの処理結果を取得し、１つ前のパケットのネットワークプロトコルの後半処理と次のパケットのネットワークプロトコルの前半処理とを連続して行うようにネットワークプロトコル処理部３２０を制御する。例えば、暗復号認証処理制御部３４０は、ネットワークプロトコル処理部３２０から、ネットワークプロトコルの前半処理を終えた次のパケットの暗復号処理又は認証処理を依頼された際、同じＣＰＵコンテキストにより、直前に暗復号処理又は認証処理が完了している１つ前のパケットの処理結果を暗復号認証処理部３５０から取得し、１つ前のパケットのネットワークプロトコルの後半処理をネットワークプロトコル処理部３２０が処理するように制御する。これにより、受信したパケットをネットワークプロトコル処理する際、暗復号認証処理による処理の分断なしに、同じコンテキストで上位レイヤまでの処理を実現することができる。その結果、処理分断によるオーバーヘッドなしに、ＣＰＵやＨＷエンジンの負荷の偏りが起こりにくい暗復号処理又は認証処理を行うことができる。したがって、ルータやゲートウェイなど、特別に高速化が求められる機器や、組み込み機器など非力なリソースしか持たない端末同士であっても、高速なセキュア送信処理を実現することができる。
　また、本実施の形態では、暗復号認証処理制御部３４０は、１つ前のパケットの処理結果を暗復号認証処理部３５０から取得した後、１つ前のパケットのネットワークプロトコル後半処理をネットワークプロトコル処理部３２０において処理する前に、同じＣＰＵコンテキストにより、次のパケットの暗復号処理又は認証処理を暗復号認証処理部３５０に対して依頼する。この構成により、ＣＰＵコンテキストの切り替えを行うことなく、１つ目のパケット処理完了後に２つ目のパケットの暗復号処理又は認証処理の依頼を行うことができ、暗復号処理又は認証処理の高速化を図ることができる。また、暗復号認証処理部３５０が動作していない時間を最小にすることができ、暗復号処理又は認証処理の高速化や、暗復号認証処理手段の効率的な利用を図ることができる。
　また、本実施の形態では、暗復号認証処理制御部３４０は、暗復号認証処理部３５０からの完了ハードウェア割り込みコンテキスト、又は、ソフトウェア遅延割り込みコンテキストにより、処理が完了した１つ前のパケットの処理結果を暗復号認証処理部３５０から取得する暗復号認証後半処理を行い、ネットワークプロトコルの前半処理が完了した次のパケットがある場合は、同じＣＰＵコンテキストにより、次のパケットの暗復号処理又は認証処理を暗復号認証処理部３５０に依頼する暗復号認証前半処理を行い、１つ前のパケットのネットワークプロトコル後半処理をネットワークプロトコル処理部３２０が処理するように制御する。この構成により、ネットワークプロトコルの前半処理、完了ハードウェア割り込み（又はソフトウェア遅延割り込み）のうち、いずれか早いタイミングで暗復号認証処理制御部３４０を動作させることができ、暗復号処理又は認証処理の高速化を図ることができる。
　また、本実施の形態では、暗復号認証処理制御部３４０は、各処理を、(i)次のパケットのネットワークプロトコルの前半処理、(ii)１つ前のパケットの暗復号認証後半処理、(iii)次のパケットの暗復号認証前半処理、及び(iv)１つ前のパケットのネットワークプロトコルの後半処理、の順に並び替えてネットワークプロトコル処理部３２０と暗復号認証処理部３５０とを並列処理させるので、合成・細分化・並び替えにより、処理順序を維持しつつ、ＨＷ／ＳＷの並行処理を実現することができる。
　さらに、本実施の形態では、ネットワークプロトコルの前半処理が完了したパケットを、パケット毎に優先度を設定し、暗復号処理又は認証処理に必要なパラメータとともに暗復号認証リクエストとして蓄積し、暗復号認証リクエストを優先度順に暗復号認証処理部３５０に受け渡す暗復号認証リクエスト蓄積部３６０を備えているので、例えばＡＶストリーミングのように、高い優先度で処理を行わなければならない送受信パケットの高速化を図ることができる。
　（実施の形態３）
　実施の形態３は、セキュア通信装置の別の動作例について説明する。
　本発明の実施の形態３に係るセキュア通信装置のハード的構成は、図９に示すセキュア通信装置３００と同一構成であるため説明を省略する。
　図１２は、セキュア通信装置３００が受信側として機能する場合のセキュア通信処理時の動作を説明する制御シーケンス図である。図１０に示すフローと同一処理を行うステップには同一ステップ番号を付して説明を省略する。
　ステップＳ３０１では、通信部３３０は、対向のセキュア通信装置から受信した暗号化パケットを処理するため、ステップＳ３０２以降の処理を行うためのソフトウェア遅延割り込み処理の開始指示を行う。
　ステップＳ３０２では、ネットワークプロトコル処理部３２０は、受け取った暗号化パケットの、ネットワークプロトコルの下位レイヤ処理（ＩＰプロトコル処理の一部とそれ以下のレイヤ処理）を行う。
　ステップＳ１０４からステップＳ１１１までの処理は図１０の対応する処理と同じである。
　ステップＳ３０３では、ネットワークプロトコル処理部３２０は、ネットワークプロトコルの上位レイヤ処理（ＴＣＰプロトコル処理やＩＰプロトコル処理の一部等）を行い、処理が完了した平文パケットを上位プログラム３１０の受信バッファに格納する。
　次に、セキュア通信装置３００が、送信側の暗号化情報通信装置である場合を例に動作を説明する。この場合は、暗復号認証処理部３５０で暗復号認証処理が終了した際の動作に対応する。
　図１３は、セキュア通信装置３００によるセキュア通信処理時の動作を説明する制御シーケンス図である。図１１に示すフローと同一処理を行うステップには同一ステップ番号を付して説明を省略する。
　ステップＳ２０１では、暗復号認証処理部３５０は、暗復号認証処理制御部３４０に対してステップＳ２０２以降の処理を開始するようソフトウェア遅延割り込み処理の開始を指示する。
　ステップＳ２０２からステップＳ２０８までの処理は図１１の対応する処理と同じである。
　ステップＳ４０１では、ネットワークプロトコル処理部３２０は、ネットワークプロトコルの上位レイヤ処理（ＴＣＰプロトコル処理やＩＰプロトコル処理の一部等）を行い、処理が完了した平文パケットを上位プログラム３１０の受信バッファに格納する。
　このように、本実施の形態のセキュア通信装置によれば、実施の形態２と同様の効果、すなわち受信したパケットをネットワークプロトコル処理する際、暗復号認証処理による処理の分断なしに、同じコンテキストで上位レイヤまでの処理を実現することができ、ルータやゲートウェイなど、特別に高速化が求められる機器や、組み込み機器など非力なリソースしか持たない端末同士であっても、高速なセキュア受信処理を実現することができる。
　以上の説明は本発明の好適な実施の形態の例証であり、本発明の範囲はこれに限定されることはない。例えば、ＩＰｖ６ネットワークを介してＩＰｓｅｃプロトコルにより暗号化通信を行う暗号化情報通信システムに適用可能であるが、ＩＰｖネットワークであればよく、ＩＰｖ６ネットワークの機能を含む上位バージョンが策定された場合はこれも包含するものである。
　また、ネットワークプロトコル処理部３２０、暗復号認証処理制御部３４０等の各機能ブロックは典型的には集積回路であるＬＳＩとして実現される。これらは個別に１チップ化されてもよいし、一部又は全てを含むように１チップ化されてもよい。集積度の違いにより、ＩＣ、システムＬＳＩ、スーパーＬＳＩ、ウルトラＬＳＩと呼称されることもある。
　また、集積回路化の手法はＬＳＩに限るものではなく、専用回路又は汎用プロセッサで実現してもよい。ＬＳＩ製造後に、プログラムすることが可能なＦＰＧＡ（Field Programmable Gate Array）や、ＬＳＩ内部の回路セルの接続や設定を再構成可能なリコンフィギュラブル・プロセッサを利用してもよい。
　さらには、半導体技術の進歩又は派生する別技術によりＬＳＩに置き換わる集積回路化の技術が登場すれば、当然、その技術を用いて機能ブロックの集積化を行ってもよい。バイオ技術の適応等が可能性としてありえる。
　また、本実施の形態ではセキュア通信装置及びセキュア通信方法という名称を用いたが、これは説明の便宜上であり、暗号化情報通信装置、暗号化情報通信システム、セキュリティアソシエーション方法等であってもよいことは勿論である。
　さらに、上記セキュア通信装置を構成する各部、例えばネットワークプロトコル処理部の種類、その数及び接続方法などはどのようなものでもよい。
　以上説明したセキュア通信方法は、このセキュア通信方法を機能させるためのプログラムでも実現される。このプログラムはコンピュータで読み取り可能な記録媒体に格納されている。
　２００８年８月２９日出願の特願２００８－２２２５５４の日本出願に含まれる明細書、図面および要約書の開示内容は、すべて本願に援用される。
　以上のように、本発明に係るセキュア通信装置、セキュア通信方法及びプログラムは、ソフトウェア処理、又は、ハードウェア処理によって高速なＩＰセキュア通信処理を行うことができる効果を有し、セキュア通信機器及びセキュア通信方法等に有用である。
　１００，２００，３００　セキュア通信装置
　１１０　ＩＰセキュアプロトコル
　１２０　クリプトマネージャ
　１３０　ＨＷ暗復号認証エンジン
　２１０　通信スタック部
　２２０　バッファ
　２３０　暗号認証処理部
　２３１　リクエスト制御部
　２３２　ＨＷ前後処理部
　２３３　キュー
　２４０　ＨＷ暗復号認証処理部
　３１０　上位プログラム
　３２０　ネットワークプロトコル処理部
　３３０　通信部
　３４０　暗復号認証処理制御部
　３５０　暗復号認証処理部
　３６０　暗復号認証リクエスト蓄積部

Claims (14)

  1. 　通信パケットを送受信する通信手段と、
    　ネットワークプロトコルの前半処理及び後半処理を行うネットワークプロトコル処理手段と、
    　暗復号処理又は認証処理を行う暗復号認証処理手段と、
    　前記暗復号認証処理手段から、暗復号処理又は認証処理が完了しているパケットの処理結果を取得し、前記パケットのネットワークプロトコルの後半処理と次のパケットのネットワークプロトコルの前半処理とを連続して行うように前記ネットワークプロトコル処理手段を制御する暗復号認証処理制御手段と、
    　を備えるセキュア通信装置。
  2. 　前記暗復号認証処理制御手段は、前記ネットワークプロトコル処理手段から、ネットワークプロトコルの前半処理を終えた次のパケットの暗復号処理又は認証処理を依頼された際、同じＣＰＵコンテキストにより、直前に暗復号処理又は認証処理が完了している１つ前のパケットの処理結果を前記暗復号認証処理手段から取得し、１つ前のパケットのネットワークプロトコルの後半処理を前記ネットワークプロトコル処理手段が処理するように制御する請求項１記載のセキュア通信装置。
  3. 　前記暗復号認証処理制御手段は、１つ前のパケットの処理結果を前記暗復号認証処理手段から取得した後、１つ前のパケットのネットワークプロトコル後半処理を前記ネットワークプロトコル処理手段において処理する前に、同じＣＰＵコンテキストにより、次のパケットの暗復号処理又は認証処理を前記暗復号認証処理手段に対して依頼する請求項１記載のセキュア通信装置。
  4. 　前記暗復号認証処理制御手段は、前記暗復号認証処理手段からの完了ハードウェア割り込みコンテキスト、又は、ソフトウェア遅延割り込みコンテキストにより、処理が完了した１つ前のパケットの処理結果を前記暗復号認証処理手段から取得する暗復号認証後半処理を行い、ネットワークプロトコルの前半処理が完了した次のパケットがある場合は、同じＣＰＵコンテキストにより、次のパケットの暗復号処理又は認証処理を前記暗復号認証処理手段に依頼する暗復号認証前半処理を行い、１つ前のパケットのネットワークプロトコル後半処理を前記ネットワークプロトコル処理手段が処理するように制御する請求項１記載のセキュア通信装置。
  5. 　前記暗復号認証処理制御手段は、前記各処理を、(i)次のパケットのネットワークプロトコルの前半処理、(ii)１つ前のパケットの暗復号認証後半処理、(iii)次のパケットの暗復号認証前半処理、及び(iv)１つ前のパケットのネットワークプロトコルの後半処理、の順に並び替えて前記ネットワークプロトコル処理手段と前記暗復号認証処理手段とを並列処理させる請求項４記載のセキュア通信装置。
  6. 　ネットワークプロトコルの前半処理が完了したパケットを、パケット毎に優先度を設定し、暗復号処理又は認証処理に必要なパラメータとともに暗復号認証リクエストとして蓄積し、該暗復号認証リクエストを優先度順に前記暗復号認証処理手段に受け渡す暗復号認証リクエスト蓄積手段をさらに備える請求項１記載のセキュア通信装置。
  7. 　前記ネットワークプロトコルの前半処理は、ＩＰプロトコル処理の一部やそれ以下のレイヤ処理を含む下位レイヤ処理であり、前記ネットワークプロトコルの後半処理は、ＴＣＰプロトコル処理及びＩＰプロトコル処理の一部を含む上位レイヤ処理である請求項１記載のセキュア通信装置。
  8. 　通信パケットを送受信するステップと、
    　ネットワークプロトコルの前半処理及び後半処理を行うネットワークプロトコル処理ステップと、
    　暗復号処理又は認証処理を行う暗復号認証処理ステップと、
    　暗復号処理又は認証処理が完了しているパケットの処理結果を取得し、前記パケットのネットワークプロトコルの後半処理と次のパケットのネットワークプロトコルの前半処理とを連続して行うように制御する制御ステップと
    　を有するセキュア通信方法。
  9. 　前記制御ステップでは、ネットワークプロトコルの前半処理を終えた次のパケットの暗復号処理又は認証処理を依頼された際、同じＣＰＵコンテキストにより、直前に暗復号処理又は認証処理が完了している１つ前のパケットの処理結果を取得し、１つ前のパケットのネットワークプロトコルの後半処理を前記ネットワークプロトコル処理ステップにおいて処理する請求項８記載のセキュア通信方法。
  10. 　前記制御ステップでは、１つ前のパケットの処理結果を取得した後、１つ前のパケットのネットワークプロトコル後半処理を前記ネットワークプロトコル処理ステップにおいて処理する前に、同じＣＰＵコンテキストにより、次のパケットの暗復号処理又は認証処理を前記暗復号認証処理ステップに対して依頼する請求項８記載のセキュア通信方法。
  11. 　前記制御ステップでは、前記暗復号認証処理ステップからの完了ハードウェア割り込みコンテキスト、又は、ソフトウェア遅延割り込みコンテキストにより、処理が完了した１つ前のパケットの処理結果を前記暗復号認証処理ステップから取得する暗復号認証後半処理を行い、ネットワークプロトコルの前半処理が完了した次のパケットがある場合は、同じＣＰＵコンテキストにより、次のパケットの暗復号処理又は認証処理を前記暗復号認証処理手段に依頼する暗復号認証前半処理を行い、１つ前のパケットのネットワークプロトコル後半処理を前記ネットワークプロトコル処理ステップにおいて処理する請求項８記載のセキュア通信方法。
  12. 　前記制御ステップでは、前記各処理を、(i)次のパケットのネットワークプロトコルの前半処理、(ii)１つ前のパケットの暗復号認証後半処理、(iii)次のパケットの暗復号認証前半処理、及び(iv)１つ前のパケットのネットワークプロトコルの後半処理、の順に並び替える請求項１１記載のセキュア通信方法。
  13. 　ネットワークプロトコルの前半処理が完了したパケットを、パケット毎に優先度を設定し、暗復号処理又は認証処理に必要なパラメータとともに暗復号認証リクエストとして蓄積し、該暗復号認証リクエストを優先度順に前記暗復号認証処理ステップに受け渡すステップをさらに備える請求項８記載のセキュア通信方法。
  14. 　請求項８記載のセキュア通信方法の各ステップをコンピュータに実行させるためのプログラム。
     
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